DE102016217067A1

DE102016217067A1 - Vorrichtung und verfahren zur zuführung von bauteilen des brennstoffzellenstapels

Info

Publication number: DE102016217067A1
Application number: DE102016217067.8A
Authority: DE
Inventors: Sang Hyun Cho; Nam Gu LEE
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-01-04
Also published as: US20180006321A1; CN206194869U; KR20180003900A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels enthält eine Kassette, in der eine Mehrzahl Bauteile gestapelt sind, einen Greifer zum Ansaugen eines obersten Bauteils der Mehrzahl der in der Kassette gestapelten Bauteile durch Vakuum, und eine Hebekrafterzeugungseinheit zum Erzeugen einer Hebekraft zum Abheben nur des obersten Bauteils der Mehrzahl Bauteile, wobei die Hebekrafterzeugungseinheit eine Mehrzahl Luftdüsenöffnungen enthält, die in einem unteren Abschnitt des Greifers symmetrisch angeordnet sind und Luft zu einer oberen Oberfläche des obersten Bauteils blasen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur stabilen Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels wie eine Membranelektrodenbaugruppe (MEA) oder eine Gasdiffusionsschicht (GDL) bei der Herstellung des Brennstoffzellenstapels.
HINTERGRUND
Eine Brennstoffzelle ist eine Einrichtung, die elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion eines Brennstoffs mit einem Oxidans erzeugt.
Die Brennstoffzelle kann einen Brennstoffzellenstapel enthalten und der Brennstoffzellenstapel kann eine Mehrzahl in Reihe verbundener Zelleneinheiten haben.
Die Zelleneinheit des Brennstoffzellenstapels kann zwei Bipolarplatten enthalten, zwischen denen Reaktionsgase strömen, eine Membranelektrodenbaugruppe (MEA) für die elektrochemische Reaktion zwischen den zwei Bipolarplatten, Gasdiffusionsschichten (GDLs) zum Anpassen der Gasströmung zwischen den Bipolarplatten und der MEA sowie Dichtungen zum Abdichten.
Die MEA kann eine Protonenaustauschmembran (PEM) und zwei Elektrodenschichten haben, die an beiden Oberflächen der PEM angeordnet sind.
Die GDL können zur gleichmäßigen Verteilung der Reaktionsgase zur MEA, zum Entfernen des durch die Reaktion erzeugten Wassers und Wasserdampfes sowie zur Bereitstellung elektrischer Leitfähigkeit durch Elektronentransfer dienen.
Der Brennstoffzellenstapel wird normalerweise gefertigt, indem die MEA und die GDL einzeln übergeben und die MEA und die GDL durch eine Zusammenbaueinrichtung zusammengesetzt werden. Ein zuzuführendes Bauteil des Brennstoffzellenstapels wie eine MEA oder GDL wird normalerweise Schicht für Schicht von einem Vakuumgreifer angesaugt.
Allerdings kann die GDL gekrümmt sein, einen Kanal und dgl. auf der Oberfläche haben und aus einem porösen Material bestehen.
Wenn die GDL durch Unterdruck vom Vakuumgreifer angesaugt wird, können die in einer Kassette gestapelten GDL nicht Schicht für Schicht, sondern es können zwei oder mehr GDL zusammen angesaugt werden. Dementsprechend kann die Fehlerrate des Brennstoffzellenstapels ansteigen, wodurch die Produktivität abnehmen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung soll die oben genannten Probleme im Stand der Technik lösen, während die im Stand der Technik erzielten Vorteile beibehalten bleiben.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels bereit, das die Fehlerrate eines Brennstoffzellenstapels verringern kann, um die Produktivität zu erhöhen, indem ein Bauteil wie eine Membranelektrodenbaugruppe (MEA) oder eine Gasdiffusionsschicht (GDL) Schicht für Schicht durch Unterdruck angesaugt wird, wenn das der Brennstoffzellenstapel-Zusammenbaueinrichtung zuzuführende Bauteil des Brennstoffzellenstapels durch Unterdruck angesaugt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Vorrichtung zum Zuführen eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels enthalten: eine Kassette, in der eine Mehrzahl Bauteile gestapelt sind; einen Greifer zum Ansaugen durch Unterdruck des obersten Bauteils der Mehrzahl der in der Kassette gestapelten Bauteile; und eine Hebekrafterzeugungseinheit zum Erzeugen einer Hebekraft, mit der nur das oberste Bauteil der Mehrzahl Komponenten angehoben wird, wobei die Hebekrafterzeugungseinheit eine Mehrzahl Luftdüsenöffnungen enthält, die symmetrisch in einem unteren Abschnitt des Greifers angeordnet sind und bewirken, dass Luft zu einer oberen Oberfläche des obersten Bauteils geblasen wird.
