Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement für Brennstoffzellenstapel, eine Vorrichtung zur Anordnung von Brennstoffzellenstapeln, einen Brennstoffzellenverbund sowie einen Druckbehälter.The present invention relates to a connecting element for fuel cell stacks, a device for arranging fuel cell stacks, a fuel cell assembly and a pressure vessel.
Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) sind Hochtemperaturbrennstoffzellen, die bei einer Betriebstemperatur von 650 - 1000 °C betrieben werden.Solid oxide fuel cells (SOFC) are high-temperature fuel cells operated at an operating temperature of 650 - 1000 ° C.
Hochtemperaturbrennstoffzellen verwenden keramische Elektrolyte zur Leitung von Sauerstoffionen, um durch die Übertragung von Sauerstoffionen von einem oxidierenden Gasstrom an der Kathode der Hochtemperaturbrennstoffzelle zu einem reduzierenden Gasstrom an der Anode der Hochtemperaturbrennstoffzelle einen elektrischen Strom zu produzieren. Hochtemperaturbrennstoffzellen benötigen einen Betriebstemperaturbereich, der verglichen mit jeglichen anderen Brennstoffzelltechnologien der Höchste ist, wodurch eine Reihe von Vorteilen entstehen.High temperature fuel cells use ceramic electrolytes to conduct oxygen ions to produce an electrical current by transferring oxygen ions from an oxidizing gas stream at the cathode of the high temperature fuel cell to a reducing gas stream at the anode of the high temperature fuel cell. High temperature fuel cells require an operating temperature range that is the highest compared to any other fuel cell technology, providing a number of advantages.
Im Unterschied zu Wärmekraftmaschinen mit nachgeschaltetem Generator wie z.B. Gaskraftwerken, die die chemische Energie in Wärme, Kraft und dann in Strom umwandeln, wird in Brennstoffzellen der Strom (neben Wärme) direkt erzeugt. Damit ist ihr Wirkungsgrad nicht durch die thermodynamischen Grenzen des Carnot-Prozesses begrenzt.In contrast to heat engines with downstream generator such. Gas-fired power plants, which convert the chemical energy into heat, power and then into electricity, are used in fuel cells to generate electricity directly (in addition to heat). Thus their efficiency is not limited by the thermodynamic limits of the Carnot process.
Die Verbrennungsprodukte an der Anode treten an derselben Stelle aus, wo auch das Brenngas benötigt wird. Um das Brenngas leicht verfügbar zu machen, muss es durch die Zelle gefördert werden und das austretende Gas besitzt noch einen Heizwert, da es nicht vollständig umgesetzt wurde. Diese chemische Energie des austretenden Gases kann nur anderweitig genutzt werden.The combustion products at the anode exit at the same location where the fuel gas is needed. In order to make the fuel gas readily available, it must be conveyed through the cell and the escaping gas still has a calorific value, since it has not been fully implemented. This chemical energy of the escaping gas can only be used elsewhere.
Interessant ist diese Anwendung insbesondere für den Power-to-Gas-(Gas-to-Power-)Prozess, der mit herkömmlicher Technik nur relativ niedrige Wirkungsgrade aufweist.This application is particularly interesting for the power-to-gas (gas-to-power) process, which has relatively low efficiencies with conventional technology.
Im Stand der Technik ist die Verwendung von kreisförmig angeordneten Hochtemperaturbrennstoffzellenstapeln bekannt. Die Hochtemperaturbrennstoffzellenstapel müssen im Stand der Technik verschraubt werden, um stabil in der kreisförmigen Anordnung bestehen zu bleiben. Des Weiteren sind die im Stand der Technik kreisförmig angeordneten Hochtemperaturbrennstoffzellenstapel durch Wärmedehnung, Reibung oder Toleranzen beeinflussbar und werden durch diese Faktoren leicht instabil.In the prior art, the use of circularly arranged high temperature fuel cell stacks is known. The high temperature fuel cell stacks must be bolted in the prior art to remain stably in the circular arrangement. Furthermore, the high-temperature fuel cell stacks arranged in a circle in the state of the art can be influenced by thermal expansion, friction or tolerances and become slightly unstable due to these factors.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verbindungselement zur Aufnahme von Brennstoffzellenstapel bereitzustellen sowie eine Vorrichtung und einen Brennstoffzellenverbund bereitzustellen, welche eine selbsttragende und selbststabilisierende Anordnung der Brennstoffzellenstapel ermöglicht.The object of the present invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a connecting element for receiving fuel cell stacks and to provide a device and a fuel cell assembly, which enables a self-supporting and self-stabilizing arrangement of the fuel cell stack.
Die Aufgabe wird durch die Bereitstellung eines Verbindungselements für Brennstoffzellenstapel gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbindungselementes sind in den abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is achieved by the provision of a connecting element for fuel cell stacks. Advantageous embodiments of the connecting element according to the invention are characterized in the dependent subclaims.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verbindungselement 1 für Brennstoffzellenstapel 2, bestehend aus einem dreidimensionalen Körper 10, welcher mindestens eine zur Aufnahme eines Brennstoffzellenstapels 2 ausgestaltete Kontaktfläche 100 aufweist.The subject of the present invention is a connecting element 1 for fuel cell stacks 2 consisting of a three-dimensional body 10 which at least one for receiving a fuel cell stack 2 configured contact surface 100 having.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung besteht ein Brennstoffzellenstapel aus mindestens einer Brennstoffzelle, welche zwei Elektrodenplatten (Kathode und Anode) aufweist, die durch einen Elektrolyt voneinander getrennt sind. Vorzugsweise besteht ein Brennstoffzellenstapel aus mehreren Brennstoffzellen, die miteinander verbunden sind. Brennstoffzellen sind galvanische Zellen, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bestehen die Brennstoffzellenstapel vorzugsweise aus Hochtemperaturbrennstoffzellen, Wasserstoffbrennstoffzellen oder auch andere Brennstoffzellenarten, welche planar ausgebildet sind. Die planaren Brennstoffzellenstapel weisen parallel zueinander angeordnete Polplatten auf. Vorteilhaft an der Verwendung von Hochtemperaturbrennstoffzellen ist, dass sich die Geschwindigkeit elektrochemischer Reaktionen der Hochtemperaturbrennstoffzellen mit steigender Temperatur erhöht, wodurch die Aktivierungsspannungsverluste für die Hochtemperaturbrennstoffzellen verringert werden. Die hohe Betriebstemperatur von Hochtemperaturbrennstoffzellen kann die Notwendigkeit von Edelmetallkatalysatoren ausschließen, wodurch Materialkosten wesentlich reduziert werden können.For the purposes of the present invention, a fuel cell stack consists of at least one fuel cell, which has two electrode plates (cathode and anode), which are separated from one another by an electrolyte. Preferably, a fuel cell stack is composed of a plurality of fuel cells connected together. Fuel cells are galvanic cells that convert the chemical reaction energy of a continuously supplied fuel and an oxidant into electrical energy. For the purposes of the present invention, the fuel cell stacks are preferably made of high-temperature fuel cells, hydrogen fuel cells or other types of fuel cells that have a planar design. The planar fuel cell stacks have mutually parallel pole plates. The advantage of using high temperature fuel cells is that the rate of electrochemical reactions of the high temperature fuel cells increases with increasing temperature, thereby reducing the activation voltage losses for the high temperature fuel cells. The high operating temperature of high temperature fuel cells can eliminate the need for noble metal catalysts, which can significantly reduce material costs.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann der dreidimensionale Körper beliebig ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist der dreidimensionale Körper als ein Rohrsegment mit einem im Wesentlichen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt ausgebildet oder als ein Keil ausgebildet, welcher einen im Wesentlichen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweist. Die mindestens eine Kontaktfläche des dreidimensionalen Körpers, welche zur Aufnahme eines Brennstoffzellenstapels ausgebildet ist, ist im Wesentlichen eben und kann einen beliebigen Querschnitt aufweisen.For the purposes of the present invention, the three-dimensional body can be configured as desired. Preferably, the three-dimensional body is formed as a tube segment having a substantially circular or elliptical cross section or formed as a wedge, which has a substantially triangular or trapezoidal cross section. The at least one contact surface of the three-dimensional body, which is designed to receive a fuel cell stack, is essentially flat and may have any cross section.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verbindungselement, wobei die mindestens eine Kontaktfläche 100 mindestens ein Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung aufweist.Particularly preferred is a connecting element according to the invention, wherein the at least one contact surface 100 has at least one means for generating a bias voltage.
