DE102016207906A1

DE102016207906A1 - Metallische Platte mit wenigstens einer Messstruktur und Verfahren zur Herstellung einer metallischen Platte mit wenigstens einer Messstruktur

Info

Publication number: DE102016207906A1
Application number: DE102016207906.9A
Authority: DE
Inventors: Claudia Kunz; Bernd Gaugler
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2036-05-10
Also published as: CN106207218A; DE202015102771U1; US20160351921A1; CN206206990U; US10026973B2; DE102016207906B4; CN106207218B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine metallische Platte (9a) für ein elektrochemisches System (1), wobei die Platte (9a) wenigstens eine einteilig mit der Platte (9a) ausgebildete Messstruktur (17) aufweist, wobei die Messstruktur (17) wenigstens zwei Schnitte (28) in der Platte (9a) und eine zwischen den Schnitten (28) angeordnete und durch die Schnitte (28) abschnittsweise begrenzte erste Verformung der Platte (9a) umfasst, so dass die voneinander durch die erste Verformung abschnittsweise beabstandeten Schnittkanten (18a, 18b) der Schnitte (28) wenigstens zwei Fenster (18) in der Platte (9a) bilden, und wobei die Messstruktur (17) wenigstens eine zweite Verformung (21) der Platte (9a) umfasst, wobei die Platte (9a) durch die zweite Verformung (21) im an die Fenster (18) angrenzenden Bereich der Platte (9a) derart verformt ist, dass die Fenster (18) für senkrecht zur Planflächenebene der Platte (9a) auf die Platte (9a) fallendes Licht durchlässig sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Platte (9a).

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Platte für ein elektrochemisches System, wobei die metallische Platte wenigstens eine Messstruktur aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Platte mit wenigstens einer Messstruktur.
Bekannte elektrochemische Systeme, beispielsweise Brennstoffzellensysteme oder elektrochemische Verdichtersysteme wie Elektrolyseure, umfassen gewöhnlich einen Stapel elektrochemischer Zellen, welche jeweils durch metallische Bipolarplatten voneinander getrennt sind. Diese Bipolarplatten umfassen gewöhnlich zwei zusammengefügte, typischerweise miteinander verschweißte metallische Einzelplatten, die normalerweise aus dünnen Metallblechen gefertigt sind. Die Bipolarplatten bzw. die die Bipolarplatten bildenden Einzelplatten können z. B. der elektrischen Kontaktierung der Elektroden der einzelnen elektrochemischen Zellen (z. B. Brennstoffzellen) und/oder der elektrischen Verbindung benachbarter Zellen dienen (Serienschaltung der Zellen).
Die Bipolarplatten bzw. die die Bipolarplatten bildenden Einzelplatten können eine Kanalstruktur aufweisen, die zur Versorgung der Zellen mit einem oder mehreren Medien und/oder zum Abtransport von Reaktionsprodukten eingerichtet ist. Bei den Medien kann es sich beispielsweise um Brennstoffe (z. B. Wasserstoff oder Methanol), Reaktionsgase (z. B. Luft oder Sauerstoff) oder um Kühlmittel handeln. Eine solche Kanalstruktur ist gewöhnlich in einem elektrochemisch aktiven Bereich angeordnet (Gasverteilerstruktur/Flowfield). Ferner können die Bipolarplatten bzw. die die Bipolarplatten bildenden Einzelplatten zum Weiterleiten der bei der Umwandlung elektrischer bzw. chemischer Energie in der elektrochemischen Zelle entstehenden Abwärme sowie zum Abdichten der verschiedenen Medien- bzw. Kühlkanäle gegeneinander und/oder nach außen ausgebildet sein. Die genannten Kanalstrukturen und/oder Dichtungsstrukturen, insbesondere Dichtungssicken, werden gewöhnlich mittels eines Prägewerkzeugs in die Einzelplatten eingeprägt. Ähnliche Strukturen sind auch bei Separatorplatten von Befeuchtern für elektrochemische Systeme vorhanden. Das im Folgenden für die Bipolarplatten und ihre Einzelplatten Ausgesagte gilt entsprechend auch für diese Separatorplatten, insbesondere auch für Separatorplatten für Befeuchter.
Es ist bekannt, die Einzelplatten bzw. die Bipolarplatten jeweils mit einer oder mit mehreren Messstrukturen zu versehen. Dabei handelt es sich um an oder auf den Platten ausgebildete Strukturen, die mit einem optischen Sensor detektierbar sind und die unter Verwendung einer Muster- oder Bilderkennungssoftware zur Festlegung eines relativ zur Platte in definierter Weise ausgerichteten Koordinatensystems verwendet werden. Dieses Koordinatensystem dient beispielsweise zur Vermessung der Platte, zur automatischen Positionierung der Platte in einem Werkzeug oder zur Vermessung von in die Platte eingeprägten Strukturen oder von auf die Platte aufgebrachten Strukturen. Bei dem Werkzeug, in dem die Platte mittels der Messstrukturen in definierter Weise positionierbar ist, kann es sich z. B. um ein Fügewerkzeug, eine Beschichtungsvorrichtung oder eine Schneidvorrichtung, insbesondere Stanz- oder Laserschneidvorrichtung, handeln. Viele Prozessschritte können aufgrund der Vermessung relativ zu einer derartigen Messstruktur an einer definierten Position durchgeführt werden: z. B. Positionierung der Laserschweißnähte, Positionierung des Siebdrucks zur partiellen Beschichtung etc.
Eine gattungsgemäße Messstruktur ist z. B. aus der Druckschrift DE102012002053A1 bekannt, dort Messmerkmal genannt. In einer bestimmten Ausführungsform ist das Messmerkmal gemäß DE102012002053A1 eine im Wesentlichen kreisförmige Vertiefung, die in einem erhabenen Abschnitt auf der Platte angeordnet ist. Mit bekannten optischen Messsystemen können derartige abgerundete Vertiefungen leicht lokalisiert und deren Mittelpunkte ermittelt werden.
Ein optisches Messsystem zur Lokalisierung dieser Messstruktur umfasst z. B. eine Lichtquelle zum Beleuchten der Messstruktur und einen Bilddetektor zum Aufnehmen eines Bildes der Platte mit der auf der Platte angeordneten Messstruktur, wobei die Lichtquelle und die Kamera auf derselben Seite der Platte angeordnet sind (Auflichtverfahren). Die Genauigkeit, mit der die Messstrukturen lokalisierbar sind, wenn die Bilder im Auflichtverfahren aufgenommen werden, kann jedoch in hohem Maße durch die Lichtverhältnisse, durch die optischen Eigenschaften des Materials der Plattenoberfläche bzw. durch die optischen Eigenschaften einer Beschichtung der Plattenoberfläche und/oder durch die geometrische Beschaffenheit der Plattenoberfläche beeinträchtigt werden.
Robustere Verfahren zum Lokalisieren von Messstrukturen sind Durchlichtverfahren. In diesem Fall weist die Messstruktur wenigstens eine Durchgangsöffnung auf und die Lichtquelle und der Bilddetektor sind auf unterschiedlichen Seiten der Platte angeordnet, so dass das von der Lichtquelle ausgesendete Licht typischerweise senkrecht zur Planflächenebene der Platte durch die Durchgangsöffnung hindurch tritt und auf der gegenüberliegenden Seite der Platte durch den Bilddetektor detektiert wird. Gegenüber dem Auflichtverfahren kann das Bild der Messstruktur beim Durchlichtverfahren daher normalerweise mit verbessertem Kontrast aufgenommen werden. Zur Ausbildung von Messstrukturen mit einer Durchgangsöffnung muss die Durchgangsöffnung bisher jedoch in einem zusätzlichen Herstellungsschritt ausgestanzt werden. Wird die Durchgangsöffnung dagegen während des Prägeprozesses gestanzt, entsteht zusätzlicher Stanzabfall im Prägewerkzeug. Die hierbei anfallenden Stanzbutzen können die Prägewerkzeuge dauerhaft beschädigen.
Wird eine Messstruktur in einem anderen Prozessschritt als die sonstigen Prägestrukturen eingebracht, so kann zwischen diesen beiden Strukturtypen ein Versatz auftreten, was eine verlässliche Positionierung erschwert oder gar unmöglich macht.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine zur Verwendung in einem elektrochemischen System geeignete metallische Platte mit wenigstens einer Messstruktur zu schaffen, die möglichst einfach und kostengünstig herstellbar ist und die eine Lokalisierung der Messstruktur, insbesondere relativ zu den sonstigen Strukturen der Platte, auf möglichst einfache Weise und mit möglichst großer Genauigkeit gestattet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine metallische Platte für ein elektrochemisches System und durch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen metallischen Platte gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Spezielle Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Vorgeschlagen wird also eine metallische Platte für ein elektrochemisches System. Die Platte weist wenigstens eine einteilig mit der Platte ausgebildete Messstruktur auf. Die Messstruktur umfasst wenigstens zwei Schnitte in der Platte und eine zwischen den Schnitten angeordnete und durch die Schnitte abschnittsweise begrenzte erste Verformung der Platte, so dass die voneinander durch die erste Verformung abschnittsweise beabstandeten Schnittkanten der beiden Schnitte wenigstens zwei Fenster in der Platte bilden. Die Messstruktur umfasst ferner wenigstens eine zweite Verformung der Platte, wobei die Platte durch die zweite Verformung im an die Fenster angrenzenden Bereich der Platte derart verformt ist, dass die Fenster für senkrecht zur Planflächenebene der Platte auf die Platte fallendes Licht durchlässig sind.
