DE102024202007A1 - Method for producing a seal and/or adhesive structure on a substrate - Google Patents
Method for producing a seal and/or adhesive structure on a substrateInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung (1) und/oder Klebestruktur auf einem Substrat (2), insbesondere auf einer Schicht oder Lage einer elektrochemischen Zelle, mittels Schablonendrucks, umfassend die Schritte:
a) Auflegen des Substrats (2) auf einen Drucktisch (10),
b) Inkontaktbringen des Substrats (2) mit einer einteiligen Schablone (3) oder mindestens einem Schablonenteil (3.1, 3.2, 3.3) einer mehrteiligen Schablone (3),
c) Fixieren der Position der Schablone (3) oder des mindestens einen Schablonenteils (3.1, 3.2, 3.3) in Bezug auf das Substrat (2),
d) Befüllen mindestens einer Ausnehmung (4) der ein- oder mehrteiligen Schablone (3) mit einem Dicht- und/oder Klebstoff (6) in einem Rakelprozess sowie
e) Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs (6) aus der mindestens einen Ausnehmung (4).
Erfindungsgemäß wird das Fixieren der Position der Schablone (3) oder des mindestens einen Schablonenteils (3.1, 3.2, 3.3) in Bezug auf das Substrat (2) in Schritt c) mittels einer Magnet- oder Saugkraft bewirkt wird, welche die Schablone (3) oder das mindestens eine Schablonenteil (3.1, 3.2, 3.3) in Richtung des Substrats (2) zieht.
The invention relates to a method for producing a seal (1) and/or adhesive structure on a substrate (2), in particular on a layer or ply of an electrochemical cell, by means of stencil printing, comprising the steps:
a) placing the substrate (2) on a printing table (10),
b) bringing the substrate (2) into contact with a one-part stencil (3) or at least one stencil part (3.1, 3.2, 3.3) of a multi-part stencil (3),
c) fixing the position of the template (3) or of the at least one template part (3.1, 3.2, 3.3) with respect to the substrate (2),
d) filling at least one recess (4) of the single-part or multi-part stencil (3) with a sealant and/or adhesive (6) in a doctor blade process and
e) releasing the sealant and/or adhesive (6) from the at least one recess (4).
According to the invention, the fixing of the position of the template (3) or of the at least one template part (3.1, 3.2, 3.3) with respect to the substrate (2) in step c) is effected by means of a magnetic or suction force which draws the template (3) or the at least one template part (3.1, 3.2, 3.3) in the direction of the substrate (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung und/oder einer Klebestruktur auf einem Substrat, insbesondere auf einer Schicht oder Lage einer elektrochemischen Zelle, beispielsweise einer Brennstoff-, Elektrolyse- oder Batteriezelle. Bei der Schicht oder Lage kann es sich insbesondere um eine Mono- oder Bipolarplatte, eine Separatorplatte und/oder eine Membran-Elektroden-Anordnung handeln. Darüber hinaus kann das Verfahren zur Herstellung einer Dichtung und/oder Klebestruktur auf vielen anderen Substraten, wie beispielsweise einem Gehäuseteil, eingesetzt werden.The invention relates to a method for producing a seal and/or an adhesive structure on a substrate, in particular on a layer or ply of an electrochemical cell, for example a fuel cell, electrolysis cell, or battery cell. The layer or ply can be, in particular, a monopolar or bipolar plate, a separator plate, and/or a membrane-electrode assembly. Furthermore, the method can be used to produce a seal and/or adhesive structure on many other substrates, such as a housing part.
Stand der TechnikState of the art
Elektrochemische Zellen, wie beispielsweise Brennstoffzellen, Elektrolysezellen oder Batteriezellen, weisen einen mehrschichtigen bzw. mehrlagigen Aufbau auf. Dieser Aufbau erfordert zwischenliegende Dichtungen, um die im Betrieb einer Zelle zugeführten Medien voneinander zu trennen. Zur Ausbildung der Dichtungen wird ein Dicht- und/oder Klebstoff auf eine Schicht oder Lage der Zelle appliziert. Hierbei gelangen insbesondere Dispens- oder Druckverfahren zum Einsatz.Electrochemical cells, such as fuel cells, electrolysis cells, or battery cells, have a multi-layered structure. This structure requires intermediate seals to separate the media supplied to a cell during operation. To form the seals, a sealant and/or adhesive is applied to a layer or ply of the cell. Dispensing or printing processes are particularly used for this purpose.
Die Massenproduktion elektrochemischer Zellen erfordert eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, das heißt kurze Taktzeiten, sowie eine hohe Prozessstabilität. Diesen Anforderungen wird insbesondere der Schablonendruck gerecht. Der Druckprozess beim Schablonendruck gliedert sich dabei prinzipiell in die folgenden drei Teilprozesse:
- 1. Applizieren eines Dicht- und/oder Klebstoffs auf einer auf dem zu bedruckenden Substrat aufliegenden Schablone,
- 2. Befüllen mindestens einer Ausnehmung der Schablone mit dem Dicht- und/oder Klebstoff in einem Rakelprozess,
- 3. Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs aus der mindestens einen Ausnehmung durch Trennen von Substrat und Schablone.