Vorteilhaft an der Verwendung des mindestens einen Mittels zur Erzeugung einer Vorspannung ist, dass dadurch ein Brennstoffzellenstapel, welcher an mindestens einer Kontaktfläche des Verbindungselementes aufgenommen ist, vorgespannt werden kann. Auf Grund dieser Vorspannung des Brennstoffzellenstapels werden keine weiteren Elemente, wie Stellschrauben, Spannschrauben oder dergleichen benötigt, um den Brennstoffzellenstapel vorzuspannen.An advantage of the use of the at least one means for generating a bias voltage is that thereby a fuel cell stack, which is accommodated on at least one contact surface of the connecting element, can be biased. Due to this bias of the fuel cell stack no further elements, such as set screws, clamping screws or the like are required to bias the fuel cell stack.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 1, wobei das Verbindungselement 1 weiterhin mindestens ein Verbindungsmittel 15 aufweist. Das mindestens eine Verbindungsmittel kann im Sinne der vorliegenden Erfindung an einer Kontaktfläche des Verbindungselementes angeordnet sein, um einen Brennstoffzellenstapel aufzunehmen. Des Weiteren kann das Verbindungsmittel aber auch im Sinne der vorliegenden Erfindung an jeder anderen Fläche des dreidimensionalen Körpers angeordnet sein, um das Verbindungselement mit einem anderen Verbindungselement zu verbinden oder um das Verbindungselement mit einem Haltemittel zu verbinden. Das Verbindungsmittel kann beliebig ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist das Verbindungsmittel als Metallbalg oder als eine Kugel mit einer Anschlussplatte ausgestaltet.Preferred is a connecting element according to the invention 1 , wherein the connecting element 1 furthermore at least one connecting means 15 having. The at least one connecting means may be arranged according to the present invention on a contact surface of the connecting element to receive a fuel cell stack. Furthermore, however, the connecting means may also be arranged in accordance with the present invention on any other surface of the three-dimensional body to connect the connecting element with another connecting element or to connect the connecting element with a holding means. The connecting means can be configured as desired. Preferably, the connecting means is designed as a metal bellows or as a ball with a connection plate.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 1, wobei das mindestens eine Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung ein Kraftübertragungselement ist.Particularly preferred is a connecting element according to the invention 1 wherein the at least one means for generating a bias voltage is a force transmission element.
Insbesondere bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 1, wobei das Kraftübertragungselement ausgewählt ist aus mechanischen, pneumatischen, hydraulischen und fluidbeaufschlagbaren Elementen.Particularly preferred is a connecting element according to the invention 1 , wherein the force transmission element is selected from mechanical, pneumatic, hydraulic and fluidbeaufschlagbaren elements.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist dabei, dass das Kraftübertragungselement eine Membran 11, ein Metallbalg 12 oder ein Hebel ist.According to the invention, it is preferable for the force transmission element to be a membrane 11 , a metal bellows 12 or is a lever.
Vorteilhaft an der Verwendung einer Membran ist, dass diese flexibel ist und fluidbeaufschlagbar ist. Dadurch entstehen anpassungsfähige Verbindungselemente, wodurch die mittels der Verbindungselemente erzeugte Vorspannkraft von Reibung, Toleranzen, wie Längen-, Winkel-, Form- und Lagertoleranzen, und Wärmedehnung nicht beeinflusst wird.An advantage of the use of a membrane is that it is flexible and fluidbeaufschlagbar. This results in adaptable connecting elements, whereby the biasing force generated by the connecting elements of friction, tolerances, such as length, angle, shape and bearing tolerances, and thermal expansion is not affected.
Vorteilhaft an der Verwendung von Metallbälgen ist, dass durch den sehr geringen notwendigen Hub, die in den Verbindungselementen erzeugte Vorspannkraft auch während des Ausgleichs von Toleranzen und Wärmedehnung praktisch gleich bleiben.The advantage of the use of metal bellows is that the very low necessary stroke, the biasing force generated in the connecting elements remain virtually the same even during the compensation of tolerances and thermal expansion.
Weiterhin bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 1, wobei die mindestens eine Kontaktfläche 100 oder das mindestens eine Verbindungsmittel 15 mindestens ein Fixierungselement 14 für einen Brennstoffzellenstapel 2 aufweist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Fixierungselement eine Bohrung oder jegliche Art einer Aussparung in einer Kontaktfläche, in der ein Stift oder jegliches anderes Element, welches zur Fixierung eines Brennstoffzellenstapels geeignet ist, aufgenommen ist.Further preferred is a connecting element according to the invention 1 , wherein the at least one contact surface 100 or the at least one connecting means 15 at least one fixing element 14 for a fuel cell stack 2 having. For the purposes of the present invention, a fixing element is a bore or any type of recess in a contact surface in which a pin or any other element suitable for fixing a fuel cell stack is received.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 1, wobei der dreidimensionale Körper oder das mindestens eine Verbindungsmittel 15 weiterhin mindestens ein Mittel zur Medienversorgung 13 der Brennstoffzellenstapel 2 und/oder des Verbindungselements 1 aufweist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Mittel zur Medienversorgung eine Leitung oder ein Rohr, welches Medien führt.Particularly preferred is a connecting element according to the invention 1 wherein the three-dimensional body or the at least one connecting means 15 at least one medium for media supply 13 the fuel cell stack 2 and / or the connecting element 1 having. For the purposes of the present invention, a means for supplying media is a conduit or pipe which carries media.
Insbesondere bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 1, wobei die Medien Fluide sind. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Fluid eine Flüssigkeit, Dampf oder ein Gas.Particularly preferred is a connecting element according to the invention 1 , where the media are fluids. For the purposes of the present invention, a fluid is a liquid, vapor or gas.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verbindungselement 1 bevorzugt, wobei der dreidimensionale Körper 10 die Kontaktflächen 100 entlang verschiedener Raumachsen aufweist.According to the invention is further a connecting element 1 preferred, wherein the three-dimensional body 10 the contact surfaces 100 along different spatial axes.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung 4 zur Anordnung von Brennstoffzellenstapeln 2, umfassend erfindungsgemäße Verbindungselemente 1, Brennstoffzellenstapel 2 und mindestens ein Haltemittel 3, welches mit den Verbindungselementen 1 verbunden ist, wobei die Verbindungselemente 1 eine bestimmte Anzahl von Kontaktflächen 100 aufweisen, an denen die Brennstoffzellenstapel 2 angeordnet sind, wodurch sich ein Raumgebilde ergibt. Vorzugsweise sind die Verbindungselemente und die Brennstoffzellenstapel abwechselnd innerhalb der Vorrichtung angeordnet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung können auch mehrere, vorzugsweise dünne, Verbindungselemente miteinander verbunden sein, ohne dass dazwischen Brennstoffzellenstapel angeordnet sind. Somit entsteht ein Raumgebilde, welches viele Verbindungselemente aufweist und nur wenige Brennstoffzellenstapel. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann das Raumgebilde jegliche beliebige Form aufweisen, beispielsweise eine ringförmige Anordnung, eine kubische Form oder eine hexagonale Form. Weiterhin kann im Sinne der vorliegenden Erfindung das mindestens eine Haltemittel ein äußeres und/oder inneres Haltemittel sein.Another object of the present invention is a device 4 for the arrangement of fuel cell stacks 2 comprising connecting elements according to the invention 1 , Fuel cell stack 2 and at least one holding means 3 , which with the connecting elements 1 is connected, wherein the connecting elements 1 a certain number of contact surfaces 100 have, at which the fuel cell stack 2 are arranged, resulting in a spatial structure. Preferably, the connecting elements and the fuel cell stacks are arranged alternately within the device. For the purposes of the present invention, a plurality of, preferably thin, connecting elements may also be connected to one another without fuel cell stacks being arranged therebetween. This creates a spatial structure which has many connecting elements and only a few fuel cell stacks. For the purposes of the present invention, the spatial structure may have any desired shape, for example an annular arrangement, a cubic shape or a hexagonal shape. Furthermore, for the purposes of the present invention, the at least one holding means may be an outer and / or inner holding means.
Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass auf Grund des Haltemittels auf jedes Verbindungselement eine gleich große Kraft wirkt. Auf Grund der abwechselnden Anordnung der Verbindungselemente und der Brennstoffzellenstapel, wirkt somit von den Verbindungselementen aus jeweils eine hohe senkrechte Kraft auf die Polplatte des benachbarten Brennstoffzellenstapels ein. Diese Krafteinwirkung erfolgt gleichmäßig auf beide Polplatten eines Brennstoffzellenstapels und ist für alle Brennstoffzellenstapel gleich groß. Somit können die Brennstoffzellenstapel mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einfache Weise vorgespannt werden und mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsteht eine Anordnung von Brennstoffzellenstapeln, welche selbsttragend und selbststabilisierend ist. Weiterhin vorteilhaft ist, dass, sollte ein Brennstoffzellenstapel ausfallen, dieser zwar schrumpft, jedoch die Anordnung und die Vorspannung der Brennstoffzellenstapel auf Grund der erfindungsgemäßen Vorrichtung insgesamt erhalten bleibt.An advantage of this embodiment is that acts on the basis of the holding means on each connecting element an equal force. Due to the alternating arrangement of the connecting elements and the fuel cell stack, in each case a high vertical force thus acts on the pole plate of the adjacent fuel cell stack from the connecting elements. This force is applied equally to both pole plates of a fuel cell stack and is the same size for all fuel cell stacks. Thus, the fuel cell stack can be biased by means of the device according to the invention in a simple manner and by means of the device according to the invention results in an arrangement of fuel cell stacks, which is self-supporting and self-stabilizing. It is also advantageous that, should a fuel cell stack fail, this indeed shrinks, but the arrangement and the bias voltage of the fuel cell stack due to the device according to the invention is maintained overall.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 4, wobei das Haltemittel 3 ein Druckring, ein Spannband, ein Seil, ein Stützring und/oder ein Stützkörper ist.A device according to the invention is preferred 4 , wherein the retaining means 3 a pressure ring, a strap, a rope, a support ring and / or a support body is.
Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 4, wobei das Haltemittel 3 derart ausgebildet ist, um die Kontaktflächen 100 der Verbindungselemente 1 fluidisch miteinander zu verbinden.Particularly preferred is a device according to the invention 4 , wherein the retaining means 3 is formed such that the contact surfaces 100 the connecting elements 1 fluidly connect to each other.
Insbesondere bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 4, wobei die Brennstoffzellenstapel 2 in der Vorrichtung 4 eindimensional, zweidimensional oder dreidimensional verteilt sind.Particularly preferred is a device according to the invention 4 , wherein the fuel cell stacks 2 in the device 4 are distributed one-dimensionally, two-dimensionally or three-dimensionally.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellenverbund 5, umfassend erfindungsgemäße Verbindungselemente 1, Brennstoffzellenstapel 2 und mindestens ein Haltemittel 3, welches mit den Verbindungselementen 1 verbunden ist, wobei die Verbindungselemente 1 eine bestimmte Anzahl von Kontaktflächen 100 aufweisen, an denen die Brennstoffzellenstapel 2 angeordnet sind, wodurch sich ein Raumgebilde ergibt. Vorzugsweise sind die Verbindungselemente und die Brennstoffzellenstapel abwechselnd innerhalb des Brennstoffzellenverbundes angeordnet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung können auch mehrere, vorzugsweise dünne, Verbindungselemente miteinander verbunden sein, ohne dass dazwischen Brennstoffzellenstapel angeordnet sind. Somit entsteht ein Raumgebilde, welches viele Verbindungselemente aufweist und nur wenige Brennstoffzellenstapel. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann das Raumgebilde jegliche beliebige Form aufweisen, beispielsweise eine ringförmige Anordnung, eine kubische Form oder eine hexagonale Form. Weiterhin kann im Sinne der vorliegenden Erfindung das mindestens eine Haltemittel ein äußeres und/oder inneres Haltemittel sein.Another object of the present invention is a fuel cell assembly 5 comprising connecting elements according to the invention 1 , Fuel cell stack 2 and at least one holding means 3 , which with the connecting elements 1 is connected, wherein the connecting elements 1 a certain number of contact surfaces 100 have, at which the fuel cell stack 2 are arranged, resulting in a spatial structure. Preferably, the connecting elements and the fuel cell stacks are arranged alternately within the fuel cell network. For the purposes of the present invention, a plurality of, preferably thin, connecting elements may also be connected to one another without fuel cell stacks being arranged therebetween. This creates a spatial structure which has many connecting elements and only a few fuel cell stacks. For the purposes of the present invention, the spatial structure may have any desired shape, for example an annular arrangement, a cubic shape or a hexagonal shape. Furthermore, for the purposes of the present invention, the at least one holding means may be an outer and / or inner holding means.
Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass auf Grund des Haltemittels auf jedes Verbindungselement eine gleich große Kraft wirkt. Auf Grund der abwechselnden Anordnung der Verbindungselemente und der Brennstoffzellenstapel, wirkt somit von den Verbindungselementen aus jeweils eine hohe senkrechte Kraft auf die Polplatte des benachbarten Brennstoffzellenstapels ein. Diese Krafteinwirkung erfolgt gleichmäßig auf beide Polplatten eines Brennstoffzellenstapels und ist für alle Brennstoffzellenstapel gleich groß. Somit können die Brennstoffzellenstapel mittels des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes auf einfache Weise vorgespannt werden und mittels des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes entsteht eine Anordnung von Brennstoffzellenstapeln, welche selbsttragend und selbststabilisierend ist. Weiterhin vorteilhaft ist, dass, sollte ein Brennstoffzellenstapel ausfallen, dieser zwar schrumpft, jedoch die Anordnung und die Vorspannung der Brennstoffzellenstapel auf Grund des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes insgesamt erhalten bleibt.An advantage of this embodiment is that acts on the basis of the holding means on each connecting element an equal force. Due to the alternating arrangement of the connecting elements and the fuel cell stack, in each case a high vertical force thus acts on the pole plate of the adjacent fuel cell stack from the connecting elements. This force is applied equally to both pole plates of a fuel cell stack and is the same size for all fuel cell stacks. Thus, the fuel cell stack can be biased by means of the fuel cell assembly according to the invention in a simple manner and by means of the fuel cell assembly according to the invention results in an arrangement of fuel cell stacks, which is self-supporting and self-stabilizing. It is also advantageous that, should a fuel cell stack fail, this indeed shrinks, but the arrangement and the bias voltage of the fuel cell stack due to the fuel cell assembly according to the invention is retained overall.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Brennstoffzellenverbund 5, wobei das Haltemittel 3 ein Druckring, ein Spannband, ein Seil, ein Stützring und/ oder ein Stützkörper ist.Preference is given to a fuel cell assembly according to the invention 5 , wherein the retaining means 3 a pressure ring, a strap, a rope, a support ring and / or a support body is.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Brennstoffzellenverbund 5, wobei das Haltemittel 3 derart ausgestaltet ist, um die Kontaktflächen 100 der Verbindungselemente 1 fluidisch miteinander zu verbinden.Particularly preferred is a fuel cell assembly according to the invention 5 , wherein the retaining means 3 is designed such that the contact surfaces 100 the connecting elements 1 fluidly connect to each other.
Insbesondere bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Brennstoffzellenverbund 5, wobei die Brennstoffzellenstapel 2 innerhalb des Brennstoffzellenverbundes 5 eindimensional, zweidimensional oder dreidimensional verteilt sind.Particularly preferred is a fuel cell assembly according to the invention 5 , wherein the fuel cell stacks 2 within the fuel cell network 5 are distributed one-dimensionally, two-dimensionally or three-dimensionally.
Ferner ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Druckbehälter, enthaltend mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung 4.Furthermore, an object of the present invention is a pressure vessel containing at least one device according to the invention 4 ,
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Druckbehälter, wobei der Druckbehälter mindestens zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen 4 enthält, welche fluidisch miteinander verbunden sind.Preferred is a pressure vessel according to the invention, wherein the pressure vessel at least two devices according to the invention 4 contains, which are fluidly interconnected.