Da die Fenster durch Schnitte in der Platte und durch die erste und die zweite Verformung der Platte gebildet sind, entsteht beim Ausbilden der Fenster kein Stanzabfall. Das Schneiden der Platte zum Ausbilden der Schnitte ist also insbesondere nicht-spanend und somit nicht mit einem Materialabtrag verbunden. Die Messstruktur kann also z. B. beim Prägen der Platte im Prägewerkzeug ausgebildet werden. Dies verringert die Zahl der zur Herstellung der Platte und der Messstruktur benötigten Arbeitsschritte.
Dadurch, dass die Fenster derart ausgebildet sind, dass sie für senkrecht zur Planflächenebene der Platte auf die Platte fallendes Licht durchlässig sind, kann die Messstruktur im Durchlichtverfahren lokalisiert werden. Dies ermöglicht eine Lokalisierung mit sehr guter Genauigkeit, und zwar weitgehend unabhängig von den Lichtverhältnissen und der Oberflächenbeschaffenheit der metallischen Platte. Insbesondere sind die Fenster derart ausgebildet, dass für jedes der Fenster die den Rand des Fensters bildenden und an das Fenster heranreichenden Schnittkanten der Platte parallel zur Planflächenebene der Platte bereichsweise beabstandet sind. Entlang des Verlaufs eines Schnitts entfernen sich die Schnittkanten gewöhnlich voneinander und nähern sich dann wieder einander an. Die Fenster bilden damit Durchgangsöffnungen in der Platte, deren Projektion in eine parallel zur Planflächenebene der Platte ausgebildete Ebene eine von Null verschiedene Fläche hat, durch die senkrecht auf die Platte fallendes Licht durch das jeweilige Fenster hindurchtreten kann. Bei der Bildaufnahme der Messstruktur im Durchlichtverfahren erzeugen die den Rand der Fenster bildenden Kanten der Platte einen besonders scharfen Kontrast, was eine besonders gute Lokalisierung der Messstruktur ermöglicht.
Die Schnitte und die sonstigen Elemente der Messstruktur können insbesondere beim Prägen der Platte eingebracht werden, so dass ihre Positionierung relativ zu den Prägestrukturen immer gleich bleibt. Viele Stanz- bzw. Schnittstrukturen werden häufig in späteren Herstellschritten an einer definierten Position relativ zu diesen Messstrukturen eingebracht.
Bei der metallischen Platte kann es sich insbesondere um eine Einzelplatte oder um eine zwei zusammengefügte Einzelplatten umfassende Bipolarplatte für ein elektrochemisches System handeln, wie oben beschrieben. Zum Beispiel kann die metallische Platte Edelstahl umfassen oder aus Edelstahl gebildet sein. Die metallische Platte kann wenigstens bereichsweise zusätzlich beschichtet sein. Fair eine senkrecht zur Planflächenebene der Platte bestimmte Dicke D kann gelten: 50 μm ≤ D ≤ 150 μm, vorzugsweise 65 μm ≤ D ≤ 100 μm.
Die erste Verformung kann einen relativ zur Planflächenebene der Platte erhabenen Bereich bilden. Der erhabene Bereich kann relativ zur Planflächenebene der Platte durchgehend erhaben sein, er kann also durchgehend von der Planflächenebene der Platte beabstandet sein. Dabei kann die senkrecht zur Planflächenebene der Platte bestimmte Höhe H des erhabenen Bereichs entlang des erhabenen Bereichs oder innerhalb des erhabenen Bereichs variieren. Insbesondere kann der erhabene Bereich z. B. in einem Prägewerkzeug durch eine senkrecht zur Planflächenebene der Platte auf die Platte einwirkende Verformungskraft gebildet werden oder gebildet sein.
Für eine entlang einer ersten Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte bestimmte und von der Planflächenebene der Platte aus bestimmte maximale Höhe H des erhabenen Bereichs kann gelten: 100 μm ≤ H ≤ 700 μm, vorzugsweise 200 μm ≤ H ≤ 400 μm, besonders vorzugsweise 250 μm ≤ H ≤ 350 μm. In Bezug auf die Dicke D der Platte kann für die maximale Höhe H des erhabenen Bereichs also gelten: D ≤ H ≤ 10·D, vorzugsweise 2·D ≤ H ≤ 6·D, besonders vorzugsweise 2,5·D ≤ H ≤ 5·D. Für eine Fläche F des erhabenen Bereichs kann gelten: 0,5 mm² ≤ F ≤ 50 mm², vorzugsweise 2 mm² ≤ F ≤ 20 mm².
Die zweite Verformung sorgt für das eigentliche Öffnen der Fensterfläche quer zur Lichtdurchtrittsrichtung, also z. B. parallel zur Planflächenebene der Platte, so dass die zweite Verformung den Durchlass von Licht durch die Fenster der Messstruktur ermöglicht. Die zweite Verformung oder wenigstens eine der zweiten Verformungen der Platte kann von den Fenstern beabstandet sein, und zwar vorzugsweise entlang einer Richtung, die parallel zur Planflächenebene der Platte und senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des das jeweilige Fenster bildenden Schnittes oder zu den das jeweilige Fenster begrenzenden Kanten der Platte ausgerichtet ist. Es handelt sich bei der zweiten Verformung oder bei den zweiten Verformungen hier also vorzugsweise nicht um eine bloße Verbiegung der an die Fenster heranreichenden Kanten der Platte. Auch die zweite Verformung kann eine Verformung der Platte senkrecht zur Planflächenebene der Platte sein oder eine Verformung senkrecht zur Planflächenebene der Platte umfassen. Mit anderen Worten kann auch die zweite Verformung der Platte durch eine senkrecht zur Planflächenebene der Platte auf die Platte einwirkende Verformungskraft gebildet werden oder gebildet sein, z. B. in einem Prägewerkzeug. Beim Ausbilden der Messstruktur wird das Plattenmaterial im an die Fenster angrenzenden Bereich der Platte infolge der zweiten Verformung dann typischerweise zur von den Fenstern beabstandeten zweiten Verformung hin gezogen. Dabei wird das Fenster quer zur Lichtdurchtrittsrichtung geöffnet, also z. B. parallel zur Planflächenebene der Platte. Dies führt dazu, dass für jedes Fenster die den Rand des Fensters bildenden Kanten der Platte parallel zur Planflächenebene der Platte wenigstens bereichsweise beabstandet sind, wie oben beschrieben.
Die zweite Verformung oder wenigstens eine der zweiten Verformungen kann innerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs ausgebildet sein. In diesem Fall ist die zweite Verformung also typischerweise in Form einer Modulation der Höhe H des erhabenen Bereichs gegeben. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Verformung oder wenigstens eine der zweiten Verformungen auch außerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs ausgebildet sein.
Beispielsweise kann die zweite Verformung der Platte oder wenigstens eine der zweiten Verformungen der Platte eine die erste Verformung einschließende, vorzugsweise geschlossene Kurve bilden, insbesondere in Form eines geschlossenen Grabens. Z. B. kann die zweite Verformung in diesem Fall als ein die erste Verformung oder den erhabenen Bereich einschließender ringförmiger Graben bzw. als eine die erste Verformung oder den erhabenen Bereich einschließende Sicke ausgebildet sein.
Die Platte kann durch die erste Verformung in eine erste Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte verformt sein. Mit anderen Worten kann die erste Verformung eine Verformung der Platte senkrecht zur Planflächenebene der Platte umfassen. Die Platte kann dann durch die zweite Verformung oder durch wenigstens eine der zweiten Verformungen in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte verformt sein. Mit anderen Worten kann die zweite Verformung eine Verformung der Platte senkrecht zur Planflächenebene der Platte umfassen. Grundsätzlich ist es ebenso denkbar, dass die Platte durch die erste Verformung und durch die zweite Verformung in dieselbe Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte verformt ist. Mit anderen Worten können die erste und die zweite Verformung jeweils eine Verformung der Platte in dieselbe Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte umfassen. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die zweite Verformung außerhalb des von der ersten Verformung aufgespannten Bereichs erfolgt.
Die Messstruktur lässt sich auf besonders einfache Weise mit besonders guter Genauigkeit lokalisieren, wenn die Schnitte oder die Fenster relativ zueinander symmetrisch angeordnet sind. Z. B. können die die Fenster bildenden Schnitte derselben Messstruktur wenigstens paarweise dieselbe Länge haben. Es können auch alle Schnitte derselben Messstruktur dieselbe Länge haben.
