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Title:
SYSTEM AND METHOD FOR TESTING THE TIGHTNESS OF THIN-LAYER ELEMENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2024/052180
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system (10) for testing the tightness of thin-layer elements (100), comprising - at least two support units (11) for receiving at least one thin-layer element (100), which can be stacked on top of one another and which form a test stack (12) when stacked, wherein the first support unit (11a) has at least one first receiving region (13) and the second support unit (11b) has at least one second receiving region (14) for the thin-layer element (100); - at least one supply device (15), which is fluidically connectable or fluidically connected to the first receiving region (13) of the first support unit (11a) in a measuring position (MS) of the test stack (12), in order to apply a test medium, in particular a gas and/or a liquid, to the thin-layer element (100); and - at least one measuring device (16), which, in the measuring position (MS) of the test stack (12), is fluidically connectable or fluidically connected to the second receiving region (14) of the second support unit (11b) and is designed to detect a leakage portion of the test medium.

Inventors:
KUSCHEL THOMAS (DE)
WELLBROCK ECKHARD (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/073730
Publication Date:
March 14, 2024
Filing Date:
August 29, 2023
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP AUTOMATION ENG GMBH (DE)
THYSSENKRUPP AG (DE)
International Classes:
G01M3/20; H01M8/04664
Foreign References:
JP2003322583A2003-11-14
CN207570732U2018-07-03
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (DE)
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Claims:
ANSPRÜCHE System (10) zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen (100), mit

- wenigstens zwei aufeinander stapelbare Trägereinheiten (11) zur Aufnahme wenigstens eines Dünnschichtelements (100), die im gestapelten Zustand einen Prüfstapel (12) bilden, wobei die erste Trägereinheit (11a) wenigstens einen ersten Aufnahmebereich (13) und die zweite Trägereinheit (11b) wenigstens einen zweiten Aufnahmebereich (14) für das Dünnschichtelement (100) aufweisen;

- wenigstens einer Zuführeinrichtung (15), die in einer Messstellung (MS) des Prüfstapels (12) mit dem ersten Aufnahmebereich (13) der ersten Trägereinheit (11a) fluidverbindbar oder fluidverbunden ist, um das Dünnschichtelement (100) mit einem Prüfmedium, insbesondere einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, zu beaufschlagen; und

- wenigstens einer Messeinrichtung (16), die in der Messstellung (MS) des Prüfstapels (12) zumindest mit dem zweiten Aufnahmebereich (14) der zweiten Trägereinheit (11b) fluidverbunden oder fluidverbindbar ist und dazu angepasst ist, einen Leckageanteil des Prüfmediums zu erfassen. System (10) nach Anspruch 1 dad u rch geken nzei ch net, dass die Trägereinheiten (11a, 11b) jeweils wenigstens einen integrierten Kanal (17) aufweisen, der mit dem Aufnahmebereich (13, 14) verbunden ist, um das Prüfmedium dem Dünnschichtelement (100) zuzuführen und/oder den Leckageanteil des Prüfmediums von dem Dünnschichtelement (100) abzuführen. System (10) nach Anspruch 1 oder 2 dad u rch geken nzei ch net, dass die Trägereinheiten (11a, 11b) jeweils wenigstens einen Anschluss (18) zum Verbinden der Zuführeinrichtung (15) und/oder der Messeinrichtung (16) aufweisen, der mit dem Aufnahmebereich (13, 14) der Trägereinheit (11a, 11b) fluidverbunden ist. System (10) nach Anspruch 3 dad u rch geken nzei ch net, dass der wenigstens eine Anschluss (18) in Querrichtung oder in Vertikalrichtung der gestapelten Trägereinheiten (11a, 11b) ausgerichtet ist. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dad u rch geken nzei ch net, dass die Trägereinheiten (11a, 11b) jeweils wenigstens einen Dichtungsbereich (19) aufweisen, der im gestapelten Zustand die Trägereinheiten (11a, 11b) gegeneinander fluiddicht abdichtet. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dad u rch geken nzei ch net, dass die Trägereinheiten (11a, 11b) wenigstens ein Formschlusselement (21), insbesondere einen Fortsatz (22), und/oder wenigstens eine mit dem Formschlusselement (21) korrespondierende Aufnahme (23), um die beiden Trägereinheiten (11a, 11b) formschlüssig miteinander zu verbinden. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dad u rch geken nzei ch net, dass die Messeinrichtung (16) wenigstens einen Sensor, insbesondere einen Helium-, Wasserstoff- oder Stickstoffsensor, aufweist, der dazu angepasst ist, einen Volumenstrom und/oder einen Druckwert und/oder eine Gaskonzentration des Prüfmediums zu erfassen. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dad u rch geken nzei ch net, dass die Messeinrichtung (16) wenigstens einen Adapter (24) und wenigstens einen Stellantrieb aufweist, der den Adapter (24) zur Leckagemessung mit dem zweiten Aufnahmebereich (14) der zweiten Trägereinheit (11b) lösbar verbindet. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche geken nzei ch net d u rch, wenigstens eine Presseinrichtung (25), die den Prüfstapel (izj in der Messstellung (MS) derart zusammenpresst, dass die Trägereinheiten (11a, 11b) gegeneinander fluiddicht abgedichtet sind. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche geken nzei ch net d u rch, wenigstens eine Abführeinrichtung (26), die in der Messstellung (MS) des Prüfstapels (12) mit dem zweiten Aufnahmebereich (14) der zweiten Trägereinheit (11b) fluidverbindbar oder fluidverbunden ist, um den Leckageanteil des Prüfmediums von dem Dünnschichtelement (100) abzuführen. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dad u rch geken nzei ch net, dass die Abführeinrichtung (26) mit der Messeinrichtung (16) zum Verbinden mit dem zweiten Aufnahmebereich (14) der zweiten Trägereinheit (11b) gekoppelt ist. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche geken nzeich net d u rch, wenigstens eine erste Stapeleinrichtung (27) mit wenigstens einer Linearachse (28) und wenigstens einer an der Linearachse (28) angeordneten Greifeinheit (29), die die Trägereinheiten (11a, 11b) an einer Aufstapelstellung (AUS) zur Bildung des Prüfstapels (12) aufeinanderstapelt. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche geken nzei ch net d u rch, wenigstens eine zweite Stapeleinrichtung (31) mit wenigstens einer Linearachse (28) und wenigstens einer an der Linearachse (28) angeordneten Greifeinheit (29), die die Trägereinheiten (11a, 11b) an einer Abstapelstellung (ABS) zur Vereinzelung des Prüfstapels (12) abstapelt. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche geken nzei ch net d u rch, wenigstens eine Transporteinrichtung (32), die dazu angepasst ist, den Prüfstapel (12) an die Messstellung (MS) zu bewegen und den Prüfstapel (12) von der Messstellung (MS) weg zu bewegen. System (10) nach Anspruch 14 g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, wenigstens eine Übersetzereinheit (33a, 33b) mit wenigstens einem Hub- und Drehmechanismus (34) zum Aufnehmen und Übersetzen von einzelnen Dünnschichtelementen (100), wobei der Hub- und Drehmechanismus (34) mit der Transporteinrichtung (32) zusammenwirkt. Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen (100), bei dem

- wenigstens zwei Trägereinheiten (11) zur Aufnahme wenigstens eines Dünnschichtelements (100) zur Bildung eines Prüfstapels (12) aufeinandergestapelt werden, wobei die erste Trägereinheit (11a) wenigstens einen ersten Aufnahmebereich (13) und die zweite Trägereinheit (11b) wenigstens einen zweiten Aufnahmebereich (14) für das Dünnschichtelement (100) aufweisen;

- wenigstens eine Zuführeinrichtung (15) in einer Messstellung (MS) des Prüfstapels (12) mit dem ersten Aufnahmebereich (13) der ersten Trägereinheit (11a) fluidverbunden wird und die Zuführeinrichtung (15) das Dünnschichtelement (100) mit einem Prüfmedium, insbesondere einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, beaufschlagt; und

- wenigstens eine Messeinrichtung (16) in der Messstellung (MS) des Prüfstapels (12) mit dem zweiten Aufnahmebereich (14) der zweiten Trägereinheit (11b) fluidverbunden wird und einen Leckageanteil des Prüfmediums erfasst.

