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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine mittels des Verfahrens hergestellte Bipolarplatte.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2010 024 316 A1 beschrieben, eine Dichtung für eine Bipolarplatte einer Brennstoffzelle bekannt. Die Dichtung besteht wenigstens teilweise aus einem Dichtungsmaterial, das zur Abdichtung von Mediumflüssen in der Brennstoffzelle geeignet ist. In die Dichtung ist wenigstens eine reaktionsmediumsleitende Struktur integriert, über die Reaktionsmedien zur Bipolarplatte und/oder von dieser weg geleitet werden können. Eine Baugruppe mit einer Bipolarplatte und einer Dichtung lässt sich herstellen, indem die Dichtung an die Bipolarplatte angespritzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle wird an einem Bipolarplattenrohling zumindest eine Dichtung angeordnet.
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Erfindungsgemäß wird die zumindest eine Dichtung derart auf einer Oberflächenseite des Bipolarplattenrohlings angeordnet, dass sie einen Ein- und/oder Auslassbereich vollständig umschließt und zumindest eine durch diese Oberflächenseite des Bipolarplattenrohlings gebildete Außenseite einer Wandung mindestens einer Verbindungsleitung, welche zur Verbindung des Ein- und/oder Auslassbereichs mit zumindest einer Mediumführungskanalstruktur der Bipolarplatte vorgesehen ist, vollständig bedeckt. Danach wird ein Teilbereich des Bipolarplattenrohlings und der darauf angeordneten Dichtung abgetrennt, welcher einen der zumindest einen Verbindungsleitung zugewandten Rand des Ein- und/oder Auslassbereichs und einen dem Ein- und/oder Auslassbereich zugewandten Abschnitt der zumindest einen Verbindungsleitung umfasst, und ein vom Ein- und/oder Auslassbereich abgewandtes Ende der zumindest einen Verbindungsleitung wird geöffnet.
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Eine Leistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle hängt im Wesentlichen von einer ordnungsgemäßen Funktion derartiger Dichtungen ab. Beispielsweise führen Leckagen in der Dichtung zu einer reduzierten Leistung der Brennstoffzelle. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein einfaches, kostengünstiges und qualitativ hochwertiges Aufbringen dieser Dichtungen auf den Bipolarplatten. Mit diesen Bipolarplatten können agilere Brennstoffzellen beispielsweise für automobile Anwendungen hergestellt werden.
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Durch das Abtrennen des Teilbereichs des Bipolarplattenrohlings, welcher den der zumindest einen Verbindungsleitung zugewandten Rand des Ein- und/oder Auslassbereichs und den dem Ein- und/oder Auslassbereich zugewandten Abschnitt der zumindest einen Verbindungsleitung umfasst, sowie durch das Abtrennen der bereits darauf angeordneten Dichtung, wird ein dem Ein- und/oder Auslassbereich zugewandtes Ende der zumindest einen Verbindungsleitung erst nach dem Aufbringen der Dichtung geöffnet, durch das Entfernen des Teilbereichs der Bipolarplatte und der Dichtung von diesem Ende der zumindest einen Verbindungsleitung. Dadurch sowie durch das Öffnen des vom Ein- und/oder Auslassbereich abgewandten anderen Endes der zumindest einen Verbindungsleitung ebenfalls erst nach dem Aufbringen der Dichtung wird sichergestellt, dass die zumindest eine Verbindungsleitung nicht durch die Dichtung blockiert ist, sondern dass beide Enden der Verbindungsleitung ausreichend geöffnet sind und dadurch eine optimierte Strömung des jeweiligen Mediums vom Ein- und/oder Auslassbereich zur Mediumführungskanalstruktur oder von der Mediumführungskanalstruktur zum Ein- und/oder Auslassbereich erreicht ist. Die Gefahr eines Verschließens von Verbindungsleitungen durch das Aufbringen der Dichtung wird auf diese Weise vermieden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch einen Ein- und/oder Auslassbereich eines Bipolarplattenrohlings,
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2 schematisch eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II in 1,
