Az üzemanyag-cellák virágzanak – és a Szalonna is vásárol belőle

A bipoláris lapok (BPP) kezelése (Kép: J. Schmalz GmbH)

Felületi szívóberendezés FLGR magas térfogatárammal, teljes felületen történő fogáshoz érzékeny alkatrészeken, mint például membrán-elektroda elrendezések (MEA) és bipoláris lemezek (BPP) (kép: J. Schmalz GmbH)

Csipesz a gázdiffúziós rétegek (GDL) kíméletes kezeléséhez (Kép: J. Schmalz GmbH)

Kezelése erősen strukturált munkadarabokkal áttörésekkel (kép: J. Schmalz GmbH)

Foltalanítás nélküli kezelés fóliákkal és membránokkal (CCM) (Kép: J. Schmalz GmbH)

A tüzelőanyag-cellát komoly lehetőségként tartják számon a kibocsátásmentes mobilitás terén. Míg hosszú ideig eltűnt a nyilvánosság szeme elől, mára elfogadott útvonallá vált a nulla kibocsátású stratégiákhoz. Ennek megfelelően dinamikusan fejlődik a hardver és az automatizált gyártás. Itt lép színre a Schmalz, és alkalmazkodik kezelőrendszereihez a folyamatosan változó igényekhez – új folyamatlépésekhez, felületekhez és anyagokhoz.

2001-től kezdve nyugtalanság támadt a belsőégésű motorok között. A 21. század eleji IAA-konferenciákon egyre több autógyártó fordította figyelmét a „kék” jövőmobilitási víziójára: üzemanyagcellás járművekre. Német autógyártók is tesztflottákat küldtek az utakon – csendes, tiszta, és néhány biztonsági intézkedést betartva ugyanúgy könnyen kezelhető, mint a benzines vagy dízel autók. Ezután a tüzelőanyag-cellát elrejtette a nyilvánosság figyelmét. Az elektromobilitás támogatásának évei után ismét a hidrogénfelhasználók kerülnek reflektorfénybe. Egy tanulmányban a VDE 2021 áprilisában az „Jövő hajtásportfólióját” egy igényalapú keveréknek definiálja: akkumulátor személyautóknak, akkumulátor vagy tüzelőanyag-cellás hajtás kamionoknak, valamint E-üzemanyagok meglévő járművekhez, motorsport és veterán autók számára. Az Elektrotechnikai, Elektronikai és Információtechnikai Szövetség politikusokat és üzleti vezetőket kérdezett meg erre vonatkozóan. A tény az: a tüzelőanyag-cellák egyre inkább elterjednek, és lehetőséget jelentenek a kibocsátásmentes vezetésre és a gazdaság számára Németországban. A hatékony gyártáshoz automatizált fogórendszerekre is szükség van, amelyek finoman és biztonságosan kezelik az eltérő alkatrészeket és szerelvényeket.

„A tüzelőanyag-cellák jelenleg rendkívül dinamikus témát jelentenek. Különösen Németországban és Európában, valamint néhány ázsiai országban a támogatási programok új szereplőket hoznak felszínre, és a nagy nevek tovább erősödnek” – mondja Matthias Müller, az J. Schmalz GmbH nemzetközi értékesítési vezetője és nemzetközi szektor- és kulcsfontosságú ügyfélkapcsolatokért felelős igazgató. Számára és csapatára a kihívás az, hogy minden projektben jelen legyenek, és a magas innovációs szintet kiszolgálják. „Ezt problémamentesen megoldjuk – iparági menedzsmentünknek köszönhetően. Ez a mi központi pontunk, amely releváns kapcsolatokat fedez fel és szakmailag támogatja az ügyfeleket. A siker mögött szoros együttműködés áll értékesítési szervezeteinkkel. Magas innovációs megoldásokkal és erős fejlesztési részleggel követni tudjuk a piac dinamikáját” – magyarázza Müller. Ennek megfelelően erősen hálózatos a Schwarzwald-i vállalat: már évtizedek óta működik együtt autógyártókkal, és részt vesz országos kutatási projektekben. A cél: a tüzelőanyag-cellák gazdaságos sorozatgyártása. „Ebben a folyamatban az automatizálás döntő szerepet játszik, és ebben mi is részt veszünk” – teszi hozzá Müller. A Schmalz széles fogóportfóliója jól fel van készülve erre a szerepre. És mégis, a glatti fejlesztési részlegen akad tennivaló. „Az iparág dinamikája tükröződik a tervezőink és fejlesztőink által támasztott követelményekben: folyamatosan kell igazítaniuk a fogórendszereket a változó gyártási lépésekhez, munkadarabokhoz és anyagokhoz, valamint az új felületi struktúrákhoz.”

