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DE102023211854A1 - Processing device, in particular process gas supply processing device - Google Patents

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DE102023211854A1
DE102023211854A1 DE102023211854.8A DE102023211854A DE102023211854A1 DE 102023211854 A1 DE102023211854 A1 DE 102023211854A1 DE 102023211854 A DE102023211854 A DE 102023211854A DE 102023211854 A1 DE102023211854 A1 DE 102023211854A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
process gas
substrate
processing
electrochemical cell
gas supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023211854.8A
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German (de)
Inventor
Alexander Kroschel
James Gilbertson
Thomas Kiedrowski
Aman Singh Kakar
Ulrich Graf
Dennis Quest
Martin Reinig
Markus Burger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to PCT/EP2024/083388 priority patent/WO2025114182A1/en
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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Bearbeitungsvorrichtung (10), insbesondere Prozessgaszuführbearbeitungsvorrichtung, mit zumindest einer Bearbeitungseinheit (12), insbesondere Laserbohreinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine Durchgangsausnehmung (14) in ein Substrat für eine elektrochemische Zelle (16) zu erzeugen, mit zumindest einer Prozessgaszuführeinheit (18), insbesondere Laserbohrprozessgaszuführeinheit, welche zumindest ein Kammerelement (20) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, Prozessgas in einen laufenden Bearbeitungsprozess (22), insbesondere Laserbohrprozess, zuzuführen, wobei das Prozessgas an der Bearbeitungseinheit (12) abgewandten Seite (24) des Substrats für eine elektrochemische Zelle (16) flächendeckend angelegt ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Bearbeitungsvorrichtung eine weitere Prozessgaszuführeinheit (46) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, Prozessgas in den laufenden Bearbeitungsprozess (22), insbesondere Laserbohrprozess, zuzuführen, wobei die weitere Prozessgaszuführeinheit (46) als Cross-Jet (72) ausgebildet ist.

Figure DE102023211854A1_0000
The invention is based on a processing device (10), in particular a process gas supply processing device, with at least one processing unit (12), in particular a laser drilling unit, which is designed to produce a through-hole (14) in a substrate for an electrochemical cell (16), with at least one process gas supply unit (18), in particular a laser drilling process gas supply unit, which has at least one chamber element (20) which is designed to supply process gas into an ongoing processing process (22), in particular a laser drilling process, wherein the process gas is applied over the entire surface of the side (24) of the substrate for an electrochemical cell (16) facing away from the processing unit (12).
It is proposed that the processing device has a further process gas supply unit (46) which is designed to supply process gas into the ongoing processing process (22), in particular the laser drilling process, wherein the further process gas supply unit (46) is designed as a cross-jet (72).
Figure DE102023211854A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Es ist bereits eine Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere Prozessgaszuführbearbeitungsvorrichtung, mit zumindest einer Bearbeitungseinheit, insbesondere Laserbohreinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine Durchgangsausnehmung in ein Substrat für eine elektrochemische Zelle zu erzeugen, mit zumindest einer Prozessgaszuführeinheit, insbesondere Laserbohrprozessgaszuführeinheit, welche zumindest ein Kammerelement aufweist, welches dazu eingerichtet ist, Prozessgas in einen laufenden Bearbeitungsprozess, insbesondere Laserbohrprozess, zuzuführen, wobei das Prozessgas an einer der Bearbeitungseinheit abgewandten Seite des Substrats für eine elektrochemische Zelle flächendeckend angelegt ist, vorgeschlagen worden.A processing device, in particular a process gas supply processing device, with at least one processing unit, in particular a laser drilling unit, which is designed to create a through-hole in a substrate for an electrochemical cell, with at least one process gas supply unit, in particular a laser drilling process gas supply unit, which has at least one chamber element which is designed to supply process gas into an ongoing processing process, in particular a laser drilling process, wherein the process gas is applied over the entire surface of a side of the substrate for an electrochemical cell facing away from the processing unit, has already been proposed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere Prozessgaszuführbearbeitungsvorrichtung, mit zumindest einer Bearbeitungseinheit, insbesondere Laserbohreinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine Durchgangsausnehmung in ein Substrat für eine elektrochemische Zelle zu erzeugen, mit zumindest einer Prozessgaszuführeinheit, insbesondere Laserbohrprozessgaszuführeinheit, welche zumindest ein Kammerelement aufweist, welches dazu eingerichtet ist, Prozessgas in den laufenden Bearbeitungsprozess, insbesondere Laserbohrprozess, zuzuführen, wobei das Prozessgas an einer der Bearbeitungseinheit abgewandten Seite des Substrats für eine elektrochemische Zelle flächendeckend angelegt ist.The invention is based on a processing device, in particular a process gas supply processing device, with at least one processing unit, in particular a laser drilling unit, which is designed to create a through-hole in a substrate for an electrochemical cell, with at least one process gas supply unit, in particular a laser drilling process gas supply unit, which has at least one chamber element which is designed to supply process gas into the ongoing processing process, in particular a laser drilling process, wherein the process gas is applied over the entire surface of a side of the substrate for an electrochemical cell facing away from the processing unit.

Es wird vorgeschlagen, dass die Prozessgaszuführeinheit eine weitere Prozessgaszuführeinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, Prozessgas in den laufenden Bearbeitungsprozess, insbesondere Laserbohrprozess, zuzuführen, wobei die weitere Prozessgaszuführeinheit als Cross-Jet ausgebildet ist.It is proposed that the process gas supply unit has a further process gas supply unit which is designed to supply process gas into the ongoing machining process, in particular the laser drilling process, wherein the further process gas supply unit is designed as a cross-jet.

Unter einer „Bearbeitungsvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche zu einer Bearbeitung eines Substrats eingerichtet ist. Insbesondere ist die Bearbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet, ein Substrat für eine elektrochemische Zelle zu bearbeiten. Vorzugsweise ist die Bearbeitungsvorrichtung mehrteilig ausgebildet. Vorzugsweise wird mit der Bearbeitungsvorrichtung ein nicht-spanendes Bearbeitungsverfahren durchgeführt. Ferner weist die Bearbeitungsvorrichtung vorzugsweise eine Halterung für das Substrat für eine elektrochemische Zelle auf. Vorzugsweise wird in einem Bearbeitungsschritt eine direkte Bearbeitung des Substrats durchgeführt. Alternativ ist auch eine indirekte Bearbeitung des Substrats durch die Bearbeitungsvorrichtung denkbar. Besonders bevorzugt ist die Bearbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet, alle notwendigen Schritte, beispielsweise eine Prozessgaszuführung und/oder einen Bearbeitungsschritt durchzuführen.In this context, a “processing device” should be understood to mean, in particular, a device which is configured to process a substrate. In particular, the processing device is configured to process a substrate for an electrochemical cell. The processing device is preferably designed in several parts. Preferably, a non-cutting machining process is carried out with the processing device. Furthermore, the processing device preferably has a holder for the substrate for an electrochemical cell. Preferably, direct processing of the substrate is carried out in one processing step. Alternatively, indirect processing of the substrate by the processing device is also conceivable. Particularly preferably, the processing device is configured to carry out all necessary steps, for example a process gas supply and/or a processing step.

Unter einem „Substrat für eine elektrochemische Zelle“ soll in diesem Zusammenhang vorzugsweise ein Substrat verstanden werden, welches für den Einsatz in einer Brennstoffzelle vorgesehen ist. Vorzugsweise ist das Substrat für eine elektrochemische Zelle als Blech ausgebildet. Vorzugsweise ist das Substrat für den Einsatz in einer Elektrolytzelle vorgesehen. Besonders bevorzugt wird das Substrat für eine elektrochemische Zelle in einer Festoxidbrennstoffzelle eingesetzt. Alternativ ist das Substrat für den Einsatz in einer Batterie vorgesehen. Vorzugsweise ist das Substrat für eine elektrochemische Zelle dazu eingerichtet, eine Basis für das Elektrolyt bereitzustellen. Ferner ist ein Substrat aus einer vorab gesinterten Keramik denkbar. Ferner sind auch andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Materialien denkbar. Unter einem nicht schrumpfenden Material sollen in diesem Zusammenhang Materialien verstanden werden, welche während eines Schrumpfprozesses, beispielsweise eines Sinterprozesses, nicht weiter schrumpfen und/oder die schon vorab durch beispielsweise einen Sinterprozess geschrumpft wurdenIn this context, a "substrate for an electrochemical cell" is preferably understood to mean a substrate intended for use in a fuel cell. The substrate for an electrochemical cell is preferably designed as a sheet metal. The substrate is preferably intended for use in an electrolytic cell. Particularly preferably, the substrate for an electrochemical cell is used in a solid oxide fuel cell. Alternatively, the substrate is intended for use in a battery. The substrate for an electrochemical cell is preferably designed to provide a base for the electrolyte. Furthermore, a substrate made of a pre-sintered ceramic is conceivable. Furthermore, other materials deemed appropriate by a person skilled in the art are also conceivable. In this context, a non-shrinking material is understood to mean materials that do not shrink further during a shrinking process, for example, a sintering process, and/or that have already been pre-shrinked, for example, by a sintering process.