- 1. Applying a sealant and/or adhesive to a stencil placed on the substrate to be printed,
- 2. Filling at least one recess of the stencil with the sealant and/or adhesive in a squeegee process,
- 3. Releasing the sealant and/or adhesive from the at least one recess by separating the substrate and the stencil.
Die Schablonenhöhe bestimmt dabei die Schichthöhe der applizierten Struktur, wobei übliche Schichthöhen im Bereich von 100 µm bis 300 µm liegen. Für Dichtungen elektrochemischer Zellen werden jedoch Schichthöhen von bis zu 1500 µm gefordert, um einen Toleranzausgleich sowie größere Freiheiten beim Design der aufzubringenden Struktur zu ermöglichen. Denn - abhängig vom jeweiligen Dichtungskonzept - können die aufzubringenden Strukturen groß und/oder komplex sein.The stencil height determines the layer height of the applied structure, with typical layer heights ranging from 100 µm to 300 µm. However, for seals in electrochemical cells, layer heights of up to 1500 µm are required to allow for tolerance compensation and greater freedom in the design of the applied structure. Depending on the specific sealing concept, the structures to be applied can be large and/or complex.
Um die für Dichtungen elektrochemischer Zellen geforderten Schichthöhen beim Schablonendruck zu erzielen, müssen demnach höhere Schablonen eingesetzt werden. Dies erhöht jedoch die Gefahr, dass während des Rakelprozesses zur Ausbildung von Luftblasen kommt, die ein vollständiges Befüllen der mindestens einen Schablonenausnehmung verhindern und es somit zu Fehlstellen in der gedruckten Struktur kommt. Je größer das mit Dicht- und/oder Klebstoff zu befüllende Volumen der mindestens einen Ausnehmung ist, desto größer ist die Gefahr der Blasenbildung. Wird die mindestens eine Ausnehmung zur Stabilisierung der Schablone von mindestens einem Steg überspannt, steigt die Gefahr der Blasenbildung weiter. Dies ist beispielhaft in den
Doch nicht nur beim Befüllen der mindestens einen Schablonenausnehmung mit dem Dicht- und/oder Klebstoff kann es zu einer Blasenbildung kommen, sondern auch beim Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs. Dies gilt insbesondere, wenn die die Schablonenausnehmung von Stegen überspannt ist. Denn - wie beispielhaft in den
Stege werden insbesondere dann benötigt, wenn die zu druckende Struktur und damit die mindestens eine Ausnehmung der Schablone eine in sich geschlossene Kontur aufweist. Denn dann weist die Schablone mindestens zwei Teile auf, und zwar mindestens einen außenliegenden und einen innenliegenden Teil. Eine solche mehrteilige Schablone ist beispielhaft in der
Da Stege die Qualität der gedruckten Struktur negativ beeinflussen können, ist die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe befasst, ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung und/oder einer Klebestruktur mittels Schablonendrucks bereitzustellen, das die Verwendung einer Schablone ohne Stege ermöglicht, und zwar insbesondere dann, wenn die herzustellende Struktur eine Dichtung mit einer Endlos-Kontur ist.Since webs can negatively influence the quality of the printed structure, the present invention is concerned with the object of providing a method for producing a seal and/or an adhesive structure by means of stencil printing, which enables the use of a stencil without webs, in particular when the structure to be produced is a seal with an endless contour.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.To achieve this object, the method having the features of claim 1 is proposed. Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung und/oder einer Klebestruktur auf einem Substrat, insbesondere auf einer Schicht oder Lage einer elektrochemischen Zelle, mittels Schablonendrucks. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- a) Auflegen des Substrats auf einen Drucktisch,
- b) Inkontaktbringen des Substrats mit einer einteiligen Schablone oder mindestens einem Schablonenteil einer mehrteiligen Schablone,
- c) Fixieren der Position der Schablone oder des mindestens einen Schablonenteils in Bezug auf das Substrat,
- d) Befüllen mindestens einer Ausnehmung der ein- oder mehrteiligen Schablone mit einem Dicht- und/oder Klebstoff in einem Rakelprozess sowie
- e) Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs aus der mindestens einen Ausnehmung.
- a) Placing the substrate on a printing table,
- b) bringing the substrate into contact with a single-part stencil or at least one stencil part of a multi-part stencil,
- c) fixing the position of the template or at least one template part with respect to the substrate,
- d) filling at least one recess of the single- or multi-part stencil with a sealant and/or adhesive in a squeegee process and
- e) releasing the sealant and/or adhesive from the at least one recess.
Erfindungsgemäß wird das Fixieren der Position der Schablone oder des mindestens einen Schablonenteils in Bezug auf das Substrat in Schritt c) mittels einer Magnet- oder Saugkraft bewirkt, welche die Schablone oder das mindestens eine Schablonenteil in Richtung des Substrats zieht.According to the invention, the fixing of the position of the stencil or of the at least one stencil part with respect to the substrate in step c) is effected by means of a magnetic or suction force which draws the stencil or of the at least one stencil part in the direction of the substrate.
