DE102020208930B4

DE102020208930B4 - Brennstoffzellengehäuse, Brennstoffzelle und Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellengehäuses

Info

Publication number: DE102020208930B4
Application number: DE102020208930.2A
Authority: DE
Inventors: Anton Ringel; Andreas Ringk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2040-07-17
Also published as: CN114024012A; DE102020208930A1

Abstract

Brennstoffzellengehäuse (12) mit einem Gehäusevolumen (26) zum Aufnehmen eines Brennstoffzellenstapels (11), aufweisend:- ein Lagerbauteil (13) mit einer Gehäuse-Außenseite (14), einer Gehäuse-Innenseite (15), einer Lagerfläche (16) an der Gehäuse-Außenseite (14) und einer Durchgangsöffnung (17) von der Gehäuse-Außenseite (14) zur Gehäuse-Innenseite (15), und- ein Haltebauteil (18) mit einer Gegen-Lagerfläche (19) zum Lagern des Haltebauteils (18) an der Lagerfläche (16) des Lagerbauteils (13) und einem Haltebolzen (20) zum Halten des Brennstoffzellenstapels (11) in einer vordefinierten Position im Gehäusevolumen (26),- wobei sich der Haltebolzen (20) durch die Durchgangsöffnung (17) von der Gehäuse-Außenseite (14) außerhalb des Gehäusevolumens (26) zur Gehäuse-Innenseite (15) und über die Gehäuse-Innenseite (15) hinaus in das Gehäusevolumen (26) hinein erstreckt, gekennzeichnet durch ein Klebemittel (21) zwischen der Lagerfläche (16) und der Gegen-Lagefläche (19) für eine Klebeverbindung zwischen dem Lagerbauteil (13) und dem Haltebauteil (18).

Description

Die vorliegend Erfindung betrifft ein Brennstoffzellengehäuse mit einem Gehäusevolumen zum Aufnahmen eines Brennstoffzellenstapels, aufweisend ein Lagerbauteil mit einer Gehäuse-Außenseite, einer Gehäuse-Innenseite, einer Lagerfläche an der Gehäuse-Außenseite und einer Durchgangsöffnung von der Gehäuse-Außenseite zur Gehäuse-Innenseite, und ein Haltebauteil mit einer Gegen-Lagerfläche zum Lagern des Haltebauteils an der Lagerfläche des Lagerbauteils und einem Haltebolzen zum Halten des Brennstoffzellenstapels in einer vordefinierten Position im Gehäusevolumen, wobei sich der Haltebolzen durch die Durchgangsöffnung von der Gehäuse-Außenseite zur Gehäuse-Innenseite und über die Gehäuse-Innenseite hinaus in das Gehäusevolumen hinein erstreckt. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennstoffzelle mit einem solchen Brennstoffzellengehäuse sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Brennstoffzellengehäuses.
Stand der Technik
Es sind Brennstoffzellengehäuse für Brennstoffzellen bekannt, bei welchen ein Brennstoffzellenstapel im Brennstoffzellengehäuse bzw. in einem Gehäusevolumen des Brennstoffzellengehäuses tlw. beabstandet von einer Gehäusewandung in einer vordefinierten Position befestigt ist. Zum Halten des Brennstoffzellenstapels im Gehäusevolumen sowie zum Verhindern eines Verrutschens und/oder Kippens des Brennstoffzellenstapels im Gehäusevolumen wird ein Haltebauteil verwendet, das einen Haltebolzen aufweist, der sich wenigstens tlw. im Gehäusevolumen befindet und den Brennstoffzellenstapel in der gewünschten Position hält.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden nun ein Brennstoffzellengehäuse, eine Brennstoffzelle sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellengehäuses, zum verbesserten Halten eines gattungsgemäßen Brennstoffzellenstapels in einem Brennstoffzellengehäuse, zur Verfügung gestellt. Insbesondere werden ein Brennstoffzellengehäuse gemäß Anspruch 1, eine Brennstoffzelle gemäß Anspruch 7 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Brennstoffzellengehäuse beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird und/oder werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellengehäuse mit einem Gehäusevolumen zum Aufnehmen und/oder zum Umfassen eines Brennstoffzellenstapels zur Verfügung gestellt. Das Brennstoffzellengehäuse weist ein Lagerbauteil mit einer Gehäuse-Außenseite, einer Gehäuse-Innenseite, einer Lagerfläche an der Gehäuse-Außenseite und einer Durchgangsöffnung von der Gehäuse-Außenseite zur Gehäuse-Innenseite, auf. Das Brennstoffzellengehäuse weist ferner ein Haltebauteil mit einer Gegen-Lagerfläche zum Lagern des Haltebauteils an der Lagerfläche des Lagerbauteils und einem Haltebolzen zum Halten des Brennstoffzellenstapels in einer vordefinierten Position im Gehäusevolumen, auf, wobei sich der Haltebolzen durch die Durchgangsöffnung von der Gehäuse-Außenseite außerhalb des Gehäusevolumens zur Gehäuse-Innenseite und über die Gehäuse-Innenseite hinaus in das Gehäusevolumen hinein erstreckt. Zudem weist das Brennstoffzellengehäuse ein Klebemittel zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagefläche für eine Klebeverbindung zwischen dem Lagerbauteil und dem Haltebauteil auf.