Bei einer speziellen Ausführungsform kann die Messstruktur z. B. zwei Schnitte derselben Länge aufweisen, die parallel zueinander ausgerichtet sind und einander gegenüberliegen, die also entlang einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Schnitte in Deckung sind. Zwischen den beiden Schnitten verbleiben normalerweise zwei Stege.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Messstruktur drei oder mehr Schnitte aufweisen, die vorzugsweise jeweils dieselbe Länge haben. Die Schnitte können dann derart angeordnet sein, dass jeweils entweder ihre äußeren oder ihre inneren Schnittkanten auf einem gemeinsamen Kreis liegende Kreisbögen bilden. Die äußeren Schnittkanten bezeichnen dabei typischerweise diejenigen Schnittkanten, die die Fenster zur Planflächenebene der Platte hin begrenzen. Die inneren Schnittkanten bezeichnen dagegen typischerweise diejenigen Schnittkanten, die die Fenster zur ersten Verformung hin begrenzen, also z. B. zum durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereich der Messstruktur hin. Zwischen zwei benachbarten Kreisbögen bleibt dann jeweils Material stehen, das Stege bildet, die den durch die erste Verformung im Kreisinneren gebildeten erhabenen Bereich mit dem den erhabenen Bereich einschließenden Bereich der Platte verbinden. Ist n die Anzahl der Schnitte bzw. die Anzahl der Fenster der Messstruktur, so können die kreisbogenartigen Schnitte bzw. Fensterkanten derart ausgebildet und angeordnet sein, dass sie bezüglich einer Rotation um den Kreismittelpunkt eine n-zahlige Symmetrie aufweisen. Dies bedeutet dann, dass die Messstruktur durch Rotationen bezüglich einer Symmetrieachse der Messstruktur um einen Winkel α = 2π/n (Bogenmaß) mit sich selbst in Deckung bringbar ist, wobei n eine natürliche Zahl mit n ≥ 2 ist. Die Symmetrieachse der Messstruktur ist typischerweise senkrecht zur Planflächenebene der Platte ausgerichtet.
Die die Fenster begrenzenden inneren oder äußeren Schnittkanten der Platte können also derart angeordnet sein, dass sie Abschnitte einer in der Planflächenebene der Platte verlaufenden geschlossenen Kurve bilden, wobei die geschlossene Kurve vorzugsweise ein Kreis, eine Ellipse oder ein regelmäßiges Vieleck ist. Die inneren Schnittkanten verlaufen vorzugsweise dann abschnittsweise auf einer geschlossenen Kurve, wenn sämtliche der mindestens einen zweiten Verformungen außerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs ausgebildet sind. Die äußeren Schnittkanten verlaufen vorzugsweise dann abschnittsweise auf einer geschlossenen Kurve, wenn sämtliche der mindestens einen zweiten Verformungen innerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs ausgebildet sind.
Um definierte, insbesondere kreisförmige Linien zu erhalten, ist die zweite Verformung vorzugsweise entweder nur innerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs oder nur außerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs ausgebildet.
Für eine Länge L der Schnitte bzw. der die Fenster begrenzenden Schnittkanten der Platte kann gelten: 0,2 mm ≤ L ≤ 10 mm, vorzugsweise 0,5 mm ≤ L ≤ 3 mm. In Bezug auf die Dicke D der metallischen Platte kann für die Länge L gelten: 2·D ≤ L ≤ 140·D, vorzugsweise 5·D ≤ L ≤ 40·D. Für eine Fläche A der Projektion der Fenster in eine Ebene parallel zur Planflächenebene der Platte kann jeweils gelten: 0,01 mm² ≤ A ≤ 5 mm², bevorzugt 0,03 mm² ≤ A ≤ 2 mm².
Die metallische Platte kann eine erste Dichtungssicke und/oder Dichtungsschweißung aufweisen, die an oder auf der Plattenoberfläche eine geschlossene Kurve bildet. Die Dichtungssicke und/oder Dichtungsschweißung dient als entlang des Außenrandes der Platte und beabstandet zum Außenrand der Platte verlaufende Strukturen) der Abdichtung der Platte nach außen. Meist sind weitere Dichtungssicken und/oder Dichtungsschweißungen um einzelne Öffnungen herum vorhanden, die aber bzgl. der Positionierung der Messstruktur von geringerer Bedeutung sind. Die Messstruktur kann außerhalb der von der ersten Dichtungsschweißung und/oder der Dichtungssicke gebildeten geschlossenen Kurve angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Messstruktur auch innerhalb der von der ersten Dichtungsschweißung und/oder der Dichtungssicke gebildeten geschlossenen Kurve angeordnet sein. In diesem Fall ist die Messstruktur vorzugsweise innerhalb einer zweiten Dichtungsschweißung und/oder Dichtungssicke angeordnet, die ebenfalls eine geschlossene Kurve bildet, wobei die zweite Dichtungsschweißung und/oder Dichtungssicke von der ersten Dichtungsschweißung und/oder Dichtungssicke vollständig umschlossen ist. Die Messstruktur ist dann also durch die zweite Dichtungsschweißung und/oder Dichtungssicke inselartig von dem von der ersten Dichtungsschweißung und/oder Dichtungssicke umschlossenen Bereich der metallischen Platte abgetrennt.
Die metallische Platte kann eine Vielzahl von Messstrukturen der zuvor beschriebenen Art aufweisen, z. B. zwei, drei, vier oder mehr. Beispielsweise kann die Platte vier Messstrukturen der zuvor beschriebenen Art aufweisen, die derart an oder auf der Platte angeordnet sind, dass sie ein Rechteck aufspannen. Insbesondere drei oder vier Messstrukturen erlauben ein vollständiges Vermessen und/oder Positionieren der gesamten Platte. Es kann jedoch auch eine größere Anzahl Messstrukturen vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine metallische Bipolarplatte für ein elektrochemisches System, wobei die Bipolarplatte eine erste metallische Platte der zuvor beschriebenen Art und eine mit der ersten metallischen Platte zusammengefügte zweite metallische Platte aufweist. Typischerweise sind die erste und die zweite Platte bereichsweise miteinander verschweißt. Die zweite Platte und die erste Platte können aus Blechen der gleichen Art gebildet sein. Insbesondere können beide aus dem gleichen Material gebildet sein und eine identische Dicke haben.
Die zweite Platte weist dann vorzugsweise wenigstens eine Aussparung auf, z. B. in Gestalt eines Durchgangsloches, z. B. eines Stanzloches, und/oder in Gestalt einer Einbuchtung am Rand der zweiten Platte. Die Messstruktur der ersten Platte und die Aussparung der zweiten Platte sind dann bevorzugt derart ausgebildet und relativ zueinander derart angeordnet, dass die Bipolarplatte für senkrecht auf die Planflächenebene der Bipolarplatte fallendes Licht durchlässig ist. Die Fenster der Messstruktur der ersten Platte sind dann also derart benachbart zur Aussparung der zweiten Platte angeordnet, dass im Bereich der Fenster senkrecht auf die Planflächenebene der Bipolarplatte fallendes Licht durch die Fenster der ersten Platte und durch die Aussparung der zweiten Platte durch die Bipolarplatte hindurchtreten kann. Dies ermöglicht ein Vermessen auch der Bipolarplatte im Durchlichtverfahren, wie zuvor beschrieben.
Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform ermöglicht es, Messstrukturen in beiden Einzelplatten der Bipolarplatte vorzusehen. Hierzu weist in mindestens einem ersten Bereich der aus beiden Einzelplatten gefügten Bipolarplatte die erste Einzelplatte eine Messstruktur wie zuvor beschrieben auf und die zweite Einzelplatte eine Aussparung wie zuvor beschrieben auf, die die Messstruktur der ersten Einzelplatte freilässt. In mindestens einem zweiten Bereich der aus beiden Einzelplatten gefügten Bipolarplatte weist die zweite Einzelplatte eine Messstruktur wie zuvor beschrieben auf und die erste Einzelplatte eine Aussparung wie zuvor beschrieben auf, die die Messstruktur der zweiten Einzelplatte freilässt. Dies ermöglicht ein Vermessen auch beider Einzelplatten der Bipolarplatte sowie der Bipolarplatte im Durchlichtverfahren.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Messapparatur zur Lokalisierung einer Messstruktur im Durchlichtverfahren. Die Messapparatur umfasst:
eine metallische Platte oder eine metallische Bipolarplatte der zuvor beschriebenen Art;
eine Lichtquelle; und
einen optischen Detektor, insbesondere einen Bilddetektor;
wobei die Lichtquelle und der optische Detektor auf einander gegenüberliegenden Seiten der Platte angeordnet sind und durch die Platte voneinander getrennt sind; und
wobei der optische Detektor derart angeordnet ist und eingerichtet ist, von der Lichtquelle emittiertes und durch die Fenster der Messstruktur durch die Platte hindurch tretendes Licht zu detektieren.
Die Lichtquelle kann z. B. eine Weißlichtquelle umfassen. Der optische Detektor kann z. B. eine Kamera umfassen. Der optische Detektor kann eingerichtet sein, Bilddaten aufzunehmen. Typischerweise umfasst die Messapparatur noch eine mit dem optischen Detektor verbindbare Auswerteeinheit, die eingerichtet ist, basierend auf den Bilddaten Positionen einer oder mehrerer Messstrukturen der Platte zu bestimmen. Die Auswerteeinheit kann außerdem eingerichtet sein, basierend auf den Positionen der Messstrukturen ein relativ zur Platte fest angeordnetes Koordinatensystem festzulegen.
Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zum Herstellen der vorstehend beschriebenen metallischen Platte mit einer Messstruktur, insbesondere also zum Ausbilden der Messstruktur in der metallischen Platte.
Das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen metallischen Platte kann gemäß einem ersten Aspekt z. B. wenigstens die folgenden Schritte umfassen:

– Einbringen wenigstens zweier Schnitte in die metallische Platte;
– Ausbilden einer ersten Verformung der metallischen Platte zwischen den Schnitten in der Platte, wobei die Schnitte derart in die Platte eingebracht werden und wobei die erste Verformung derart ausgebildet wird, dass die erste Verformung wenigstens abschnittweise durch die Schnitte oder durch die Schnittkanten der Schnitte begrenzt ist und dass die Schnittkanten desselben Schnittes jeweils ein Fenster in der Platte bilden; und
– Ausbilden wenigstens einer zweiten Verformung der metallischen Platte im an die Fenster angrenzenden Bereich der Platte oder in an die Fenster angrenzenden Bereichen der Platte, wobei die zweite Verformung derart ausgebildet wird, dass die Platte im an die Fenster angrenzenden Bereich oder in den an die Fenster angrenzenden Bereichen derart verformt wird, dass die Fenster für senkrecht zur Planflächenebene der Platte auf die Platte fallendes Licht durchlässig sind.

Die vorstehend und im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte können ebenso in einer anderen als der hier beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß dem ersten Aspekt enthält, kann erste Verformung derart ausgebildet werden, dass durch die erste Verformung ein relativ zur Planflächenebene der Platte erhabener Bereich gebildet wird.
Gemäß einem dritten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß dem zweiten Aspekt enthält, kann die erste Verformung derart ausgebildet werden, dass der erhabene Bereich relativ zur Planflächenebene der Platte durchgehend erhaben ist.
Gemäß einem vierten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte enthält, kann die zweite Verformung oder kann wenigstens eine der zweiten Verformungen derart ausgebildet werden, dass die zweite Verformung von den Fenstern beabstandet ist.
Gemäß einem fünften Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der Aspekte 2 bis 4 enthält, kann die zweite Verformung oder kann wenigstens eine der zweiten Verformungen innerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs ausgebildet werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der Aspekte 2 bis 4 enthält, kann die zweite Verformung oder kann wenigstens eine der zweiten Verformungen außerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs ausgebildet werden.
Gemäß einem siebten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte enthält, kann zweite Verformung der Platte oder kann wenigstens eine der zweiten Verformungen der Platte derart ausgebildet werden, dass die zweite Verformung eine die erste Verformung einschließende Kurve bildet, insbesondere in Form eines die erste Verformung einschließenden geschlossenen Grabens. Die geschlossene Kurve kann z. B. ringförmig sein.
Gemäß einem achten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte enthält, kann die erste Verformung derart ausgebildet werden, dass die Platte durch die erste Verformung in eine erste Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte verformt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Verformung derart ausgebildet werden, dass die Platte durch die zweite Verformung oder durch wenigstens eine der zweiten Verformungen in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte verformt wird.
Gemäß einem neunten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte enthält, können die Schnitte derart in die Platte eingebracht werden oder können die Fenster derart ausgebildet werden, dass die Fenster relativ zueinander symmetrisch angeordnet sind.
Gemäß einem zehnten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte enthält, können die Schnitte derart in die Platte eingebracht werden und können die Fenster derart ausgebildet werden, dass die die Fenster zur ersten Verformung hin begrenzenden inneren Schnittkanten oder die die Fenster zur Planflächenebene der Platte hin begrenzenden äußeren Schnittkanten der Platte derart angeordnet sind, dass sie Abschnitte einer in der Planflächenebene der Platte verlaufenden geschlossenen Kurve bilden, wobei die geschlossene Kurve vorzugsweise ein Kreis, eine Ellipse oder ein regelmäßiges Vieleck ist.
Gemäß einem elften Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte enthält, können die Schnittkanten derart in die Platte eingebracht werden, dass für eine Länge L der Schnittkanten gilt: 0,2 mm ≤ L ≤ 10 mm, vorzugsweise 0,5 mm ≤ L ≤ 3 mm.
Gemäß einem zwölften Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der Aspekte 2 bis 11 enthält, kann der durch die erste Verformung gebildete erhabene Bereich derart ausgebildet werden, dass für eine Fläche F des erhabenen Bereichs gilt: 0,5 mm² ≤ F ≤ 50 mm², vorzugsweise 2 mm² ≤ F ≤ 20 mm².
Gemäß einem dreizehnten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der Aspekte 2 bis 12 enthält, kann der durch die erste Verformung gebildete erhabene Bereich derart ausgebildet werden, dass für eine entlang einer ersten Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte bestimmte und von der Planflächenebene der Platte aus bestimmte maximale Höhe H des erhabenen Bereichs gilt: 100 μm ≤ H ≤ 700 μm, vorzugsweise 200 μm ≤ H ≤ 400 μm, insbesondere 250 μm ≤ H ≤ 350 μm.
Gemäß einem vierzehnten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte enthält, können die Fenster oder kann wenigstens eines der Fenster derart ausgebildet werden, dass eine Projektion der Fenster oder des Fensters in die Planflächenebene der Platte jeweils eine Fläche A hat, wobei gilt: 0,01 mm² ≤ A ≤ 5 mm², bevorzugt 0,03 mm² ≤ A ≤ 2 mm².
Gemäß einem fünfzehnten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte enthält, kann an oder auf der Platte eine Dichtungsschweißung und/oder eine Dichtungssicke ausgebildet werden, die eine geschlossene Kurve bildet, wobei die Messstruktur derart in der Platte ausgebildet wird, dass die Messstruktur außerhalb der von der Dichtungsschweißung und/oder der Dichtungssicke gebildeten geschlossenen Kurve angeordnet ist.
Gemäß einem sechzehnten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte enthält, können vier Messstrukturen in die Platte eingebracht werden, und zwar derart, dass sie ein Rechteck aufspannen.
Gemäß einem siebzehnten Aspekt des Verfahrens, der z. B. wenigstens die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte enthält, kann das Einbringen der Schnitte und das Ausbilden der ersten und/oder der zweiten Verformung mittels eines kombinierten Schneid-/Prägewerkzeuges vorgenommen werden, vorzugsweise mittels eines einzigen Werkzeughubes.
Gemäß einem achtzehnten Aspekt des Verfahrens kann eine metallische Bipolarplatte oder Separatorplatte für ein elektrochemisches System ausgebildet werden. Dazu kann eine erste metallische Platte gemäß einem der vorhergehenden Aspekte hergestellt und mit einer zweiten metallischen Platte zusammengefügt werden. In die zweite metallische Platte kann ein Durchgangsloch eingebracht werden, insbesondere ein Stanzloch. Alternativ oder zusätzlich kann am Außenrand der zweiten metallischen Platte eine Ausbuchtung ausgebildet werden. Das Durchgangsloch oder die Ausbuchtung können derart in die zweite metallische Platte eingebracht werden oder können derart ausgebildet werden und/oder die erste und die zweite Platte können derart zusammengefügt werden, dass die Kanten des Durchgangsloches oder der Ausbuchtung gegenüber den Kanten der Fenster der Messstruktur der ersten metallischen Platte nach außen versetzt sind, so dass die Bipolarplatte bzw. Separatorplatte im Bereich der Fenster der ersten metallischen Platte für senkrecht zur Planflächenebene der Bipolarplatte bzw. Separatorplatte auf die Bipolarplatte bzw. Separatorplatte fallendes Licht durchlässig ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen sind identische oder ähnliche Elemente oder Merkmale mit identischen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, so dass ihre Beschreibung im Einzelnen nicht wiederholt zu werden braucht. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beinhalten eine Vielzahl von Merkmalen und damit verbundene vorteilhafte Eigenschaften der vorliegenden Erfindung. Die im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale können jedoch jeweils auch für sich genommen eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darstellen. D. h., die einzelnen Merkmale spezieller Ausführungsformen können auch getrennt von den weiteren Merkmalen der jeweiligen Ausführungsform mit anderen Ausführungsformen oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden. Es zeigt:
1 ein elektrochemisches System mit einem Stapel von metallischen Bipolarplatten;
2 eine elektrochemische Zelle mit zwei zugehörigen metallischen Bipolarplatten;
3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße metallische Bipolarplatte;
4 bis 7 Schrägansichten einer Messstruktur erfindungsgemäßer metallischer Bipolarplatten;
8 eine Draufsicht auf eine Messstruktur einer erfindungsgemäßen metallischen Bipolarplatte;
9 eine Schrägansicht der Messstruktur einer erfindungsgemäßen metallischen Bipolarplatte;
10 eine erfindungsgemäße Messapparatur; und
11 in vier Teilbildern Herstellschritte einer Messstruktur einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte.