Das Verfahren ermöglicht die Verwendung einer ein- oder mehrteiligen Schablone, die zur Stabilisierung und/oder Verbindung der mehreren Schablonenteile keine die mindestens eine Ausnehmung überspannende Stege benötigt. Der Wegfall der Stege wiederum minimiert das Risiko der Blasenbildung während des Rakelprozesses sowie beim Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs. Das Verfahren erhöht somit die Prozesssicherheit und damit die Qualität der gedruckten Dichtung und/oder Klebestruktur.The process enables the use of a single- or multi-part stencil that eliminates the need for webs spanning at least one recess to stabilize and/or connect the multiple stencil parts. Eliminating the webs, in turn, minimizes the risk of bubble formation during the squeegeeing process and during the release of the sealant and/or adhesive. The process thus increases process reliability and thus the quality of the printed seal and/or adhesive structure.
Insbesondere bei Verwendung einer mehrteiligen Schablone können weitere Vorteile mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens erzielt werden. Beispielsweise kann ein rahmenbildendes außenliegendes Schablonenteil verwendet werden, das konventionell in Bezug auf des Substrat positioniert und in dieser Position fixiert wird. Das rahmenbildende außenliegende Schablonenteil gibt dann die Position für mindestens ein innenliegendes weiteres Schablonenteil vor, so dass dessen Positionierung vereinfacht wird. Die Position des mindestens einen innenliegenden weiteren Schablonenteils wird dann mittels der Magnet- oder Saugkraft und damit unabhängig vom rahmenbildenden außenliegenden Schablonenteil bewirkt. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Trennvorgänge zum Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs zeitlich versetzt und/oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten vorgenommen werden können. Auf diese Weise kann gezielt Einfluss auf das Profil der gedruckten Dichtung bzw. Klebestruktur genommen werden. Beispielsweise kann eine Lippenstruktur ausgebildet werden. Denn eine höhere Trenngeschwindigkeit bei gegebener Rheologie des Dicht- und/oder Klebstoffs erzeugt längere Fäden, die wiederum zur Ausbildung einer Lippenstruktur führen. Die Höhe der Lippenstruktur kann insbesondere über die Rheologie des Dicht- und/oder Klebstoffs beeinflusst werden.Particularly when using a multi-part stencil, further advantages can be achieved with the proposed method. For example, a frame-forming outer stencil part can be used, which is conventionally positioned with respect to the substrate and fixed in this position. The frame-forming outer stencil part then specifies the position for at least one additional inner stencil part, simplifying its positioning. The position of the at least one additional inner stencil part is then achieved by means of magnetic or suction force and thus independently of the frame-forming outer stencil part. This has the advantage that the separation processes for releasing the sealant and/or adhesive can be staggered in time and/or carried out at different speeds. In this way, the profile of the printed seal or adhesive structure can be specifically influenced. For example, a lip structure can be formed. This is because a higher separation speed for a given rheology of the sealant and/or adhesive produces longer threads, which in turn lead to the formation of a lip structure. The height of the lip structure can be influenced in particular by the rheology of the sealant and/or adhesive.
Ein weiterer Vorteil bei Verwendung einer mehrteiligen Schablone ergibt sich daraus, dass die einzelnen Schablonenteile einfacher zu reinigen sind. Wird die Reinigung mit einer Reinigungsrolle bewirkt, kann diese schneller über die Unterseite des jeweiligen Schablonenteils bewegt werden. Zugleich wird ein verbessertes Reinigungsergebnis erzielt. Aufgrund des verbesserten Reinigungsergebnisses kann die Reinigungsfrequenz reduziert werden. Dies wiederum ermöglicht kurze Taktzeiten bei der Herstellung von gedruckten Dichtungen und/oder Klebestrukturen. Bei Verwendung einer mehrteiligen Schablone können zudem einzelne Schablonenteile durch neue oder bereits gereinigte Schablonenteile ausgetauscht bzw. ersetzt werden, so dass die Prozesszeiten weiter verkürzt werden.A further advantage of using a multi-part stencil is that the individual stencil parts are easier to clean. If cleaning is performed with a cleaning roller, the roller can be moved more quickly over the underside of each stencil part. At the same time, an improved cleaning result is achieved. Due to the improved cleaning result, the cleaning frequency can be reduced. This, in turn, enables short cycle times in the production of printed seals and/or adhesive structures. When using a multi-part stencil, individual stencil parts can also be exchanged or replaced with new or previously cleaned stencil parts, further reducing process times.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Magnetkraft mit Hilfe des Drucktisches erzeugt, der hierzu als Magnetspannplatte ausgeführt ist oder eine Magnetspannplatte umfasst. Mit Hilfe der Magnetspannplatte wird ein Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetkraft die Schablone oder das mindestens eine Schablonenteil an das Substrat zieht und damit in Position hält.According to a preferred embodiment of the invention, the magnetic force is generated by the printing table, which is designed as a magnetic chuck or comprises a magnetic chuck. The magnetic chuck generates a magnetic field whose magnetic force attracts the stencil or at least one stencil part to the substrate, thus holding it in position.
Die Verwendung einer magnetischen Magnetkraft zum Fixieren der Position der Schablone oder des mindestens einen Schablonenteils in Bezug auf das Substrat setzt die Magnetisierbarkeit der Schablone bzw. des mindestens einen Schablonenteils voraus. Die Schablone oder das mindestens eine Schablonenteil ist daher bevorzugt aus einem magnetisierbaren Werkstoff gefertigt, beispielsweise aus einem magnetisierbaren Metallblech.The use of a magnetic force to fix the position of the stencil or the at least one stencil part relative to the substrate requires the stencil or the at least one stencil part to be magnetizable. The stencil or the at least one stencil part is therefore preferably made of a magnetizable material, for example, a magnetizable metal sheet.
