DE102016000974B4

DE102016000974B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE102016000974B4
Application number: DE102016000974.8A
Authority: DE
Inventors: Volker Horinek; Nico Riede; Leoni Pretzel; Karl Zimmerer; Johannes Deutsch; Tobias Sänger; Christian ZöIler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2036-01-30
Also published as: DE102016000974A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung (20) für eine Brennstoffzelle, bei welchem eine durchgängige Materialbahn (16) bereitgestellt wird, welche eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen (36, 46, 60, 86, 100) durchläuft, wobei durch einen Teil der Materialbahn (16) eine erste Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung (20) gebildet wird, und wobei zumindest eine zweite Komponente (22, 62) der Membran-Elektroden-Anordnung (20) im Bereich der ersten Komponente mit der Materialbahn (16) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (16) an einer Außenseite (24) eines Zylinders (12) angeordnet wird, wobei die zumindest eine zweite Komponente (22, 62) im Bereich der ersten Komponente mit der Materialbahn (16) verbunden wird, während der Bereich der ersten Komponente mit dem Zylinder (12) um eine Drehachse (34) des Zylinders (12) rotiert, wobei ein die zumindest eine zweite Komponente (22, 62) und die Materialbahn (16) umfassender Verbund mit einer ersten Seite (74) an einer Außenseite (76) eines weiteren Zylinders (14) angeordnet wird, wobei zumindest eine weitere Komponente (85) im Bereich der ersten Komponente mit einer der ersten Seite (74) gegenüberliegenden zweiten Seite (78) des Verbunds verbunden wird, während der Verbund mit dem weiteren Zylinder (14) um eine Drehachse (80) des weiteren Zylinders (14) rotiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, bei welchem eine durchgängige Materialbahn bereitgestellt wird, welche eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen durchläuft. Durch einen Teil der Materialbahn wird eine erste Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung gebildet. Hierbei wird zumindest eine zweite Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung im Bereich der ersten Komponente mit der Materialbahn verbunden. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei der Herstellung von Brennstoffzellen die einzelnen Komponenten einer Membran-Elektroden-Anordnung einzeln zu handhaben. Eine solche Fertigung nach einem sogenannten Pick-and-Place-Prinzip ist sehr aufwändig. Denn mit den einzelnen, sehr sensiblen Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung muss sehr vorsichtig umgegangen werden. Des Weiteren geht eine solche Art der Herstellung mit hohen Taktzeiten einher. Insbesondere für eine Produktion im großen Maßstab müssen hierbei des Weiteren im Verhältnis zur Ausbringung sehr hohe Investitionen in Anlagen, Flächen und Reinraumtechnik getätigt werden.
Bei der Pick-and-Place-Technologie können Roboter oder auf Schienen angeordnete Greifer zum Einsatz kommen, welche insbesondere über Portalachsen die Bewegungen in die unterschiedlichen Raumrichtung (x, y, z) ausführen können, um die unterschiedlichen Komponenten der jeweiligen Membran-Elektroden-Anordnung mit der erforderlichen Genauigkeit zu platzieren. Das Herstellen von Membran-Elektroden-Anordnungen und Brennstoffzellen in der Großserie ist also nicht nur im Hinblick auf die Materialkosten, sondern auch aufgrund der erforderlichen Handhabung der vielen filigranen und schmutzempfindlichen Komponenten herausfordernd.
Es gibt daher Bestrebungen, eine kontinuierliche Fertigung von Membran-Elektroden-Anordnungen zu erreichen. So beschreibt die DE 11 2008 001 580 T5 eine kontinuierliche Förderung einer Elektrolytmembranbahn, welche in einer Mehrzahl von Bearbeitungsschritten mit weiteren Komponenten einer Membran-Elektroden-Anordnung bestückt wird. Die Elektrolytmembranbahn wird in eine Längsrichtung gefördert und durchläuft hierbei verschiedene Bearbeitungseinrichtungen. Hierbei können auch Umlenkzylinder eingesetzt werden. Über Bearbeitungswalzen werden zunächst die Katalysatormaterialien auf die Membran aufgebracht und dann die Gasdiffusionslagen. Zum Verbinden der Gasdiffusionslagen mit der katalysatorbeschichteten Membran kommt hierbei das Heißsiegeln zum Einsatz. Hierfür werden die Bearbeitungswalzen auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt.
Da bei der DE 11 2008 001 580 T5 die Elektrolytmembran die Herstellungsvorrichtung durchläuft, und da die Elektrolytmembran recht empfindlich ist, ist bei dieser Herstellungsvorrichtung ein Zugentlastungsmechanismus vorgesehen. Dies ist vergleichsweise aufwändig.
Die US 2006/0057281 A1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem eine mit Elektrodenmaterial beschichtete Membran hergestellt wird. Hierbei wird zunächst das erste Elektrodenmaterial auf einer Trägerbahn angeordnet, welche mittels einer Umlenkrolle umgelenkt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle wird eine durchgängige Materialbahn bereitgestellt. Die Materialbahn durchläuft eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen. Durch einen Teil der Materialbahn wird eine erste Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung gebildet. Zumindest eine zweite Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung wird im Bereich der ersten Komponente mit der Materialbahn verbunden. Hierbei wird die Materialbahn an einer Außenseite eines Zylinders angeordnet. Die zumindest eine zweite Komponente wird im Bereich der ersten Komponente mit der Materialbahn verbunden, während der Bereich der ersten Komponente mit dem Zylinder um eine Drehachse des Zylinders rotiert. Die Bestückung der Materialbahn mit der zumindest einen zweiten Komponente erfolgt also während die Materialbahn auf dem Zylinder im Kreis gefördert wird. Entsprechend erfolgt die Führung der Materialbahn oder Warenbahn nicht in eine Längsrichtung oder translatorisch, sondern auf einer Kreisbahn. Dies hat zur Folge, dass die Materialbahn nicht mehr in die Längsrichtung unter Spannung gehalten zu werden braucht. Dies ermöglicht zum einen die Wahl anderer Materialien zum Bereitstellen der Materialbahn, insbesondere zugempfindlicher Materialien. Es können so insbesondere preisgünstigere Werkstoffe eingesetzt werden. Denn an diese Werkstoffe können geringere Anforderungen gestellt werden, als bei einer kontinuierlichen Fertigung, bei welcher die Warenbahn in Längsrichtung eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen durchläuft.
