Voorzichtig en trillingsarm testen

Kwaliteitstest van bipolaire platen voor brandstofcellen

Brandstofcellen zijn een veelbelovende bron van duurzame stroomopwekking. Ze hebben een breed toepassingsbereik. In een nieuwe installatie voor kwaliteitsborging van bipolaire platen helpen EPCO-elektrocilinders om trillingen te voorkomen, waardoor continue tests met korte cyclustijden kunnen worden uitgevoerd.

Hoog rendement, lage emissies en geen mechanische slijtage - brandstofcellen bieden vele voordelen als duurzame energieleveranciers. Ze zijn geschikt voor het aandrijven van voertuigen, het leveren van stroom aan mobiele apparaten, als efficiënte performers in stationaire elektriciteitscentrales en nog veel meer. De belangrijkste onderdelen zijn de zogenaamde bipolaire platen. De elektrodeplaten van metaal, kunststof of koolstofnanobuisjes zijn gecoat met een katalysator zoals platina of palladium. Ze scheiden de reactiegassen en koelmedia van elkaar en verdelen deze over de verschillende reactiegebieden van de brandstofcellen. Om elektrisch en thermisch goed geleidend te zijn, maar ook robuust tegen chemische invloeden en hoge mechanische contactdrukken, moeten bipolaire platen een zeer hoge kwaliteit hebben. Een nieuwe testinstallatie van P+K Maschinen- und Anlagenbau GmbH controleert de oppervlaktekwaliteit van de bipolaire platen en meet de plaatdikte. EPCO-elektrocilinders met EMMS-ST-stappenmotor en CMMO-ST-motorcontroller van Festo zorgen ervoor dat de bipolaire platen schokvrij door de testinstallatie worden getransporteerd. De installatie is ontwikkeld in het kader van een ZIM-samenwerkingsproject door het Zentrum für BrennstoffzellenTechnik ZBT GmbH, Duisburg, de Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e.V. GFaI Berlin, en divis intelligent solutions GmbH, Dortmund.

Energie zonder omwegen

Brandstofcellen werden meer dan 170 jaar geleden ontdekt; hun ontwikkeling werd echter gedurende vele jaren overschaduwd door verbrandingsmotoren. Hoewel ze reeds in de jaren 1960 als emissieloze energieleverancier een bijdrage leverden aan de maanlanding, werd hun potentieel pas bekend bij een breed publiek als gevolg van het groeiende klimaatdebat. In tegenstelling tot warmtemachines wekken brandstofcellen elektrische energie rechtstreeks op uit chemische energie. Ze hebben geen omweg nodig via thermische processen en mechanische arbeid. Zonder de kostbare omzetting in warmte en kracht bereiken brandstofcellen een hoog rendement. Individuele cellen bestaan uit twee elektroden en een semi-permeabel membraan, ook wel bipolaire plaat genoemd. Elektrische energie wordt opgewekt door de uitwisseling van water- en zuurstofelektronen en -protonen tussen twee elektroden.

Nagevraagd: hernieuwbare energie

Festo-expert Michael Karcher in gesprek met het klantenmagazine "trends in automation".

trends in automation: Hoe ondersteunt Festo de ontwikkeling van hernieuwbare energie?

Michael Karcher, hoofd van het industriesegment DE ELA en Solar, Festo: "Sinds 2006 doen wij bij Festo onderzoek naar productietechnieken voor hernieuwbare energieopwekking. We identificeren processen van nieuwe technologieën en ontwikkelen daarvoor praktische technieken. Het gaat hierbij bijvoorbeeld om de constructie van nieuwe grijpgereedschappen en handlingsystemen die de oppervlaktekwaliteit van kwetsbare producten beperken.

trends in automation: Welke voordelen biedt dit op het gebied van brandstofcellen?

Michael Karcher: Bij de productie van brandstofcellen kunnen trillings- en schokarme handlingssystemen de cyclustijden verhogen en zo bijdragen aan een efficiënte productie. Als de productiekosten dalen, neemt de kans toe dat hernieuwbare energieën, zoals brandstofcellen, zich op de markt vestigen.