Der Greifer kann einen Greiferkörper enthalten, und eine Mehrzahl Ansaugöffnungen kann in einer unteren Oberfläche des Greifekörpers ausgebildet sein.
Die Mehrzahl Luftdüsenöffnungen können symmetrisch in der unteren Oberfläche des Greiferkörpers ausgebildet sein.
Die Mehrzahl Luftdüsenöffnungen können symmetrisch so angeordnet sein, dass sie sich in der Nähe der Ecken des Greiferkörpers befinden.
Die Luftdüsenöffnungen können beim Einblasen von Luft eine Wirbelströmung erzeugen.
Die Luftdüsenöffnungen können eine Becherstruktur in der unteren Oberfläche des Greiferkörpers haben.
Die Luftdüsenöffnungen können eine Seitenwand haben, die einen Raum zum Erzeugen einer Wirbelströmung bildet.
Die Kassette kann eine Trägerplatte enthalten, die auf- und abwärts beweglich ist, und eine Antriebseinheit, die die Trägerplatte auf- und abwärts bewegt.
Eine Mehrzahl Führungen kann symmetrisch am Umfang der Trägerplatte angeordnet sein.
Die Mehrzahl Führungen können mit einem oder mehreren Positionssensoren zum Detektieren der Position des Bauteils bestückt sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält ein Verfahren zum Zuführen eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels: Stapeln einer Mehrzahl Bauteile auf einer Trägerplatte einer Kassette in senkrechter Richtung und Bewegen eines Greifers nach unten, um einen Spalt zwischen einem obersten Bauteil und dem Greifer einzustellen; Erzeugen eines Blasluftstroms durch Luftdüsenöffnungen einer Hebekrafterzeugungseinheit, während durch die Ansaugöffnungen des Greifers ein Ansaugen durch Vakuum erfolgt; und Abstellen der Lufteinblasung, wenn das oberste Bauteil von den Ansaugöffnungen des Greifers nach der Lufteinblasung und dem Ansaugen durch Vakuum angesaugt worden ist.
Der Lufteinblasdruck kann um einen vorgegebenen Betrag erhöht werden, wenn das oberste Bauteil nicht von den Ansaugöffnungen des Greifers nach der Lufteinblasung und dem Ansaugen durch Vakuum angesaugt worden ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung erschließen sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine Vorderansicht der Vorrichtung zur Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels von 1;
3 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung zur Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels von 1;
4 ist eine perspektivische Ansicht von unten eines Greifers in einer Vorrichtung zur Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 4;
6 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, der mit Pfeil B in 5 angegeben ist;
7 zeigt Operationen einer Vorrichtung zur Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung; und
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Zuführen eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels gemäß Ausführungsbeispielen der voliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die Abmessungen von Elementen, die Dicken der Linien und dgl. in den Zeichnungen, auf die in der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung verwiesen wird, können zum besseren Verständnis übertrieben angegeben bzw. dargestellt sein. Außerdem sind Begriffe zur Beschreibung des vorliegenden erfinderischen Konzepts im Hinblick auf die Funktionen der Elemente definiert worden und können entsprechend der Absicht eines Nutzers oder eines Bedieners unter praktischen Bedingungen oder dgl. geändert werden. Die Begriffe sollten deshalb auf der Basis der Gesamtheit dieser Beschreibung definiert werden.
Wie in den 1 und 2 dargestellt kann eine Vorrichtung zur Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung eine Kassette 10 enthalten, in der eine Mehrzahl Bauteile 30 gestapelt sind, und einen Greifer 20, der die in der Kassette 10 gestapelten Bauteile 30 Schicht für Schicht durch Vakuum ansaugt.
Die Kassette 10 kann zur Aufnahme der in senkrechter Richtung gestapelten Mehrzahl Bauteile 30 konfiguriert sein, wobei die Bauteile 30 unterschiedliche Elemente sein können, die eine Zelleneinheit eines Brennstoffzellenstapels bilden, wie eine Membranelektrodenbaugruppe (MEA) und eine Gasdiffusionsschicht (GDL). Das Bauteil 30 z. B. kann eine Gasdiffusionsschicht (GDL) sein.