Durch den Einsatz der den wenigstens einen Zylinder umfassenden Zylinderrollenmaschine zur Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnung ist also ein spannungsfreier Transport der Materialbahn über den Zylinder beziehungsweise die Zylinder ermöglicht. Dadurch, dass die Materialbahn an der Außenseite des Zylinders anliegt, insbesondere stets fest anliegt, treten keine Spannungsschwankungen in der Materialbahn auf, wie dies bei dem Verfahren gemäß der DE 11 2008 001 580 T5 der Fall ist. Entsprechend ist ein verbessertes Verfahren geschaffen.
Aufgrund der Anordnung, insbesondere aufgrund des festen Anhaftens, der Materialbahn an der Außenseite des Zylinders kann zudem eine besonders hohe Genauigkeit beim Bestücken der Materialbahn mit der zumindest einen zweiten Komponente, beispielsweise beim Aufbringen eines Klebstoffs und/oder eines Dichtmaterials, beim Zuspenden weiterer Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung, aber auch beim Durchführen von trennenden Verfahren erreicht werden. Das feste Anhaften wird dabei entweder durch ein zwischen Materialbahn und Zylinder erzeugtes Vakuum oder durch andere Maßnahmen wie die Einspannung der Materialbahn an den Rändern erreicht. Insbesondere lässt sich eine besonders hohe Genauigkeit beim Positionieren der unterschiedlichen Komponenten relativ zueinander erreichen. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn der wenigstens eine Zylinder mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit um die jeweilige Drehachse rotiert.
Des Weiteren lässt sich durch Einsatz eines derartigen Verfahrens eine besonders kompakte Bauweise der Vorrichtung zum Herstellen der Membran-Elektroden-Anordnung erreichen. Die Vorrichtung oder Produktionsmaschine beziehungsweise Produktionsanlage weist also einen minimalen Footprint (Fußabdruck) auf.
Die Verwendung des Zylinders, insbesondere Zentralzylinders, ermöglicht insbesondere das Einbringen oder Durchführen der nachfolgenden Prozessschritte wie der Durchführung von trennenden Verfahren, eines Beschichtens und eines Fügens in einer verketteten Art und Weise zu einer zentralen, kontinuierlichen Verarbeitung der Materialbahn über den wenigstens einen Zylinder, insbesondere Zentralzylinder.
Durch die Überführung eines diskontinuierlichen Herstellungsverfahrens in ein kontinuierliches und rotatives, in welchem die Materialbahn an der Außenseite des Zylinders angeordnet und hierbei mit der wenigstens eine zweiten Komponente versehen wird, lässt sich eine besonders effiziente Fertigung der Membran-Elektroden-Anordnungen erreichen. Während bei einer vereinzelten Fertigung die jeweiligen Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung als jeweils vereinzeltes Stückgut bereitgestellt werden, lässt sich durch die kontinuierliche Bearbeitung der Materialbahn oder Warenbahn auf dem Zylinder, vorzugsweise Zentralzylinder, insbesondere eine besonders geringe Taktzeit erreichen. Die Taktzeit, also die Zeit für die Fertigung einer einzelnen Membran-Elektroden-Anordnung, lässt sich hierbei auf weniger als eine Sekunde reduzieren. Demgegenüber ist mit bisher verwendeten Pick-and-Place-Technologien lediglich eine Taktzeit von etwa 60 Sekunden erreichbar.
Durch das Verfahren lässt sich somit bei gleichem Flächenbedarf für die Vorrichtung zum Herstellen der Membran-Elektroden-Anordnung ein deutlich höherer Ausstoß realisieren. Bei einer Großserienfertigung, also bei einer Herstellung der Membran-Elektroden-Anordnungen in hoher Stückzahl, ist somit eine deutliche Reduzierung des Flächenbedarfs gegeben. Des Weiteren lässt sich eine Senkung der Herstellungskosten je Membran-Elektroden-Anordnung erreichen. Es wird nämlich die Materialbahn oder Warenbahn auf dem wenigstens einen Zylinder bis zur finalen Bearbeitung veredelt, aber bevorzugt nicht vor der endgültigen Fertigstellung vereinzelt.
Mittels des Verfahrens lassen sich insbesondere bei einer höchstmöglichen Ausbringung beziehungsweise bei einem besonders großen Ausstoß von Membran-Elektroden-Anordnungen feste Bezugssysteme und enge Toleranzen erreichen. Des Weiteren ist eine besonders gute Reproduzierbarkeit erreichbar, etwa durch das Vorsehen von Referenzmarken auf der Materialbahn. Das Verfahren ist somit besonders prozesssicher.
Des Weiteren lässt sich in vorteilhafter Weise eine Skalierbarkeit der Ausbringung unabhängig von der für die Vorrichtung zum Herstellen vorzusehende Fläche und der für die Vorrichtung notwendigen Investitionskosten erreichen. Hierfür braucht lediglich die Geschwindigkeit verändert zu werden, mit welcher die Materialbahn um die Drehachse des wenigstens einen Zylinders rotiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein die zumindest eine zweite Komponente und die Materialbahn umfassender Verbund mit einer ersten Seite an einer Außenseite eines weiteren Zylinders angeordnet. Hierbei wird zumindest eine weitere Komponente im Bereich der ersten Komponente mit einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Verbunds verbunden, während der Verbund mit dem weiteren Zylinder um eine Drehachse des weiteren Zylinders rotiert. Mit anderen Worten wird der Verbund beim Anordnen an der Außenseite des weiteren Zylinders gewendet, und eine Rückseite des Verbunds wird mit der weiteren Komponente bestückt. Die Rückseite ist hierbei die zweite Seite, welche zuvor mit der Außenseite des ersten Zylinders in Kontakt war. Auf diese Weise ist es unter Verwendung von wenigstens zwei Zentralzylindern möglich, beide Seiten der Materialbahn mit den gewünschten Komponenten zu bestücken. So lassen sich auch für das Bestücken der Materialbahn mit der zumindest einen weiteren Komponente die Vorteile realisieren, welche mit der Nutzung des ersten Zylinders einhergehen.