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3 schematisch den Ein- und/oder Auslassbereich des Bipolarplattenrohlings aus 1 mit einer den Ein- und/oder Auslassbereich umschließenden Dichtung,
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4 schematisch eine vergrößerte Darstellung des Bereichs IV in 3,
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5 schematisch eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie V-V in 4,
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6 schematisch eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VI-VI in 4,
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7 schematisch ein Abtrennen eines Teilstücks des in 3 dargestellten Bipolarplattenrohlings,
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8 schematisch eine Schnittdarstellung des Bereichs VIII in 7,
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9 schematisch den Ein- und/oder Auslassbereich des Bipolarplattenrohlings nach dem Abtrennen des Teilstücks,
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10 schematisch ein Öffnen von Verbindungsleitungen,
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11 schematisch eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie XI-XI in 10, und
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12 schematisch eine Ansicht einer Rückseite der geöffneten Verbindungsleitungen.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 12 zeigen einen Ablauf einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Bipolarplatte 1 für eine hier nicht dargestellte Brennstoffzelle. Die mittels dieser Ausführungsform des Verfahrens ausgebildete Bipolarplatte 1 ist in 12 dargestellt, in welcher der letzte Verfahrensschritt gezeigt ist. In diesem Verfahren, welches im Folgenden noch im Detail beschrieben wird, wird zumindest eine Dichtung 2, 3, zweckmäßigerweise durch Spritzgießen, derart auf einer Oberflächenseite 4, 5 eines Bipolarplattenrohlings 6 angeordnet, dass sie einen Ein- und/oder Auslassbereich 7 vollständig umschließt und zumindest eine durch diese Oberflächenseite 4, 5 des Bipolarplattenrohlings 6 gebildete Außenseite einer Wandung mindestens einer Verbindungsleitung 8, welche zur Verbindung des Ein- und/oder Auslassbereichs 7 mit zumindest einer Mediumführungskanalstruktur der Bipolarplatte 1 vorgesehen ist, vollständig bedeckt, wie in den 1 bis 6 dargestellt.
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Bevorzugt wird gleichzeitig auf beiden Oberflächenseiten 4, 5 jeweils zumindest eine einen Ein- und/oder Auslassbereich 7 vollständig umschließende Dichtung 2, 3 durch Spritzgießen angeordnet. Vorzugsweise weist der Bipolarplattenrohling 6 mehrere solcher Verbindungsleitungen 8 pro Ein- und/oder Auslassbereich 7 auf, so dass dann zweckmäßigerweise die Außenseiten der Wandungen aller Verbindungsleitungen 8 des jeweiligen Ein- und/oder Auslassbereichs 7 zumindest auf der jeweiligen Oberflächenseite 4, 5 des Bipolarplattenrohlings 6 bzw. eines jeweiligen Plattenelementes 9, 10 des Bipolarplattenrohlings 6, in welchem die Verbindungsleitungen 8 ausgeformt sind, vollständig von der Dichtung 2, 3 bedeckt werden.
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Danach wird ein Teilbereich 11 des Bipolarplattenrohlings 6 und der darauf angeordneten Dichtung 2, 3 vorzugsweise durch Laserschneiden abgetrennt, welcher einen der zumindest einen Verbindungsleitung 8 oder der mehreren Verbindungsleitungen 8 zugewandten Rand des Ein- und/oder Auslassbereichs 7 und einen dem Ein- und/oder Auslassbereich 7 zugewandten Abschnitt der zumindest einen Verbindungsleitung 8 oder der mehreren Verbindungsleitungen 8 umfasst, wie in den 7 bis 9 dargestellt, und ein vom Ein- und/oder Auslassbereich 7 abgewandtes Ende der zumindest einen Verbindungsleitung 8 oder diese Enden der mehreren Verbindungsleitungen 8 wird/werden vorteilhafterweise durch Laserschneiden und/oder Laserbohren geöffnet, wie in den 10 bis 12 dargestellt.
