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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Platten für Brennstoffzellen und insbesondere ein Verfahren zum Messen von Abmessungen der Platten während einer Herstellung derselben.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine Brennstoffzelle wurde als saubere, effiziente und umweltverantwortliche Energiequelle für Elektrofahrzeug und verschiedene andere Anwendungen vorgeschlagen. Einzelne Brennstoffzellen können zusammen in Reihe gestapelt werden, um für verschiedene Anwendungen einen Brennstoffzellenstapel zu bilden. Der Brennstoffzellenstapel kann eine ausreichende Strommenge zum Antreiben eines Fahrzeugs liefern. Insbesondere wurde der Brennstoffzellenstapel als mögliche Alternative für den in modernen Kraftfahrzeugen verwendeten herkömmlichen Verbrennungsmotor ausgemacht.
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Eine Art von Brennstoffzelle ist die Polymerelektrolytmembran(PEM)-Brennstoffzelle. Die PEM-Brennstoffzelle umfasst drei grundlegende Komponenten: eine Elektrolytmembran; und ein Paar von Elektroden, die eine Kathode und eine Anode umfassen. Die Elektrolytmembran ist zwischen den Elektroden sandwichartig eingeschlossen, um eine Membranelektrodeneinheit (MEA, kurz vom engl. Membrane Electrode Assembly) zu bilden. Die MEA ist typischerweise zwischen porösen Diffusionsmedien (DM), wie etwa Kohlefaserpapier, angeordnet, was eine Zufuhr von Reaktanten, wie etwa Wasserstoff zu der Anode und Sauerstoff zu der Kathode, erleichtert. Eine MEA und DM, die mit einer Zwischendichtung für die Trennung von Reaktantfluiden vormontiert werden, ist als modulare Elektrodenanordnung (UEA, kurz vom engl. Unitized Electrode Assembly) bekannt.
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Bei der elektrochemischen Brennstoffzellenreaktion wird der Wasserstoff in der Anode katalytisch oxidiert, um freie Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen treten durch den Elektrolyten zur Kathode. Die Elektronen von der Anode können nicht durch die Elektrolytmembran treten und werden stattdessen als elektrischer Strom durch eine elektrische Last, wie einen Elektromotor, zu der Kathode geleitet. Die Protonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen.
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Die Elektrolytmembran ist typischerweise aus einer Ionomerschicht gebildet. Die Elektroden der Brennstoffzelle sind im Allgemeinen aus einem feinteiligen Katalysator gebildet. Der Katalysator kann ein beliebiger Elektrokatalysator sein, der mindestens eines von Oxidation von Wasserstoff oder Methanol und Reduktion von Sauerstoff für die elektrochemische Reaktion der Brennstoffzelle katalytisch unterstützt. Der Katalysator ist typischerweise ein Edelmetall wie etwa Platin oder ein anderes Platingruppenmetall. Der Katalysator ist im Allgemeinen auf einem Kohlenstoffträger, wie etwa Rußschwarzpartikeln, angeordnet und ist in einem Ionomer dispergiert.
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Die Elektrolytmembran, die Elektroden, die DM und eine Zwischendichtung, zum Beispiel in Form der UEA, sind zwischen einem Paar von Brennstoffzellenplatten angeordnet. Das Brennstoffzellenplattenpaar bildet eine Anodenplatte und eine Kathodenplatte. Jede der Brennstoffzellenplatten kann mehrere darin ausgebildete Kanäle für die Verteilung der Reaktanten und des Kühlmittels zu der Brennstoffzelle aufweisen. Die Brennstoffzellenplatte wird typischerweise durch einen herkömmlichen Prozess zum Umformen von Blech wie zum Beispiel Stanzen, maschinelles Bearbeiten, Formen oder Fotoätzen durch eine photolithographische Maske gebildet. Im Fall einer Brennstoffzellen-Bipolarplatte ist die Brennstoffzellenplatte typischerweise aus einem Paar von unipolaren Platten gebildet, die dann zum Bilden der Brennstoffzellen-Bipolarplatte verbunden werden.