Die Membran-Elektroden-Anordnung dient dem Einsatz in einer sogenannten Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle. Der prinzipielle Aufbau einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle – kurz PEMFC – ist wie folgt. Die PEMFC enthält eine Membran-Elektroden-Anordnung – kurz MEA, die aus einer Anode, einer Kathode und einer dazwischen angeordneten Polymer-Elektrolyt-Membran (auch Ionomer-Membran) – kurz PEM – aufgebaut ist. Die MEA ist ihrerseits wiederum zwischen zwei Separatorplatten angeordnet, wobei eine Separatorplatte Kanäle für die Verteilung von Brennstoff aufweist und die andere Separatorplatte Kanäle für die Verteilung von Oxidationsmittel und wobei die Kanäle der MEA zugewandt sind. Die Kanäle bilden eine Kanalstruktur, ein sogenanntes Flow Field oder Strömungsfeld. Die Elektroden, Anode und Kathode, sind im Allgemeinen als Gasdiffusionselektroden – kurz GDE – ausgebildet. Diese haben die Funktion, den bei der elektrochemischen Reaktion (zum Beispiel 2H₂ + O₂ → 2H₂O) erzeugten Strom abzuleiten und die Reaktionsstoffe, Edukte und Produkte, durchdiffundieren zu lassen. Eine GDE kann wenigstens eine Gasdiffusionsschicht beziehungsweise Gasdiffusionslage – kurz GDL – umfassen. Eine jeweilige Katalysatorschicht, welche der PEM zugewandt ist, kann ebenfalls durch die GDE bereitgestellt werden. An der Katalysatorschicht läuft die elektrochemische Reaktion ab. Die anodische Katalysatorschicht und die kathodische Katalysatorschicht können jedoch auch auf eine jeweilige Hauptoberfläche der PEM aufgebracht sein. In diesem Fall wird im Allgemeinen von einer Catalyst Coated Membrane – kurz CCM – gesprochen, also von einer mit einem Katalysator beschichteten Membran.
Die GDE kann ferner noch eine Gasverteilungslage aufweisen, die sich der Gasdiffusionslage anschließt und die in der PEMFC einer Separatorplatte zugewandt ist. Gasdiffusionslage und Gasverteilungslage unterscheiden sich vor allem in ihren Porengrößen und damit in der Art des Transportmechanismus für einen Reaktionsstoff (Diffusion beziehungsweise Verteilung).
Eine derartige Brennstoffzelle kann bei relativ geringen Betriebstemperaturen elektrischen Strom mit hoher Leistung erzeugen. Reale Brennstoffzellen sind meist zu so genannten Brennstoffzellenstapeln – kurz Stacks – gestapelt, um eine hohe Leistungsabgabe zu erzielen, wobei anstelle der monopolaren Separatorplatten bipolare Separatorplatten, so genannte Bipolarplatten, eingesetzt werden und monopolare Separatorplatten nur die beiden endständigen Abschlüsse des Stacks bilden. Sie werden zum Teil Endplatten genannt und können sich baulich erheblich von den Bipolarplatten unterscheiden.
Die Bipolarplatten sind im Allgemeinen aus zwei Teilplatten zusammengesetzt. Diese Teilplatten weisen im Wesentlichen komplementäre und bezüglich einer Spiegelebene spiegelbildliche Formen auf. Die Teilplatten müssen aber nicht zwingend spiegelbildlich sein. Wichtig ist lediglich, dass sie zumindest eine gemeinsame Berührungsfläche aufweisen, an der sie verbunden werden können. Die Teilplatten weisen eine unebene Topographie auf. Hierdurch entstehen an den jeweils voneinander weg weisenden Oberflächen der Teilplatten die vorstehend bereits erwähnten Kanalstrukturen. An den jeweils aufeinander zuweisenden Oberflächen der Teilplatten besteht zum Beispiel bei geprägten metallischen Teilplatten die zur oben genannten Kanalstruktur komplementäre Kanalstruktur. Beim Aufeinanderlegen der beiden Teilplatten entsteht dadurch zwischen den Teilplatten, auf deren zueinander hin weisenden Oberflächen, ein Hohlraum, welcher aus einem System mehrerer miteinander verbundener Tunnels besteht. Der Hohlraum beziehungsweise das System der Tunnels ist durch eine im Wesentlichen die Teilplatten im Randbereich umlaufende Fügung flüssigkeitsdicht umrandet, wobei Öffnungen zur Kühlmittelzufuhr und -abfuhr vorgesehen sind, sodass der Hohlraum für die Verteilung eines Kühlmittels genutzt werden kann.
Somit gehört zu den Aufgaben einer Bipolarplatte: Die Verteilung von Oxidationsmittel und von Reduktionsmittel; die Verteilung von Kühlmittel und somit die Kühlung (besser gesagt Temperierung) der Brennstoffzellen; die fluidische Trennung der Einzelzellen eines Stacks voneinander; ferner die elektrische Kontaktierung der hintereinander geschalteten Einzelzellen eines Stacks und somit die Durchleitung des von den Einzelzellen erzeugten elektrischen Stroms.
Bevorzugt wird die zumindest eine zweite Komponente im Bereich der ersten Komponente stoffschlüssig mit der Materialbahn verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung, welche auch für ein Abdichten, insbesondere ein gasdichten Abdichten sorgt, kann durch Schweißen, Löten oder Heißlaminieren, insbesondere jedoch durch Kleben erfolgen.
Als vorteilhaft hat es sich daher gezeigt, wenn auf die an der Außenseite des Zylinders angeordnete Materialbahn ein Klebstoff aufgebracht wird, während der Bereich der ersten Komponente mit dem Zylinder um die Drehachse des Zylinders rotiert. So kann eine sichere Verbindung der Materialbahn im Bereich der ersten Komponente mit der zumindest einen zweiten Komponente und zugleich ein Abdichten erreicht werden.