Description:
System und Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen.

Im Rahmen der Fertigung von Dünnschichtelementen ist es erforderlich, die Dünnschichtelemente auf ihre Dichtheit zu überprüfen. Derartige Dünnschichtelemente sind beispielsweise Membran-Elektroden-Baugruppen von Brennstoffzellen oder Bipolarplatten. Wesentlich für die Serienfertigung von solchen Dünnschichtelementen sind geringe Taktzeiten, wobei mit den aktuell zur Verfügung stehenden Prüfvorrichtungen lediglich Taktzeiten von mehreren Sekunden für die Dichtheitsprüfung realisierbar sind. In der Praxis werden daher mehrere Prüfvorrichtung parallel betrieben, um eine entsprechend hohe Anzahl von Dünnschichtelementen zu prüfen. Durch Anschaffung und den parallelen Betrieb mehrere Prüfvorrichtungen entstehen somit hohe Kosten. Zusätzlich besteht ein hoher Platzbedarf durch das Bereitstellen von mehreren Prüfplätzen in der Produktion.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein System zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen anzugeben, das durch einen verbesserten konstruktiven Aufbau kompakt und kostengünstig ist sowie verringerte Taktzeiten ermöglicht. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das System durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die vorstehend genannte Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 16 gelöst.

Konkret wird die Aufgabe durch ein System zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen gelöst, wobei das System folgendes umfasst:

- wenigstens zwei aufeinander stapelbare Trägereinheiten zur Aufnahme wenigstens eines Dünnschichtelements, die im gestapelten Zustand einen Prüfstapel bilden, wobei die erste Trägereinheit wenigstens einen ersten Aufnahmebereich und die zweite Trägereinheit wenigstens einen zweiten Aufnahmebereich für das Dünnschichtelement aufweisen;

- wenigstens eine Zuführeinrichtung, die in einer Messstellung des Prüfstapels mit dem ersten Aufnahmebereich der ersten Trägereinheit fluidverbindbar oder fluidverbunden ist, um das Dünnschichtelement mit einem Prüfmedium, insbesondere einem Gas und/oder einer Flüssigkeit, zu beaufschlagen; und

- wenigstens eine Messeinrichtung, die in der Messstellung des Prüfstapels zumindest mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit fluidverbunden oder fluidverbindbar ist und dazu angepasst ist, einen Leckageanteil des Prüfmediums zu erfassen.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass in der Messstellung einerseits die Zuführeinrichtung mit dem ersten Aufnahmebereich der ersten Trägereinheit und andererseits die Messeinrichtung mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit fluidverbindbar ist. Der Verbindungsvorgang ist zeitlich parallel durchführbar, wodurch Zeit eingespart wird. Die Zuführeinrichtung und/oder die Messeinrichtung sind direkt oder indirekt mit dem jeweils zugeordneten Aufnahmebereich in der Messstellung fluidverbindbar bzw. fluidverbunden.

Des Weiteren bildet der Prüfstapel vorteilhaft eine kompakte Bauform zum Transportieren sowie zum Dichtheitsprüfen des wenigstens einen Dünnschichtelements. Das Dünnschichtelement ist daher durch den Prüfstapel einfach und schnell an der Messstellung positionierbar bzw. aus dieser abtransportierbar. Hinzukommend ermöglicht das Aufstapeln von mehr als zwei Trägereinheiten die Aufnahme einer Vielzahl von Dünnschichtelementen. Die Trägereinheiten können insbesondere jeweils wenigstens den ersten Aufnahmebereich und den zweiten Aufnahmebereich aufweisen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Trägereinheiten angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Trägereinheiten identisch.

Bevorzugt weist das erfindungsgemäße System je Trägereinheit wenigstens eine Zuführeinrichtung zum Beaufschlagen eines Dünnschichtelements mit einem Prüfmedium auf. Die Zuführeinrichtung ist vorzugsweise mit dem ersten Aufnahmebereich der ersten Trägereinheit in der Messstellung fluidverbindbar bzw. fluidverbunden. Zusätzlich weist das erfindungsgemäße System vorzugsweise wenigstens eine Messeinrichtung je Trägereinheit zum Erfassen eines Leckageanteils auf. Die Messreinrichtung ist vorzugsweise mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit in der Messstellung fluidverbindbar bzw. fluidverbunden.

Die Bildung eines Prüfstapels hat somit den Vorteil, dass je nach Anzahl der aufgestapelten Trägereinheiten eine Vielzahl von Dünnschichtelementen transportierbar und auf ihre Dichtheit überprüfbar sind. Daraus ergibt sich der besondere Vorteil, dass die Taktzeiten zur Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente erheblich reduziert sind. Insbesondere sind dadurch Taktzeiten unter einer Sekunde realisierbar.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht somit den Entfall von mehreren Prüfvorrichtungen, die parallel betrieben werden müssen, um eine entsprechend hohe Anzahl von Dichtheitsprüfungen in kurzer Zeit durchzuführen. Dadurch sind Platzbedarf und Kosten reduziert.

Die beiden Trägereinheiten weisen jeweils einen Aufnahmebereich auf, in denen im Gebrauch ein Dünnschichtelement eingelegt ist. Vorzugsweise umfassen die beiden Aufnahmebereiche der Trägereinheiten eine Ausnehmung, in die das Dünnschichtelement einlegbar ist. Erst im aufeinander gestapelten Zustand der beiden Trägereinheiten ist das Dünnschichtelement in den beiden Aufnahmebereichen der zwei gegenüberliegenden Trägereinheiten aufgenommen. Befindet sich der Prüfstapel in der Messstellung des Systems erfolgt die Dichtheitsprüfung des Dünnschichtelements.

