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EINLEITUNG
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Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf einen Plattenaufbau mit einer erhöhten Wulstdichtung zum Abdichten gegen eine angrenzende Platte.
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Brennstoffzellen sind elektrochemische Vorrichtungen, die einen Brennstoff, wie Wasserstoff, und ein Oxidationsmittel, wie Sauerstoff, kombinieren, um Elektrizität zu erzeugen. Der Begriff „Brennstoffzelle“ wird typischerweise verwendet, um sich entweder auf eine einzelne Zelle oder eine Vielzahl von Zellen zu beziehen, abhängig von dem Kontext, in dem sie verwendet wird. Eine Vielzahl von einzelnen Zellen wird typischerweise gebündelt, um einen Stapel mit der Vielzahl von Zellen zu bilden, die üblicherweise in elektrischen Reihen angeordnet sind.
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Es können verschiedene Brennstoffzellentypen, wie Phosphorsäure, alkalische, Schmelzkarbonat, Festoxid- und Protonenaustauschmembran (PEM), bereitgestellt werden. Die Grundkomponenten einer PEM-Brennstoffzelle sind zwei Elektroden, die durch einen Polymermembran-Elektrolyten getrennt sind. Jede Elektrode ist einseitig mit einer dünnen Katalysatorschicht beschichtet. Die Elektroden, der Katalysator und die Membran bilden zusammen eine Membranelektrodenanordnung (MEA).
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In einer typischen PEM-Brennstoffzelle ist die MEA zwischen „Anoden“- und „Kathoden“-Diffusionsmedien (nachfolgend „DMs“) oder Diffusionsschichten angeordnet, die aus einem nachgiebigen, leitfähigen und gasdurchlässigen Material, wie Kohlenstoffgewebe oder Papier, geformt sind. Die DMs dienen als primäre Stromsammler für die Anode und Kathode und bieten mechanische Unterstützung für die MEA. Die DMs und MEA sind zwischen ein elektronisch leitfähiges Plattenpaar, z. B. eine Monopolarplatte oder eine Bipolarplatte gedrückt, die als Sekundärstromsammler dienen, um den Strom von den Primärstromsammlem zu sammeln.
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Monopolarplatten beinhalten üblicherweise ein einziges dünnes Blech, während die Bipolarplatten normalerweise zwei dünne, zueinander weisende Bleche beinhalten. Die Bleche definieren einen Strömungsweg an einer äußeren Fläche davon zur Förderung des Kraftstoffs zur Anode der MEA oder zur Lieferung des Oxidationsmittels zur Kathodenseite der MEA. Bei einer Bipolarplatte definiert eine äußere Fläche auf dem anderen Blech einen Strömungsweg zur Förderung des Kraftstoffs zur Anode der MEA oder zur Lieferung des Oxidationsmittels zur Kathodenseite der MEA. Wenn die Bleche im Falle von Bipolarplatten miteinander verbunden sind, können die verbundenen Oberflächen einen Strömungsweg für ein dielektrisches Kühlfluid definieren. Die Platten werden typischerweise aus einem formbaren Metall hergestellt, das eine geeignete Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bereitstellt.
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Um ein unerwünschtes Austreten von Fluiden zwischen den Platten zu verringern, wird häufig eine Dichtung verwendet. Die Dichtung ist entlang einer Umfangskante der Platten und/oder um einen Umfang einer durch die Platten verlaufenden Öffnung angeordnet. Die Dichtung kann eine elastomere Dichtung beinhalten, oder alternativ können die Metallplatten geformt werden, um eine erhöhte Wulstdichtung zu bilden. Die erhöhte Wulstdichtung kann auf einem ebenen Metallblech angrenzend an eine äußere Kante des Bleches oder angrenzend an eine Kante ausgebildet sein, die eine in dem Blech ausgebildete Öffnung umgibt. Die erhöhte Wulstdichtung kann in dem Metallblech durch einen Stanzvorgang gebildet werden, obwohl andere Verfahren verwendet werden können. Die erhöhte Wulstdichtung kann im Wesentlichen symmetrisch um eine Längsmittellinie der erhöhten Wulstdichtung sein. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die erhöhte Wulstdichtung nicht symmetrisch um die Längsmittellinie sein kann. Die erhöhte Wulstdichtung kann eine allgemein bogenförmige Querschnittsform senkrecht zur Längsmittellinie aufweisen. Die allgemein bogenförmige Querschnittsform der erhöhten Wulstdichtung ergibt eine elastische Reaktion auf eine Last in einer Richtung normal zu dem ebenen Metallblech.