Bevorzugt wird als die Materialbahn ein Rahmenmaterial bereitgestellt, welches als die erste Komponente einen Rahmen der Membran-Elektroden-Anordnung bildet. Als die zumindest eine zweite Komponente wird eine Membran und/oder eine Gasdiffusionslage mit dem Rahmenmaterial verbunden. Durch den Rahmen lässt sich eine Halterung für die Membran beziehungsweise für die Gasdiffusionslage bereitstellen. Zudem ermöglicht der Rahmen das Anbringen von Dichtelementen für eine Abdichtung der Membran-Elektroden-Anordnung gegenüber Separatorplatten oder Bipolarplatten. So lässt sich eine besonders robuste Membran-Elektroden-Anordnung fertigen.
Insbesondere kann das Rahmenmaterial mit der Membran verbunden werden und anschließend die Gasdiffusionslage mit der Membran verbunden werden, vorzugsweise indem ein jeweiliger Klebstoff auf das Rahmenmaterial einerseits und auf die Membran andererseits aufgebracht wird. Entsprechend hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Membran mit dem Rahmenmaterial einerseits und mit der Gasdiffusionslage andererseits verbunden wird, während das Rahmenmaterial mit dem Zylinder um die Drehachse des Zylinders rotiert. Gerade dieser Schritt des Abdichtens der Membran, welcher auch als Einkapselung oder Einkapseln der Membran bezeichnet wird, ist im Hinblick auf die Fertigung der Membran-Elektroden-Anordnung besonders kritisch. Dadurch, dass dieser Schritt vorliegend durchgeführt wird, während das Rahmenmaterial mit dem Zylinder um die Drehachse des Zylinders rotiert, unterliegen die Komponenten bei diesem Fügeprozess keinerlei Zugspannung. Dies macht das Einkapseln der Membran besonders prozesssicher.
Als die zumindest eine weitere Komponente kann eine Membran und/oder eine Gasdiffusionslage mit dem Verbund verbunden werden. Wenn die Materialbahn bereits zuvor mit der Membran und einer ersten Gasdiffusionslage bestückt wurde, so kann bei der Förderung der Materialbahn auf der Außenseite des weiteren Zylinders die Rückseite des entsprechenden Verbunds mit der weiteren Gasdiffusionslage bestückt werden. Alternativ kann auf dem ersten Zylinder die Bestückung mit lediglich einer Gasdiffusionslage erfolgen. Auf dem zweiten Zylinder kann dann die Bestückung der Rückseite eines entsprechenden, die Materialbahn und die (erste) Gasdiffusionslage umfassenden Verbunds mit der Membran und der zweiten Gasdiffusionslage vorgenommen werden. Es lassen sich also sämtliche Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung in einer wenigstens zwei Zentralzylinder aufweisenden Vorrichtung verarbeiten und zu dem fertigen Bauteil, nämlich der Membran-Elektroden-Anordnung, fügen.
Als Membran kann insbesondere eine mit einem jeweiligen Katalysatormaterial versehene Membran, also eine CCM (Catalyst Coated Membrane) zum Einsatz kommen.
Des Weiteren können unterschiedliche Komponenten oder Schichten von Gasdiffusionslagen, Dichtungen sowie Separatorplatten, Bipolarplatten, Elektroden und dergleichen Komponenten ebenfalls in der Zentralzylinderanlage verarbeitet und miteinander verbunden werden.
Um eine Zugänglichkeit für die an der Brennstoffzellenreaktion teilnehmenden Reaktanden zu einem aktiven Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung zu schaffen, wird in einem Verfahrensschritt aus der Materialbahn ein entsprechender Bereich herausgetrennt. Dies kann beispielsweise erfolgen, bevor die Materialbahn mit der zumindest einen zweiten Komponente verbunden wird.
Einer besonders hohen Belastbarkeit der Materialbahn beim Bestücken derselben mit der zumindest einen zweiten Komponente ist es jedoch zuträglich, wenn der Bereich, welcher dem aktiven Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung entspricht, erst in einem späteren Verfahrensschritt aus der Materialbahn herausgetrennt wird.
Entsprechend hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn aus einem die zumindest eine zweite Komponente und die Materialbahn umfassenden Verbund der Bereich herausgetrennt wird, welcher dem aktiven Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung entspricht. Beim Heraustrennen wird ein Zusammenhalt der zumindest einen zweiten Komponente beibehalten. Eine derartige Schneidoperation wird auch als Kiss-Cut-Operation oder Kiss-Cut-Verfahren bezeichnet, also wörtlich als „Kuss-Schnitt-Verfahren”, da bei diesem lediglich ein sanfter Schnitt vorgenommen wird.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Materialbahn und/oder der Verbund durch einen Unterdruck an der Außenseite bzw. der Mantelfläche des Zylinders und/oder des weiteren Zylinders gehalten werden. Durch Verwendung derartiger Vakuumzylinder lässt sich besonders einfach für eine gute Anhaftung der Materialbahn an dem jeweiligen Zylinder sorgen. Dies führt zu einem besonders spannungsfreien Aufliegen der jeweiligen Stadien der Membran-Elektroden-Anordnung auf der Außenseite des Vakuumzylinders während der Fertigung. Entsprechend ist eine minimale Beanspruchung der Materialien gewährleistet.
Durch das Fixieren der Materialbahn beziehungsweise des Verbunds an dem wenigstens einen Zylinder mittels Unterdruck lassen sich zudem besonders einfach feste Bezugssysteme und enge Toleranzen realisieren. Dies gilt auch bei einer höchstmöglichen Ausbringung beziehungsweise bei einem besonders großen Ausstoß vom Membran-Elektroden-Anordnungen bei zugleich guter Reproduzierbarkeit.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle umfasst eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen zum Bearbeiten einer durchgängigen Materialbahn, welche im Betrieb der Vorrichtung die Bearbeitungsstationen durchläuft. Durch einen Teil der Materialbahn kann eine erste Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung bereitgestellt werden. Zumindest eine der Bearbeitungsstationen umfasst einen Zylinder, an dessen Außenseite die Materialbahn angeordnet werden kann. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren Mittel zum Verbinden zumindest einer zweiten Komponente mit der Materialbahn im Bereich der ersten Komponente, während der Bereich der ersten Komponente mit dem Zylinder um eine Drehachse des Zylinders rotiert.
