-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport eines austenitischen Werkstückes und eine Verwendung des Verfahrens bei der Herstellung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen.
-
Brennstoffzellen weisen häufig Bipolarplatten auf, die aus austenitischen Stahlblechen gefertigt werden. Bei der Herstellung der Bipolarplatten werden die Stahlbleche in der Regel umgeformt und durch Schweißen, beispielsweise durch Laserschweißen, aneinander gefügt. In der Prozesskette des Herstellungsprozesses werden die Stahlbleche, insbesondere zu ihrem Transport, dabei taktil oder mit Hilfe von Unterdruck gehandhabt. Dies führt häufig zu Verunreinigungen der Stahlbleche, insbesondere in Bereichen, die als elektrochemisch aktive Bereiche der Bipolarplatten vorgesehen sind. Daher müssen diese Bereiche im Verlauf des Herstellungsprozesses gereinigt werden. Die Verwendung von Unterdruck zur Handhabung der Stahlbleche führt außerdem häufig zu mangelnder Präzision beim Transport der Stahlbleche und dadurch zu mangelhafter Qualität von Bipolarplatten und Ausschuss bei deren Herstellung.
-
DE 2330974 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Erzeugnisses mit abwechselnden magnetischen und unmagnetischen Abschnitten aus einem ganzen Metallrohling, wobei der Rohling aus einem Metall, das die Struktur des unstabilen Austenits besitzt, einer plastischen Verformung an Stellen unterzogen wird, denen die Eigenschaften eines magnetischen Materials verliehen werden müssen.
-
DE 101 22 032 B4 offenbart eine Bandfördervorrichtung, insbesondere zum hängenden Transport von plattenförmigen Werkstücken, die eine Unterdruckhaltevorrichtung und wahlweise zuschaltbare Magneteinheiten aufweist, um sowohl unmagnetische als auch magnetische Gegenstände zu transportieren.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Transport austenitischer Werkstücke, insbesondere zur Herstellung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen, anzugeben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Verwendung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Transport eines austenitischen Werkstückes wird das Werkstück vor dem Transport in Umformbereichen lokal magnetisiert, indem in den Umformbereichen Austenit in Ferrit und/oder Martensit umgewandelt wird. Anschließend wird das Werkstück unter Verwendung eines Magnetfeldes bewegt.
-
Die Magnetisierung ermöglicht es, dass Werkstück mittels Magnetfeldern zu bewegen und/oder zu positionieren. Die Bewegung des Werkstückes unter Verwendung eines Magnetfeldes ermöglicht es vorteilhaft, dass Werkstück berührungslos und gleichzeitig präzise zu führen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es daher, die Vorteile magnetischer, insbesondere elektromagnetischer, Kräfte auch zur Handhabung austenitischer Werkstücke zu nutzen. Die nur lokale Magnetisierung ist vorteilhaft, da magnetisierte Bereiche stärker korrosionsgefährdet sind als austenitische Bereiche.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Werkstück mittels des Magnetfeldes schwebend bewegt.
-
Durch den schwebenden Transport wird ein Kontakt des Werkstückes mit anderen Gegenständen, insbesondere mit einem Förderband, vermieden. Dadurch können vorteilhaft Beeinträchtigungen, insbesondere Verunreinigungen, des Werkstückes durch andere Gegenstände verhindert werden.
-
Vorzugsweise wird das Werkstück mittels eines Linearmotors mit einem Langstator transportiert.
-
Auf diese Weise kann das Werkstück vorteilhaft über längere Strecken mittels elektromagnetischer Kräfte transportiert werden. Insbesondere werden keine ausfallgefährdeten mechanischen Vorrichtungen zum Transport des Werkstückes benötigt. Dies vereinfacht und optimiert den Transport des Werkstückes.
-
Ferner wird das Werkstück vorzugsweise in wenigstens einem Umformbereich magnetisiert, der sich in einem Außenbereich des Werkstückes befindet.