Unter einer „Bearbeitungseinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu eingerichtet ist, eine Bearbeitung eines Substrats durchzuführen. Bevorzugt ist die Bearbeitungseinheit zu einer Erzeugung von Ausnehmungen, insbesondere Durchgangsausnehmungen, in dem Substrat vorgesehen. Vorzugsweise werden eine Vielzahl von Durchgangsausnehmungen in einem Substrat für eine elektrochemische Zelle durch die Bearbeitungseinheit erzeugt. Insbesondere absorbiert das Substrat für eine elektrochemische Zelle die durch die Bearbeitungseinheit eingebrachte thermische Energie. Insbesondere durch die Erzeugung von mehreren Durchgangsausnehmungen baut sich eine Akkumulation der thermischen Energie im Substrat für eine elektrochemische Zelle auf. Vorzugsweise weist die Bearbeitungseinheit insbesondere zumindest ein nicht-spanendes Werkzeug zu einer Erzeugung von Ausnehmungen auf. Vorzugsweise ist die Bearbeitungseinheit mehrteilig ausgebildet. Vorzugsweise ist die Bearbeitungseinheit dazu eingerichtet, einen Laserpuls zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Bearbeitungseinheit dazu eingerichtet, einen einzelnen Laserpuls und/oder mehrere aufeinanderfolgende Laserpulse zu erzeugen. Besonders bevorzugt ist die Bearbeitungseinheit als Laserbohrer ausgebildet. Insbesondere ist die Bearbeitungseinheit dazu eingerichtet, eine Bearbeitung zumindest einer Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle durchzuführen. Vorzugsweise wird durch den mittels der Bearbeitungseinheit erzeugten Laserpuls lokal Energie eingebracht. Besonders bevorzugt ist die Energie lokal so groß, dass die Oberfläche des Substrats zumindest im Wesentlichen teilweise, vorzugsweise größtenteils, besonders bevorzugt vollständig aufgeschmolzen und/oder verdampft wird. Alternativ ist auch ein insbesondere vollständiges Aufschmelzen mit einer insbesondere zumindest im Wesentlichen teilweisen Verdampfung denkbar. Vorzugsweise wird durch die Bearbeitung der Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle zumindest eine Ausnehmung in dem Substrat für eine elektrochemische Zelle erzeugt. Besonders bevorzugt wird durch die Bearbeitung der Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle eine Durchgangsausnehmung in dem Substrat für eine elektrochemische Zelle ausgebildet. Vorzugsweise ist die Durchgangsausnehmung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats für eine elektrochemische Zelle angeordnet. Alternativ ist es denkbar, dass es durch optische Abbildungsfehler, insbesondere in den fokussierenden Elementen des optischen Strahlengangs, der Bearbeitungseinheit in Abhängigkeit der Position der Durchgangsausnehmung entlang der Haupterstreckungsebene zu einer Veränderung der Neigung der zentralen Achse der Durchgangsausnehmung kommt, wodurch die Durchgangsausnehmung in einem Winkel senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats für eine elektrochemische Zelle angeordnet ist. Ferner ist es denkbar, dass sich zentrale Bereiche von Randbereichen unterscheiden. Unter einer „Haupterstreckungsebene“ einer Baueinheit soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, welche parallel zu einer größten Seitenfläche eines kleinsten gedachten Quaders ist, welcher die Baueinheit gerade noch vollständig umschließt, und insbesondere durch den Mittelpunkt des Quaders verläuft. Vorzugsweise wird durch die Bearbeitungseinheit eine Fokussierung des Laserpulses durchgeführt. Vorzugsweise wird durch die Bearbeitungseinheit eine Ablenkung/Bewegung des fokussierten Laserstrahls entlang der Haupterstreckungsebene durchgeführt, um an unterschiedlichen Positionen lokal Energie einzubringen, wodurch eine Vielzahl von Durchgangsausnehmungen erzeugt werden können.In this context, a “processing unit” is to be understood in particular as a unit which is configured to carry out processing of a substrate. Preferably, the processing unit is provided for producing recesses, in particular through-holes, in the substrate. Preferably, a plurality of through-holes are produced in a substrate for an electrochemical cell by the processing unit. In particular, the substrate for an electrochemical cell absorbs the thermal energy introduced by the processing unit. In particular, the production of a plurality of through-holes leads to an accumulation of thermal energy in the substrate for an electrochemical cell. Preferably, the processing unit has in particular at least one non-cutting tool for producing recesses. Preferably, the processing unit is designed in several parts. Preferably, the processing unit is configured to generate a laser pulse. Preferably, the processing unit is configured to generate a single laser pulse and/or a plurality of successive laser pulses. Particularly preferably, the processing unit is designed as a laser drill. In particular, the processing unit is configured to process at least one surface of the Substrate for an electrochemical cell. Preferably, energy is introduced locally by the laser pulse generated by the processing unit. Particularly preferably, the energy is locally so great that the surface of the substrate is at least substantially partially, preferably largely, particularly preferably completely melted and/or evaporated. Alternatively, in particular complete melting with in particular at least substantially partial evaporation is also conceivable. Preferably, by processing the surface of the substrate for an electrochemical cell, at least one recess is produced in the substrate for an electrochemical cell. Particularly preferably, by processing the surface of the substrate for an electrochemical cell, a through-hole is formed in the substrate for an electrochemical cell. Preferably, the through-hole is arranged perpendicular to a main extension plane of the substrate for an electrochemical cell. Alternatively, it is conceivable that optical imaging errors, particularly in the focusing elements of the optical beam path, of the processing unit, depending on the position of the through-hole along the main extension plane, lead to a change in the inclination of the central axis of the through-hole, whereby the through-hole is arranged at an angle perpendicular to a main extension plane of the substrate for an electrochemical cell. Furthermore, it is conceivable that central regions differ from edge regions. A "main extension plane" of a structural unit is to be understood in particular as a plane which is parallel to a largest side surface of a smallest imaginary cuboid which just completely encloses the structural unit and in particular runs through the center of the cuboid. The processing unit preferably focuses the laser pulse. The processing unit preferably deflects/moves the focused laser beam along the main extension plane in order to introduce energy locally at different positions, whereby a plurality of through-holes can be created.

Unter einer „Prozessgaszuführeinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche in einem Bearbeitungsprozess Prozessgas in einen Bearbeitungsbereich zuführt. Vorzugsweise ist die Prozessgaszuführeinheit dazu eingerichtet, Partikel und Schmelzspritzer aus dem Bearbeitungsbereich zu entfernen. Unter einem „Prozessgas“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Gas verstanden werden, welches in einem Bearbeitungsbereich einen Impuls auf das Material überträgt, welches sich bei einem Bearbeitungsprozess von dem Substrat für eine elektrochemische Zelle löst. Vorzugsweise wird das Prozessgas mit einem Druck eingeleitet, der höher als der Umgebungsdruck ist. Vorzugsweise findet über die Reibung eine Impulsübertragung auf das Material statt, welches sich bei einem Bearbeitungsprozess von dem Substrat für eine elektrochemische Zelle löst. Beispielsweise umfasst das Prozessgas insbesondere Druckluft, Stickstoff und/oder Helium. Bevorzugt ist das Prozessgas aus Druckluft, Stickstoff und/oder Helium zusammengesetzt. Vorzugsweise ist die Zusammensetzung des Prozessgases auf die Anforderungen des Bearbeitungsprozesses angepasst. Alternativ ist auch jedes andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Prozessgas denkbar. Vorzugsweise weist die Prozessgaszuführeinheit zumindest ein Gasreservoirelement auf, welches zu einer Aufnahme eines Prozessgases eingerichtet ist. Insbesondere ist das zumindest eine Gasreservoirelement beabstandet von dem Bearbeitungsbereich angeordnet. Vorzugsweise weist die Prozessgaszuführeinheit ein Leitungselement auf, welches zu einer Leitung des Prozessgases zu zumindest einem Bearbeitungsbereich eingerichtet ist. Vorzugsweise ist das Leitungselement dazu eingerichtet, ein Prozessgas koordiniert in einen Bearbeitungsbereich zuzuführen. Besonders bevorzugt ist das Leitungselement dazu eingerichtet, ein Prozessgas in ein Kammerelement zuzuführen. Vorzugsweise bildet das Leitungselement mit dem Kammerelement eine Koppelstelle aus. Vorzugsweise bildet das Kammerelement eine Kontaktstelle mit dem Substrat für eine elektrochemische Zelle aus. Vorzugsweise bilden das Kammerelement und das Substrat für eine elektrochemische Zelle einen Hohlraum aus. Unter einem „Kammerelement“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Element verstanden werden, welches zu einer Aufnahme des Prozessgases eingerichtet ist, wobei das Kammerelement vorzugsweise dazu eingerichtet ist, das Prozessgas flächendeckend auf zumindest einer Seite des Substrats für eine elektrochemische Zelle anzulegen. Besonders bevorzugt ist das Kammerelement auf einer von der Bearbeitungseinheit abgewandten Seite angeordnet. Vorzugsweise ist das Kammerelement als einseitig geöffneter Quader ausgebildet. Vorzugsweise ist der Quader hohl ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Deckseite des Quaders geöffnet ausgebildet. Ferner sind auch andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende geometrische Formen, beispielsweise einem an der Deckseite geöffneten Zylinder, denkbar. Ferner weist die Prozessgaszuführeinheit ein Regel- und/oder Steuerelement auf, wobei das Regel- und/oder Steuerelement als Ventil ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Regel- und/oder Steuerelement dazu eingerichtet, eine Zuführung des Prozessgases zu regulieren.In this context, a "process gas supply unit" is to be understood in particular as a unit that supplies process gas to a processing area during a machining process. The process gas supply unit is preferably configured to remove particles and melt splashes from the machining area. In this context, a "process gas" is to be understood in particular as a gas that transmits a pulse to the material in a machining area that detaches from the substrate for an electrochemical cell during a machining process. The process gas is preferably introduced at a pressure that is higher than the ambient pressure. Preferably, a pulse is transmitted to the material that detaches from the substrate for an electrochemical cell during a machining process via friction. For example, the process gas comprises in particular compressed air, nitrogen and/or helium. The process gas is preferably composed of compressed air, nitrogen and/or helium. The composition of the process gas is preferably adapted to the requirements of the machining process. Alternatively, any other process gas that appears appropriate to a person skilled in the art is also conceivable. The process gas supply unit preferably has at least one gas reservoir element configured to receive a process gas. In particular, the at least one gas reservoir element is arranged at a distance from the processing area. The process gas supply unit preferably has a line element configured to conduct the process gas to at least one processing area. The line element is preferably configured to supply a process gas to a processing area in a coordinated manner. The line element is particularly preferably configured to supply a process gas to a chamber element. The line element preferably forms a coupling point with the chamber element. The chamber element preferably forms a contact point with the substrate for an electrochemical cell. The chamber element and the substrate for an electrochemical cell preferably form a cavity. In this context, a "chamber element" is to be understood in particular as an element configured to receive the process gas, wherein the chamber element is preferably configured to apply the process gas across the entire surface of at least one side of the substrate for an electrochemical cell. Particularly preferably, the chamber element is arranged on a side facing away from the processing unit. The chamber element is preferably designed as a cuboid open on one side. The cuboid is preferably hollow. Particularly preferably, the top side of the cuboid is designed to be open. Furthermore, other geometric shapes that appear appropriate to a person skilled in the art, for example a cylinder open on the top side, are also conceivable. Furthermore, the process gas supply unit has a regulating and/or control element, wherein the regulating and/or control element is designed as a valve. The regulating and/or control element is preferably configured to regulate a supply of the process gas.