Contactloze handling

De innovatieve testinstallatie van P+K wordt gebruikt voor onderzoeksdoeleinden en dient de ontwikkeling van nieuwe productietechnieken van brandstofcellen voor de toeleveringsindustrie. Het testproces doorloopt in totaal 12 afzonderlijke stations. Op en tussen de stations zorgen de EPCO-elektrocilinders voor trillingsarm transport. Op het eerste station neemt een Bernoulli-grijper de bipolaire platen van een transportband en plaatst ze op een werkstukdrager. Om de elektrodeplaten hierop te plaatsen wordt een hoek pneumatisch geopend, de bipolaire plaat wordt in de drager gestoken en de drager wordt vervolgens pneumatisch gesloten met behulp van een veermechanisme.

Voorzichtig neerleggen

In een volgende werkstap wordt de koelzijde van de bipolaire plaat optisch geïnspecteerd door een krachtige industriële camera. Deze wordt ondersteund door verlichting van heldere en donkere velden. Met behulp van veranderende lichtomstandigheden kunnen de meest uiteenlopende soorten oppervlaktefouten worden geïdentificeerd. In het volgende keerstation, 180 graden gedraaid, volgt de oppervlakte-inspectie aan de onderzijde, ook wel flowfield-zijde genoemd. Het daaropvolgende teststation bepaalt de dikte van de bipolaire platen op in het totaal negen punten. De monitor die boven het station is geplaatst, toont het huidige beeld van de bipolaire plaat en zorgt voor een gebruiksvriendelijke, gevisualiseerde toegang tot de diktemeetgegevens. Uit de vergelijking met de beeldgegevens blijkt of de bipolaire platen kwalitatief in orde zijn. Afgekeurde platen worden uit het verdere proces verwijderd, goedgekeurde platen worden door de installatie naar een volgend station getransporteerd. Deze worden hier door een elektrisch handelingssysteem van de Z-as in een magazijn geplaatst. De EPCO-elektrodecilinders zorgen ervoor dat de platen voorzichtig worden neergelegd. Dankzij de technologisch geavanceerde eindpositiedemping, kogelomloopspindel en de zuigerstang met glijgeleiding en borging tegen verdraaiing voorkomen ze zelfs de kleinste schade aan de bipolaire platen in het magazijn.

Continu transport

Door de harmonieuze beweging van de EPCO-elektrocilinders kunnen de in totaal 16 werkstukdragers continu in de installatie circuleren. Alleen op deze manier kunnen korte cyclustijden van ongeveer vier seconden worden bereikt. Omdat er geen tijd is om het systeem te stoppen om foto's te maken bij de meetstations. Parallel aan de metingen worden positioneertaken uitgevoerd die bij gebruik van conventionele cilinders tot schokken en trillingen kunnen leiden, wat een negatief effect zou hebben op de meetresultaten van de camera's. Dit probleem doet zich niet voor bij de soepel bewegende EPCO-elektrocilinders. De cilinders bieden bovendien het voordeel van een uiterst eenvoudig teachen en verminderen het werk dat nodig is voor inbedrijfstelling en productwissel.

Als installatiebreed bussysteem wordt doorlopend een IO-Link van de master naar alle sensoren en aandrijvingen ingezet. Op deze manier kon de hele installatierandapparatuur op eenvoudige en tijdbesparende wijze worden aangesloten en werd de tijd die nodig is voor de programmering aanzienlijk verkort. Zo laat de nieuwe testinstallatie van P+K zien hoe de continue verdere ontwikkeling van componenten van procesautomation in vele kleine stappen een grote bijdrage kan leveren aan baanbrekende technologieën.

P+K keren met zwenkaandrijving DRQD

Platen 90 of 180 graden draaien – in de 3D-portaalmanipulator in station 1 zorgt hiervoor een op de Z-as gemonteerde pneumatische zwenkaandrijving DRQD.

P+K sturing VTUG-ventieleiland

Een VTUG-ventieleiland stuurt alle pneumatische actuatoren van de installatie, verbonden via IO-Link met de mastersturing.

P+K Maschinen- und Anlagenbau GmbH

Schlagbaumer Straße 92a
42653 Solingen
Duitsland

www.p-plus-k.de

Activiteiten: constructie, ontwikkeling en productie op het gebied van mechanica en elektriciteit, speciale machines, productieapparatuur, apparatuurconstructie, montagetechniek, teststations en dichtheidstestapparatuur

  1. Dit artikel verscheen in het klantenmagazine van Festo trends in automation 1.2014
Overzicht