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Die erhöhte Wulstdichtung wird gegen eine angrenzende Platte zusammengedrückt, um eine Abdichtung gegen die angrenzende Platte zu bilden. Wenn Abschnitte der erhöhten Wulstdichtung eine hohe Steifigkeit aufweisen und andere eine geringere Steifigkeit aufweisen, können die Bereiche mit hoher Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung verhindern, dass die unteren Steifigkeitsbereiche der erhöhten Wulstdichtung eine dichte Abdichtung formen. Dementsprechend sollten die erhöhten Wulstdichtungen eine gleichförmige Steifigkeit in allen Abschnitten der erhöhten Wulstdichtung aufweisen, um eine dichte Abdichtung um den gesamten Umfangsrand der Platten und/oder um den gesamten Umfang der angrenzenden Öffnung zu bilden.
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KURZDARSTELLUNG
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Es ist ein Plattenaufbau für eine Brennstoffzelle bereitgestellt. Der Plattenaufbau beinhaltet eine erste Platte mit einem ebenen Abschnitt, der eine Bezugsebene definiert. Eine erhöhte Wulstdichtung steht von der Bezugsebene hervor und erstreckt sich entlang einer Mittellinie auf der Bezugsebene. Ein Tunnel steht von der Bezugsebene hervor und erstreckt sich entlang eines Weges auf der Bezugsebene. Dieser Tunnel schneidet die erhöhte Wulstdichtung. Der Weg und die Mittellinie schneiden sich und bilden einen ersten Schnittwinkel auf der Bezugsebene. Der erste Schnittwinkel ist kein rechter Winkel. Der Weg und die Mittellinie sind zur Bildung eines bestimmten Wertes des ersten Schnittwinkels angeordnet, um eine Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung zu steuern.
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In einem Aspekt des Plattenaufbaus kann der Weg des Tunnels linear sein. In einem anderen Aspekt des Plattenaufbaus kann die Mittellinie der erhöhten Wulstdichtung nichtlinear sein.
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In einem Aspekt des Plattenaufbaus wird der erste Schnittwinkel zwischen dem Weg und einer Tangente der Mittellinie am Schnittpunkt der Mittellinie und des Pfades gemessen.
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In einem anderen Aspekt des Plattenaufbaus bilden der Schnittpunkt des Weges und der Mittellinie einen zweiten Schnittwinkel in der Bezugsebene. Der erste Schnittwinkel und der zweite Schnittwinkel können ergänzende Winkel sein. In einem anderen Aspekt des Plattenaufbaus können der erste Schnittwinkel und der zweite Schnittwinkel angrenzende Winkel sein.
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In noch einem weiteren Aspekt des Plattenaufbaus ist einer vom ersten Schnittwinkel und zweiten Schnittwinkel ein stumpfer Winkel und der andere vom ersten Schnittwinkel und zweiten Schnittwinkel ein spitzer Winkel. In einem Aspekt des Plattenaufbaus ist der spitze Winkel kleiner als fünfundsiebzig Grad.
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In einem Aspekt des Plattenaufbaus zeigt die erhöhte Wulstdichtung eine Steifigkeit, die mit einer Abnahme des Wertes des spitzen Winkels steigt und mit einer Erhöhung des Wertes des spitzen Winkels sinkt.
