DE102019105144A1

DE102019105144A1 - Verfahren zur Herstellung eines Separators

Info

Publication number: DE102019105144A1
Application number: DE102019105144.4A
Authority: DE
Inventors: Kenshiro Moride; Takayuki Furuhata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-09-05
Also published as: US11247258B2; CN110216183B; CN110216183A; US20190270130A1; JP7040131B2; JP2019153463A

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Separators bereitgestellt, das einen Verzug wirksam verhindern kann. Ein Verfahren zur Herstellung eines Separators gemäß einem Ausführungsbeispiel hat das Anordnen eines Separatorwerkstoffs 10 mit einem Strömungspfadausbildungsbereich 11 zwischen einer ersten Obermatrize 51 und einer ersten Untermatrize 50 und das Pressen des Separatorwerkstoffs 10 unter Verwendung der ersten Obermatrize 51 und der ersten Untermatrize 50, um dadurch eine erste vertiefte und vorstehende Form 13 in dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 auszubilden und eine zweite vertiefte und vorstehende Form 14 außerhalb des Strömungspfadausbildungsbereichs 11 auszubilden.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Separators.
JP 2012 99371 A offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Separators für eine Brennstoffzelle. Die Herstellungsvorrichtung der JP 2012 99371 A hat Pressformmittel zum Pressen einer flachen Metallplatte, die zwischen einer Obermatrize und einer Untermatrize angeordnet ist, um Vertiefungen und Vorsprünge auszubilden, und ein Ausstanzbearbeitungsmittel zum Ausstanzen der Metallplatte zu einer Matrize eines Separators. Die Oberflächenrauheit einer Untermatrize ist größer als die Oberflächenrauheit der Obermatrize.
ZUSAMMENFASSUNG
Wenn eine dünne Platte als ein Separatorwerkstoff durch Pressverarbeitung geformt wird, kann in manchen Fällen ein Verzug in dem Separatorwerkstoff auftreten. Der Verzug, der in dem Separator aufgrund einer Verformung zum Zeitpunkt des Formens auftritt, kann bewirken, dass beim Verkleben des Separators ein Überschusswerkstoff erzeugt wird. Alternativ kann der Verzug ein Montageversagen zum Zeitpunkt des Stapelns des Separators und ein Versagen des Werkstücktransports bewirken. Somit ist es erwünscht, einen Verzug während der Pressverarbeitung wirksam zu verhindern.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Separators gemäß einem Ausführungsbeispiel hat: Anordnen eines Separatorwerkstoffs mit einem Strömungspfadausbildungsbereich zwischen einer ersten Obermatrize und einer ersten Untermatrize; und Pressen des Separatorwerkstoffs unter Verwendung der ersten Obermatrize und der ersten Untermatrize, um dadurch eine erste vertiefte und vorstehende Form in dem Strömungspfadausbildungsbereich auszubilden und eine zweite vertiefte und vorstehende Form außerhalb des Strömungspfadausbildungsbereichs auszubilden.
Das zuvor beschriebene Verfahren kann ferner das Zerdrücken der zweiten vertieften und vorstehenden Form beinhalten.
Das zuvor beschriebene Verfahren kann ferner das Ausstanzen eines Bereichs beinhalten, in dem die zweite vertiefte und vorstehende Form ausgebildet ist. Die zweite vertiefte und vorstehende Form kann in einem Verteilerteil des Separators ausgebildet werden.
Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren ist eine vertiefte und vorstehende Höhe der zweiten vertieften und vorstehenden Form vorzugsweise höher als eine vertiefte und vorstehende Höhe der ersten vertieften und vorstehenden Form.
Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren können Vertiefungen und Vorsprünge der zweiten vertieften und vorstehenden Form entlang einer Richtung wiederholt werden, die in einer Draufsicht geneigt von einer Längsrichtung des Separatorwerkstoffs ist.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist es möglich, ein Verfahren zur Herstellung eines Separators bereitzustellen, das einen Verzug während der Pressverarbeitung wirksam verhindern kann.