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Die mittels dieses Verfahrens ausgebildete und in 12 gezeigte Bipolarplatte 6 umfasst zumindest auf einer Oberflächenseite 4, 5 zumindest eine Dichtung 2, 3, welche einen Ein- und/oder Auslassbereich 7 vollständig umschließt und zumindest die durch diese Oberflächenseite 4, 5 des Bipolarplattenrohlings 6 gebildete Außenseite der Wandung mindestens einer Verbindungsleitung 8 oder derartige Außenseiten der Wandungen der mehreren Verbindungsleitungen 8, die zur Verbindung des Ein- und/oder Auslassbereichs 7 mit zumindest einer Mediumführungskanalstruktur der Bipolarplatte 1 vorgesehen ist/sind, vollständig bedeckt.
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Zweckmäßigerweise weist der Bipolarplattenrohling 6 und somit auch die Bipolarplatte 1 eine Mehrzahl solcher Ein- und/oder Auslassbereiche 7 auf, beispielsweise mindestens zwei Einlassbereiche und mindestens zwei Auslassbereiche, um die beiden erforderlichen Reaktionsmedien, beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff, in die Brennstoffzelle einzuleiten und ein Reaktionsprodukt, beispielsweise Wasser, und gegebenenfalls einen nicht verbrauchten Anteil zumindest eines Reaktionsmediums wieder aus der Brennstoffzelle abzuleiten. Zweckmäßigerweise weist der Bipolarplattenrohling 6 und somit auch die Bipolarplatte 1 zudem mindestens einen weiteren Einlassbereich und mindestens einen weiteren Auslassbereich zur Durchleitung eines Temperiermediums durch die Brennstoffzelle auf. Das Temperiermedium zum Kühlen und/oder Wärmen der Brennstoffzelle strömt dabei zweckmäßigerweise durch einen Zwischenraum zwischen zwei Plattenelementen 9, 10 der Bipolarplatte 1, während die Reaktionsmedien durch jeweils eine der Mediumführungskanalstrukturen der Bipolarplatte 1 strömen, welche auf jeweils einer Oberflächenseite 4, 5 der Bipolarplatte 1, d. h. auf einer jeweiligen Außenseite der Plattenelemente 9, 10, ausgebildet sind.
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Zweckmäßigerweise werden auf die oben beschriebene Weise Dichtungen 2, 3 an allen Ein- und/oder Auslassbereichen 7 des Bipolarplattenrohlings 6 ausgebildet, wobei das Aufbringen zweckmäßigerweise aller Dichtungen 2, 3 in einem gemeinsamen Spritzgussschritt und in einem gemeinsamen hier nicht näher dargestellten Spritzgusswerkzeug erfolgt. Alternativ kann das Aufbringen der Dichtungen 2, 3 an jedem Ein- und/oder Auslassbereich 7 gleichzeitig oder nacheinander beispielsweise in jeweils einem Spritzgusswerkzeug erfolgen, so dass dann eine Mehrzahl von Spritzgusswerkzeugen am Bipolarplattenrohling 6 positioniert werden oder das Spritzgusswerkzeug nacheinander an den verschiedenen Ein- und/oder Auslassbereichen 7 positioniert wird. Das gemeinsame Ausbilden aller Dichtungen 2, 3 in einem gemeinsamen Spritzgusswerkzeug ist jedoch zu bevorzugen, da es einfach und effizient zu realisieren ist.
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Das Abtrennen des jeweiligen Teilbereichs 11 des Bipolarplattenrohlings 6 und der darauf angeordneten Dichtung 2, 3 oder Dichtungen 2, 3 und das Öffnen des vom jeweiligen Ein- und/oder Auslassbereich 7 abgewandten Endes der zumindest einen Verbindungsleitung 8 oder dieser Enden der Mehrzahl von Verbindungsleitungen 8 kann danach mittels einer Vorrichtung 12, beispielsweise Laservorrichtung, nacheinander erfolgen. Es können jedoch beispielsweise auch mehrere solcher Vorrichtungen 12 verwendet werden, um dies zu beschleunigen.
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Der in den 1 und 2 dargestellte Bipolarplattenrohling 6 wird zweckmäßigerweise durch Verbinden zweier Plattenelemente 9, 10 ausgebildet, welche beispielsweise durch Laserschweißen verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich können diese Plattenelemente 9, 10 zum Beispiel durch Löten, Kleben, durch ein anderes Schweißverfahren und/oder durch eine andere stoffschlüssige Verbindung und/oder durch eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung miteinander verbunden werden.