Die Vorrichtung umfasst einen weiteren Zylinder, an dessen Außenseite ein die zumindest eine zweite Komponente und die Materialbahn umfassender Verbund mit einer ersten Seite anordenbar ist, wobei die Vorrichtung Mittel zum Verbinden zumindest einer weiteren Komponente im Bereich der ersten Komponente mit einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Verbunds umfasst, während der Verbund mit dem weiteren Zylinder um eine Drehachse des weiteren Zylinders rotiert.
Eine solche Vorrichtung beziehungsweise (Zentral-)Zylinderanlage ermöglicht es insbesondere, die einzelnen Lagen oder Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung beispielsweise mittels eines gedruckten Klebstoffs zu verbinden und abzudichten. Entsprechend ist eine verbesserte Vorrichtung geschaffen.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung und umgekehrt.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind somit auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
1 stark schematisiert eine Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle, bei welcher ein Rahmenmaterial auf eine Außenseite eines ersten Zylinders und anschließend auf eine Außenseite eines zweiten Zylinders aufgebracht wird und während der Rotation der jeweiligen Zylinder um ihre Drehachsen mit weiteren Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung bestückt und geschnitten wird, wobei während der Rotation des größeren der beiden Zylinder das Rahmenmaterial mit einer Membran und einer ersten Gasdiffusionslage bestückt wird und bei der Förderung des Materials auf der Außenseite des zweiten Zylinders die Bestückung mit einer zweiten Gasdiffusionslage erfolgt;
2 eine Variante der Vorrichtung gemäß 1, bei welcher aus dem Rahmenmaterial erst dann ein aktiver Bereich herausgeschnitten wird, wenn sich das Rahmenmaterial bereits auf der Außenseite des zweiten Zylinders befindet;
3 eine Variante der Vorrichtung gemäß 1, bei welcher der aktive Bereich aus dem Rahmenmaterial nach dem Aufbringen eines Klebstoffs auf das Rahmenmaterial und nach dem Aktivieren des Klebstoffs herausgeschnitten wird;
4 eine Variante der Vorrichtung, bei welcher bei der Förderung des Rahmenmaterials auf dem ersten Zylinder lediglich die Bestückung mit einer ersten Gasdiffusionslage erfolgt und bei der Förderung des Rahmenmaterials auf dem zweiten Zylinder die Rückseite des Rahmenmaterials mit der Membran und der zweiten Gasdiffusionslage bestückt wird;
5 eine Variante der Vorrichtung gemäß 4, bei welcher der aktive Bereich aus dem Rahmenmaterial nach dem Beaufschlagen des Rahmenmaterials mit dem Klebstoff herausgeschnitten wird; und
6 eine Variante der Vorrichtung gemäß 4, bei welcher der aktive Bereich nach dem Überführen des Rahmenmaterials von dem ersten Zylinder auf den zweiten Zylinder aus dem Rahmenmaterial herausgetrennt wird.
Eine in 1 schematische gezeigte Vorrichtung 10 dient dem Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung 20 für eine Brennstoffzelle. Die Vorrichtung 10 umfasst einen ersten Zylinder 12 und einen zweiten Zylinder 14. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Rahmenmaterial 16 von einer Rolle 18 abgewickelt. Das Rahmenmaterial 16 wird als durchgängige Materialbahn auf der Rolle 18 bereitgestellt. In der fertigen Membran-Elektroden-Anordnung 20 fasst ein aus dem Rahmenmaterial 16 gebildeter Rahmen eine Membran 22 ein. Die Membran 22 wird im Betrieb der in 1 gezeigten Vorrichtung 10 mit dem Rahmenmaterial 16 verbunden, während das Rahmenmaterial 16 auf einer Außenseite 24 des ersten Zylinders 12 aufliegt. Die Membran 22 wird dementsprechend im Bereich des durch einen Teil des Rahmenmaterials 16 gebildeten Rahmens mit dem Rahmenmaterial 16 verbunden.
Nach dem Abwickeln des Rahmenmaterials 16 von der Rolle 18 werden die beiden Oberflächen des Rahmenmaterials 16 mittels einer ersten Behandlungseinrichtung 26 und einer zweiten Behandlungseinrichtung 28 oberflächenbehandelt. Dies geschieht im Bereich jeweiliger Umlenkrollen 30. An einer weiteren Umlenkrolle 32 wird das Rahmenmaterial 16 mit der Außenseite 24 des ersten Zylinders 12 in Kontakt gebracht. Der Zylinder 12, welcher als Zentralzylinder ausgebildet ist, fixiert das Rahmenmaterial 16 über Vakuum, also durch Aufbringen eines Unterdrucks, an der Außenseite 24 des Zylinders 12. Entsprechend rotiert das Rahmenmaterial 16 mit dem Zylinder 12 um eine Drehachse 34 des Zylinders 12.
An einer weiteren Bearbeitungsstation 36 werden Registermarken auf das Rahmenmaterial 16 aufgebracht. Diese Registermarken dienen dem Referenzieren der nachfolgenden Prozessschritte. Die Bearbeitungsstation 36 kann beispielsweise als Flexodruckstation ausgebildet sein, an welcher das Material zum Ausbilden der Registermarken auf das Rahmenmaterial 16 aufgedruckt wird. Mittels eines UV-Moduls 38 werden die Registermarken ausgehärtet. Mittels einer Schneideinrichtung 40 wird anschließend aus dem Rahmenmaterial 16 ein Bereich ausgeschnitten, in welchem in der Membran-Elektroden-Anordnung 20 die Membran 22 mit den Reaktanden beaufschlagt wird, welche an der Brennstoffzellenreaktion beteiligt sind. Entsprechend wird dieser Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung 20 auch als aktiver Bereich (active area) bezeichnet. Aus dem Rahmenmaterial 16 wird daher mittels der Schneideinrichtung 40 derjenige Bereich herausgetrennt, welcher in der Membran-Elektroden-Anordnung 20 diesem aktiven Bereich entspricht.
Mittels eines Druckmoduls 42, welches insbesondere als Inkjet-Modul ausgebildet sein kann, wird ein Funktionsklebstoff auf das Rahmenmaterial 16 aufgedruckt, während das Rahmenmaterial 16 weiter um die Drehachse 34 des Zylinders 12 rotiert. Mittels eines UV- und IR-Moduls 44 wird der Klebstoff anschließend aktiviert. An einer weiteren Bearbeitungsstation 46 wird die Membran 22 in den aktivierten Funktionsklebstoff eingespendet.