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In einem anderen Aspekt des Plattenaufbaus definiert die erste Platte einen Rand und einen Anschluss durch die erste Platte, worin der Tunnel in Fluid-Verbindung mit dem Rand der ersten Platte auf einer ersten Seite der erhöhten Wulstdichtung ist und in Fluid-Verbindung mit dem Anschluss auf einer zweiten Seite der erhöhten Wulstdichtung.
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In einem anderen Aspekt des Plattenaufbaus beinhaltet der Plattenaufbau eine zweite Platte mit einem ebenen Abschnitt auf der Bezugsebene gegenüberliegend dem ersten ebenen Abschnitt der ersten Platte. Die zweite Platte ist an der ersten Platte angebracht und ist ein Spiegelbild der ersten Platte, wobei die erste Platte und die zweite Platte eine Bipolarplatte bilden.
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Ein Bipolarplattenaufbau für eine Brennstoffzelle ist ebenfalls vorgesehen. Der Bipolarplattenaufbau beinhaltet eine erste Platte mit einem ebenen Abschnitt, der eine Bezugsebene definiert, und eine zweite Platte mit einem ebenen Abschnitt auf der Bezugsebene gegenüberliegend dem ersten ebenen Abschnitt des ersten Platte. Eine erhöhte Wulstdichtung ist in der ersten Platte ausgebildet und steht von der Bezugsebene aus hervor. Die erhöhte Wulstdichtung erstreckt sich entlang einer Mittellinie auf der Bezugsebene. Ein Tunnel ist in der ersten Platte ausgebildet und steht von der Bezugsebene aus hervor. Dieser Tunnel erstreckt sich entlang eines Weges auf der Bezugsebene. Der Tunnel schneidet die erhöhte Wulstdichtung. Der Weg und die Mittellinie schneiden sich und bilden einen ersten Schnittwinkel und einen angrenzenden zweiten Schnittwinkel auf der Bezugsebene. Der erste Schnittwinkel und der zweite Schnittwinkel bilden ergänzende Winkel. Der erste Schnittwinkel ist ein spitzer Winkel und der zweite Schnittwinkel ist ein stumpfer Winkel.
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In einem Aspekt des Bipolarplattenaufbaus ist der Weg des Tunnels linear. In einem anderen Aspekt des Bipolarplattenaufbaus ist die Mittellinie der erhöhten Wulstdichtung nichtlinear. In einem anderen Aspekt des Bipolarplattenaufbaus wird der erste Schnittwinkel zwischen dem Weg und einer Tangente der Mittellinie am Schnittpunkt der Mittellinie und des Pfades gemessen.
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In einem anderen Aspekt des Bipolarplattenaufbaus ist der spitze Winkel kleiner als fünfundsiebzig Grad. In einem anderen Aspekt des Bipolarplattenaufbaus zeigt die erhöhte Wulstdichtung eine Steifigkeit. Die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung steigt mit einer Verringerung des Wertes des spitzen Winkels. Die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung sinkt mit einer Erhöhung des Wertes des spitzen Winkels.
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In einem anderen Aspekt des Bipolarplattenaufbaus sind die erste Platte und die zweite Platte spiegelbildlich zueinander über die Bezugsebene.
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Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Plattenaufbaus für eine Brennstoffzelle vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Bilden einer ersten Platte, um eine erhöhte Wulstdichtung einzuschließen. Die erhöhte Wulstdichtung steht von einer Bezugsebene hervor und erstreckt sich entlang einer Mittellinie auf der Bezugsebene. Die erhöhte Wulstdichtung zeigt eine Steifigkeit. Die erste Platte ist so geformt, dass sie einen Tunnel beinhaltet, der von der Bezugsebene hervorsteht und sich entlang eines Weges auf der Bezugsebene erstreckt. Der Tunnel schneidet die erhöhte Wulstdichtung. Der Weg und die Mittellinie schneiden sich und bilden einen ersten Schnittwinkel und einen angrenzenden zweiten Schnittwinkel auf der Bezugsebene. Der erste Schnittwinkel und der zweite Schnittwinkel sind ergänzende Winkel. Der erste Schnittwinkel ist ein spitzer Winkel und der zweite Schnittwinkel ist ein stumpfer Winkel. Die relative Orientierung zwischen dem Weg des Tunnels und der Mittellinie der erhöhten Wulstdichtung ist gesteuert, um einen Wert des ersten Schnittwinkels und des zweiten Schnittwinkels entsprechend zu steuern. Der Wert der ersten Schnittwinkels und des zweiten Schnittwinkels ist gesteuert, um die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung zu beeinflussen, sodass die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung mit einer Abnahme des Wertes des spitzen Winkels steigt und die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung mit einer Zunahme des Wertes des spitzen Winkels abnimmt.