Durch das Klebemittel kann auf einfache Weise eine robuste Halteverbindung zwischen dem Haltebauteil und dem Lagerbauteil geschaffen werden. Der Brennstoffzellenstapel kann damit entsprechend einfach, platzsparend und stabil im Brennstoffzellengehäuse bzw. in einem Gehäusevolumen des Brennstoffzellengehäuses gehalten und gegen Verrutschen und/oder Kippen gesichert werden.
Durch das Klebemittel wird vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Haltebauteil und dem Lagerbauteil hergestellt. D. h., eine stoffschlüssige Klebeverbindung kann zwischen dem Klebemittel und dem Haltebauteil sowie zwischen dem Klebemittel und dem Lagerbauteil bestehen, wobei das Klebemittel sandwichartig zwischen wenigstens einem Teil des Lagerbauteils und wenigstens einem Teil des Haltebauteils positioniert ist.
Der Haltebolzen erstreckt sich bevorzugt beabstandet von einer Innenumfangsfläche der Durchgangsöffnung durch die Durchgangsöffnung oder durch wenigstens einen Teil der Durchgangsöffnung hindurch. D. h., es besteht vorzugsweise kein mechanischer Kontakt zwischen einer Außenumfangsfläche des Haltebolzens und der Innenumfangsfläche der Durchgangsöffnung. Eine Dichtwirkung für eine fluidtechnische Abdichtung des Brennstoffzellengehäuses gegenüber einer Umgebung des Brennstoffzellengehäuses kann durch das Klebemittel realisiert werden und/oder sein. Unter dem Halten des Brennstoffzellenstapels im Gehäusevolumen kann insbesondere verstanden werden, dass der Brennstoffzellenstapel gegen Verrutschen und/oder Kippen im Gehäusevolumen gesichert ist und/oder wird. Der Haltebolzen kann stiftförmig, zapfenförmig und insbesondere zylinderförmig ausgestaltet sein. Das Haltebauteil und/oder der Haltebolzen bestehen vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium.
Das Lagerbauteil kann als Gehäusedeckel für das Brennstoffzellengehäuse ausgestaltet sein. Dass das Lagerbauteil eine Gehäuse-Außenseite aufweist kann dahingehend verstanden werden, dass das Lagerbauteil als ein Teil des Brennstoffzellengehäuses ausgestaltet ist, der einen Teil einer vom Brennstoffzellengehäuse weg zeigenden Außenseite des Brennstoffzellengehäuses und einen Teil einer zum Gehäusevolumen hinzeigenden Innenseite des Brennstoffzellengehäuses aufweist. Unter dem Lagerbauteil kann mithin ein Teil einer Gehäusewandung des Brennstoffzellengehäuses verstanden werden. Das Haltebauteil kann T-förmig und/oder pilzförmig ausgestaltet sein. Der Haltebolzen kann mithin in und/oder an einem ring- und/oder flanschförmigen Gegen-Lagerbauteil des Haltebauteils befestigt sein, wobei die Gegen-Lagerfläche am Gegen-Lagerbauteil gebildet ist. Darunter, dass die Gegen-Lagerfläche zum Lagern des Haltebauteils an der Lagerfläche des Lagerbauteils ausgestaltet ist soll insbesondere verstanden werden, dass die Gegen-Lagerfläche zum Lagern des Haltebauteils mit dem zwischen dem Haltebauteil und dem Lagerbauteil bzw. mit dem zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagerfläche positionierten Klebemittel ausgestaltet ist. D.h., die Lagerfläche kann durch das Klebemittel beabstandet von der Gegen-Lagerfläche angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Brennstoffzellengehäuse das Klebemittel eine Polymerfolie zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Lagerbauteil und dem Haltebauteil aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass eine Polymerfolie einfacher und insgesamt kostengünstiger als eine konventionelle Kleberschicht am Haltebauteil und/oder am Lagerbauteil positioniert werden kann. So kann bspw. eine vereinfachte Prozessführung durch den Einsatz einer vorgestanzten Polymerfolie erreicht werden. Das Haltebauteil kann mittels der Polymerfolie damit besonders einfach, kostengünstig und trotzdem stabil am Lagerbauteil befestigt werden. Die Polymerfolie kann einstückig oder mehrstückig bereitgestellt sein. D. h., das Klebemittel kann wenigstens eine Polymerfolie zum Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Lagerbauteil