De waterstofcel-boom ...

Gebruik van bipolaire platen (BPP)

Vlakke grijper FLGR met hoge volumestroom voor volledig vlak grijpen van gevoelige werkstukken zoals membraan-elektrodaanordelingen (MEA) en bipolarplaten (BPP)

Klepel voor het delicate hanteren van gasdiffusielaag (GDL)

Omgaan met sterk gestructureerde werkstukken met doorbraken

Vlekvrije verwerking van folies en membranen (CCM)

Matthias Müller, Leiter Verkauf International und Internationales Branchen- und Key Account Management bei der J. Schmalz GmbH

De brandstofcel is een serieuze oplossing voor emissievrij vervoer. Nadat hij lange tijd van het toneel was verdwenen, vestigt hij zich nu als een haalbare weg voor zero-emissiestrategieën. De ontwikkeling van hardware en geautomatiseerde productie is dan ook zeer dynamisch. Hier grijpt Schmalz in en past zijn handling systemen aan de voortdurend veranderende eisen aan – nieuwe processtappen, oppervlakken en materialen.

Vanaf 2001 werd het onrustig onder de verbrandingsmotoren. Op de IAA's aan het begin van de 21e eeuw richtten steeds meer autofabrikanten hun aandacht op hun 'blauwe' visie van mobiliteit van de toekomst: voertuigen met brandstofceltechnologie. Ook Duitse autofabrikanten stuurden testvloten de weg op – stil, schoon en met enkele veiligheidsmaatregelen net zo eenvoudig in gebruik als benzine- of dieselauto's. Vervolgens verdween de brandstofcel uit de publieke belangstelling. Na jaren van stimulering van elektromobiliteit met batterijen als energieopslag, komen nu opnieuw waterstofgebruikers in de schijnwerpers te staan. In een studie definieert de VDE in april 2021 het 'Toekomstige aandrijvingsportfolio' als een behoeftegerichte mix: batterij voor personenauto's, batterij of brandstofcel voor vrachtwagens en E-fuels voor bestaande voertuigen, motorsport en oldtimers. De vereniging voor Elektrotechniek, Elektronica en Informatietechniek (VDE) ondervroeg daarvoor politici en leidinggevenden uit het bedrijfsleven. Feit is: de brandstofcel vestigt zich en biedt kansen voor emissievrij rijden en de economie in Duitsland. Voor een efficiënte productie zijn ook geautomatiseerde grijpsystemen nodig die de verschillende componenten en modules zacht en veilig hanteren.

„De brandstofcel is momenteel een zeer dynamisch onderwerp. Vooral in Duitsland en Europa, evenals in enkele landen in Azië, zorgen subsidieregelingen voor nieuwe spelers en blijven grote namen zich verder vestigen“, zegt Matthias Müller, hoofd verkoop internationaal en internationaal branche- en key accountmanagement bij J. Schmalz GmbH. De uitdaging voor hem en zijn team is om bij alle projecten betrokken te blijven en te kunnen inspelen op de hoge mate van innovatie. „Dat lukt ons zonder problemen – dankzij ons branchemanagement. Dit is ons draaipunt dat relevante contacten blootlegt en klanten vakkundig begeleidt. Achter het succes staat de zeer nauwe samenwerking met onze verkooporganisaties. Met hoog innovatieve oplossingen en een sterke ontwikkelingsafdeling kunnen wij de dynamiek op de markt volgen“, legt Müller uit. Het Schwarzwälder bedrijf is dan ook sterk verbonden: Schmalz werkt al decennia samen met autofabrikanten en neemt deel aan nationale onderzoeksprojecten. Het doel: de economische serieproductie van brandstofcellen. „Hier is automatisering cruciaal, en daar komen wij in beeld“, voegt Müller toe. Schmalz is met zijn uitgebreide grijperportfolio goed voorbereid op deze rol. En toch is er in de ontwikkelingsafdeling in Glatten nog veel te doen. „De dynamiek in de branche weerspiegelt zich in de eisen aan onze constructeurs en ontwikkelaars: zij moeten de grijpsystemen voortdurend aanpassen aan veranderende productieprocessen, werkstukken en -materialen, evenals nieuwe oppervlakken.“

Een diepe duik in het hart van de brandstofcel

Om te begrijpen wat Matthias Müller bedoelt, helpt een blik in een brandstofcel, waarvan de opbouw in principe lijkt op die van een batterij: Een elektrolytlaag scheidt anode en kathode en zorgt voor ionentransport. Deze membraan-elektroden-assemblage (MEA) is het hart van elke brandstofcel. Aan de buitenkant bevinden zich telkens een gasdiffusielaag, waaraan weer bipolarplaten aansluiten.