Die zuvor beschriebenen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachstehende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen besser verstanden, die nur zur Veranschaulichung gegeben sind und daher nicht als Einschränkung der vorliegenden Offenbarung zu verstehen sind.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die Schritte der Herstellung eines Separators darstellt;
2 ist eine Querschnittsansicht zur Beschreibung eines ersten Pressverarbeitungsschritts;
3 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Separatorwerkstoffs bei dem ersten Pressverarbeitungsschritt darstellt;
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer zweiten vertieften und vorstehenden Form darstellt;
5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine erste vertiefte und vorstehende Form darstellt;
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine zweite vertiefte und vorstehende Form darstellt;
7 ist eine Querschnittsansicht zur Beschreibung eines zweiten Pressverarbeitungsschritts;
8 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Separatorwerkstoffs bei dem zweiten Pressverarbeitungsschritt darstellt;
9 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Separatorwerkstoffs in einem Ausstanzschritt darstellt; und
10 ist eine Ansicht, die Messergebnissen von Verzugswerten darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden werden die konkreten Ausführungsbeispiele, auf die die vorliegende Offenbarung angewendet wird, mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Ferner werden die folgenden Beschreibungen und Zeichnungen zur Klarstellung der Beschreibungen gegebenenfalls vereinfacht.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Separators gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines Separators darstellt. Wie in 1 dargestellt ist, wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Separator hergestellt, indem ein erster Pressverarbeitungsschritt (ein Ziehschritt), ein zweiter Pressverarbeitungsschritt (ein Zerdrückschritt) und ein Ausstanzschritt in dieser Reihenfolge durchgeführt werden.
Zunächst wird die erste Pressverarbeitung begonnen (S11). Wie in 2 dargestellt ist, ist ein Separatorwerkstoff 10 zwischen einer ersten Obermatrize 51 und einer ersten Untermatrize 50 angeordnet. 2 ist eine Seitenquerschnittansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Matrize zum Pressen des Separatorwerkstoffs 10 darstellt. Der Separatorwerkstoff 10 ist eine Metallplatte mit einer Stärke von etwa 0,1 mm. Als Separatorwerkstoff 10 kann eine leitfähige Flachplatte wie beispielsweise Aluminium, Edelstahl oder Titan verwendet werden. Die erste Obermatrize 51 und die erste Untermatrize 50 sind Matrizen, auf denen Vertiefungen und Vorsprünge entsprechend einer zu formenden Form ausgebildet sind.
3 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Form des Separatorwerkstoffs 10 und schematisch eine Konfiguration des Separatorwerkstoffs 10 nach dem ersten Pressverarbeitungsschritt darstellt. 3 stellt ein dreidimensionales senkrechtes XYZ-Koordinatensystem für die Beschreibungen dar. Der Separatorwerkstoff 10 hat in der XY-Draufsicht eine Rechteckform. Die Längsrichtung des rechteckigen Separatorwerkstoffs 10 ist als eine X-Richtung und die Querrichtung als eine Y-Richtung definiert. Die Längsrichtung (die X-Richtung) ist eine Richtung, in der Kühlwasser und ein Brenngas strömen. Eine Stärkenrichtung (eine Höhenrichtung) des Separatorwerkstoffs 10 ist als eine Z-Richtung definiert. Weiterhin wird eine +Z-Seite als Oberseite beschrieben und eine -Z-Seite als Unterseite beschrieben. Die Länge des Separatorwerkstoffs 10 in der Querrichtung beträgt etwa 100 mm bis 150 mm und die Länge des Separatorwerkstoffs 10 in Längsrichtung beträgt etwa 200 mm bis 250 mm.
Der Separatorwerkstoff 10 hat einen Strömungspfadausbildungsbereich 11 und Verteilerteile 16. Der Strömungspfadausbildungsbereich 11 ist in der Mitte des Separatorwerkstoffs 10 in X-Richtung angeordnet. Beim Durchlaufen des Pressverarbeitungsschrittes des Herstellungsverfahrens gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 eine vertiefte und vorstehende Form ausgebildet, die zu Strömungspfaden des Kühlwassers und des Brenngases wird.
