31/10/2022
Door Ad Spijkers
Vacuümspecialist Schmalz voorzien een snel opkomende markt voor brandstofcellen, en steekt daar de nodige ontwikkeling in.
Al sinds het begin van deze eeuw vragen autofabrikanten aandacht voor hun 'blauwe' visie op toekomstige mobiliteit: voertuigen met brandstofcelaandrijving. Door de opkomst van auto's op grote accupakketten verdween de aandacht voor brandstofcellen. Maar waterstofgebruikers komen steeds meer opnieuw in de schijnwerpers.
Veranderingen
In een studie in april 2021 definieerde de VDE het 'drive portfolio van de toekomst' als een behoeftegerichte mix: batterijen voor auto's, batterijen of brandstofcellen voor vrachtwagens en e-fuels voor bestaande voertuigen, motorsport en klassieke auto's. De brandstofcel is een kans voor emissievrij rijden en de Europese economie in Duitsland. Maar efficiënte productie vereist geautomatiseerde grijpsystemen die voorzichtig en veilig omgaan met de verschillende componenten en samenstellingen. Hier komt Schmalz (met Nederlandse vestiging in Hengelo, Ov.) in beeld.
In Duitsland en Europa, maar ook in Aziatische landen, zorgen financieringsprogramma's ervoor dat nieuwe spelers kunnen ontstaan. De uitdaging voor bedrijven als Schmalz is om bij alle projecten betrokken te zijn en de hoge mate van innovatie te kunnen dienen. Met innovatieve oplossingen en een sterke ontwikkelingsafdeling kan het bedrijf de dynamiek van de markt volgen.
Schmalz werkt al tientallen jaren samen met autofabrikanten en is betrokken bij nationale onderzoeksprojecten. Het doel hiervan is de economische serieproductie van brandstofcellen. De dynamiek van de industrie wordt weerspiegeld in de eisen die klanten aan ontwerpers en ontwikkelaars stellen. Ze moeten grijpsystemen voortdurend aanpassen aan veranderde productiestappen, werkstukken en materialen en nieuwe oppervlaktestructuren.
Hart van de brandstofcel
De structuur van een brandstofcel doet denken aan een batterij: een elektrolytlaag scheidt de anode en kathode en zorgt voor ionentransport. Deze membraanelektrode-assemblage (MEA) is het hart van elke brandstofcel. Aan de buitenkant bevindt zich een gasdiffusielaag, die op zijn beurt tegen de bipolaire platen is genesteld.
De systemen die tijdens de productie toegang krijgen tot de MEA's, moeten zacht zijn voor de gevoelige oppervlakken en optimaal omgaan met alle componenten. Schmalz combineert verschillende vacuümcircuits en grijptechnologieën om achtereenvolgens het met katalysator beklede membraan, de gasdiffusielaag en het afdichtingsframe op te pakken.
Een hoge volumestroom en de slijtage- en energetisch zuinige, pneumatische vacuümopwekking door compacte ejectors voorkomen dat er deeltjes achterblijven op de werkstukken. Hierdoor kan het systeem ook in cleanrooms worden gebruikt. Het full-surface grijpprincipe van de oppervlaktegrijper combineert een groot oppervlakcontact met een laag vacuümniveau en een hoge volumestroom. Dit beschermt dunne films tegen vervorming. Net als bij de batterijproductie moet de vacuümexpert voortdurend zorgen voor een veilige elektrostatische ontlading, met behulp van ESD-conforme contactvlakken.
Van plaat naar stack
Bipolaire platen (BPP) van metaal of grafietmaterialen omlijsten de MEA's. Hun taak is waterstof naar de anode en zuurstof naar de kathode te leiden, het reactiewater te verwijderen en de thermische en elektrische energie vrij te geven. Het ontwerp van hun oppervlakken beïnvloedt de efficiëntie van de daaropvolgende brandstofcel. Ontwikkelaars moeten dit tempo bijbenen en grijpers aanpassen aan de veranderende formaten en structuren.
Voor het veilig hanteren van de gestructureerde stromingsvelden gebruikt Schmalz in principe vlakke grijpers. Geïntegreerde zuignappen verhogen de toelaatbare dwarskracht, zodat BPP's ondanks hoge acceleratie op hun plaats blijven. De materialen van de zuignappen beschermen de gecoate oppervlakken tegen beschadigingen en chemische resten. De drijvende zuignap zuigt convexe of concave BPP-helften veilig aan en trekt ze met hoge houdkrachten plat. Geïntegreerde sensoren identificeren de componenten. Deze zijn ook belangrijk bij de productie van stapels: het samenbrengen van de MEA's, de gasdiffusielagen en de bipolaire platen.
Afhankelijk van de verschillende componenten is in deze productiestap het volledige assortiment speciale grijpers van Schmalz te vinden: gebiedsgrijpers, stroomgrijpers, zwevende zuignappen en conventionele vacuümzuignappen. Hun verschillende technologieën houden de oppervlaktedruk laag en de oppervlakken vrij van vervuiling. Tegelijkertijd houden ze gelijke tred met de dynamiek van het productieproces.
Foto: Schmalz