Außerdem ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Druckbehälter, enthaltend mindestens einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbund 5.In addition, an object of the present invention is a pressure vessel containing at least one fuel cell assembly according to the invention 5 ,
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Druckbehälter, wobei der Druckbehälter mindestens zwei erfindungsgemäße Brennstoffzellenverbunde 5 enthält, welche fluidisch miteinander verbunden sind.Preference is given to an inventive pressure vessel, wherein the pressure vessel at least two fuel cell assemblies according to the invention 5 contains, which are fluidly interconnected.
Die vorliegende Erfindung wird mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselementes;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Teilschnitts durch die Ausführungsform der 1;
- 3 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselementes;
- 4 eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform der 3;
- 5 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes;
- 6 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes;
- 7 eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes;
- 8 eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes;
- 9 eine perspektivische Darstellung einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes;
- 10 eine Draufsicht auf eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes;
- 11 eine perspektivische Darstellung einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes;
- 12 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Raumgebildes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes;
- 13 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Raumgebildes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes;
- 14 perspektivische Darstellungen weiterer Anordnungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbunde.
The present invention will be explained in more detail with the accompanying drawings. It shows: - 1 a perspective view of a first embodiment of the connecting element according to the invention;
- 2 a perspective view of a partial section through the embodiment of 1 ;
- 3 a side view of a second embodiment of the connecting element according to the invention;
- 4 a perspective view of the embodiment of the 3 ;
- 5 a plan view of a first embodiment of the device according to the invention or of the fuel cell assembly according to the invention;
- 6 a perspective view of a second embodiment of the device according to the invention or the fuel cell assembly according to the invention;
- 7 a perspective view of a third embodiment of the device according to the invention or the fuel cell assembly according to the invention;
- 8th a plan view of a fourth embodiment of the device according to the invention or the fuel cell assembly according to the invention;
- 9 a perspective view of a fifth embodiment of the device according to the invention or the fuel cell assembly according to the invention;
- 10 a plan view of a sixth embodiment of the device according to the invention or the fuel cell assembly according to the invention;
- 11 a perspective view of a seventh embodiment of the device according to the invention or the fuel cell assembly according to the invention;
- 12 a perspective view of a first embodiment of a spatial structure of a device according to the invention or the fuel cell assembly according to the invention;
- 13 a perspective view of a second embodiment of a spatial structure of a device according to the invention or the fuel cell assembly according to the invention;
- 14 perspective views of further possible arrangements of the device according to the invention or the fuel cell assemblies according to the invention.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungselementes 1 gezeigt. Der dreidimensionale Körper 10 des Verbindungselementes 1 ist in dieser Ausführungsform als Keil ausgebildet. Der Keil weist einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf, welcher auch dreieckig ausgestaltet sein kann (nicht dargestellt). Weiterhin ist aus der 1 zu entnehmen, dass der dreidimensionale Körper 10 sechs Kontaktflächen 100 aufweist, wovon drei dargestellt sind. Außerdem ist eine der Kontaktflächen 100 derart ausgebildet, dass sie einen Brennstoffzellenstapel (nicht gezeigt) aufnehmen kann. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Kontaktfläche 100 zur Aufnahme eines Brennstoffzellenstapels einen Rahmen auf, der die äußeren Seiten der Kontaktfläche 100 begrenzt. Der Rahmen weist, wie die Kontaktfläche 100, einen quadratischen Querschnitt auf. Durch den Rahmen entsteht eine Art Einbuchtung, in die ein Brennstoffzellenstapel aufgenommen werden kann. Es ist klar, dass der Querschnitt der Kontaktfläche 100 dem jeweiligen Querschnitt des Brennstoffzellenstapels (nicht dargestellt) angepasst werden kann.In 1 is a first embodiment of a connecting element according to the invention 1 shown. The three-dimensional body 10 of the connecting element 1 is formed in this embodiment as a wedge. The wedge has a substantially trapezoidal cross-section, which may also be triangular (not shown). Furthermore, from the 1 to infer that the three-dimensional body 10 six contact surfaces 100 of which three are shown. In addition, one of the contact surfaces 100 configured to receive a fuel cell stack (not shown). In the present embodiment, the contact surface 100 for receiving a fuel cell stack on a frame, the outer sides of the contact surface 100 limited. The frame points as the contact surface 100 , a square cross-section on. Through the frame creates a kind of indentation, in which a fuel cell stack can be added. It is clear that the cross section of the contact surface 100 the respective cross section of the fuel cell stack (not shown) can be adjusted.
2 zeigt eine Ansicht eines Teilschnitts durch die Ausführungsform der 1. In dieser Ansicht ist dargestellt, dass die Kontaktfläche 100, welche zur Aufnahme eines Brennstoffzellenstapels (nicht gezeigt) ausgestaltet ist, ein Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung aufweist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein solches Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung ein Kraftübertragungselement. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Kraftübertragungselement eine fluidbeaufschlagbare Membran 11. Die Membran 11 schließt eine Druckkammer ab. Des Weiteren ist gezeigt, dass innerhalb des dreidimensionalen Körpers 10 des Verbindungselements 1, mindestens ein Mittel zur Medienversorgung 13 angeordnet ist. Das Mittel zur Medienversorgung 13 kann im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Leitung für Fluide sein. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fluid über die Leitung zur Druckkammer geleitet und die Membran 11, welche die Druckkammer abschließt mit dem entsprechenden Fluid beaufschlagt. Durch das Fluidbeaufschlagen der Membran 11, wird die Membran 11 nach außen gedrückt, wodurch ein Brennstoffzellenstapel (nicht dargestellt), der an der Kontaktfläche 100, welche die Membran 11 aufweist, aufgenommen ist, vorgespannt wird. Die Mittel zur Medienversorgung 13 können sowohl das Verbindungselement 1 selbst als auch Brennstoffzellenstapel (nicht dargestellt) mit Medien versorgen. 2 shows a view of a partial section through the embodiment of the 1 , In this view is shown that the contact surface 100 , which is configured to receive a fuel cell stack (not shown), comprises means for generating a bias voltage. For the purposes of the present invention, such means for generating a bias voltage is a force transmission element. In the present embodiment, the power transmission element is a fluid-loadable membrane 11 , The membrane 11 closes off a pressure chamber. Furthermore, it is shown that within the three-dimensional body 10 of the connecting element 1 , at least one medium for media supply 13 is arranged. The means for media supply 13 may be a conduit for fluids within the meaning of the present invention. In the present embodiment, a fluid is passed via the line to the pressure chamber and the membrane 11 , which closes the pressure chamber subjected to the corresponding fluid. By fluidizing the membrane 11 , the membrane becomes 11 pushed outward, causing a fuel cell stack (not shown), at the contact surface 100 which the membrane 11 has, is recorded, is biased. The means for media supply 13 can both the connecting element 1 itself as well as fuel cell stack (not shown) with media supply.
In 3 wird eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselementes 1 gezeigt. In dieser Ausführungsform wird gezeigt, dass zwei Kontaktflächen 100 des Verbindungselementes 1 in einem Winkel a, der kleiner oder gleich 120° ist, geneigt zueinander angeordnet sind. Bei der Verwendung eines in dieser Ausführungsform dargestellten Verbindungselementes 1 in einer ringförmigen Anordnung, in der Verbindungselemente 1 und Brennstoffzellenstapel (nicht dargestellt) abwechselnd angeordnet sind, entspricht der Winkel des dreidimensionalen Körpers 10 der Größe, welche sich aus 360° (Vollkreis) geteilt durch die Anzahl der verwendeten Verbindungselemente 1 ergibt. Des Weiteren weist der dreidimensionale Körper 10 in dieser Ausführungsform ein Verbindungsmittel 15 auf. Im Sinne der vorliegenden Erfindung dient das Verbindungsmittel 15 dazu, zwei Verbindungselemente 1 miteinander zu verbinden, ein Verbindungselement 1 mit einem Haltemittel (nicht dargestellt) zu verbinden oder zur Aufnahme eines Brennstoffzellenstapels (nicht dargestellt). Das Verbindungsmittel 15 weist vorteilhafterweise mindestens ein Mittel zur Medienversorgung 13 auf und kann weiterhin mindestens ein Fixierungselement 14 aufweisen.In 3 is a plan view of a second embodiment of the connecting element according to the invention 1 shown. In this embodiment, it is shown that two contact surfaces 100 of the connecting element 1 at an angle a which is less than or equal to 120 °, are arranged inclined to each other. When using a connecting element shown in this embodiment 1 in an annular arrangement, in the connecting elements 1 and fuel cell stacks (not shown) are alternately arranged, corresponds to the angle of the three-dimensional body 10 the size, which consists of 360 ° (full circle) divided by the number of fasteners used 1 results. Furthermore, the three-dimensional body 10 in this embodiment, a connecting means 15 on. For the purposes of the present invention, the connecting means is used 15 to it, two fasteners 1 to connect with each other, a connecting element 1 with a holding means (not shown) to connect or for receiving a fuel cell stack (not shown). The connecting means 15 advantageously has at least one means for media supply 13 on and can continue at least one fixing element 14 respectively.