Sofern in Schritt c) eine Saugkraft eingesetzt wird, wird diese bevorzugt ebenfalls mit Hilfe des Drucktisches erzeugt. Dieser ist hierzu als Vakuumplatte ausgeführt oder umfasst eine Vakuumplatte. Mit Hilfe der Vakuumplatte wird ein Vakuum zwischen dem Substrat und der Schablone bzw. dem Schablonenteil erzeugt, so dass diese bzw. dieses angesaugt wird und in Position gehalten wird. Das zu bedruckende Substrat weist vorzugsweise mindestens eine Öffnung auf, über die Luft angesaugt und damit das Vakuum zwischen Substrat und Schablone bzw. Schablonenteil hergestellt werden kann. Handelt es sich bei dem zu bedruckenden Substrat um eine Schicht oder Lage einer elektrochemischen Zelle, kann mindestens ein in dieser Schicht oder Lage ausgebildeter Medien-Port als Öffnung genutzt werden.If suction is used in step c), this is preferably also generated with the help of the printing table. This is designed as a vacuum plate or includes a vacuum plate. With the help of the vacuum plate, a vacuum is created between the substrate and the stencil or stencil part, so that the latter or this is sucked in and held in position. The substrate to be printed preferably has at least one opening through which air can be sucked in, thus creating a vacuum between the substrate and the stencil or stencil part. If the substrate to be printed is a layer or ply of an electrochemical cell, at least one media port formed in this layer or ply can be used as an opening.
Die Verwendung einer Vakuumplatte bzw. eines Vakuumsystems weist den Vorteil auf, dass derartige Systeme in der Regel ein geringes Gewicht und einen geringen Raumbedarf haben. Ein entsprechend gestalteter Drucktisch weist somit eine geringe Trägheit auf, was ein schnelles Anfahren und damit Inkontaktbringen des Substrats mit der Schablone bzw. dem mindestens einen Schablonenteil ermöglicht. Darüber hinaus muss die Schablone bzw. das mindestens eine Schablonenteil nicht zwingend aus einem magnetisierbaren Werkstoff gefertigt sein, so dass eine größere Materialfreiheit besteht.The use of a vacuum plate or vacuum system has the advantage that such systems are generally lightweight and require little space. A suitably designed printing table thus exhibits low inertia, which enables rapid approach and thus bringing the substrate into contact with the stencil or at least one stencil part. Furthermore, the stencil or at least one stencil part does not necessarily have to be made of a magnetizable material, thus allowing greater material flexibility.
Das Inkontaktbringen des Substrats mit der Schablone oder dem mindestens einen Schablonenteil in Schritt b) wird bevorzugt durch eine Bewegung des Drucktisches einschließlich des hierauf angeordneten Substrats bewirkt. Beim Auslösen des Druck- und/oder Klebstoffs in Schritt e) kann analog vorgegangen werden. Das heißt, dass der Drucktisch bewegt wird, um das Substrat von der Schablone bzw. dem mindestens einen Schablonenteil zu trennen. Alternativ oder ergänzend kann die Schablone oder das mindestens eine Schablonenteil relativ zum Substrat bewegt werden.Bringing the substrate into contact with the stencil or the at least one stencil part in step b) is preferably effected by moving the printing table, including the substrate arranged thereon. The procedure for releasing the printing and/or adhesive in step e) can be analogous. This means that the printing table is moved to separate the substrate from the stencil or the at least one stencil part. Alternatively or additionally, the stencil or the at least one stencil part can be moved relative to the substrate.
Bevorzugt wird vor dem Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs in Schritt e) die in Schritt c) zum Fixieren der Position der Schablone oder des mindestens einen Schablonenteils eingesetzte Magnet- oder Saugkraft ausgeschaltet. Denn das Ausschalten der Magnet- oder Saugkraft ermöglicht erst die Trennung von Substrat und Schablone bzw. Schablonenteil.Preferably, before the sealant and/or adhesive is released in step e), the magnetic or suction force used in step c) to fix the position of the stencil or at least one stencil part is switched off. This is because switching off the magnetic or suction force enables the separation of the substrate and the stencil or stencil part.
Des Weiteren bevorzugt wird vor dem Ausschalten der Magnet- oder Saugkraft die Schablone oder das mindestens eine Schablonenteil mit Hilfe mindestens eines Greifers in Position gehalten. Anschließend kann bei ausgeschalteter Magnet- oder Saugkraft das Substrat von der Schablone bzw. dem mindestens einen Schablonenteil getrennt werden, um den Dicht- und/oder Klebstoff auszulösen. Der mindestens eine Greifer verhindert beim Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs, dass es aufgrund einer Bewegung der Schablone oder des mindestens einen Schablonenteils zu Verschmierungen kommt, welche die Qualität der gedruckten Dichtung und/oder Klebestruktur beeinträchtigen. Zum Einsatz können verschiedene Greifsysteme, insbesondere mechanische, pneumatische, magnetische und/oder adhäsive Greifsysteme, gelangen.Furthermore, before the magnetic or suction force is switched off, the stencil or the at least one stencil part is preferably held in position by means of at least one gripper. Subsequently, with the magnetic or suction force switched off, the substrate can be separated from the stencil or the at least one stencil part in order to release the sealant and/or adhesive. When the sealant and/or adhesive is released, the at least one gripper prevents smearing due to movement of the stencil or the at least one stencil part, which could impair the quality of the printed seal and/or adhesive structure. Various gripping systems can be used, in particular mechanical, pneumatic, magnetic, and/or adhesive gripping systems.
