Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Produktionslinie zur Herstellung einer bipolaren Brennstoffzellenplatte sowie ein Herstellungsverfahren einer bipolaren Brennstoffzellenplatte aus einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Metallband mit der Produktionslinie, die eine Fördervorrichtung, eine Stanz- Vorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung, eine Beschichtungsvorrichtung, eine Schweißvorrichtung und eine Spritzgussmaschine umfasst. Bei der Herstellung einer bipolaren Brennstoffzellenplatte werden in einer Produktionslinie üblicherweise für jeden Produktionsschritt ein Lager, eine Beladestation und eine Entladestation verwendet, um die zu verarbeitenden Komponenten von einer Herstellungsvorrichtung zu einer nächsten Herstel- lungsvorrichtung der Produktionslinie zu befördern. Aus diesem Grund ver- langsamt selbst bei einer automatisierten Produktionslinie jeder Produktions- schritt die Herstellung der bipolaren Brennstoffzellenplatte. Darüber hinaus wird durch das Beladen, Einlagern und Entladen das Risiko einer erhöhten Ausschussrate gesteigert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Produktionslinie zur Herstellung einer bipolaren Brennstoffzellenplatte sowie ein Herstellungsver- fahren einer bipolaren Brennstoffzellenplatte bereitzustellen, bei der/dem die Produktivität und die Vorlaufzeit erhöht sind sowie der Produktionsausschuss und die Produktionskosten gesenkt sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Herstellungsverfahren einer bipolaren Brennstoff- zellenplatte aus einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Metallband mit einer Produktionslinie vorgeschlagen, die eine Fördervorrichtung, eine Stanzvorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung, eine Beschichtungsvorrich- tung, eine Schweißvorrichtung und eine Spritzgussmaschine umfasst. Das Herstellungsverfahren umfasst zunächst ein Stanzen des Metallbands mittels der Stanzvorrichtung. Dabei werden Metallplatten an dem Metallband ausge- bildet. Anschließend erfolgt ein Reinigen der Metallplatten mittels der Reini- gungsvorrichtung und daraufhin ein Beschichten der Metallplatten mittels der Beschichtungsvorrichtung. Danach wird ein Schweißen der Metallplatten mit- tels der Schweißvorrichtung durchgeführt. Dabei werden zwei Metallplatten derart miteinander werden, dass diese jeweils eine bipolare Brennstoffzel- lenplatte aus kathodischer und anodischer Seite ausbilden. Abschließend erfolgt ein Umspritzen der jeweiligen bipolaren Brennstoffzellenplatte mittels der Spritzgussmaschine. Die Fördervorrichtung ist ausgebildet das Metall- band innerhalb der Produktionslinie zu fördern und das Metallband, die Me- tallplatten und die bipolaren Brennstoffzellenplatten sind während des ge- samten Herstellungsverfahrens an der Fördervorrichtung angeordnet und werden insbesondere kontinuierlich von der Fördervorrichtung gefördert. Vor- teilhaft daran ist, dass bei dem Herstellungsverfahren mit der entsprechen- den Produktionslinie das Metallband, die Metallplatten und die bipolaren Brennstoffzellenplatten während des gesamten Herstellungsverfahrens an der Fördervorrichtung angeordnet sind, wodurch die Produktivität und die Vorlaufzeit erhöht werden sowie der Produktionsausschuss und die Produk- tionskosten gesenkt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass beim Stan- zen des Metallbands die Metallplatten derart ausgebildet werden, dass in Bandlaufrichtung alternierend jeweils eine Anode und eine Kathode als Me- tallplatte an dem Metallband ausgebildet werden. In einer alternativen Aus- führung des Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass beim Stanzen des Metallbands die Metallplatten derart ausgebildet werden, dass in Bandlauf- richtung parallel zueinander jeweils eine Anode und eine Kathode als Metall- platte an dem Metallband ausgebildet werden. Auf diese Weise sind die Me- tallplatten für ein Schweißen jeweils einer Anode an eine Kathode vorberei- tet.

Vorzugsweise umfasst das Metallband wenigstens einen Pilotstreifen, der jeweils auf einer oder auf beiden Längsseiten des Metallbands vorgesehen ist und die Fördervorrichtung fördert das Metallband mittels des Pilotstrei- fens. Durch den Pilotstreifen ist ein fördern des Metallbands mittels der För- dervorrichtung vereinfacht. ln einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass das Metallband beim Stanzen mittels der Stanzvorrich- tung progressiv gestanzt wird. Dadurch ist das automatisieren des Herstel- lungsverfahrens verbessert.

