Was Werkstückträger für Brennstoffzellen leisten müssen

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Die Fertigung von Brennstoffzellen könnte künftig zur Schlüsseltechnologie werden. Was entsprechende Werkstückträger leisten müssen.

Auf dem Weg zur Nutzung umweltschonender Energiequellen für alternative Antriebslösungen spielt der Aufbau zukunftsfähiger Produktionsprozesse für die Serienfertigung von Brennstoffzellen eine wichtige Rolle. Als ein entscheidender Faktor kristallisiert sich hierbei die Einhaltung sehr hoher Anforderungen an die Technische Sauberkeit der verwendeten Bauteile und Baugruppen heraus. Bei LK Mechanik widmet man sich daher bereits seit geraumer Zeit der Entwicklung anwendungsgerechter und kundenspezifischer Werkstückträger, die eine zuverlässige Beseitigung filmischer und partikulärer Verunreinigungen von den Oberflächen feinmechanischer und elektrotechnischer Fuel-Cell-Bauteile unterstützen.

Das sind die Basis-Komponenten von Brennstoffzellen

Ob sie Wasserstoff zur kalten Verbrennung nutzen oder Methanol oder Erdgas – eines haben fast alle bekannten Typen von Brennstoffzellen gemeinsam: Ihre Basiskonstruktion besteht meist aus nur sehr wenigen Komponenten. Deren Herstellung allerdings unterliegt hohen Ansprüchen an die Technische Sauberkeit, denn schon kleinste filmische oder partikuläre Unreinheiten auf den Oberflächen der Bauteile können die chemische Reaktion in der Zelle stören, ihre Effizienz reduzieren und ihre Lebensdauer verringern. Ein anschauliches Beispiel dafür sind die Elektroden- oder Bipolarplatten der vielversprechenden Brennstoffzellentypen PEMFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell) und DMFC (Direct Methanol Fuel Cell).

Diese dünnen Platten aus Edelstahl, Grafit oder Titan erhalten während ihrer Herstellung eine meist durch Präzisionsfräsen eingebrachte Feinstruktur mit filigranen Gasfluss-Kanälen sowie ein Katalysator-Coating aus Platin oder Palladium. Sie durchlaufen also sowohl eine oder mehrere Stufen der mechanischen Bearbeitung als auch ein Beschichtungsverfahren zum Aufbringen eines Edelmetall-Dünnfilms. Von zentraler Bedeutung ist hierbei der Einsatz maßgeschneiderter Werkstückträger, in denen sich die Platten sowohl sicher durch alle Bearbeitungsschritte als auch durch die Prozesse der automatisierten Teilereinigung führen lassen. „Bleiben beispielsweise aus dem Fräsen winzige Mikrospäne oder Spuren von Kühlschmierstoffen auf den Bipolarplatten zurück, so kann das zu Problemen führen, die sich auch aufaddieren können, da ja oft mehrere Platten zu Stacks zusammengesetzt werden“, erläutert Matthias Kroll, der Geschäftsführer von LK Mechanik.

Warum die VDA 19.1 und noch mehr gilt

LK Mechanik entwickelt und fertigt bereits seit vielen Jahren Werkstückträger und Waschkörbe für den Einsatz in Feinmechanik, Elektrotechnik und Elektronik. Wie in diesen Bereichen, so müssen die Werkstückträger auch in der Brennstoffenzellentechnik die Einhaltung hoher Anforderungen an die Technische Sauberkeit von Rohlingen, Werkstücken und Fertigteilen unterstützen.

„Seitdem erkennbar ist, dass die wachsende Dynamik rund um die Entwicklung alternativer Antriebslösungen die Ansprüche an die Effizienz der Reinigungsprozesse auf Seiten der Komponentenhersteller und Teilezulieferer steigen lässt, widmen wir uns zunehmend der Realisierung intelligenter Warenträgersysteme für die sichere Aufnahme von Fuell-Cell-Bauteilen,“ sagt Matthias Kroll. In vielen Projekten geht es dabei mitunter um mehr als nur die Umsetzung des für die Automotive-Branche maßgebenden Regelwerkes der VDA 19.1. Denn die Berücksichtigung der besonderen Teiledimensionen ist hier ein ebenso relevanter Aspekt wie die Integration der Kleinteile-Reinigung in die Strukturen der meist noch in den Kinderschuhen steckenden Produktionsumgebungen.

Was es mit dem Qualitätsfaktor Abtropffreundlichkeit auf sich hat

Werkstückträger für den Einsatz in der Brennstoffzellentechnik – und anderen Sektoren der wachsenden E-Mobility-Industrie – fertigt LK Mechanik aus hochwertigen Edelstahlblechen, deren Oberflächen elektropoliert werden. Bei der Konstruktion dreht sich meist alles darum, dass die dünnwandigen Kleinteile mit ihren sensiblen Oberflächen während der weitgehend automatisierten Reinigungsprozesse bestmöglich von den Reinigungsmedien erreicht werden, ohne dabei Schaden zu nehmen.

Die sichere und schonende Aufnahme der Teile gehört daher ebenso zu den Qualitätsmerkmalen der Werkstückträger von LK Mechanik wie eine abtropf-freundliche Formgebung, die der Entstehung von Flüssigkeitsnestern und dem Zurückbleiben von Partikelresten vorbeugt. „Das Design unserer Werkstückträger und Reinigungsgestelle orientiert sich daran, dass ein möglichst guter Abfluss der Reinigungsfluide gewährleistet ist. Außerdem achten wir mit großer Sorgfalt darauf, dass die Werkstückträger so ausgeführt sind, dass sie innerhalb der Reinigungsprozesse nicht selbst zum Verursacher oder Überträger von Verunreinigungen werden können“, betont Matthias Kroll.

Referenzen nicht nur aus dem Bereich Brennstoffzellen

LK Mechanik kann sowohl mit Know-how aus der Herstellung von Waschbehältern und Werkstückträgern für die Elektronik- und Automobilindustrie punkten als auch mit Erfahrungen aus der Reinigung optischer Komponenten. Das in diesen Branchen gewonnene Wissen ist eine gute Basis für die Entwicklung und Realisierung von Trägersystemen für Brennstoffzellentechnik und E-Mobility. „Zudem wissen wir aus unserer Projektarbeit für Anwender in Elektrotechnik und Elektronik, dass neben der Erzielung überzeugender Reinigungsergebnisse meist auch die Realisierung möglichst effizienter Montage- und Produktionsprozesse ein zentrales Anliegen ist. Deshalb berücksichtigen Werkstückträgersysteme von LK Mechanik in Formgebung und Funktionalität nicht nur die Anforderungen der automatisierten Teilereinigung, sondern auch die Flexibilität und Effizienz der vor- und nachlaufenden Prozesse“, sagt Geschäftsführer Matthias Kroll.

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