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Zweckmäßigerweise wird in den Plattenelementen 9, 10 jeweils eine Mediumführungskanalstruktur und in zumindest einer der Plattenelemente 9, 10 zumindest eine Verbindungsleitung 8, zweckmäßigerweise eine Mehrzahl von Verbindungsleitungen 8, ausgebildet, bevorzugt vor dem Verbinden der Plattenelemente 9, 10 und/oder nach dem Verbinden der Plattenelemente 9, 10. Das Ausbilden der Mediumführungskanalstrukturen und der zumindest einen Verbindungsleitung 8 oder der Mehrzahl von Verbindungsleitungen 8 erfolgt beispielsweise durch Umformen und/oder durch ein spanendes Bearbeitungsverfahren, beispielsweise durch Fräsen. Das Umformen wird bevorzugt, da kein Materialverlust auftritt und es einfach, zuverlässig und mit einem geringen Zeitaufwand durchzuführen ist. Dabei werden die Verbindungsleitungen 8 zweckmäßigerweise derart ausgeformt, dass sie durch das Verbinden der beiden Plattenelemente 9, 10 vollständig verschlossen werden, wie insbesondere in 5 gezeigt. D. h. die Verbindungsleitungen 8 werden jeweils als eine wannenförmige Vertiefung in einer der beiden Plattenelemente 9, 10 ausgebildet, welche durch das Verbinden der beiden Plattenelemente 9, 10 von dem anderen Plattenelement 10, 9 bedeckt wird.
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Im Folgenden wird der Ablauf einer Ausführungsform des Verfahrens anhand der 1 bis 12 im Detail erläutert.
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Wie in 1 und vergrößert in 2 dargestellt, weist der Bipolarplattenrohling 6 zumindest einen Ein- und/oder Auslassbereich 7 und eine Mehrzahl von Verbindungsleitungen 8 auf, die zur Verbindung des Ein- und/oder Auslassbereichs 7 mit zumindest einer Mediumführungskanalstruktur der Bipolarplatte 1 vorgesehen sind. Diese Mediumführungskanalstruktur ist in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die Mediumführungskanalstruktur, welche über die dargestellten Verbindungsleitungen 8 mit dem dargestellten Ein- und/oder Auslassbereich 7 verbunden wird, befindet sich jedoch zweckmäßigerweise auf der Außenseite des in den Figuren oberen Plattenelementes 9, in welchem auch die Verbindungsleitungen 8 ausgebildet sind, d. h. auf der in diesen Figuren oberen Oberflächenseite 4 der Bipolarplatte 1. Dies ist insbesondere in 12 zu erkennen, in welcher die vom Ein- und/oder Auslassbereich 7 abgewandten geöffneten Enden der Verbindungsleitungen 8 auf der oberen Oberflächenseite 4 der Bipolarplatte 1 und somit auf der Außenseite des oberen Plattenelementes 9 zu erkennen sind. Die Außenseiten der Plattenelemente 9, 10 und somit die Oberflächenseiten 4, 5 der Bipolarplatte 1 bilden eine Kathodenseite und eine Anodenseite der Bipolarplatte 1, d. h. die Anodenseite der Bipolarplatte 1 ist in einem Brennstoffzellenstapel einer Anode einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels zugewandt und die Kathodenseite ist einer Kathode einer weiteren Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels zugewandt. Im hier dargestellten Beispiel bildet die Außenseite des oberen Plattenelementes 9, d. h. die obere Oberflächenseite 4, die Kathodenseite und die Außenseite des unteren Plattenelementes 10, d. h. die untere Oberflächenseite 5, bildet die Anodenseite der Bipolarplatte 1.
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Wie bereits beschrieben, sind die Verbindungsleitungen 8 im jeweiligen Plattenelement 9, 10, hier im oberen Plattenelement 9, vorzugsweise durch Umformen ausgeformt, so dass im jeweiligen Plattenelement 9, 10 wannenförmige Vertiefungen ausgebildet sind, welche dann durch das andere Plattenelement 10, 9, hier durch das untere Plattenelement 10, während des Verbindens der beiden Plattenelemente 9, 10 verschlossen werden. Wie in 5 in einer Schnittdarstellung zu erkennen, sind die Verbindungsleitungen 8 im Bipolarplattenrohling 6 daher zunächst vollständig verschlossen.