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Die Abmessungen von Unipolar- und Bipolar-Brennstoffzellenplatten verändern sich bekanntermaßen nach vielen der Bearbeitungsschritte in Verbindung mit der Herstellung der Brennstoffzellenplatten. Zum Beispiel ändern die Brennstoffzellenplatten aufgrund der mechanischen Spannungen und der Wärmeentwicklung, denen die Brennstoffzellenplatten während der Bearbeitung ausgesetzt werden, Form und Größe. Während eines Stanzvorgangs erfährt die Brennstoffzellenplatte ein Zurückspringen, wenn sie aus einem Umformwerkzeug gelöst wird. Während Laserbeschnitt-, Laserschweiß- und Teilemarkierungsprozessen schrumpft die Brennstoffzellenplatte oder verzieht sich anderweitig aufgrund der Wärme, die durch das Laser auf die Brennstoffzellenplatte übertragen wird.
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Es besteht weiterhin Bedarf an einem Verfahren zum präzisen Messen, Überwachen und Ausgleichen von physikalischen Änderungen, die während des gesamten Herstellungsprozesses einer Brennstoffzellenplatte auftreten. Wünschenswerterweise können die Messungen auf ein kleinstes Inkrement des Herstellungsprozesses unterteilt werden, um die Wirkungen dieses bestimmten Prozesses auf die Brennstoffzellenplatte zu erkennen und Prozessänderungen zum Minimieren der Wirkungen anzuweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung wird überraschenderweise ein Verfahren zum präzisen Messen, Überwachen und Ausgleichen von physikalischen Änderungen entdeckt, die während des Herstellungsprozesses einer Brennstoffzellenplatte auftreten, bei dem die Messungen auf ein kleinstes Inkrement des Herstellungsprozesses unterteilt werden können, um die Wirkungen dieses bestimmten Prozesses auf die Brennstoffzellenplatte zu erkennen und Prozessänderungen zum Minimieren der Wirkungen anzuweisen.
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Die vorliegende Offenbarung umfasst die Verwendung eines Modells, etwa eines mathematischen Modells, um eine theoretische Position oder Sollposition auf einer Metallplatte für ein Messmerkmal zu einer ersten Achse und einer zweiten Achse zu definieren. Ein Vorgang wie etwa ein Stanzen des Blechs unter Verwenden eines Umformwerkzeugs wird die verwendet, um die Metallplatte zu strecken oder zu ziehen. Zur Veranschaulichung kann der erste Umformarbeitsschritt auch verwendet werden, um das Messmerkmal der Metallplatte zu bilden. Bei Lösen aus dem Umformwerkzeug springt das Material der Metallplatte zurück. Dies verursacht eine Veränderung, deren Bestimmung ein Vergleich des Messmerkmals relativ zur theoretischen Position unterstützt. Eine zusätzliche Veränderung der Metallplatte wird durch anschließende Arbeitsschritte, Vorgänge und Prozesse wie etwa Ausstanzen, um Zugangsmaterial zu entfernen, was mechanische Spannung abbaut und ein zusätzliches Zurückspringen bewirkt, und Fügeprozesse wie etwa Laserschweißen, das zusätzliche Änderungen und Schrumpfung bewirkt, herbeigeführt.
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In einer ersten Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Messen einer Platte für einen Brennstoffzellenstapel den Schritt des Vorsehens eines Modells der Platte mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse. Das Modell weist auch mindestens ein theoretisches Messmerkmal mit einem theoretischen Satz von Koordinaten auf. Die Platte ist auch mit mindestens einem Messmerkmal versehen. Die erste Achse und die zweite Achse werden relativ zu der Platte festgelegt. Das mindestens eine Messmerkmal der Platte wird dann relativ zu der ersten Achse und der zweiten Achse lokalisiert. Das mindestens eine Messmerkmal wird gemessen, um einen ersten Satz von Koordinaten für das mindestens eine Messmerkmal zu bestimmen. Der erste Satz von Koordinaten der Platte wird mit dem theoretischen Satz von Koordinaten des Modells verglichen, um eine Verschiebung des ersten Satzes von Koordinaten von dem theoretischen Satz von Koordinaten zu ermitteln.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Messen einer Platte für einen Brennstoffzellenstapel das Vorsehen eines Modells der Platte, das einen Koordinatenursprung, eine erste Achse und eine zweite Achse umfasst. Das Modell weist weiterhin mindestens ein theoretisches Messmerkmal mit einem theoretischen Satz von Koordinaten auf. Es wird auch die Platte mit mindestens einem Messmerkmal vorgesehen. Der Koordinatenursprung, die erste Achse und die zweite Achse werden relativ zu der Platte festgelegt.