Bele a tüzelőanyag-cellába

Ahhoz, hogy megértsük, mit ért Matthias Müller, segít egy tüzelőanyag-cellába pillantás, amely szerkezete alapvetően egy akkumulátorra emlékeztet: egy elektrolitsziget választja el az anódot és a katódot, és biztosítja az iontranszportot. Ez a membrán-elektrod szerkezet (MEA) a tüzelőanyag-cellák szívét jelenti. Kívül egy-egy gázdiffúziós réteg található, amelyeket ismét bipoláris lemezek ölelnek körül.

Azok a rendszerek, amelyek a gyártás során hozzáférnek az MEA-khoz, különösen gyengéden kell bánniuk a érzékeny felületekkel, és ideálisan minden alkatrészt kezelniük kell. Ezért kombinálja a Schmalz több vákuumkör és fogástechnológiát, hogy szekvenciálisan vegye fel a katalizátorral ellátott membránt, gázdiffúziós réteget és tömítőkeretet. A magas térfogatáram és a kopás- és energiahatékony pneumatikus vákuumképző rendszer a SCPM kompakt egységekkel megakadályozza a részecskék visszamaradását a munkadarabokon. „Ezzel rendszerünk akár tisztaterekben is alkalmazható” – magyarázza Müller. A vékony fóliák deformációja előtt a teljes felületű fogórendszer, az úgynevezett lapos fogó, biztosan tartja a munkadarabot, alacsony vákuumszinttel és magas térfogatárammal. Ahogy az akkumulátorgyártásban is, a vákuum szakértője folyamatosan biztosítja a biztonságos elektrosztatikus kisülést – ESD-kompatibilis érintkezőfelületek segítségével.

A BPP-től a stackig

A bipoláris lemezek (BPP) fém- vagy grafit anyagokból keretezik az MEA-kat. Feladatuk: a hidrogén elvezetése az anódhoz, az oxigén a katódhoz, valamint a reakcióvíz elvezetése és a termikus és elektromos energia leadása. Felületük kialakítása befolyásolja a későbbi tüzelőanyag-cella hatékonyságát. Ennek megfelelően a kutatás és fejlesztés rendkívül dinamikus. „Fejlesztésünknek lépést kell tartania ezzel a tempóval, és alkalmazkodnunk kell a változó formátumokhoz és struktúrákhoz” – hangsúlyozza Müller.

Alapvetően a Schmalz lapos fogókat használ a strukturált folyószeletek biztonságos kezeléséhez. Emellett integrált szívó fogók növelik a megengedett keresztirányú erőt – így a BPP a magas gyorsulás ellenére is helyben marad. A szívólapok műanyagja és a szívó fogók HT1 anyaga védi a bevont felületeket a sérülésektől és a kémiai maradványoktól. A domború vagy homorú BPP-héjak biztonságosan szívhatók fel a szörcsögő szívóval, és a magas tartási erőkkel egyenletesen tartják őket. Beépített szenzorok egyértelműen felismerik az alkatrészeket. Ezek a szintek a MEA-k, gázdiffúziós rétegek és bipoláris lemezek összekapcsolásánál is fontosak.

Az egyes alkatrészek szerint a Schmalz összes speciális fogója megtalálható ebben a gyártási lépésben: lapos fogók FLGR, áramlásfogók SCG, szívó szívók és hagyományos vákuum szívók. Különböző technológiáik – akár teljes felületű, akár érintés nélküli fogás – alacsonyan tartják a felületi nyomást és megakadályozzák a szennyeződést. Ugyanakkor lépést tartanak a gyártási folyamat dinamikájával.”

„A tüzelőanyag-cellák gyártásánál az elvárások hasonlóak a akkumulátorgyártáshoz – ugyanis hasonló anyagokat kezelünk. Vékonyak, bevontak, és rendkívül érzékenyek. És lépést tartunk a fejlesztési dinamikával – mind kutatási projektekben, mind sorozatgyártásban” – összegzi Müller. A nemzetközi szektormenedzsment vezetőjével folytatott beszélgetés után egyértelmű: akár a gyártók „kék” víziójáról, akár a politikai „zöld” tervéről van szó – a Schmalz kékje folyamatosan visszatükröződik a tüzelőanyag-cellák automatizált gyártásában.