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Dieser Bipolarplattenrohling 6 gemäß den 1 und 2 wird nun in ein hier nicht näher dargestelltes Spritzgusswerkzeug eingelegt. Dabei liegt das Spritzgusswerkzeug mit seinen beiden Werkzeughälften formschlüssig an flachen Bereichen der beiden Oberflächenseiten 4, 5 des Bipolarplattenrohlings 6 an. Über einen vorgegebenen Druck der Werkzeughälften des Spritzgusswerkzeugs auf den Bipolarplattenrohling 6 wird das Öffnen des Spritzgusswerkzeugs während des Spritzgießens sicher verhindert. Dieser Formschluss des Spritzgusswerkzeugs mit dem Bipolarplattenrohling 6 wird dadurch ermöglicht, dass im Verfahren die Dichtungen 2, 3 auf die Oberflächenseiten 4, 5 des Bipolarplattenrohlings 6 aufgebracht werden, d. h. gleichzeitig auf die Anoden- und Kathodenseite, wobei die Außenseiten der Wandungen der Verbindungsleitungen 8 von dem Dichtungsmaterial einer der Dichtungen 2, 3 vollumfänglich umspritzt werden. Dadurch ist es nicht erforderlich, beispielsweise eine Werkzeughälfte des Spritzgusswerkzeugs auf die Außenseiten der Wandungen der Verbindungsleitungen 8 aufzusetzen, woraus Undichtigkeiten des Spritzgusswerkzeugs und somit eine ungenaue Ausformung der Dichtungen 2, 3 oder zumindest einer der Dichtungen 2, 3 resultieren würden. Somit werden durch das Verfahren reproduzierbare Dichtungsausbildungen in einer gleichbleibend hohen Qualität ermöglicht. Auch ein korrespondierend zu dieser Struktur der Verbindungsleitungen 8 ausgebildetes Spritzgusswerkzeug, welches mit einem erheblichen Fertigungsaufwand und erheblichen Werkzeugkosten verbunden wäre, ist somit nicht erforderlich. Dieses vollumfängliche Umspritzen der Außenseiten der Wandungen der Verbindungsleitungen 8 zumindest auf einer Oberflächenseite 4, 5 wird erst durch die nachfolgenden Verfahrensschritte ermöglicht, da bei aus dem Stand der Technik bekannten Bipolarplattenrohlingen die Verbindungsleitungen durch das Umspritzen mit dem Dichtungsmaterial verschlossen werden würden.
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Im Spritzgusswerkzeug werden die Dichtungen 2, 3 auf beiden Oberflächenseiten 4, 5 durch Spritzgießen ausgebildet, d. h. es wird ein Dichtungsmaterial auf beide Oberflächenseiten 4, 5 aufgespritzt, beispielsweise ein Kunststoff, welcher zur Abdichtung von Mediumflüssen in Brennstoffzellen geeignet ist. Dabei wird zumindest die Dichtung 2 auf der oberen Oberflächenseite 4, d. h. auf dem oberen Plattenelement 9, in welchem im hier dargestellten Beispiel die Verbindungsleitungen 8 ausgeformt wurden, derart auf diese Oberflächenseite 4 aufgespritzt, dass sie den Ein- und/oder Auslassbereich 7 vollständig umschließt und die Außenseite der Wandung der Verbindungsleitungen 8 auf dieser oberen Oberflächenseite 4 vollständig bedeckt, wie in den 3 bis 6 gezeigt. Die Dichtung 3 auf der unteren Oberflächenseite 5 wird im hier gezeigten Beispiel ebenfalls derart auf diese Oberflächenseite 5 aufgespritzt, dass sie den Ein- und/oder Auslassbereich 7 vollständig umschließt und zudem auch die durch das untere Plattenelement 10 gebildete Außenseite der Wandung der Verbindungsleitungen 8 vollständig bedeckt.