4 zeigt eine perspektivische Darstellung der Ausführungsform der 3. In dieser Darstellung ist der dreidimensionale Körper 10 des Verbindungselements 1 als ein Rohrsegment ausgebildet. Des Weiteren ist in dieser Darstellung erkennbar, dass das Verbindungsmittel 15 als ein Metallbalg ausgebildet ist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann das Verbindungsmittel 15 jedoch auch in jeder anderen Form ausgebildet sein. Auf Grund dessen, dass das Verbindungsmittel 15 mindestens ein Mittel zur Medienversorgung 13 aufweist, können Verbindungselemente 1, welche über das Verbindungsmittel 15 miteinander verbunden sind, mit Medien versorgt werden. Des Weiteren ist in dieser Ausführungsform gezeigt, dass der dreidimensionale Körper 10 des Verbindungselements 1 mindestens eine Kontaktfläche 100 aufweist, welche zur Aufnahme von Brennstoffzellenstapeln (nicht dargestellt) ausgestaltet ist. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Kontaktfläche 100 als Kraftübertragungselement einen Metallbalg 12 auf. Der Metallbalg 12 wird mit Fluiden beaufschlagt. Die Mittel zur Medienversorgung des Metallbalgs 12 sind in der vorliegenden Ausführungsform nicht dargestellt, da sie im Inneren des dreidimensionalen Körpers 10 des Verbindungselements angeordnet sind. Sobald der Metallbalg 12 mit Fluid beaufschlagt wird, dehnt sich dieser aus und drückt die Kontaktfläche 100 gegen einen Brennstoffzellenstapel (nicht dargestellt), welcher durch die entsprechende Kontaktfläche 100 aufgenommen wurde, wodurch eine Vorspannung des entsprechenden Brennstoffzellenstapels erzeugt werden kann. Weiterhin kann die Kontaktfläche 100 mindestens ein Fixierungselement 14 aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Bohrung in der Kontaktfläche 100 dargestellt. Es ist klar, dass es sich im Sinne der vorliegenden Erfindung jedoch auch um jegliche andere Aussparung handeln kann. Des Weiteren ist in der Bohrung ein entsprechendes Element (nicht dargestellt) zur Arretierung eines Brennstoffzellenstapels (nicht dargestellt) angeordnet, wodurch der Brennstoffzellenstapel und das Verbindungselement 1 miteinander verbunden werden können. Dieses Element kann ein Stift (nicht dargestellt) sein. Weiterhin kann die Kontaktfläche 100 mindestens ein Mittel zur Medienversorgung 13 aufweisen, es können jedoch auch mehrere Mittel zur Medienversorgung (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Das Mittel zur Medienversorgung 13 kann hierbei als Rohr oder Leitung ausgestaltet sein, wodurch der anliegende Brennstoffzellenstapel (nicht dargestellt) entsprechend mit Medien versorgt werden kann. 4 shows a perspective view of the embodiment of the 3 , In this illustration is the three-dimensional body 10 of the connecting element 1 formed as a pipe segment. Furthermore, it can be seen in this illustration that the connecting means 15 is designed as a metal bellows. For the purposes of the present invention, the connecting means 15 However, be formed in any other form. Due to the fact that the lanyard 15 at least one means of media supply 13 may have connecting elements 1 which via the connecting means 15 connected to each other, are supplied with media. Furthermore, in this embodiment, it is shown that the three-dimensional body 10 of the connecting element 1 at least one contact surface 100 which is configured to receive fuel cell stacks (not shown). In the present embodiment, the contact surface 100 as a force transmission element a metal bellows 12 on. The metal bellows 12 is pressurized with fluids. The means for media supply of the metal bellows 12 are not shown in the present embodiment because they are inside the three-dimensional body 10 of the connecting element are arranged. Once the metal bellows 12 is charged with fluid, this expands and presses the contact surface 100 against a fuel cell stack (not shown) passing through the corresponding contact surface 100 was recorded, whereby a bias voltage of the corresponding fuel cell stack can be generated. Furthermore, the contact surface 100 at least one fixing element 14 respectively. In the present embodiment, a bore is in the contact surface 100 shown. It is clear that in the sense of the present invention, however, it can also be any other recess. Furthermore, in the bore a corresponding element (not shown) for locking a fuel cell stack (not shown) is arranged, whereby the fuel cell stack and the connecting element 1 can be connected to each other. This element may be a pin (not shown). Furthermore, the contact surface 100 at least one means of media supply 13 However, it can also be several means for media supply (not shown) may be provided. The means for media supply 13 can be configured as a pipe or pipe, whereby the adjacent fuel cell stack (not shown) can be supplied with media accordingly.
In 5 ist eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbunds 5 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist gezeigt, dass zwölf Verbindungselemente 1 und zwölf Brennstoffzellenstapel 2 abwechselnd angeordnet sind. Die Verbindungselemente 1 sind keilförmig ausgebildet und die Brennstoffzellenstapel 2 sind quaderförmig ausgebildet. Die Kontaktflächen 100 weisen zueinander einen Winkel α von 30° auf. Dies ergibt sich aus der Teilung des Vollkreises mit 360° durch die Anzahl 12 der Verbindungselemente 1. Sollen nur 10 Verbindungselemente 1 verbaut werden, so müsste der Winkel α 36° betragen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Brennstoffzellenstapel 2 und Verbindungselemente 1 derart angeordnet, dass sie eine ringförmige Anordnung bilden, wobei jeweils zwei Kontaktflächen 100 eines Verbindungselementes 1 jeweils einen Brennstoffzellenstapel 2 aufnehmen. In Bezug auf die Brennstoffzellenstapel 2 werden die Seiten, welche von den Verbindungselementen 1 aufgenommen sind, auch als Polplatten bezeichnet. Die Polplatten sind parallel zueinander angeordnet. In dieser Ausführungsform wirkt von außen eine radiale Kraft F1 auf das jeweilige Verbindungselement 1. Diese Kraft wird durch ein äußeres Haltemittel (nicht dargestellt), welches mit den Verbindungselementen 1 verbunden ist, auf die Verbindungselemente 1 übertragen. Diese radiale Kraft F1 bewirkt, dass mittels der Verbindungselemente 1 eine senkrechte Kraft F2 auf die Polplatte des jeweiligen benachbarten Brennstoffzellenstapels 2 einwirkt. Eine senkrechte Kraft F2 wirkt auf jeden Brennstoffzellenstapel 2 ein und ist gleicht groß. Durch diese Kraftübertragung werden die Brennstoffzellenstapel 2 vorgespannt.In 5 is a plan view of a first embodiment of the device according to the invention 4 or the fuel cell assembly according to the invention 5 shown. In this embodiment, it is shown that twelve connecting elements 1 and twelve fuel cell stacks 2 are arranged alternately. The connecting elements 1 are wedge-shaped and the fuel cell stack 2 are cuboidal. The contact surfaces 100 have an angle α of 30 ° to each other. This results from the division of the full circle with 360 ° by the number 12 the connecting elements 1 , Should only 10 fasteners 1 be installed, so the angle α should be 36 °. In the present embodiment, the fuel cell stacks are 2 and fasteners 1 arranged so that they form an annular arrangement, wherein in each case two contact surfaces 100 a connecting element 1 each a fuel cell stack 2 take up. In terms of fuel cell stacks 2 be the sides, which of the fasteners 1 are recorded, also referred to as pole plates. The pole plates are arranged parallel to each other. In this embodiment acts from the outside a radial force F1 on the respective connecting element 1 , This force is provided by an external retaining means (not shown) connected to the connecting elements 1 is connected to the fasteners 1 transfer. This radial force F1 causes by means of fasteners 1 a vertical force F2 on the pole plate of the respective adjacent fuel cell stack 2 acts. A vertical force F2 acts on every fuel cell stack 2 one and is equal to big. By this power transmission, the fuel cell stack 2 biased.