Die Kassette 10 kann die Trägerplatte 11 enthalten, die aufwärts und abwärts beweglich ist, und eine Antriebseinheit 15, die die Trägerplatte 11 aufwärts und abwärts bewegt.
Die Trägerplatte 11 kann einen Struktur entsprechend der Form des Bauteils 30 haben und die Mehrzahl Bauteile 30 können auf einer oberen Oberfläche der Trägerplatte 11 in senkrechter Richtung gestapelt sein.
Eine Basis 16 kann unter der Trägerplatte 11 angeordnet sein und die Trägerplatte 11 kann relativ zur Basis 16 aufwärts und abwärts beweglich ausgeführt sein.
Eine Mehrzahl Führungen 12 und 13 kann am Umfang der Trägerplatte 11 angeordnet sein. Die Mehrzahl Führungen 12 und 13 kann eine Mehrzahl erste Führungen 12 enthalten, die symmetrisch zueinander an der linken und rechten Seite der Trägerplatte 11 angeordnet sind, und eine Mehrzahl zweite Führungen 13, die symmetrisch zueinander an der Vorder- und Rückseite der Trägerplatte 11 angeordnet sind. Die Mehrzahl erste und zweite Führungen 12 und 13 können sich von der Basis 16 aus nach oben erstrecken. Die Führungen 12 und 13 können stabförmig sein, wobei eine Oberfläche neben den Bauteilen 30 eine vorgegebene Fläche hat, so dass die Oberfläche neben den Bauteilen 30 mit Abschnitten der Bauteile 30 in Flächenkontakt steht. Wenn also die Bauteile 30 die Gasdiffusionsschichten sind, können die Führungen 12 und 13 einen stabilen Oberflächenkontakt mit den spröden Gasdiffusionsschichten gewährleisten, um Beschädigung der Gasdiffusionsschichten wirksam zu verhindern.
Die Antriebseinheit 15 kann zur Auf- und Abwärtsbewegung der Trägerplatte 11 konfiguriert sein. Die Antriebseinheit 15 enthält z. B. einen Antriebsmotor, eine Vorschubspindel und dgl. Die Antriebseinheit 15 kann die Trägerplatte 11 aufwärts und abwärts bewegen, um die Höhe der Trägerplatte 11 so einzustellen, dass ein Spalt zwischen einer oberen Oberfläche eines obersten Bauteils 30 und dem Greifer 20 konstant gehalten werden kann.
Ein oder mehrere Positionssensoren 14 können an der Mehrzahl Führungen 12 und 13 vorgesehen sein, um die Position des Bauteils 30 zu detektieren. Der Positionssensor 14 kann die Position des obersten Bauteils 30 der Mehrzahl Bauteile 30 detektieren. Da der Positionssensor 14 die Position des obersten Bauteils 30 in Echtzeit detektiert, kann die Antriebseinheit 15 die Auf- und Abwärtsbewegungen der Trägerplatte 11 so abstimmen, dass ein Spalt S zwischen der oberen Oberfläche des obersten Bauteils 30 und dem Greifer 20 ungeachtet der Anzahl der Bauteile 30 konstant gehalten werden kann.
Zum Beispiel können zwei Positionssensoren 14 in senkrechter Richtung voneinander beabstandet sein, um die Position des obersten Bauteils 30 präziser zu messen.
Der Greifer 20 kann einen Greiferkörper 21 enthalten und eine Mehrzahl Ansaugöffnungen 22 kann in einer unteren Oberfläche des Greiferkörpers 21 ausgebildet sein.
Ein Verbindungsstück 23 kann an einer oberen Oberfläche des Greiferkörpers 21 für den Anschluss eines Arms eines Transferroboters vorgesehen sein. Der Greiferkörper 21 kann in senkrechter und waagrechter Richtung durch die Betätigung des Transferroboters bewegt werden. Nachdem der Greiferkörper 21 durch den Transferroboter abwärts nahe zu den Bauteilen 30 in der Kassette 10 bewegt worden ist, können die in der Kassette 10 gestapelten Bauteile 30 Schicht für Schicht durch Vakuum angesaugt werden. Nachdem sich der Greiferkörper 21, der das oberste Bauteil 30 angesaugt hat, durch den Transferroboter aufwärts bewegt hat, kann der Greiferkörper 21 in waagrechter Richtung in eine bestimmte Position der Brennstoffzellenstapel-Zusammenbaueinrichtung (nicht dargestellt) bewegt werden.