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Der Bipolarplattenrohling 6 mit den ausgebildeten Dichtungen 2, 3 ist in den 3 bis 6 dargestellt, wobei die 5 und 6 Schnittdarstellungen entlang der in 4 eingezeichneten Schnittlinien zeigen. Dabei verläuft der Schnitt gemäß 5 längs durch eine der Verbindungsleitungen 8, so dass hier zu erkennen ist, dass die Verbindungsleitungen 8 noch immer vollständig geschlossen und auf der Außenseite ihrer Wandung im dargestellten Beispiel auf beiden Oberflächenseiten 4, 5 des Bipolarplattenrohlings 6 vollständig vom Dichtungsmaterial umhüllt sind.
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Um diese Verbindungsleitungen 8 zu öffnen, wird nun der Teilbereich 11 des Bipolarplattenrohlings 6 und der darauf angeordneten Dichtungen 2, 3, welcher den der Verbindungsleitungen 8 zugewandten Rand des Ein- und/oder Auslassbereichs 7 und den dem Ein- und/oder Auslassbereich 7 zugewandten Abschnitt der Verbindungsleitungen 8 umfasst, abgetrennt, wie in den 7 und 8 gezeigt. Das Abtrennen erfolgt vorteilhafterweise mittels Laserschneiden. Dies wird mittels einer in 7 schematisch dargestellten Vorrichtung 12 durchgeführt, welche im dargestellten Beispiel als eine Laservorrichtung (beispielsweise Nd:YVO4-Laser oder ND:GdVO4-Laser) ausgebildet ist und beispielsweise einen Faserlaser umfasst.
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Ein Anstellwinkel α eines von einer Laserquelle 13, beispielsweise von einer Laserdiode, erzeugten Laserstrahls LS, bezogen auf einen Normalenvektor N einer Bipolarplattenreferenzfläche, kann dabei beispielsweise 0° bis 85° betragen. Dieser Anstellwinkel α wird im hier dargestellten Beispiel mit einer Optik der als Laservorrichtung ausgebildeten Vorrichtung 12 eingestellt, welche zumindest einen Umlenkspiegel 14 aufweist, um den Laserstrahl LS auszurichten. Die Bipolarplattenreferenzfläche ist dabei eine Ebene, in welcher sich die Bipolarplatte 1 bzw. der Bipolarplattenrohling 6 mit ihrer/seiner Längs- und Querausdehnung, d. h. mit ihrer/seiner flächigen Ausdehnung, im Wesentlichen erstreckt.
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Der abgetrennte Teilbereich 11 fällt dann vom Bipolarplattenrohling 6 ab. In 8 ist eine Gravitationsfallrichtung R des abgetrennten Teilbereichs 11 durch Pfeile angedeutet. In 9 ist der Bipolarplattenrohling 6 nach diesem Abtrennen dargestellt. Durch das Abtrennen sind die dem Ein- und/oder Auslassbereich 7 zugewandten Enden der Verbindungsleitungen 8 geöffnet. Alternativ oder zusätzlich kann das Abtrennen beispielsweise auch mittels anderer Verfahren erfolgen, beispielsweise mittels Wasserstrahlschneiden und/oder durch Sägen.
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Anschließend werden die vom Ein- und/oder Auslassbereich 7 abgewandten Enden der Verbindungsleitungen 8 geöffnet. Dies erfolgt vorteilhafterweise durch Laserschneiden und/oder Laserbohren, beispielsweise mittels der als Laservorrichtung ausgebildeten Vorrichtung 12, welche auch zum oben beschriebenen Abtrennen genutzt wurde, wie in den 10 bis 12 gezeigt, oder mittels einer anderen Vorrichtung.