und dem Haltebauteil aufweisen. Wie vorstehend bereits erläutert, kann auch hier unter der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Lagerbauteil und dem Haltebauteil eine stoffschlüssige Verbindung verstanden werden, die durch das Klebemittel bzw. die Polymerfolie hergestellt ist. Mit anderen Worten, das Klebemittel kann eine Polymerfolie aufweisen, durch welche eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Lagerbauteil und dem Haltebauteil hergestellt ist. Polymerfolien lassen sich von diversen Herstellern applikationsspezifisch und passgenau beziehen, wobei sowohl die Dicke als auch eine Flächengestaltung grundsätzlich frei definiert werden können. Die Polymerfolie kann als Laminatfolie, insbesondere als anorganisch verstärkte Laminatfolie auf Epoxidbasis, ausgestaltet sein. Einmal auf der Lagerfläche und/oder der Gegen-Lagerfläche positioniert, kann die entsprechend andere Fläche bzw. das entsprechende Bauteil mit einer definierten Kraft gegengedrückt werden. Das Klebemittel bietet unter Verwendung der Polymerfolie und/oder als Polymerfolie ausgestaltet eine prozessschlanke und robuste Applikation für die gewünschte Befestigung des Haltebauteils am Lagerbauteil. Ein weiterer Vorteil der Polymerfolie ist es, dass durch ihre Dicke der Abstand zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagerfläche prozesssicher vorgegeben werden kann. Auf die Verwendung eines zusätzlichen und/oder separaten Abstandshalters kann bspw. verzichtet werden. Darüber hinaus gibt es bei der Verwendung der Polymerfolie keine Fließwege, sodass Lufteinschlüsse grundsätzlich nicht entstehen können. Die Polymerfolie ist bei einem Brennstoffzellengehäuse zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagerfläche bevorzugt ringförmig ausgestaltet. Damit kann auf einfache und materialsparende Weise eine Dichtwirkung an der Durchgangsöffnung erzielt werden. Die ringförmige Polymerfolie kann eine kreisförmige oder elliptische Außen- und/oder Innenumfangsfläche aufweisen. Die Polymerfolie kann eine Dicke in einem Bereich zwischen 100 µm und 200 µm, insbesondere in einem Bereich zwischen 130 µm und 160 µm, aufweisen.
Weiterhin ist es möglich, dass ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellengehäuse ein Abstandshaltemittel zum Halten eines vordefinierten Abstandes zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagerfläche aufweist, wobei das Abstandshaltemittel eine höhere Festigkeit als das Klebemittel, oder zumindest eine höhere Festigkeit als das Klebemittel in einem noch nicht ausgehärteten Zustand des Klebemittels, aufweist. Durch das Abstandshaltemittel kann der Abstand zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagerfläche auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden. Damit kann wiederum eine Klebeschichtdicke zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagerfläche auf ein entsprechendes bzw. gewünschtes Maß eingestellt werden. Die Schichtdicke bzw. die Gleichmäßigkeit der Klebeschicht hat Einfluss auf die Beständigkeit und Festigkeit der Klebung. Für eine zuverlässige Klebung wird eine möglichst konstante Schichtdicke bzw. eine gleichmäßig dicke Klebeschicht benötigt. Unter Verwendung des Abstandshaltemittels kann dies auf einfache und zuverlässige Weise erreicht und mithin eine hohe Lebensdauer für die Klebung zwischen dem Lagerbauteil und dem Haltebauteil erwartet werden. Das wenigstens eine Abstandshaltemittel kann grundsätzlich aus einem beliebigen Material wie Glas, Metall, Kunststoff, und/oder Keramik bestehen. Wichtig ist es, dass das Material zumindest zu einem Zeitpunkt, in welchem das Klebemittel noch nicht getrocknet bzw. ausgehärtet ist, eine höhere Festigkeit und/oder Härte als das Klebemittel aufweist. Auch die Form des Abstandshaltemittels kann grundsätzlich beliebig gewählt werden. Darüber hinaus kann das Abstandshaltemittel einteilig oder mehrteilig zur Verfügung gestellt werden bzw. sein.