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Die erste Achse ist im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Achse. Die erste Achse und die zweite Achse schneiden sich im Koordinatenursprung. Das mindestens eine Messmerkmal der Platte wird relativ zu der ersten Achse und der zweiten Achse lokalisiert. Das mindestens eine Messmerkmal auf der Platte wird gemessen, um einen ersten Satz von Koordinaten für das Messmerkmal zu bestimmen. Der erste Satz von Koordinaten der Platte wird dann mit dem theoretischen Satz von Koordinaten des Modells verglichen, um eine Verschiebung des ersten Satzes von Koordinaten von dem theoretischen Satz von Koordinaten zu ermitteln.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Messen einer Platte für einen Brennstoffzellenstapel das Vorsehen eines Modells der Platte, das einen Koordinatenursprung, eine erste Achse und eine zweite Achse umfasst. Das Modell weist weiterhin mindestens ein theoretisches Messmerkmal mit einem theoretischen Satz von Koordinaten auf. Es wird auch die Platte mit mindestens einem Messmerkmal und mindestens einem Bezugsloch zum Ausrichten der Platte vorgesehen. Das mindestens eine Bezugsloch ist auf einer Schwerlinie der Platte angeordnet. Der Koordinatenursprung, die erste Achse und die zweite Achse werden dann relativ zu der Platte festgelegt. Die erste Achse ist im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Achse. Die erste Achse wird auf der Schwerlinie der Platte angeordnet. Die zweite Achse schneidet die erste Achse am Koordinatenursprung in der Mitte des mindestens einen Bezugslochs. Das mindestens eine Messmerkmal wird relativ zu der ersten Achse und der zweiten Achse lokalisiert. Das mindestens eine Messmerkmal auf der Platte wird gemessen, um einen ersten Satz von Koordinaten für das Messmerkmal zu bestimmen. Der erste Satz von Koordinaten der Platte wird mit dem theoretischen Satz von Koordinaten des Modells verglichen, um eine Verschiebung des ersten Satzes von Koordinaten von dem theoretischen Satz von Koordinaten zu ermitteln. Dann wird ein weiterer Vorgang an der Platte ausgeführt. Das Messmerkmal wird infolge des Ausführens des weiteren Vorgangs weiter verschoben, um die Verschiebung des ersten Satzes von Koordinaten auszugeichen. Das mindestens eine Messmerkmal wird nach dem Ausführen des weiteren Vorgangs an der Platte gemessen, um einen zweiten Satz von Koordinaten für das Messmerkmal zu bestimmen. Die Verschiebung des zweiten Satzes von Koordinaten von dem theoretischen Satz von Koordinaten ist geringer als die Verschiebung des ersten Satzes von Koordinaten von dem theoretischen Satz von Koordinaten.
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ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden sowie andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen für den Fachmann ohne weiteres aus der folgenden eingehenden Beschreibung, insbesondere bei Betrachtung im Hinblick auf die hierin nachstehend beschriebenen Zeichnungen, hervor.