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Dementsprechend wird der relative Winkel zwischen der erhöhten Wulstdichtung und dem Tunnel gesteuert, um die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung zu steuern. Auf diese Weise kann die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung so geregelt werden, dass sie durch alle Abschnitte der erhöhten Wulstdichtung allgemein gleichmäßig ist, wodurch eine dichte Abdichtung über alle Abschnitte der erhöhten Wulstdichtung gewährleistet wird.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsarten der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Draufsicht auf einen Plattenaufbau für einen Brennstoffzellenstapel.
- 2 ist eine schematische, fragmentarische Draufsicht auf den Plattenaufbau, die einen Tunnel und eine erhöhte Wulstdichtung angrenzend um eine Öffnung im Plattenaufbau zeigt.
- 3 ist eine schematische fragmentarische Querschnitts-Ansicht von zwei der Plattenaufbauten, die einen Bipolarplattenaufbau bilden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw., beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Offenbarung darstellen. Weiterhin können die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl an Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die dazu konfiguriert sind, die spezifizierten Funktionen auszuführen.
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Bezüglich der FIG., in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile für die verschiedenen Ansichten kennzeichnen, ist in 20 im Allgemeinen ein Plattenaufbau dargestellt. Der Plattenaufbau 20 ist zur Verwendung in einer Brennstoffzelle oder einem Brennstoffzellenstapel konfiguriert, wie dies in der Technik bekannt ist. So kann beispielsweise der Plattenaufbau 20 als eine monopolare Platte konfiguriert sein oder zwei Plattenaufbauten 20 können kombiniert und als Bipolarplatte konfiguriert sein, wie in 3 gezeigt. Die Besonderheiten der Brennstoffzelle sind nicht relevant für die Lehren dieser Offenbarung und werden daher hierin nicht ausführlich beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet der Plattenaufbau 20 eine äußere Umfangskante 22 und definiert eine Vielzahl von Öffnungen 24, die sich durch den Plattenaufbau 20 erstrecken. Angrenzend zu einem Umfang von mindestens einer der Öffnungen 24 ist eine erhöhte Wulstdichtung 26 angeordnet. Angrenzend zur äußeren Umfangskante 22 des Plattenaufbaus 20 ist auch eine zusätzliche erhöhte Wulstdichtung 26 angeordnet. Ein Tunnel 28 erstreckt sich von der Peripherie der Öffnung 24 über die erhöhte Wulstdichtung 26. Der in 1 gezeigte Schnittpunkt zwischen der erhöhten Wulstdichtung 26 und dem Tunnel 28 ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ausführlicher beschrieben.
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Der Plattenaufbau 20 beinhaltet mindestens eine Platte. Falls der Plattenaufbau 20 als ein monopolarer Plattenaufbau 20 konfiguriert ist, beinhaltet der Plattenaufbau 20 nur eine erste Platte 30. Falls der Plattenaufbau 20 als ein Bipolarplattenaufbau 60 konfiguriert ist, wie in 3 gezeigt, dann beinhaltet der Plattenaufbau 20 die erste Platte 30 und eine zweite Platte 32.