Hierfür wird die Membran 22 an der Bearbeitungsstation 46 von einer Rolle 48 abgewickelt und mittels einer Schneideinrichtung 50 geschnitten. Die zurechtgeschnittene Membran 22 wird mittels einer weiteren Rolle 52 auf die mit dem Funktionsklebstoff versehene Oberfläche des Rahmens aufgebracht, während der Rahmen auf der Außenseite 24 des Zylinders 12 um die Drehachse 34 rotiert. Der Verschnitt der Membran 22 wird an der Bearbeitungsstation 46 über eine weitere Rolle 54 aufgenommen.
In einem weiteren, während der Rotation des ersten Zylinders 12 stattfindenden Bearbeitungsschritt wird ein weiterer Funktionsklebstoff auf die Ränder beziehungsweise Kanten der Membran 22 aufgedruckt. Hierfür kommt ein weiteres Druckmodul 56 zum Einsatz, welches vorliegend ebenfalls als Inkjet-Modul beziehungsweise Tintenstrahl-Druckmodul ausgebildet ist. Mittels eines weiteren UV- und IR-Moduls 58 wird der zweite Funktionsklebstoff durch ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) und Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) aktiviert.
An einer weiteren Bearbeitungsstation 60 erfolgt das Zuspenden oder Einspenden einer Gasdiffusionslage 62, beispielsweise der kathodischen Gasdiffusionslage 62. Die Gasdiffusionslage 62 wird an der Bearbeitungsstation 60 von einer weiteren Rolle 70 abgewickelt, mittels einer Schneideinrichtung 66 zurecht geschnitten und über eine weitere Rolle 68 in den aktivierten weiteren Funktionsklebstoff hinein gedrückt. Ein Verschnitt des Materials der Gasdiffusionslage 62 wird über eine weitere Rolle 64 an der Bearbeitungsstation 60 aufgenommen.
Anschließend wird mittels eines Andruckmoduls 72 die Einkapselung der Membran 22 sichergestellt. Mit anderen Worten wird dafür gesorgt, dass die Membran 22 in dicht sitzender Weise mit dem aus dem Rahmenmaterial 16 gebildeten Rahmen einerseits und mit der Gasdiffusionslage 62 andererseits verbunden wird. Das Andruckmodul 72 stellt also die Benetzung und Einkapselung der Membran 22 sicher, bei welcher es sich bevorzugt um eine mit einem Katalysator beschichtete Membran (Catalyst Coated Membrane, CCM) handelt.
Anschließend wird der entstandene Verbund gewendet, welcher das Rahmenmaterial 16, die Membran 22 und die Gasdiffusionslage 62 umfasst. Hierbei wird der Verbund von dem ersten Zylinder 12 auf den zweiten Zylinder 14 übertragen. Es gelangt also nun eine erste Seite 74 des das Rahmenmaterial 16 umfassenden Verbunds mit einer Außenseite 76 des zweiten Zylinders 14 in Anlage, welcher ebenfalls als Vakuumzylinder ausgebildet ist. Entsprechend ist nun eine zweite Seite 78, nämlich eine Rückseite des Verbunds, zugänglich, sodass diese Seite 78 mit weiteren Komponenten der Membran-Elektroden-Anordnung 20 bestückt werden kann. Während der Verbund, dessen zweite Seite 78 oder Rückseite nun freiliegt, zusammen mit dem zweiten Zylinder 14 um eine Drehachse 80 des zweiten Zylinders 14 rotiert, wird zunächst auf die zweite Seite 78 des Verbunds ein weiterer Funktionsklebstoff aufgebracht. Der Funktionsklebstoff wird mittels eines weiteren Druckmoduls 82, welches vorliegend ebenfalls als Inkjet-Modul ausgebildet ist, auf die Rückseite oder zweite Seite 78 des Rahmenmaterials 16 aufgedruckt. Anschließend erfolgt bevorzugt mittels eines weiteren UV- und IR-Moduls 84 ein Aktivieren des Klebstoffs mit UV-Strahlung und Infrarotstrahlung.
An einer weiteren Bearbeitungsstation 86 wird eine weitere Gasdiffusionslage 85, beispielsweise die anodische Gasdiffusionslage 85, mittels des aktivierten Funktionsklebstoffs mit dem Rahmenmaterial 16 verbunden. Die Gasdiffusionslage 85 wird von einer Rolle 88 abgewickelt, mittels einer Schneideinrichtung 90 zurechtgeschnitten und mittels einer weiteren Rolle 92 auf das Rahmenmaterial 16 aufgebracht, welches an der Außenseite 76 des zweiten Zylinders 14 angeordnet ist. Eine weitere Rolle 94 nimmt an der Bearbeitungsstation 86 den Verschnitt des als durchgängige Materialbahn bereitgestellten Materials der Gasdiffusionslage 85 auf.
Mittels einer weiteren Schneideinrichtung 96 wird den jeweiligen Membran-Elektroden-Anordnungen 20 die finale Geometrie verliehen. Entsprechend wird die Außenkontur der Membran-Elektroden-Anordnungen 20 hergestellt, und es werden die Öffnungen oder Ports geschnitten, durch welche im Betrieb der Brennstoffzelle die Reaktanden und das Kühlmittel zugeführt beziehungsweise abgeführt werden.
Anschließend werden die fertigen Membran-Elektroden-Anordnungen 20 von dem zweiten Zylinder 14 an ein Förderband 98 übergeben, welches beispielsweise als Vakuumband beziehungsweise Vakuumauslaufband ausgebildet sein kann. Entsprechend werden die fertiggestellten Membran-Elektroden-Anordnungen 20 durch Unterdruck an dem Förderband 98 gehalten und mittels Unterdruck von der Außenseite 76 des zweiten Zylinders 14 abgelöst. Schließlich wird an einer weiteren, gemäß 1 an dem zweiten Zylinder 14 angeordneten Bearbeitungsstation 100 der Verschnitt des Rahmenmaterials 16 von einer weiteren Rolle 102 aufgenommen.