Eine Vakuumerzeugungsquelle (nicht dargestellt) wie eine Vakuumpumpe und ein Vakuumejektor kann mit der Mehrzahl Ansaugöffnungen 22 verbunden sein. Wenn eine Saugkraft durch den Betrieb der Vakuumerzeugungsquelle erzeugt wird, kann das oberste Bauteil 30 der in der Kassette 10 gestapelten Mehrzahl Bauteile 30 an die untere Oberfläche des Greiferkörpers 21 durch die Ansaugöffnungen 22 durch Vakuum angesaugt werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann eine Hebekrafterzeugungseinheit 40 eine Hebekraft erzeugen, die nur das oberste Bauteil 30 nach oben abhebt.
Insbesondere kann die Hebekrafterzeugungseinheit 40 die zur Trennung des obersten Bauteils 30 von den darunter liegenden Bauteilen 30 hinreichende Hebekraft erbringen und nur das oberste Bauteil 30 abheben.
Die Hebekrafterzeugungseinheit 40 kann eine Mehrzahl Luftdüsenöffnungen 41 in der unteren Oberfläche des Greiferkörpers 21 und Luftzüführschläuche 42 enthalten, die der Mehrzahl Luftdüsenöffnungen 41 Luft zuführen.
Die Luft kann durch die Mehrzahl Luftdüsenöffnungen 41 in einen Raum zwischen der unteren Oberfläche des Greiferkörpers 21 und der oberen Oberfläche des obersten Bauteils 30 mit einer konstanten Einblasgeschwindigkeit V₂ geblasen werden. Insbesondere kann die Luft durch die Luftdüsenöffnungen 41 von der unteren Oberfläche des Greiferkörpers 21 abwärts zur oberen Oberfläche des obersten Bauteils 30 geblasen werden.
Die Luftdüsenöffnungen 41 können einen einheitlichen Durchmesser d haben. Der Durchmesser d der Luftdüsenöffnung 41 kann z. B. größer oder gleich 1/4 der Breite W des Bauteils 30 sein (d ≥ W × 1/4). Wenn der Durchmesser d der Luftdüsenöffnung 41 kleiner oder gleich 1/4 der Breite W des Bauteils 30 ist, kann die Hebekraft der Hebekrafterzeugungseinheit 40 abnehmen, wodurch das Bauteil 30 nicht gleichmäßig abgehoben werden kann.
Die Luftzuführschläuche 42 können durch Seitenwände des Greiferkörpers 21 geführt und individuell mit der Mehrzahl Luftdüsenöffnungen 41 verbunden werden. Ein Magnetventil (nicht dargestellt) kann in der Mitte des Luftzuführschlauchs 42 zum Steuern der Öffnung desselben installiert sein, so dass der Lufteinblasdruck in Abhängigkeit vom Gewicht des Bauteils 30 geeignet angepasst wird.
Bei Anwendung der Bernoulli-Gleichung auf den Luftströmungszustand des obersten Bauteils 30 in einem Zustand, in dem die Luft mit einer konstanten Einblasgeschwindigkeit V₂ zur oberen Oberfläche des obersten Bauteils 30 durch die Mehrzahl Luftdüsenöffnungen 41 geblasen wird, kann die Druckdifferenz zwischen der oberen und der unteren Oberfläche des obersten Bauteils 30 mit der folgenden Gleichung 1 ausgedrückt werden:
[Gleichung 1]

ΔP = P₂ – P₁ = 1 / 2ρ₂V 2 / 2 – 1 / 2ρ₁V 2 / 1 = 1 / 2ρ₂V 2 / 2

Dabei ist ρ die Luftdichte, P₂ der auf die obere Oberfläche des obersten Bauteils 30 wirkende statische Druck, V₂ die Einblasgeschwindigkeit der Einblasluft zur oberen Oberfläche des obersten Bauteils 30 und P₁ der auf die untere Oberfläche des obersten Bauteils 30 wirkende statische Druck. Da die anderen Bauteile 30 unter der unteren Oberfläche des obersten Bauteils 30 gestapelt sind, herrscht keine Luftströmung, und deshalb V₁ = 0.