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Zum Öffnen der vom Ein- und/oder Auslassbereich 7 abgewandten Enden der Verbindungsleitungen 8 wird im dargestellten Beispiel der Laserstrahl LS der als Laservorrichtung ausgebildeten Vorrichtung 12 durch das bereits geöffnete, dem Ein- und/oder Auslassbereich 7 zugewandte Ende der jeweiligen Verbindungsleitung 8 in die jeweilige Verbindungsleitung 8 und in dieser zum vom Ein- und/oder Auslassbereich 7 abgewandten Ende geleitet, welches der Laserstrahl LS dann aufschneidet oder aufbohrt und dabei auch das Dichtungsmaterial in diesem Bereich durchbricht, d. h. aufschneidet oder aufbohrt. Hierzu weist die als Laservorrichtung ausgebildete Vorrichtung 12 einen zusätzlichen Reflexspiegel 15 auf, um den Laserstrahl LS zusätzlich umzulenken, beispielsweise auch derart umzulenken, dass der Laserstrahl LS zum Beispiel kreisförmige, ovalförmige oder vieleckige, beispielweise viereckige, Bewegungen ausführt, um einen entsprechenden Öffnungsquerschnitt zu erzielen, wie anhand eines Schwenkpfeils SP in 10 verdeutlicht. Ein mittels des Reflexspiegels 15 realisierter Umlenkwinkel β ist in den 10 bis 12 dargestellt. Der Umlenkwinkel β bezieht sich dabei, anders als der Anstellwinkel α, auf die oben bereits beschriebene Bipolarplattenreferenzfläche, durch eine Gerade G parallel zu dieser Bipolarplattenreferenzfläche verdeutlicht, und nicht auf deren Normalenvektor N.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, den Laserstrahl LS von außen auf das jeweilige vom Ein- und/oder Auslassbereich 7 abgewandte Ende der jeweiligen Verbindungsleitung 8 zu richten und dadurch zunächst das Dichtungsmaterial zu durchbohren oder zu durchschneiden und anschließend das vom Ein- und/oder Auslassbereich 7 abgewandte Ende der jeweiligen Verbindungsleitung 8 zu öffnen. Hierbei bestünde jedoch die Gefahr, dass auch das jeweils andere Plattenelement 9, 10, hier das untere Plattenelement 10, beschädigt wird, wenn die Laserstrahleinwirkung zu lang und/oder mit einer zu hohen Leistung erfolgt. Diese Gefahr besteht bei der in den 10 bis 12 dargestellten Vorgehensweise nicht. Zudem würde dies nur bei den Verbindungsleitungen 8 funktionieren, deren vom Ein- und/oder Auslassbereich 7 abgewandte Enden an einer der Oberflächenseiten 4, 5 des Bipolarplattenrohlings 6 angeordnet sind, also nicht für die Verbindungsleitungen 8, welche zur Zuleitung und/oder Ableitung des Temperiermediums in den Zwischenraum zwischen den Plattenelementen 9, 10 vorgesehen sind. Hier ist die beschriebene und in den 10 bis 12 dargestellte Verfahrensweise mittels Laserschneiden und/oder Laserbohren besonders vorteilhaft. Alternativ oder zusätzlich zum Laserschneiden und/oder Laserbohren sind auch zum Öffnen der vom Ein- und/oder Auslassbereich 7 abgewandten Enden der Verbindungsleitungen 8 andere Verfahren möglich, beispielsweise Wasserstrahlschneiden, Sägen und/oder spanendes Bohren.
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Durch die Ausbildung der Verbindungsleitungen 8 auf die oben beschriebene Weise in einem der beiden Plattenelemente 9, 10 und durch das beschriebene Öffnen der beiden Enden der Verbindungsleitungen 8, insbesondere durch Laserschneiden und/oder Laserbohren, sind nahezu alle Verbindungsleitungsquerschnitte und Öffnungsquerschnitte der Öffnungen der Verbindungsleitungen 8 möglich, beispielsweise rund, oval oder vieleckig, zum Beispiel viereckig. Auf diese Weise können optimierte Formen gewählt und umgesetzt werden, insbesondere ein optimierter hydraulischer Querschnitt. Dadurch kann beispielsweise ein Ausgleich und/oder eine Homogenisierung der Medieneinströmung in einen Aktivbereich der Brennstoffzelle, d. h. in den Bereich der Mediumführungskanalstrukturen der Bipolarplatte 1, und der Medienausströmung aus diesem Aktivbereich erreicht werden.
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Durch das Verfahren wird das einfache und kostengünstige Ausbilden von Dichtungen 2, 3 auf Bipolarplatten 1 bzw. Bipolarplattenrohlingen 6 durch Spritzgießen in einer gleichbleibend hohen Qualität ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010024316 A1 [0002]