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1 ist eine schematische Draufsicht von oben auf eine Brennstoffzellenplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine vergrößerte unvollständige Draufsicht von oben auf die in 1 veranschaulichte Brennstoffzellenplatte und veranschaulicht weiterhin eine Verschiebung eines Messmerkmals der Brennstoffzellenplatte von einer Sollposition eines in gestrichelten Linien gezeigten theoretischen Messmerkmals; und
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3 ist eine schematische Draufsicht von oben auf eine Brennstoffzellenplatte gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die folgende eingehende Beschreibung und beigefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und Zeichnungen dienen dazu, einem Fachmann das Herstellen und Nutzen der Erfindung zu ermöglichen, und sollen nicht den Schutzumfang der Erfindung in irgendeiner Weise beschränken. Bezüglich der offenbarten Verfahren sind die dargelegten Schritte beispielhafter Natur und sind somit nicht erforderlich oder ausschlaggebend.
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Wie in 1–2 gezeigt umfasst die vorliegende Offenbarung eine Platte 2 für einen (nicht gezeigten) Brennstoffzellenstapel. Die Platte 2 umfasst einen Zufuhrbereich 4 und einen aktiven Bereich 6. Der Zufuhrbereich 4 kann zwischen mehreren Verteileröffnungen 8 angeordnet sein, die Verteilereinlässe und Verteilerauslässe für Reaktanten und Kühlmittel des Brennstoffzellenstapels, wenn dieser zusammengebaut ist, festlegen, und dem aktiven Bereich 6 angeordnet sein. Der aktive Bereich 6 kann ein Strömungsfeld 10 mit mehreren Strömungskanälen umfassen, die bei Betrieb Reaktanten von den Einlässen zu den Auslässen des Brennstoffzellenstapels leiten.
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Die Platte 2 weist weiterhin mindestens ein darauf ausgebildetes Messmerkmal 12 auf. Das Messmerkmal 12 kann ein funktionelles Merkmal auf der Platte 2, wie etwa ein Durchgang oder ein Strömungskanal, oder ein ansonsten nicht funktionelles Merkmal, das für den ausschließlichen Zweck der Messung auf der Platte 2 ausgebildet ist, sein. In einer bestimmten Ausführungsform ist das Messmerkmal 12 eine im Wesentlichen kreisförmige Vertiefung 14, die in einem erhabenen Abschnitt 16 auf der Platte 2 angeordnet ist. Es versteht sich, dass sich durch bekannte optische Messsysteme abgerundete Vertiefungen 14 leicht lokalisieren lassen und Mittelpunkte sich leicht daraus ermitteln lassen. Zum Beispiel können die Vertiefungen 14 mit einer optischen Konzentrizitätsfunktion, wie aus dem Stand der Technik bekannt, lokalisiert werden. Innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung können auch andere geeignete Arten und Formen von Messmerkmalen 12 genutzt werden.
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Das mindestens eine Messmerkmal 12 kann zum Beispiel wie in 1 gezeigt zwischen den Verteileröffnungen 8 und dem Strömungsfeld 10 angeordnet werden. Es kann besonders wünschenswert sein, das mindestens eine Messmerkmal 12 benachbart zu dem Zufuhrbereich nahe Stellen auszubilden, an denen die Platte 2 während eines Herstellungsvorgangs erwartungsgemäß eine Entwicklung von mechanischen Spannungen oder eine Wärmeentwicklung erfährt. In anderen Ausführungsformen ist das mindestens eine Messmerkmal 12 benachbart zu einem Umfangsrand der Platte 2 angeordnet. Wenn das mindestens eine Messmerkmal 12 benachbart zu dem Umfangsrand der Platte 2 angeordnet ist, versteht sich, dass das mindestens eine Messmerkmal 12 auch im Wesentlichen in Schweißstellen wie etwa Dichtungsschweißnähten auf der Platte 2 angeordnet wird. Ein Fachmann kann nach Bedarf andere Stellen für das mindestens eine Messmerkmal 12 wählen.