1 zeigt ein elektrochemisches System 1, bei dem es sich z. B. um elektrisch in Reihe geschaltete Wasserstoffbrennstoffzellen handelt. Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 z. B. auch ein elektrochemischer Verdichter oder ein Elektrolyseur sein. Diese unterscheiden sich nicht im konstruktiven Aufbau voneinander, sondern insbesondere in Bezug auf die der MEA zu- bzw. abgeführten Fluide sowie hinsichtlich der Erzeugung bzw. der Zuführung von elektrischer Energie. Vergleichbare Aufbauten ergeben sich auch bei Befeuchtern für elektrochemische Systeme, wobei hier Separatorplatten anstelle von Bipolarplatten treten und anstelle einer Membranelektrodeneinheit eine Wasseraustauschmembran verwendet wird.
Das elektrochemische System 1 umfasst einen Stapel 2 mit einer Vielzahl von metallischen Bipolarplatten und mit jeweils zwischen benachbarten Bipolarplatten angeordneten elektrochemischen Zellen zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. Die elektrochemischen Zellen sind elektrisch in Reihe geschaltet. Die Bipolarplatten und die Zellen des Stapels 2 sind entlang einer Z-Richtung 5 gestapelt und zwischen zwei Endplatten 3 und 4 angeordnet. Zusammen mit der Z-Richtung 5 spannen eine X-Richtung 6 und eine Y-Richtung 7 ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem auf. Plattenebenen der Bipolarplatten des Stapels 2 sind jeweils parallel zur X-Y-Ebene ausgerichtet. Entlang der Z-Richtung 5 werden die Bipolarplatten und die Zellen des Stapels 2 über die Endplatten 3 und 4 mit einem mechanischen Druck beaufschlagt und zusammengehalten, z. B. über hier nicht dargestellte Schrauben oder Spannbolzen.
Die Endplatte 4 weist eine Anzahl von Ports 8 auf, über die dem elektrochemischen System 1 flüssige und/oder gasförmige Medien zugeführt werden können und/oder über die flüssige und/oder gasförmige Medien aus dem elektrochemischen System 1 abgeführt werden können. Z. B. können dem System 1 über die Ports 8 ein Brennstoff (z. B. Wasserstoff), ein Reaktionsgas (z. B. Sauerstoff) und ein Kühlmittel zum Kühlen des Systems 1 zugeführt werden. Über die Ports 8 können zudem Reaktionsprodukte wie z. B. Wasser und Sauerstoff-abgereicherte Luft und das erwärmte Kühlmittel aus dem System 1 abgeführt werden.
2 zeigt zwei benachbarte Bipolarplatten 9 und 10 des Stapels 2 aus 1.
Hier und im Folgenden sind wiederkehrende Merkmale mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Zwischen den Bipolarplatten 9, 10 ist eine Membranelektrodeneinheit 11 angeordnet, die Teil einer elektrochemischen Zelle ist, die jeweils von den Bipolarplatten 9, 10 begrenzt wird.
3 zeigt die parallel zur X-Y-Ebene ausgerichtete metallische Bipolarplatte 9 des Stapels 2 aus 2 in einer Draufsicht. Die Bipolarplatte 9 umfasst zwei bereichsweise mit einander verschweißte Einzelplatten 9a und 9b, wobei in 3 nur die erste Einzelplatte 9a gezeigt ist, die die zweite Einzelplatte 9b verdeckt. Die Einzelplatten 9a, 9b sind aus Edelstahl gefertigt und haben eine senkrecht zur Planflächenebene der Platten, also entlang der Z-Richtung 5 bestimmte Dicke D von z. B. 75 μm oder von 100 μm.
Die Bipolarplatte 9 weist Öffnungen 12 auf, die mit entsprechenden Öffnungen der übrigen Bipolarplatten des Stapels 2 aus 1 fluchten und Leitungen zur Medienführung in Stapelrichtung bilden. Zum Abdichten der Öffnungen 12 und zur Ausbildung der genannten Leitungen sind die Öffnungen 12 jeweils von Dichtungsanordnungen 13 umschlossen. Die Dichtungsanordnungen 13 können z. B. als Dichtungssicken und/oder als Dichtungsschweißungen ausgebildet sein. Die so gebildeten Leitungen stehen z. B. in Fluidverbindung mit den Ports 8 der Endplatte 4 aus 1.
Die in 3 dargestellte Teilplatte 9a der Bipolarplatte 9 weist ferner eine weitere Dichtungsanordnung 14 auf, die zum Abdichten eines von der Dichtungsanordnung 14 vollständig umschlossenen Bereichs 15 gegen die Umgebung des Systems 1 ausgebildet ist. Auch die Dichtungsanordnung 14 kann als Dichtungssicke und/oder Dichtungsschweißung ausgebildet sein. In einem zentralen rechteckigen Teilbereich 16 des Bereichs 15 weist die Teilplatte 9a eine Vielzahl von Erhebungen auf, die senkrecht aus der Plattenebene herausragen. Der Teilbereich 16 zwischen den benachbarten Bipolarplatten 9 und 10 des Stapels 2 stellt den elektrochemisch aktiven Bereich zum Umwandeln von chemischer Energie in elektrische Energie dar. Hier handelt es sich bei der Zelle um eine Brennstoffzelle. Die zwischen den Erhebungen des Teilbereichs 16 gebildeten Kanäle dienen der gezielten Zuleitung von Brennstoff oder von Reaktionsgas zu dem elektrochemisch aktiven Bereich 16 der elektrochemischen Zelle.
Außerhalb des von der Dichtungsanordnung 14 umschlossenen Bereichs 15 weist die Einzelplatte 9a vier Messstrukturen 17 auf. Hier handelt es sich um vier identisch ausgebildete Messstrukturen 17. Die Messstrukturen sind derart an oder auf der Einzelplatte 9a angeordnet, dass sie ein Rechteck aufspannen. Mit einer entsprechenden Messapparatur können die Positionen der Messstrukturen bestimmt werden und zur Festlegung eines relativ zur Einzelplatte 9a bzw. zur Bipolarplatte 9 fest angeordneten Koordinatensystem dienen. Dieses Koordinatensystem kann dann beispielsweise zur Vermessung der Einzelplatte 9a oder der Bipolarplatte 9 dienen. Z. B. können mithilfe dieses Koordinatensystems Positionen oder Anordnungen von in der Einzelplatte 9a vorhandenen Strukturen relativ zu einander oder relativ zur Einzelplatte 9a bestimmt werden. Bei den Strukturen kann es sich z. B. um in die Einzelplatte 9a eingeprägte Kanalstrukturen, um die Dichtungsanordnungen 13, 14, um die Öffnungen 12 oder um die Außenkanten der Platte 9a bzw. der Bipolarplatte 9 handeln.
Selbstverständlich kann die Einzelplatte 9a bzw. die Bipolarplatte 9 auch eine kleinere oder eine größere Anzahl von Messstrukturen 17 aufweisen. Ebenso ist es denkbar, dass einige oder alle der Messstrukturen 17 bei alternativen Ausführungsformen innerhalb des von der Dichtungsanordnung 14 umschlossenen Bereichs 15 der Einzelplatte 9a angeordnet sind. Sie sind dann zweckmäßigerweise zur Abdichtung von dem Bereich 15 ebenfalls von einer entsprechenden Dichtungsanordnung umschlossen, z. B. von einer Dichtungssicke und/oder einer Dichtschweißung.
In den 4 bis 9 sind mögliche Ausgestaltungen der in 3 gezeigten Messstrukturen 17 mit bereits geöffnetem Fenster 18 dargestellt.
Die Messstruktur 17 gemäß 4 ist einteilig mit der Edelstahl-Einzelplatte 9a ausgebildet. Sie ist durch einen kombinierten Schneid- und Prägeprozess gefertigt. Die Messstruktur 17 aus gemäß 4 weist einen von der Planflächenebene der Einzelplatte 9a entlang der Z-Richtung 5 beabstandeten, erhabenen zentralen Bereich 20 auf, der über drei Stege 19 mit der Planflächenebene der Einzelplatte 9a verbunden ist. Die Planflächenebene der Einzelplatte 9a ist parallel zur X-Y-Ebene ausgerichtet. Zwischen je zwei benachbarten Stegen 19 ist jeweils ein Fenster 18 in der Platte 9a ausgebildet. Die Messstruktur 17 umfasst also drei Stege 19 und drei Fenster 18. Die Fenster 18 werden durch Schnittkanten 18a, 18b in der Platte 9a begrenzt. Nur der Übersichtlichkeit halber sind die Schnittkanten 18a, 18b in 4 nur für eines der Fenster 18 explizit hervorgehoben. Die Kanten 18a begrenzen die Fenster 18 zum erhabenen Bereich 20 hin. Die Kanten 18b begrenzen die Fenster 18 zur Planflächenebene der Einzelplatte 9a und zu den benachbarten Stegen 19 hin.
Der erhabenen Bereich 20 stellt eine erste Verformung der Einzelplatte 9a in die positive Z-Richtung 5, also senkrecht zur Planflächenebene der Einzelplatte 9a dar. Zur Ausbildung der Fenster 18, der Stege 19 und des erhabenen Bereichs 20 werden zunächst die Schnitte mit beidseitigen Schnittkanten 18a, 18b in die Einzelplatte 9a eingebracht, z. B. mit einer schneidenden Geometrie des kombinierten Schneid-/Prägewerkzeugs. Entscheidend ist, dass durch das Einbringen der Schnittkanten 18a, 18b zur Ausbildung der Fenster 18 kein Material von der Platte 9a abgetragen wird. Auf diese Weise kann das Ausbilden der Messstruktur 17 in einem Schneid-/Prägewerkzeug vorgenommen werden, ohne dass zusätzlicher Stanzabfall entsteht.
