DE102020131305A1

DE102020131305A1 - Formwerkzeug und Verfahren zum Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie

Info

Publication number: DE102020131305A1
Application number: DE102020131305.5A
Authority: DE
Inventors: Mike Gehr
Original assignee: L Schuler GmbH
Current assignee: L Schuler GmbH
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2022-06-02
Also published as: WO2022112386A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug zum Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie (3) mit einer vorgegebenen Dicke, wobei bei dem trapezartigen Profil schräg zueinander verlaufende Seitenwände (S) abwechselnd parallel zueinander verlaufende Böden (B) und Decken (D) verbinden, umfassend: ein Obergesenk (1) mit zu den Böden (B) korrespondierenden ersten Patrizen (4), ein zum Obergesenk (1) korrespondierendes Untergesenk (2) mit zu den Decken (D) korrespondierenden zweiten Patrizen (5), wobei in einer durch das Ober- (1) und Untergesenk (2) gebildeten Kavität zwischen benachbarten ersten (4) und zweiten Patrizen (5) ein erster Abstand (A1) zur Ausbildung der Seitenwände (S) gebildet ist. Zur Verminderung der Umformkraft bei der Herstellung des trapezartigen Profils wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der erste Abstand (1) größer als die Dicke der Metallfolie (3) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie.
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Herstellung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen. Bei Bipolarplatten sind die Anoden- und die Kathodenseite als strukturierte ebene Platten ausgebildet. Die Platten weisen jeweils eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Kanälen auf, durch welche im Betrieb der Brennstoffzelle Prozessgase geführt und das entstehende Produktwasser abgeführt wird.
Aus der EP 2 608 299 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung solcher Platten bekannt. Dabei wird mittels eines Formwerkzeugs ein trapezartiges Profil ein eine Metallfolie geprägt. Die EP 2 608 229 B1 offenbart ferner ein Formwerkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2016 125 502 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Bipolarplatten bekannt. Dabei werden zwei Metallfolien simultan in einer Transferpresse geprägt, beschnitten und übereinander gestapelt.
Der Schritt des Prägens des trapezartigen Profils erfordert nach dem Stand der Technik eine hohe Umformkraft von mehr als 2.500 kN. Je nach Geometrie der zu prägenden Platte können Umformkräfte bis 8.000 kN erforderlich sein. Die Erzeugung derartiger Umformkräfte erfordert einen hohen maschinellen Aufwand. Abgesehen davon steigt mit der Umformkraft der Werkzeugverschleiß.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Formwerkzeug und ein Verfahren angegeben werden, welche ein Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie mit verminderter Umformkraft ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
Nach Maßgabe der Erfindung wird bei einem Formwerkzeug zum Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie mit einer vorgegebenen Dicke vorgeschlagen, dass ein erster Abstand zwischen benachbarten ersten und zweiten Patrizen größer als die Dicke der Metallfolie ist.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass mit einem solchen Formwerkzeug in einer Metallfolie ein trapezartiges Profil mit einer erheblich verminderten Umformkraft hergestellt werden kann. Das vorgeschlagene Formwerkzeug ist langlebig und effizient. Es kann insbesondere in einer Transferpresse verwendet werden, welche mit einem verminderten Aufwand herstellbar ist.
Die Verminderung der Umformkraft wird darauf zurückgeführt, dass die sich beim Schließen des Formwerkzeugs in der Metallfolie bildenden Seitenwände nicht an den Flanken der benachbarten ersten und zweiten Patrizen anliegen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist bei geschlossenem Formwerkzeug zwischen der ersten Patrize im Obergesenk und einer gegenüberliegenden ersten Matrize im Untergesenk ein zweiter Abstand gebildet, welcher größer als die Dicke der Metallfolie ist. Desgleichen kann es auch sein, dass bei geschlossenem Formwerkzeug zwischen der zweiten Patrize im Untergesenk und einer gegenüberliegenden zweiten Matrize im Obergesenk ein dritter Abstand gebildet ist, welcher größer als die Dicke der Metallfolie ist. Die vorgeschlagenen Ausgestaltungen des Formwerkzeugs lassen sich noch einfacher herstellen. Der zweite und/oder dritte Abstand muss nicht exakt auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die erste und/oder zweite Patrize an ihren Flanken Hinterschneidungen aufweisen. Damit kann der erste Abstand zwischen benachbarten ersten und zweiten Patrizen vergrößert werden.
Eine vorgegebene Dicke der Metallfolie liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 0,1 bis 0,5 mm. Eine Breite der Böden und/oder Decken kann im Bereich von 1 bis 5 mm liegen. Eine Höhe der Seitenwände liegt vorteilhafterweise im Bereich von 1 bis 5 mm.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie mit folgenden Schritten vorgeschlagen:

Bereitstellen einer Metallfolie mit einer vorgegebenen Dicke,
Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs,
Einlegen der Metallfolie zwischen das Ober- und das Untergesenk, und
Pressen des Obergesenks gegen das Untergesenk, wobei das trapezartige Profil in die Metallfolie geprägt wird.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, eine Metallfolie mit einem trapezartigen Profil mit einer verminderten Umformkraft herzustellen. Es genügt vorteilhafterweise, das Obergesenk mit einer Umform- bzw. Presskraft von weniger als 2.500 kN gegen das Untergesenk zu pressen. Vorteilhafterweise beträgt die Presskraft weniger als 2.400 kN, insbesondere weniger als 2.350 kN.
Die vorgegebene Dicke der Metallfolie liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 0,1 bis 0,5 mm.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Formwerkzeug in einer Transferpresse montiert sein. Eine Transferpresse weist mehrere Bearbeitungsstationen auf. Das zu bearbeitende Werkstück wird zwischen jedem Hub der Transferpresse mittels einer Transfereinrichtung gegriffen und in die nächste Bearbeitungsstation gesetzt. Derartige Transferpressen ermöglichen eine effiziente Herstellung einer großen Zahl von Werkstücken.
Das trapezartige Profil wird vorteilhafterweise mit einem einzigen Präge-Hub hergestellt. Das vermindert weiter die Herstellungskosten. Zur Herstellung des trapezartigen Profils in der Metallfolie ist lediglich ein einziges Formwerkzeug erforderlich.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird die geprägte Metallfolie nach dem Präge-Hub in ein Schneidwerkzeug gelegt und in einem nächst folgenden Schneid-Hub beschnitten. Das vorgeschlagene Verfahren ist effektiv und erfordert zur Herstellung von Platten für Bipolarplatten nur wenige Arbeitsschritte.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittansicht durch ein erstes Formwerkzeug,
2 eine schematische Schnittansicht durch ein zweites Formwerkzeug,
3 eine schematische Schnittansicht durch ein drittes Formwerkzeug,
4 eine schematische Schnittansicht durch ein viertes Formwerkzeug,
5 eine schematische Schnittansicht durch ein fünftes Formwerkzeug.

Die in den Figuren gezeigten Formwerkzeuge umfassen jeweils ein Obergesenk 1 sowie ein gegenüberliegendes Untergesenk 2. Mit dem Bezugszeichen 3 ist eine zwischen das Ober- 1 und das Untergesenk 2 eingelegte Metallfolie bezeichnet.
Das Obergesenk 1 weist erste Patrizen 4 auf, welche zu Böden B im trapezartigen Profil korrespondieren. Das Untergesenk 2 weist zweite Patrizen 5 auf, welche zu Decken D im trapezartigen Profil korrespondieren. Schräg zueinander verlaufende Seitenwände S verbinden im trapezartigen Profil die Böden B mit den Decken D.
Bei geschlossenem Formwerkzeug ist in einer Kavität zwischen dem ersten 4 und dem zweiten Patrizen 5 ein erster Abstand A1 zur Ausbildung der Seitenwände S gebildet. Falls die Flanken der Patrizen keinen konstanten ersten Abstand A1 aufweisen, ist unter dem „ersten Abstand A1“ ein mittlerer Abstand zu verstehen.
Zwischen der ersten Patrize 4 und einer im Untergesenk 2 gegenüberliegenden ersten Matrize 6 ist im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs ein zweiter Abstand A2 gebildet.
Zwischen der zweiten Patrize 5 und einer im Obergesenk 1 gegenüberliegenden zweiten Matrize 7 ist im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs ein dritter Abstand A3 gebildet.
Beim in 1 gezeigten ersten Formwerkzeug entspricht eine Dicke der Metallfolie dem zweiten Abstand A2 bzw. dem dritten Abstand A3. Der erste Abstand A1 ist größer als die Dicke der Metallfolie 3. Der erste Abstand A2 ist zweckmäßigerweise größer als das 1,5-fache, insbesondere das 1,7-fache, besonders bevorzugt größer als das 2-fache der Dicke der Metallfolie.
Bei dem in 2 gezeigten zweiten Formwerkzeug weisen die Patrizen 4, 5 an ihren Flanken Hinterschneidungen auf. Hier kann der erste Abstand A1 größer als das 2-fache, insbesondere größer als das 2,2-fache der Dicke der Metallfolie 3 sein. - Im Übrigen ist das zweite Formwerkzeug ähnlich dem ersten Formwerkzeug ausgebildet.
Bei dem in 3 gezeigten Formwerkzeug ist der dritte Abstand A3 größer als die Dicke der Metallfolie 3 ausgebildet. Der dritte Abstand A3 kann größer als das 1,5-fache, besonders bevorzugt 1,7-fache, insbesondere als 2-fache der Dicke der Metallfolie 3 sein.
Im Übrigen ist das dritte Formwerkzeug ähnlich dem in 1 gezeigten ersten Formwerkzeug ausgebildet.
Bei dem in 4 gezeigten vierten Formwerkzeug ist der zweite Abstand A2 größer als die Dicke der Metallfolie ausgebildet. Der zweite Abstand A2 kann insbesondere größer als das 1,5-fache, vorzugsweise das 1,7-fache, insbesondere das 2-fache der Dicke der Metallfolie 3 sein. Im Übrigen ist das vierte Formwerkzeug ähnlich dem in 1 gezeigten ersten Formwerkzeug ausgebildet.
Bei dem in 5 gezeigten fünften Formwerkzeug sind der zweite A2 und der dritte Abstand A3 größer als die Dicke der Metallfolie 3 ausgebildet. Für das Verhältnis der Dicke der Metallfolie 3 zum zweiten A2 und dritten Abstand A3 gelten die vorangegangenen Ausführungen.
Bei den gezeigten Ausgestaltungen gelten hinsichtlich des ersten Abstands A1 die für das erste Formwerkzeug gemachten Angaben. Es ist selbstverständlich möglich, sämtliche Ausgestaltungen miteinander zu kombinieren, z. B. können die gezeigten Ausführungsbeispiele auch mit hinterschnittenen Flanken kombiniert werden.
Schließlich kann es selbstverständlich sein, dass lediglich abschnittsweise ein trapezartiges Profil in der Metallfolie hergestellt wird. In benachbarten weiteren Abschnitten können anders ausgestaltete Profile und/oder Durchbrüche hergestellt werden oder vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