Wie bereits erwähnt, ermöglicht die mehrteilige Ausführung der Schablone ein zeitlich versetztes Trennen von Substrat und den einzelnen Schablonenteilen sowie unterschiedliche Trenngeschwindigkeiten. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher beim Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs in Schritt e) die Position mindestens eines Schablonenteils in Bezug auf das Substrat weiterhin mittels der Magnet- oder Saugkraft fixiert. Das heißt, dass die Magnet- oder Saugkraft nicht ausgeschaltet wird. Somit verbleibt zunächst beim Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs mindestens ein Schablonenteil auf dem Substrat und damit in Kontakt mit dem hierauf mittels Schablonendrucks aufgebrachten Dicht- und/oder Klebstoff.As already mentioned, the multi-part design of the stencil enables staggered separation of the substrate and the individual stencil parts, as well as different separation speeds. According to a further preferred embodiment of the invention, when the sealant and/or adhesive is released in step e), the position of at least one stencil part relative to the substrate continues to be fixed by means of the magnetic or suction force. This means that the magnetic or suction force is not deactivated. Thus, when the sealant and/or adhesive is released, at least one stencil part initially remains on the substrate and thus in contact with the sealant and/or adhesive applied thereto by stencil printing.
Das zeitlich versetzte Trennen sowie unterschiedliche Trenngeschwindigkeiten ermöglichen die gezielte Ausbildung von Dichtlippen. Wie bereits erwähnt, fördern höhere Trenngeschwindigkeiten die Fadenbildung und damit die Ausbildung lokal erhöhter Dichtprofile, das heißt die Ausbildung von Dichtlippen. Über die Rheologie des Dicht- und/oder Klebstoffs kann die Höhe der Dichtlippe beeinflusst werden. Über den zeitlichen Versatz kann ebenfalls die Höhe der Dichtlippe beeinflusst werden. Denn je mehr Zeit einer Dichtlippe zum Ausnivellieren zur Verfügung steht, desto geringer ist ihre Höhe. Früher erzeugte Dichtlippen weisen somit in der Regel eine geringere Höhe auf.Staggered separation and different separation speeds enable the targeted formation of sealing lips. As already mentioned, higher separation speeds promote thread formation and thus the formation of locally raised sealing profiles, i.e., the formation of sealing lips. The height of the sealing lip can be influenced by the rheology of the sealant and/or adhesive. The height of the sealing lip can also be influenced by the time offset. This is because the more time a sealing lip has to level out, the lower its height. Sealing lips produced earlier therefore generally have a lower height.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass nach dem Rakelprozess in Schritt d) eine Vorrichtung zur Profilierung der Dichtung und/oder Klebestruktur, insbesondere zur Ausbildung mindestens einer Dichtlippe, zumindest bereichsweise in den Dicht- und/oder Klebstoff gedrückt wird. Bei der Vorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Einlegedraht oder einen Stempel handeln. Von Vorteil ist die Ausbildung einer Dichtlippe insbesondere in den Bereichen der Dichtung, in denen häufig Undichtigkeiten auftreten. Dies sind insbesondere Kreuzungs- und Eckbereiche.Alternatively or additionally, it is proposed that, after the doctor blade process in step d), a device for profiling the seal and/or adhesive structure, in particular for forming at least one sealing lip, is pressed into the seal and/or adhesive at least in part. The device can be, for example, an insert wire or a stamp. The formation of a sealing lip is particularly advantageous in those areas of the seal where leaks frequently occur, such as intersections and corners.
Der Rakelprozess in Schritt d) kann mit einem Standardrakelsystem ausgeführt werden. Alternativ können geschlossene Rakelkopfsysteme oder Roller eingesetzt werden. Zur Verringerung des Rakelverschleißes wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine Ausnehmung der ein- oder mehrteiligen Schablone von gerundeten oder gefasten Kanten begrenzt wird. Das heißt, dass scharfe Kante in Kontakt mit der Rakel vermieden werden.The squeegee process in step d) can be carried out using a standard squeegee system. Alternatively, closed squeegee head systems or rollers can be used. To reduce squeegee wear, it is proposed that at least one recess of the single- or multi-part stencil be bordered by rounded or chamfered edges. This means that sharp edges in contact with the squeegee are avoided.