-
Außenbereiche des Werkstückes eignen sich besonders zur Magnetisierung, da sie leicht zugänglich sind. Ferner verbessert eine Magnetisierung in Außenbereichen auch die Bewegung des Werkstückes mittels eines Magnetfeldes, da ein derart magnetisiertes Werkstück stabiler mittels eines Magnetfeldes führbar ist. Außerdem ermöglicht eine Magnetisierung, die nur in Außenbereichen erfolgt, die Vorteile des Austenits in den Innenbereichen des Werkstückes zu nutzen. Dies ist insbesondere bei Werkstücken vorteilhaft, deren Innenbereiche besonders vor Korrosion zu schützen sind, wie beispielsweise bei Werkstücken, deren Innenbereiche für elektrochemische Aktivitäten vorgesehen sind.
-
Des Weiteren wird das Werkstück in wenigstens einem Umformbereich magnetisiert, in dem sich eine Krümmung des Werkstückes befindet.
-
Gekrümmte Bereiche austenitischer Werkstücke lassen sich besonders einfach und effizient mechanisch induziert magnetisieren, beispielsweise durch mechanische Spannungen oder Dehnungen, und eigenen sich daher besonders vorteilhaft als Umformbereiche.
-
Vorzugsweise wird Austenit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Umformbereichen spannungs- und/oder dehnungsinduziert in Ferrit und/oder Martensit umgewandelt.
-
Dadurch können die Umformbereiche präzise durch lokal wirkende Spannungen oder Dehnungen lokal magnetisiert werden, ohne nicht zu magnetisierende Bereiche zu beeinflussen.
-
Bei dieser Art der Magnetisierung wird Austenit in den Umformbereichen ferner vorzugsweise jeweils durch eine Kombination eines Streckzuges und einer ebenen Dehnung in Ferrit und/oder Martensit umgewandelt.
-
Die Kombination eines Streckzuges mit einer Dehnung ermöglicht eine besonders präzise lokale Magnetisierung und eignet sich deshalb besonders vorteilhaft zur gezielten Magnetisierung des Werkstückes in lokalen Umformbereichen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere bei der Herstellung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen zum Transport austenitischer Werkstücke, aus denen die Bipolarplatten gefertigt werden.
-
Diese Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders vorteilhaft, da austenitische Werkstücke, aus denen Bipolarplatten gefertigt werden, besonders präzise gefertigt werden müssen, was durch den berührungslosen und präzisen erfindungsgemäßen Transport der Werkstücke während des Herstellungsprozesses gefördert wird. Außerdem verhindert insbesondere ein schwebender Transport Verunreinigungen der Werkstücke während ihrer Herstellung, so dass keine aufwändige Reinigung nach dem Transport benötigt wird.
-
Bei dieser Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Werkstücke vorzugsweise nur in Umformbereichen magnetisiert, die als elektrochemisch inaktive Bereiche einer Bipolarplatte vorgesehen sind.
-
Dadurch wird verhindert, dass die Bipolarplatte in elektrochemisch aktiven Bereichen magnetisiert wird. Dies ist vorteilhaft, da magnetisierte Bereiche besonders korrosionsgefährdet sind und daher möglichst nicht mit elektrochemisch aktiven Bereichen zusammenfallen sollten.
-
Im Falle, dass eine Magnetisierung von Umformbereichen, die sich in Bereichen befinden, die als elektrochemisch aktive Bereiche einer Bipolarplatte vorgesehen sind, erforderlich ist, werden diese Umformbereiche jeweils mit einer elektrochemisch inaktiven Beschichtung beschichtet.
-
Auf diese Weise werden diejenigen Umformbereiche einer Bipolarplatte, die in einem elektrochemisch aktiven Bereich liegen, vorteilhaft vor Korrosion geschützt.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
-
1 eine Querschnittsdarstellung zweier lokal magnetisierter austenitischer Werkstücke, aus denen eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle hergestellt wird,
-
2 eine erste Transportvorrichtung zum Transport zweier lokal magnetisierter austenitischer Werkstücke, aus denen eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle hergestellt wird, und
-
3 eine zweite Transportvorrichtung zum Transport zweier lokal magnetisierter austenitischer Werkstücke, aus denen eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle hergestellt wird.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt eine Querschnittsdarstellung zweier Werkstücke 1, 2, aus denen eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle hergestellt wird. Beide Werkstücke 1, 2 sind als flache profilierte Bleche bzw. Blechfolien ausgebildet, die jeweils aus austenitischen Stahl gefertigt sind und in schraffiert dargestellten Umformbereichen 1.1, 2.1 erfindungsgemäß lokal magnetisiert werden. Die Querschnittsebene wird im Folgenden als eine yz-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems mit Koordinaten x, y, z bezeichnet.