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Unter Bezugnahme auf 3 beinhaltet die erste Platte 30 einen ebenen Abschnitt 34, der eine Bezugsebene 36 definiert. Die Bezugsebene 36 kann beispielsweise eine Außenfläche des ebenen Abschnitts 34 sein. Unter Bezugnahme auf 2 und, wie oben erwähnt, definiert die erste Platte 30 eine Öffnung 24, die sich durch die erste Platte 30 erstreckt. Die erste Platte 30 bildet den Rand 38 der Öffnung 24. Der erste Platte 30 beinhaltet weiterhin einen Anschluss 40, der sich durch die erste Platte 30 erstreckt. Die Öffnung 24 und der Anschluss 40 können in Fluid-Verbindung mit anderen Komponenten der Brennstoffzelle angeordnet sein, wie in der Technik bekannt ist.
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Die erhöhte Wulstdichtung 26 hat seitlichen Abstand von der Kante 38 der Öffnung 24 und erstreckt sich im Allgemeinen um die Öffnung 24. Die erhöhte Wulstdichtung 26 steht von der Bezugsebene 36 hervor und erstreckt sich entlang einer Mittellinie 42, die auf der Bezugsebene 36 angeordnet ist. Die Mittellinie 42 bildet eine endlose Schleife um die Öffnung 24. Die erhöhte Wulstdichtung 26 kann an der ersten Platte 30 und/oder der zweiten Platte 32 ausgebildet sein. Die erhöhte Wulstdichtung 26 kann in dem Metallblech durch einen Stanzvorgang gebildet werden, obwohl auch andere Verfahren verwendet werden können. Die erhöhte Wulstdichtung 26 kann im Wesentlichen symmetrisch um eine Längsmittellinie 42 der erhöhten Wulstdichtung 26 sein. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die erhöhte Wulstdichtung 26 nicht symmetrisch um die Längsmittellinie 42 sein kann. Die erhöhte Wulstdichtung 26 kann eine allgemein bogenförmige Querschnittsform senkrecht zur Längsmittellinie 42 aufweisen. Die allgemein bogenförmige Querschnittsform der erhöhten Wulstdichtung 26 ergibt eine elastische Reaktion auf eine Last in einer Richtung senkrecht zum Plattenaufbau 20. Die erhöhte Wulstdichtung 26 kann jede wünschenswerte Querschnittsform beinhalten. So kann beispielsweise die erhöhte Wulstdichtung 26 eine halbkreisförmige Form haben, die vom ebenen Abschnitt 34 der ersten Platte 30 hervorsteht.
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Wie in 1 gezeigt, ist die exemplarische Ausführungsform der erhöhten Wulstdichtung 26 nichtlinear. Jedoch können andere Ausführungsformen der erhöhten Wulstdichtung 26 linear sein. Wie in der exemplarischen Ausführungsform gezeigt, kann die Gesamtheit der Mittellinie 42 der erhöhten Wulstdichtung 26 als nichtlinear angesehen werden. Jedoch sollte klar sein, dass Abschnitte der in der exemplarischen Ausführungsform gezeigten Mittellinie 42 als linear angesehen werden können. Dementsprechend kann die Mittellinie 42 lineare Abschnitte und nichtlineare Abschnitte umfassen. Die nichtlinearen Abschnitte können als gebogene Abschnitte mit definierter Krümmung angesehen werden.