Von Vorteil kann es sein, wenn bei einem Brennstoffzellengehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens ein Teil des Abstandshaltemittels zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagerfläche von dem Klebemittel umschlossen ist. Damit kann das Abstandshaltemittel durch das Klebemittel auf einfache und kostengünstige Weise in der gewünschten Position gehalten werden. Eine separate Befestigung des Abstandshaltemittels am Lagerbauteil und/oder am Haltebauteil ist nicht erforderlich. Das Abstandshaltemittel ist zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagerfläche bevorzugt vollständig von dem Klebemittel bzw. durch das Klebemittel umschlossen. D. h., eine Außenfläche des Abstandshaltemittels ist in dem Bereich zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagerfläche, also abgesehen von dem Teil der Außenfläche des Abstandshaltemittels, der die Lagerfläche und die Gegen-Lagerfläche berührt, bevorzugt vollständig mit Klebemittel bedeckt und/oder umschlossen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass das Abstandshaltemittel bei einem Brennstoffzellengehäuse zwischen der Lagerfläche und der Gegen-Lagerfläche mehrere, voneinander beabstandete Abstandshalteelemente aufweist. Damit lässt sich die Kraft des Abstandshaltemittels auf das Lagerbauteil und das Haltebauteil während der Verklebung des Haltebauteils mit dem Lagerbauteil gleichmäßig verteilen. Die Abstandshalteelemente weisen jeweils eine Länge, eine Breite und/oder eine Höhe in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 0,3 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,15 mm und 0,2 mm, beispielsweise ca. 0,16 mm oder ca. 0,17 mm, auf. Kugelförmige Abstandshalteelemente können einen entsprechenden Durchmesser aufweisen. Die Form der Abstandshalteelemente ist zwar grundsätzlich beliebig wählbar. Bevorzugt sind die Abstandshalteelemente allerdings kugelförmig, insbesondere als Glaskugeln, ausgestaltet. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Abstandshaltemittel mehrere zehn, mehrere hundert oder mehrere tausend Abstandshalteelemente aufweist. Die Abstandshalteelemente müssen nicht alle zwangsläufig beabstandet voneinander angeordnet sein. In der Praxis ist es möglich, dass manche Abstandshalteelemente beabstandet voneinander bereitgestellt sind und andere Abstandshalteelemente in demselben Brennstoffzellengehäuse aneinandergrenzen bzw. in mechanischem Kontakt zueinander stehen.
Darüber hinaus ist es bei einem Brennstoffzellengehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass das Klebemittel mehrere, voneinander beabstandete Klebepunkte aufweist. Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich überraschend herausgestellt, dass eine Verklebung mit mehreren, voneinander beabstandeten Klebepunkten Spannungen im verklebten Bereich zwischen dem Haltebauteil und dem Lagerbauteil reduzieren kann. Kritische Klebebeanspruchungen wie bspw. durch Scherung oder Schälung, verursachen in einem Randbereich der Klebestelle die größten Spannungen. Diese Spannungen im Randbereich sind regelmäßig hauptursächlich für eine übermäßige Beanspruchung der Klebestelle bzw. des Klebemittels, weshalb es an diesen Stellen bevorzugt zum Versagen der Klebeverbindung kommt. Indem keine übliche, durchgehende und/oder kreisrunde Klebung, sondern mehrere, voneinander beabstandete Klebepunkte verwendet werden, können der effektive Randbereich gestärkt und die Langlebigkeit der Verklebung erhöht werden. Darüber hinaus kann eine höhere Belastbarkeit der Klebeverbindung erreicht werden. Dadurch kann mit einer reduzierten Menge an Klebemittel eine weiterhin widerstandsfähige Klebeverbindung geschaffen werden. Ferner ist es bevorzugt, dass die Klebepunkte kreis- und/oder ringförmig angeordnet sind. D. h., nicht jeder einzelne Klebepunkt bildet eine Kreis- oder Ringform, sondern die Klebepunkte selbst bilden einen Kreis und/oder Ring bzw. sind auf einer Kreis-, Ellipsen-, oder geschlossenen Wellenbahn angeordnet. Unter der Kreis- und/oder Ringform kann demnach auch eine elliptische Form, eine eckige Form oder eine umlaufende Wellenform verstanden werden. Durch eine solche Anordnung kann eine materialsparende und trotzdem stabile Klebeverbindung zwischen dem Haltebauteil und dem Lagerbauteil geschaffen