Im Rahmen der Anmeldung wird ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen offenbart und beansprucht, bei dem wenigstens zwei der Trägereinheiten zur Aufnahme wenigstens eines Dünnschichtelements zur Bildung eines Prüfstapels aufeinandergestapelt werden. Die erste Trägereinheit weist dabei wenigstens den ersten Aufnahmebereich und die zweite Trägereinheit wenigstens den zweiten Aufnahmebereich für das Dünnschichtelement auf. Anschließend wird die Zuführeinrichtung in der Messstellung des Prüfstapels mit dem ersten Aufnahmebereich der ersten Trägereinheit fluidverbunden. Die Zuführeinrichtung beaufschlagt dann das Dünnschichtelement mit dem Prüfmedium, insbesondere einem Gas und/oder einer Flüssigkeit. Des Weiteren wird die Messeinrichtung in der Messstellung des Prüfstapels mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit fluidverbunden und erfasst einen Leckageanteil des Prüfmediums. Das Verbinden der Zuführeinrichtung und der Messeinrichtung erfolgt vorzugsweise simultan. Besonders bevorzugt erfolgt die Durchführung des Verfahrens mittels dem erfindungsgemäßen System.

Für die Erfassung des Leckageanteils des Prüfmedium, wird vorzugsweise Luft oder ein Tracergas eingesetzt. Das Tracergas, Luft oder ein Gasgemisch mit Tracergas wird vorzugsweise unter Druck in den ersten Aufnahmebereich der ersten Trägereinheit eingebracht, sodass das Dünnschichtelement auf einer ersten Seite mit dem Prüfmedium beaufschlagt ist/wird. Durch ein entstehendes Druckgefälle zwischen den beiden Aufnahmebereichen dringt das Prüfmedium durch kleinste Öffnungen des Dünnschichtelements und tritt auf der anderen, d.h. gegenüberliegenden Seite in den zweiten Aufnahmeraum der zweiten Trägereinheit aus. Hier entsteht ein Anstieg des Drucks bzw. der Tracergas- Konzentration (Leckageanteil), der/die durch die Messeinrichtung erfasst wird. Wesentlich für die Erfassung des Leckageanteils des Prüfmediums ist das entstehende Druckgefälle von dem ersten Aufnahmeraum der ersten Trägereinheit zu dem zweiten Aufnahmeraum der zweiten Trägereinheit. Es ist möglich, dass das Druckgefälle zwischen den beiden Aufnahmebereichen alternativ durch ein angelegtes Vakuum erzeugt wird.

Der erste Aufnahmebereich umfasst vorzugsweise wenigstens einen ersten Druckraum, mit dem die Zuführeinrichtung in der Messstellung fluidverbunden ist/wird. Der zweite Aufnahmebereich weist bevorzugt wenigstens einen zweiten Druckraum auf, mit dem die Messeinrichtung in der Messstellung fluidverbunden ist/wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Trägereinheiten jeweils wenigstens einen integrierten Kanal auf, der mit dem Aufnahmebereich verbunden ist, um das Prüfmedium dem Dünnschichtelement zuzuführen und/oder den Leckageanteil des Prüfmediums von dem Dünnschichtelement abzuführen. Die Trägereinheiten umfassen vorzugsweise jeweils wenigstens einen Aufnahmeblock, insbesondere eine Trägerplatte, in dem/der der Kanal integriert ist. Besonders bevorzugt weisen die Trägereinheiten jeweils zwei integrierte Kanäle auf, wobei ein erster Kanal mit dem ersten Aufnahmebereich und ein zweiter Kanal mit dem zweiten Aufnahmebereich der jeweiligen Trägereinheit verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist von Vorteil, dass die Trägereinheiten kompakt aufgebaut sind.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Trägereinheiten jeweils wenigstens einen Anschluss zum Verbinden der Zuführeinrichtung und/oder Messeinrichtung auf, der mit dem Aufnahmebereich der Trägereinheit fluidverbunden ist. Ein solcher Anschluss ermöglicht die schnelle und einfache Verbindung der Zuführ- und/oder Messeinrichtung mit dem zugeordneten Aufnahmebereich.

Vorzugsweise umfassen die Trägereinheiten jeweils wenigstens einen ersten Anschluss für die Zuführeinrichtung und/oder wenigstens einen zweiten Anschluss für die Messeinrichtung. Durch den Anschluss ist bevorzugt die Zuführeinrichtung bzw. die Messeinrichtung über den integrierten Kanal mit dem Aufnahmebereich in der Messstellung fluidverbindbar oder fluidverbunden.

Der wenigstens eine Anschluss ist vorzugsweise in Querrichtung oder in Vertikalrichtung der gestapelten Trägereinheiten ausgerichtet. Mit anderen Worten kann der Anschluss an der Trägereinheit seitlich, d.h. an einer Seitenwand der Trägereinheit angeordnet sein. Alternativ kann der Anschluss in der Vertikalrichtung des Prüfstapels oben oder unten an der Trägereinheit angeordnet sein. Diese Ausführungsformen ermöglichen ein schnelles Heran- und Wegführen der Zuführ- und Messeinrichtung.

Der Prüfstapel ist während dem Prüfprozess stehend, d.h. vertikal ausgerichtet, wobei die Trägereinheiten die einzelnen Schichten des Stapels bilden. Im Rahmen der Anmeldung beziehen sich die Begriffe „oben", „unten", „Oberseite" und „Unterseite" auf die Vertikalrichtung, insbesondere des Prüfstapels.

Bevorzugt weisen die Trägereinheiten jeweils wenigstens einen Dichtungsbereich auf, der im gestapelten Zustand die Trägereinheiten gegeneinander fluiddicht abdichtet. Dies ist erforderlich, um während der Dichtheitsprüfung ein unerwünschtes Austreten des Prüfmediums zu verhindern. Der Dichtungsbereich erstreckt sich bevorzugt um den jeweiligen Aufnahmebereich der Trägereinheit.

Um die beiden Trägereinheiten zum Stapeln formschlüssig miteinander zu verbinden, weisen die Trägereinheiten wenigstens ein Formschlusselement, insbesondere einen Fortsatz, und/oder wenigstens eine mit dem Formschlusselement korrespondierende Aufnahme auf. Besonders bevorzugt ermöglichen die Formschlusselemente eine lösbare Verbindung der beiden Trägereinheiten. Vorzugsweise werden die Trägereinheiten zur Bildung des Prüfstapels aufeinander gesteckt. Hier ist von Vorteil, dass die Trägereinheiten in einfacher Weise auf- und abstapelbar sind und somit sicher aufeinander gehalten werden. Dies trägt ebenfalls zur Verringerung der Taktzeiten bei.

Besonders bevorzugt weist die Messeinrichtung wenigstens einen Sensor, insbesondere einen Helium-, Wasserstoff- oder Stickstoffsensor, auf, der dazu angepasst ist, einen Volumenstrom und/oder einen Druckwert und/oder eine Gaskonzentration des Prüfmediums zu erfassen. Bislang umfassen die Messeinrichtungen in der Praxis oftmals ein Massenspektrometer, das sehr teuer ist. Versuche haben allerdings ergeben, dass neben einem Massenspektrometer Sensoren, die bspw. Helium-, Wasserstoff oder Stickstoff detektieren, für die Messung des Leckageanteils geeignet sind. Diese sind kostengünstig, sodass bevorzugt je Aufnahmebereich ein solcher Sensor vorgesehen ist.

