Helium-Lecktest für
Brennstoffzellen-Platten
Für das verlässliche Testen von Single- und Bipolar-Platten
Alternativen zum Verbrennungsmotor
Die Elektromobilität wird in den nächsten Jahren den Automobilmarkt mehr und mehr dominieren, während Fahrzeuge mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren immer stärker zurückgedrängt werden.
Für PKW werden Hybridantriebe und Batterielösungen in der nahen Zukunft noch vorrangig genutzt werden, aber auch die Brennstoffzelle und die Nutzung von Wasserstoff als Antriebsmittel werden zukünftig einen großen Stellenwert einnehmen. Insbesondere im Schwerlastverkehr, in Nutzfahrzeugen, in der Schifffahrt, im Luftfahrtsektor und auch im Personennahverkehr ist der Brennstoffzellenantrieb eine echte Alternative. Kurze Ladezeiten und ausreichende Reichweiten pro Speicherzyklus sind die wesentlichen Vorteile dieses Konzepts. Wenn der Wasserstoff mit regenerativen Energieformen (z.B. Windkraft) erzeugt wird, ist darüber hinaus auch die Ökobilanz positiv – Stichwort grüner Wasserstoff.
Die Brennstoffzelle
Eine Brennstoffzelle besteht im Wesentlichen aus einer Anode, einer Kathode und dazwischen aus sogenannten Bipolar Platten, zwischen denen eine Membran (Gas – Diffusionsschicht) installiert ist.
Auf einer Seite wird gasförmiger Wasserstoff zugeführt auf der anderen Seite Sauerstoff (Luft). Die positiv geladenen Teile des Wasserstoffs passieren die Gasmembran, während die Elektronen dies nicht können. Da aber die Ladungen immer das Bestreben haben, sich auszugleichen, fließen die negativ geladenen Elektronen über die äußeren Anschlüsse zur anderen Seite der Brennstoffzelle.
Dieser elektrische Strom wird genutzt, um z.B. einen Motor zu betreiben oder eine Batterie zu laden.
Die Wasserstoff – Ionen verbinden sich mit dem zugeführten Sauerstoff zu Wasser bzw. aufgrund der dabei entstehenden Wärme zu Wasserdampf, der als Abgas abgeführt wird.
Helium-Lecktester zur Prüfung der Bipolarplatten
Wesentlicher Bestandteil der Brennstoffzellen sind die Bipolarplatten. Damit der Prozess funktioniert, ist es sehr wichtig, dass die Bipolarplatten dicht sind, damit kein Gas den gewünschten Prozess durch Leckagen umgehen kann. Zu diesem Zweck haben wir eine spezielle Helium-Dichtigkeitsprüfung entwickelt.
Der Helium-Lecktester ist in der Lage mit entsprechenden Prüfwerkzeugen sowohl die sogenannten Einfachplatten oder Single Plates, wie auch die Bipolarplatten zu prüfen. Dabei werden die unterschiedlichen Kreisläufe der Platten gegeneinander auf Dichtheit geprüft:
- Wasserkreislauf nach außen
- Wasserkreislauf zum Wasserstoff – und zum Sauerstoffkreislauf
- Wasserstoffkreislauf zum Sauerstoffkreislauf
Der Aufbau der Anlage ist modular konzeptioniert, beginnend mit einem Hauptmodul, dass auch den Schaltschrank und die Bedienelemente enthält. Dies ist zunächst eine manuell zu bestückende Vorrichtung, die für Kleinserien und erste Prototypen sinnvoll ist.
Hauptmodul mit manueller Beladung
Die Grundvorrichtung kann, z.B. bei steigenden Produktionszahlen, mit weiteren Modulen entsprechend ausgebaut werden. In der geringsten Ausbaustufe können 150 Teile pro Stunde geprüft werden, in der größten Ausbaustufe 700 Teile pro Stunde (400 Teile pro Stunde in der manuellen Beladung).
Hauptmodul und Nebenmodul mit manueller Beladung
Hauptmodul mit zwei oder drei Nebenmodulen, bei manueller Beladung
Als ergänzende Funktionen sind folgende Optionen verfügbar:
Vollautomatisierung mit Roboterhandling (ca. 700 pph)
- Prüfung von Anoden-/Kathodenendplatten und „Dummys“
- Laserkennzeichnung
- Fördertechnik zur Zuführung und Abführung von Prüfteilen
- Roboterhandling zum Einlegen und Entnehmen der Prüfteile
- Vision System zur Lageerkennung der Prüfteile in der Einlaufzelle (als Unterstützung des Roboterhandlings)
- NIO Ablagestation
- Nacharbeitsstation
Platzbedarf der Anlage
Vollautomatisiertes Teilehandling mittels Roboter
Manuelles Teilehandling
Details Helium-Prüfung
Die Prüfteile werden in der unteren Hälfte der Prüfkammer über Zentrierpunkte positioniert und über ein Vakuum System fixiert. Es werden pro Modul immer 2 Teile gleichzeitig getestet. Sobald die Prüfteile eingelegt und fixiert sind, wird die Kammer geschlossen und die Helium Dichtheitsprüfung durchgeführt. Nach der Prüfung öffnet die Kammer und die getesteten Teile können entnommen werden.
Pumpenstand und Massenspektrometer (2 Module)
Aufbau der Prüfkammer mit Wechseleinsätzen
Jede Prüfkammer kann mit einem separaten Pumpenstand und einem Massenspektrometer ausgerüstet werden.
Wartung und Rüstvorgang
Das Modul ist über die großen Wartungstüren auf der Rückseite für Instandhaltungstätigkeiten gut zugänglich. Das Rüsten der artikelspezifischen Aufnahmen in der Prüfkammer erfolgt von der Bedienerseite aus. Der Rüstvorgang kann von einer Person innerhalb weniger Minuten durchgeführt werden.