Im Beispiel der 4 liegen die äußeren Schnittkanten 18b sämtlicher Fenster 18 jeweils auf einem Kreis, der den erhabenen Bereich 20 einschließt. Die drei Schnittkanten 18b bilden somit Kreisbögen, die sich jeweils über einen bestimmten Winkel erstrecken. Betrachtet man die jeweiligen Abschnitte der Schnittkanten 18b, die die benachbarten Stege 19 begrenzen, so gilt der Verlauf auf einem Kreisbogenabschnitt zumindest in einer Projektion in die Planflächenebene der Platte 9a. Zwischen zwei benachbarten Schnittkanten 18b ist der Kreis jeweils zur Ausbildung der Stege 19 nicht eingeschnitten. Die drei Stege 19 und die drei Schnittkanten 18b sind also bezüglich des Kreismittelpunktes symmetrisch angeordnet und weisen eine 3-zahlige Symmetrie auf. Die Anordnung, die die Schnittkanten 18b und die zwischen den Schnittkanten 18b angeordneten Stege 19 umfasst, kann also durch Rotationen bezüglich des Kreismittelpunktes, hier z. B. jeweils durch Rotationen um 120 Grad, jeweils wieder in sich selbst überführt werden. Die Schnittkanten 18b haben hier z. B. jeweils eine Länge von ca. 0,8 mm. Der in etwa kreisförmige erhabene Bereich 20 hat somit eine parallel zur Planflächenebenen der Platte 9a bestimmte Fläche F von ca. 2 mm².
Bei alternativen Ausführungsformen kann der erhabene Bereich 20 z. B. auch die Form einer Ellipse oder eines regelmäßigen Vielecks annehmen, vorzugsweise eines regelmäßigen Vielecks mit einer geraden Anzahl von Seiten. Werden die Schnitte mit den Schnittkanten 18a und 18b entlang jeder zweiten Kante des Vielecks eingebracht, so weist die Messstruktur 17 im Fall eines regelmäßigen Vielecks mit einer geraden Anzahl von Kanten jeweils gleich viele Stege und Fenster auf.
Der Ablauf der Herstellung der Messstruktur ist in 11 in vier Teilbildern 11-a bis 11-d illustriert. Die Darstellung beschränkt sich dabei auf den Bereich einer Platte, in den die Messstruktur eingebracht wird.
In 11-a ist lediglich das Einbringen der Edelstahlplatte, die zur Einzelplatte 9a umgeformt werden soll, zwischen Werkzeugoberteil 50 und Werkzeugunterteil 55 dargestellt.
In 11-b haben sich Werkzeugoberteil 50 und Werkzeugunterteil 55 soweit angenähert, dass die Ecken ihrer scharfen Kanten 50a und 55a jeweils auf einer Oberfläche der Platte 9a aufliegen, diese jedoch noch nicht verformen. In den anderen beiden hervorgehobenen Bereichen 50b/55b bzw. 50c/55c sind entweder sowohl Werkzeugoberteil 50 als auch Werkzeugunterteil 55 oder zumindest das Werkzeugunterteil 55 von der Platte 9a beabstandet.
In 11-c haben sich die beiden Werkzeugteile 50 und 55 weiter angenähert. Hierdurch wurde von den Werkzeugkanten 50a und 55a ein Schnitt 28 erzeugt. Auch im rechten Bereich des gezeigten Abschnitts ist gegenüber 11-b eine Veränderung sichtbar, die Platte wurde vom Werkzeugoberteil im Bereich 50c in Richtung des Werkzeugunterteilabschnitts 55c unter Ausbildung eines schräg verlaufenden Abschnitts 27 verformt, der in der fertigen Messstruktur (s. 4) einen Steg 19 bildet. Der zur Schnittkante 18a weisende, zum schräg verlaufenden Abschnitt 27 benachbarte Bereich stellt bereits eine Vorstufe der ersten Verformung dar.
Zusätzlich zum Einbringen der drei Schnitte mit ihren jeweiligen Schnittkanten 18a, 18b wird also mit demselben Werkzeughub zur Ausbildung des erhabenen Bereichs 20 in der positiven Z-Richtung 5 eine Verformungskraft auf die Einzelplatte 9a ausgeübt, z. B. mittels eines entsprechend geformten, in die positive Z-Richtung 5 weisenden weiteren Stempels 50c des kombinierten Schnitt-/Prägewerkzeugs. In den nicht eingeschnittenen Bereichen zwischen je zwei benachbarten Schnittkanten 18a, 18b – siehe 4 – wird das Material der Platte 9a somit im Wesentlichen entlang der Z-Richtung 5 gedehnt. Durch diese Dehnung entstehen die Stege 19, die den erhabenen Bereich 20 mit der Planflächenebene der Platte 9a verbinden. Gleichzeitig mit den Stegen 19 und dem erhabenen Bereich 20 werden durch den Prägeprozess die drei Fenster 18 ausgebildet, die in dem halbfertigen Zustand, wie er in 11-c dargestellt ist, jedoch ausschließlich in Z-Richtung aufgespannt sind und somit keinen Lichtdurchgang in Z-Richtung ermöglichen.
11-d illustriert den weiteren Fortgang des Umformprozesses. Hier wurden einerseits die beiden Schnittkanten 18a, 18b des Schnitts 28 in Schließrichtung des Werkzeugs voneinander wegbewegt, so dass sich hierdurch die Öffnung des Fensters in Z-Richtung relativ zum Zustand der 11-c vergrößert hat. Im rechten Abschnitt des dargestellten Bereichs ist der schräg verlaufende Abschnitt 27 gegenüber dem Zustand der 11-c vergrößert und stellt somit einen schon fast fertig geformten Steg 19 dar.
Im zentralen Bereich des dargestellten Abschnitts hat der Stempel 50b begonnen, eine zweite Verformung 21 in die Platte 9a zu formen. Während die Schnittkante 18a des Fensters 18 frei in Plattenebene zwischen den Werkzeugteilen 50 und 55 beweglich ist, ist der schräg verlaufende Abschnitt 27 durch die Werkzeugabschnitte 50c und 55c stark in seiner Beweglichkeit gehemmt. Hierdurch ergibt sich, dass bei der Ausformung der zweiten Verformung insbesondere Material aus Richtung der Schnittkante 18a nachgezogen wird, wodurch sich die Schnittkanten 18a und 18b auch senkrecht zur Z-Richtung, d. h. in Plattenebene voneinander entfernen und somit auch eine Öffnung des Fensters 18 in der Plattenebene bewirken. Erst durch diesen Anteil des Fensters ist ein Durchgang von Licht in Z-Richtung möglich.
Nachdem die scharfen Kanten der Abschnitte 50a und 55a des kombinierten Schnitt-/Präge-Werkzeugs einem starken Verschleiß ausgesetzt sind, kann es vorteilhaft sein, das Werkzeug modular aufzubauen, so dass der Austausch einzelner Elemente, insbesondere der besonders beanspruchten, möglich ist.
Im von den Fenstern 18 bzw. den Kanten 18a und den Stegen 19 begrenzten und umschlossenen erhabenen Bereich 20 weist die Messstruktur 17 auch in 4 die im Kontext der 11-d erläuterte zweite Verformung 21 auf. Diese zweite Verformung 21 ist eine Verformung der Platte 9a senkrecht zur Planflächenebene der Platte 9a. In 4 ist die zweite Verformung 21 eine Verformung der Platte 9a in die negative Z-Richtung 5. Die zweite Verformung 21 bildet hier eine in etwa kreisrunde Einbuchtung im erhabenen Bereich 20.
Die zweite Verformung 21 ist von den Schnittkanten 18a und damit von den Rändern des erhabenen Bereichs 20 und von den Fenstern 18 zumindest minimal beabstandet.
Im Beispiel gemäß 4 beträgt eine entlang der Z-Richtung 5 und von der Planflächenebene der Platte 9a aus bestimmte maximale Höhe H des erhabenen Bereichs 20 etwa 300 μm. Die maximale Höhe H des erhabenen Bereichs beträgt hier also in etwa das Dreifache der Dicke D der Platte 9a.
Die mit der Einzelplatte 9a zusammengefügte Einzelplatte 9b kann in den Bereichen, in denen die Messstrukturen 17 der ersten Einzelplatte 9a angeordnet sind, Aussparungen 22b für die Messstrukturen aufweisen, umgekehrt kann eine Einzelplatte 9a in den Bereichen, in denen die mit ihr zusammengefügte Einzelplatte 9b Messstrukturen 17 aufweist, ebenfalls Aussparungen 22a aufweisen. Dies ist in 10 angedeutet. Diese Ausssparungen 22a, 22b können z. B. in Form von Durchgangslöchern in der jeweiligen Platte 9a, 9b oder in Form von seitlichen Ausbuchtungen an den Rändern der betreffenden Platte 9a, 9b gegeben sein. Auf diese Weise kann senkrecht zur Planflächenebene der Platte 9a (9b) oder der Bipolarplatte 9 auf die Platte 9a (9b) und auf die Bipolarplatte 9 fallendes Licht durch die Fenster 18 der Messstrukturen 17 der ersten Platte 9a (der zweiten Platte 9b) und durch die die Messstrukturen 17 freilassenden Aussparungen der zweiten Platte 9b (der ersten Platte 9a) und damit durch die Bipolarplatte 9 hindurch treten, so dass die optische Lokalisierung der Messstrukturen 17 im Durchlichtfahren erfolgen kann.