werden. Unter dem Klebepunkt kann vorliegend insbesondere eine scheibenförmige Klebefläche und/oder eine halbkugelförmige Klebstoffkuppe verstanden werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Brennstoffzelle mit einem wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellengehäuse und einem im Gehäusevolumen angeordneten Brennstoffzellenstapelmit einem Halteabschnitt zur Verfügung gestellt, wobei der Haltebolzen, zum Halten des Brennstoffzellenstapels in einer vordefinierten Position im Gehäusevolumen, im und/oder am Halteabschnitt positioniert ist. Damit bringt die erfindungsgemäße Brennstoffzelle die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Brennstoffzellengehäuse beschrieben worden sind.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Verfahren zum Herstellen eines wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellengehäuses vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Positionieren des Klebemittels an der Lagerfläche und/oder an der Gegen-Lagerfläche, und
- Aneinanderdrücken des Lagerbauteils und des Haltebauteils zum Verbinden des Lagerbauteils mit dem Haltebauteil durch das Klebemittel.

Damit bringt auch das erfindungsgemäße Verfahren die vorstehend beschriebenen Vorteile mit sich.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Verfahren das Klebemittel zum Verkleben des Lagerbauteils mit dem Haltebauteil mittels Infrarotbestrahlung ausgehärtet wird. Um eine möglichst hohe Adhäsion zu beiden Fügepartnern aufzubauen, ist eine gewisse Aushärtezeit erforderlich. Durch die Infrarotstrahlung kann die erforderliche Aushärtezeit effektiv und effizient verkürzt werden, ohne einen negativen Einfluss auf die Stabilität der späteren Klebeverbindung zu nehmen. Durch die Infrarotstrahlung kann außerdem der Vernetzungsprozess auf effektive Weise thermisch aktiviert und anschließend beschleunigt werden. Von besonderem Vorteil kann es sein, wenn die Aushärtung lokal durch gezielte Infrarotbestrahlung realisiert wird. D. h., verschiedene, voneinander beabstandete Teile des Klebemittels können mittels Infrarotstrahlung zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgehärtet werden.
Weiterhin ist es bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass die Abstandshalteelemente, dem Klebemittel beigemischt, zusammen mit dem Klebemittel an der Lagerfläche und/oder an der Gegen-Lagerfläche positioniert werden. Damit können das Klebemittel und die Abstandshalteelemente zeitsparend an die gewünschte Position gebracht werden. Die Mischung bestehend aus Klebemittel und Abstandshalteelementen kann vor dem Herstellungsverfahren vorbereitet werden. Hierbei kann eine bessere Durchmischung erreicht werden, als dies bei einer nachträglichen Zugabe der Abstandshalteelemente in ein bereits aufgetragenes Klebemittel der Fall wäre. Außerdem können durch das Auftragen einer Mischung bestehend aus Klebemittel und Abstandshalteelementen im Vergleich zu einem separaten Positionieren von Klebemittel und Abstandshalteelementen Zeit und somit auch Geld gespart werden.
Ferner kann das Klebemittel bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in Form der Klebepunkte an der Lagerfläche und/oder an der Gegen-Lagerfläche positioniert und/oder aufgetragen werden. Es hat sich gezeigt, dass sich Klebepunkte bspw. mittels eines Injektors oder Jetters einfacher als eine durchgehende Klebemittelbahn auftragen lassen. Beim Dispensen einer durchgehenden Klebemittelbahn müssen Anfang und Ende des Kreises bzw. der Klebemittelbahn derart ineinander übergehen, dass weder eine Stufe noch eine Mulde entstehen. Dies ist unter Berücksichtigung eines robusten Prozesses verfahrenstechnisch herausfordernd. Bei einzelnen Klebepunkten entfällt diese Anforderung. Die Klebepunkte können nacheinander oder gleichzeitig positioniert bzw. aufgetragen werden. Die Klebepunkte können ringförmig aufgetragen werden. D. h., die Klebepunkte können zusammen eine Ringform an der Lagerfläche und/oder der Gegenlagerfläche bilden. Die Ringform kann kreissegmentförmige, eckige und/oder wellenförmige Ringabschnitte aufweisen. D.h., die Klebepunkte können entsprechend positioniert und/oder aufgetragen werden. Die Klebepunkte weisen vorzugsweise jeweils die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Größe auf.
