Helium Lecktest für Brennstoffzellen-Platten

Helium-Lecktest für
Brennstoffzellen-Platten

Für das verlässliche Testen von Single- und Bipolar-Platten

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Alternativen zum Verbrennungsmotor

Die Elektromobilität wird in den nächsten Jahren den Automobilmarkt mehr und mehr dominieren, während Fahrzeuge mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren immer stärker zurückgedrängt werden.

Für PKW werden Hybridantriebe und Batterielösungen in der nahen Zukunft noch vorrangig genutzt werden, aber auch die Brennstoffzelle und die Nutzung von Wasserstoff als Antriebsmittel werden zukünftig einen großen Stellenwert einnehmen. Insbesondere in Nutzfahrzeugen und im Personen – Nahverkehr ist der Brennstoffzellen Antrieb eine echte Alternative. Kurze Ladungszeiten und ausreichende Reichweiten pro Speicherzyklus sind die wesentlichen Vorteile dieses Konzepts. Wenn der Wasserstoff mit regenerativen Energieformen (z.B. Windkraft) erzeugt wird, ist darüber hinaus auch die Öko Bilanz positiv – Stichwort grüner Wasserstoff.

Die Brennstoffzelle

Eine Brennstoffzelle besteht im Wesentlichen aus einer Anode, einer Kathode und dazwischen aus sogenannten Bipolar Platten, zwischen denen eine Membran (Gas – Diffusionsschicht) installiert ist.

Auf einer Seite wird gasförmiger Wasserstoff zugeführt auf der anderen Seite Sauerstoff (Luft). Die positiv geladenen Teile des Wasserstoffs passieren die Gasmembran, während die Elektronen dies nicht können. Da aber die Ladungen immer das Bestreben haben, sich auszugleichen, fließen die negativ geladenen Elektronen über die äußeren Anschlüsse  zur anderen Seite der Brennstoffzelle.

Dieser elektrische Strom wird genutzt, um z.B. einen Motor zu betreiben oder eine Batterie zu laden.

Die Wasserstoff – Ionen verbinden sich mit dem zugeführten Sauerstoff zu Wasser bzw. aufgrund der dabei entstehenden Wärme zu Wasserdampf, der als Abgas abgeführt wird.

Darstellung der Funktionsweise einer Brennstoffzelle

Helium-Lecktester zur Prüfung der Bipolar-Platten

Wesentlicher Bestandteil der Brennstoffzellen sind die Bipolar Platten. Damit der Prozess funktioniert, ist es sehr wichtig, dass die Platten dicht sind, damit kein Gas den gewünschten Prozess durch Leckagen umgehen kann. Zu diesem Zweck haben wir einen speziellen Helium Lecktester entwickelt.

Dieser ist in der Lage mit entsprechenden Prüfwerkzeugen sowohl die sogenannten Single Plates, wie auch die Bipolar Platten zu prüfen. Dabei werden die unterschiedlichen Kreisläufe der Platten gegeneinander auf Dichtheit geprüft:

  1. Wasserkreislauf nach außen
  2. Wasserkreislauf zum Wasserstoff – und zum Sauerstoffkreislauf
  3. Wasserstoffkreislauf zum Sauerstoffkreislauf

Der Aufbau der Anlage ist modular konzeptioniert, beginnend mit einem Hauptmodul, dass auch den Schaltschrank und die Bedienelemente enthält. Dies ist zunächst eine manuell zu bestückende Vorrichtung, die für Kleinserien und erste Prototypen sinnvoll ist.

Darstellung des einzelnen Hauptmodul

Hauptmodul mit manueller Beladung

Die Grundvorrichtung kann, z.B. bei steigenden Produktionszahlen, mit weiteren Modulen entsprechend ausgebaut werden. In der geringsten Ausbaustufe können 150 Teile pro Stunde geprüft werden, in der größten Ausbaustufe 700 Teile pro Stunde.

Darstellung vom Hauptmodul und Nebenmodul

Hauptmodul und Nebenmodul mit manueller Beladung

Hauptmodul mit zwei oder drei Nebenmodulen, manuelle Beladung

Vorderansicht vom Hauptmodul mit drei Nebenmodule

Als ergänzende Funktionen sind folgende Optionen verfügbar:

Vorderansicht der Automatikanlage

Vollautomatisierung mit Roboterhandling (ca. 700 pph)

Technische Zeichnung mit angaben zum Platzbedarf

Platzbedarf der Anlage

Details Helium-Prüfung

Die Prüfteile werden in der unteren Hälfte der Prüfkammer über Zentrierpunkte positioniert und über ein Vakuum System fixiert. Es werden pro Modul immer 2 Teile gleichzeitig getestet. Sobald die Prüfteile eingelegt und fixiert sind, wird die Kammer geschlossen und die Helium Dichtheitsprüfung durchgeführt. Nach der Prüfung öffnet die Kammer und die getesteten Teile können entnommen werden.

Vorderansicht vom Pumpenstand und Massenspektrometer

Pumpenstand und Massenspektrometer (2 Module)

3D Darstellung vom Aufbau der Pruefkammer

Aufbau der Prüfkammer mit Wechseleinsätzen

Jede Prüfkammer kann mit einem separaten Pumpenstand und einem Massenspektrometer ausgerüstet werden.

Wartung und Rüstvorgang

Das Modul ist über die großen Wartungstüren auf der Rückseite für Instandhaltungstätigkeiten gut zugänglich. Das Rüsten der artikelspezifischen Aufnahmen in der Prüfkammer erfolgt von der Bedienseite aus. Der Rüstvorgang kann von einer Person innerhalb weniger Minuten durchgeführt werden.

Rückkseite von der vierfach Anlage

Rückseite 4-fach Anlage mit Wartungstüren

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Portrait vom Ansprechpartner Peter Stamm

Peter Stamm

Leitung Vertrieb und Projektierung Worthmann