Das Haltemittel (nicht dargestellt) kann im Sinne der vorliegenden Erfindung auch innen angeordnet sein. The holding means (not shown) can also be arranged inside within the meaning of the present invention.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes 5. In dieser Ausführungsform sind zwölf Brennstoffzellenstapel 2 und zwölf Verbindungselemente 1, wie in 5, abwechselnd ringförmig angeordnet. Des Weiteren sind auch in dieser Ausführungsform die Verbindungselemente 1 keilförmig und die Brennstoffzellenstapel 2 quaderförmig ausgebildet. 6 shows a second embodiment of the device according to the invention 4 or the fuel cell assembly according to the invention 5 , In this embodiment, twelve fuel cell stacks are 2 and twelve fasteners 1 , as in 5 , arranged alternately annular. Furthermore, also in this embodiment, the connecting elements 1 wedge-shaped and the fuel cell stacks 2 cuboid shaped.
Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Ausführungsform, zeigt die 6 ein äußeres Haltemittel 3. Das äußere Haltemittel 3 ist in dieser Ausführungsform ein Spannband. Dieses Spannband liegt direkt an den Verbindungselementen 1 an, wodurch es die Verbindungselemente 1 von außen umschlingt. Durch die Tangentialspannung im Spannband werden die Verbindungselemente 1 radial nach innen gedrückt und somit alle Brennstoffzellenstapel 2 gleichmäßig vorgespannt. Dadurch entsteht eine sich selbsttragende und selbstsichernde Anordnung von Brennstoffzellenstapeln 2 und Verbindungselementen 1, ohne dass weitere Elemente, wie beispielsweise Stellschrauben oder Spannschrauben, erforderlich wären.Unlike the in 5 shown embodiment, which shows 6 an outer retaining means 3 , The outer holding means 3 in this embodiment is a strap. This strap is located directly on the fasteners 1 which makes it the fasteners 1 wraps around from the outside. Due to the tangential tension in the strap, the fasteners 1 pressed radially inward and thus all fuel cell stacks 2 evenly biased. This creates a self-supporting and self-locking arrangement of fuel cell stacks 2 and fasteners 1 without the need for further elements, such as set screws or clamping screws.
In der 7 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes 5 gezeigt. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten Ausführungsform handelt es sich in dieser Ausführungsform bei dem Haltemittel 3 um einen Druckring.In the 7 is a third embodiment of the device according to the invention 4 or the fuel cell assembly according to the invention 5 shown. Unlike the in 6 embodiment shown is in this embodiment, the holding means 3 around a pressure ring.
Der Druckring ist jeweils über einen Metallbalg 12 mit einem Verbindungselement 1 verbunden. Die Metallbälge 12, welche im Sinne der vorliegenden Erfindung Kraftübertragungselemente sind und somit als Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung dienen, üben wie ein Pneumatikzylinder radiale Kräfte F1 auf das jeweilige Verbindungselement 1 aus.The pressure ring is in each case via a metal bellows 12 with a connecting element 1 connected. The metal bellows 12 , which are force transmission elements in the context of the present invention and thus serve as a means for generating a bias, exercise like a pneumatic cylinder radial forces F1 on the respective connecting element 1 out.
Durch die gleichmäßige Druckverteilung im Druckring ist die auf alle Brennstoffzellenstapel 2 einwirkende Kraft gleich. Weiterhin bleiben die Vorspannkräfte auch während des Ausgleichs von Toleranzen und Wärmedehnung praktisch, auf Grund des sehr geringen notwendigen Hubs der Metallbälge 12, gleich.Due to the even pressure distribution in the pressure ring is on all fuel cell stack 2 acting force equal. Furthermore, the biasing forces remain practical even during the compensation of tolerances and thermal expansion, due to the very small necessary stroke of the metal bellows 12 , equal.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Druckring in Form eines Rohres ausgebildet. An diesem Rohr sind Metallbälge 12 oder Pneumatikzylinder befestigt, welche mit dem Druckring fluidisch verbunden sind, so dass alle Metallbälge 12 oder Pneumatikzylinder mit dem gleichen Fluiddruck beaufschlagbar sind. Vorteilhafterweise können in dem Druckring zusätzliche Rohrführungen vorgesehen sein. Diese Rohrführungen, einschließlich der Metallbälge 12 oder Pneumatikzylinder, können für Medien- oder Fluidführung verwendet werden, um beispielsweise Brennstoffzellenstapel mit den entsprechenden Medien oder Fluiden zu speisen. Diese Funktion hat keinen Einfluss auf die Funktion des Druckrings in Bezug auf die Stabilität oder die Vorspannung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes 5.In a particularly preferred embodiment, the pressure ring is formed in the form of a tube. At this tube are metal bellows 12 or pneumatic cylinder attached, which are fluidly connected to the pressure ring, so that all metal bellows 12 or pneumatic cylinder can be acted upon by the same fluid pressure. Advantageously, additional pipe guides can be provided in the pressure ring. These pipe guides, including the metal bellows 12 or pneumatic cylinders may be used for media or fluid routing, for example, to feed fuel cell stacks with the appropriate media or fluids. This function has no influence on the function of the pressure ring with respect to the stability or the preload of the device according to the invention 4 or the fuel cell assembly according to the invention 5 ,
8 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes 5. Die grundsätzliche ringförmige Anordnung und Anzahl der Brennstoffzellenstapel 2 und der Verbindungselemente 1 entspricht den Ausführungsformen der 5 bis 7. In dieser Ausführungsform ist als äußeres Haltemittel 3 ein Stützring dargestellt, welcher jeweils über eine Stellschraube mit dem jeweiligen Verbindungselement 1 verbunden ist. 8th shows a fourth embodiment of the device according to the invention 4 or the fuel cell assembly according to the invention 5 , The basic annular arrangement and number of fuel cell stacks 2 and the connecting elements 1 corresponds to the embodiments of 5 to 7 , In this embodiment, as an outer holding means 3 a support ring is shown, which in each case via an adjusting screw with the respective connecting element 1 connected is.
Des Weiteren ist in dieser Ausführungsform gezeigt, dass zumindest eine Kontaktfläche 100 des Verbindungselementes 1 eine Membran 11 aufweist. Im Sinne der vorliegenden Verbindung ist die Membran 11 mit Fluid beaufschlagbar.Furthermore, it is shown in this embodiment that at least one contact surface 100 of the connecting element 1 a membrane 11 having. For the purposes of the present invention, the membrane is 11 acted upon with fluid.
Die Membran 11 schließt eine Druckluftkammer ab. Die Druckluftkammer, wird durch mindestens ein Mittel zur Medienversorgung (nicht dargestellt), welches vorzugsweise als Leitung für Fluide ausgestaltet ist, mit Fluiden versorgt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Dampf und Druckluft Fluide. Alle Druckkammern sind mit einer Druckluftleitung verbunden, wodurch eine gleiche Druckverteilung in allen Druckkammern erzielt wird. Das Fluid bewirkt, dass die Membran 11 nach außen in Richtung der Brennstoffzellenstapel 11, welche an der entsprechenden Kontaktfläche 100 anliegen, gedrückt wird. Abhängig von der Höhe des variablen Druckes in den Druckkammern entsteht eine variable und auf alle Brennstoffzellenstapel 2 gleich wirkende Kraft, wodurch die Vorspannung der Brennstoffzellenstapel 2 bewirkt wird.The membrane 11 closes a compressed air chamber. The compressed air chamber is supplied with fluids by at least one medium supply means (not shown), which is preferably configured as a conduit for fluids. For the purposes of the present invention, steam and compressed air are fluids. All pressure chambers are connected to a compressed air line, whereby an equal pressure distribution is achieved in all pressure chambers. The fluid causes the membrane 11 outward towards the fuel cell stack 11 , which at the appropriate contact surface 100 applied, is pressed. Depending on the level of variable pressure in the pressure chambers creates a variable and on all fuel cell stacks 2 same-acting force, eliminating the bias of the fuel cell stack 2 is effected.