-
Ein erstes Werkstück 1 weist zwei plane erste Randbereiche 1.2, deren zueinander korrespondierende Oberflächen sich in gemeinsamen xy-Ebenen befinden, und einen ebenfalls planen, zu den ersten Randbereichen 1.2 parallel versetzten ersten Mittelbereich 1.3 auf. Der erste Mittelbereich 1.3 ist mit jedem ersten Randbereich 1.2 über einen ersten Verbindungsbereich 1.4 verbunden, der von dem jeweiligen Randbereich 1.2 und dem ersten Mittelbereich 1.3 abgewinkelt ist. Erste Umformbereiche 1.1, in denen das erste Werkstück 1 magnetisiert wird, befinden sich in ersten Krümmungsbereichen 1.5, in denen die ersten Verbindungsbereiche 1.4 von den ersten Randbereichen 1.2 abgewinkelt sind.
-
Das zweite Werkstück 2 weist zwei plane zweite Randbereiche 2.2 auf, wobei jeder zweite Randbereich 2.2 zu einem ersten Randbereich 1.2 des ersten Werkstückes 1 korrespondiert und parallel zu diesem in z-Richtung über ihm angeordnet ist. Bei der Herstellung der Bipolarplatte wird jeder zweite Randbereich 2.2 an den korrespondierenden ersten Randbereich 1.2 gefügt, beispielsweise durch Laserschweißen. Die Werkstücke 1, 2 dienen dann als Elektroden der Bipolarplatte, an die elektrische Spannungen unterschiedlicher Polarität angelegt werden.
-
Das zweite Werkstück 2 weist ferner einen zweiten Mittelbereich 2.3, der zu den zweiten Randbereichen 2.2 parallel versetzt ist und mit jedem zweiten Randbereich 2.2 über einen zweiten Verbindungsbereich 2.4 verbunden ist. Jeder zweite Verbindungsbereich 2.4 ist von einem zweiten Randbereich 2.2 abgewinkelt und mit dem zweiten Mittelbereich 2.3 über einen zweiten Krümmungsbereich 2.5 verbunden, der in der yz-Ebene in z-Richtung höckerartig von dem zweiten Mittelbereich 2.3 absteht. Diese zweiten Krümmungsbereiche 2.5 bilden zweite Umformbereiche 2.1, in denen das zweite Werkstück 2 magnetisiert wird.
-
Die Mittelbereiche 1.3, 2.3 der Werkstücke 1, 2 sind voneinander beabstandet, so dass sich nach dem Aneinanderfügen der Werkstücke 1, 2 in deren Randbereichen 1.2, 2.2 zwischen ihren Mittelbereichen 1.3, 2.3 ein Hohlraum bildet, der beispielsweise mit einem Kühlmittel zur Kühlung der Bipolarplatte befüllbar ist. Die Mittelbereiche 1.3, 2.3 bilden nach der Fertigstellung der Bipolarplatte deren elektrochemisch aktive Bereiche.
-
Die Magnetisierung der Umformbereiche 1.1, 2.1 erfolgt durch spannungs- und dehnungsinduzierte Martensitbildung in den Umformbereichen 1.1, 2.1, vornehmlich durch einen Streckzug in x-Richtung, der mit einer dazu orthogonalen ebenen Dehnung kombiniert wird. Dabei werden ein definierter Umformzustand und ein definierter Umformgrad derart eingestellt, dass die Umwandlung von Austenit in Martensit in den Umformbereichen 1.1, 2.1 möglichst vollständig erfolgt, um dort eine optimale Magnetisierung zu erzielen. Insbesondere werden die Umformbereiche 1.1, 2.1 bei dem Streckzug definiert nahe an eine Umformgrenze herangeführt, bei deren Überschreiten das jeweilige Werkstück 1, 2 reißen würde. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders gute Magnetisierung erreicht, da die Magnetisierung umso besser ist, je näher das Werkstück 1, 2 an die Umformgrenze herangeführt wird.