Vorzugsweise weist die Bearbeitungsvorrichtung eine weitere Prozessgaszuführeinheit auf. Vorzugsweise ist die weitere Prozessgaszuführeinheit dazu eingerichtet, ein Prozessgas zu einer Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle zuzuführen. Vorzugsweise führt die weitere Prozessgaszuführeinheit das Prozessgas auf die der Bearbeitungseinheit zugewandten Oberfläche des Substrats. Vorzugsweise ist die weitere Prozessgaszuführeinheit als gerichteter Gasstrom eingerichtet. Vorzugsweise ist die Richtung und die Geschwindigkeit der Zuführung des Prozessgases mittels der weiteren Prozessgaszuführeinheit steuerbar. Vorzugsweise erzeugt die weitere Prozessgaszuführeinheit einen Cross-Jet, welcher in einem Nahbereich der Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle angeordnet ist. Unter einem „Cross-Jef“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Mediumstrom verstanden werden, welcher zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Substrats für eine elektrochemische Zelle mittels eines Düsenelements erzeugt wird. Besonders bevorzugt ist der Mediumstrom als Prozessgasstrom ausgebildet. Vorzugsweise ist der Mediumstrom in eine Richtung ausgeprägt. Alternativ ist der Mediumstrom in mehrere Richtungen ausgeprägt. Ferner ist der Mediumstrom in einer Zyklon-Form ausgeprägt. Unter „im Wesentlichen parallel“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene, verstanden werden, wobei die Richtung gegenüber der Bezugsrichtung eine Abweichung insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist. Vorzugsweise weist das Düsenelement eine Verbindungsstelle mit einem weiteren Leitungselement auf. Vorzugsweise ist das weitere Leitungselement mit dem Gasreservoirelement verbunden ausgebildet. Alternativ ist das weitere Leitungselement mit einem weiteren Gasreservoirelement verbunden ausgebildet.The processing device preferably has a further process gas supply unit. The further process gas supply unit is preferably configured to supply a process gas to a surface of the substrate for an electrochemical cell. The further process gas supply unit preferably supplies the process gas to the surface of the substrate facing the processing unit. The further process gas supply unit is preferably configured as a directed gas stream. The direction and speed of the process gas supply can preferably be controlled by means of the further process gas supply unit. The further process gas supply unit preferably generates a cross-jet, which is arranged in a vicinity of the surface of the substrate for an electrochemical cell. In this context, a "cross-jet" is to be understood in particular as a medium stream which is generated at least substantially parallel to a main extension direction of the substrate for an electrochemical cell by means of a nozzle element. The medium stream is particularly preferably configured as a process gas stream. The medium stream is preferably directed in one direction. Alternatively, the medium stream is directed in multiple directions. Furthermore, the medium stream is cyclone-shaped. "Substantially parallel" is understood here to mean, in particular, an alignment of a direction relative to a reference direction, in particular in a plane, wherein the direction has a deviation from the reference direction of, in particular, less than 8°, advantageously less than 5°, and particularly advantageously less than 2°. Preferably, the nozzle element has a connection point with a further line element. Preferably, the further line element is connected to the gas reservoir element. Alternatively, the further line element is connected to a further gas reservoir element.

Insbesondere die Akkumulation der thermischen Energie stört durch thermische Ausdehnung und Verbiegung des Substrats den Bearbeitungsprozess, insbesondere Laserbohrprozess, da die Oberflächenposition verändert wird und eine Störung des Bohrprozesses durch Bewegung aus der Fokuslage heraus stattfindet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Bearbeitungsvorrichtung können verbesserte Eigenschaften hinsichtlich einer Abfuhr von durch die Bearbeitungseinheit eingetragener thermischer Energie erreicht werden. Es können insbesondere Partikel und/oder Schmelzspritzer aus dem Bearbeitungsbereich entfernt werden, ohne die Substratoberfläche, die optischen Komponenten und/oder dem Bearbeitungsbereich zu verschmutzen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Prozessunterstützung durch die Zugabe eines Prozessgases bereitgestellt werden. Es kann insbesondere eine vorteilhafte Prozessgaszuführeinheit bereitgestellt werden.In particular, the accumulation of thermal energy disrupts the machining process, in particular the laser drilling process, due to thermal expansion and bending of the substrate, since the surface position is changed and the drilling process is disrupted by movement out of the focal position. The inventive design of the machining device makes it possible to achieve improved properties with regard to the dissipation of thermal energy introduced by the machining unit. In particular, particles and/or melt splashes can be removed from the machining area without contaminating the substrate surface, the optical components and/or the machining area. This makes it possible to provide advantageous process support through the addition of a process gas. In particular, an advantageous process gas supply unit can be provided.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Kammerelement zumindest eine gasdichte Kontaktfläche mit dem Substrat ausbildet. Vorzugsweise ist die Kontaktstelle, welche die gasdichte Kontaktfläche aufweist, auf einer von der Bearbeitungseinheit abgewandten Seite ausgebildet. Vorzugsweise bilden das Kammerelement und das Substrat für eine elektrochemische Zelle einen Hohlraum aus. Vorzugsweise ist die Kontaktstelle dazu eingerichtet, Prozessgas in dem durch das Kammerelement und an dem Substrat für eine elektrochemische Zelle entstehenden Hohlraum zu halten. Vorzugsweise ist die Kontaktstelle lösbar ausgebildet. Ferner ist die Kontaktstelle werkzeuglos lösbar ausgebildet. Unter einer „gasdichten Kontaktfläche“ soll in diesem Zusammenhang eine Kontaktstelle verstanden werden, welche eine technische Gasdichte besitzt. Vorzugsweise weist die gasdichte Kontaktfläche eine Leckage von vorzugsweise maximal 5%, bevorzugt maximal 3% und besonders bevorzugt maximal 1% des Volumens des im Hohlraum befindlichen Prozessgases auf. Dadurch kann insbesondere ein vorteilhaftes Kammerelement bereitgestellt werden. Es kann insbesondere eine vorteilhafte Prozessgasnutzung erreicht werden.It is further proposed that the chamber element forms at least one gas-tight contact surface with the substrate. Preferably, the contact point having the gas-tight contact surface is formed on a side facing away from the processing unit. Preferably, the chamber element and the substrate for an electrochemical cell form a cavity. Preferably, the contact point is configured to retain process gas in the cavity created by the chamber element and on the substrate for an electrochemical cell. Preferably, the contact point is designed to be detachable. Furthermore, the contact point is designed to be detachable without tools. In this context, a "gas-tight contact surface" is to be understood as a contact point that has a technical gas density. Preferably, the gas-tight contact surface has a leakage of preferably a maximum of 5%, preferably a maximum of 3%, and particularly preferably a maximum of 1% of the volume of the process gas located in the cavity. This makes it possible, in particular, to provide an advantageous chamber element. In particular, advantageous process gas utilization can be achieved.

Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem Verfahren zu einer Zuführung von Prozessgas mittels einer Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere Prozessgaszuführbearbeitungsvorrichtung, mit zumindest einem Bearbeitungsschritt, in welchem mittels einer Bearbeitungseinheit, insbesondere einer Laserbohreinheit, der Bearbeitungsvorrichtung eine Durchgangsausnehmung in ein Substrat für eine elektrochemische Zelle eingebracht wird, wobei in dem Bearbeitungsschritt die zumindest eine Prozessgaszuführeinheit zumindest ein Kammerelement aufweist, mittels welchem in dem Bearbeitungsschritt ein Prozessgas an der Bearbeitungseinheit abgewandten Seite des Substrats für eine elektrochemische Zelle flächendeckend angelegt wird. Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt das Prozessgas zusätzlich über eine weitere Prozessgaszuführeinheit als Cross-Jet über das Substrat für eine elektrochemische Zelle zugeführt wird. Vorzugsweise wird in einem Bearbeitungsschritt das Prozessgas zumindest im Wesentlichen zeitgleich über die erste Prozessgaszuführeinheit und die weitere Prozessgaszuführeinheit in den Bearbeitungsbereich zugeführt. Unter „zumindest im Wesentlichen“ soll in diesem Zusammenhang eine maximale zeitliche Verzögerung von vorzugsweise maximal 2s, bevorzugt maximal 1s und besonders bevorzugt maximal 0,5 s verstanden werden. Vorzugsweise werden in einem Bearbeitungsschritt die erste Prozessgaszuführeinheit und die weitere Prozessgaszuführeinheit über ein erstes Leitungselement und ein zweites Leitungselement unabhängig voneinander aus einem Gasreservoirelement mit Prozessgas betrieben. Unter einem „Bearbeitungsschritt“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Verfahrensschritt verstanden werden, in dem eine Bearbeitung des Substrats für eine elektrochemische Zelle mittels einer Bearbeitungseinheit durchgeführt wird und über die erste Prozessgaszuführeinheit und die weitere Prozessgaszuführeinheit Prozessgas in den Bearbeitungsbereich zugeführt wird. Vorzugsweise wird der Cross-Jet der ersten Prozessgaszuführeinheit in einem Bearbeitungsschritt mittels eines Düsenelements erzeugt, wobei das Düsenelement in einem Bearbeitungsschritt zu einer Fokussierung des Mediumstroms eingerichtet ist. Vorzugsweise erfolgt eine Prozessgaszuführung der Prozessgaszuführeinheit über das an der von der Bearbeitungseinheit abgewandten Seite ausgebildete Kammerelement. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Prozessgaszuführung über das Kammerelement der ersten Prozessgaszuführeinheit und die weitere Prozessgaszuführeinheit bereitgestellt werden. Es kann insbesondere eine vorteilhafte Eigenschaft hinsichtlich der Abfuhr einer durch die Bearbeitungseinheit eingetragen thermischen Energie, in das Substrat für eine elektrochemische Zelle, erreicht werden. Weiter kann insbesondere eine vorteilhafte Eigenschaft hinsichtlich einer Abfuhr von Partikeln und/oder Schmelzspritzern, die während einer Bearbeitung mittels der Bearbeitungseinheit erzeugt werden, erreicht werden.Furthermore, the invention is based on a method for supplying process gas by means of a processing device, in particular a process gas supply processing device, with at least one processing step in which a through-hole is introduced into a substrate for an electrochemical cell by means of a processing unit, in particular a laser drilling unit, of the processing device, wherein in the processing step the at least one process gas supply unit has at least one chamber element by means of which a process gas is applied over the entire surface of the side of the substrate for an electrochemical cell facing away from the processing unit. It is proposed that in at least one processing step the process gas is additionally supplied as a cross-jet over the substrate for an electrochemical cell via a further process gas supply unit. Preferably, in one processing step the process gas is supplied into the processing area at least substantially simultaneously via the first process gas supply unit and the further process gas supply unit. In this context, "at least substantially" is understood to mean a maximum time delay of preferably a maximum of 2 s, preferably a maximum of 1 s, and particularly preferably a maximum of 0.5 s. Preferably, in one processing step, the first process gas supply unit and the further process gas supply unit are a first line element and a second line element are operated independently of one another with process gas from a gas reservoir element. In this context, a "processing step" is to be understood in particular as a method step in which processing of the substrate for an electrochemical cell is carried out by means of a processing unit and process gas is supplied to the processing area via the first process gas supply unit and the further process gas supply unit. Preferably, the cross jet of the first process gas supply unit is generated in a processing step by means of a nozzle element, wherein the nozzle element is configured to focus the medium flow in a processing step. Preferably, process gas is supplied to the process gas supply unit via the chamber element formed on the side facing away from the processing unit. This makes it possible, in particular, to provide an advantageous process gas supply via the chamber element of the first process gas supply unit and the further process gas supply unit. In particular, an advantageous property with regard to the dissipation of thermal energy introduced by the processing unit into the substrate for an electrochemical cell can be achieved. Furthermore, in particular, an advantageous property can be achieved with regard to the removal of particles and/or melt splashes that are generated during processing by means of the processing unit.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt die weitere Prozessgaszuführeinheit thermische Energie und/oder Partikeln von der Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle abführt. Vorzugweise werden Partikel und Schmelze in einem Bearbeitungsschritt mittels eines Mediumstroms entfernt, ohne die Substratoberfläche, die optischen Komponenten und den Maschineninnenraum zu verschmutzen. Vorzugsweise wird die thermische Energie durch Konvektion mit dem Mediumstrom abgeführt. Vorzugsweise wird die Akkumulation der thermischen Energie im Substrat für eine elektrochemische Zelle mittels der Konvektion abgeführt. Vorzugsweise werden Partikel, welche durch die Bearbeitungseinheit in einem Bearbeitungsschritt erzeugt werden, durch den Mediumstrom abgeführt. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Eigenschaft hinsichtlich der Abfuhr einer durch die Bearbeitungseinheit eingetragenen thermischen Energie, in das Substrat für eine elektrochemische Zelle, erreicht werden. Weiter kann insbesondere eine vorteilhafte Eigenschaft hinsichtlich einer Abfuhr von Partikeln und/oder Schmelzspritzern, die während einer Bearbeitung mittels der Bearbeitungseinheit erzeugt werden, erreicht werden.It is further proposed that in at least one processing step, the further process gas supply unit removes thermal energy and/or particles from the surface of the substrate for an electrochemical cell. Particles and melt are preferably removed in one processing step by means of a medium flow without contaminating the substrate surface, the optical components, and the machine interior. The thermal energy is preferably removed by convection with the medium flow. The accumulation of thermal energy in the substrate for an electrochemical cell is preferably removed by means of convection. Particles generated by the processing unit in one processing step are preferably removed by the medium flow. This makes it possible, in particular, to achieve an advantageous property with regard to the removal of thermal energy introduced into the substrate for an electrochemical cell by the processing unit. Furthermore, it is possible, in particular, to achieve an advantageous property with regard to the removal of particles and/or melt splashes generated during processing by means of the processing unit.

Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt eine gasdichte Kontaktfläche zwischen dem Kammerelement und der der Bearbeitungseinheit abgewandten Seite des Substrats für eine elektrochemische Zelle ausgebildet wird. Vorzugsweise ist die gasdichte Kontaktfläche in einem Bearbeitungsschritt an einer Kontaktstelle zwischen dem Kammerelement und der der Bearbeitungseinheit abgewandten Seite der Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle ausgebildet. Insbesondere ist in einem Bearbeitungsschritt die Kontaktstelle als lösbare Verbindung ausgebildet. Vorzugsweise wird die Kontaktstelle zwischen dem Kammerelement und der der Bearbeitungseinheit abgewandten Seite der Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle vor einem Bearbeitungsschritt gasdicht verbunden. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Prozessgaszuführung über das Kammerelement bereitgestellt werden.It is further proposed that, in at least one processing step, a gas-tight contact surface is formed between the chamber element and the side of the substrate for an electrochemical cell facing away from the processing unit. Preferably, the gas-tight contact surface is formed in one processing step at a contact point between the chamber element and the side of the surface of the substrate for an electrochemical cell facing away from the processing unit. In particular, in one processing step, the contact point is designed as a detachable connection. Preferably, the contact point between the chamber element and the side of the surface of the substrate for an electrochemical cell facing away from the processing unit is connected in a gas-tight manner before a processing step. This makes it possible, in particular, to provide an advantageous process gas supply via the chamber element.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt eine Prozessgasführung von dem Kammerelement durch zumindest eine nach dem Durchbruch geöffnete Durchgangsausnehmung ausgebildet wird. Vorzugsweise wird die Durchgangsausnehmung während des Bearbeitungsschritts durch die Bearbeitungseinheit erzeugt. Unter einer „Durchgangsausnehmung“ soll in diesem Zusammenhang eine vollständig durch das Substrat für eine elektrochemische Zelle gehende Ausnehmung verstanden werden. Vorzugsweise ist die Durchgangsausnehmung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats für eine elektrochemische Zelle angeordnet. Vorzugsweise wird eine Prozessgasführung von einem Kammerelement durch das Substrat für eine elektrochemische Zelle in einem Bearbeitungsschritt erzeugt, sobald die Durchgangsausnehmung durch die Bearbeitungseinheit geöffnet wurde. Vorzugsweise erfolgt die Prozessgasführung von einem Kammerelement durch das Substrat für eine elektrochemische Zelle zeitgleich mit einem Durchbruch durch das Substrat für eine elektrochemische Zelle. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Prozessgaszuführung über das Kammerelement bereitgestellt werden.Furthermore, it is proposed that, in at least one processing step, a process gas guide is formed from the chamber element through at least one through-hole opened after the breakthrough. The through-hole is preferably created by the processing unit during the processing step. A "through-hole" in this context is understood to mean a recess that extends completely through the substrate for an electrochemical cell. The through-hole is preferably arranged perpendicular to a main extension plane of the substrate for an electrochemical cell. Preferably, a process gas guide is formed from a chamber element through the substrate for an electrochemical cell in one processing step as soon as the through-hole has been opened by the processing unit. Preferably, the process gas guide is formed from a chamber element through the substrate for an electrochemical cell at the same time as a breakthrough through the substrate for an electrochemical cell. This makes it possible, in particular, to provide an advantageous process gas supply via the chamber element.

Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt über die Prozessgasführung von dem Kammerelement durch zumindest eine nach dem Durchbruch geöffnete Durchgangsausnehmung eine thermische Energie- und/oder Partikelabführung eingerichtet wird. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt mittels des durch die Durchgangsausnehmung fließenden Prozessgases Partikel und/oder Schmelze aus der Durchgangsausnehmung ausgetrieben werden. Vorzugsweise wird in einem Bearbeitungsschritt mittels der Prozessgasführung durch die Durchgangsausnehmung Partikel und Schmelze aus der Durchgangsausnehmung herausgetrieben. Insbesondere erfolgt eine Austreibung der Partikel und der Schmelze in Richtung des Durchflusses des Prozessgases von dem Kammerelement durch das Substrat für eine elektrochemische Zelle in Richtung der der Bearbeitungseinheit zugewandten Seite. Vorzugsweise erfolgt eine Abfuhr der thermischen Energie über Konvektion mit dem Mediumstrom. Dadurch kann insbesondere vorteilhaft ein Wieder-zu-Schmelzen der Durchgangsausnehmung verhindert werden. Es kann insbesondere eine vorteilhafte Eigenschaft hinsichtlich der Abfuhr einer durch die Bearbeitungseinheit eingetragenen thermischen Energie, in das Substrat für eine elektrochemische Zelle, erreicht werden. Weiter kann insbesondere eine vorteilhafte Eigenschaft hinsichtlich einer Abfuhr von Partikeln und/oder Schmelzspritzern, die während einer Bearbeitung mittels der Bearbeitungseinheit erzeugt werden, erreicht werdenIt is further proposed that, in at least one processing step, a thermal energy and/or particle removal is established via the process gas supply from the chamber element through at least one through-hole opened after the breakthrough. Furthermore, it is proposed that, in at least one processing step, particles and/or melt are expelled from the through-hole by means of the process gas flowing through the through-hole. Preferably, in one processing step, particles and melt is expelled from the through-hole. In particular, the particles and melt are expelled in the direction of the process gas flow from the chamber element through the substrate for an electrochemical cell toward the side facing the processing unit. Preferably, the thermal energy is dissipated via convection with the medium flow. This can advantageously prevent the through-hole from remelting. In particular, an advantageous property can be achieved with regard to the dissipation of thermal energy introduced into the substrate for an electrochemical cell by the processing unit. Furthermore, an advantageous property can be achieved with regard to the dissipation of particles and/or melt splashes generated during processing by means of the processing unit.

Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt die mittels des durch die Durchgangsausnehmung fließenden Prozessgases herausgetriebenen Partikel und/oder Schmelze mittels des Cross-Jets von der Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle abgeführt werden. Vorzugsweise wird in einem Bearbeitungsschritt thermische Energie mit dem durch die Durchgangsausnehmung fließenden Prozessgas mittels des Cross-Jets von der Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle abgeführt. Vorzugsweise erfolgt in einem Bearbeitungsschritt eine direkte Übergabe der Partikel und/oder Schmelze und/oder der thermischen Energie von dem durch die Durchgangsausnehmung fließenden Prozessgas zu einem Cross-Jet. Ferner findet in einem Bearbeitungsschritt eine zeitliche Verzögerung zwischen der Übergabe der Partikel und/oder Schmelze und/oder thermischen Energie von einem durch die Durchgangsausnehmung fließenden Prozessgas zu einem Cross-Jet statt. It is further proposed that in at least one processing step, the particles and/or melt expelled by the process gas flowing through the through-hole are removed from the surface of the substrate for an electrochemical cell by means of the cross jet. Preferably, in one processing step, thermal energy is removed from the surface of the substrate for an electrochemical cell by means of the process gas flowing through the through-hole by means of the cross jet. Preferably, in one processing step, the particles and/or melt and/or the thermal energy are directly transferred from the process gas flowing through the through-hole to a cross jet. Furthermore, in one processing step, a time delay takes place between the transfer of the particles and/or melt and/or thermal energy from a process gas flowing through the through-hole to a cross jet.