Um die Messeinrichtung in der Messstellung mit der zweiten Trägereinheit zu verbinden, weist die Messeinrichtung vorzugsweise wenigstens einen Adapter und wenigstens einen Stellantrieb auf. Der Stellantrieb verbindet den Adapter zur Leckagemessung mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit lösbar. Durch den Stellantrieb wird der Adapter in der Messstellung an die Trägereinheit geführt und mit dieser derart verbunden, dass der zweite Aufnahmebereich und die Messeinrichtung fluidverbunden sind. Der Adapter ermöglicht eine dichte Verbindung zwischen der Trägereinheit und der Messeinrichtung. Vorzugsweise ist durch den Stellantrieb ist eine Anpresskraft des Adapters einstellbar. Bevorzugt wird der Adapter an die Trägereinheit gepresst und mit dem integrierten Kanal verbunden. Mit dieser Ausführungsform wird eine automatisierbare Ankopplung der Messeinrichtung an die Trägereinheit bereitgestellt, die ein Verringerung der Taktzeit ermöglicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das System wenigstens eine Presseinrichtung auf, die den Prüfstapel in der Messstellung derart zusammenpresst, dass die Trägereinheiten gegeneinander fluiddicht abgedichtet sind. Bevorzugt presst die Presseinrichtung in der Messstellung die Dichtbereiche der Trägereinheiten so aneinander, dass eine fluiddichte Verbindung zwischen den Trägereinheiten in den Aufnahmebereichen besteht. Die Presseinrichtung kann dazu wenigstens einen Antrieb mit einstellbarer Kraft und wenigstens eine Linearachse mit einstellbarem Hub umfassen, um einen Stempel von oben auf den Prüfstapel zu pressen. Der Stempel ist vorzugsweise Teil der Presseinrichtung und kann wenigstens eine Dichtung und/oder eine Matrize aufweisen, die den Stapel im Presszustand in einem Kontaktbereich des Stempelt mit der angrenzenden Trägereinheit abdichtet. Die Presseinrichtung stellt eine einfach zu realisierende Maßnahme dar, um den Prüfstapel zum Dichtheitsprüfen abzudichten.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das System wenigstens eine Abführeinrichtung auf, die in der Messstellung des Prüfstapels mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit fluidverbindbar oder fluidverbunden ist, um den Leckageanteil des Prüfmediums von dem Dünnschichtelement abzuführen. Bevorzugt ist die Abführeinrichtung mit der Messeinrichtung zum Verbinden mit dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit gekoppelt. Mit anderen Worten kann die Abführeinrichtung mit der Messeinrichtung zusammen an die zweite Trägereinheit herangeführt bzw. von dieser weggeführt werden. Hierbei ist vorteilhaft, dass der Leckageanteil von dem zweiten Aufnahmebereich der zweiten Trägereinheit abgeführt wird. Dies ermöglicht die Zusammenführung des Leckageanteils des Prüfmediums bspw. zur Wiederverwendung. Des Weiteren kann dadurch die Messung des Leckageanteils außerhalb der Trägereinheit erfolgen, wenn die Messeinrichtung und die Abführeinrichtung dazu angepasst und gekoppelt sind.

Vorzugsweise umfasst das System wenigstens eine erste Stapeleinrichtung mit wenigstens einer Linearachse und wenigstens einer an der Linearachse angeordneten Greifeinheit, die die Trägereinheiten an einer Aufstapelstellung zur Bildung des Prüfstapels aufeinanderstapelt. Die Linearachse umfasst vorzugsweise wenigstens einen Antrieb mit einer einstellbaren Hubkraft. Die Aufstapelstellung befindet sich in einer Transportrichtung der Trägereinheiten bzw. des Prüfstapels vor der Messstellung.

Beim Aufstapeln der Trägereinheiten hebt die Greifeinheit eines der Trägereinheiten an und setzt diese auf eine weitere Trägereinheit. Anschließend werden die beiden gestapelten Trägereinheiten durch die Greifeinheit angehoben und auf eine weitere Trägereinheit gesetzt. Der Aufstapelvorgang wiederholt sich bis eine maximale Anzahl von gestapelten Trägereinheiten zur Bildung eines Prüfstapels erreicht ist. Die Trägereinheiten nehmen bereits vor dem Stapelvorgang die Dünnschichtelemente auf. Weiter vorzugsweise umfasst das System wenigstens eine zweite Stapeleinrichtung mit wenigstens einer Linearachse und wenigstens einer an der Linearachse angeordneten Greifeinheit, die die Trägereinheiten an einer Abstapelstellung zur Vereinzelung des Prüfstapels abstapelt. Die Linearachse umfasst vorzugsweise wenigstens einen Antrieb mit einer einstellbaren Hubkraft. Die Abstapelstellung befindet sich in einer Transportrichtung der Trägereinheiten bzw. des Prüfstapels nach der Messstellung.

Beim Abstapeln der Trägereinheiten hebt die Greifeinheit den Prüfstapel bis auf jene Trägereinheit an, die einen untenliegenden Abschluss des Prüfstapels bildet. Diese Trägereinheit wird dann aus der Abstapelstellung transportiert.

Anschließend stellt die Greifeinheit den angehobenen Prüfstapel ab und hebt bis auf die nun den unteren Abschluss bildende Trägereinheit den Prüfstapel wieder an. Diese Trägereinheit wird ebenfalls aus der Abstapelstellung transportiert. Der Abstapelvorgang wiederholt sich bis nur mehr jene Trägereinheit vorliegt, die einen obenliegenden Abschluss des Prüfstapels bildet.

Die Aufstapel- und Abstapeleinrichtung weisen einen konstruktiv einfachen Aufbau auf, sodass diese effizient und kostengünstig in einen vollautomatischen Betrieb integrierbar sind. Vorzugsweise sind die Aufstapel- und Abstapeleinrichtung nach dem Prinzip einer Portalstapeleinrichtung ausgestaltet. Bevorzugt liegen die Aufstapelstellung und/oder die Abstapelstellung in einer Linie mit der Messstellung zur Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente.

Um den Prüfstapel in die Messstellung zu fördern und den Prüfstapel von der Messstellung weiter zu fördern, weist das System wenigstens eine Transporteinrichtung auf. Die Transporteinrichtung ist bevorzugt eine Lineartransporteinheit. Vorzugsweise umfasst die Transporteinrichtung wenigstens einen Antrieb mit einstellbarer Kraft, der einen oder mehrere Trägereinheiten und/oder den Prüfstapel bewegen kann. Bevorzugt bewegt die Transporteinrichtung die Trägereinheiten mit den aufgenommenen Dünnschichtelementen in die Aufstapelstellung, dann den Prüfstapel zur Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente in die Messstellung, anschließend den Prüfstapel in die Abstapelstellung und dann die abgestapelten Trägereinheiten mit Dünnschichtelementen weiter.

Bevorzugt weist die Transporteinrichtung wenigstens eine Linearachse mit einstellbarem Vorschubgeschwindigkeit auf. Zusätzlich kann die Linearachse in ihrer Höhe verstellbar sein, um den Abstand zwischen Trägereinheiten zu variieren. Besonders bevorzugt ist die Transporteinrichtung nach dem Wirkprinzip der Reibung ausgestaltet, sodass die Trägereinheiten bzw. der Prüfstapel durch mittels Reibung transportiert wird. Die Transporteinrichtung kann bspw. Friktionsförderer sein. Hier ist von Vorteil, dass die Trägereinheiten bzw. der Prüfstapel ohne großen Aufwand schnell zwischen den verschiedenen Stellungen transportierbar sind.