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In einer veranschaulichenden Ausführungsform umfasst die Platte 2 mehrere der Messmerkmale 12. Zum Beispiel können zwei Paare der Messmerkmale 12 in etwa auf halber Strecke über der Platte 2 und im Allgemeinen orthogonal zueinander positioniert werden. Die mehreren Messmerkmale 12 können ein erstes Messmerkmal, ein zweites Messmerkmal, ein drittes Messmerkmal und ein viertes Messmerkmal umfassen. Das erste Messmerkmal und das dritte Messmerkmal sind auf gegenüberliegenden Seiten des Strömungsfelds 10 und zwischen den Verteileröffnungen 18 und dem Strömungsfeld 10 angeordnet. Das zweite Messmerkmal und das vierte Messmerkmal sind auf gegenüberliegenden Seiten des Strömungsfelds 10 und zwischen dem Strömungsfeld 8 und dem Umfangsrand der Platte 2 angeordnet. Jedes von erstem Messmerkmal, zweitem Messmerkmal, drittem Messmerkmal und viertem Messmerkmal ist in einer Dichtungsschweißnaht der Platte 2 angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Messmerkmale 12 in einem Bereich angeordnet sein, der wie längliche Vertiefungen (nicht gezeigt) geformte Randmerkmale umfasst, die an die Kanäle der aktiven Fläche, die Region benachbart zu dem Umfangsrand der Platte 2 angrenzen und relativ zu den Sammlern der Platte 2 mittig positioniert sind. Durch mittiges Lokalisieren der Messmerkmale 12 kann man ermitteln, ob die Platte 2 zum Beispiel während eines Schweißvorgangs symmetrisch schrumpft. Die Messdaten können verwendet werden, um einen Passstift für die Platte 2 in einer Schweißhaltevorrichtung zu bewegen, um die Schweißschrumpfung zu zentrieren, so dass die Endplatte 2 bei Drehung in der horizontalen Ebene symmetrisch ist.
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Es versteht sich, dass die Platte 2 der vorliegenden Offenbarung nach Bedarf eine unipolare Platte oder eine Bipolarplatte umfassen kann. In bestimmten Ausführungsformen, bei denen die Platte 2 eine aus einem Paar von unipolaren Platten gebildete Bipolarplatte ist, können die Messmerkmale 12 auf jeder der unipolaren Platten gebildet werden. In einem besonders anschaulichen Beispiel sind die Messmerkmale 12 sowohl auf einer unipolaren Platte der Anode als auch einer unipolaren Platte der Kathode, die anschließend zusammengebaut wird, um die Bipolarplatte zur Verwendung in dem Brennstoffzellenstapel zu bilden, ausgebildet.
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Auch wenn die Erfindung hierin bezüglich der verallgemeinerten Platte 2 für den Brennstoffzellenstapel beschrieben wird, versteht sich, dass die Übertragung der Erfindung auf andere spezifische Brennstoffzellenplattenkonstruktionen und -konfigurationen ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung liegt. In der U.S.-Patentanmeldung Seriennr. 12/938,847 für Miller et al. und der U.S.-Patentanmeldung Seriennr. 11/752,993 für Newman et al., deren gesamte Offenbarungen hierdurch durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind, werden nicht einschränkende Beispiele für alternative geeignete Brennstoffzellenplattenkonstruktionen und -konfigurationen zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung offenbart. Ein Fachmann kann nach Bedarf die anderen spezifischen Konstruktionen und Konfigurationen wählen.
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Die vorliegende Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Messen der Platte 2. Das Verfahren umfasst zuerst den Schritt des Vorsehens eines Modells der Platte 2. Das Modell umfasst eine erste Achse 18 und eine zweite Achse 20 und weist mindestens ein theoretisches Messmerkmal mit einem theoretischen Satz von Koordinaten (Xt, Yt) auf. Das Modell kann auch einen Koordinatenursprung 22 umfassen, zum Beispiel dort, wo sich die erste Achse 18 und die zweite Achse 20 schneiden. Wenn die Platte 2 mehr als ein Messmerkmal 12 aufweist, kann das Modell auch mehr als ein theoretisches Messmerkmal umfassen. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Modell ein erstes theoretisches Messmerkmal, dem das erste Messmerkmal der Platte 2 entspricht, ein zweites theoretisches Messmerkmal, dem das zweite Messmerkmal der Platte 2 entspricht, ein drittes theoretisches Messmerkmal, dem das dritte Messmerkmal der Platte 2 entspricht, und ein viertes theoretisches Messmerkmal, dem das vierte Messmerkmal der Platte 2 entspricht, umfassen. Als weitere nicht einschränkende Beispiele kann das Modell ein Computermodell, wie etwa ein mathematisches Modell oder ein CAD-Modell, sein. Ein Fachmann sollte erkennen, dass nach Bedarf auch andere Stückzahlen von theoretischen Messmerkmalen und Arten von Modellen verwendet werden können.