Die vertiefte und vorstehende Form ist auf einer Vorderfläche und einer Rückfläche des Separatorwerkstoffs 10 umgekehrt. Dadurch sind die Strömungspfade sowohl auf der Vorderfläche als auch auf der Rückfläche des Separatorwerkstoffs 10 ausgebildet. Insbesondere werden die Vertiefungen der vertieften und vorstehenden Form zu Strömungspfadnuten, in denen das Kühlwasser und das Brenngas strömen. In dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 ist eine Vielzahl von Strömungspfadnuten ausgebildet. Jede der Strömungspfadnuten erstreckt sich in der X-Richtung. Die Vielzahl von Strömungspfadnuten sind in der Y-Richtung in dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 nebeneinander angeordnet.
Die Verteilerteile 16 sind auf beiden Seiten des Strömungspfadausbildungsbereichs 11 in der X-Richtung angeordnet. Das heißt, die Verteilerteile 16 sind an beiden Enden des Separatorwerkstoffs 10 in der X-Richtung angeordnet. Die Verteilerteile 16 bilden Ein- und Auslassanschlüsse für das Brenngas und Kühlwasser.
Der Verteilerteil 16 hat Lochausbildungsteile 12. Der Lochausbildungsteil 12 ist ein Teil, in dem während eines Ausstanzschrittes, der später beschrieben wird, ein Durchgangsloch ausgebildet wird. In 3 sind drei Lochausbildungsteile 12 in einem Verteilerteil 16 ausgebildet, die Anzahl der Lochausbildungsteile 12 ist jedoch nicht besonders begrenzt.
Wie in 2 dargestellt ist, ist ein Bereich, der dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 der ersten Obermatrize 51 und der ersten Untermatrize 50 entspricht, als erster Bearbeitungsbereich 53 definiert, und Bereiche, die den Lochausbildungsteilen 12 entsprechen, sind als zweite Bearbeitungsbereiche 54 definiert. In dem ersten Bearbeitungsbereich 53 sind Vorsprünge und Vertiefungen 55 ausgebildet. In dem zweiten Bearbeitungsbereichen 54 sind Vorsprünge und Vertiefungen 56 ausgebildet. Die erste Untermatrize 50 ist einstückig ausgebildet. Die erste Obermatrize 51 ist einstückig ausgebildet.
Eine erste vertiefte und vorstehende Form 13 und zweite vertiefte und vorstehende Formen 14 werden auf dem Separatorwerkstoff 10 ausgebildet, der zwischen der ersten Obermatrize 51 und der ersten Untermatrize 50 angeordnet ist (S12). Das heißt, der Separatorwerkstoff 10 wird zwischen der ersten Obermatrize 51 und der ersten Untermatrize 50 eingelegt, und dann werden die Matrizen von einer Pressmaschine mit einem Druckzylinder und dergleichen mit Druck beaufschlagt. Anschließend wird die erste vertiefte und vorstehende Form 13 in dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 des Separatorwerkstoffs 10 ausgebildet, und die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 werden in den Lochausbildungsteilen 12 ausgebildet. Die erste vertiefte und vorstehende Form 13 wird durch die Vertiefungen und Vorsprünge 55 in dem ersten Bearbeitungsbereich 53 ausgebildet, und die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 werden durch die Vertiefungen und Vorsprünge 56 in den zweiten Bearbeitungsbereichen 54 ausgebildet. Vertiefungs- und Vorsprungshöhe des Vorsprungs und der Vertiefungen 55 in dem ersten Bearbeitungsbereich 53 ist niedriger als eine Vertiefungs- und Vorsprungshöhe des Vorsprungs und der Vertiefungen 56. Weiterhin sind in der ersten Untermatrize 50 und der ersten Obermatrize 51 Bereiche, die sich von dem ersten Bearbeitungsbereich 53 und den zweiten Bearbeitungsbereichen 54 unterscheiden, eben.
3 stellt schematisch eine Querschnittsansicht des Separatorwerkstoffs 10entlang der Linie A-A dar. Die Querschnittsansicht entlang der Linie A-A stellt schematisch eine Querschnittsform der zweiten vertieften und vorstehenden Form 14 dar. In der zweiten vertieften und vorstehenden Form 14 sind Vertiefungen und der Vorsprung abwechselnd angeordnet.
4 stellt ein Beispiel für eine detaillierte Form der zweiten vertieften und vorstehenden Form 14 dar. Die zweite vertiefte und vorstehende Form 14 hat eine Vielzahl von Vorsprüngen 14b und eine Vielzahl von Vertiefungen 14a. In der Querrichtung in der Ebene der Zeichnung von 4 hat die zweite vertiefte und vorstehende Form 14 eine Konfiguration, bei der die Vorsprünge 14b und die Vertiefungen 14a abwechselnd wiederholt werden.