Das System kann wenigstens eine Übersetzereinheit mit wenigstens einem Hub- und Drehmechanismus zum Aufnehmen und Übersetzen von einzelnen Dünnschichtelementen aufweisen, wobei der Hub- und Drehmechanismus mit der Transporteinrichtung zusammenwirkt. Dadurch sind die Dünnschichtelemente schnell und einfach von einer Zuliefereinheit auf die Transporteinrichtung bzw. von der Transporteinrichtung auf eine Abliefereinheit übersetzbar. Bevorzugt umfasst das System zwei der Übersetzereinheiten, wobei eine erste Übersetzereinheit in Transportrichtung vor der Aufstapelstellung und eine zweite Übersetzereinheit nach der Abstapelstellung angeordnet ist.

Der Hub- und Drehmechanismus der ersten Übersetzereinheit kann eine oder mehrere Dünnschichtelemente zeitgleich von einer oder mehrerer Zuliefereinheiten auf ein oder mehrere Trägereinheiten übersetzen. Der Hub- und Drehmechanismus der zweiten Übersetzereinheit kann ein oder mehrere Dünnschichtelemente zeitgleich von einem oder mehreren Trägereinheiten auf ein oder mehrere Abliefereinheiten übersetzen.

Bei einer Ausführungsform kann die Übersetzereinheit wenigstens eine Greifeinheit aufweisen, die dazu angepasst ist, ein oder mehrere Dünnschichtelemente aus einer Zuliefereinheit, insbesondere einer Transport- Trägereinheit, zu heben und in einen oder mehrere Trägereinheiten des Prüfsystems zu überführen. Dazu kann die Übersetzereinheit wenigstens eine Linearachse und wenigstens einem Stellantrieb zum Anheben der Greifeinheit. Der Stellantrieb mit einer einstellbaren Hubkraft für die Greifeinheit ausgestattet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Linearachse einen einstellbaren Hub aufweisen, sodass die Abstände zwischen den anzuhebenden bzw. angehobenen Dünnschichtelementen variierbar ist. Die Linearachse kann zusätzlich dazu angepasst sein, die angehobenen in die eine Trägereinheit bzw. die mehreren Trägereinheiten zu überführen. Bei dieser Ausführungsform ist von Vorteil, dass Dünnschichtelemente, die gestapelt angeliefert werden, einfach und schnell separiert werden können.

Eine weitere Übersetzereinheit, die mittels wenigstens einer Linearachse, eines Stellantriebs und einer Greifeinheit die geprüften Dünnschichtelemente aus den Trägereinheiten entnimmt und einer Abliefereinheit, insbesondere Transport- Trägereinheiten, zuführt, kann bei dem System vorgesehen sein. Diese dient dazu, die einzelnen Dünnschichtelement zum Weitertransport aufeinander zu stapeln.

Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße System ausgestaltet sein kann.

In diesen zeigen,

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen nach einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Systems nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung des Systems nach Fig. 1, wobei sich ein Prüfstapel in der Messstellung befindet;

Fig. 4 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Trägereinheit des Systems nach Fig. 1 mit aufgenommenem Dünnschichtelement;

Fig. 5 eine perspektivische Draufsicht der Trägereinheit nach Fig. 4, ohne Dünnschichtelement;

Fig. 6 eine perspektivische Unteransicht der Trägereinheit nach Fig. 4, ohne Dünnschichtelement; und

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer Trägereinheit des Systems nach Fig. 1, mit Anschlüssen oben und unten. In der folgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

Fig. 1 und 2 zeigen ein System 10 zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen 100. Solche Dünnschichtelemente 100 können bspw. Membran-Elektroden-Baugruppen, sogenannte „MEAs" bei Brennstoffzellen, oder Bipolarplatten „BPPs" sein. Andere Dünnschichtelemente sind möglich.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Systems 10, wobei in Fig. 2 das System 10 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt ist. Das System 10 umfasst verschiedene Einrichtungen 15, 16, 25, 26, 27, 31, 33, die so angeordnet sind, dass eine Prüflinie zur Dichtheitsprüfung von Dünnschichtelementen 100 gebildet ist.

Konkret umfasst das System 10 eine Presseinrichtung 25, zwei Stapeleinrichtungen 27, 31, zwei Übersetzereinheiten 33 sowie eine Zuführeinrichtung 15, Abführeinrichtung 26, eine Messeinrichtung 16 und eine Transporteinrichtung 32. Die Transporteinrichtung 32 ist, wie in Fig. 1 und 2 zu erkennen, ein Linearförder, zum Fördern von Trägereinheiten 11a, 11b zur Aufnahme der Dünnschichtelemente 100, auf die später näher eingegangen wird.

Die Einrichtungen 15, 16 25, 26, 27, 31, 33 sind entlang der Transporteinrichtung 32 angeordnet. Ein erster der Übersetzereinheiten 33a ist an einem ersten Längsende 35 der Transporteinrichtung 32 angeordnet. Die erste Übersetzereinheit 33a wirkt mit einer Zuliefereinheit 36 zusammen, die eine Vielzahl von Dünnschichtelementen 100 zur Aufnahme bereitstellt. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann die Zuliefereinheit 36 ein Linearförder sein. Es ist möglich, dass mehrere Zuliefereinheiten 36 vorgesehen sind, um eine höhere Anzahl von Dünnschichtelementen 100 der ersten Übersetzereinheit 33a zuzuführen. Die erste Übersetzereinheit 33a nimmt die bereitgestellten Dünnschichtelemente 100 auf und legt jeweils ein Dünnschichtelement 100 in eine Trägereinheit 11.

Generell umfasst das System 10 eine Vielzahl von Trägereinheiten 11 zur Aufnahme der Dünnschichtelemente 100. Nach der ersten Übersetzereinheit 33a, ist die erste Stapeleinrichtung 27 zum Aufeinanderstapeln der Trägereinheiten 11 vorgesehen. Die erste Stapeleinrichtung 27 ist so ausgestaltet, dass sie die zugeführten Trägereinheiten 11 mit den aufgenommenen Dünnschichtelementen 100 aufeinanderstapelt und so einen Prüfstapel 12 bildet. Die erste Stapeleinrichtung 27 befindet sich an einer Aufstapelstellung AUS der Prüflinie.

Nach der ersten Stapelstellung 27 sind die Presseinrichtung 25, die Zuführ- und Abführeinrichtung 15, 26 sowie die Messeinrichtung 16 vorgesehen. Diese befinden sich an einer Messstellung MS der Prüflinie. Anschließend ist die zweite Stapeleinrichtung 31 vorgesehen, die den Prüfstapel 12 wieder vereinzelt, wobei die zweite Übersetzereinheit 33b nachgeschaltet ist und die geprüften Dünnschichtelemente 100 wieder aus den Trägereinheiten 11 entnimmt und zum Weitertransport bzw. zur weiteren Verarbeitung bereitstellt.

Auf die genaue Ausgestaltung der Übersetzereinheiten 33a, 33b, der Stapeleinrichtungen 27, 31 sowie der Transporteinrichtung 32 wird später näher eingegangen.

