DE102015116362B4 - Verfahren zum Schweißen eines Strömungspfades in einem porösen Körper - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Schweißen, aufweisend ein Inkontaktbringen einer ersten Elektrode mit einem Strömungspfad eines porösen Körpers, ein Inkontaktbringen einer zweiten Elektrode mit einem Plattenmaterial, ein Pressen des Strömungspfades eines porösen Körpers und des Plattenmaterials durch die erste und zweiten Elektrode in einer Dickenrichtung des Plattenmaterials, und ein Punktschweißen des Strömungspfads eines porösen Körpers und des Plattenmaterials, wobei; eine Verformung des Plattenmaterials in einer Richtung der zweiten Elektrode, die das Plattenmaterial unter Druck setzt, kleiner als eine Verformung des Strömungspfads eines porösen Körpers in einer Richtung der ersten Elektrode ist, die den Strömungspfad eines porösen Körpers unter Druck setzt.

Description

• HINTERGRUND
• Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strömungspfad eines porösen Körpers.
• Verwandte Technik
• Es ist ein Aufbau bekannt, bei dem eine Abschirmungsplatte innerhalb einer Brennstoffzelle in eingeklemmter Weise angeordnet ist. JP 2012-123949 A offenbart eine Brennstoffzelle, bei der die Abschirmungsplatte zwischen einem Dichtungsmaterial und einem Strömungspfad eines porösen Körpers in der Nähe eines Verteilers bzw. Sammlers angeordnet ist. Der Zweck der Bereitstellung der Abschirmungsplatte ist derjenige, das Dichtungsmaterial abzuschirmen, sodass es nicht zerfließt und in den Strömungspfad eines porösen Körpers eintritt.
• Die JP 2012-123949 A diskutiert das Verfahren zum Anbringen der Abschirmungsplatte an der Brennstoffzelle nicht in vollständiger Weise. Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die herkömmliche obenstehend beschriebene Technologie gemacht und der Zweck der Erfindung ist derjenige, ein geeignetes Verbindungsverfahren bereitzustellen, wenn eine Technik zum Verbinden eines Strömungspfads eines porösen Körpers und einer Abschirmungsplatte eingesetzt wird.
• Aus der DE 10 2007 007 392 A1 ist ferner ein Verfahren zum Schweißen bekannt, bei dem eine erste Elektrode mit einem Strömungspfad eines porösen Körpers und eine zweite Elektrode mit einem Plattenmaterial in Kontakt gebracht und anschließend die Elektroden angepresst werden und dann geschweißt wird.
• KURZFASSUNG
• Die Erfindung kann in den folgenden Formen umgesetzt werden.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schweißen vorgeschlagen, das ein Inkontaktbringen einer erste Elektrode mit einem Strömungspfad eines porösen Körpers, ein Inkontaktbringen einer zweiten Elektrode mit einem Plattenmaterial, ein Pressen des Strömungspfads eines porösen Körpers und des Plattenmaterials durch die erste und zweite Elektrode in einer Dickenrichtung des Plattenmaterials, und ein Punktschweißen des Strömungspfads eines porösen Körpers und des Plattenmaterials umfasst. Eine Verformung des Plattenmaterials in einer Richtung der zweiten Elektrode, die das Plattenmaterial unter Druck setzt, ist kleiner als eine Verformung des Strömungspfads eines porösen Körpers in einer Richtung der ersten Elektrode, die den Strömungspfad eines porösen Körpers unter Druck setzt. Gemäß diesem Aspekt wird eine Schwankung bzw. Abweichung der Dicke der Elemente, die durch das Schweißen gebildet werden, verringert. Diese Abweichung kann verringert werden, da die Verformung verringert wird, wie obenstehend beschrieben ist, um die Verformung des Plattenmaterials zu verringern. Aufgrund seiner Struktur überträgt der Strömungspfad eines porösen Körpers Einflüsse einer Verformung der Punktschweißung kaum auf andere Bauteile. Daher wird im Vergleich zu der Verformung des Plattenmaterials kaum die oben beschriebene Abweichung verursacht, selbst wenn der Strömungspfad eines porösen Körpers verformt wird.
• Bei dem oben beschriebenen Aspekt kann eine Fläche einer Endoberfläche der ersten Elektrode kleiner als eine Fläche einer Endoberfläche der zweiten Elektrode sein. Gemäß diesem Aspekt kann der oben beschriebene Aspekt einfach erlangt werden.
• Bei dem oben beschriebenen Aspekt kann der Strömungspfad eines porösen Körpers durch das Punktschweißen an einem Teil desselben verbunden werden, der in einem Zustand bevor das Punktschweißen durchgeführt wird, in Oberflächenkontakt mit dem Plattenmaterial steht. Gemäß diesem Aspekt kann das Schweißen in geeigneter Weise durchgeführt werden, da ein Schweißstrom stabilisiert wird.
• Bei dem oben beschriebenen Aspekt kann das Punktschweißen begonnen werden nachdem die erste Elektrode in Oberflächenkontakt mit dem Strömungspfad eines porösen Körpers steht. Gemäß diesem Aspekt kann eine Beeinträchtigung der Endoberfläche der ersten Elektrode aufgrund eines Wiederholens der Punktschweißung verringert werden.
• Bei dem oben beschriebenen Aspekt kann das Plattenmaterial eine Abschirmungsplatte sein, die ein Dichtungsmaterial abschirmt, wenn das Plattenmaterial zu einer Brennstoffzelle zusammengesetzt wird. Gemäß diesem Aspekt können der Strömungspfad eines porösen Körpers und die Abschirmungsplatte verbunden werden.
• Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen als den oben beschriebenen Formen erlangt werden. Beispielsweise kann die Erfindung in einer Form erlangt werden, wie bei einem Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle, das ein Verfahren zum Schweißen des Strömungspfads eines porösen Körpers umfasst.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 ist eine Außenansicht einer Brennstoffzelle;
• 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil nahe eines Luftabfuhrsammlers darstellt;
• 3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Strömungspfad eines porösen Körpers darstellt;
• 4 ist eine Ansicht, die ein Profil eines Herstellungsablaufs eines Strömungspfadelements darstellt;
• 5 ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem Durchgangslöcher in einem Material ausgebildet werden;
• 6 bis 10 sind Ansichten, die einen Herstellungsablauf des Strömungspfads eines porösen Körpers darstellen;
• 11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Schneideinrichtung zum Ausbilden eines Talabschnitts darstellt;
• 12 ist eine Querschnittansicht, die entlang einer Linie 12-12 aus 10 entnommen ist;
• 13 ist eine Querschnittansicht, die entlang einer Linie 13-13 aus 10 entnommen ist;
• 14 ist eine Draufsicht auf das Strömungspfadelement;
• 15 ist eine Ansicht, die ein Schweißsystem darstellt;
• 16 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand des Schweißens durch eine Schweißpistole darstellt;
• 17 ist eine Ansicht, die einen Zustand nach einem Punktschweißen darstellt;
• 18 ist ein Schaubild, das experimentelle Ergebnisse basierend auf der Studie eines Verhältnisses zwischen Schweißbedingungen und einem Auftreten eines Spritzens darstellt;
• 19 ist ein Schaubild, das experimentelle Ergebnisse basierend auf der Studie eines Verhältnisses zwischen einer Zugfestigkeit einer Schweißung und einer Druckkraft darstellt; und
• 20 und 21 sind Ansichten, die einen Zustand des Schweißens in einem Vergleichsbeispiel darstellen.
• BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• 1 stellt ein Erscheinungsbild einer Brennstoffzelle 100 schematisch dar. Die Brennstoffzelle 100 ist eine Brennstoffzelle für Automobile. Die Brennstoffzelle 100 umfasst eine Mehzahl von Leistungserzeugungseinheiten 20, Anschlussplatten 91 und 92, eine Isolierungsplatte 93 und Endplatten 95 und 96. Die Anschlussplatten 91 und 92 sind an beiden Seiten der Leistungserzeugungseinheiten 20, die laminiert sind, angeordnet, und werden dazu verwendet, elektrische Leistung von den Leistungserzeugungseinheiten 20 aufzunehmen. Die Isolierungsplatten 93 sind außerhalb der Anschlussplatten 91 angeordnet. Die Endplatten 95 und 96 sind auf beiden Seiten der Brennstoffzelle 100 angeordnet, um die Leistungserzeugungseinheit 20, die Anschlussplatten 91 und 92, und die Isolierungsplatte 93 aneinander zu befestigen.
• Die Leistungserzeugungseinheiten 20, die Anschlussplatte 91, die Isolierungsplatte 93 und die Endplatte 95 weisen jeweils eine Mehrzahl von (z. B. sechs) Öffnungen auf und diese Öffnungen sind miteinander verbunden, um sechs Verteiler bzw. Sammler auszubilden. Insbesondere werden ein Wasserstoffzufuhrverteiler 95a, ein Luftzufuhrverteiler 95b, ein Wasserstoffabfuhrsammler 95c, ein Luftabfuhrsammler 95d, ein Kühlwasserzufuhrverteiler 95e und ein Kühlwasserabfuhrsammler 95f ausgebildet.
• 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil nahe eines Luftabfuhrsammlers 95d darstellt. Wie in 2 dargestellt ist, umfasst jede Leitungserzeugungseinheit 20 eine Membranelektroden-Gasdiffusionsschicht-Gruppe 34, einen Strömungspfad 40 eines porösen Körpers, eine Abschirmungsplatte 45, einen kathodenseitigen Separator 71, einen anodenseitigen Separator 73 und ein Dichtungsmaterial 140.
• Die Membranelektroden-Gasdiffusionsschicht-Gruppe 34 ist eine Gruppe aus einer Kathodendiffusionsschicht, einer Membranelektrodengruppe und einer Anodendiffusionsschicht. Die Membranelektrodengruppe ist eine Gruppe aus einer Kathodenelektrode, eine Elektrolytmembran und einer Anodenelektrode.
• Der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers bildet einen Strömungspfad, durch den Flüssigkeit fließt, die von dem Kühlwasserzufuhrverteiler 95e zugeführt wird. Der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers besteht aus einem expandierten Metall. Das Dichtungsmaterial 140 und die Abschirmungsplatte 45 sind zwischen dem Strömungspfad 40 eines porösen Körpers und dem anodenseitigen Separator 73 angeordnet. Das Dichtungsmaterial 140 besteht aus Klebstoffen, einem thermoplastischen Harz, Gummi usw. Das Dichtungsmaterial 140 dichtet gemeinsam mit dem kathodenseitigen Separator 71 und dem anodenseitigen Separator 73 gegen eine Leckage von Luft, Wasserstoff, Gas und Kühlwasser ab.
• Die Abschirmungsplatte 45 besteht aus einem Edelstahl usw. und ist zwischen dem Strömungspfad 40 eines porösen Körpers und dem Dichtungsmaterial 140 angeordnet. Die Abschirmungsplatte 45 ist mit dem Strömungspfad 40 eines porösen Körpers verbunden. Diese Gruppe wird nachstehend als ein „Strömungspfadelement 50” bezeichnet. Wenn das Dichtungsmaterial 140 zerfließt, schirmt die Abschirmungsplatte 45 das fließende Dichtungsmaterial 140 ab, um zu verhindern, dass das Dichtungsmaterial 140 in den Strömungspfad 40 eines porösen Körpers eintritt.