Gemäß [Gleichung 1] kann die Druckdifferenz ΔP des obersten Bauteils 30 von der Einblasgeschwindigkeit V₂ der zur oberen Oberfläche des Bauteils 30 geblasenen Luft abhängen und das oberste Bauteil 30 kann eine Hebekraft F_lift gemäß der nachstehenden Gleichung 2 erfahren:
[Gleichung 2]

F_Lift = CL 1 / 2 ρ₂V 2 / 2A

Dabei ist ρ die Luftdichte, A ist die Querschnittsfläche des Bauteils 30 und C_L ist ein Hebekoeffizient.
Wenn die Einblasgeschwindigkeit V₂ der zur oberen Oberfläche des obersten Bauteils 30 geblasenen Luft zunimmt, kann die Hebekraft F_lift zunehmen. Insbesondere wenn die Hebekraft F_lift größer ist als das Gewicht des obersten Bauteils 30, kann das oberste Bauteil 30 von den darunter gestapelten Bauteilen getrennt und abgehoben werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann die Luftdüsenöffnung 41 wie in 4 dargestellt in der unteren Oberfläche des Greiferkörpers 21 mit einer Becherstruktur ausgeführt sein, und ein Zuführendabschnitt 42a des Luftzuführschlauchs 42 kann in waagrechter Richtung durch eine Seitenfläche der Luftdüsenöffnung 41 geführt sein.
Die Luftdüsenöffnung 41 kann eine ringförmige Seitenwand 41b zur Bildung eines Raums 41a haben, der einen Wirbelströmung (spiralförmige Strömung) der Luft erzeugt. Der Zuführendabschnitt 42a des Luftzuführschlauchs 42 kann in waagrechter Richtung durch die Seitenwand 41b der Luftdüsenöffnung 41 geführt sein. Die durch den Endabschnitt 42a des Luftzuführschlauchs 42 zugeführte Luft kann entlang der Seitenwand 41b der Luftdüsenöffnung 41 eingeblasen werden, während die Wirbelströmung in der Luftdüsenöffnung 41 gebildet wird.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann eine Spiralnut (nicht dargestellt) in der Innenfläche der Seitenwand 41b der Luftdüsenöffnung 41 ausgebildet sein. Dementsprechend kann die durch den Zuführendabschnitt 42a des Luftzuführschlauchs 42 zugeführte Luft durch die Luftdüsenöffnung 41 eingeblasen werden, während der Wirbelströmung (spiralförmige Strömung) entlang der Spiralnut der Luftdüsenöffnung 41 mit größerer Stabilität stabiler gebildet wird.
Wie oben angegeben kann durch die Mehrzahl Luftdüsenöffnungen 41 Luft zur oberen Oberfläche des obersten Bauteils 30 symmetrisch eingeblasen werden, wobei die Wirbelströmung gebildet wird, so dass die Richtung der Lufteinblasung nicht in eine andere Richtung abgelenkt wird. Wenn das oberste Bauteil 30 durch die Hebekraft angehoben wird, kann eine Neigung des obersten Bauteils 30 in eine andere Richtung wirksam verhindert werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung kann die Mehrzahl Luftdüsenöffnungen 41 symmetrisch zueinander nach vorne und hinten sowie nach links und rechts in der unteren Oberfläche des Greiferkörpers 21 angeordnet sein und somit kann die Luft symmetrisch zur oberen Oberfläche des obersten Bauteils 30 geblasen werden.
Insbesondere kann die Mehrzahl Luftdüsenöffnungen 41 neben entsprechenden Ecken des Greiferkörpers 21 angeordnet sein und somit kann eine symmetrische Anordnung der Luftdüsenöffnungen 41 wirksam erreicht werden.
Auf diese Weise kann die Lufteinblasrichtung durch die Mehrzahl Luftdüsenöffnungen 41, die symmetrisch in der unteren Oberfläche des Greiferkörpers 21 angeordnet sind, symmetrisch gebildet werden, ohne in eine andere Richtung abgelenkt zu werden. Demnach kann in keiner bestimmten Richtung Widerstandskraft erzeugt werden, wenn das oberste Bauteil 30 abgehoben wird und deshalb können die Bauteile 30 in senkrechter Richtung stabil angeordnet werden, und wenn jedes der Bauteile 30 vom Greiferkörper 21 angesaugt wird, kann das oberste Bauteil 30 gleich positioniert werden.