Da beim Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs aus der mindestens einen Ausnehmung der Schablone Dicht- und/oder Klebstoffreste an der Schablone bzw. dem mindestens einen Schablonenteil haften bleiben können, wird vorgeschlagen, dass die Schablone oder das mindestens eine Schablonenteil nach dem Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs gereinigt wird, beispielsweise mit Hilfe einer Reinigungsrolle. Da die Schablone keine gegenüber der Schablonenunterseite zurückgesetzte Stege aufweist, vereinfacht sich die Reinigung mit einer Reinigungsrolle. Alternativ kann die Reinigung in einem Bad, insbesondere einem Ultraschallbad, erfolgen. Dies gilt insbesondere, wenn die Schablone mehrteilig ausgeführt ist, so dass die zu reinigenden Teile kleiner sind. Die Reinigung in einem Bad bietet sich daher insbesondere für die kleineren innenliegenden Schablonenteile an. Ein weiterer Vorteil, der sich bei Verwendung einer mehrteiligen Schablone ergibt, besteht darin, dass die zu reinigenden Teile gegen neue oder bereits gereinigte ausgetauscht werden können und die Reinigung parallel zum Druckprozess stattfinden kann. Das heißt, dass die Reinigung keinen Einfluss auf die Taktzeit hat.Since sealant and/or adhesive residues may remain on the stencil or at least one stencil part when the sealant and/or adhesive is released from the at least one recess in the stencil, it is proposed that the stencil or at least one stencil part be cleaned after the sealant and/or adhesive has been released, for example using a cleaning roller. Since the stencil does not have any webs recessed from the underside of the stencil, cleaning is simplified with a cleaning roller. Alternatively, cleaning can be carried out in a bath, in particular an ultrasonic bath. This is particularly true if the stencil is made up of several parts, so that the parts to be cleaned are smaller. Cleaning in a bath is therefore particularly suitable for the smaller, internal stencil parts. A further advantage of using a multi-part stencil is that the parts to be cleaned can be replaced with new or previously cleaned parts, and cleaning can take place parallel to the printing process. This means that cleaning has no impact on the cycle time.
Der Verschmutzungsgrad der Schablone kann gesenkt werden, wenn Maßnahmen getroffen werden, die das Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs in Schritt e) erleichtern. In Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass die Schablone oder das mindestens eine Schablonenteil bereichsweise, vorzugsweise in mindestens einem Kantenbereich, mit einem die Haftung des Dicht- und/oder Klebstoffs an der Schablone bzw. am Schablonenteil mindernden Werkstoff umspritzt ist. Vorzugsweise wird ein Polymer, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polypropylen (PP) und/oder Polyethylen (PE), als die Haftung mindernder Werkstoff verwendet. Bei dem umspritzten Kantenbereich handelt es sich vorzugsweise um eine Kante, welche die mindestens eine Ausnehmung der Schablone begrenzt.The degree of contamination of the stencil can be reduced if measures are taken to facilitate the release of the sealant and/or adhesive in step e). In a further development of the invention, it is therefore proposed that the stencil or the at least one stencil part is overmolded in regions, preferably in at least one edge region, with a material that reduces the adhesion of the sealant and/or adhesive to the stencil or to the stencil part. A polymer, for example polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP) and/or polyethylene (PE), is preferably used as the adhesion-reducing material. The overmolded edge region is preferably an edge that delimits the at least one recess in the stencil.
Weitere Maßnahmen zur Reduzierung des Verschmutzungsgrads und damit des Reinigungsaufwands können darin bestehen, die Rheologie des Dicht- und/oder Klebstoffs und/oder die Prozessparameter anzupassen. Ob entsprechende Maßnahmen notwendig sind, kann festgestellt werden, wenn - gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung - nach dem Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs in Schritt e) die Schablone oder das mindestens eine Schablonenteil gewogen wird und das Gewicht mit dem Gewicht vor dem Schablonendruck verglichen wird. Auf diese Weise können Prozessinstabilitäten bzw. -schwankungen identifiziert und die erforderlichen Anpassungen vorgenommen werden.Further measures to reduce the degree of contamination and thus the cleaning effort may include adjusting the rheology of the sealant and/or adhesive and/or the process parameters. Whether corresponding measures are necessary can be determined if—according to another preferred embodiment of the invention—after the sealant and/or adhesive has been released in step e), the stencil or at least one stencil part is weighed and the weight is compared with the weight before stencil printing. In this way, process instabilities or fluctuations can be identified and the necessary adjustments can be made.