Im Folgenden werden die Trägereinheiten 11 sowie die Einrichtungen 15, 16, 25, 26 genauer beschrieben. Wie in den Fig. 4 bis 7 ersichtlich, sind die Trägereinheiten 11 plattenförmig ausgebildet. Mit anderen Worten umfassen die Trägereinheiten 11 jeweils eine Trägerplatte. In der folgenden Beschreibung werden die Trägereinheiten 11 generell als Trägerplatten 11 bezeichnet. Die Trägerplatten 11 sind identisch ausgebildet. Die Trägerplatten 11 sind aufeinander stapelbar. Wie in Fig. 5 und 6 gut zu erkennen, weisen die Trägerplatten 11 einen ersten Aufnahmebereich 13 und einen zweiten Aufnahmebereich 14 auf, die einander gegenüber angeordnet sind. Konkret ist der erste Aufnahmebereich 13 an einer Oberseite 37 der Trägerplatte 11 und der zweite Aufnahmebereiche 14 an einer Unterseite 38 der Trägerplatte 11 angeordnet. Die beiden Aufnahmebereiche 13, 14 weisen jeweils eine Ausnehmung 39 auf, die einen Druckraum bildet. Die Ausnehmung 39 des ersten Aufnahmebereichs 13 ist nach außen, d.h. nach oben offen. Die Ausnehmung 39 des zweiten Aufnahmebereichs 14 ist ebenfalls nach außen, d.h. nach unten offen. Die Ausnehmung 39 ist jeweils derart ausgebildet, dass ein Dünnschichtelement 100 zumindest teilweise aufnehmbar ist.

Konkret bilden jeweils zwei angrenzende Trägerplatten 11 mit deren Ausnehmungen 39 eine gemeinsame Aufnahme für eines der Dünnschichtelemente 100. Im gestapelten Zustand ist die Ausnehmung 39 des ersten Aufnahmebereichs 13 einer ersten Trägerplatte 11a der Ausnehmung 39 des zweiten Aufnahmebereichs 14 einer zweiten Trägerplatte 11b gegenüberliegend. Die Ausnehmungen 39 sind derart ausgebildet, dass im eingelegten Zustand eines Dünnschichtelements 100 ein Druckraum hinter dem Dünnschichtelement 100 gebildet ist. Dieser Druckraum 41 erstreckt sich annähernd über die gesamte Fläche der Ausnehmung 39, sodass das Dünnschichtelement 100 bei einer Dichtheitsprüfung vollständig mit einem Prüfmedium druckbeaufschlagbar ist.

Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, weisen die Trägerplatten 11 jeweils zwei integrierte Kanäle 17 auf. Jeweils einer der Kanäle 17 ist einer der Ausnehmungen 39 zugeordnet. Die Kanäle 17 führen von den Ausnehmungen 39 ausgehend durch eine Seitenwand 42a, 42b der Trägerplatten 11 nach außen. Konkret führt ein erster der Kanäle 17 von der Ausnehmung 39 des ersten Aufnahmebereichs 13 der Trägerplatte 11 durch eine erste Seitenwand 42a nach außen. Ein zweiter der Kanäle 17 führt von der Ausnehmung 39 des zweiten Aufnahmebereichs 14der Trägerplatte 11 durch eine zweite Seitenwand 42b nach außen. Die Seitenwände 42a, 42b sind einander gegenüber angeordnet. Die Kanäle 17 verlaufen somit ausgehend von den Ausnehmungen in entgegengesetzte Richtungen, insbesondere Längsrichtungen, nach außen.

Generell dienen die integrierten Kanäle 17 dazu, die Zuführ- und Abführeinrichtung 15, 26 sowie die Messeinrichtung 16 in der Messstellung MS mit den Druckräumen 41 zu verbinden. In Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine der Trägerplatten 11 und in Fig. 6 eine Unteransicht der Trägerplatte 11 ohne eingelegtes Dünnschichtelement 100 gezeigt. Fig. 7 zeigt eine der Trägerplatten 11 mit einem eingelegten Dünnschichtelement 100, wobei die Trägerplatte 11 Anschlüsse oben und unten aufweist.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 ist gezeigt, dass die Trägerplatten 11 zur Dichtheitsprüfung in der Messstellung MS zu einem Prüfstapel 12 aufeinandergestapelt sind. Um die die Trägerplatten 11 im gestapelten Zustand in ihrer Lage zu sichern, sind diese formschlüssig miteinander lösbar verbunden. Konkret weisen die Trägerplatten 11 jeweils mehrere Formschlusselemente 21 und mehrere mit den Formschlusselementen 21 korrespondierende Aufnahmen 23 auf. Die Formschlusselemente 21 sind Fortsätze 22, die der Oberseite 37 der Trägerplatten 11 abstehend ausgebildet sind. Die Aufnahmen 23 sind an der Unterseite 38 der Trägerplatten 11 angeordnet und bilden mit den Fortsätzen 22 einer benachbarten Trägerplatte 11 korrespondierende Einbuchtungen. Dies ermöglicht es die Trägerplatten 11 schnell und einfach aufeinander zu stecken, um ein Prüfstapel 12 zu bilden.

Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, ist zwischen den angrenzenden Trägerplatten 11 jeweils ein Dünnschichtelement 100 in den Ausnehmungen 39 angeordnet. Die Trägerplatten 11 liegen mit deren Ober- und Unterseiten 37, 38 aneinander an. Jede der Trägerplatten 11 weist an der Oberseite- und an der Unterseite 37, 38 einen Dichtungsbereich 19 auf, der jeweils um die Ausnehmung 39 vorgesehen ist. Im konkreten Fall liegen die Ober- und Unterseiten 37, 38 der angrenzenden Trägerplatten 11 flächig an, sodass bei der Dichtheitsmessung eine fluiddichte Verbindung zwischen angrenzenden Trägerplatten 11 besteht.

Der Prüfstapel 12, der in Fig. 3 dargestellt ist, befindet sich in der Messstellung MS, in der die Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente 100 durchgeführt wird. An dieser Position der Prüflinie ist die Presseinrichtung 25 zum Zusammenpressen des Prüfstapels 12 angeordnet. Die Presseinrichtung 25 ist portalartig aufgebaut, Die Presseinrichtung 25 umfasst einen Stempel 43, der mittels einer Linearachse 44 vertikal beweglich ist. Ferner umfasst die Presseinrichtung 25 eine nicht ersichtliche Matrize. In der Messstellung MS ist der Stempel 43 oberhalb des Prüfstapels 12 angeordnet und die Matrize unterhalb des Prüfstapels 12. Der Stempel 43 und die Matrize weisen jeweils Dichtungen auf, um beim Zusammenpressen des Prüfstapels 12 die jeweils angrenzende Trägerplatte 11 dicht abzuschließen. Die Presseinrichtung 25 weist einen Antrieb mit einstellbarer Kraft auf, mit der der Stempel 43 den Prüfstapel 12 zusammenpresst. Die Linearachse 44 ist mit einem einstellbaren Hub konfiguriert.

Des Weiteren sind in Fig. 3 mehrere Messeinrichtung 16 vorgesehen, die in der Messstellung MS seitlich übereinander angeordnet sind. Des Weiteren sind mehrere Zuführeinrichtungen 15 und mehrere Abführeinrichtungen 26 ebenfalls seitlich übereinander angeordnet vorgesehen. Die Messeinrichtungen 16 sowie Zuführ- und Abführeinrichtungen 15, 26 sind vertikal derart verteilt angeordnet, dass sie mit Anschlüssen 18 der integrierten Kanäle 17 der Trägerplatten 11 des Prüfstapels 12 korrespondieren.