Aufgrund der Komprimierbarkeit der Luft und der flexiblen Membran 11 entstehen anpassungsfähige Verbindungselemente 1 und es werden Längen-, Winkel-, Form- und Lagertoleranzen und unterschiedliche Wärmeausdehnungen aller Bauteile ausgeglichen.Due to the compressibility of the air and the flexible membrane 11 create adaptable fasteners 1 and it will be compensated length, angle, shape and bearing tolerances and different thermal expansions of all components.
In 9 wird eine perspektivische Darstellung einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes 5 gezeigt. In dieser Ausführungsform sind die Verbindungselemente 1 und die Brennstoffzellenstapel 2, wie in den Ausführungsformen der 5 bis 8, abwechselnd und ringförmig angeordnet. Des Weiteren sind die Verbindungselemente 1 jeweils über Verbindungsmittel 15 mit einem Haltemittel 3 verbunden. In dieser Ausführungsform sind mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen 4 beziehungsweise erfindungsgemäße Brennstoffzellenverbunde 5 miteinander verbunden. Diese Verbindung erfolgt fluidisch über ein Verbindungsmittel 15, welches zwischen den Verbindungselementen 1 von zwei Vorrichtungen 4 beziehungsweise zwei Brennstoffzellenverbunden 5 angeordnet ist. Des Weiteren sind über die Verbindungsmittel 15 die Verbindungselemente 1 jeweils mit einem Haltemittel 3 verbunden, welches demnach zwischen zwei Vorrichtungen 4 beziehungsweise zwei Brennstoffzellenverbunden 5 angeordnet ist. Durch das Haltemittel 3 wird eine radiale Lagesicherung gewährleistet. Es ist erfindungsgemäß außerdem vorgesehen, dass Anstelle von einem Verbindungsmittel 15 auch Brennstoffzellenstapel 2 vorhanden sein können. Hierzu müssen die Verbindungselemente 1 zusätzliche Kontaktflächen 100 aufweisen.In 9 is a perspective view of a fifth embodiment of the device according to the invention 4 or the fuel cell assembly according to the invention 5 shown. In this embodiment, the fasteners 1 and the fuel cell stacks 2 as in the embodiments of 5 to 8th , arranged alternately and in a ring. Furthermore, the connecting elements 1 each via connecting means 15 with a holding means 3 connected. In this embodiment, several devices according to the invention are 4 or fuel cell assemblies according to the invention 5 connected with each other. This connection is fluidic via a connecting means 15 which is between the connecting elements 1 of two devices 4 or two fuel cell connections 5 is arranged. Furthermore, about the connecting means 15 the connecting elements 1 each with a holding means 3 connected, which therefore between two devices 4 or two fuel cell connections 5 is arranged. By the holding means 3 a radial position assurance is ensured. It is also provided according to the invention that Instead of a connecting means 15 also fuel cell stack 2 can be present. For this purpose, the fasteners 1 additional contact surfaces 100 respectively.
10 zeigt eine Draufsicht einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes 5. Die grundsätzliche ringförmige Anordnung und Anzahl der Brennstoffzellenstapel 2 und der Verbindungselemente 1 entspricht den Ausführungsformen der 5 bis 7. In dieser Ausführungsform weisen die Kontaktflächen der Verbindungselemente 1 mindestens ein Verbindungsmittel 15 zur Aufnahme des jeweiligen Brennstoffzellenstapels 2 auf. Die Verbindungsmittel 15 sind in dieser Ausführungsform als eine Kugel und eine Anschlussplatte ausgebildet. Es ist jedoch klar das auch jegliche andere Ausgestaltung der Verbindungsmittel 15 möglich ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weisen die Anschlussplatten Fixierungselemente (nicht dargestellt) auf, womit die Brennstoffzellenstapel 2 entsprechend arretiert werden können. Dadurch ist ein Ausgleich geometrischer Abweichungen möglich. Des Weiteren sind in dieser Ausführungsform die Mittel zur Medienversorgung (nicht dargestellt) in den Anschlussplatten als flexible Rohre angeordnet. 10 shows a plan view of a sixth embodiment of the device according to the invention 4 or the fuel cell assembly according to the invention 5 , The basic annular arrangement and number of fuel cell stacks 2 and the connecting elements 1 corresponds to the embodiments of 5 to 7 , In this embodiment, the contact surfaces of the connecting elements 1 at least one connecting means 15 for receiving the respective fuel cell stack 2 on. The connecting means 15 are formed in this embodiment as a ball and a connection plate. However, it is clear that any other embodiment of the connecting means 15 is possible. According to the present embodiment, the terminal plates on fixing elements (not shown), whereby the fuel cell stack 2 can be locked accordingly. This makes it possible to compensate for geometric deviations. Furthermore, in this embodiment, the means for supplying media (not shown) are arranged in the terminal plates as flexible tubes.
In 11 wird eine perspektivische Darstellung einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes 5 gezeigt. Die grundsätzliche ringförmige Anordnung und Anzahl der Brennstoffzellenstapel 2 und der Verbindungselemente 1 entspricht den Ausführungsformen der 5 bis 7. In dieser Ausführungsform ist das Haltemittel 3 eine Behälterwand, mit der die Verbindungselemente 1 verbunden sind. Vorzugsweise ist die Behälterwand eine Wand eines Druckbehälters.In 11 is a perspective view of a seventh embodiment of the device according to the invention 4 or the fuel cell assembly according to the invention 5 shown. The basic annular arrangement and number of fuel cell stacks 2 and the connecting elements 1 corresponds to the embodiments of 5 to 7 , In this embodiment, the holding means 3 a container wall with which the connecting elements 1 are connected. Preferably, the container wall is a wall of a pressure vessel.
12 zeigte eine erste Ausführungsform eines Raumgebildes der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise des erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbundes 5. In dieser Ausführungsform sind die Verbindungselemente 1 und Brennstoffzellenstapel 2 abwechselnd angeordnet. Durch diese Darstellung wird deutlich, dass auf Grund der Anzahl der Kontaktflächen 100 der Verbindungselemente 1, welche zur Aufnahme von Brennstoffzellenstapel 2 ausgebildet sind, unterschiedliche Raumgebilde gebildet werden können. In dieser Ausführungsform ist ein kubisches Gitter dargestellt. Ein geeignetes Haltemittel 3 kann in diesem Falle beispielsweise ein Würfel aus Metallgitterwänden sein. Es können aber auch mehrere Haltebänder oder Spannbänder als Haltemittel 3 verwendet werden. 12 showed a first embodiment of a spatial structure of the device according to the invention 4 or the fuel cell assembly according to the invention 5 , In this embodiment, the connecting elements 1 and fuel cell stacks 2 arranged alternately. This illustration makes it clear that due to the number of contact surfaces 100 the connecting elements 1 , which are for receiving fuel cell stack 2 are formed, different spatial formations can be formed. In this embodiment, a cubic grid is shown. A suitable holding means 3 may be in this case, for example, a cube of metal mesh walls. But it can also be several straps or straps as holding means 3 be used.
In 13 wird eine zweite Ausführungsform eines Raumgebildes gezeigt, welches auf Grund der Anzahl an Kontaktflächen 100 der Verbindungselemente 1, die dazu ausgebildet sind Brennstoffzellenstapel 2 aufzunehmen, entstehen kann. In dieser Ausführungsform weist das Raumgebilde eine hexagonale Form auf. Ein geeignetes Haltemittel 3 kann in diesem Falle eine Anordnung von mehreren Haltebändern oder Spannbändern sein.In 13 shows a second embodiment of a spatial structure, which due to the number of contact surfaces 100 the connecting elements 1 that are designed to fuel cell stack 2 can arise. In this embodiment, the space structure has a hexagonal shape. A suitable holding means 3 may in this case be an arrangement of several straps or straps.