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Als Nächstes umfasst das Verfahren einen Schritt des Festlegens der ersten Achse 18 und der zweiten Achse 20 des Modells relativ zu der Platte 2. Die erste Achse 18 kann zum Beispiel im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Achse 20 sein. In einer bestimmten Ausführungsform wird relativ zu der Platte 2 die erste Achse 18 als X-Achse festgelegt und die zweite Achse 20 als Y-Achse festgelegt. Innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung können auch andere Ausrichtungen verwendet werden und relativ zu der Platte 2 auch andere Achsen festgelegt werden.
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Der Schritt des Festlegens der ersten Achse 18 und der zweiten Achse 20 kann auch das Festlegen des Koordinatenursprungs 22 des Modells relativ zu der Platte 2 umfassen. Zum Beispiel kann der Koordinatenursprung 22 an einem kennzeichnenden Merkmal auf der Platte 2 festgelegt werden. Der Koordinatenursprung 22 kann auch an einem Punkt außerhalb der Platte, zum Beispiel an einer Stelle benachbart zu einer Ecke der Platte 2, festgelegt werden. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Koordinatenursprung 22 an einem Umfangsrand der Platte 2 und im Einzelnen an einer Ecke der gezeigten, im Wesentlichen rechteckigen Platte 2 festgelegt. Nach Bedarf können andere geeignete Positionen für den Koordinatenursprung 22 gewählt werden.
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Es versteht sich, dass der theoretische Satz von Koordinaten (Xt, Yt) eine Baseline vorsieht, anhand derer alle Messungen des mindestens einen Messmerkmals 12 verglichen werden können. Das Lokalisieren und Messen des mindestens einen Messmerkmals 12, nachdem das mindestens eine Messmerkmal 12 durch einen Vorgang wie etwa zum Beispiel einen Stanzvorgang auf der Platte 2 ausgebildet wurde, bestimmt einen ersten Satz von Koordinaten (X1, Y1) für das Messmerkmal 12. Der theoretische Satz von Koordinaten (Xt, Yt) kann mit dem ersten Satz von Koordinaten (X1, Y1) verglichen werden, um eine relative Verschiebung (ΔX, ΔY) des mindestens einen Messmerkmals 12 relativ zu einer theoretischen Sollposition zu ermitteln. Der Vergleich kann durch Subtrahieren des ersten Satzes von Koordinaten (X1, Y1) von dem theoretischen Satz von Koordinaten (Xt, Yt) durchgeführt werden, um die Verschiebung (ΔX, ΔY) vorzusehen. Es können auch alternative Mittel zum Vergleichen des ersten Satzes von Koordinaten (X1, Y1) mit dem theoretischen Satz von Koordinaten (Xt, Yt) genutzt werden.
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An der Platte 2 durchgeführte anschließende Prozesse können dann angepasst werden, um die Verschiebung (ΔX, ΔY) des mindestens einen Messmerkmals 12 auszugleichen. Zum Beispiel kann an der Platte 2 ein weiterer Vorgang durchgeführt werden. Der weitere Vorgang kann einen beliebigen Herstellungsvorgang in Verbindung mit der Herstellung der Platte 2 zur Verwendung in dem Brennstoffzellenstapel umfassen. Als nicht einschränkende Beispiele kann der weitere Vorgang mindestens eines von einem Stanzprozess, einem Zuschnittprozess, einem Prozess des maschinellen Bearbeitens und einem Schweißprozess umfassen. Der weitere Vorgang kann zu dem Anlegen mindestens eines von Entwicklung mechanischer Spannungen und Wärmeentwicklung auf die Platte 2 führen, was die lokalen Abmessungen oder Gesamtabmessungen der Platte 2 nach dem Vorgang beeinflussen kann. Zum Beispiel können Stanzprozessen unterzogene Materialien einen gewissen Betrag an ”Zurückspringen” aufweisen. Schweißprozesse können insbesondere zu Schweißschrumpfung führen. Andere Vorgänge in Verbindung mit der Herstellung der Platte 2 liegen ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung.