Vorzugsweise absorbiert der Cross-Jet das Prozessgas mit den Partikeln und/oder Schmelze und/oder thermischen Energie durch die Durchgangsausnehmung vollständig. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Eigenschaft hinsichtlich der Abfuhr einer durch die Bearbeitungseinheit eingetragenen thermischen Energie, in das Substrat für eine elektrochemische Zelle, erreicht werden. Weiter kann insbesondere eine vorteilhafte Eigenschaft hinsichtlich einer Abfuhr von Partikeln und/oder Schmelzspritzern, die während einer Bearbeitung mittels der Bearbeitungseinheit erzeugt werden, erreicht werden.Preferably, the cross-jet completely absorbs the process gas containing the particles and/or melt and/or thermal energy through the through-hole. This allows for a particularly advantageous property regarding the removal of thermal energy introduced by the processing unit into the substrate for an electrochemical cell. Furthermore, a particularly advantageous property regarding the removal of particles and/or melt splashes generated during processing by the processing unit can be achieved.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt das Prozessgas über eine Absaugeinheit aus dem Bearbeitungsprozess, insbesondere Laserbohrprozess, abgesaugt wird. Vorzugsweise erfolgt eine vollständige Absaugung des Prozessgases mit den Partikeln und/oder Schmelze und/oder thermischen Energie durch die Absaugeinheit. Besonders bevorzugt erfolgt eine Absaugung mittels der Absaugeinheit in einem Bearbeitungsbereich auf der der Bearbeitungseinheit zugewandten Seite. Ferner erfolgt eine gezielte Absaugung des Cross-Jets, wobei der Cross-Jet das Prozessgas mit den Partikeln und/oder Schmelze und/oder thermischen Energie, welches durch die Durchgangsausnehmung verläuft, vollständig absorbiert. Vorzugsweise ist die Absaugeinheit in einem Bearbeitungsbereich auf der der Bearbeitungseinheit zugewandten Seite angeordnet. Vorzugsweise sind Komponenten der Absaugeinheit außerhalb des Bearbeitungsbereichs angeordnet. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Eigenschaft hinsichtlich einer Abfuhr von Partikeln und/oder Schmelzspritzern, die während einer Bearbeitung mittels der Bearbeitungseinheit erzeugt werden, erreicht werden. Es können insbesondere vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich der Sauberkeit der Bauteiloberfläche, der optischen Komponenten und des Maschineninnenraums erreicht werden.Furthermore, it is proposed that in at least one processing step, the process gas is extracted from the processing process, in particular the laser drilling process, via an extraction unit. Preferably, the process gas containing the particles and/or melt and/or thermal energy is completely extracted by the extraction unit. Particularly preferably, extraction by means of the extraction unit takes place in a processing area on the side facing the processing unit. Furthermore, a targeted extraction of the cross jet takes place, wherein the cross jet completely absorbs the process gas containing the particles and/or melt and/or thermal energy that passes through the through-hole. Preferably, the extraction unit is arranged in a processing area on the side facing the processing unit. Preferably, components of the extraction unit are arranged outside the processing area. This makes it possible, in particular, to achieve an advantageous property with regard to the removal of particles and/or melt splashes that are generated during processing by means of the processing unit. In particular, advantageous properties can be achieved with regard to the cleanliness of the component surface, the optical components and the machine interior.

Ferner wird eine Festoxid-Brennstoffzelle mit einem Substrat für eine elektrochemische Zelle hergestellt mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Insbesondere ist ein Elektrolyt zwischen der Anode und der Kathode angeordnet. Vorzugsweise ist das Substrat für eine elektrochemische Zelle dazu eingerichtet, eine Basis für das Elektrolyt bereitzustellen. Vorzugsweise ist die Festoxid-Brennstoffzelle dazu eingerichtet, eine chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umzuwandeln. Beispielsweise wird Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet. Alternativ sind auch andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Brennstoffe, beispielsweise, Methanol, Butan und/oder Erdgas, denkbar. Vorzugsweise wird in einem Verfahrensschritt der Festoxid-Brennstoffzelle eine elektrische Energie zwischen der Anode und der Kathode erzeugt. Vorzugsweise spaltet die Anode die Elektronen des Brennstoffs ab. Vorzugsweise werden die Elektronen über ein Verbindungselement in die Kathode geleitet. Insbesondere diese Bewegung der Elektronen von Anode zu Kathode erzeugt die elektrische Energie. Vorzugsweise werden die Elektronen in der Kathode an das Oxidationsmittel übertragen und spalten das Oxidationsmittel auf. Das negative geladene Oxidationsmittel wird insbesondere durch das Elektrolyt von den positiv geladen Protonen des Brennstoffs angezogen. Vorzugsweise entsteht als Endprodukt der chemischen Reaktion insbesondere Wasser und Abluft. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Festoxid-Brennstoffzelle bereitgestellt werden.Furthermore, a solid oxide fuel cell with a substrate for an electrochemical cell is produced by means of a method and/or a device according to the invention. In particular, an electrolyte is arranged between the anode and the cathode. Preferably, the substrate for an electrochemical cell is configured to provide a base for the electrolyte. Preferably, the solid oxide fuel cell is configured to convert chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidizing agent into electrical energy. For example, hydrogen is used as the fuel and oxygen as the oxidizing agent. Alternatively, other fuels deemed appropriate by a person skilled in the art, such as methanol, butane, and/or natural gas, are also conceivable. Preferably, in one process step of the solid oxide fuel cell, electrical energy is generated between the anode and the cathode. Preferably, the anode splits off the electrons from the fuel. Preferably, the electrons are conducted to the cathode via a connecting element. In particular, this movement of the electrons from anode to cathode generates the electrical energy. Preferably, the electrons in the cathode are transferred to the oxidizing agent and split the oxidizing agent. The negatively charged oxidant is attracted to the positively charged protons of the fuel, particularly through the electrolyte. Preferably, the end product of the chemical reaction is water and exhaust air. This makes it possible to create a particularly advantageous solid oxide fuel cell.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.The processing device according to the invention is not intended to be limited to the application and embodiment described above. In particular, the processing device according to the invention may have a number of individual elements, components, units, and method steps that differs from the number stated herein to fulfill a function described herein. Furthermore, in the value ranges specified in this disclosure, values within the stated limits are also to be considered disclosed and can be used arbitrarily.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages will become apparent from the following description of the drawings. The drawing illustrates an exemplary embodiment of the invention. The drawings, the description, and the claims contain numerous features in combination. Those skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further meaningful combinations.

Es zeigen:

  • 1 eine Festoxid-Brennstoffzelle mit einem Substrat für eine elektrochemische Zelle hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung,
  • 2 eine Bearbeitungsvorrichtung in einer schematischen Darstellung und
  • 3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zu einem Betrieb einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung.
They show:
  • 1 a solid oxide fuel cell with a substrate for an electrochemical cell produced by a method according to the invention and/or a device according to the invention in a schematic representation,
  • 2 a processing device in a schematic representation and
  • 3 a schematic flow diagram of a method for operating a processing device according to the invention.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

1 zeigt eine Festoxid-Brennstoffzelle 26 mit einem Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 hergestellt mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Festoxid-Brennstoffzelle 26 weist eine Anode 28 und eine Kathode 30 auf. Ein Elektrolyt 88 ist zwischen der Anode 28 und der Kathode 30 angeordnet. Das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 ist dazu eingerichtet, eine Basis für das Elektrolyt 88 bereitzustellen. Die Festoxid-Brennstoffzelle 26 ist dazu eingerichtet, eine chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs 32 und eines Oxidationsmittels 34 in elektrische Energie umzuwandeln. Es wird Wasserstoff als Brennstoff 32 und Sauerstoff als Oxidationsmittel 32 verwendet. Alternativ sind auch andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Brennstoffe 32, beispielsweise, Methanol, Butan und/oder Erdgas, denkbar. In einem Verfahrensschritt der Festoxid-Brennstoffzelle 26 wird eine elektrische Energie zwischen der Anode 28 und der Kathode 30 erzeugt. Die Anode 28 spaltet ein Elektron 36 des Brennstoffs 32 ab. Die Elektronen 36 werden über ein Verbindungselement 38 in die Kathode 30 geleitet. Diese Bewegung der Elektronen 36 von Anode 28 zu Kathode 30 erzeugt die elektrische Energie. Die Elektronen 36 in der Kathode 30 werden an das Oxidationsmittel 34 übertragen und spalten das Oxidationsmittel 34 auf. Das negativ geladene Oxidationsmittel 34 wird durch das Elektrolyt 88 von den positiv geladenen Protonen 40 des Brennstoffs 32 angezogen. Als Endprodukt der chemischen Reaktion entsteht insbesondere beispielsweise Wasser 42 und Abluft 44. 1 shows a solid oxide fuel cell 26 with a substrate for an electrochemical cell 16 produced by means of a method and/or a device according to the invention. The solid oxide fuel cell 26 has an anode 28 and a cathode 30. An electrolyte 88 is arranged between the anode 28 and the cathode 30. The substrate for an electrochemical cell 16 is designed to provide a base for the electrolyte 88. The solid oxide fuel cell 26 is designed to convert a chemical reaction energy of a continuously supplied fuel 32 and an oxidant 34 into electrical energy. Hydrogen is used as the fuel 32 and oxygen as the oxidant 32. Alternatively, other fuels 32 that appear appropriate to a person skilled in the art, for example, methanol, butane, and/or natural gas, are also conceivable. In one process step of the solid oxide fuel cell 26, electrical energy is generated between the anode 28 and the cathode 30. The anode 28 splits off an electron 36 from the fuel 32. The electrons 36 are conducted to the cathode 30 via a connecting element 38. This movement of the electrons 36 from the anode 28 to the cathode 30 generates the electrical energy. The electrons 36 in the cathode 30 are transferred to the oxidant 34 and split the oxidant 34. The negatively charged oxidant 34 is attracted to the positively charged protons 40 of the fuel 32 by the electrolyte 88. The end products of the chemical reaction include, for example, water 42 and exhaust air 44.

2 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung 10 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Bearbeitungsvorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, ein Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 zu bearbeiten. Die Bearbeitungsvorrichtung 10 ist mehrteilig ausgebildet. Mit der Bearbeitungsvorrichtung 10 wird ein nicht-spanendes Bearbeitungsverfahren durchgeführt. Ferner weist die Bearbeitungsvorrichtung 10 eine Halterung für das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 auf. In einem Bearbeitungsschritt 50 wird eine direkte Bearbeitung des Substrats 16 durchgeführt. Alternativ ist auch eine indirekte Bearbeitung des Substrats 16 durch die Bearbeitungsvorrichtung 10 denkbar. Die Bearbeitungsvorrichtung 10 ist dazu eingerichtet, alle notwendigen Schritte, beispielsweise eine Prozessgaszuführung und/oder einen Bearbeitungsschritt 50 durchzuführen. 2 shows a processing device 10 for carrying out a method according to the invention. The processing device 10 is configured to process a substrate for an electrochemical cell 16. The processing device 10 is formed in several parts. A non-cutting processing method is carried out with the processing device 10. Furthermore, the processing device 10 has a holder for the substrate for an electrochemical cell 16. In a processing step 50, the substrate 16 is processed directly. Alternatively, indirect processing of the substrate 16 by the processing device 10 is also conceivable. The processing device 10 is configured to carry out all necessary steps, for example a process gas supply and/or a processing step 50.