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Der Tunnel 28 steht von der Bezugsebene 36 hervor und erstreckt sich entlang des Weges 44 auf der Bezugsebene 36. Der Weg 44 des Tunnels 28 ist linear. Als solches verläuft der Tunnel 28 in einer geraden Linie und nicht nach rechts oder links abweichend von der geraden Linie, die durch den Weg 44 des Tunnels 28 definiert ist. Der Tunnel 28 schneidet die erhöhte Wulstdichtung 26. Der Tunnel 28 kann jede wünschenswerte Querschnittsform beinhalten. So kann beispielsweise der Tunnel 28 eine halbkreisförmige Form haben, die vom ebenen Abschnitt 34 der ersten Platte 30 hervorsteht. Dieser Tunnel 28 ist in Fluid-Verbindung mit dem Rand 38 der ersten Platte 30 angeordnet, die sich auf einer ersten Seite 46 der erhöhten Wulstdichtung 26 befindet. Genauer gesagt ist der Tunnel 28 in Fluid-Verbindung mit dem Rand 38 der ersten Platte 30, welche die Öffnung 24 definiert, und als solches ist der Tunnel 28 in Fluid-Verbindung mit der Öffnung 24. Der Tunnel 28 ist auch in Fluid-Verbindung mit dem Anschluss 40 angeordnet, der sich auf einer zweiten Seite 48 der erhöhten Wulstdichtung 26 befindet. Wie oben erwähnt, ist der Weg 44 des Tunnels 28 linear und erstreckt sich entlang einer Geraden. Als solches erstreckt sich der Weg 44 von der ersten Seite 46 der erhöhten Wulstdichtung 26 entlang der durch den linearen Weg 44 definierten Geraden über die Wulstdichtung zur zweiten Seite 48 der Wulstdichtung, sodass der Teil des Tunnels 28 auf der ersten Seite 46 der erhöhten Wulstdichtung 26 mit dem Abschnitt des Tunnels 28 auf der zweiten Seite 48 der erhöhten Wulstdichtung 26 auf dem geraden, linearen Weg 44 fluchtet.
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Der Weg 44 des Tunnels 28 und die Mittellinie 42 der erhöhten Wulstdichtung 26 schneiden sich und bilden einen ersten Schnittwinkel 50 und einen zweiten Schnittwinkel 52 auf der Bezugsebene 36. Der erste Schnittwinkel 50 und der zweite Schnittwinkel 52 sind angrenzende Winkel. Mit anderen Worten, der erste Schnittwinkel 50 und der zweite Schnittwinkel 52 liegen direkt nebeneinander und haben mindestens einen Strahl oder eine Seite gemeinsam. Weiterhin sind der erste Schnittwinkel 50 und der zweite Schnittwinkel 52 ergänzende Winkel. Als solche ergibt die Summe des ersten Schnittwinkels 50 und des zweiten Schnittwinkels 52 gleich hundertachtzig Grad (180°).
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Einer von dem ersten Schnittwinkel 50 und dem zweiten Schnittwinkel 52 ist ein stumpfer Winkel und der andere vom ersten Schnittwinkel 50 und zweiten Schnittwinkel 52 ist ein spitzer Winkel. Wie in 2 gezeigt, definiert die exemplarische Ausführungsform des Plattenaufbaus 20 den ersten Schnittwinkel 50 als den spitzen Winkel, das heißt einen Winkel kleiner als neunzig Grad (90°) und den zweiten Schnittwinkel 52 als den stumpfen Winkel, d. h. einen Winkel größer als neunzig Grad (90°).
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Die erhöhte Wulstdichtung 26 zeigt eine Steifigkeit. Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Steifigkeit“ als das Ausmaß oder die Höhe des Widerstands gegen Verformung in Reaktion auf eine angelegte Kraft 54 (in 3 dargestellt) definiert werden, die senkrecht zu einer Bezugsebene 36 gerichtet ist. Die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 steigt mit einer Verringerung des Wertes des spitzen Winkels. Dagegen sinkt die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 mit einer Erhöhung des Wertes des spitzen Winkels.