Die Vorrichtung 10 gemäß 2 entspricht im Wesentlichen der in 1 gezeigten Vorrichtung 10. Jedoch ist die Schneideinrichtung 40 nicht an dem ersten Zylinder 12 zwischen dem UV-Modul 38 und dem Druckmodul 42 angeordnet, sondern vor dem Druckmodul 82 an dem zweiten Zylinder 14. In diesem Fall erfolgt eine sogenannte Kiss-Cut-Operation beim Heraustrennen des aktiven Bereichs aus dem Rahmenmaterial 16. Es wird also mittels der Schneideinrichtung 40 lediglich das Rahmenmaterial 16 durchtrennt, nicht aber die sich auf dem Rahmenmaterial 16 befindende Membran 22 oder die sich auf der Membran 22 befindende Gasdiffusionslage 62.
Die in 3 gezeigte Vorrichtung 10 entspricht ebenfalls im Wesentlichen der in 1 gezeigten Vorrichtung 10. Jedoch ist hier die Schneideinrichtung 40 nicht zwischen dem UV-Modul 38 und dem Druckmodul 42 an dem ersten Zylinder 12 angeordnet, sondern zwischen dem UV- und IR-Modul 44 und der Rolle 52 der Bearbeitungsstation 46 an dem ersten Zylinder 12. Das Herausschneiden oder Heraustrennen des dem aktiven Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung 20 entsprechenden Bereichs aus dem Rahmenmaterial 16 erfolgt hierbei also erst nach dem Aktivieren des ersten Funktionsklebstoffs.
Bei einer weiteren Variante der in 1 gezeigten Vorrichtung 10 kann an dem ersten Zylinder 12 das Rahmenmaterial 16 lediglich mit der ersten Gasdiffusionslage 62 verbunden werden. Anschließend wird der das Rahmenmaterial 16 und die Gasdiffusionslage 62 umfassende Verbund gewendet und auf den zweiten Zylinder 14 übertragen. Dann werden auf die Rückseite oder zweite Seite 78 des Rahmenmaterials 16 die Membran 22 und anschließend die zweite Gasdiffusionslage 85 aufgebracht.
In analoger Weise kann bei einer weiteren Variante die (beispielsweise) anodische Gasdiffusionslage 85 zunächst auf dem ersten Zylinder 12 mit dem Rahmenmaterial 16 verbunden werden. Anschließend kann die Rückseite oder zweite Seite 78 des das Rahmenmaterial 16 und die Gasdiffusionslage 85 umfassenden Verbunds auf dem zweiten Zylinder 14 mit der Membran 22 und der weiteren Gasdiffusionslage 62 bestückt werden (vergleiche 4).
Entsprechend wird bei der Vorrichtung 10 gemäß 4 zunächst das Rahmenmaterial 16 von der Rolle 18 abgewickelt. Anschließend erfolgt die beidseitige Oberflächenbehandlung des Rahmenmaterials 16. Das Rahmenmaterial 16 wird auf den Zylinder 12 aufgebracht und über Vakuum auf dem Zylinder 12 fixiert. An der Bearbeitungsstation 36 werden die Registermarken auf das Rahmenmaterial 16 aufgebracht und mittels des UV-Moduls 38 ausgehärtet.
Anschließend erfolgt mittels der Schneideinrichtung 40 das Ausschneiden des aktiven Bereichs aus dem Rahmenmaterial 16. Anschließend wird über das Druckmodul 82 der Funktionsklebstoff auf das Rahmenmaterial 16 (bevorzugt mittels Inkjet) aufgebracht. Der Funktionsklebstoff wird mittels des UV- und IR-Moduls 84 aktiviert. An der Bearbeitungsstation 86 wird dann beispielsweise die anodische Gasdiffusionslage 85 zugespendet und mittels des Funktionsklebstoffs mit dem Rahmenmaterial 16 verbunden.
Der Verbund beziehungsweise die entstandene Bahn, welche das Rahmenmaterial 16 und die anodische Gasdiffusionslage 85 umfasst, wird anschließend gewendet und hierbei von dem ersten Zylinder 12 auf den zweiten Zylinder 14 übertragen. Mittels des an dem zweiten Zylinder 14 angeordneten Druckmoduls 42 wird der Funktionsklebstoff auf das Rahmenmaterial 16 aufgebracht und mittels des UV- und IR-Moduls 44 aktiviert. An der Bearbeitungsstation 46 wird dann die Membran 22 auf den Funktionsklebstoff gespendet. Anschließend wird auf die Kanten der mit dem Katalysator beschichteten Membran 22 mittels des Druckmoduls 56 weiterer Funktionsklebstoff aufgebracht und mittels des UV- und IR-Moduls 58 aktiviert. An der Bearbeitungsstation 60 erfolgt schließlich das Spenden der kathodischen Gasdiffusionslage 62 auf den zuvor aufgebrachten und aktivierten Funktionsklebstoff. Das Andruckmodul 72 stellt die Benetzung und Einkapselung der Membran 22 sicher. Mittels der Schneideinrichtung 96 wird die finale Geometrie geschnitten, es werden also die Außenkontur der Membran-Elektroden-Anordnung 20 und die Öffnungen oder Ports in der Membran-Elektroden-Anordnung 20 erstellt. Schließlich erfolgt die Übergabe der Membran-Elektroden-Anordnung 20 an das Förderband 98.
Die in 5 gezeigte Vorrichtung 10 entspricht im Wesentlichen der in 4 gezeigten Vorrichtung 10. Jedoch ist die Schneideinrichtung 40 zwischen dem UV- und IR-Modul 84 und der Bearbeitungsstation 86 angeordnet und nicht zwischen dem UV-Modul 38 und dem Druckmodul 82.
Die in 6 gezeigte Vorrichtung 10 entspricht im Wesentlichen der in 5 gezeigten Vorrichtung 10. Jedoch erfolgt hier das Ausschneiden des aktiven Bereichs aus dem Rahmenmaterial 16 in einem Kiss-Cut-Verfahren, sobald der Verbund des Rahmenmaterials 16 mit der Gasdiffusionslage 85 auf den zweiten Zylinder 14 übertragen wurde. Die Schneideinrichtung 40 ist somit vor dem Druckmodul 42 an dem zweiten Zylinder 14 angeordnet.