Die Bearbeitungsvorrichtung 10 weist eine Bearbeitungseinheit 12 auf, welche während einer Bearbeitung eine thermische Energie in das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 überführt. Die Bearbeitungseinheit 12 weist ein nicht-spanendes Werkzeug auf. Die Bearbeitungseinheit 12 ist mehrteilig ausgebildet. Die Bearbeitungseinheit 12 ist dazu eingerichtet, einen Laserpuls 52 zu erzeugen. Die Bearbeitungseinheit 12 ist dazu eingerichtet, einen einzelnen Laserpuls 52 und/oder mehrere aufeinanderfolgende Laserpulse 52 zu erzeugen. Die Bearbeitungseinheit 12 ist als Laserbohrer ausgebildet. Die Bearbeitungseinheit 12 ist dazu eingerichtet, eine Bearbeitung zumindest einer Oberfläche 54 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 durchzuführen. Die Bearbeitungseinheit 12 ist dazu eingerichtet, eine Durchgangsausnehmung 14 in ein Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 zu erzeugen. Durch den mittels der Bearbeitungseinheit 12 erzeugten Laserpuls 52 wird lokal Energie in das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 eingebracht. Durch die Bearbeitungseinheit 12 wird in die Oberfläche 54 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 eine Durchgangsausnehmung 14 ausgebildet. Die Durchgangsausnehmung 14 ist senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 angeordnet. Durch die Bearbeitungseinheit 12 wird eine Fokussierung des Laserpulses 52 durchgeführt.The processing device 10 has a processing unit 12, which transfers thermal energy into the substrate for an electrochemical cell 16 during processing. The processing unit 12 has a non-cutting tool. The processing unit 12 is designed in several parts. The processing unit 12 is configured to generate a laser pulse 52. The processing unit 12 is configured to generate a single laser pulse 52 and/or a plurality of consecutive laser pulses 52. The processing unit 12 is designed as a laser drill. The processing unit 12 is configured to process at least one surface 54 of the substrate for an electrochemical cell 16. The processing unit 12 is configured to create a through-hole 14 in a substrate for an electrochemical cell 16. The laser pulse 52 generated by the processing unit 12 locally introduces energy into the substrate for an electrochemical cell 16. By means of the processing unit 12, a through-hole 14 is formed in the surface 54 of the substrate for an electrochemical cell 16. The through-hole 14 is perpendicular to a main extension plane of the Substrate for an electrochemical cell 16. The processing unit 12 focuses the laser pulse 52.

Das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 wird für eine elektrochemische Zelle in einer Festoxid-Brennstoffzelle 26 eingesetzt. Alternativ ist das Substrat 16 für den Einsatz in einer Elektrolytzelle vorgesehen. Ferner ist das Substrat 16 für den Einsatz in einer Batterie vorgesehen. Das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 ist dazu eingerichtet, eine Basis für das Elektrolyt 88 bereitzustellen. Das Substrat 16 ist aus einem metallischen Material ausgebildet. Alternativ ist auch ein anderes, nicht schrumpfendes Material denkbar. Ferner ist ein Substrat 16 aus einer vorab gesinterten Keramik denkbar.The substrate for an electrochemical cell 16 is used for an electrochemical cell in a solid oxide fuel cell 26. Alternatively, the substrate 16 is intended for use in an electrolytic cell. Furthermore, the substrate 16 is intended for use in a battery. The substrate for an electrochemical cell 16 is configured to provide a base for the electrolyte 88. The substrate 16 is formed from a metallic material. Alternatively, another non-shrinking material is also conceivable. Furthermore, a substrate 16 made of a pre-sintered ceramic is conceivable.

Die Bearbeitungsvorrichtung 10 weist eine Prozessgaszuführeinheit 18, insbesondere eine Laserbohrprozessgaszuführeinheit auf. Die Prozessgaszuführeinheit 18 ist dazu eingerichtet, Partikel und Schmelzspritzer aus einem Bearbeitungsbereich 56 zu entfernen. Beispielsweise ist das Prozessgas aus Druckluft, Stickstoff und/oder Helium zusammengesetzt. Die Zusammensetzung des Prozessgases ist auf die Anforderungen eines Bearbeitungsprozesses 22 angepasst. Alternativ ist auch jedes andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Prozessgas denkbar. Die Prozessgaszuführeinheit 18 weist ein Gasreservoirelement 58 auf, welches zu einer Aufnahme eines Prozessgases eingerichtet ist. Das Gasreservoirelement 58 ist beabstandet von dem Bearbeitungsbereich 56 angeordnet. Die Prozessgaszuführeinheit 18 weist ein Leitungselement 60 auf, welches zu einer Leitung des Prozessgases zu einem Bearbeitungsbereich 56 eingerichtet ist. Das Leitungselement 60 ist dazu eingerichtet, ein Prozessgas koordiniert in einen Bearbeitungsbereich 56 zuzuführen. Die Prozessgaszuführeinheit 18 weist ein Kammerelement 20 auf, welches dazu eingerichtet ist, Prozessgas in den laufenden Bearbeitungsprozess 22, insbesondere Laserbohrprozess, zuzuführen. Das Leitungselement 60 ist dazu eingerichtet, ein Prozessgas in ein Kammerelement 20 zuzuführen. Das Leitungselement 60 bildet mit dem Kammerelement 20 eine Koppelstelle 62 aus. Das Kammerelement 20 bildet eine Kontaktstelle 64 mit dem Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 aus. Das Kammerelement 20 und das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 bilden einen Hohlraum 66 aus. Das Prozessgas ist an einer der Bearbeitungseinheit 12 abgewandten Seite 24 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 flächendeckend angelegt. Das Kammerelement 20 ist auf der von der Bearbeitungseinheit 12 abgewandten Seite 24 angeordnet. Das Kammerelement 20 ist als einseitig geöffneter Quader ausgebildet. Der Quader ist hohl ausgebildet. Eine Deckseite 68 des Quaders ist geöffnet ausgebildet. Ferner sind auch andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende geometrische Formen, beispielsweise ein an der Deckseite 68 geöffneter Zylinder, denkbar. Die Prozessgaszuführeinheit 18 weist ein Regel- und/oder Steuerelement 70 auf, wobei das Regel- und/oder Steuerelement 70 als Ventil ausgebildet ist. Das Regel- und/oder Steuerelement 70 ist dazu eingerichtet, eine Zuführung des Prozessgases zu regulieren. Das Kammerelement 20 bildet eine gasdichte Kontaktfläche 48 mit dem Substrat 16 aus. Die Kontaktstelle 64, welche die gasdichte Kontaktfläche 48 aufweist, ist auf der von der Bearbeitungseinheit 12 abgewandten Seite 24 ausgebildet. Die Kontaktstelle 64 ist dazu eingerichtet, Prozessgas in dem durch das Kammerelement 20 und an dem Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 entstehenden Hohlraum 66 zu halten. Die Kontaktstelle 64 ist lösbar ausgebildet. Ferner ist die Kontaktstelle 64 werkzeuglos lösbar ausgebildetThe processing device 10 has a process gas supply unit 18, in particular a laser drilling process gas supply unit. The process gas supply unit 18 is configured to remove particles and melt splashes from a processing area 56. For example, the process gas is composed of compressed air, nitrogen, and/or helium. The composition of the process gas is adapted to the requirements of a processing process 22. Alternatively, any other process gas that appears appropriate to a person skilled in the art is also conceivable. The process gas supply unit 18 has a gas reservoir element 58 configured to receive a process gas. The gas reservoir element 58 is arranged at a distance from the processing area 56. The process gas supply unit 18 has a line element 60 configured to conduct the process gas to a processing area 56. The line element 60 is configured to supply a process gas to a processing area 56 in a coordinated manner. The process gas supply unit 18 has a chamber element 20, which is configured to supply process gas into the ongoing processing process 22, in particular the laser drilling process. The conduit element 60 is configured to supply a process gas into a chamber element 20. The conduit element 60 forms a coupling point 62 with the chamber element 20. The chamber element 20 forms a contact point 64 with the substrate for an electrochemical cell 16. The chamber element 20 and the substrate for an electrochemical cell 16 form a cavity 66. The process gas is applied over the entire surface of a side 24 of the substrate for an electrochemical cell 16 facing away from the processing unit 12. The chamber element 20 is arranged on the side 24 facing away from the processing unit 12. The chamber element 20 is configured as a cuboid open on one side. The cuboid is hollow. A cover side 68 of the cuboid is open. Furthermore, other geometric shapes that would appear appropriate to a person skilled in the art, for example, a cylinder open at the cover side 68, are also conceivable. The process gas supply unit 18 has a regulating and/or control element 70, wherein the regulating and/or control element 70 is designed as a valve. The regulating and/or control element 70 is configured to regulate the supply of the process gas. The chamber element 20 forms a gas-tight contact surface 48 with the substrate 16. The contact point 64, which has the gas-tight contact surface 48, is formed on the side 24 facing away from the processing unit 12. The contact point 64 is configured to retain process gas in the cavity 66 created by the chamber element 20 and on the substrate for an electrochemical cell 16. The contact point 64 is designed to be detachable. Furthermore, the contact point 64 is designed to be detachable without tools.

Die Bearbeitungsvorrichtung 10 weist eine weitere Prozessgaszuführeinheit 46 auf, welche dazu eingerichtet ist Prozessgas in den laufenden Bearbeitungsprozess 22, insbesondere Laserbohrprozess, zuzuführen, wobei die weitere Prozessgaszuführeinheit 46 als Cross-Jet 72 ausgebildet ist. Die weitere Prozessgaszuführeinheit 46 ist dazu eingerichtet, ein Prozessgas zu der Oberfläche 54 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 zuzuführen. Die weitere Prozessgaszuführeinheit 46 führt das Prozessgas auf die der Bearbeitungseinheit 12 zugewandten Oberfläche 54 des Substrats 16 zu. Die weitere Prozessgaszuführeinheit 46 ist als gerichteter Gasstrom eingerichtet. Die Richtung und die Geschwindigkeit der Zuführung des Prozessgases mittels der weiteren Prozessgaszuführeinheit 46 ist steuerbar. Die weitere Prozessgaszuführeinheit 46 erzeugt einen Cross-Jet 72, welcher in einem Nahbereich der Oberfläche 54 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 angeordnet ist. Ein Cross-Jet 72 ist ein Mediumstrom, welcher parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 mittels eines Düsenelements 74 erzeugt wird. Besonders bevorzugt ist der Mediumstrom als Prozessgasstrom ausgebildet. Der Mediumstrom ist in eine Richtung ausgeprägt. Alternativ ist der Mediumstrom in mehrere Richtungen ausgeprägt. Ferner ist der Mediumstrom in einer Zyklon-Form ausgeprägt. Das Düsenelement 74 weist eine Verbindungsstelle 76 mit einem weiteren Leitungselement 78 auf. Das weitere Leitungselement 78 ist mit dem Gasreservoirelement 58 verbunden ausgebildet. Alternativ ist das weitere Leitungselement 78 mit einem weiteren Gasreservoirelement verbunden ausgebildet.The processing device 10 has a further process gas supply unit 46, which is configured to supply process gas to the ongoing processing process 22, in particular the laser drilling process, wherein the further process gas supply unit 46 is designed as a crossjet 72. The further process gas supply unit 46 is configured to supply a process gas to the surface 54 of the substrate for an electrochemical cell 16. The further process gas supply unit 46 supplies the process gas to the surface 54 of the substrate 16 facing the processing unit 12. The further process gas supply unit 46 is configured as a directed gas stream. The direction and speed of the supply of the process gas by means of the further process gas supply unit 46 is controllable. The further process gas supply unit 46 generates a crossjet 72, which is arranged in a close region of the surface 54 of the substrate for an electrochemical cell 16. A cross-jet 72 is a medium flow generated parallel to a main extension direction of the substrate for an electrochemical cell 16 by means of a nozzle element 74. Particularly preferably, the medium flow is configured as a process gas flow. The medium flow is directed in one direction. Alternatively, the medium flow is directed in multiple directions. Furthermore, the medium flow is configured in a cyclone shape. The nozzle element 74 has a connection point 76 with a further line element 78. The further line element 78 is connected to the gas reservoir element 58. Alternatively, the further line element 78 is connected to a further gas reservoir element.