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Um eine gute Abdichtung zu erzielen, muss die erhöhte Wulstdichtung 26 auf die angelegte Kraft 54 reagieren, indem eine resultierende Dichtkraft 56 (in 3 dargestellt) bereitgestellt wird, die gleichmäßig über die gesamte Länge der erhöhten Wulstdichtung 26 verteilt ist. Wenn ein Abschnitt der erhöhten Wulstdichtung 26 eine höhere Steifigkeit aufweist als ein anderer Abschnitt der erhöhten Wulstdichtung 26, dann wird der höhere Steifigkeitsabschnitt der erhöhten Wulstdichtung 26 eine höhere Dichtkraft bereitstellen, während der niedrigere Steifigkeitsabschnitt der erhöhten Wulstdichtung 26 eine geringere Dichtkraft bereitstellen wird. Dementsprechend ist es wichtig, die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 entlang der gesamten Länge der erhöhten Wulstdichtung 26 so einheitlich wie möglich zu machen, um eine gleichmäßige Dichtkraft entlang der gesamten Länge der erhöhten Wulstdichtung 26 bereitzustellen.
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Wie oben erwähnt, stehen sowohl die erhöhte Wulstdichtung 26 als auch der Tunnel 28 nach oben vom ebenen Abschnitt 34 der ersten Platte 30 hervor und schneiden sich gegenseitig. Es sollte beachtet werden, dass die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 mindestens teilweise abhängig von der Querschnittsform und/oder Struktur der erhöhten Wulstdichtung 26 ist. Jedoch im Bereich der erhöhten Wulstdichtung 26, die vom Tunnel 28 geschnitten wird, ist die Querschnittsform der erhöhten Wulstdichtung 26 verändert. In Wesentlichen werden die Seitenwände der erhöhten Wulstdichtung 26 entfernt, wo der Tunnel 28 die erhöhte Wulstdichtung 26 schneidet, was die erhöhte Wulstdichtung 26 schwächt und die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 in der Mitte des Schnittpunktes verringert. Die geometrische Struktur, die gebildet wird, wo sich die Seitenwände der erhöhten Wulstdichtung 26 und der Tunnel 28 verbinden, kann jedoch eine höhere Steifigkeit aufweisen als die Querschnitts-Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 allein bereitstellt. Dementsprechend können die lokalen Ecken oder vier Quadranten, die durch den Schnittpunkt des Tunnels 28 und der erhöhten Wulstdichtung 26 gebildet sind, eine höhere Steifigkeit als andere Abschnitte der erhöhten Wulstdichtung 26 aufweisen, während die Mitte der Schnittstelle zwischen Tunnel 28 und der erhöhten Wulstdichtung 26 nahe dem Schnittpunkt von Weg 44 und Mittellinie 42 eine geringere Steifigkeit als andere Abschnitte der erhöhten Wulstdichtung 26 aufweisen kann. Durch Abwinkeln des Weges 44 des Tunnels 28 relativ zur Mittellinie 42 der erhöhten Wulstdichtung 26 wird die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 über den Schnittbereich zwischen Tunnel 28 und dem erhöhten Wulstabschnitt einheitlicher gemacht.
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Wie oben erwähnt, zeigt die in den FIG. gezeigte exemplarische Ausführungsform des Plattenaufbaus 20, dass der erste Schnittwinkel 50 ein spitzer Winkel ist. Daher ist der erste Schnittwinkel 50 kein rechter Winkel mit einem Wert kleiner als neunzig Grad (90°) und der zweite Schnittwinkel 52 ist kein rechter Winkel mit einem Wert größer als neunzig Grad (90°). Falls der Schnittpunkt zwischen Tunnel 28 und der erhöhten Wulstdichtung 26 innerhalb eines gebogenen Abschnitts der Mittellinie 42 auftritt, dann wird der erste Schnittwinkel 50 zwischen dem Weg 44 und einer Tangente 58 der Mittellinie 42 am Schnittpunkt der Mittellinie 42 und des Weges 44 gemessen.