Bei einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung können die Klebepunkte beim Aneinanderdrücken des Lagerbauteils und des Haltebauteils stoffschlüssig miteinander verbunden werden. D. h., die Klebepunkte werden entsprechend mit ausreichend Klebemasse am Lagerbauteil und/oder am Haltebauteil aufgetragen. Dadurch können ein einfaches Auftragen des Klebemittels, und durch den anschließenden Klebemittelverbund trotzdem die vorstehend beschriebene Dichtfunktion durch den geschlossenen Klebemittelring, realisiert werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigen jeweils schematisch:

1 ein Brennstoffzellengehäuse gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ein Brennstoffzellengehäuse gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem verklebten Zustand,
3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Haltebauteils an einem Stapeldeckel eines Brennstoffzellenstapels,
4 ein Brennstoffzellengehäuse gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 ein Lagerbauteil mit Klebepunkten zum Erläutern eines Brennstoffzellengehäuses gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6 ein Lagerbauteil mit zusammengedrückten und miteinander verbundenen Klebepunkten zum Erläutern eines Brennstoffzellengehäuses gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 ein Lagerbauteil mit Klebepunkten zum Erläutern eines Brennstoffzellengehäuses gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
8 ein Flussdiagramm zum Erläutern eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Teil eines Brennstoffzellengehäuses 12 einer Brennstoffzelle gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Brennstoffzellengehäuse 12 weist ein Gehäusevolumen 26 auf, in welchem ein Brennstoffzellenstapel 11 gehalten werden soll. Hierzu weist das Brennstoffzellengehäuse 12 ein Lagerbauteil 13 in Form eines Gehäusedeckels für das Brennstoffzellengehäuse 12 mit einer Gehäuse-Außenseite 14, einer Gehäuse-Innenseite 15, einer Lagerfläche 16 an der Gehäuse-Außenseite 14 und einer Durchgangsöffnung 17 von der Gehäuse-Außenseite 14 zur Gehäuse-Innenseite 15 auf. Wie in 1 dargestellt, ist unter der Lagerfläche 16 der Teil der Gehäuse-Außenseite 14 zu verstehen, der sich zwischen den gestrichelten Linien befindet bzw. der sich in einer Projektion einer Gegen-Lagerfläche 19 des Haltebauteils 18 befindet. Das Brennstoffzellengehäuse 12 weist ferner ein Haltebauteil 18 mit einer Gegen-Lagerfläche 19 zum Lagern des Haltebauteils 18 an der Lagerfläche 16 des Lagerbauteils 13 und einen Haltebolzen 20 zum Halten des Brennstoffzellenstapels 11 im Brennstoffzellengehäuse 12 auf. Genauer gesagt weist das Haltebauteil 18 den Haltebolzen 20 und einen ring- und/oder flanschförmigen Lagerkörper 27 auf, an welchem die Gegen-Lagerfläche 19 ausgestaltet ist und an bzw. in welchem der Lagerbolzen form- und kraftschlüssig befestigt ist. Das Haltebauteil 18 ist dadurch T- bzw. pilzförmig ausgestaltet. Der Haltebolzen 20 erstreckt sich durch die Durchgangsöffnung 17 von der Gehäuse-Außenseite 14 zur Gehäuse-Innenseite 15 und über die Gehäuse-Innenseite 15 hinaus in das Gehäusevolumen 26 hinein.