• 3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Strömungspfad 40 eines porösen Körpers darstellt. Der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers weist einen Aufbau auf, bei dem ein Basisteil 410 und ein Verbindungsteil 450 wiederholt verbunden werden. Jedes Basisteil 410 umfasst einen ersten geneigten Abschnitt 411, einen zweiten geneigten Abschnitt 412 und einen flachen Abschnitt 415.
• Der flache Abschnitt 415 ist ein flaches Plattenteil und ist veranschaulichend in einen Talabschnitt 417 und einen Bergabschnitt 419 unterteilt. Das Verbindungsteil 450 verbindet den Bergabschnitt 417, der zu einem bestimmten Basisabschnitt 410 gehört, mit dem Bergabschnitt 419, der zu einem anderen Basisabschnitt 410 gehört. Ein Raum, der von zwei Basisteile 410 und vier Verbindungsteile 450 umgeben ist, bildet eine Masche 470. Jede Masche 470 dient als ein Strömungspfad in einem Zustand, bei dem der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers als ein Teil der Brennstoffzelle 100 zusammengesetzt ist.
• Der erste geneigte Abschnitt 411 ist mit dem Talabschnitt 417 verbunden und ist in Bezug zu dem flachen Abschnitt 415 geneigt. Der zweite geneigte Abschnitt 412 ist mit dem Bergabschnitt 419 verbunden und ist in Bezug zu dem flachen Abschnitt 415 geneigt.
• Eine Lücke 421 ist zwischen dem ersten geneigten Abschnitt 411 und dem Verbindungsteil 450 ausgebildet. Die Lücke 421 ist ebenso zwischen dem zweiten geneigten Abschnitt 412 und dem Verbindungsteil 450 ausgebildet. Jede Lücke 421 dient ähnlich wie die Masche 470 als ein Strömungspfad in dem Zustand, bei dem der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers als ein Teil der Brennstoffzelle 100 zusammengesetzt ist.
• Wie in 3 dargestellt ist, sind für den Strömungspfad 40 eines porösen Körpers eine X-Achse, Y-Achse und Z-Achse definiert. Eine XY-Ebene ist eine Ebene, die durch jeden flachen Abschnitt 415 gebildet wird. Eine Y-Richtung ist eine Richtung parallel zu einer Grenzlinie zwischen dem ersten geneigten Abschnitt 411 und dem flachen Abschnitt 415. Eine Y-Richtung ist ebenso eine Richtung, die zu einer Grenze zwischen dem zweiten geneigten Abschnitt 412 und dem flachen Abschnitt 415 parallel ist. Eine X-Richtung ist eine Richtung, die zu der Y-Richtung senkrecht verläuft. Eine Z-Richtung ist eine Richtung, die zu der XY-Ebene senkrecht verläuft.
• 4 stellt einen Umriss eines Herstellungsablaufs des Strömungspfadelements 50 dar. Zunächst wird der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers durch eine Vergitterung bzw. ein Lattenwerk in den Vorgängen P510 bis P550 hergestellt. Der Herstellungsvorgang des Strömungspfads eines porösen Körpers 45 umfasst zunächst, wie in 5 dargestellt ist, ein Ausbilden einer Reihe von Durchgangslöchern 421a in einem Rohmaterial 210 in Breitenrichtungen des Rohmaterials 210 (P510) und danach ein Einspeisen des Rohmaterials 210 in der X-Richtung durch Walzen 340 (P520).
• 5 stellt einen Zustand dar, bei dem die Durchgangslöcher 421 in dem Rohmaterial 210 ausgebildet sind. Das Rohmaterial 210 ist eine Platte, die aus Edelstahl usw. besteht. Die Durchgangslöcher 421a werden durch Stanzen mit einer Pressmaschine ausgebildet. Jede Reihe von Durchgangslöchern 421a wird unter Verwendung einer Förderung des Rohmaterials 210 durch die Walzen 340 nacheinander ausgebildet (Vorgang P520). Jedes Durchgangsloch 421a ist ein Teil, das durch Pressformen, das später beschrieben wird, zu der Lücke 421 wird.
• Nachstehend wird unter den 6 bis 11 der Herstellungsvorgang beschrieben. 6 bis 11 sind perspektivische Ansichten, die eine Schneideinreichung 300 darstellen. Die Schneideinrichtung 300 umfasst eine obere Klinge 310, eine untere Klinge 320 und eine Matrize 330. Es ist zu beachten, dass eine Darstellung der Matrize 330 in den 6 bis 11 ausgelassen ist, um die Darstellung der Schneideinreichung 300 zu vereinfachen. Die Matrize 330 dient dazu, den ersten geneigten Abschnitt 411 und den zweiten geneigten Abschnitt 412 auszubilden, und dieser Formungsvorgang wird zusammen mit den 12 und 13 beschrieben. Ferner wird in den 6 bis 11 eine Darstellung der Durchgangslöcher 421a ausgelassen, um eine Darstellung eines Halbzeugs bzw. halbfertigen Produkts des Strömungspfads 40 eines porösen Körpers zu vereinfachen.
• Nach einem Vorgang P520 wird ein Pressformen ausgeführt, wie in 7 dargestellt ist (Vorgang P530). Insbesondere wird die obere Klinge 310 abgesenkt bis eine Bodenfläche eines hervorstehenden Abschnitts 312 der oberen Klinge 310 eine obere Fläche der unteren Klinge 320 kreuzt, um das Rohmaterial 210 teilweise zu schneiden. Unter den geschnittenen Abschnitten bilden diejenigen Abschnitte, die in der Z-Richtung nach unten bewegt werden, die Talabschnitte 417, und diejenigen Abschnitte, die plastische verformt wurden, bilden die Verbindungsteile 450. Die Bergabschnitte 419 werden durch Ausbilden der Verbindungsteile 450 definiert.