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Die Werte des ersten Schnittwinkels 50 und des zweiten Schnittwinkels 52 hängen von der Geometrie der ersten Platte 30 einschließlich unter anderem dem Ort der erhöhten Wulstdichtung 26 zum Rand 38 der Öffnung 24, den Ort des Anschlusses 40, usw. ab. Im Allgemeinen wird der geringste mögliche Wert des spitzen Winkels die größte Gleichförmigkeit für die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 bereitstellen. Wie oben erwähnt, kann jedoch die Geometrie des Plattenaufbaus 20 die Menge begrenzen, die der Weg 44 des Tunnels 28 relativ gegenüber der Mittellinie 42 der erhöhten Wulstdichtung 26 abgewinkelt sein kann. Vorzugsweise ist der spitze Winkel kleiner als fünfundsiebzig Grad (75°). Noch bevorzugter ist der spitze Winkel kleiner als fünfundvierzig Grad (45°). In einigen Ausführungsformen kann dies jedoch nicht erreichbar sein. Dementsprechend sollte es klar sein, dass jede Verringerung des spitzen Winkels auf einen Wert kleiner als neunzig Grad (90°) für Verbesserungen bei der Einheitlichkeit der Steifigkeit in der erhöhten Wulstdichtung 26 sorgen sollte.
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Wie oben erwähnt, kann der Plattenaufbau 20 als ein Bipolarplattenaufbau 60 konfiguriert sein, in dem zwei Platten kombiniert und miteinander verbunden sind, wie in der Technik bekannt ist. Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Beispiel des Bipolarplattenaufbaus 60 dargestellt. Die zweite Platte 32 beinhaltet einen ebenen Abschnitt 62 auf der Bezugsebene 36 gegenüber dem ersten ebenen Abschnitt 34 der ersten Platte 30. Die zweite Platte 32 ist an der ersten Platte 30 angebracht und ist ein Spiegelbild der ersten Platte 30 über die Bezugsebene, wobei die erste Platte 30 und die zweite Platte 32 den Bipolarplattenaufbau 60 bilden. Dementsprechend sollte klar sein, dass die zweite Platte 32 geformt und/oder ausgeformt ist, um die erhöhte Wulstdichtung 26 und den Tunnel 28, wie oben mit Bezug auf die erste Platte 30 beschrieben, zu beinhalten, wobei der Weg 44 des Tunnels 28 relativ gegenüber der Mittellinie 42 der erhöhten Wulstdichtung 26 abgewinkelt ist.
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Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung des Plattenaufbaus 20 für eine Brennstoffzelle vorgesehen. Das Verfahren beinhaltet das Formen der ersten Platte 30 mit der erhöhten Wulstdichtung 26, die von der Bezugsebene 36 weg hervorsteht und sich entlang der Mittellinie 42 auf der Bezugsebene 36 erstreckt. Die erste Platte 30 ist weiterhin oder gleichzeitig ausgeformt, um den Tunnel 28 zu beinhalten. Wie oben beschrieben, steht der Tunnel 28 auch von der Bezugsebene 36 hervor und erstreckt sich entlang des Weges 44 auf der Bezugsebene 36. Der erste Platte 30 einschließlich der erhöhten Wulstdichtung 26 und des Tunnels 28 kann in jeder geeigneten Weise geformt werden. So kann beispielsweise die erste Platte 30 aus einem dünnen Blech mittels Stanzen oder ähnlichem Verfahren hergestellt werden, wie es Fachleuten bekannt ist.
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Wie oben beschrieben, beeinflusst die relative Ausrichtung zwischen dem Weg 44 des Tunnels 28 und der Mittellinie 42 der erhöhten Wulstdichtung 26 die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 an der Schnittstelle zwischen dem Tunnel 28 und der erhöhten Wulstdichtung 26. Dementsprechend ist die relative Orientierung zwischen dem Weg 44 des Tunnels 28 und der Mittellinie 42 der erhöhten Wulstdichtung 26 so konstruiert, dass sie einen Wert des ersten Schnittwinkels 50 und des zweiten Schnittwinkels 52 zu steuern und damit die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 zu beeinflussen. Wie oben erwähnt, wird die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 mit einer Verringerung des Wertes des spitzen Winkels größer, und die Steifigkeit der erhöhten Wulstdichtung 26 nimmt mit einer Erhöhung des Wertes des spitzen Winkels ab.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Umsetzung der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben werden, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind.