Des Weiteren bevorzugt weist die Schablone oder das mindestens eine Schablonenteil auf der dem Substrat zugewandten Oberfläche einen in Verbindung mit der mindestens einen Ausnehmung stehenden Entlüftungskanal auf. Der Entlüftungskanal ermöglicht während des Rakelprozesses in Schritt d) ein Entweichen der in der Ausnehmung vorhandenen Luft, so dass die Ausnehmung vollständig mit dem Dicht- und/oder Klebstoff befüllt werden kann. Der Entlüftungskanal reduziert auf diese Weise die Gefahr der Blasenbildung. Um eine effektive Entlüftung der Ausnehmung zu ermöglichen, weist vorzugsweise der Entlüftungskanal eine Mindesttiefe von 0,01 mm auf. Neben der Anbindung an die mindestens eine Ausnehmung der Schablone ist der Entlüftungskanal ferner an die Umgebung angebunden. Diese Anbindung kann beispielsweise über einen Medien-Port erfolgen, sofern es sich bei dem zu bedruckenden Substrat um eine Schicht oder Lage einer elektrochemischen Zelle handelt.Furthermore, the stencil or the at least one stencil part preferably has a venting channel on the surface facing the substrate, which venting channel is connected to the at least one recess. The venting channel allows the air present in the recess to escape during the squeegee process in step d), so that the recess can be completely filled with the sealant and/or adhesive. The venting channel thus reduces the risk of bubble formation. To enable effective venting of the recess, the venting channel preferably has a minimum depth of 0.01 mm. In addition to being connected to the at least one recess in the stencil, the venting channel is also connected to the environment. This connection can be established, for example, via a media port, provided that the substrate to be printed is a layer or ply of an electrochemical cell.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schablone oder das mindestens eine Schablonenteil auf der dem Substrat zugewandten Oberfläche eine Geometrie auf, die in Schritt b) zur Anlage an einer Fläche des Substrats und/oder in Eingriff mit einer gegengleich ausgebildeten Geometrie des Substrats gebracht wird. Auf diese Weise kann die Schablone besonders einfach positioniert und in Bezug auf das Substrat ausgerichtet werden. Dies gilt insbesondere, wenn über die Geometrie eine Selbstzentrierung erreichbar ist. Des Weiteren wird auf diese Weise eine mechanische Haltefunktion erzielt, die insbesondere in Schablonenebene wirkt und während des Rakelprozesses in Schritt d) ein Verrutschen der Schablone verhindert.According to a further preferred embodiment of the invention, the stencil or the at least one stencil part has a geometry on the surface facing the substrate which, in step b), is brought into contact with a surface of the substrate and/or into engagement with an oppositely designed geometry of the substrate. In this way, the stencil can be particularly easily positioned and aligned with respect to the substrate. This applies in particular if self-centering can be achieved via the geometry. Furthermore, a mechanical holding function is achieved in this way, which acts in particular in the stencil plane and prevents the stencil from slipping during the squeegee process in step d).
Ferner bevorzugt wird der Dicht- und/oder Klebstoff mittels Schablonendrucks auf eine Mono- oder Bipolarplatte, eine Separatorplatte und/oder eine Membran-Elektroden-Anordnung der elektrochemischen Zelle aufgebracht. Die aus dem Dicht- und/oder Klebstoff hergestellte Dichtung und/oder Klebestruktur dient dann der Medientrennung innerhalb der elektrochemischen Zelle und/oder dichtet diese nach außen ab.Furthermore, the sealant and/or adhesive is preferably applied to a monopolar or bipolar plate, a separator plate, and/or a membrane-electrode assembly of the electrochemical cell by means of stencil printing. The seal and/or adhesive structure produced from the sealant and/or adhesive then serves to separate the media within the electrochemical cell and/or seals it from the outside.
Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 a) und b) jeweils einen Längsschnitt durch ein Substrat mit aufliegender Schablone während des Befüllens einer Ausnehmung mit einem Dicht- und/oder Klebstoff in einem Rakelprozess, -
2 a) bis e) jeweils einen Längsschnitt durch das Substrat und die Schablone der1 während des Auslösens des Dicht- und/oder Klebstoffs aus der Ausnehmung, -
3 eine Draufsicht auf eine Schablone mit einer die Schablone in mehrere Schablonenteile trennenden Ausnehmung, die zur Verbindung der mehreren Schablonenteile von Stegen überspannt ist, -
4 a) und b) erste Schritte zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei a) eine perspektivische Darstellung eines Drucktisches mit einem aufliegenden, zu bedruckenden Substrat und b) die Anordnung der4a) zuzüglich zweier auf dem Substrat aufliegender Schablonenteile einer mehrteiligen Schablone zeigen, -
5 die Anordnung der4b) zuzüglich eines rahmenbildenden außenliegenden weiteren Schablonenteils, -
6 a) bis f) jeweils einen vergrößerten Ausschnitt des in der5 dargestellten Schablonenteils a) vor dem Inkontaktbringen mit dem zu bedruckendem Substrat, b) nach dem Inkontaktbringen mit dem zu bedruckenden Substrat, c) nach einem Rakelprozess zum Befüllen einer Ausnehmung der Schablone mit einem Dicht- und/oder Klebstoff, d) nach Aktivierung von Greifern, mittels welcher die innenliegenden Schablonenteile in Position gehalten werden, e) nach dem Auslösen des Dicht- und/oder Klebstoffs und f) das Substrat mit aufgedruckter Dichtung, -
7 a) bis c) jeweils einen Querschnitt durch eine mittels Schablonendrucks hergestellten Dichtung auf einem Substrat und -
8 eine perspektivische Darstellung eines bereichsweise umspritzten Schablonenteils einer mehrteiligen Schablone.