In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Metallband vor dem Stanzen von einer Spule abgewickelt wird und nach dem Umspritzen auf eine Spule aufgewickelt wird. Vorzugsweise wer- den die Platten in einer vertikalen Richtung zu der Bandlaufrichtung gestanzt um das Auf- und Abspulen des Metallbands zu ermöglichen, um mit Schwankungen in der Produktionsgeschwindigkeit der verschiedenen Ma- schinen in der Produktionslinie umzugehen. Das Metallband kann sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung gehandhabt werden. Bevorzugt wird die vertikale Richtung mit weniger Druck auf die Spule, wenn der Strei- fen aufgewickelt werden muss.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens ist die Reinigungsvorrichtung ausgebildet beim Reinigen der Metallplatten einen Ultraschall zum Reinigen zu erzeugen. Auf diese Weise ist ein gründliches, umweltschonendes und darüber hinaus wirtschaftliches Reinigungsverfahren bereitgestellt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens ist die Reinigungsvorrichtung ausgebildet die Metallplatten beim Reinigen der Metallplatten abzubürsten. Dabei wird ein Reinigungsmittel verwendet, das ein Alkohol, alkalisch wasserbasiert oder lösungsmittelbasiert ist. Dadurch wird eine technisch einfache Reinigungsvorrichtung genutzt, die eine geringe Fehleranfälligkeit aufweist.

Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der das Beschichten der Metallplat- ten mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) erfolgt. Dabei weist die Beschichtungsvorrichtung ein Vakuumsystem und jeweils ein Lade- schleusensystem zur Handhabung eines Eintritts und eines Austritts der Me- tallplatten in/aus das/dem Vakuumsystem auf. Die physikalische Gaspha- senabscheidung ist besonders für die automatische Beschichtung der Me- tallplatten geeignet. Durch das Ladeschleusensystem kann das profilierte Metallband beim Eintritt und Austritt in das bzw. aus dem Vakuumbeschich- tungssystem bzw. der Vakuumkammer gehandhabt werden. Das Lade- schleusensystem weist für eine Aufrechterhaltung des Vakuums vorzugswei- se eine entsprechend ausgebildete Dichtung auf, die sich kontinuierlich an die Außen-Kontur des Metallbands bzw. der Metallplatten anpasst. Hierfür ist die Dichtung beispielsweise aus einem elastischen Material ausgebildet, das derart an der Schleuse angebracht ist, dass sich während dem Transport des Metallbandes das Dichtmaterial elastisch jeweils an die gerade im Bereich der Dichtungsebene angeordnete Kontur des Metallbandes anlegt. Eine wei- tere vorteilhafte Ausführungsvariante der Dichtung umfasst wenigstens zwei oder mehrere Einzeldichtungen, die in der Bandlaufrichtung des Metallbands sequentiell hintereinander angeordnet sind und jeweils für eine vorbestimmte Distanz mit dem Metallband in einem abdichtenden Zustand in Transportrich- tung mitbewegt werden, wobei jeweils eine der Dichtungen dabei mit Vorteil an ihrer Position bleibt. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums ist dabei konti- nuierlich wenigstens eine der Einzeldichtungen abdichtend an dem Metall- band angeordnet und die wenigstens eine weitere Einzeldichtung wird wäh- renddessen in eine Ausgangsposition der vorbestimmten Distanz bewegt, sodass die wenigstens eine weitere Einzeldichtung abdichtend an dem Me- tallband anordenbar ist, bevor die momentan abdichtende Einzeldichtung an einer Endposition der vorbestimmten Distanz geöffnet wird. Denkbar sind auch andere Abdichtungsverfahren, bei denen jeweils ein Abschnitt an dem Dichtband als Dichtungsbereich ausgebildet ist und das Band in Transport- richtung über eine Vielzahl dieser Dichtabschnitte verfügt, um mit einem fixen oder beweglichen Dichtmittel darauf abzudichten.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Beschichten der Metallplatten mit der Beschichtungsvorrichtung mittels Plasmaspritzen, atmosphärischer chemischer Gasphasenabscheidung, Va- kuum-chemischer Gasphasenabscheidung, Plattieren oder Drucken erfolgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens weist die Beschichtungsvorrichtung jeweils wenigstens eine flexibel angeordnete Rolle an einem Einlass und einem Auslass der Beschichtungsvorrichtung auf. Da- bei werden das Metallband und insbesondere die Metallplatten mittels der jeweiligen Rolle gespannt. Dadurch erfolgt der Einlass und der Auslass des beschichteten Metallbands über die flexiblen Rollen und der Raum zwischen der Rolle und dem ausgebildeten Metallband kann verengt werden bzw. an das Metallband und die Bandlaufgeschwindigkeit angepasst werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Ausführungsvariante derart durchgeführt, dass beim Schweißen der Metallplatten mittels der Schweiß- vorrichtung jeweils eine Anode und eine Kathode verschweißt, vorzugsweise per Laserschweißen verschweißt werden und eine bipolare Brennstoffzellen- platte ausbilden. Ferner weist die Schweißvorrichtung eine Spannvorrichtung auf und die beiden Metallplatten werden vor dem Schweißen mittels der Spannvorrichtung zusammengefügt. Vorzugsweise wird das Schweißen von einer visuellen Kamera überwacht.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn das Metallband in der Spritzgussmaschine derart eingepasst wird, dass ein kontinuierliches Umspritzen ermöglicht ist. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Spritzgussma- schine ausgebildet eine Vielzahl von Schritten des Umspritzens parallel aus- zuführen, die beim Umspritzen der jeweiligen bipolaren Brennstoffzellenplatte entsprechend einer Bandlaufgeschwindigkeit des Metallbands parallel ausge- führt werden. Vorteilhaft daran ist, dass das Umspritzen mit der Spritzguss- maschine automatisiert in der Produktionslinie mit der Bandlaufgeschwindig- keit ausgeführt werden kann, obwohl das Umspritzen üblicherweise nur lang- samer als die Bandlaufgeschwindigkeit durchführbar ist.

