Az alacsony súly és terjedelem, a könnyed hidegen indíthatóság illetve a viszonylagosan kedvező költségű sorozatgyártás mind olyan előnyök, melyeket a fém bipoláris lemezek nyújtani tudnak. Az üzemanyagcella kötegek alapvető elemei döntő feladatokat látnak el a közegellátás, az elektromos kapcsolás, illetve hűtés terén. Hogy mindezt milyen jól tudják ellátni, egyebek mellett függ az anyagok tisztaságától illetve az alkalmazott lemezektől is. Az Ecoclean vállalat különböző eljárásokkal kísérletezett annak érdekében, hogy lehetővé tegye a minél költséghatékonyabb és gazdaságosabb tisztítást.
Az üzemanyagcellák kulcsfontosságú technológiának számítanak a járműhajtások villamosítása terén, és jelentős szerepük van helyhez kötött energiaforrásként az energetikai átállásban. Az üzemanyagcella rendszer magja a kötegekbe egybekapcsolt több bipoláris lemez, melyek anódokból és katódokból, köztük pedig egy protonokat szállító fóliából állnak.
A bipoláris lemezek különböző feladatokat látnak el: Az egyik cella anódját a szomszédos cella katódjával fizikálisan és elektromosan is összekötik. A bipoláris lemez felelős az (anód oldali) hidrogén reakciógáz és a (katód oldali) levegő szállításáért. A lemezek ezért mindkét oldalukon beépített áramlási profillal vannak ellátva (Flowfield), melyek kialakítása döntő hatással van a teljes aggregátor hatásfokára. Ebből kifolyólag a bipoláris lemezek szabályozzák az elektromos energia leadását és a vízgőz elvezetését. Egy további funkciójuk pedig a hőszabályozás.
Különösen meggyőző a bipoláris lemezek alkalmazása a tehergépjárműveknél alacsony súlyuk és terjedelmük, illetve a hidegindítási képességük miatt. A hatásfok elérésében fontos szerepet játszik a tisztítás.
A lemezek készítésénél több különböző anyagot alkalmaztak, úgymint extrakoncentrált grafitot, grafit-műanyag keverékeket és fémeket. A fém bipoláris lemezek előnyei különösen a tehergépjárműveknél való felhasználásnál mutatkoznak meg. Súlyuk és terjedelmük alacsony, illetve jó a hidegen való indítási képességük is. A bipoláris lemezekben ezért benne van a költséghatékony sorozat gyártás lehetősége, melyet méretgazdaságossággal még javítani is lehet.
A tisztaság biztosítja a bevonat minőségét és a hatásfokot.
A fém bipoláris lemezek anódja és katódja túlnyomórészt 0,1 – 0,2 mm vékony nemesacélötvözetből készül. Az anyagot rendszerint egy tekercsből gombolyítják le, melynek felületét különböző húzó és gördülő zsírok, olajok, emulziók és nem ismert idegen anyagok szennyezték be a gyártásnál. A következő lépésben az anód és katódfóliákat mechanikusan vagy vízformázással precízen átalakítják, majd sajtolással vagy lézerrel kivágják a külső kontúrjaikat. Ezekből a folyamatokból szintén maradnak vissza szennyeződések a megmunkálási közegből (olajok és/vagy emulziók) a lemezeken. Az anód és katódlemezek végső összeillesztésénél, amely gyakran lézeres hegesztéssel történik, szintén keletkeznek oxidok és égésnyomok. Végül elkészül a bipoláris lemezek bevonata. Ahhoz, hogy homogén bevonatot kapjunk, biztosítva ezzel az anyag jó tapadóképességét, legkésőbb itt be kell vetnünk egy tisztítási eljárást.
A szorosan kötegelt üzemanyagcelláknál, melyeknél a lehető legkisebb helyen a magas teljesítmény elérése a cél, ajánlatos, hogy a tisztítás már az illesztés előtt megtörténjék már a tisztítás. Így megakadályozható, hogy az anódok és katódok közé szennyeződések ékelődjenek be, melyek az elkerülhetetlenül fellépő magas hőképződésnél kioldódnak, és eltömítik az áramlást. Ez ugyanis a hatásfok csökkenéséhez vezetne. A menetközben beiktatott tisztítási lépés egyúttal lecsökkenti a lézerhegesztésnél keletkező égési nyomok és oxidok által keletkezett felületi szennyeződéseket is.
A megfelelő eljárás kiválasztása
A fém bipoláris lemezek tisztításánál jelentős kihívást jelentenek a felületen lévő többnyire láthatatlan, kémiai hártyaszerű maradványok. Olajokról, zsírokról, emulziókról és további vegyi anyagokról beszélünk itt, melyeknek összetétele sokszor ismeretlen. Ezek a nem specifikus szennyeződések olyan tisztítási oldatot kívánnak meg, melyek biztosítják azok megbízható és adekvált eltávolítását. Az Ecoclean GmbH. ezért vizsgálatokat folytatott lézer, CO2, hósugár és vizeskémiai oldószeres tisztítással és gőzsugárral.