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Wie hierin vorstehend festgestellt kann das mindestens eine Messmerkmal 12 infolge des weiteren Vorgangs von dem theoretischen Satz von Koordinaten (Xt, Yt) sowie von dem ersten Satz von Koordinaten (X1, Y1) verschoben werden. Um ein Ausmaß der Verschiebung (ΔX, ΔY) zu ermitteln, wird das mindestens eine Messmerkmal 12 nach dem Ausführen des weiteren Vorgangs an der Platte 2 lokalisiert und gemessen, um einen zweiten Satz von Koordinaten (X2, Y2) für das Messmerkmals 12 zu bestimmen. Nach dem Bestimmen des zweiten Satzes von Koordinaten (X2, Y2) wird der theoretische Satz von Koordinaten (Xt, Yt) mit dem zweiten Satz von Koordinaten (X2, Y2) verglichen, um die relative Verschiebung (ΔX, ΔY) des mindestens einen Messmerkmals 12 zu ermitteln. Der Vergleich kann durch Subtrahieren des zweiten Satzes von Koordinaten (X2, Y2) von dem theoretischen Satz von Koordinaten (Xt, Yt) durchgeführt werden, um die Verschiebung (ΔX, ΔY) vorzusehen. Es können auch alternative Mittel zum Vergleichen des theoretischen Satzes von Koordinaten (Xt, Yt) mit dem zweiten Satz von Koordinaten (X2, Y2) genutzt werden.
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Es versteht sich, dass die an der Platte 2 durchgeführten weiteren Vorgänge mindestens eines von gewählt und angepasst werden können, um die gesamte Verschiebung (ΔX, ΔY) des mindestens einen Messmerkmals 12 von dem theoretischen Satz von Koordinaten (Xt, Yt) zu minimieren. Zum Beispiel kann der Schritt des Anpassens des weiteren Vorgangs dazu führen, dass das mindestens eine Messmerkmal 12 den zweiten Satz von Koordinaten (X2, Y2) aufweist, die unabhängig von der sich aus dem ersten Satz von Koordinaten (X1, Y2) ergebenden Verschiebung (ΔX, ΔY) im Wesentlichen gleich dem theoretischen Satz von Koordinaten (Xt, Yt) sind.
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Alle weiteren an der Platte 2 durchzuführenden Vorgänge können ebenfalls angepasst werden, um die Verschiebung (ΔX, ΔY) auszugleichen, deren Auftreten infolge der an der Platte 2 auszuführenden anschließenden Vorgänge erwartet wird. Die Schritte des Messens des Messmerkmals 12, des Durchführens des Vorgangs an der Platte 2, des erneuten Messens des Messmerkmals 12 und des Anpassens des weiteren Vorgangs können wiederholt werden, bis die Platte 2 für den Einbau in den Brennstoffzellenstapel fertiggestellt ist und erwünschte, vorbestimmte maßliche Spezifikationen erfüllt.
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Wenn zum Beispiel an der Platte 2 eine Reihe von Vorgingen durchgeführt wird, können die Vorgänge so angepasst werden, dass die Verschiebung (ΔX, ΔY) eines letzten Satzes von Koordinaten von dem theoretischen Satz von Koordinaten (Xt, Yt) geringer als die Verschiebung des ersten Satzes von Koordinaten (X1, Y1) von dem theoretischen Satz von Koordinaten (Xt, Yt) ist. In bestimmten Ausführungsformen ist der letzte Satz von Koordinaten im Wesentlichen gleich dem theoretischen Satz von Koordinaten (Xt, Yt).