• Die hervorstehenden Abschnitte 312 stehen mit den zur Ausbildung der Talabschnitte vorgesehenen Flächen 417a und den als erste geneigte Abschnitte vorgesehenen Flächen 411a, die 5 dargestellt sind, in Kontakt, und schneiden das Rohmaterial 210 in Schneideebenen S. Als zweite geneigte Abschnitte vorgesehene Flächen 412a, die in 5 dargestellt sind, sind Teile, die durch das oben beschriebene Pressformen die zweiten geneigten Abschnitte 412 werden. Als Bergabschnitt vorgesehene Flächen 419a, die in 5 dargestellt sind, sind Teile, die durch das oben beschriebene Pressformen die Bergabschnitte 419 werden.
• Falls der Herstellungsvorgang eines Bogens bzw. Blatts des Strömungspfads 40 eines porösen Körpers nicht abgeschlossen worden ist (Vorgang P540, NEIN), werden die obere Klinge 310 und die Matrize 330 (wird mit 12 und 13 später beschrieben) in einer Pfeilrichtung in den Y-Richtungen durch einen vorbestimmten Betrag bewegt, wie in 8 dargestellt ist (Vorgang P550). Danach werden die Vorgänge P510 bis P540 erneut durchgeführt.
• 9 stellt einen Zustand dar, bei dem der Vorgang P520 erneut durchgeführt wird. 10 stellt einen Zustand dar, bei dem der Vorgang P530 erneut durchgeführt wird. 11 stellt einen Zustand dar, bei dem der Vorgang P550 erneut durchgeführt wird. Der Talabschnitt 417, der durch den Vorgang P530 zum zweiten Mal ausgebildet wird, bildet den flachen Abschnitt 415 gemeinsam mit dem Bergabschnitt 419, der durch den letzten Vorgang P530 ausgebildet wurde.
• 12 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 12-12 aus 10 entnommen ist, um eine Ausbildung der ersten geneigten Fläche 411 darzustellen. Ein vertiefter Abschnitt 311, der zu der oberen Klinge 310 gehört, umfasst eine erste obere Steigung 311a, wie in 12 dargestellt ist (nicht in 6 bis 11 dargestellt). Die Matrize 330, die zu der Schneideinrichtung 300 gehört, umfasst eine erste untere Steigung 331. Die erste untere Steigung 331 ist gegenüberliegend zu der ersten oberen Steigung 311a angeordnet.
• Beim Vorgang P530 wird die Matrize 330 mit dem Rohmaterial 210 in Kontakt gebracht bevor die obere Klinge 310 abgesenkt wird. Wenn die oberen Klinge 310 abgesenkt wird, wird ein Teil des Materials 210, der zwischen der ersten oberen Steigung 311a und der ersten unteren Steigung 331 eingeklemmt ist, gebogen. Dieser gekrümmte Abschnitt dient als der erste geneigte Abschnitt 411.
• 13 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 13-13 aus 10 entnommen ist, um eine Ausbildung des zweiten geneigten Abschnitts 412 darzustellen. Wie in 13 dargestellt ist, umfasst der hervorstehende Abschnitt 312 der oberen Klinge 310 eine zweite obere Steigung 312a. Die Matrize 330 umfasst eine zweiten untere Steigung 332. Die zweite untere Steigung 332 ist gegenüberliegend zu der zweiten oberen Steigung 312a angeordnet.
• Da der hervorstehende Abschnitt 312 mit der zweiten oberen Steigung 312a ausgestattet ist, erfolgt kein Schneiden, wenn der hervorstehende Abschnitt 312 beginnt mit dem Rohmaterial 210 in Kontakt zu treten, sondern es tritt ein Biegen entlang der zweiten oberen Steigung 312a auf. Wenn die obere Klinge 310 weiter abgesenkt wird, tritt ein Schneiden auf, sodass der Talabschnitt 417 und der zweite geneigte Abschnitt 412 ausgebildet werden. Es ist zu beachten, dass zu dieser Zeit das Ausbilden des Talabschnitts 417 und des zweiten geneigten Abschnitts 412 noch nicht abgeschlossen ist. Wenn die obere Klinge 310 weiter abgesenkt wird bis sie eine Stoppposition erreicht, steht der Talabschnitt 417 mit der Matrize 330 in Kontakt und ist zwischen dem hervorstehenden Abschnitt 312 und der Matrize 330 eingeklemmt. Infolgedessen werden der Talabschnitt 417 und der zweite geneigte Abschnitt 412 ausgebildet.
• Nachdem die oben beschriebenen Vorgänge P510 bis P550 für eine vorbestimmte Anzahl von Wiederholungen wiederholt worden sind, ist der Herstellungsvorgang eines Bogens des Strömungspfads 40 eines porösen Körpers abgeschlossen (Vorgang P540, JA). Danach wird das Strömungspfadelement 50 durch Schweißen des Strömungspfads 40 eines porösen Körpers an die Abschirmungsplatte 45 (Vorgang P560) hergestellt, wie später beschrieben wird.
• 14 ist eine Draufsicht auf das Strömungspfadelement 50. Die Abschirmungsplatte 45 wird entlang einer langen Seite des Strömungspfads 40 eines porösen Körpers geschweißt. Die Schweißpunkte in dieser Ausführungsform sind sechs Schweißungen P, wie in 14 dargestellt ist.
• 15 stellt ein Schweißsystem 700 dar. Das Schweißsystem 700 umfasst eine Leistungsquelle 710, einen Transformator 720 und eine Schweißpistole 730.
• Die Leistungsquelle 710 weist eine Timerfunktion auf, um dem Transformator 720 Leistung für eine vorbestimmte Zeitdauer zuzuführen. Der Transformator 720 führt der Schweißpistole 730 einen Sekundärstrom zu. Der Sekundärstrom wird durch den Transformator 720 erzeugt, der eine Spannung der Leistung, die von der Leistungsquelle 710 zugeführt wird, umwandelt. Die Schweißpistole 730 führt unter Verwendung des zugeführten Sekundärstroms eine Punktschweißung durch.