Die Richtung, in der sich die Vorsprünge 14b und die Vertiefungen 14a wiederholen, ist als eine Wiederholungsrichtung definiert. Die Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 3 und die Querschnittsansicht von 4 verlaufen entlang der Wiederholungsrichtung. Die Wiederholungsrichtung ist eine Richtung, die von der X-Richtung und der Y-Richtung geneigt ist. Insbesondere ist die Wiederholungsrichtung von der X-Richtung um 45° geneigt. Die Oberseite der Vertiefung 14a und die Unterseite des Vorsprungs 14b dienen als Nuten 14r. Eine Vielzahl von parallelen Nuten 14r sind senkrecht zu der Wiederholungsrichtung und erstrecken sich entlang einer Richtung senkrecht zu der Z-Richtung. Das heißt, die Nuten 14r erstrecken sich in eine Richtung, die senkrecht zu der Zeichnungsebene ist.
Die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14, die auf diese Weise außerhalb des Strömungspfadausbildungsbereichs 11 ausgebildet sind, ermöglichen es dem Separatorwerkstoff 10, während der Pressverarbeitung in dem Werkzeug zu sperren. Dies verhindert wirkungsvoll, dass der Separatorwerkstoff 10 eingezogen wird und Verzug in dem Separatorwerkstoff 10 auftritt.
Insbesondere wenn Grenzteile (Verbindungsteile) zwischen dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 und den Verteilerteilen 16 ausgebildet werden, wird der Werkstoff in der Richtung des Pfeiles A1 in 3 gezogen. Der Pfeil A1 zeigt eine Richtung parallel zu der Wiederholungsrichtung der Vertiefungen 14a und der Vorsprünge 14b der zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 an und ist eine Richtung, die von der Längsrichtung (der X-Richtung) des Separatorwerkstoffs 10 geneigt ist. Die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14, die in den Verteilerteilen 16 ausgebildet sind, können die Verformung an den Begrenzungsteilen zwischen dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 und den Verteilerteilen 16 in Längsrichtung reduzieren. Dadurch wird ein Verzug des Separatorwerkstoffs 10 wirksam verhindert. Wie vorstehend beschrieben, werden die Vertiefungen 14a und die Vorsprünge 14b in einer von der X-Richtung geneigten Richtung wiederholt. Es ist zu beachten, dass die Wiederholungsrichtung eine diagonale Richtung des rechteckigen Separatorwerkstoffs 10 sein kann.
Vorzugsweise wird vor der Bearbeitung des Strömungspfadausbildungsbereichs 11 die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe der zweiten vertieften und vorstehenden Form 14 höher als die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe der ersten vertieften und vorstehenden Form 13 gemacht, um den Separatorwerkstoff 10 zu sperren. Das heißt, die Bearbeitung der ersten vertieften und vorstehenden Form 13 durch die Vertiefungen und Vorsprünge 55 wird begonnen, nachdem die Bearbeitung der zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 durch die Vertiefungen und Vorsprünge 56 begonnen wurde. Auf diese Weise verformen die erste Untermatrize 50 und die erste Obermatrize 51 den Separatorwerkstoff 10 in dem ersten Bearbeitungsbereich 53, nachdem der Separatorwerkstoff 10 durch die erste Untermatrize 50 und die erste Obermatrize 51 in den zweiten Bearbeitungsbereichen 54 gesperrt ist. Die Matrizen können den Separatorwerkstoff 10 in den Verteilerteilen 16 sperren und wirksam verhindern, dass der Separatorwerkstoff 10 eingezogen wird.
Die erste vertiefte und vorstehende Form 13 und die zweite vertiefte und vorstehende Form 14 werden mit Bezug auf die 5 und 6 ausführlich beschrieben. Die 5 und 6 sind vergrößerte Querschnittsansichten, die einen Zustand darstellen, in dem der Separatorwerkstoff 10 zwischen der ersten Obermatrize 51 und der ersten Untermatrize 50 angeordnet ist. 5 stellt einen Querschnitt des ersten Bearbeitungsbereichs 53 dar, d.h. einen Querschnitt an einer Position, an der die erste vertiefte und vorstehende Form 13 ausgebildet ist. 6 stellt einen Querschnitt des zweiten Bearbeitungsbereichs 54 dar, d.h. einen Querschnitt an einer Position, an der die zweite vertiefte und vorstehende Form 14 ausgebildet ist.