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Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung ist auch zum Testen neuer Herstellungsverfahren und neuer Materialien brauchbar. Zum Beispiel kann die durch wiederholtes Messen des Messmerkmals 12 und Durchführen des Vorgangs an der Platte 2 bestimmte schrittweise Verschiebung (ΔX, ΔY) überwacht werden, bis die Platte 2 fertiggestellt ist. Das Überwachen der Verschiebung (ΔX, ΔY) des Messmerkmals 12 relativ zu einer bekannten Verschiebung (ΔX, ΔY), zume Beispiel in Verbindung mit herkömmlichen Herstellungsverfahren und Materialien, ermöglicht das Ermitteln einer Stabilität der Platte 2 nach einer Änderung des Herstellungsverfahrens oder einer Änderung eines Materials, die zum Bilden der Platte 2 verwendet werden.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist eine Platte 2' gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Eine ähnliche Struktur wie in 1 und 2 gezeigt hat der Klarheit halber das gleiche Bezugszeichen gefolgt von einem Einstreichungssymbol ('). In 3 umfasst die Platte 2' mindestens ein Bezugsloch 24' zum Ausrichten der Platte 2'. Das mindestens eine Bezugsloch 24' kann auch an einer Schwerlinie der Platte 2' angeordnet werden. Das mindestens eine Bezugsloch 24' kann nach Bedarf an anderen Stellen auf der Platte 2' angeordnet werden.
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Wenn die Platte 2' verwendet wird, kann der Koordinatenursprung 22' an einer Mitte des mindestens einen Bezugslochs 24' bestimmt werden. Das Verfahren der Offenbarung kann dann das Anordnen der ersten Achse 18' an der Schwerlinie der Platte 2' umfassen. Die zweite Achse 20' kann so angeordnet werden, dass sie die erste Achse 18' im Wesentlichen in der Mitte des mindestens einen Bezugslochs 24' an dem Koordinatenursprung 22' schneidet.
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Ein Fachmann sollte erkennen, dass die Messmerkmale 12, 12' vorteilhafterweise Bezugspunkte vorsehen, die sich mit einem optischen Messsystem leicht finden lassen, um relative Positionen zueinander und zu Kanten der Platte 2, 2' zu messen. Die Messmerkmale 12, 12' sehen weiterhin die Fähigkeit vor, die Platte 2, 2' nach jedem Schritt des Herstellungsprozesses zu messen, um die Wirkungen jedes einzelnen Vorgangs bei der Montage der Endplatte 2, 2' zu ermitteln.
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Es versteht sich auch, dass es das Verfahren der vorliegenden Offenbarung es erlaubt vorherzusehen, welche Werkzeuggeometrie erforderlich ist, damit die Endabmessungen der Platte 2, 2' im Wesentlichen vorbestimmten Konstruktionsspezifikationen für die Platte 2, 2' innerhalb allgemein zulässiger Toleranzen entsprechen. Die verschiedenen Messungen des mindestens einen Messmerkmals 12, 12' ermöglichen auch während des gesamten Herstellungsprozesses für die Platte 2, 2' die Erkennung der Verschiebung (ΔX, ΔY) auf schrittweiser Basis. Durch Nutzen des vorliegenden Verfahrens kann man die Wirkungen von bestimmten Unterprozessen an der Platte 2, 2' erkennen und Prozess- und Werkzeugausstattungsänderungen anweisen, um die Wirkungen der bestimmten Unterprozesse auf die Gesamtabmessungen der Platte 2, 2' zu minimieren. Die Messungen können verwendet werden, um die Stabilität der Platte 2, 2' während Prozess- oder von Materialänderungen zu überwachen, um quantitative Daten für die Entscheidungsfindung relativ zum Herstellungsprozess als Ganzes vorzusehen.
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Während bestimmte stellvertretende Ausführungsformen und Einzelheiten zum Zweck des Veranschaulichens der Erfindung gezeigt wurden, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen, der in den folgenden beigefügten Ansprüchen weiter beschrieben ist.