Zwischen der Lagerfläche 16 und der Gegen-Lagefläche 19 ist ein Klebemittel 21 für eine Klebeverbindung zwischen dem Lagerbauteil 13 und dem Haltebauteil 18 gezeigt. Das Klebemittel 21 ist gemäß 1 als ringförmige Polymerfolie 22 zum Herstellen einer stoffschlüssigen Klebeverbindung zwischen dem Lagerbauteil 13 und dem Haltebauteil 18 bereitgestellt. Das Haltebauteil 18 und das Lagerbauteil 13 sind in 1 in einem noch nicht miteinander verklebten Zustand dargestellt. Erst in 2 ist das Brennstoffzellengehäuse 12 in einem Zustand gezeigt, in welchem der Lagerkörper 27 des Haltebauteils 18 durch das Klebemittel 21 bzw. durch die Polymerfolie 22 mit dem Lagerbauteil 13 verklebt ist. 3 zeigt das Haltebauteil 18 und den am Haltebauteil 18 befestigten Brennstoffzellenstapel 11 bzw. dessen Stapeldeckel in einer perspektivischen Ansicht.
4 zeigt ein Brennstoffzellengehäuse 12 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Gemäß der in 4 gezeigten Ausführungsform ist im Klebemittel 21 ein Abstandshaltemittel 23 zum Halten eines vordefinierten Abstandes zwischen der Lagerfläche 16 und der Gegen-Lagerfläche 19 positioniert, wobei das Abstandshaltemittel 23 eine höhere Festigkeit als das Klebemittel 21 aufweist. Das Abstandshaltemittel 23 weist zwischen der Lagerfläche 16 und der Gegen-Lagerfläche 19 mehrere, voneinander beabstandete Abstandshalteelemente 24 auf. Genauer gesagt weist das Abstandshaltemittel 23 eine Vielzahl der Abstandshalteelemente 24 auf, die zwischen der Lagerfläche 16 und der Gegen-Lagerfläche 19 jeweils von dem Klebemittel 21 umschlossen sind. In 4 sind zur Veranschaulichung Abstandshalteelemente 24 in verschiedenen Formen dargestellt. In der Praxis wird eine einheitliche Form bevorzugt. So können bspw. Glaskugeln mit einem Durchmesser von ca. 0,16 mm in das Klebemittel 21 gemischt und zusammen mit dem Klebemittel auf die Lagerfläche 16 aufgetragen werden.
Mit Bezug auf die 5 und 6 wird ein Brennstoffzellengehäuse 12 gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Dort weist das Klebemittel 21 mehrere, voneinander beabstandete Klebepunkte 25 auf bzw. ist in Form der Klebepunkte 25 bereitgestellt. Die Klebepunkte 25 weisen gemäß den 5 und 6 jeweils derart viel Klebstoff auf, dass sich der Klebstoff der Klebepunkte 25, wie in 6 dargestellt, bei einem Andrücken des Lagerkörpers 27 an das Haltebauteil 18 verbindet und einen geschlossenen Ring bildet, der gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel an der Gehäuse-Außenseite 14 konzentrisch zur Durchgangsöffnung 17 geformt ist.
Mit Bezug auf 7 wird ein Brennstoffzellengehäuse 12 gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Dort wurde bei den jeweiligen Klebepunkten 25 im Vergleich zur dritten Ausführungsform weniger Klebstoff verwendet, sodass die Klebepunkte 25 im verklebten Zustand des Lagerbauteils 13 mit dem Haltebauteil 18 weiterhin beabstandet voneinander sind. Die Klebepunkte 25 wurden an der Gegen-Lagerfläche 19 aufgetragen.
Mit Bezug auf 8 wird anschließend ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellengehäuses 12 beschrieben. In einem ersten Schritt S1 wird zunächst das Klebemittel 21 an der Lagerfläche 16 positioniert bzw. aufgetragen. Anschließend werden das Lagerbauteil 13 und das Haltebauteil 18, zum Herstellen einer Klebeverbindung zwischen dem Lagerbauteil 13 und dem Haltebauteil 18 durch das Klebemittel 21, für eine vorbestimmbare Zeit und mit einer vorbestimmbaren Kraft aneinandergedrückt. Sobald das Klebemittel 21 ausgehärtet ist, kann der Brennstoffzellenstapel 11 beabstandet vom Lagerbauteil 13 am Haltebolzen 20 positioniert und durch diesen gehalten bzw. vor einem Verrutschen im Gehäusevolumen 26 geschützt werden.
Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D. h., die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.
So kann das Klebemittel 21, zum Verkleben des Lagerbauteils 13 mit dem Haltebauteil 18, mittels Infrarotbestrahlung ausgehärtet werden. Außerdem ist es möglich, dass die Abstandshalteelemente 24, dem Klebemittel 21 beigemischt, zusammen mit dem Klebemittel 21 an der Lagerfläche 16 und/oder an der Gegen-Lagerfläche 19 aufgetragen werden. Darüber hinaus kann das Klebemittel 21 in Form der Klebepunkte 25 an der Lagerfläche 16 und/oder an der Gegen-Lagerfläche 19 positioniert werden. Ferner können die Klebepunkte beim Aneinanderdrücken des Lagerbauteils 13 und des Haltebauteils 18 stoffschlüssig miteinander verbunden werden.