Der Spalt S zwischen der oberen Oberfläche des obersten Bauteils 30 und dem Greifer 20 kann eingestellt werden, damit der Greifer 20 das oberste Bauteil 30 besser ansaugen kann. Der Spalt S kann z. B. ca. 2 bis 15 mm betragen. Wenn der Spalt S kleiner oder gleich 2 mm ist, kann der Einfluss der Widerstandskraft zu hoch sein. Wenn der Spalt S größer oder gleich 15 mm ist, kann die Hebekraft zum Abheben des Bauteils 30 unzureichend sein.
Wenn gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung die Mehrzahl Bauteile 30 in der Kassette 10 gestapelt sind und die Luft durch die Luftdüsenöffnungen 41 der Hebekrafterzeugungseinheit 40 mit der konstanten Geschwindigkeit V₂ eingeblasen wird, kann die Hebekraft zum Anheben des obersten Bauteils 30 der Mehrzahl Bauteile 30 gemäß dem Gesetz von Bernoulli erzeugt werden und somit kann das oberste Bauteil 30 von den darunter angeordneten Bauteilen 30 getrennt und abgehoben werden.
Wenn nur das oberste Bauteil 30 auf die oben beschriebene Weise getrennt und abgehoben wird, kann nur ein Bauteil an der obersten Position von den Ansaugöffnungen 22 des Greifers 20 angesaugt werden. Da wie oben beschrieben ein an oberster Position angeordnetes Bauteil der Mehrzahl gestapelter Bauteile 30 von der Hebekrafterzeugungseinheit 40 Schicht für Schicht angesaugt wird, kann die Fehlerrate des Brennstoffzellenstapels minimiert und die Produktivität verbessert werden.
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung.
Wie in den 7 und 8 dargestellt kann die Mehrzahl Bauteile 30 auf der Trägerplatte 11 der Kassette 10 in senkrechter Richtung gestapelt sein und die Trägerplatte 11 kann durch die Antriebseinheit 15 angehoben und der Greiferkörper 21 des Greifers 20 gesenkt werden, um den Spalt S zwischen dem obersten Bauteil 30 und the Greifer 20 in Operation S1 einzustellen.
Die Lufteinblasung kann durch die Luftdüsenöffnungen 41 der Hebekrafterzeugungseinheit 40 und die Ansaugung durch Vakuum durch die Ansaugöffnungen 22 des Greifers 20 in Operation S2 erfolgen. Im Einzelnen kann die Luft zu einer oberen Oberfläche des obersten Bauteils 30 geblasen werden, indem den Luftdüsenöffnungen 41 der Hebekrafterzeugungseinheit 40 Luft durch den Luftzuführschlauch 42 mit einem vorgegebenen Lufteinblasdruck Ps zugeführt wird, während ein konstanter Unterdruck Pv an den Ansaugöffnungen 22 des Greifers 20 wirkt. Dabei kann ein Anfangs-Lufteinblasdruck Ps der Hälfte des maximalen Drucks Pmax zum Erzeugen der Hebekraft entsprechen.
Danach kann in Operation S3 bestimmt werden, ob das oberste Bauteil 30 von den Ansaugöffnungen 22 des Greifers 20 angesaugt worden ist oder nicht. Wenn dabei der Unterdruck Pv niedriger oder gleich ist dem Enddruck der Ansaugung durch Vakuum Pok (Pv ≤ Pok), kann das Bauteil 30 von den Ansaugöffnungen 22 des Greifers 20 angesaugt worden sein, und wenn der Unterdruck Pv is höher ist als der Enddruck der Ansaugung durch Vakuum Pok (Pv > Pok), kann das Bauteil 30 nicht von den Ansaugöffnungen 22 des Greifers 20 angesaugt worden sein.
Nachdem das oberste Bauteil 30 vom darunter angeordneten Bauteile 30 getrennt und vom Anfangs-Lufteinblasdruck Ps angehoben worden ist, kann die Lufteinblasung durch die Luftdüsenöffnungen 41 in Operation S4 beendet werden, wenn das oberste Bauteil 30 von den Ansaugöffnungen 22 des Greifers 20 angesaugt worden ist. Danach kann der Transfer des Greifers 20 durch den Transferroboter in Operation S5 vorbereitet werden.