Durch das Anordnen der einzelnen Bearbeitungsstationen um die zwei zentralen Vakuumzylinder in Form der Zylinder 12, 14 lässt sich durch Zuspenden der Membran 22, der Gasdiffusionslage 62 und der Gasdiffusionslage 85 auf die Grundbahn beziehungsweise das Rahmenmaterial 16 die Membran-Elektroden-Anordnung 20 Stück für Stück aufbauen.
In 1 bis 3 hat der erste Zylinder 12 einen größeren Durchmesser als der zweite Zylinder 14. Denn um den ersten Zylinder 12 sind mehr Bearbeitungsstationen 36, 46, 60 gruppiert, als um den zweiten Zylinder 14. In 4 bis 6 hat demgegenüber der erste Zylinder 12 einen kleineren Durchmesser als der zweite Zylinder 14. Denn hier sind an dem zweiten Zylinder 14 mehr Bearbeitungsstationen 46, 60, 100 angeordnet, als an dem ersten Zylinder 12.
Der in den Figuren gezeigte, jeweils größere Zylinder 12, 14 kann beispielsweise einen Durchmesser von etwa zwei Metern aufweisen. Wenn mehr Bearbeitungsstationen an dem jeweiligen Zylinder 12, 14 vorgesehen sein sollen, so kann ein entsprechender Zylinder 12, 14 mit einem noch größeren Durchmesser verwendet werden. Alternativ können weitere Zylinder nach Art der Zylinder 12, 14 zu der Vorrichtung 10 hinzugefügt werden. Dies führt zu einem Wachsen der Vorrichtung 10 in die Höhe.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung (20) für eine Brennstoffzelle, bei welchem eine durchgängige Materialbahn (16) bereitgestellt wird, welche eine Mehrzahl von Bearbeitungsstationen (36, 46, 60, 86, 100) durchläuft, wobei durch einen Teil der Materialbahn (16) eine erste Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung (20) gebildet wird, und wobei zumindest eine zweite Komponente (22, 62) der Membran-Elektroden-Anordnung (20) im Bereich der ersten Komponente mit der Materialbahn (16) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (16) an einer Außenseite (24) eines Zylinders (12) angeordnet wird, wobei die zumindest eine zweite Komponente (22, 62) im Bereich der ersten Komponente mit der Materialbahn (16) verbunden wird, während der Bereich der ersten Komponente mit dem Zylinder (12) um eine Drehachse (34) des Zylinders (12) rotiert, wobei ein die zumindest eine zweite Komponente (22, 62) und die Materialbahn (16) umfassender Verbund mit einer ersten Seite (74) an einer Außenseite (76) eines weiteren Zylinders (14) angeordnet wird, wobei zumindest eine weitere Komponente (85) im Bereich der ersten Komponente mit einer der ersten Seite (74) gegenüberliegenden zweiten Seite (78) des Verbunds verbunden wird, während der Verbund mit dem weiteren Zylinder (14) um eine Drehachse (80) des weiteren Zylinders (14) rotiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zweite Komponente (22, 62) im Bereich der ersten Komponente stoffschlüssig mit der Materialbahn (16) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die an der Außenseite (24) des Zylinders (12) angeordnete Materialbahn (16) ein Klebstoff aufgebracht wird, während der Bereich der ersten Komponente mit dem Zylinder (12) um die Drehachse (34) des Zylinders (12) rotiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als die Materialbahn (16) ein Rahmenmaterial bereitgestellt wird, welches als die erste Komponente einen Rahmen der Membran-Elektroden-Anordnung (20) bildet, wobei als die zumindest eine zweite Komponente (22, 62) eine Membran und/oder eine Gasdiffusionslage mit dem Rahmenmaterial verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran mit dem Rahmenmaterial einerseits und mit der Gasdiffusionslage andererseits verbunden wird, während das Rahmenmaterial mit dem Zylinder (12) um die Drehachse (34) des Zylinders (12) rotiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine weitere Komponente (85) im Bereich der ersten Komponente stoffschlüssig mit der zweiten Seite (78) des Verbunds verbunden wird, während der Verbund mit dem weiteren Zylinder (14) um eine Drehachse (80) des weiteren Zylinders (14) rotiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als die zumindest eine weitere Komponente (85) eine Membran und/oder eine Gasdiffusionslage mit dem Verbund verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem die zumindest eine zweite Komponente (22, 62) und die Materialbahn (16) umfassenden Verbund ein Bereich herausgetrennt wird, welcher einem aktiven Bereich der Membran-Elektroden-Anordnung entspricht, wobei beim Heraustrennen ein Zusammenhalt der zumindest einen zweiten Komponente (22, 62) beibehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (16) und/oder der Verbund durch einen Unterdruck an der Außenseite des Zylinders (12) und/oder des weiteren Zylinders (14) gehalten werden.
Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung (20) für eine Brennstoffzelle, mit einer Mehrzahl von Bearbeitungsstationen (36, 46, 60, 86, 100) zum Bearbeiten einer durchgängigen Materialbahn (16), welche im Betrieb der Vorrichtung die Bearbeitungsstationen (36, 46, 60, 86, 100) durchläuft, wobei durch einen Teil der Materialbahn (16) eine erste Komponente der Membran-Elektroden-Anordnung (20) bereitstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Bearbeitungsstationen einen Zylinder (12) umfasst, an dessen Außenseite (24) die Materialbahn (16) anordenbar ist, wobei die Vorrichtung (10) Mittel zum Verbinden zumindest einer zweiten Komponente (22, 62) mit der Materialbahn (16) im Bereich der ersten Komponente umfasst, während der Bereich der ersten Komponente mit dem Zylinder (12) um eine Drehachse (34) des Zylinders (12) rotiert, wobei die Vorrichtung (10) einen weiteren Zylinder (14) umfasst, an dessen Außenseite (76) ein die zumindest eine zweite Komponente (22, 62) und die Materialbahn (16) umfassender Verbund mit einer ersten Seite (74) anordenbar ist, und wobei die Vorrichtung (10) Mittel zum Verbinden zumindest einer weiteren Komponente (85) im Bereich der ersten Komponente mit einer der ersten Seite (74) gegenüberliegenden zweiten Seite (78) des Verbunds umfasst, während der Verbund mit dem weiteren Zylinder (14) um eine Drehachse (80) des weiteren Zylinders (14) rotiert.