Mind a lézeres, mind a CO2-hósugaras tisztítás is néhány másodpercen belül eltávolítja az oxid és égési nyomokat illetve a kémiai hártyaszerű szennyeződéseket a bipoláris lemezek hegesztési varratairól. A bipoláris lemezek teljes felületének megtisztításánál mindkét eljárás lefolytatásakor jó eredmények születtek. Mivel a felületet celláról cellára végig kellett járni a lézerrel, a tisztítás időigényes volt. A CO2 hósugaras tisztításnál a rendszert fel lehet szerelni megfelelő számú fúvókával is, így lehetővé válik a teljes felület gyors megmunkálása.
Az oldószeres vizeskémiai eljárással az olajokat és zsírokat illetve a részecskéket jól el lehetett távolítani. Az emulziók, égésnyomok és oxidok tisztításánál ez az eljárás nem alkalmazható. A vizesbázisú közegekkel történő merülő nedveskémiai tisztítás a szükséges szárítás miatt csak korlátozottan és nagy odafigyelés mellett lehetséges.
A hártyaszerű kémiai szennyeződések és részecske szennyeződések, valamint égésnyomok és oxidok tisztításánál nagyon jó eredmények születtek a gőzsugárral történő tisztításkor. A tisztító hatás ennél az eljárásnál a tisztítási feladathoz igazított folyadékmennyiséggel beállított gőz, a nagysebességű légáramlás és a megfelelően kialakított fúvókák koncepciójának együttes hatásának köszönhető. Ez a tisztítási folyamat is mindössze néhány másodpercet vett igénybe.
A többfúvókás kialakításnak köszönhetően a CO2 hósugárral történő tisztítás a bipoláris lemezek teljes felületét gyorsan és eredményesen tisztítja.
A tisztítás különböző mérési technikákkal történő validálása
A tisztítási eredmények ellenőrzése a felületi feszültség alapján érintőszög mérési technikával és teszttintával, fluoreszencia méréssel illetve infravörös színképelemzéssel történt. A fluoreszencia mérési technika nem bizonyult alkalmasnak a nem fluoreszkáló szennyeződések miatt. A kezdő méréseknél a bipoláris lemezek felületi feszültsége nagyon különböző szennyezettségi értékeket mutatott, a tisztítás után viszont szignifikánsan csökkentek ezek az értékek. Olyan egyértelmű állítást, miszerint az alkatrész megfelelő tisztaságú-e a következő folyamathoz, nem lehetett kimondani. Ehhez meg kell határozni az idevaló folyamatspecifikus követelményeket. Az infravörös színelemzéshez a próbák alatt (tekercs szakasz, bipoáris lemezek) minden maradványt eltávolítottak, tehát megalkottak egy referencia tisztaságot. Az infravörös színelemzést követően a felület analizálása következett, a próbákat referencia-szennyeződéssel koszolták be, elvégezték utána a tisztítást, majd újra analizálták az eredményt. Ez az analízis azt mutatta meg, hogy a gőztisztítással a hártyás-kémiai szennyeződéseket megbízhatóan el lehetett távolítani.
A Monschau-i tesztcentrumban a szakértők elvégezték a fent felsorolt és még számos, további tisztítási kísérletet és ellenőrzést az alkatrész tisztítás és felülettisztítás területén.
A gyártósorba integrált, automatizált tisztítás
A hatékony munkafolyamat érdekében az illesztések és/vagy bevonat elkészítése előtt be lehet illeszteni a gyártási folyamatba a tisztítást. Az automatizálás optimálisan tud alkalmazkodni az adott gyártási folyamat speciális követelményeihez és adottságaihoz.
Az SBS Ecoclean csoport, jövőorientált gépek fejlesztését, gyártását és értékesítését végzi az ipari alkatrészek tisztításához és felületkezeléséhez. Ezen fejlett megoldások segítik a vállalatok hatékony és fenntartható termelését világszerte. Ügyfeleink nagy része az autó- és beszállítóiparban tevékenykednek, illetve a széles körű ipari piacon az orvosi-, mikró-, és precíziós ágazaton keresztül egészen a gépgyártáson, az optikai energetikai-, és űrkutatási iparágig. Az Ecoclean sikere az innovációra, a csúcstechnológiára, a fenntarthatóságra, az ügyfelcentrikusságra, a sokszínűségre és a tiszteletre épül. A vállalat csoport 12 telephellyel 9 országban van jelen és több mint 900 embert foglalkoztat világszerte.
Kapcsolat:
Ecoclean GmbH,
Joachim Ritter,
Telefon +49 2472 83-0,
Joachim.Ritter@ecoclean-group.net www.ecoclean-group.net