Wenn das oberste Bauteil 30 in Operation S4 nicht von den Ansaugöffnungen 22 des Greifers 20 angesaugt worden ist, kann der Lufteinblasdruck Ps in Operation S6 um einen vorgegebenen Betrag (Ps × 1,1) erhöht werden und die Bestimmung in Operation S3, ob das oberste Bauteil 30 von den Ansaugöffnungen 22 des Greifers 20 angesaugt worden ist, kann wiederholt werden.
Wenn das Bauteil des Brennstoffzellenstapels wie eine MEA oder eine GDL wie oben dargelegt durch Vakuum angesaugt wird, um der Zusammenbaueinrichtung des Brennstoffzellenstapels zu geführt zu werden, kann das Bauteil Schicht für Schicht durch Vakuum angesaugt werden, wodurch die Fehlerrate des Brennstoffzellenstapels minimiert und die Produktivität verbessert werden können.
Obwohl die vorliegende Offenbarung vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, sondern kann durch den Fachmann, an den sich die vorliegende Offenbarung richtet, auf verschiedene Weise modifiziert und geändert werden, ohne von Geist und Gültigkeitsbereich der vorliegenden Offenbarung, die in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Bezugszeichenliste

10: Kassette
11: Trägerplatte
15: Antriebseinheit
20: Greifer
21: Greiferkörper
22: Ansaugöffnungen
30: Bauteile
40: Hebekrafterzeugungseinheit
41: Luftdüsenöffnungen
42: Luftzuführschläuche

Claims

Vorrichtung zur Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Kassette, in der eine Mehrzahl Bauteile gestapelt sind; einen Greifer zum Ansaugen eines obersten Bauteils der Mehrzahl in der Kassette gestapelten Bauteile durch Vakuum; und eine Hebekrafterzeugungseinheit zum Erzeugen einer Hebekraft zum Abheben nur des obersten Bauteils der Mehrzahl Bauteile, wobei die Hebekrafterzeugungseinheit eine Mehrzahl Luftdüsenöffnungen enthält, die symmetrisch in einem unteren Abschnitt des Greifers angeordnet sind und Luft zu einer oberen Oberfläche des obersten Bauteils blasen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Greifer einen Greiferkörper enthält, und wobei eine Mehrzahl Ansaugöffnungen in einer unteren Oberfläche des Greiferkörpers ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl Luftdüsenöffnungen in der unteren Oberfläche des Greiferkörpers symmetrisch angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl Luftdüsenöffnungen neben den Ecken des Greiferkörpers symmetrisch angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Luftdüsenöffnungen eine Wirbelströmung bilden, wenn Luft eingeblasen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Luftdüsenöffnungen eine Becherstruktur in der unteren Oberfläche des Greiferkörpers haben.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Luftdüsenöffnungen eine Seitenwand haben, die einen Raum zum Erzeugen einer Wirbelströmung bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kassette enthält: eine Trägerplatte, die aufwärts und abwärts beweglich ist; und eine Antriebseinheit, die die Trägerplatte aufwärts und abwärts bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine Mehrzahl Führungen am Umfang der Trägerplatte symmetrisch angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mehrzahl Führungen mit einem oder mehreren Positionssensoren bestückt sind, die eine Position des Bauteils detektieren.
Verfahren zur Zuführung eines Bauteils eines Brennstoffzellenstapels, wobei das Verfahren aufweist: Stapeln einer Mehrzahl Bauteile auf einer Trägerplatte einer Kassette in senkrechter Richtung und Bewegen eines Greifers nach unten, um einen Spalt zwischen einem oberste Bauteil und dem Greifer einzustellen; Erzeugen eines Blasluftstroms durch Luftdüsenöffnungen einer Hebekrafterzeugungseinheit, während durch die Ansaugöffnungen des Greifers ein Ansaugen durch Vakuum erfolgt; und Abstellen der Lufteinblasung, wenn das oberste Bauteil nach der Lufteinblasung und dem Ansaugen durch Vakuum von den Ansaugöffnungen des Greifers angesaugt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Lufteinblasdruck um einen vorgegebenen Betrag erhöht wird, falls das oberste Bauteil nicht nach der Lufteinblasung und dem Ansaugen durch Vakuum von den Ansaugöffnungen des Greifers angesaugt worden ist.