„Die Brennstoffzelle ist derzeit ein Thema, das wieder Wellen schlägt“, sagt Matthias Müller, Leiter Verkauf International und Internationales Branchen- und Key Account Management bei der J. Schmalz GmbH. „Vor allem in Deutschland, Europa und teilweise in Asien lassen Förderprogramme neue Player hochkommen.“ Um an allen Projekten dran zu sein und den hohen Innovationsgrad bedienen zu können, vernetzt sich das Schwarzwälder Unternehmen Schmalz mit Automobilherstellern und nationalen Forschungseinrichtungen. Das Ziel dabei ist die wirtschaftliche Serienproduktion von Brennstoffzellen. „An dieser Stelle ist die Automatisierung entscheidend und damit kommen wir ins Spiel“, ergänzt Müller.
Schmalz ist mit seinem umfassenden Greifer-Portfolio für diese Rolle gut aufgestellt. Trotzdem gibt es in der Entwicklungsabteilung in Glatten einiges zu tun. „Die Dynamik der Branche zeigt sich in den Anforderungen an unsere Konstrukteure und Entwickler“, betont Müller. „Sie müssen die Greifsysteme permanent an veränderte Produktionsschritte, Werkstücke, Materialien und Oberflächenstrukturen anpassen.“ Um zu verstehen, was Matthias Müller meint, hilft der Blick in eine Brennstoffzelle. Deren Aufbau ähnelt dem einer Batterie. Eine Elektrolytschicht trennt Anode und Kathode und sorgt für den Ionentransport. Diese Membran-Elektroden-Anordnung, kurz MEA, ist das Herz einer jeden Brennstoffzelle. Nach außen hin folgt jeweils eine Gasdiffusionslage, an die sich wiederum Bipolarplatten schmiegen.
Systeme, die in der Fertigung der MEAs zugreifen, müssen besonders sanft zu den empfindlichen Oberflächen sein und idealerweise alle Komponenten handhaben. Schmalz kombiniert deswegen mehrere Vakuumkreisläufe und Greiftechnologien, um die katalysatorbeschichtete Membran, die Gasdiffusionslage und den Dichtrahmen sequenziell aufnehmen zu können. Ein hoher Volumenstrom und die pneumatische Vakuum-Erzeugung durch die Kompaktejektoren SCPM verhindern Partikelrückstände auf dem Werkstück. Das Greifprinzip des ESD-konformen Flächengreifers, der großflächigen Kontakt mit einem geringen Vakuumlevel und einem hohen Volumenstrom vereint, schützt die dünnen Folien vor einer Deformation.
Bipolarplatten (BPP) aus Metall oder Grafit-Werkstoffen rahmen die MEAs ein. Sie leiten den Wasserstoff zur Anode, den Sauerstoff zur Kathode und sorgen für die Abfuhr des Reaktionswassers und die Abgabe der thermischen und elektrischen Energie. Die Gestaltung ihrer Oberflächen beeinflusst den Wirkungsgrad der späteren Brennstoffzelle. Für die sichere Handhabung nutzt Schmalz prinzipiell Flächengreifer, die durch Sauggreifer für eine höhere zulässige Querkraft ergänzt werden. So bleiben die BPP trotz dynamischer Beschleunigung an Ort und Stelle. Der Kunststoff der Saugplatten und das HT1-Material der Sauggreifer schützen die beschichteten Oberflächen vor Beschädigungen und chemischen Rückständen. Konvex oder konkav gebogene BPP-Hälften saugt der Schwebesauger SBS sicher an und zieht sie mit seinen hohen Haltekräften eben.
Integrierte Sensoren erkennen die Bauteile eindeutig und sind damit auch bei der Stapelfertigung wichtig, also dem Zusammenführen der MEAs, der Gasdiffusionslagen und der Bipolarplatten. Aufgrund der verschiedenen Komponenten ist das gesamte Spektrum der Spezialgreifer von Schmalz in diesem Produktionsschritt gefragt. Hierzu gehören der Flächengreifer FLGR, der Strömungsgreifer SCG, der Schwebesauger SBS und konventionelle Vakuum-Sauggreifer.
„Die Ansprüche bei der Produktion von Brennstoffzellen sind ähnlich wie in der Batteriefertigung, denn wir handhaben vergleichbare Materialien“, resümiert Matthias Müller. „Sie sind dünn, beschichtet und damit extrem empfindlich.“ Schmalz hält Schritt mit der Entwicklungsdynamik in Forschungsprojekten und in der Serienproduktion. (us)
Kontakt:
J. Schmalz GmbH
Johannes-Schmalz-Straße 1
72293 Glatten
Tel +49 7443 24030
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