Eine in 10 dargestellte Messapparatur zur Lokalisierung der Messstrukturen 17 der Platte 9a im Durchlichtverfahren umfasst neben der Bipolarplatte 9 z. B. eine Weißlichtquelle 91 und eine Kamera 92, wobei die Weißlichtquelle 91 und die Kamera 92 auf unterschiedlichen Seiten der Bipolarplatte 9 angeordnet sind, so dass die Weißlichtquelle 91 und die Kamera 92 durch die Bipolarplatte 9 voneinander getrennt sind. Die Weißlichtquelle 91 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie Licht senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Planflächenebene der Bipolarplatte 9 emittiert, so dass das von der Weißlichtquelle emittierte Licht durch die Fenster 18 der Messstrukturen 17 einer Einzelplatte – im linken Randbereich der Einzelplatte 9a bzw. im rechten Randbereich der Einzelplatte 9b – und durch die die Messstrukturen 17 freilassenden Aussparungen 22 der jeweils anderen Einzelplatte – 9b links und 9a rechts – hindurch durch die Bipolarplatte 9 treten kann. Auf der entgegengesetzten Seite der Bipolarplatte 9 ist die Kamera 92 dann derart angeordnet, dass sie das durch Bipolarplatte 9 hindurchtretende, von der Weißlichtquelle 91 emittierte Licht 93 detektieren kann.
An den scharfen Schnittkanten 18a, 18b der Fenster 18 entsteht im Kamerabild dabei ein starker optischer Kontrast. Die Positionen der Mittelpunkte der Messstrukturen 17 können so basierend auf den von der Kamera 92 aufgenommenen Bilddaten mit großer Genauigkeit bestimmt werden, z. B. mittels bekannter Mustererkennungsverfahren. Dabei erleichtert die Symmetrie der Fenster der Messtrukturen 17 relativ zueinander zusätzlich die Bestimmung der Mittelpunktsposition der Messstrukturen der jeweiligen Platte.
Die 5 bis 9 zeigen alternative Ausführungsformen der in Bezug auf 4 erläuterten Ausführungsform der Messstruktur 17. Wie zuvor sind wiederkehrende Merkmale jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Messstruktur 117 der 5 unterscheidet sich von der Messstruktur 17 der 4 in erster Linie in Bezug auf die zweite Verformung 21. Anders als bei der Messstruktur 17 gemäß 4 sind bei der Messstruktur 117 gemäß 5 drei zweite Verformungen 21 vorgesehen, die jeweils außerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs 20 ausgebildet sind. Jede der drei Verformungen 21 gemäß 5 ist angrenzend an eines der Fenster 18 in der Planflächenebene der Platte 9a ausgebildet. Wiederum sind die zweiten Verformungen 21 als kreisrunde Einbuchtungen ausgebildet. Die zweiten Verformungen sind jeweils von den Schnittkanten 18b der Fenster 18 beabstandet. Durch die zweiten Verformungen 21 werden die Schnittkanten 18b jeweils zu den zweiten Verformungen 21 hin verformt, so dass die Fenster 18 wie bei der Messstruktur 17 gemäß 4 für senkrecht zur Planflächenebene der Platte 9a auf die Platte 9a fallendes Licht durchlässig sind. Hier liegen nicht die Schnittkanten 18b, sondern jede der Schnittkanten 18a auf einer gemeinsamen, geschlossenen kreisförmigen Kurve, da die zweite Verformung benachbart zu den Schnittkanten 18b erfolgt ist. Ähnliches gilt auch für die Ausführungsbeispiele der Messstrukturen der 6 bis 9.
Die Messstruktur 217 gemäß 6 unterscheidet sich von der Messstruktur 117 gemäß 5 wiederum nur in Bezug auf die zweite Verformung 21. Hier ist die zweite Verformung 21 als in der Planflächenebene der Platte 9a ausgebildeter, ringförmiger Graben ausgebildet, der den erhabenen Bereich 20, die Fenster 18 und die Stege 19 vollständig einschließt. Die ringförmige zweite Verformung 21 und der kreisförmige erhabenen Bereich 20 sind konzentrisch angeordnet. Wie bei der Messstruktur 117 gemäß 5 bewirkt diese Ausbildung der zweiten Verformung 21 bei der Messstruktur 217 gemäß 6, dass die Schnittkanten 18b zur zweiten Verformung 21, also vom Mittelpunkt der Messstruktur 217 nach außen hin verformt werden, so dass die Fenster 18 für senkrecht auf die Planflächenebenen der Platte 9 fallendes Licht durchlässig sind.
Die Messstruktur 317 gemäß 7 unterscheidet sich von der Messstruktur 217 gemäß 6 lediglich darin, dass die zweite Verformung nicht als ringförmiger Graben ausgebildet ist, sondern jeweils näher an die Fenster 18 heranreicht. Dies bewirkt eine stärkere Verformung der Schnittkanten 18a zur zweiten Verformung 21 hin als bei der Messstruktur 217 gemäß 6 mit ringförmigem Graben.
Die Messstruktur 417 gemäß 8 unterscheidet sich von der Messstruktur 217 gemäß 6 darin, dass der erhabene Bereich 20 nur über zwei einander gegenüberliegende Stege 19 mit der Planflächenebene der Platte 9a verbunden ist und dass nur zwei Fenster 18 vorgesehen sind, die einander gegenüberliegen. In der Aufsicht der 8 ist die Projektion der Fenster 18 in die parallel zur X-Y-Ebene ausgerichtet Planflächenebene der Platte 9 schwarz hervorgehoben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die erste Verformung in die positive Z-Richtung und die zweite Verformung in die negative Z-Richtung. Bei alternativen Ausführungsformen ist es jedoch auch denkbar, dass die zweite Verformung als ebenfalls in die positive Z-Richtung 5 weisende Ausbuchtung des erhabenen Bereichs 20 ausgebildet ist. In diesem Fall wäre die Platte 9a also im Bereich der ersten Verformung und im Bereich der zweiten Verformung jeweils in dieselbe Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte 9a verformt.
Ergänzend wird zur Verdeutlichung weiterer Gestaltungsmöglichkeiten der Messstruktur auf 3 verwiesen, in der die vier Messstrukturen 17 jeweils vier Stege und vier Fenster aufweisen.
9 zeigt wiederum die Messstruktur 117 gemäß 5, wobei jedoch zusätzlich die zweite Einzelplatte 9b abgebildet ist. Deutlich zu erkennen ist eine Aussparung 22 in der zweiten Einzelplatte 9b im Bereich der Messstruktur 117 der ersten Einzelplatte 9a. Senkrecht auf die Planflächenebene der die Platten 9a, 9b umfassenden Bipolarplatte 9 fallendes Licht kann so durch die Fenster 18 der Messstruktur 117 und durch die Aussparung 22 treten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012002053 A1 [0005]

Claims

Metallische Platte (9a) für ein elektrochemisches System (1), wobei die Platte (9a) wenigstens eine einteilig mit der Platte (9a) ausgebildete Messstruktur (17) aufweist, wobei die Messstruktur (17) wenigstens zwei Schnitte (28) in der Platte (9a) und eine zwischen den Schnitten (28) angeordnete und durch die Schnitte (28) abschnittsweise begrenzte erste Verformung der Platte (9a) umfasst, so dass die voneinander durch die erste Verformung abschnittsweise beabstandeten Schnittkanten (18a, 18b) der Schnitte (28) wenigstens zwei Fenster (18) in der Platte (9a) bilden, und wobei die Messstruktur (17) wenigstens eine zweite Verformung (21) der Platte (9a) umfasst, wobei die Platte (9a) durch die zweite Verformung (21) im an die Fenster (18) angrenzenden Bereich der Platte (9a) derart verformt ist, dass die Fenster (18) für senkrecht zur Planflächenebene der Platte (9a) auf die Platte (9a) fallendes Licht durchlässig sind.
Metallische Platte (9a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verformung einen relativ zur Planflächenebene der Platte (9a) erhabenen Bereich (20) bildet.
Metallische Platte (9a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verformung (21) oder wenigstens eine der zweiten Verformungen von den Fenstern (18) beabstandet ist.
Metallische Platte (9a) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verformung (21) oder wenigstens eine der zweiten Verformungen (21) innerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs (20) ausgebildet ist.
Metallische Platte (9a) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verformung (21) oder wenigstens eine der zweiten Verformungen (21) außerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs (20) ausgebildet ist.
Metallische Platte (9a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verformung (21) der Platte (9a) oder wenigstens eine der zweiten Verformungen (21) der Platte (9a) eine die erste Verformung einschließende Kurve bildet, insbesondere in Form eines geschlossenen Grabens.