In einer vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass nach dem Umspritzen der bipolaren Brennstoffzellenplatte ein Kontrollieren der bipolaren Brennstoffzellenplatte mittels einer visuellen Kamera durchgeführt wird und für das Kontrollieren geometrische Merkmale der bipolaren Brenn- stoffzellenplatte vorbestimmt sind. Auf diese Weise werden fehlerhafte bipo- lare Brennstoffzellenplatten am Ende des Herstellungsverfahrens erkannt.

Darüber hinaus ist eine Ausführungsvariante günstig, bei der die bipolare Brennstoffzellenplatte nach dem Kontrollieren mittels eines Lasers markiert wird, wenn die vorbestimmten geometrischen Merkmale mittels der weiteren Kamera erfasst wurden. Dadurch ist für die weitere Verarbeitung der bipola- ren Brennstoffzellenplatte einfach zu erkennen, dass eine korrekt hergestellte bipolare Brennstoffzellenplatte vorliegt.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Produktionslinie zur Herstellung einer bi- polaren Brennstoffzellenplatte aus einem kontinuierlichen oder diskontinuier- lichen Metallband vorgeschlagen. Die Produktionslinie umfasst eine einzige sich entlang der Produktionslinie angeordnete Fördervorrichtung, eine Stanz- vorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung, eine Beschichtungsvorrichtung, eine Schweißvorrichtung und eine Spritzgussmaschine. Dabei ist bzw. verläuft die Fördervorrichtung von der Stanzvorrichtung entlang der Reinigungsvorrich- tung, der Beschichtungsvorrichtung, der Schweißvorrichtung bis hin zur Spritzgussmaschine. Dadurch ist eine Produktionslinie zur Herstellung einer bipolaren Brennstoffzellenplatte bereitgestellt, bei der die Produktivität und die Vorlaufzeit erhöht sowie der Produktionsausschuss und die Produktions- kosten gesenkt sind.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü- chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Be- schreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Produktionslinie zur Her- stellung einer bipolaren Brennstoffzellenplatte aus einem konti- nuierlichen oder diskontinuierlichen Metallband.

In Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Produktionslinie 1 zur Her- stellung einer bipolaren Brennstoffzellenplatte 100 aus einem kontinuierli- chen Metallband 10 dargestellt. Die Produktionslinie 1 umfasst eine einzige sich entlang der Produktionslinie 1 angeordnete Fördervorrichtung 2, eine Stanzvorrichtung 3, eine Reinigungsvorrichtung 4, eine Beschichtungsvor- richtung 5, eine Schweißvorrichtung 6 und eine Spritzgussmaschine 7. Dabei verläuft die Fördervorrichtung 2 von der Stanzvorrichtung 3 entlang der Rei- nigungsvorrichtung 4, der Beschichtungsvorrichtung 5, der Schweißvorrich- tung 6 bis hin zur Spritzgussmaschine 7.

Die Fördervorrichtung 2 ist ausgebildet das Metallband 10 innerhalb der Pro- duktionslinie 1 zu fördern. Dabei sind das Metallband 10, die Metallplatten 11 und die bipolaren Brennstoffzellenplatten 100 während des gesamten Her- stellungsverfahrens an der Fördervorrichtung 2 angeordnet und insbesonde- re kontinuierlich von der Fördervorrichtung 2 förderbar.

Das Metallband 10 umfasst wenigstens einen Pilotstreifen, der jeweils auf einer Längsseite des Metallbands 10 vorgesehen ist und mittels welchem die Fördervorrichtung 2 das Metallband 10 fördert. Außerdem ist das Metallband 10 vor dem Stanzen und nach dem Umspritzen auf einer Spule aufgewickelt.

Die Stanzvorrichtung ist derart zum progressiven Stanzen des Metallbands 10 ausgebildet, dass Metallplatten 11 an dem Metallband 10 herstellbar sind. Ferner sind beim Stanzen des Metallbands 10 die Metallplatten 11 derart ausbildbar, dass in Bandlaufrichtung alternierend jeweils eine Anode und eine Kathode als Metallplatte 11 an dem Metallband 10 angeformt ist.

Des Weiteren ist die Reinigungsvorrichtung 4 ausgebildet beim Reinigen der Metallplatten 11 einen Ultraschall zum Reinigen zu erzeugen.

Die Beschichtungsvorrichtung 5 ist zum Beschichten der Metallplatten 11 mittels physikalischer Gasphasenabscheidung ausgebildet. Außerdem weist die Beschichtungsvorrichtung 5 ein Vakuumsystem 51 und jeweils ein Lade- schleusensystem 52 zur Handhabung eines Eintritts und eines Austritts der Metallplatten 11 in/aus das/dem Vakuumsystem 51 auf. Ferner weist die Be- schichtungsvorrichtung 5 jeweils eine flexibel angeordnete Rolle 53 an einem Einlass und einem Auslass der Beschichtungsvorrichtung 5 zum Spannen des Metallbands 10 und insbesondere der Metallplatten 11 mittels der jewei- ligen Rolle 53 auf.

Darüber hinaus ist die Schweißvorrichtung 6 derart zum Schweißen der Me- tallplatten 11 per Laserschweißen ausgebildet, dass zwei Metallplatten 11 , nämlich jeweils eine Anode und eine Kathode, verschweißbar sind und eine bipolare Brennstoffzellenplatte 100 ausbildbar ist. Außerdem weist die Schweißvorrichtung 6 eine Spannvorrichtung 61 zum Zusammenfügen der beiden Metallplatten 11 vor dem Schweißen auf.

Die Spritzgussmaschine ist zum Umspritzen der jeweiligen bipolaren Brenn- stoffzellenplatte 100 ausgebildet. Dabei ist das Metallband 10 in der Spritz- gussmaschine 7 derart eingepasst, dass ein kontinuierliches Umspritzen er- möglicht ist. Ferner ist die Spritzgussmaschine 7 ausgebildet eine Vielzahl von Schritten des Umspritzens parallel auszuführen, die beim Umspritzen der jeweiligen bipolare Brennstoffzellenplatte 100, entsprechend einer Bandlauf- geschwindigkeit des Metallbands 10 parallel ausführbar sind.

Darüber hinaus weist die Produktionslinie eine visuelle Kamera zum Kontrol- lieren der bipolaren Brennstoffzellenplatte 100 nach dem Umspritzen der bi- polaren Brennstoffzellenplatte 100 auf. Für das Kontrollieren sind geometri- sche Merkmale der bipolaren Brennstoffzellenplatte 100 vorbestimmt. Ferner ist ein Laser zum Markieren einer bipolaren Brennstoffzellenplatte 100 nach dem Kontrollieren angeordnet, sofern die vorbestimmten geometrischen Merkmale mittels der weiteren Kamera 71 erfasst wurden.

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