Bei dem System 10 ist je Trägerplatte 11 zumindest eine Messeinrichtung 16 vorgesehen. Das bedeutet, dass jeweils eine der Messeinrichtungen 16 mit einem der Druckräume 41 einer der Trägerplatten 11 fluidverbindbar ist, um bei einem Dichtheitsmessvorgang einen Leckageanteil eines Prüfmediums zu erfassen. Die Messeinrichtung 16 umfasst zumindest einen Sensor, der dazu angepasst ist, einen Leckageanteil eines Gases oder Gasgemisches zu erfassen. Beispielsweise kann das Gas bzw. Gasgemisch, wie in Fig. 1 gezeigt, Wasserstoff „H2" umfassen. Mit andere Worten kann die Messeinrichtung 16 einen Wasserstoff detektierenden Sensor, insbesondere einen Wasserstoffsensor, aufweisen.

Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung 16 einen Stickstoff detektierenden Sensor, insbesondere einen Stickstoffsensor, aufweisen. Besonders bevorzugt weist die Messeinrichtung 16 alternativ oder zusätzlich einen Helium detektierenden Sensor, insbesondere einen Heliumsensor, auf. Zusätzlich oder alternativ kann die Messeinrichtung einen Sensor aufweisen, der eine Druckänderung erfasst. Mit anderen Worten kann der Sensor ein Drucksensor sein. Des Weiteren kann die Messeinrichtung 16 zusätzlich oder alternativ einen Sensor zum Erfassen eines Volumenstromes aufweisen. Zusätzlich kann die Messeinrichtung 16 dazu angepasst sein, eine Befeuchtung der Dünnschichtelemente 100 durchzuführen.

Gemäß Fig. 3 ist die Messeinrichtung 16 jeweils mit einer Abführeinrichtung 26 gekoppelt, die mit dem Druckraum 41 des zweiten Aufnahmebereichs 14 der Trägerplatte 11 fluidverbindbar. Die Abführeinrichtung 26 umfasst eine Abführleitung 45, in oder an welcher der Sensor der Messeinrichtung 16 angeordnet ist. Generell dient die Abführleitung 45 zum Abführen des Leckageanteils des Prüfmediums durch den integrierten Kanal 17 aus dem Druckraum 41 des zweiten Aufnahmebereichs 14 der Trägerplatte 11.

Der Sensor und die Abführleitung 45 sind derart gekoppelt, dass diese gemeinsam in Richtung des Prüfstapels verfahrbar sind. Die Messeinrichtung 16 weist dazu einen nicht dargestellten Stellantrieb auf, durch den zumindest die Abführleitung 45 an den Anschluss 18 zur Verbindung mit dem integrierten Kanal 17 heranführbar ist. Der Stellantrieb ist dabei so ausgelegt, dass eine Anpresskraft zum Anpressen eines Adapters 24 der Abführleitung 45 an den Anschluss 18 einstellbar ist. Die Abführeinrichtung 26 weist somit einen Adapter 24 auf, der mit dem Anschluss 18 des integrierten Kanals 17 fluiddicht verbindbar ist. Der Adapter 24 ist an einem dem Prüfstapel 12 in der Messstellung MS zugewandten Ende der Abführleitung 45 angeordnet.

Gemäß Fig. 3 ist die je Trägerplatte 11 eine Zuführeinrichtung 15 vorgesehen, die mit dem Druckraum 41 des ersten Aufnahmebereichs 13 der Trägerplatte 11 fluidverbindbar ist. Die Zuführeinrichtung 15 umfasst eine Zuführleitung 46. Generell dient die Zuführleitung 46 zum Zuführen eines Prüfmediums, bspw. eines Gases, Gasgemisches oder einer Flüssigkeit, durch den integrierten Kanal 17 in den Druckraum 41 des ersten Aufnahmebereichs 13 der Trägerplatte 11. Dieser Druckraum 41 befindet sich direkt hinter dem eingelegten Dünnschichtelement 100. Die Zuführleitung 46 ist in Richtung des Prüfstapels verfahrbar. Dies kann mittels eines nicht dargestellten Stellantrieb erfolgen, durch den zumindest die Zuführleitung 46 an einen Anschluss 18 zur Verbindung mit dem integrierten Kanal 17 heranführbar ist. Der Stellantrieb ist dabei so ausgelegt, dass eine Anpresskraft zum Anpressen eines Adapters 24 der Zuführleitung 46 an den Anschluss 18 einstellbar ist.

Die Zuführeinrichtung 15 weist somit einen Adapter 24 auf, der mit dem Anschluss 18 des integrierten Kanals 17 und somit dem Druckraum 41 des ersten Aufnahmebereichs 13 fluiddicht verbindbar ist. Der Adapter 24 ist an einem dem Prüfstapel 12 in der Messstellung MS zugewandten Ende der Zuführleitung 46 angeordnet.

Es ist möglich, dass ebenfalls auf der Seite der Zuführeinrichtungen 15 mehrere Messeinrichtungen 16 vorgesehen sind, die mit den Zuführeinrichtungen 15 gekoppelt sind. Die Messeinrichtungen 16 entsprechen dabei vorzugsweise den vorstehend beschriebenen. Der Sensor der Messeinrichtung 16 kann in oder an der Zuführleitung 46 angeordnet sein. Bei dieser Variante ist somit für jede Trägerplatte 11 eine weitere Messeinrichtung 16 vorgesehen.

Gemäß Fig. 3 sind auf einer ersten Längsseite 47 der Transporteinrichtung 32 in der Messstellung MS die Zuführeinrichtungen 16 mit den Zuführleitungen 46 angeordnet und auf einer zweiten der ersten gegenüberliegenden Längsseite 48 der Transporteinrichtung 32 angeordnet. Die Zuführleitungen 46 und die Abführleitungen 47 sind zeitgleich mit dem jeweiligen Anschluss 18 der integrierten Kanäle 17 und somit den entsprechenden Druckräumen 41 der Aufnahmebereiche 13, 14 fluidverbindbar.

Wie in Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, erstreckt sich die Transporteinrichtung 32 über annähernd die gesamte Prüflinie. Die Transporteinrichtung 32 stellt dabei ein wesentliches Glied dar, um eine Serienprüfung von Dünnschichtelementen 100 mit möglichst kurzer Taktzeit zu realisieren. Die Transporteinrichtung 32 ist eine Lineartransporteinheit. Die Transporteinrichtung 32 weist einen nicht dargestellten einen Antrieb mit einstellbarer Kraft auf, der mehrere Trägerplatten 11 sowie den Prüfstapel 12 in einer linearen Transportrichtung v bewegen kann. Die Transporteinrichtung 32 bewegt die Trägerplatten 11 mit den aufgenommenen Dünnschichtelementen in die Aufstapelstellung AUS, dann den Prüfstapel 12 zur Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente 100 in die Messstellung MS, anschließend den Prüfstapel 12 in die Abstapelstellung ABS und dann die abgestapelten Trägerplatten 11 mit den Dünnschichtelementen 100 weiter. Die Transporteinrichtung 32 umfasst vorzugsweise eine Linearachse mit einstellbarem Vorschubgeschwindigkeit. Zusätzlich kann die Linearachse in ihrer Höhe verstellbar sein, um den Abstand zwischen Trägerplatten 11 zu variieren.