• 16 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand des Schweißens darstellt. Der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers wird an der Abschirmungsplatte 45 derart positioniert, dass die ersten geneigten Abschnitte 411 mit der Abschirmungsplatte 45 in Kontakt stehen.
• Wie in 16 dargestellt ist, ist der erste geneigte Abschnitt 411 in Bezug zu dem flachen Abschnitt 415 derart geneigt, dass alle ersten geneigten Abschnitte 411 eine flache Ebene bilden. Somit steht jeder erste geneigte Abschnitt 411 mit der Abschirmungsplatte 45 in der Weise eines Flächenkontakts in Kontakt. Die Neigung des ersten geneigten Abschnitts 411 und die Neigung des zweiten geneigten Abschnitts 412 sind im Wesentlichen parallel zueinander.
• Die Schweißpistole 730 umfasst eine obere Elektrode 731 und eine untere Elektrode 733. Ein Abschnitt nahe der Spitze der oberen Elektrode 731 weist eine ringförmige Säulenform auf und ein äußerer Durchmesser derselben beträgt 1,5 mm. Daher beträgt eine Fläche einer Endoberfläche 731a der oberen Elektrode 731 7,07 mm². Ein Abschnitt nahe der Spitze der unteren Elektrode 733 weist eine ringförmige Säulenform auf und ein äußerer Durchmesser derselben beträgt 3,0 mm. Daher beträgt eine Fläche einer Endoberfläche 733a der unteren Elektrode 733 28,27 mm².
• Die Bedingungen des Punktschweißens in dieser Ausführungsform sind wie folgt. Eine Druck- bzw. Presskraft der oberen Elektrode 731 gegen die untere Elektrode 733 beträgt 50 ± 3 N, ein Schweißstrom beträgt 920 ± 30 A, eine Schweißzeit beträgt 35 ± 3 Millisekunden und eine Auflaufzeit beträgt 1,8 Millisekunden.
• Nach dem Punktschweißen wird die obere Elektrode 731 auf die untere Elektrode 733 in einem Zustand gepresst, bei dem die obere Elektrode 731 mit dem zweiten geneigten Abschnitt 412 in Kontakt steht. Wenn die obere Elektrode 731 mit dem zweiten geneigten Abschnitt 412 in Kontakt steht, beginnt der Schweißstrom zu fließen, wodurch das Schweißen zwischen dem ersten geneigten Abschnitt 411 und der Abschirmungsplatte 45 beginnt.
• 17 stellt einen Zustand nach dem Punktschweißen dar. Wie in 17 gezeigt ist, wird der zweite geneigte Abschnitt 412 durch die Presskraft verformt bis er mit der Abschirmungsplatte 45 in Kontakt steht. Demzufolge wird der zweite geneigte Abschnitt 412 ebenso mit der Abschirmungsplatte 45 verschweißt. Andererseits wird die Abschirmungsplatte 45 selbst kaum nach dem Schweißen verformt. Einer der Gründe hierfür liegt darin, dass der äußere Durchmesser der oberen Elektrode 731 kleiner als der äußere Durchmesser der unteren Elektrode 733 ist.
• Wie obenstehend beschrieben ist, ist die Verformung der Abschirmungsplatte 45 durch das Punktschweißen kleiner als die Verformung des Strömungspfades 40 eines porösen Körpers durch das Punktschweißen. Genauer genommen ist die Verformung der Abschirmungsplatte 45 aufgrund des Punktschweißens kleiner als die Verformung des Basisteils 410 durch das Punktschweißen. Die Größenordnung der Verformung in dieser Ausführungsform ist durch einen Abstand definiert, durch den das Objekt in den Dickenrichtungen desselben nach Innen verformt wird (nachstehend als „der Pressverformungsbetrag” bezeichnet). Die Dickenrichtungen sind Richtungen entlang der Dicke der Abschirmungsplatte 45 und sie sind vertikale Richtungen in 17. Nach Innen ist eine gedrückte Richtung des Objekts durch eine der Elektroden, die mit dem Objekt zu der Zeit des Schweißens in Kontakt steht. Das heißt das Innere ist für den Strömungspfad 40 eines porösen Körpers in den Zeichnungen eine Abwärtsrichtung und das Innere für die Abschirmungsplatte 45 ist in den Zeichnungen eine Aufwärtsrichtung.
• Der Pressverformungsbetrag des Basisteils 410 wird in 17 durch einen Abstand D dargestellt. Messungen des Pressverformungsbetrags des Basisteils 410 können erlangt werden durch Vergleichen der Formen des Basisteils 410 (das ein Zielobjekt des Schweißens ist) vor und nach dem Schweißen, oder durch Vergleichen der Höhe in den Dickenrichtungen von einem der Basisteile mit den Höhen der anderen Basisteile 410, die noch nicht geschweißt worden sind, wie in 17 dargestellt ist.
• Der Pressverformungsbetrag der Abschirmungsplatte 45 kann durch Messen eines Verformungsbetrags eines Teils der Abschirmungsplatte 45 gemessen werden, der mit der unteren Elektrode 733 in Kontakt war (da die Verformung so klein ist, ist sie in den Zeichnungen nicht dargestellt).
• Es ist zu beachten, dass das Schweißen des ersten geneigten Abschnitts 411 besser als das Schweißen an dem zweiten geneigten Abschnitt 412 ist, und es weist eine höhere Zugfestigkeit nach dem Schweißen auf. Das liegt daran, dass der erste geneigte Abschnitt 411 mit der Abschirmungsplatte 45 von Beginn der Schweißung an in Kontakt steht, und dieser Kontakt ist ein Oberflächenkontakt (d. h. der Schweißstrom kann leichter zwischen dem ersten geneigten Abschnitt 411 und der Abschirmungsplatte 45 fließen).