3 zeigt ein Verfahren zu einer Zuführung von Prozessgas mittels einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung 10, insbesondere Prozessgaszuführbearbeitungsvorrichtung. Das Verfahren weist einen Bearbeitungsschritt 50 auf, in welchem mittels einer Bearbeitungseinheit 12 der Bearbeitungsvorrichtung 10, insbesondere einer Laserbohreinheit, eine Durchgangsausnehmung 14 in ein Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 eingebracht wird. Die Bearbeitung wird innerhalb des Bearbeitungsschritts 50 in einem Bearbeitungsprozess 22 durchgeführt. In dem Bearbeitungsschritt 50 weist die zumindest eine Prozessgaszuführeinheit 18 ein Kammerelement 20 auf, mittels welchem in dem Bearbeitungsschritt 50 ein Prozessgas an einer der Bearbeitungseinheit 12 abgewandten Seite 24 des Substrats für eine elektrochemische Zelle (16) flächendeckend angelegt wird. Es erfolgt eine erste Prozessgaszuführung 80 über die Prozessgaszuführeinheit 18 und eine weitere Prozessgaszuführung 82 über die weitere Prozessgaszuführeinheit 46. Eine Prozessgaszuführung 80 der Prozessgaszuführeinheit 18 erfolgt über das an der von der Bearbeitungseinheit 12 abgewandten Seite 24 ausgebildete Kammerelement 20. Die erste Prozessgaszuführung 80 und die weitere Prozessgaszuführung 82 werden parallel zu einem Bearbeitungsprozess 22 durchgeführt. In einem Bearbeitungsschritt 50 wird das Prozessgas zusätzlich über eine weitere Prozessgaszuführeinheit 46 als Cross-Jet 72 über das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 zugeführt. In einem Bearbeitungsschritt 50 wird das Prozessgas über die erste Prozessgaszuführeinheit 18 und die weitere Prozessgaszuführeinheit 46 in den Bearbeitungsbereich 56 zugeführt. In einem Bearbeitungsschritt 50 werden die erste Prozessgaszuführeinheit 18 und die weitere Prozessgaszuführeinheit 46 über ein erstes Leitungselement 60 und ein zweites Leitungselement 78 unabhängig voneinander aus einem Gasreservoirelement 58 mit Prozessgas betrieben. Der Cross-jet 72 der weiteren Prozessgaszuführeinheit 46 wird in einer weiteren Prozessgaszuführung 82 mittels eines Düsenelements 74 erzeugt, wobei das Düsenelement 74 in einer weiteren Prozessgaszuführung 82 zu einer Fokussierung des Mediumstroms eingerichtet ist. 3 shows a method for supplying process gas by means of a processing device 10 according to the invention, in particular a process gas supply processing device. The method comprises a processing step 50 in which a through-hole 14 is introduced into a substrate for an electrochemical cell 16 by means of a processing unit 12 of the processing device 10, in particular a laser drilling unit. The processing is carried out within the processing step 50 in a processing process 22. In the processing step 50, the at least one process gas supply unit 18 has a chamber element 20 by means of which, in the processing step 50, a process gas is applied over the entire surface of a side 24 of the substrate for an electrochemical cell (16) facing away from the processing unit 12. A first process gas supply 80 is provided via the process gas supply unit 18 and a further process gas supply 82 is provided via the further process gas supply unit 46. A process gas supply 80 of the process gas supply unit 18 is provided via the chamber element 20 formed on the side 24 facing away from the processing unit 12. The first process gas supply 80 and the further process gas supply 82 are carried out in parallel with a processing process 22. In a processing step 50, the process gas is additionally supplied via a further process gas supply unit 46 as a cross-jet 72 over the substrate for an electrochemical cell 16. In a processing step 50, the process gas is supplied via the first process gas supply unit 18 and the further process gas supply unit 46 into the processing area 56. In a processing step 50, the first process gas supply unit 18 and the further process gas supply unit 46 are independently supplied with process gas from a gas reservoir element 58 via a first line element 60 and a second line element 78. The cross-jet 72 of the further process gas supply unit 46 is generated in a further process gas supply 82 by means of a nozzle element 74, wherein the nozzle element 74 in a further process gas supply 82 is configured to focus the medium flow.

In zumindest einem Bearbeitungsschritt 50 führt die weitere Prozessgaszuführeinheit 46 thermische Energie und/oder Partikel von der Oberfläche 54 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 ab. Die Partikel und Schmelze werden in einem Bearbeitungsschritt 50 mittels eines Mediumstroms entfernt, ohne die Substratoberfläche 54, die optischen Komponenten und den Maschineninnenraum zu verschmutzen. Die thermische Energie wird durch Konvektion mit dem Mediumstrom abgeführt. Die Partikel, welche durch die Bearbeitungseinheit 12 in einem Bearbeitungsschritt 50 erzeugt werden, werden durch den Mediumstrom abgeführt. In zumindest einem Bearbeitungsschritt 50 wird eine gasdichte Kontaktfläche 48 zwischen dem Kammerelement 20 und der der Bearbeitungseinheit 12 abgewandten Seite 24 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 ausgebildet. Die gasdichte Kontaktfläche 48 ist in einem Bearbeitungsschritt 50 an einer Kontaktstelle 64 zwischen dem Kammerelement 20 und der der Bearbeitungseinheit 12 abgewandten Seite 24 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 ausgebildet. In einem Bearbeitungsschritt 50 ist die Kontaktstelle 64 als lösbare Verbindung ausgebildet. Die Kontaktstelle 64 wird zwischen dem Kammerelement 20 und der der Bearbeitungseinheit 12 abgewandten Seite 24 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 vor einem Bearbeitungsschritt 50 gasdicht verbunden.In at least one processing step 50, the further process gas supply unit 46 removes thermal energy and/or particles from the surface 54 of the substrate for an electrochemical cell 16. The particles and melt are removed in a processing step 50 by means of a medium flow without contaminating the substrate surface 54, the optical components, and the machine interior. The thermal energy is removed by convection with the medium flow. The particles generated by the processing unit 12 in a processing step 50 are removed by the medium flow. In at least one processing step 50, a gas-tight contact surface 48 is formed between the chamber element 20 and the side 24 of the substrate for an electrochemical cell 16 facing away from the processing unit 12. The gas-tight contact surface 48 is formed in a processing step 50 at a contact point 64 between the chamber element 20 and the side 24 of the substrate for an electrochemical cell 16 facing away from the processing unit 12. In a processing step 50, the contact point 64 is formed as a detachable connection. The contact point 64 is connected in a gas-tight manner between the chamber element 20 and the side 24 of the substrate for an electrochemical cell 16 facing away from the processing unit 12 prior to a processing step 50.

In zumindest einem Bearbeitungsschritt 50 wird eine Prozessgasführung von dem Kammerelement 20 durch zumindest eine nach dem Durchbruch geöffnete Durchgangsausnehmung 14 ausgebildet. Die Durchgangsausnehmung 14 wird in dem Bearbeitungsschritt 50 durch die Bearbeitungseinheit 12 erzeugt. Eine Prozessgasführung wird von einem Kammerelement 20 durch das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 in einem Bearbeitungsschritt 50 erzeugt, sobald die Durchgangsausnehmung 14 durch die Bearbeitungseinheit 12 geöffnet wurde. Die Prozessgasführung erfolgt von einem Kammerelement 20 durch das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 zeitgleich mit einem Durchbruch durch das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16.In at least one processing step 50, a process gas guide is formed from the chamber element 20 through at least one through-hole 14 opened after the breakthrough. The through-hole 14 is created in the processing step 50 by the processing unit 12. A process gas guide is created from a chamber element 20 through the substrate for an electrochemical cell 16 in a processing step 50 as soon as the through-hole 14 has been opened by the processing unit 12. The process gas guide occurs from a chamber element 20 through the substrate for an electrochemical cell 16 simultaneously with a breakthrough through the substrate for an electrochemical cell 16.

In zumindest einem Bearbeitungsschritt 50 wird über die Prozessgasführung von dem Kammerelement 20 durch zumindest eine nach dem Durchbruch geöffnete Durchgangsausnehmung 14 eine thermische Energie- und/oder Partikelabführung eingerichtet. In zumindest einem Bearbeitungsschritt 50 werden mittels des durch die Durchgangsausnehmung 14 fließenden Prozessgases Partikel und/oder Schmelze aus der Durchgangsausnehmung 14 ausgetrieben. In einem Bearbeitungsschritt 50 erfolgt eine Austreibung der Partikel und der Schmelze in Richtung des Durchflusses des Prozessgases von dem Kammerelement 20 durch das Substrat für eine elektrochemische Zelle 16 in Richtung der der Bearbeitungseinheit 12 zugewandten Seite. Das Prozessgas, welches durch die Durchgangsausnehmung 14 verläuft, weist eine Richtung 84 auf. Die Richtung 84 der Austreibung ist senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 angeordnet. Eine Abfuhr der thermischen Energie erfolgt in einem Bearbeitungsschritt 50 über Konvektion mit dem Mediumstrom. In zumindest einem Bearbeitungsschritt 50 werden die mittels des durch die Durchgangsausnehmung 14 fließenden Prozessgases herausgetriebenen Partikel und/oder Schmelze mittels des Cross-Jets 72 von der Oberfläche 54 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 abgeführt. In einem Bearbeitungsschritt 50 wird thermische Energie mit dem durch die Durchgangsausnehmung 14 fließenden Prozessgas mittels des Cross-Jets 72 von der Oberfläche 54 des Substrats für eine elektrochemische Zelle 16 abgeführt. In einem Bearbeitungsschritt 50 erfolgt eine direkte Übergabe der Partikel und/oder Schmelze und/oder der thermischen Energie von dem durch die Durchgangsausnehmung 14 fließenden Prozessgas zu einem Cross-Jet 72. Ferner findet in einem Bearbeitungsschritt 50 eine zeitliche Verzögerung zwischen der Übergabe der Partikel und/oder Schmelze und/oder thermischen Energie von einem durch die Durchgangsausnehmung 14 fließende Prozessgas zu einem Cross-Jet 72 statt. Der Cross-Jet 72 absorbiert das Prozessgas mit den Partikeln und/oder Schmelze und/oder thermischen Energie, welches durch die Durchgangsausnehmung 14 fließt, vollständig.In at least one processing step 50, thermal energy and/or particle removal is established via the process gas guide from the chamber element 20 through at least one through-hole 14 opened after the breakthrough. In at least one processing step 50, particles and/or melt are expelled from the through-hole 14 by means of the process gas flowing through the through-hole 14. In a processing step 50, the particles and the melt are expelled in the direction of the process gas flow from the chamber element 20 through the substrate for an electrochemical cell 16 in the direction of the side facing the processing unit 12. The process gas flowing through the through-hole 14 has a direction 84. The direction 84 of expulsion is arranged perpendicular to a main extension plane of the substrate for an electrochemical cell 16. In a processing step 50, the thermal energy is removed via convection with the medium flow. In at least one processing step 50, the particles and/or melt expelled by the process gas flowing through the through-hole 14 are removed from the surface 54 of the substrate for an electrochemical cell 16 by means of the cross-jet 72. In a processing step 50, thermal energy is combined with the gas flowing through the through-hole 14 flowing process gas is removed from the surface 54 of the substrate for an electrochemical cell 16 by means of the cross jet 72. In a processing step 50, a direct transfer of the particles and/or melt and/or thermal energy from the process gas flowing through the through-hole 14 to a cross jet 72 takes place. Furthermore, in a processing step 50, a time delay takes place between the transfer of the particles and/or melt and/or thermal energy from a process gas flowing through the through-hole 14 to a cross jet 72. The cross jet 72 completely absorbs the process gas with the particles and/or melt and/or thermal energy, which flows through the through-hole 14.