Wie in 5 dargestellt ist, hat die erste vertiefte und vorstehende Form 13 Vertiefungen 13a und Vorsprünge 13b. Die unterste Position der Vertiefung 13a ist als ein Unterteil 13c definiert, und die höchste Position des Vorsprungs 13b ist als ein Oberteil 13d definiert. Die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe der ersten vertieften und vorstehenden Form 13 ist H1. Die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H1 ist ein Abstand von dem Unterteil 13c zu dem Oberteil 13d in der Z-Richtung auf einer Fläche der ersten vertieften und vorstehenden Form 13.
Somit ist die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H1 gleich der Vertiefungs- und Vorsprungshöhe der ersten Obermatrize 51 in dem ersten Bearbeitungsbereich 53. Mit anderen Worten ist die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H1 gleich der Vertiefungs- und Vorsprungshöhe der ersten Untermatrize 50 in dem ersten Bearbeitungsbereich 53. Die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H1 beträgt beispielsweise etwa 0,4 mm bis 0,5 mm.
Wie in 6 dargestellt ist, hat die zweite vertiefte und vorstehende Form 14 Vertiefungen 14a und Vorsprünge 14b. Wie die erste vertiefte und vorstehende Form 13 ist die unterste Position der Vertiefungen 14a als Unterteil 14c und die höchste Position des Vorsprungs 14b als Oberteil 14d definiert. Die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe der zweiten vertieften und vorstehenden Form 14 ist H2. Die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H2 ist ein Abstand von dem Unterteil 14c zu dem Oberteil 14d in der Z-Richtung auf einer Fläche der zweiten vertieften und vorstehenden Form 14. Somit ist die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H2 gleich der Vertiefungs- und Vorsprungshöhe der Fläche der ersten Obermatrize 51 in dem zweiten Bearbeitungsbereich 54. Mit anderen Worten ist die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H2 gleich der Vertiefungs- und Vorsprungshöhe der ersten Untermatrize 50 in dem zweiten Bearbeitungsbereich 54. Die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H2 beträgt beispielsweise ca. 0,5 mm bis 0,6 mm.
Vorzugsweise ist die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H2 der zweiten vertieften und vorstehenden Form 14 höher als die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H1 der ersten vertieften und vorstehenden Form 13. Insbesondere ist die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H2 der zweiten vertieften und vorstehenden Form 14 vorzugsweise um 0,1 mm oder mehr höher als die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe H1 der ersten vertieften und vorstehenden Form 13. Auf diese Weise ist es möglich, den Separatorwerkstoff 10 zuverlässig innerhalb der Matrizen zu sperren, bevor die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 in dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 ausgebildet werden.
Zurück zu der Beschreibung von 1 ist die erste Pressverarbeitung abgeschlossen (S13). Das heißt, die Matrizen werden geöffnet, und der Separatorwerkstoff 10 mit der ersten vertieften und vorstehenden Form 13 und den zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 wird von den Matrizen entfernt. Anschließend wird die zweite Pressverarbeitung begonnen (S21). Hier ist, wie in 7 dargestellt ist, der Separatorwerkstoff 10, auf dem die erste vertiefte und vorstehende Form 13 und die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 ausgebildet sind (nicht in 7 dargestellt), zwischen einer zweiten Untermatrize 60 und einer zweiten Obermatrize 61 angeordnet.
Wie in 7 dargestellt ist, ist ein Bereich der zweiten Obermatrize 61 und der zweiten Untermatrize 60, der dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 entspricht, als ein zweiter Bearbeitungsbereich 63 definiert, und Bereiche der zweiten Obermatrize 61 und der zweiten Untermatrize 60, die den Lochausbildungsteilen 12 entsprechen, sind als zweite Bearbeitungsbereiche 64 definiert. In dem zweiten Bearbeitungsbereich 63 sind Vorsprünge und Vertiefungen 65 ausgebildet. In dem zweiten Bearbeitungsbereichen 64 sind ebene Flächen 66 ausgebildet. Die zweite Untermatrize 60 ist einstückig ausgebildet. Die zweite Obermatrize 61 ist einstückig ausgebildet.