1: Obergesenk
2: Untergesenk
3: Metallfolie
4: erste Patrize
5: zweite Patrize
6: erste Matrize
7: zweite Matrize
D: Decke
S: Seitenwand
B: Boden
A1: erster Abstand
A2: zweiter Abstand
A3: dritter Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2608299 B1 [0003]
EP 2608229 B1 [0003]
DE 102016125502 A1 [0004]

Claims

Formwerkzeug zum Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie (3) mit einer vorgegebenen Dicke, wobei bei dem trapezartigen Profil schräg zueinander verlaufende Seitenwände (S) abwechselnd parallel zueinander verlaufende Böden (B) und Decken (D) verbinden, umfassend: ein Obergesenk (1) mit zu den Böden (B) korrespondieren ersten Patrizen (4), ein zum Obergesenk (1) korrespondierendes Untergesenk (2) mit zu den Decken (D) korrespondierenden zweiten Patrizen (5), wobei in einer durch das Ober- (1) und Untergesenk (2) gebildeten Kavität zwischen benachbarten ersten (4) und zweiten Patrizen (5) ein erster Abstand (A1) zur Ausbildung der Seitenwände (S) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abstand (A1) größer als die Dicke der Metallfolie (3) ist.
Formwerkzeug nach Anspruch 1, wobei bei geschlossenem Formwerkzeug zwischen der ersten Patrize (4) im Obergesenk (1) und einer gegenüberliegenden ersten Matrize (6) im Untergesenk (2) ein zweiter Abstand (A2) gebildet ist, welcher größer als die Dicke der Metallfolie (3) ist.
Formwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei geschlossenem Formwerkzeug zwischen der zweiten Patrize (4) im Untergesenk (2) und einer gegenüberliegenden zweiten Matrize (7) im Obergesenk (1) ein dritter Abstand (A3) gebildet ist, welcher größer als die Dicke der Metallfolie (3) ist.
Formwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste (4) und/oder zweite Patrize (5) an ihren Flanken Hinterschneidungen aufweisen.
Formwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorgegebene Dicke der Metallfolie (3) im Bereich zwischen 0,1 bis 0,5 mm ist.
Formwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Breite der Böden (B) und/oder Decken (D) im Bereich von 1 bis 5 mm ist.
Formwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Höhe der Seitenwände (S) im Bereich von 1 bis 5 mm ist.
Verfahren zum Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie (3) mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer Metallfolie (3) mit einer vorgegebenen Dicke, Bereitstellen eines Formwerkzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Einlegen der Metallfolie (3) zwischen das Ober- (1) und das Untergesenk (2), und Pressen des Obergesenks (1) gegen das Untergesenk (2), wobei das trapezartige Profil in die Metallfolie (3) geprägt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Obergesenk (1) mit einer Presskraft von weniger als 2.500 kN gegen das Untergesenk (2) gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die vorgegebene Dicke der Metallfolie (3) im Bereich zwischen 0,1 bis 0,5 mm ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Formwerkzeug in einer Transferpresse montiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das trapezartige Profil mit einem einzigen Präge-Hub hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die geprägte Metallfolie (3) nach dem Präge-Hub in ein Schneidwerkzeug gelegt und in einem nächstfolgenden Schneid-Hub beschnitten wird.