Claims

Brennstoffzellengehäuse (12) mit einem Gehäusevolumen (26) zum Aufnehmen eines Brennstoffzellenstapels (11), aufweisend: - ein Lagerbauteil (13) mit einer Gehäuse-Außenseite (14), einer Gehäuse-Innenseite (15), einer Lagerfläche (16) an der Gehäuse-Außenseite (14) und einer Durchgangsöffnung (17) von der Gehäuse-Außenseite (14) zur Gehäuse-Innenseite (15), und - ein Haltebauteil (18) mit einer Gegen-Lagerfläche (19) zum Lagern des Haltebauteils (18) an der Lagerfläche (16) des Lagerbauteils (13) und einem Haltebolzen (20) zum Halten des Brennstoffzellenstapels (11) in einer vordefinierten Position im Gehäusevolumen (26), - wobei sich der Haltebolzen (20) durch die Durchgangsöffnung (17) von der Gehäuse-Außenseite (14) außerhalb des Gehäusevolumens (26) zur Gehäuse-Innenseite (15) und über die Gehäuse-Innenseite (15) hinaus in das Gehäusevolumen (26) hinein erstreckt, gekennzeichnet durch ein Klebemittel (21) zwischen der Lagerfläche (16) und der Gegen-Lagefläche (19) für eine Klebeverbindung zwischen dem Lagerbauteil (13) und dem Haltebauteil (18).
Brennstoffzellengehäuse (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel (21) eine Polymerfolie (22) zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Lagerbauteil (13) und dem Haltebauteil (18) aufweist.
Brennstoffzellengehäuse (12) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Abstandshaltemittel (23) zum Halten eines vordefinierten Abstandes zwischen der Lagerfläche (16) und der Gegen-Lagerfläche (19), wobei das Abstandshaltemittel (23) eine höhere Festigkeit als das Klebemittel (21), oder zumindest eine höhere Festigkeit als das Klebemittel (21) in einem noch nicht ausgehärteten Zustand des Klebemittels (21), aufweist.
Brennstoffzellengehäuse (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Abstandshaltemittels (23) zwischen der Lagerfläche (16) und der Gegen-Lagerfläche (19) von dem Klebemittel (21) umschlossen ist.
Brennstoffzellengehäuse (12) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandshaltemittel (23) zwischen der Lagerfläche (16) und der Gegen-Lagerfläche (19) mehrere, voneinander beabstandete Abstandshalteelemente (24) aufweist.
Brennstoffzellengehäuse (12) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel (21) mehrere, voneinander beabstandete Klebepunkte (25) aufweist.
Brennstoffzelle mit einem Brennstoffzellengehäuse (12) nach einem der voranstehenden Ansprüche und einem im Gehäusevolumen (26) angeordneten Brennstoffzellenstapel (11) mit einem Halteabschnitt (43), wobei der Haltebolzen (20), zum Halten des Brennstoffzellenstapels (11) in einer vordefinierten Position im Gehäusevolumen (26), im und/oder am Halteabschnitt (43) positioniert ist.
Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellengehäuses (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend die Schritte: - Positionieren des Klebemittels (21) an der Lagerfläche (16) und/oder an der Gegen-Lagerfläche (19), und - Aneinanderdrücken des Lagerbauteils (13) und des Haltebauteils (18) zum Verbinden des Lagerbauteils (13) mit dem Haltebauteil (18) durch das Klebemittel (21).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel (21) zum Verkleben des Lagerbauteils (13) mit dem Haltebauteil (18) mittels Infrarotbestrahlung ausgehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalteelemente (24) dem Klebemittel (21) beigemischt zusammen mit dem Klebemittel (21) an der Lagerfläche (16) und/oder an der Gegen-Lagerfläche (19) positioniert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebemittel (21) in Form der Klebepunkte (25) an der Lagerfläche (16) und/oder an der Gegen-Lagerfläche (19) positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebepunkte beim Aneinanderdrücken des Lagerbauteils (13) und des Haltebauteils (18) stoffschlüssig miteinander verbunden werden.