Des Weiteren weist das System 10 eine erste Stapeleinrichtung 27 mit zwei Linearachsen 28 und zwei an den Linearachsen 28 angeordneten Greifeinheiten 29, die die Trägerplatten 11 an der Aufstapelstellung AUS zur Bildung des Prüfstapels 12 aufeinanderstapeln. Die Linearachsen 28 umfassen jeweils einen Antrieb mit einer einstellbaren Hubkraft. Gemäß Fig. 3 sind in der Aufstapelstellung AUS auf der ersten Längsseite 47 der Transporteinrichtung 32 eine ersten Linearachse 28 und eine entlang der Linearachse 28 bewegbare Greifeinheit 29 angeordnet und eine zweite Linearachse 28 und eine entlang der Linearachse 28 bewegbare Greifeinheit 29 auf der zweiten Längsseite 48 der Transporteinrichtung 32 angeordnet. Dadurch werden die Trägerplatten 11 bzw. der teilweise fertige Prüfstapel 12 beidseitig angehoben und sicher abgestellt.

Beim Aufstapeln der Trägerplatten 11 heben die Greifeinheiten 29 anfangs eine der Trägerplatten 11 an und setzen diese auf eine weitere Trägerplatte 11. Anschließend werden die beiden gestapelten Trägerplatten 11 durch die Greifeinheiten 29 angehoben und auf eine weitere Trägerplatte 11 gesetzt. Der Aufstapelvorgang wiederholt sich bis eine maximale Anzahl von gestapelten Trägerplatten 11 zur Bildung eines Prüfstapels 12 erreicht ist.

Des Weiteren weist das System 10 eine zweite Stapeleinrichtung 31 auf, die mit der ersten Stapeleinrichtung 27 identisch ist und lediglich anstatt an der Aufstapelstellung AUS, an der Abstapelstellung ABS vorgesehen ist.

Beim Abstapeln der Trägerplatten 11 heben die Greifeinheiten 29 den Prüfstapel 12 bis auf jene Trägerplatte 11 an, die einen untenliegenden Abschluss des Prüfstapels 12 bildet. Diese Trägerplatte 11 wird dann durch die Transporteinrichtung 32 von der Abstapelstellung ABS abtransportiert. Anschließend stellen die Greifeinheiten 29 den angehobenen Prüfstapel 12 ab und heben bis auf die nun den unteren Abschluss bildende Trägerplatte 11 den Prüfstapel 12 wieder an. Diese Trägerplatte 11 wird ebenfalls aus der Abstapelstellung ABS abtransportiert. Der Abstapelvorgang wiederholt sich bis nur mehr ein Trägerplatte 11 vorliegt.

Das System 10 weist des Weiteren zwei Übersetzereinheiten 33a, 33b mit jeweils einem Hub- und Drehmechanismus 34 zum Aufnehmen und Übersetzen von Dünnschichtelementen 100 auf, wobei der Hub- und Drehmechanismus 34 mit der Transporteinrichtung 32 zusammenwirkt. Die erste Übersetzereinheit 33a ist in Transportrichtung v vor der Aufstapelstellung AUS und die zweite Übersetzereinheit 33b nach der Abstapelstellung ABS angeordnet.

Der Hub- und Drehmechanismus 34 der ersten Übersetzereinheit 33a ist dazu angepasst, eine oder mehrere Dünnschichtelemente 100 zeitgleich von einer oder mehrerer Zuliefereinheiten auf ein oder mehrere Trägerplatten 11 zu übersetzen. Der Hub- und Drehmechanismus 34 der zweiten Übersetzereinheit 33b ist dazu angepasst, ein oder mehrere Dünnschichtelemente 100 zeitgleich von einem oder mehreren Trägerplatten 11 auf ein oder mehrere Abliefereinheiten zu übersetzen.

Im Folgenden wird das Verfahren mit Fokus auf die Dichtheitsprüfung der Dünnschichtelemente 100 in der Messstellung MS des Prüfstapels 12 beschrieben.

Zuerst wird durch die erste Stapeleinrichtung 27 ein Prüfstapel 12, bestehend aus mehreren aufeinander gestapelten Trägerplatten 11 mit aufgenommenen Dünnschichtelementen 100 bereitgestellt und anschließend durch die Transporteinrichtung 32 in die Messstellung MS bewegt. Anschließend werden die Zuführleitungen 46 in der Messstellung MS über die Adapter 24 mit den Anschlüssen 18 derart verbunden, dass eine fluiddichte Verbindung zwischen den Zuführleitungen 46 und den Druckräumen 41 der ersten Aufnahmebereiche 13 gebildet wird.

Danach beaufschlagen die Zuführeinrichtungen 15 über die Zuführleitungen 46 und die Druckräume 41 die Dünnschichtelemente 100 mit dem Prüfmedium, das ein Gas, Gasgemisch oder eine Flüssigkeit sein kann. Zusätzlich werden die Abführleitungen 45 in der Messstellung MS über die Adapter 24 mit den Anschlüssen 18 derart verbunden, dass eine fluiddichte Verbindung zwischen den Abführleitungen 45 und den Druckräumen 41 der zweiten Aufnahmebereiche 14 gebildet wird. Das durch feinste Öffnungen in den Dünnschichtelementen 100 passierende Prüfmedium wird von den Sensoren der Messeinrichtungen erfasst. Dieser passierende Teil des Prüfmediums wird als Leckageanteil bezeichnet. Es ist möglich, die Beaufschlagung der Dünnschichtelemente 100 mit einem Überdruck oder einem Unterdrück gegenüber der Außenumgebung zu realisieren. Wesentlich ist das sich einstellende Druckgefälle zwischen dem Druckraum 41 des ersten und zweiten Aufnahmebereichs 13, 14 der Trägerplatten 11.

Bezuqszeichenliste

10 System

11, 11a erste Trägereinheit

11, 11b zweite Trägereinheit

12 Prüfstapel

13 erster Aufnahmebereich

14 zweiter Aufnahmebereich

15 Zuführeinrichtung

16 Messeinrichtung

17 integrierter Kanal

18 Anschluss

19 Dichtungsbereich der Trägereinheiten

21 Formschlusselement

22 Fortsatz

23 Aufnahme

24 Adapter

25 Presseinrichtung

26 Abführeinrichtung

27 erste Stapeleinrichtung

28 Linearachse

29 Greifeinheit

31 zweite Stapeleinrichtung

32 Transporteinrichtung

33a erste Übersetzereinheit

33b zweite Übersetzereinheit

34 Hub- und Drehmechanismus

35 erstes Längsende 36 Zuliefereinheit 37 Oberseite 38 Unterseite 39 Ausnehmung 41 Druckraum 42a erste Seitenwand 42b zweite Seitenwand 43 Stempel 44 Linearachse der Presseinrichtung 45 Abführleitung 46 Zuführleitung 47 erste Längsseite der Transporteinrichtung 48 zweite Längsseite der Transporteinrichtung

100 Dünnschichtelement AUS Aufstapelstellung ABS Abstapelstellung MS Messstellung v Transportrichtung