Anschließend wird der Separatorwerkstoff 10 gepresst, um die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 unter Verwendung der zweiten Obermatrize 61 und der zweiten Untermatrize 60 zu zerdrücken (S22). Das heißt, der Separatorwerkstoff 10 wird zwischen der zweiten Obermatrize 61 und der zweiten Untermatrize 60 angeordnet, und dann werden die Matrizen von einer Pressmaschine mit einem Druckzylinder und dergleichen mit Druck beaufschlagt.
Die ebenen Flächen 66 sind in den zweiten Bearbeitungsbereichen 64 der zweiten Obermatrize 61 und der zweiten Untermatrize 60 ausgebildet. Dadurch werden, wie in 8 dargestellt ist, die Lochausbildungsteile 12 zu ebenen Teilen 18. Wenn die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 zerdrückt werden, wird der Separatorwerkstoff 10 in der Richtung des Pfeiles A3 in 8 an den Begrenzungsteilen zwischen dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 und den Verteilerteilen 16 gezogen. Dadurch wird der Werkstoff hinaus zu dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 befördert und die bei S12 erzeugte Zugbelastung (angezeigt durch den Pfeil A2 in 3) kann reduziert werden.
Ferner wird bei S22 ein Strömungspfad 17 in dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 ausgebildet. Die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe des Strömungspfads 17 ist geringer als die der ersten vertieften und vorstehenden Form 13, die in dem ersten Pressverarbeitungsschritt ausgebildet wurde. Beispielsweise hat der Strömungspfad 17 eine Vertiefungs- und Vorsprungshöhe von ca. 0,3 mm bis 0,4 mm. Nach S22 ist die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe des Strömungspfads 17 größer als die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe des Lochausbildungsteils 12.
Die zweite Pressverarbeitung ist abgeschlossen (S23). Das heißt, die Matrizen werden geöffnet, und der Separatorwerkstoff 10 mit dem Strömungspfad 17 und den flachen Teilen 18 wird von den Matrizen entfernt.
Bei dem zweiten Pressverarbeitungsschritt wird der Separatorwerkstoff 10 zerdrückt, sodass die Lochausbildungsteile 12 zu den ebenen Teilen 18 werden. Insbesondere werden die Abmessungen der Matrizen derart bestimmt, dass zu dem Zeitpunkt der Druckbeaufschlagung ein Spalt zwischen der zweiten Untermatrize 60 und der zweiten Obermatrize 61 in den zweiten Bearbeitungsbereichen 64 zu einer Obergrenze der Plattenstärke des Separatorwerkstoffs 10 wird. Somit beträgt die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe des Lochbildungsteils 12 Null. Bei S22 müssen die Lochausbildungsteile 12 nicht völlig eben sein. Das heißt, die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe der Lochausbildungsteile 12 nach S22 muss nur kleiner sein als die Vertiefungs- und Vorsprungshöhe der zweiten vertieften und vorstehenden Form 14, die bei dem ersten Pressverarbeitungsschritt ausgebildet wurde.
Anschließend werden die Lochausbildungsteile 12 ausgestanzt (S31). Anschließend werden, wie in 9 dargestellt ist, Durchgangslöcher 22 an Teilen ausgebildet, die vorher die Lochausbildungsteile 12 waren, und der Separator 20 ist fertig gestellt. Bereiche, in denen die zweite vertiefte und vorstehende Form 14 ausgebildet wird, werden ausgestanzt. Die Durchgangslöcher 22 sind in den Verteilerteilen 16 ausgebildet, um das Brenngas und das Kühlwasser zuzuführen oder abzuführen. Das heißt, das Brenngas und das Kühlwasser, die von den Durchgangslöchern 22 auf einer Endseite des Separators 20 in X-Richtung zugeführt wurden, werden von den Durchgangslöchern 22 auf der anderen Endseite des Separators 20 durch den Strömungspfad 17 abgeführt.