Metallische Platte (9a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (9a) durch die erste Verformung in eine erste Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte (9a) verformt ist und dass die Platte (9a) durch die zweite Verformung oder durch wenigstens eine der zweiten Verformungen in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte (9a) verformt ist.
Metallische Platte (9a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Fenster (18) zur ersten Verformung hin begrenzenden inneren Schnittkanten (18a) oder die die Fenster (18) zur Planflächenebene der Platte (9a) hin begrenzenden äußeren Schnittkanten (18b) der Platte (9a) derart angeordnet sind, dass sie Abschnitte einer in der Planflächenebene der Platte (9a) verlaufenden geschlossenen Kurve bilden, wobei die geschlossene Kurve vorzugsweise ein Kreis, eine Ellipse oder ein regelmäßiges Vieleck ist.
Metallische Platte (9a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (9a) eine senkrecht zur Planflächenebene der Platte (9a) bestimmte Dicke D hat, wobei gilt 50 μm ≤ D ≤ 150 μm, vorzugsweise 65 μm ≤ D ≤ 100 μm.
Metallische Platte (9a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittkanten (18a, 18b) eine Länge L haben, wobei gilt 0,2 mm ≤ L ≤ 10 mm, vorzugsweise 0,5 mm ≤ L ≤ 3 mm.
Metallische Platte (9a) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Fläche F des erhabenen Bereichs gilt: 0,5 mm² ≤ F ≤ 50 mm², vorzugsweise 2 mm² ≤ F ≤ 20 mm².
Metallische Platte (9a) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für eine entlang einer ersten Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte (9a) bestimmte und von der Planflächenebene der Platte (9a) aus bestimmte maximale Höhe H des erhabenen Bereichs (20) gilt 100 μm ≤ H ≤ 700 μm, vorzugsweise 200 μm ≤ H ≤ 400 μm, insbesondere 250 μm ≤ H ≤ 350 μm.
Metallische Platte (9a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Projektion der Fenster (18) in die Planflächenebene der Platte (9a) jeweils eine Fläche A hat, wobei gilt: 0,01 mm² ≤ A ≤ 5 mm², bevorzugt 0,03 mm² ≤ A ≤ 2 mm².
Metallische Platte (9a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (9a) aus Edelstahl gebildet ist.
Metallische Platte (9a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (9a) eine Dichtungsschweißung (14) aufweist, die eine geschlossene Kurve bildet, wobei die Messstruktur (17) außerhalb der von der Dichtungsschweißung gebildeten geschlossenen Kurve angeordnet ist.
Metallische Platte (9a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit vier Messstrukturen (17), die derart an oder auf der Platte (9a) angeordnet sind, dass sie ein Rechteck aufspannen.
Metallische Bipolarplatte (9) für ein elektrochemisches System, wobei die Bipolarplatte (9) eine erste metallische Platte (9a) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und eine mit der ersten metallischen Platte (9a) zusammengefügte zweite metallische Platte (9b) aufweist, wobei die zweite metallische Platte (9b) wenigstens ein Durchgangsloch (22), insbesondere ein Stanzloch, oder eine Ausbuchtung des Aussenrandes der zweiten metallischen Platte (9b) aufweist und wobei die Kanten des Durchgangsloches (22) oder der Ausbuchtung gegenüber den Kanten der Fenster (18) der Messstruktur (17) der ersten metallischen Platte (9a) nach außen versetzt sind, so dass die Bipolarplatte (9) im Bereich der Fenster (18) der ersten metallischen Platte (9a) für senkrecht zur Planflächenebene der Bipolarplatte (9) auf die Bipolarplatte (9) fallendes Licht durchlässig ist.
Messapparatur (90) zur Lokalisierung einer Messstruktur (17) im Durchlichtverfahren, umfassend: eine metallische Platte (9a) oder eine metallische Bipolarplatte (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; eine Lichtquelle (91); und einen optischen Detektor (92), insbesondere einen Bilddetektor; wobei die Lichtquelle (91) und der optische Detektor (92) auf einander gegenüberliegenden Seiten der Platte (9a, 9) angeordnet sind und durch die Platte (9a, 9) voneinander getrennt sind; und wobei der optische Detektor (92) eingerichtet ist, von der Lichtquelle (91) emittiertes und durch die Fenster (18) der Messstruktur (17) durch die Platte (9a, 9) hindurch tretendes Licht (93) zu detektieren.
Verfahren zur Herstellung einer metallischen Platte (9a), umfassend die Schritte: Einbringen wenigstens zweier Schnitte (28) in die metallische Platte (9a); Ausbilden einer ersten Verformung der metallischen Platte (9a) zwischen den Schnitten (28) in der Platte (9a), wobei die Schnitte (28) derart in die Platte (9a) eingebracht werden und wobei die erste Verformung derart ausgebildet wird, dass die erste Verformung wenigstens abschnittweise durch die Schnitte (28) oder durch die Schnittkanten (18a, 18b) der Schnitte (28) begrenzt ist und dass die Schnittkanten (18a, 18b) desselben Schnittes (28) jeweils ein Fenster (18) in der Platte (9a) bilden; und Ausbilden wenigstens einer zweiten Verformung (21) der metallischen Platte (9a) im an die Fenster (18) angrenzenden Bereich der Platte (9a) oder in an die Fenster (18) angrenzenden Bereichen der Platte (9a), wobei die zweite Verformung (21) derart ausgebildet wird, dass die Platte (9a) im an die Fenster (18) angrenzenden Bereich oder in den an die Fenster (18) angrenzenden Bereichen derart verformt wird, dass die Fenster (18) für senkrecht zur Planflächenebene der Platte (9a) auf die Platte (9a) fallendes Licht durchlässig sind.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verformung derart ausgebildet wird, dass durch die erste Verformung ein relativ zur Planflächenebene der Platte (9a) erhabener Bereich (20) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruche 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verformung (21) oder wenigstens eine der zweiten Verformungen (21) innerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs (20) ausgebildet wird bzw. ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verformung (21) oder wenigstens eine der zweiten Verformungen (21) außerhalb des durch die erste Verformung gebildeten erhabenen Bereichs (20) ausgebildet wird bzw. ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verformung in eine erste Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte (9a) verformt wird und wobei die zweite Verformung (21) derart ausgebildet wird, dass die Platte (9a) durch die zweite Verformung (21) oder durch wenigstens eine der zweiten Verformungen (21) in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung senkrecht zur Planflächenebene der Platte (9a) verformt wird.
Verfahren nach einem der der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (28) derart in die Platte (9a) eingebracht werden und/oder die Fenster (18) derart ausgebildet werden, dass die die Fenster (18) zur ersten Verformung hin begrenzenden inneren Schnittkanten (18a) oder die die Fenster (18) zur Planflächenebene der Platte (9a) hin begrenzenden äußeren Schnittkanten (18b) der Platte (9a) derart angeordnet sind, dass sie Abschnitte einer in der Planflächenebene der Platte (9a) verlaufenden geschlossenen Kurve bilden, wobei die geschlossene Kurve vorzugsweise ein Kreis, eine Ellipse oder ein regelmäßiges Vieleck ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass an oder auf der Platte (9a) eine Dichtungsschweißung (14) und/oder eine Dichtungssicke ausgebildet wird/werden, die eine geschlossene Kurve bildet/bilden, wobei die Schnitte (28) und die Verformungen derart in die Platte (9a) eingebracht und derart in der Platte (9a) ausgebildet werden, dass eine durch die Schnitte (28) und die Verformungen gebildete Messstruktur (17) außerhalb der von der Dichtungsschweißung (14) und/oder der Dichtungssicke gebildeten geschlossenen Kurve angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass vier Messstrukturen (17) in die Platte (9a) eingebracht werden, und zwar derart, dass sie ein Rechteck aufspannen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Schnitte (28) und das Ausbilden der ersten und/oder der zweiten Verformung (21) mittels eines kombinierten Schneid-/Prägewerkzeuges vorgenommen wird/werden, vorzugsweise mittels eines einzigen Werkzeughubes.
Verfahren zur Herstellung einer metallischen Bipolarplatte (9) oder einer metallischen Separatorplatte für ein elektrochemisches System (1), umfassend die Schritte: Herstellen einer ersten metallischen Platte (9a) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 28 und Zusammenfügen der ersten metallischen Platte (9a) mit einer zweiten metallischen Platte (9b); und Einbringen eines Durchgangsloches (22) in die zweite metallische Platte (9b), insbesondere mittels Stanzen, und/oder Ausbilden einer Ausbuchtung am Außenrand der zweiten metallischen Platte (9b); wobei das Durchgangsloch (22) und/oder die Ausbuchtung derart ausgebildet wird/werden und wobei die erste und die zweite Platte (9b) derart zusammengefügt werden, dass die Kanten des Durchgangsloches (22) und/oder der Ausbuchtung gegenüber den Kanten der Fenster (18) der Messstruktur der ersten metallischen Platte (9a) nach außen versetzt sind, so dass die Bipolarplatte (9) bzw. Separatorplatte im Bereich der Fenster (18) der ersten metallischen Platte (9a) für senkrecht zur Planflächenebene der Bipolarplatte (9) bzw. Separatorplatte auf die Bipolarplatte (9) bzw. Separatorplatte fallendes Licht durchlässig ist.