In 14 werden weitere Ausführungsformen möglicher Anordnungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenverbunde 5 dargestellt. Die Form, welche der dreidimensionale Körper der Verbindungselemente (nicht dargestellt) aufweist und die Anzahl an Kontaktflächen, welche zur Aufnahme von Brennstoffzellenstapel (nicht dargestellt) ausgebildet sind, bestimmt wie die Verbindungselemente und Brennstoffzellenstapel zueinander in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 beziehungsweise innerhalb des Brennstoffzellenverbundes 5 angeordnet sind. Auf Grund der unterschiedlichen Raumgebilde die daraus entstehen, können mehrere Vorrichtungen 4 beziehungsweise Brennstoffzellenverbunde 5 in unterschiedlich ausgestalteten Haltemittel 3 aufgenommen werden.In 14 Be further embodiments of possible arrangements of the device according to the invention 4 or the fuel cell assemblies according to the invention 5 shown. The shape, which has the three-dimensional body of the connecting elements (not shown) and the number of contact surfaces, which are designed to receive fuel cell stack (not shown) determines how the connecting elements and fuel cell stack to each other in the device according to the invention 4 or within the fuel cell network 5 are arranged. Due to the different spatial structures that result from it, several devices 4 or fuel cell assemblies 5 in differently designed holding means 3 be recorded.
In der Darstellung der 14 a) ist gezeigt, dass in einem Haltemittel 3, welches eine zylindrische Form aufweist, mehrere Vorrichtungen 4 beziehungsweise Brennstoffzellenverbunde 5 aufgenommen werden können. In dieser Ausführungsform ist das Haltemittel 3 ein Stützkörper. Weiterhin ist in dieser Ausführungsform gezeigt, dass die Verbindungselemente und Brennstoffzellenstapel linear zueinander in der Vorrichtung 4 beziehungsweise im Brennstoffzellenverbund 5 angeordnet sein können. Auf Grund dieser Ausrichtung können mehrere Vorrichtungen 4 beziehungsweise Brennstoffzellenverbunde 5 senkrecht übereinander in einem zylindrisch ausgebildeten Haltemittel 3 angeordnet sein. Durch die lineare Anordnung der Vorrichtungen 4 beziehungsweise Brennstoffzellenverbunde 5 füllen diese den gesamten Raum innerhalb des Haltemittels 3 aus. Eine derartige Vorrichtung 4 beziehungsweise Brennstoffzellenverbund 5, welche in diesem Haltemittel 3 angeordnet sein könnte, ist beispielsweise in 13 dargestellt.In the presentation of the 14 a) is shown in a holding means 3 , which has a cylindrical shape, a plurality of devices 4 or fuel cell assemblies 5 can be included. In this embodiment, the holding means 3 a supporting body. Further, in this embodiment, it is shown that the connectors and fuel cell stacks are linear with each other in the device 4 or in the fuel cell network 5 can be arranged. Due to this alignment, multiple devices can be used 4 or fuel cell assemblies 5 perpendicular to each other in a cylindrically shaped holding means 3 be arranged. Due to the linear arrangement of the devices 4 or fuel cell assemblies 5 these fill the entire space within the holding means 3 out. Such a device 4 or fuel cell network 5 which in this holding means 3 could be arranged, for example, in 13 shown.
In der Darstellung der 14 b) ist auch ein Haltemittel 3 dargestellt, welches eine zylindrische Form aufweist. Im Unterschied zur 14 a) wird in dieser Ausführungsform gezeigt, dass die Vorrichtung 4 beziehungsweise die Brennstoffzellenverbunde 5 eine ringförmige Anordnung aufweisen. Eine ringförmige Anordnung kann erreicht werden, wenn die Verbindungselemente (nicht dargestellt) als Rohsegment oder Keil ausgebildet sind. Auch in dieser Ausführungsform können mehrere Vorrichtungen 4 beziehungsweise Brennstoffzellenverbunde 5 übereinander angeordnet werden und somit den gesamten Raum des Haltemittels 3 ausfüllen. Eine derartige Vorrichtung 4 beziehungsweise Brennstoffzellenverbund 5, welche in diesem Haltemittel 3 angeordnet sein könnte, ist beispielsweise in 9 dargestelltIn the presentation of the 14 b) is also a holding agent 3 illustrated, which has a cylindrical shape. In contrast to 14 a) In this embodiment it is shown that the device 4 or the fuel cell assemblies 5 have an annular arrangement. An annular arrangement can be achieved if the connecting elements (not shown) are formed as a blank segment or wedge. Also in this embodiment, multiple devices 4 or fuel cell assemblies 5 be arranged one above the other and thus the entire space of the holding means 3 Completion. Such a device 4 or fuel cell network 5 which in this holding means 3 could be arranged, for example, in 9 shown
Die Darstellung der 14 c) zeigt ein Haltemittel 3, welches fassförmig ausgestaltet ist. Auch in dieser Ausführungsform wird dargestellt, dass auf Grund des Raumgebildes, welches mittels der Vorrichtung 4 beziehungsweise des Brennstoffzellenverbundes 5 gebildet werden kann, die Vorrichtung 4 beziehungsweise der Brennstoffzellenverbund an die Form des Haltemittels 3 angeglichen werden kann. Demnach kann auch bei der Verwendung von einer Vielzahl von Vorrichtungen 4 beziehungsweise Brennstoffzellenverbunde, deren Raumgebilde derart angepasst werden, dass sie übereinander angeordnet werden können und sich der fassförmigen Form des Haltemittels 3 anpassen können und somit der gesamte Raum ausgefüllt werden kann.The presentation of the 14 c) shows a holding means 3 , which is designed barrel-shaped. Also in this embodiment is shown that due to the spatial structure, which by means of the device 4 or the fuel cell network 5 can be formed, the device 4 or the fuel cell composite to the shape of the holding means 3 can be adjusted. Thus, even with the use of a variety of devices 4 or fuel cell assemblies whose spatial formations are adapted so that they can be arranged one above the other and the barrel-shaped form of the holding means 3 can adapt and thus the entire space can be filled.
Des Weiteren zeigen die 14 d) und 14 e), dass das Haltemittel 3 in einer Kugelform ausgestaltet ist. In diesen Ausführungsformen kann das Haltemittel 3 auch ein Druckbehälter sein. Weiterhin ist in diesen Ausführungsformen dargestellt, dass auf Grund des Raumgebildes einer Vorrichtung 4 beziehungsweise eines Brennstoffzellenverbundes 5 eine Vielzahl von Vorrichtungen 4 beziehungsweise Brennstoffzellenverbunde 5 in unterschiedlichen Radien innerhalb des kugelförmigen Haltemittels 3 angeordnet sein können.Furthermore, the show 14 d) and E) that the holding means 3 is designed in a spherical shape. In these embodiments, the retaining means 3 also be a pressure vessel. Furthermore, it is shown in these embodiments that due to the spatial structure of a device 4 or a fuel cell network 5 a variety of devices 4 or fuel cell assemblies 5 in different radii within the spherical holding means 3 can be arranged.
Es ist somit möglich, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungselemente 1, Brennstoffzellenstapel 2 in nahezu beliebiger räumlicher Anordnung zueinander anzuordnen und dabei separat mit den erforderlichen Medien und/oder Fluiden zu speisen. Dies stellt die wesentliche Innovation der vorliegenden Erfindung dar.It is thus possible using the connecting elements according to the invention 1 , Fuel cell stack 2 to arrange in almost any spatial arrangement to each other while feeding separately with the required media and / or fluids. This represents the essential innovation of the present invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Verbindungselementconnecting element
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1010
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dreidimensionaler Körperthree-dimensional body
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100100
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Kontaktflächecontact area
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1111
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Membranmembrane
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1212
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Metallbalgmetal bellows
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1313
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Mittel zur MedienversorgungMedium for media supply
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1414
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Fixierungselementfixing element
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1515
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Verbindungsmittel
connecting means
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22
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Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
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33
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Haltemittel
holding means
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44
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Vorrichtungdevice
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55
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Brennstoffzellenverbund
composite fuel cell
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F1F1
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radiale Kraftradial force
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F2F2
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senkrechte Kraftvertical force