-
Dazu wird der Umformprozess mit einem Umformwerkzeug durchgeführt, das in tribologischem Kontakt mit dem Werkstück 1, 2 steht, wobei das tribologische System, das aus dem Umformwerkzeug, dem Werkstück 1, 2 und einem zwischen diesen eingebrachten Zwischenmedium so definiert wird, dass in den Umformbereichen 1.1, 2.1 eine möglichst vollständige Martensitbildung erfolgt. Insbesondere sind dabei ein Reibungskoeffizient der tribologischen Wechselwirkung zwischen dem Umformwerkzeug und dem Werkstück 1, 2 sowie die Form des Werkstückes 1, 2 wesentliche einzustellende Parameter. Beispielsweise wird bei Werkstücken 1, 2, die als herkömmliche Blechfolien für Bipolarplatten ausgebildet sind, ein Reibungskoeffizient eingestellt, der größer als 0,5 ist, und die Blechfolien werden derart geformt, dass die Krümmungsradien in den Krümmungsbereichen 1.5, 2.5 kleiner als 0,2 mm sind.
-
2 zeigt schematisch eine erste Transportvorrichtung 4 zum Transport zweier lokal magnetisierter austenitischer Werkstücke 1, 2 des in 1 dargestellten Typs. Die erste Transportvorrichtung 4 umfasst eine Hebevorrichtung 5, die ein Magnetfeld erzeugt, mittels dessen die Werkstücke 1, 2 aufgrund ihrer Magnetisierung angezogen und dadurch angehoben werden können. In einer ersten Variante der ersten Transportvorrichtung 4 treten die Werkstücke 1, 2 durch das Anheben in Kontakt mit der Hebevorrichtung 5. In einer zweiten Variante werden die Werkstücke 1, 2 ohne Kontakt zur Hebevorrichtung 5 durch dessen Magnetfeld schwebend gehalten, so dass sich das die von dem Magnetfeld und dem Erdschwerefeld auf die Werkstücke 1, 2 ausgeübten Kräfte gegenseitig kompensieren. In beiden Varianten werden die Werkstücke 1, 2 durch Bewegung der Hebevorrichtung 5 transportiert. Die Richtung des Transports ist in 2 durch einen Pfeil angedeutet. Die Hebevorrichtung 5 kann dabei auf unterschiedliche Weise bewegt werden, beispielsweise mittels nicht dargestellten Linearlagerführungen. Die Werkstücke 1, 2 werden auf diese Weise beispielsweise zu einem Fügeort transportiert, an dem sie aneinander gefügt werden.
-
3 zeigt schematisch eine zweite Transportvorrichtung 6 zum Transport zweier lokal magnetisierter austenitischer Werkstücke 1, 2 des in 1 dargestellten Typs. Die zweite Transportvorrichtung 6 umfasst einen Linearmotor 7 mit einem Langstator, der ein magnetisches Wanderfeld erzeugt, mittels dessen die Werkstücke 1, 2 schwebend transportiert werden. Am Ende der zweiten Transportvorrichtung 6 werden die Werkstücke 1, 2 durch ein dem magnetischen Wanderfeld entgegen gerichtetes Magnetfeld abgebremst und geparkt, beispielsweise um sie aneinander zu fügen. Die Richtungen der Magnetfelder entlang der zweiten Transportvorrichtung 6 sind in 3 durch Pfeile angedeutet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- erstes Werkstück
- 1.1
- erster Umformbereich
- 1.2
- erster Randbereich
- 1.3
- erster Mittelbereich
- 1.4
- erster Verbindungsbereich
- 1.5
- erster Krümmungsbereich
- 2
- zweites Werkstück
- 2.1
- zweiter Umformbereich
- 2.2
- zweiter Randbereich
- 2.3
- zweiter Mittelbereich
- 2.4
- zweiter Verbindungsbereich
- 2.5
- zweiter Krümmungsbereich
- 4
- erste Transportvorrichtung
- 5
- Hebevorrichtung
- 6
- zweite Transportvorrichtung
- 7
- Linearmotor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 2330974 A1 [0003]
- DE 10122032 B4 [0004]