-
1 a) and b) each a longitudinal section through a substrate with a stencil placed on it during the filling of a recess with a sealant and/or adhesive in a doctor blade process, -
2 a) to e) a longitudinal section through the substrate and the template of the1 mean during the release of the sealant and/or adhesive from the recess, -
3 a plan view of a stencil with a recess separating the stencil into several stencil parts, which is spanned by webs to connect the several stencil parts, -
4 a) and b) first steps for carrying out a method according to the invention, wherein a) a perspective view of a printing table with a substrate to be printed on it and b) the arrangement of the4a) plus two stencil parts of a multi-part stencil resting on the substrate, -
5 the arrangement of the4b) plus an additional outer frame-forming stencil part, -
6 a) to f) an enlarged section of the5 shown stencil part a) before bringing into contact with the substrate to be printed, b) after bringing into contact with the substrate to be printed, c) after a squeegee process for filling a recess of the stencil with a sealant and/or adhesive, d) after activation of grippers by means of which the inner stencil parts are held in position, e) after triggering the sealant and/or adhesive and f) the substrate with printed seal, -
7 a) to c) each show a cross-section through a seal produced by stencil printing on a substrate and -
8 a perspective view of a partially overmolded stencil part of a multi-part stencil.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Hinsichtlich der
Der
Wie in der
Die
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren sieht die Verwendung eines Drucktisches 10 vor, der als Vakuumplatte ausgeführt ist. Die Position der innenliegenden Schablonenteile 3.2, 3.3 wird in diesem Fall nicht mittels Magnetkraft, sondern mittels Saugkraft fixiert. Dies setzt voraus, dass über die Vakuumplatte nicht nur ein Vakuum zwischen Drucktisch 10 und Substrat 2, sondern auch zwischen Substrat 2 und Schablonenteile 3.2, 3.3 herstellbar ist. Das Substrat 2 muss daher zumindest eine Öffnung aufweisen. Da die Schichten oder Lagen einer elektrochemischen Zelle in der Regel eine Vielzahl an Öffnungen zur Ausbildung von Medien-Ports aufweisen, können diese zur Herstellung des Vakuums genutzt werden, so dass keine weitere Öffnung vorgesehen werden muss. Im Übrigen kann das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung eines als Vakuumplatte ausgeführten Drucktisches 10 analog dem zuvor anhand der
Unabhängig davon, ob zum Fixieren der Position der innenliegenden Schablonenteile 3.2, 3.3 Magnetkraft oder Saugkraft verwendet wird, sind weitere Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Beispielsweise kann das Trennen des Substrats 2 von den einzelnen Schablonenteilen 3.1, 3.2, 3.3 zeitlich versetzt erfolgen, so dass einzelne Teile, beispielsweise die innenliegenden Schablonenteile 3.2, 3.3, länger in Kontakt mit dem Substrat 2 und dem hierauf aufgebrachten Dicht- und/oder Klebstoff 6 bleiben. Das zeitlich versetzte Trennen ermöglicht unterschiedliche Trenngeschwindigkeiten und damit die Ausbildung von Dichtlippen 12. Entsprechende Dichtprofile sind beispielhaft in den
Der
Um unterschiedliche Trennzeiten beim Trennen des Substrats 2 von den Schablonenteilen 3.1, 3.2, 3.3 zu erzielen, kann in einer weiteren Abwandlung des in den
Nach jedem Druckvorgang können die Schablonenteile 3.1 3.2, 3.3 gereinigt werden, bevor sie erneut eingesetzt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass an den Schablonenteilen 3.1, 3.2, 3.3 keine Dicht- und/oder Klebstoffreste mehr anhaften. Die mehrteilige Ausführung der Schablone 3 besitzt den Vorteil, dass einzelne Schablonenteile, beispielsweise die innenliegenden Schablonenteile 3.2, 3.3, in mehrfacher Ausführung vorgehalten und vor dem nächsten Druckprozess ausgetauscht werden können. Die Reinigung der bereits verwendeten Schablonenteile 3.2, 3.3 kann dann zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen. Dadurch können Taktzeiten bei der Herstellung von Dichtungen 1 mittels Schablonendrucks verkürzt werden, was sich kostensenkend auswirkt.After each printing process, the stencil parts 3.1, 3.2, 3.3 can be cleaned before being used again. This ensures that no sealant and/or adhesive residues remain on the stencil parts 3.1, 3.2, 3.3. The multi-part design of the stencil 3 has the advantage that individual stencil parts, for example the inner stencil parts 3.2, 3.3, can be kept in multiple copies and exchanged before the next printing process. The cleaning of the stencil parts 3.2, 3.3 that have already been used can then be carried out at a later time. This allows cycle times in the production of seals 1 using scrapers to be reduced. ion pressure can be shortened, which reduces costs.
Der
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht daran gebunden, dass die Schablone 3 mehrteilig ausgeführt ist. Das heißt, dass auch eine einteilige Schablone 3 verwendet werden kann. In diesem Fall gehen jedoch die bei Verwendung einer mehrteiligen Schablone 3 erzielbaren Vorteile, wie beispielweise unterschiedliche Trennzeitpunkte und/oder Trenngeschwindigkeiten beim Trennen des Substrats 2 von der Schablone 3 bzw. dem mindestens einen Schablonenteil 3.1, 3.2, 3.3 verloren. Bei Verwendung einer einteiligen Schablone 3 kann die mit Hilfe des Drucktischs 10 erzeugte Magnet- oder Saugkraft insbesondere dazu genutzt werden, die Position der Schablone 3 auf dem Substrat 2 während des Rakelprozesses zu sichern.The implementation of the method according to the invention is not dependent on the stencil 3 being constructed in multiple parts. This means that a single-part stencil 3 can also be used. In this case, however, the advantages achievable when using a multi-part stencil 3, such as different separation times and/or separation speeds when separating the substrate 2 from the stencil 3 or the at least one stencil part 3.1, 3.2, 3.3, are lost. When using a single-part stencil 3, the magnetic or suction force generated by the printing table 10 can be used in particular to secure the position of the stencil 3 on the substrate 2 during the squeegee process.
Claims (15)
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