10 stellt Messergebnisse von Verzugsbeträgen in dem Separatorwerkstoff gemäß einem Beispiel und von Verzugsbeträgen in dem Separatorwerkstoff gemäß einem Vergleichsbeispiel dar. Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem Beispiel wurden die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 in den Lochausbildungsteilen 12 bei dem ersten Pressverarbeitungsschritt ausgebildet, wohingegen bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem Vergleichsbeispiel die zweite vertiefte und vorstehende Form 14 bei dem ersten Pressverarbeitungsschritt nicht in den Lochausbildungsteilen 12 ausgebildet wurde. 10 stellt die Verzugsbeträge (Verzugswerte) dar, die bei jedem der ersten Pressverarbeitungsschritte (dem Ziehschritt), dem zweiten Pressverarbeitungsschritt (dem Zerdrückschritt) und dem Ausstanzschritt gemessen wurden. Die durchschnittlichen Verzugswerte von N Proben sind sowohl für das Beispiel als auch für das Vergleichsbeispiel dargestellt.
Wie in 10 dargestellt ist, ist in jedem Schritt der durchschnittliche Verzugswert bei dem Beispiel kleiner als der durchschnittliche Verzugswert bei dem Vergleichsbeispiel. Darüber hinaus werden der Verzugswert und die Variation der Verzugswerte klein, wenn die Bearbeitung zu dem zweiten Pressschritt und zu dem Ausstanzschritt übergeht. Auf diese Weise kann der Separator 20 mit einem Standardwert (10 mm) oder weniger mit hoher Produktivität hergestellt werden.
Bei dem ersten Pressverarbeitungsschritt werden die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 in den Verteilerteilen 16 außerhalb des Strömungspfadausbildungsbereichs 11 ausgebildet. Auf diese Weise ist es möglich, ein Auftreten von Verzug des Separatorwerkstoffs 10 wirksam zu verhindern. Es ist auch möglich, ein Auftreten von Verformungen in dem Separator 20 wirksam zu verhindern. Ferner ist es möglich beispielsweise ein Erzeugen eines Überschusses an Werkstoff beim Verkleben des Separators 20, einen Montagefehler beim Stapeln eines Separators und einen Fehler beim Werkstücktransport wirksam zu verhindern. Dadurch kann die Produktivität des Separatorwerkstoffs 10 und der Brennstoffzelle verbessert werden.
Die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 werden in den Lochausbildungsteilen 12 ausgebildet, wobei die Durchgangslöcher 22 bei dem Ausstanzschritt ausgebildet werden. Das heißt, es werden Teile ausgestanzt, in denen die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 ausgebildet sind. Es ist möglich, einen Verzug wirksam zu verhindern, ohne die Endproduktform des Separators 20 zu verändern. Die Pressverarbeitung kann an dem Separatorwerkstoff 10 ohne das Hinzufügen eines Raums nur für das Ausbilden der zweiten vertieften und vorstehenden Form 14 durchgeführt werden. Dies erhöht die Raumeffizienz.
Ferner werden die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 bei dem zweiten Pressverarbeitungsschritt zwischen dem ersten Pressverarbeitungsschritt und dem Ausstanzschritt zerdrückt. Auf diese Weise ist es möglich, eine starke Differenz der Schnittkräfte zu reduzieren, die an den Grenzen zwischen den Verteilerteilen 16 und dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 bei dem zweiten Pressverarbeitungsschritt ausgeübt werden. Als Ergebnis einer Analyse der druckbeaufschlagten Struktur bei dem Vergleichsbeispiel und bei dem Beispiel wurde beispielsweise festgestellt, dass bei dem Beispiel eine Differenz zwischen einer Schnittkraft eines Punktes P1 und derjenigen eines Punktes P2 (siehe 8) 2N beträgt, während bei dem Vergleichsbeispiel eine Differenz zwischen einer Schnittkraft des Punktes P1 und der des Punktes P2 5N beträgt. Wie zuvor beschrieben, kann bei diesem Beispiel eine durch die Pressverarbeitung verursachte starke Differenz in einer Schnittkraft reduziert werden.
Bei dem Vergleichsbeispiel nimmt die Verformung in der Längsrichtung (der X-Richtung) an den Grenzteilen zwischen dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 und den Verteilerteilen 16 zu. Diese Verformung bewirkt, dass der Verzugsbetrag an dem Endteil des Separatorwerkstoffs 10 groß wird. Wie bei diesem Ausführungsbeispiel kann dann, wenn die zweiten vertieften und vorstehenden Formen 14 bei dem zweiten Pressverarbeitungsschritt zerdrückt werden, um sie eben zu machen, die starke Differenz der Schnittkräfte reduziert werden, wodurch der Verzug wirksam verhindert wird.