In zumindest einem Bearbeitungsschritt 50 wird das Prozessgas über eine Absaugeinheit 86 aus dem Bearbeitungsprozess 22, insbesondere Laserbohrprozess, abgesaugt. In einem Bearbeitungsschritt 50 erfolgt eine vollständige Absaugung des Prozessgases mit den Partikeln und/oder Schmelze und/oder thermischen Energie durch die Absaugeinheit 86. In einem Bearbeitungsschritt 50 erfolgt eine Absaugung mittels der Absaugeinheit 86 in einem Bearbeitungsbereich 56 auf der der Bearbeitungseinheit 12 zugewandten Seite. Ferner erfolgt eine gezielte Absaugung des Cross-Jet 72, wobei der Cross-Jet 72 das Prozessgas mit den Partikeln und/oder Schmelze und/oder thermischen Energie, welches durch die Durchgangsausnehmung 14 fließt, vollständig absorbiert. Die Absaugeinheit 86 ist in einem Bearbeitungsbereich 56 auf der der Bearbeitungseinheit 12 zugewandten Seite angeordnet. Die Komponenten der Absaugeinheit 86 sind teilweise außerhalb des Bearbeitungsbereichs 56 angeordnet.In at least one processing step 50, the process gas is extracted from the processing process 22, in particular the laser drilling process, via an extraction unit 86. In a processing step 50, the process gas containing the particles and/or melt and/or thermal energy is completely extracted by the extraction unit 86. In a processing step 50, extraction takes place by means of the extraction unit 86 in a processing area 56 on the side facing the processing unit 12. Furthermore, a targeted extraction of the cross jet 72 takes place, wherein the cross jet 72 completely absorbs the process gas containing the particles and/or melt and/or thermal energy flowing through the through-hole 14. The extraction unit 86 is arranged in a processing area 56 on the side facing the processing unit 12. The components of the extraction unit 86 are partially arranged outside the processing area 56.

Claims (11)

Bearbeitungsvorrichtung (10), insbesondere Prozessgaszuführbearbeitungsvorrichtung, mit zumindest einer Bearbeitungseinheit (12), insbesondere Laserbohreinheit, welche dazu eingerichtet ist, eine Durchgangsausnehmung (14) in ein Substrat für eine elektrochemische Zelle (16) zu erzeugen, mit zumindest einer Prozessgaszuführeinheit (18), insbesondere Laserbohrprozessgaszuführeinheit, welche zumindest ein Kammerelement (20) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, Prozessgas in einen laufenden Bearbeitungsprozess (22), insbesondere Laserbohrprozess, zuzuführen, wobei das Prozessgas an der der Bearbeitungseinheit (12) abgewandten Seite (24) des Substrats für eine elektrochemische Zelle (16) flächendeckend angelegt ist, gekennzeichnet durch eine weitere Prozessgaszuführeinheit (46), welche dazu eingerichtet ist, Prozessgas in den laufenden Bearbeitungsprozess (22), insbesondere Laserbohrprozess, zuzuführen, wobei die weitere Prozessgaszuführeinheit (46) als Cross-Jet (72) ausgebildet ist.Processing device (10), in particular a process gas supply processing device, with at least one processing unit (12), in particular a laser drilling unit, which is designed to create a through-hole (14) in a substrate for an electrochemical cell (16), with at least one process gas supply unit (18), in particular a laser drilling process gas supply unit, which has at least one chamber element (20) which is designed to supply process gas into an ongoing processing process (22), in particular a laser drilling process, wherein the process gas is applied over the entire surface of the side (24) of the substrate for an electrochemical cell (16) facing away from the processing unit (12), characterized by a further process gas supply unit (46) which is designed to supply process gas into the ongoing processing process (22), in particular a laser drilling process, wherein the further process gas supply unit (46) is designed as a cross-jet (72). Bearbeitungsvorrichtung (10), insbesondere Prozessgaszuführbearbeitungsvorrichtung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kammerelement (20) zumindest eine gasdichte Kontaktfläche (48) mit dem Substrat (16) ausbildet.Processing device (10), in particular process gas supply processing device, according to Claim 1 , characterized in that the chamber element (20) forms at least one gas-tight contact surface (48) with the substrate (16). Verfahren zu einer Zuführung von Prozessgas mittels einer Bearbeitungsvorrichtung (10), insbesondere Prozessgaszuführbearbeitungsvorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem Bearbeitungsschritt (50), in welchem mittels einer Bearbeitungseinheit (12) der Bearbeitungsvorrichtung (10), insbesondere einer Laserbohreinheit, eine Durchgangsausnehmung (14) in ein Substrat für eine elektrochemische Zelle (16) eingebracht wird, wobei in dem Bearbeitungsschritt (50) die zumindest eine Prozessgaszuführeinheit (18) zumindest ein Kammerelement (20) aufweist, mittels welchem in dem Bearbeitungsschritt (50) ein Prozessgas an einer der Bearbeitungseinheit (12) abgewandten Seite (24) des Substrats für eine elektrochemische Zelle (16) flächendeckend angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt (50) das Prozessgas zusätzlich über eine weitere Prozessgaszuführeinheit (46) als Cross-Jet (72) über das Substrat für eine elektrochemische Zelle (16) zugeführt wird.Method for supplying process gas by means of a processing device (10), in particular a process gas supply processing device, according to one of the preceding claims, with at least one processing step (50) in which a through-hole (14) is introduced into a substrate for an electrochemical cell (16) by means of a processing unit (12) of the processing device (10), in particular a laser drilling unit, wherein in the processing step (50) the at least one process gas supply unit (18) has at least one chamber element (20) by means of which in the processing step (50) a process gas is applied over the entire surface of a side (24) of the substrate for an electrochemical cell (16) facing away from the processing unit (12), characterized in that in at least one processing step (50) the process gas is additionally supplied via a further process gas supply unit (46) as a cross-jet (72) over the substrate for an electrochemical cell (16). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt (50) die weitere Prozessgaszuführeinheit thermische Energie und/oder Partikel von der Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle (16) abführt.Procedure according to Claim 3 , characterized in that in at least one processing step (50) the further process gas supply unit removes thermal energy and/or particles from the surface of the substrate for an electrochemical cell (16). Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt (50) eine gasdichte Kontaktfläche (48) zwischen dem Kammerelement (20) und einer der Bearbeitungseinheit (12) abgewandten Seite (24) des Substrats für eine elektrochemische Zelle (16) ausgebildet wird.Procedure according to Claim 3 or 4 , characterized in that in at least one processing step (50) a gas-tight contact surface (48) is formed between the chamber element (20) and a side (24) of the substrate for an electrochemical cell (16) facing away from the processing unit (12). Verfahren nach Anspruch 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt (50) eine Prozessgasführung von dem Kammerelement (20) durch zumindest eine nach dem Durchbruch geöffnete Durchgangsausnehmung (14) ausgebildet wird.Procedure according to Claim 3 until 5 characterized in that in at least one processing step (50) a process gas guide is formed from the chamber element (20) through at least one through-hole (14) opened after the breakthrough. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt (50) über die Prozessgasführung von dem Kammerelement (20) durch zumindest einer nach dem Durchbruch geöffnete Durchgangsausnehmung (14) eine thermische Energie- und/oder Partikelabführung eingerichtet wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that in at least one processing step (50) a thermal energy and/or particle removal is established via the process gas guide from the chamber element (20) through at least one through-hole (14) opened after the breakthrough. Verfahren nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt (50) mittels des durch die Durchgangsausnehmung (14) fließenden Prozessgases Partikel und/oder Schmelze aus der Durchgangsausnehmung (14) ausgetrieben werden.Procedure according to Claim 3 until 7 , characterized in that in at least one processing step (50) particles and/or melt are expelled from the through-hole (14) by means of the process gas flowing through the through-hole (14). Verfahren nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt (50) die durch das durch die Durchgangsausnehmung (14) fließende Prozessgas herausgetriebenen Partikel und/oder Schmelze mittels des Cross-Jets (72) von der Oberfläche des Substrats für eine elektrochemische Zelle (16) abgeführt werden.Procedure according to Claim 3 until 8 , characterized in that in at least one processing step (50) the particles and/or melt expelled by the process gas flowing through the through-hole (14) are removed from the surface of the substrate for an electrochemical cell (16) by means of the cross jet (72). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Bearbeitungsschritt (50) das Prozessgas über eine Absaugeinheit (86) aus dem Bearbeitungsprozess (22), insbesondere Laserbohrprozess, abgesaugt wird.Procedure according to Claim 3 , characterized in that in at least one processing step (50) the process gas is extracted from the processing process (22), in particular the laser drilling process, via an extraction unit (86). Festoxid-Brennstoffzelle (26) mit einem Substrat für eine elektrochemische Zelle (16) hergestellt mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und/oder einem Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10.Solid oxide fuel cell (26) with a substrate for an electrochemical cell (16) produced by means of a device according to one of the Claims 1 or 2 and/or a method according to one of the Claims 3 until 10 .
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