De systemen die in de productie van de MEA's worden gebruikt, moeten bijzonder zacht zijn voor de gevoelige oppervlakken en idealiter alle componenten kunnen hanteren. Daarom combineert Schmalz meerdere vacuümcircuits en grijptechnologieën om de katalysatorbeschikte membraan, gasdiffusielaag en afdichtingsframe sequentieel op te nemen. Een hoge volumestroom en de slijtage- en energie-efficiënte pneumatische vacuümproductie via de compacte ejectoren SCPM voorkomen partikels achterblijven op de werkstukken. „Hiermee kan ons systeem ook in cleanrooms worden ingezet“, legt Müller uit. Voordat de dunne folies vervormen, beschermt het volledige grijppatroon van de plaatgrijper, dat grote contactvlakken combineert met een laag vacuumniveau en een hoge volumestroom. Zoals ook in de batterijproductie moet de vacuümexpert voortdurend zorgen voor een veilige elektrostatische ontlading – met behulp van ESD-conforme contactvlakken.

Van BPP tot stack

Bipolarplaten (BPP) van metaal of grafietmaterialen omringen de MEA's. Hun taak: het transporteren van waterstof naar de anode en zuurstof naar de kathode, evenals het afvoeren van het reactiewater en het afgeven van thermische en elektrische energie. De vormgeving van hun oppervlakken beïnvloedt de efficiëntie van de latere brandstofcel. De onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten zijn dan ook zeer dynamisch. „Onze ontwikkeling moet met dit tempo meegaan en onze grijpers aanpassen aan de veranderende formaten en structuren“, benadrukt Müller.

In principe gebruikt Schmalz plaatgrijpers voor de veilige handling van de gestructureerde flowvelden. Daarnaast verhoogt geïntegreerde zuiggrijpers de toelaatbare dwarskrachten – zo blijft de BPP ondanks hoge acceleraties op zijn plek. Het kunststof van de zuigplaten en het HT1-materiaal van de zuiggrijpers beschermen de gecoate oppervlakken tegen beschadigingen en chemische resten. Convex of concave gebogen BPP-hulzen worden veilig aangezogen door de Schwebesauger SBS en met zijn hoge grijpkrachten gelijkmatig getrokken. Ingebouwde sensoren herkennen de onderdelen bovendien eenduidig. Deze zijn ook belangrijk bij de stapelproductie, dus het samenbrengen van de MEA's, gasdiffusielaag en bipolarplaten.

Afhankelijk van de verschillende componenten is het volledige spectrum van speciale grijpers van Schmalz te vinden in deze productiestap: plaatgrijpers FLGR, stromingsgrijpers SCG, Schwebesauger SBS en conventionele vacuümzuiggrijpers. Hun verschillende technologieën – of het nu volledige of contactloze grijpen betreft – zorgen voor lage oppervlaktebelastingen en voorkomen contaminatie van de oppervlakken. Tegelijkertijd blijven ze gelijke tred houden met de dynamiek in het productieproces.

„De eisen bij de productie van brandstofcellen zijn vergelijkbaar met die in de batterijproductie – we werken immers met vergelijkbare materialen. Ze zijn dun, gecoat en daardoor uiterst gevoelig. En wij blijven gelijke tred houden met de ontwikkelingsdynamiek – zowel in onderzoeksprojecten als in de serieproductie“, vat Müller samen. Na het gesprek met de leiding van het internationale branchemanagement is duidelijk: of het nu gaat om de 'blauwe' visie van de autofabrikanten of het 'groene' plan van de politiek – het Schmalzblauw zal in de geautomatiseerde productie van brandstofcellen steeds weer oplichten.