• 18 ist ein Schaubild, das experimentelle Ergebnisse basierend auf der Studie eines Verhältnisses zwischen den Schweißbedingungen und einem Auftreten eines Spritzens darstellt. Die vertikale Achse des Schaubilds zeigt die Schweißzeit an, und die horizontale Achse zeigt den Schweißstrom an. Fehler der Schweißzeit in dem Experiment waren ±0,1 Millisekunden oder weniger. Fehler des Schweißstroms in dem Experiment betrugen ±2%.
• Wie in 18 gezeigt ist, tritt in einem Fall, bei dem die Presskraft 50 N ist, ein Spritzen auf, falls die Schweißzeit länger als 50 Millisekunden beträgt, oder falls der Schweißstrom mehr als ein 1050 A beträgt. Wie in 18 dargestellt ist, tritt in Abhängigkeit der Werte der Schweißzeit und des Schweißstroms, kein Spritzen in einem Fall auf, bei dem die Presskraft weniger als 50 N beträgt, falls die Schweißzeit kleiner als 50 Millisekunden ist und der Schweißstrom kleiner als 1050 A ist.
• In dem Fall, bei dem die Werte in dieser Ausführungsform, die obenstehend beschrieben ist, angepasst werden, tritt kein Spritzen auf, wie in 18 gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass der Satz „es tritt kein Spritzen auf” ebenso einen Zustand umfassen kann, bei dem kleine Mengen eines Spritzens auftreten. Die „kleine Menge” ist eine Menge, die beispielsweise bei dem Herstellungsvorgang kein Problem verursacht.
• Wie in 18 gezeigt ist, kann in einem Fall, bei dem die Presskraft innerhalb eines Bereichs von 45,1 N oder mehr und 50 N oder weniger liegt, ein Spritzen ebenso unter den Bedingungen auftreten, bei denen das Spritzen nicht auftritt, wenn die Presskraft 50 N ist. Wie ferner in 18 gezeigt ist, sind die Bedingungen, bei denen Spritzen auftritt, darauf ausgedehnt, dass die Presskraft auf einen Bereich sinkt, wie 40,1 N oder mehr und 45,1 N oder weniger, 35,1 N oder mehr und 40,1 N oder weniger, und 30,1 N oder mehr und 35,1 N oder weniger.
• 19 ist ein Schaubild, das experimentelle Ergebnisse basierend auf der Studie eines Verhältnisses zwischen der Zugfestigkeit einer Schweißung und der Presskraft darstellt. Der Schweißstrom war auf 920 A eingestellt und die Schweißzweit war für alle Experimentproben auf 35 Millisekunden eingestellt.
• In diesem Experiment wurde die Presskraft von 40,1 N auf 65,1 N um 5 N variiert. Das liegt daran, dass in einem Fall, bei dem der Schweißstrom 920 A ist und die Schweißzeit 35 Millisekunden ist, ein Spritzen auftritt, falls die Presskraft weniger als 40,1 N ist, wie zu 18 beschrieben wurde.
• Es wurden fünf Proben für die Presskräfte vorbereitet, und die Zugfestigkeit an einer Schweißung P wurde für jede Probe gemessen. Fehlerbalken, die in diesem Schaubild dargestellt sind, zeigen einen Bereich von „[Durchschnitt] ± 3 × [Standardabweichung]” für jeder Presskraft an. Wenn die Presskraft 45,1 N, 50,1 N und 55,1 N war, ist jeder Wert von „[Durchschnitt] ± 3 × [Standardabweichung]” größer als 37 N und somit ist eine ausreichende Zugfestigkeit sichergestellt. Wie in dieser Ausführungsform beschrieben ist, ist die Presskraft auf 50 ± 3 N eingestellt. Daher kann die ausreichende Zugfestigkeit gemäß dieser Ausführungsform sichergestellt werden.
• Die 20 und 21 stellen Zustände des Schweißens in einem Vergleichsbeispiel dar. Wie in 20 dargestellt ist, steht in diesem Vergleichsbeispiel die obere Elektrode 731 mit der Abschirmungsplatte 45 in Kontakt und die untere Elektrode 733 steht mit dem Strömungspfad 40 eines porösen Körpers in Kontakt. Wenn auf diese Weise geschweißt wird, wird der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers durch die obere Elektrode 731 über die Abschirmungsplatte 45 gepresst bzw. unter Druck gesetzt. Demzufolge wird der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers in den Dickenrichtungen (in dieser Zeichnung abwärts) erheblich nach außen verformt, wie in 21 dargestellt ist. Unterdessen wird der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers in den Dickenrichtungen kaum nach innen verformt, da die Fläche der unteren Elektrodenendoberfläche 733a, die mit dem Strömungspfad 40 eines porösen Körpers in Kontakt steht, groß ist. Somit ist der Pressverformungsbetrag des Strömungspfads 40 eines porösen Körpers im Wesentlichen Null.
• Andererseits wird die Abschirmungsplatte 45 durch die obere Elektrode 731 gepresst bzw. unter Druck gesetzt und wird in den Dickenrichtungen erheblich nach innen verformt, da die Fläche der oberen Elektrodenendoberfläche 731a, die mit der Abschirmungsplatte 45 in Kontakt steht, klein ist. Demzufolge wird der Pressverformungsbetrag der Abschirmungsplatte 45 größer als der Pressverformungsbetrag des Strömungspfads 40 eines porösen Körpers. Der Pressverformungsbetrag der Abschirmungsplatte 45 ist durch D' in 21 dargestellt.
• Wenn sich die Abschirmungsplatte 45 durch Pressen verformt, werden somit Falten (nicht dargestellt) in der Abschirmungsplatte 45 erzeugt. Die Falten der Abschirmungsplatte 45 verursachen eine Abweichung in der Dicke des Strömungspfadelements 50, was zu einer Abweichung in dem Oberflächenkontaktdruck zu der Zeit eines Stapelns der Strömungspfadelemente 50 führt. Demzufolge kann das ein Grund zur Verringerung der Leistungserzeugungsfähigkeit sein.
• Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform können zumindest die folgenden Wirkungen erlangt werden. In dem Fall der oben beschriebenen Ausführungsform ist eine Genauigkeit der Dicke des Strömungspfadelements 50 geeignet, die durch Verformen der Abschirmungsplatte 45 aufgrund eines Schweißens im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel, das oben beschrieben ist, verringert wird. Demzufolge wird der Oberflächenkontaktdruck zu der Zeit eines Stapelns stabilisiert, wodurch die Leistungserzeugungsfähigkeit stabilisiert wird. Es ist zu beachten, dass selbst wenn ein bestimmtes Basisteil 410 durch Schweißen verformt wird, der Einfluss der Verformung durch die Verformung des Verbindungsteils 450 aufgenommen wird, und andere Basisteile 410 kaum verformt werden. Daher verschlechtert die Verformung des Basisteils 410 kaum die Genauigkeit der Dicke des Strömungspfadelements 50.
• Da die Verformung der Abschirmungsplatte 45 verringert wird, wird die Genauigkeit der Dicke des Strömungspfadelements 50 geeignet, selbst wenn die Dicke der Abschirmungsplatte 45 verringert wird. Beispielsweise wird die Genauigkeit der Dicke unter der Annahme, dass die Dicke, die angepasst wird, um die Verformung der Abschirmungsplatte 45 anzupassen, 0,1 mm beträgt, nicht verschlechtert, selbst wenn die Dicke in dieser Ausführungsform 0,05 mm beträgt. Demzufolge können Verringerungen der Abmessung und eines Gewichts der Brennstoffzelle erlangt werden.
• Da der erste geneigte Abschnitt 411 mit der Abschirmungsplatte 45 in einem Zustand vor einem Schweißen in einem Oberflächenkontakt steht, werden die Kontaktfläche zwischen dem Strömungspfad 40 eines porösen Körpers und der Abschirmungsplatte 45 im Vergleich zu Fällen eines Linienkontakts oder eines Punktkontakts erhöht. Demzufolge wird der Schweißstrom stabilisiert, wodurch eine Schweißung stabilisiert wird.
• Da die obere Elektrode 731 mit dem zweiten geneigten Abschnitt 412 in einem Oberflächenkontakt steht, kann die Endoberfläche der oberen Elektrode 731 kaum Beschädigungen davontragen. Demzufolge wird die Lebensdauer der oberen Elektrode 731 erhöht.
• Aufgrund der Struktur des Strömungspfads 40 eines porösen Körpers wird der Strömungspfad nicht blockiert, selbst wenn der Strömungspfad 40 eines porösen Körpers geschweißt wird. Daher wird eine Gasströmung kaum beeinflusst.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform, die Beispiele und Modifikationen dieser Beschreibung beschränkt und kann in verschiedenen Aufbauten erreicht werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können technische Merkmale in der Ausführungsform, den Beispielen und Modifikationen, die den technischen Merkmalen von jedem Aspekt entsprechen, die in dem Abschnitt „KURZFASSUNG DER ERFINDUNG” zitiert sind, in geeigneter Weise ausgetauscht und/oder kombiniert werden, um einige oder alle der Zwecke, die obenstehend beschrieben wurden, zu erreichen oder um einige oder alle der Wirkungen, die obenstehend beschrieben wurden, zu erhalten. Die technischen Merkmale können auf geeignete Weise ausgelassen werden, falls sie nicht als wesentliche Gegenstände in dieser Beschreibung beschrieben sind. Beispielsweise kann Folgendes dargestellt werden.
• Eine beliebige Art einer Schweißtechnik kann eingesetzt werden, solange der Pressverformungsbetrag der Abschirmungsplatte kleiner als der Pressverformungsbetrag des Strömungspfads eines porösen Körpers ist. Beispielsweise kann die Fläche der oberen Elektrodenendoberfläche dieselbe wie die Fläche der unteren Elektrodenendoberfläche sein, das Material des Strömungspfads eines porösen Körpers kann weicher als das Material der Abschirmungsplatte sein, oder der Strömungspfad eines porösen Körpers kann in einer Form bestehen, die eine geringere Steifigkeit aufweist. Anderenfalls können diese Techniken in geeigneter Weise kombiniert werden.
• Der Strömungspfad eines porösen Körpers kann ohne den ersten geneigten Abschnitt oder ohne den zweiten geneigten Abschnitt ausgestattet sein. Der Strömungspfad eines porösen Körpers kann in einem Zustand vor einem Punktschweißen in einem Linienkontakt oder einem Punktkontakt mit der Abschirmungsplatte stehen.
• Es kann eine beliebige Art von Herstellungsverfahren des Strömungspfads eines porösen Körpers angewendet werden. Beispielsweise kann die Ausbildung des ersten geneigten Abschnitts und/oder des zweiten geneigten Abschnitts als ein getrennter Vorgang von dem Pressformen (Vorgang P530) oder einem Schneiden und dem Ausbilden des Talabschnitts ausgeführt werden. Anderenfalls kann der Ablauf für einen Bogen des Strömungspfads eines porösen Körpers durch ein einzelnes Pressformen erlangt werden. Anderenfalls kann der Strömungspfad eines porösen Körpers durch Bearbeitung, wie Schneiden, Gießen usw. anstatt des Pressvorgangs hergestellt werden.
• Der Gegenstand, der mit dem Strömungspfad eines porösen Körpers verschweißt werden soll, ist nicht auf die Abschirmungsplatte beschränkt, sondern kann ein anderes Plattenmaterial in Abhängigkeit der Struktur der Brennstoffzelle und/oder Änderungen in dem Herstellungsverfahren sein.
• Bezugszeichenliste