Jede der ersten Untermatrize 50, der ersten Obermatrize 51, der zweiten Untermatrize 60 und der zweiten Obermatrize 61 ist einstückig ausgebildet. Beispielsweise sind der erste Bearbeitungsbereich 53 und der zweite Bearbeitungsbereich 54 in der einstückig geformten ersten Obermatrize 51 bereitgestellt. Ebenso sind der erste Bearbeitungsbereich 53 und der zweite Bearbeitungsbereich 54 in der einstückig geformten ersten Untermatrize 50 bereitgestellt. Dadurch ist es möglich, eine Erhöhung der Zusatzausstattung wie beispielsweise eines Stellglieds wirksam zu verhindern, wodurch die Produktivität verbessert wird.
Andererseits sind in der JP 2012 99371 A die Untermatrize und die Obermatrize jeweils in eine Zwischenteilausbildungsmatrize und eine Außenumfangsteilhaltematrize geteilt. Somit ist für jede der Zwischenteilformmatrize und der Außenumfangsteilhaltematrize eine Druckausrüstung, wie beispielsweise ein Hydraulikzylinder, erforderlich. Wenn jede der Obermatrize und der Untermatrizen geteilt ist, verschleißen die Matrizen an Gleitteilen, was eine Wartung erfordert. Aus diesem Grund sinkt die Produktivität bei dem Verfahren der JP 2012 99371 A .
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und entsprechend geändert werden kann, ohne vom Wesen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Aus der so beschriebenen Offenbarung wird ersichtlich, dass die Ausführungsbeispiele der Offenbarung auf viele Weisen verändert werden können. Solche Veränderungen sind nicht als eine Abweichung vom Wesen und Umfang der Offenbarung zu betrachten, und alle Änderungen, die für einen Fachmann offensichtlich sind, sind für die Einbeziehung in den Umfang der folgenden Ansprüche beabsichtigt.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines Separators bereitgestellt, das einen Verzug wirksam verhindern kann. Ein Verfahren zur Herstellung eines Separators gemäß einem Ausführungsbeispiel hat das Anordnen eines Separatorwerkstoffs 10 mit einem Strömungspfadausbildungsbereich 11 zwischen einer ersten Obermatrize 51 und einer ersten Untermatrize 50 und das Pressen des Separatorwerkstoffs 10 unter Verwendung der ersten Obermatrize 51 und der ersten Untermatrize 50, um dadurch eine erste vertiefte und vorstehende Form 13 in dem Strömungspfadausbildungsbereich 11 auszubilden und eine zweite vertiefte und vorstehende Form 14 außerhalb des Strömungspfadausbildungsbereichs 11 auszubilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012099371 A [0002, 0047]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Separators, das Folgendes aufweist: Anordnen eines Separatorwerkstoffs mit einem Strömungspfadausbildungsbereich zwischen einer ersten Obermatrize und einer ersten Untermatrize; und Pressen des Separatorwerkstoffs unter Verwendung der ersten Obermatrize und der ersten Untermatrize, um dadurch eine erste vertiefte und vorstehende Form in dem Strömungspfadausbildungsbereich auszubilden und eine zweite vertiefte und vorstehende Form außerhalb des Strömungspfadausbildungsbereichs auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Zerdrücken der zweiten vertieften und vorstehenden Form aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner ein Ausstanzen eines Bereichs aufweist, in dem die zweite vertiefte und vorstehende Form ausgebildet ist, wobei die zweite vertiefte und vorstehende Form in einem Verteilerteil des Separators ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine vertiefte und vorstehende Höhe der zweiten vertieften und vorstehenden Form höher ist als eine vertiefte und vorstehende Höhe der ersten vertieften und vorstehenden Form.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Vertiefungen und Vorsprünge der zweiten vertieften und vorstehenden Form entlang einer Richtung wiederholt werden, die in einer Draufsicht geneigt von einer Längsrichtung des Separatorwerkstoffs ist.