20

Leistungserzeugungseinheit

34

Membranelektroden-Gasdiffusionsschicht-Gruppe

40

Strömungspfad eines porösen Körpers

45

Abschirmungsplatte

50

Strömungspfadelement

71

kathodenseitiger Separator

73

anodenseitiger Separator

91

Anschlussplatte

93

Isolationsplatte

95

Endplatte

95a

Wasserstoffzufuhrverteiler

95b

Luftzufuhrverteiler

95c

Wasserstoffabführsammler

95d

Luftabführsammler

95e

Kühlwasserzufuhrverteiler

95f

Kühlwasserabführsammler

100

Brennstoffzelle

140

Dichtungsmaterial

210

Material

300

Schneideinrichtung

310

obere Klinge

311

vertiefter Abschnitt

311a

erste obere Steigung

312

hervorstehender Abschnitt

312a

zweite obere Steigung

320

untere Klinge

330

Matrize

331

erste untere Steigung

332

zweite untere Steigung

340

Walzen

410

Basisteil

411

erster geneigter Abschnitt

411a

als erster geneigter Abschnitt vorgesehene Fläche

412

zweiter geneigter Abschnitt

412a

als zweiter geneigter Abschnitt vorgesehene Fläche

415

flacher Abschnitt

417

Talabschnitt

417a

als Talabschnitt vorgesehene Fläche

419

Bergabschnitt

419a

als Bergabschnitt vorgesehene Fläche

421

Lücke

421a

Durchgangsloch

450

Verbindungsteil

470

Masche

700

Schweißsystem

710

Leistungsquelle

720

Transformator

730

Schweißpistole

731

obere Elektrode

731a

obere Elektrodenendoberfläche

733

untere Elektrode

733a

untere Elektrodenendoberfläche

S

Schneidebene

P

Schweißung

Claims (5)

1. Verfahren zum Schweißen, aufweisend ein Inkontaktbringen einer ersten Elektrode mit einem Strömungspfad eines porösen Körpers, ein Inkontaktbringen einer zweiten Elektrode mit einem Plattenmaterial, ein Pressen des Strömungspfades eines porösen Körpers und des Plattenmaterials durch die erste und zweiten Elektrode in einer Dickenrichtung des Plattenmaterials, und ein Punktschweißen des Strömungspfads eines porösen Körpers und des Plattenmaterials, wobei; eine Verformung des Plattenmaterials in einer Richtung der zweiten Elektrode, die das Plattenmaterial unter Druck setzt, kleiner als eine Verformung des Strömungspfads eines porösen Körpers in einer Richtung der ersten Elektrode ist, die den Strömungspfad eines porösen Körpers unter Druck setzt.
2. Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1, wobei eine Fläche einer Endoberfläche der ersten Elektrode kleiner als eine Fläche einer Endoberfläche der zweiten Elektrode ist.
3. Verfahren zum Schweißen nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strömungspfad eines porösen Körpers durch das Punktschweißen an einem Teil desselben verbunden wird, der in einem Zustand bevor das Punktschweißen durchgeführt wird, in Oberflächenkontakt mit dem Plattenmaterial steht.
4. Verfahren zum Schweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Punktschweißen begonnen wird nachdem die erste Elektrode in Oberflächenkontakt mit dem Strömungspfad eines porösen Körpers steht.
5. Verfahren zum Schweißen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Plattenmaterial eine Abschirmungsplatte ist, die ein Dichtungsmaterial abschirmt, wenn das Plattenmaterial zu einer Brennstoffzelle zusammengesetzt wird.

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