DE102021202718A1

DE102021202718A1 - Process arrangement for manufacturing a bipolar plate for a fuel cell

Info

Publication number: DE102021202718A1
Application number: DE102021202718.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian-Jan Stolpe; Thorsten Gläsner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2022-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung, mittels der aus einem Stahlblech-Substrat (1) eine Bipolarplatte (3) für eine Brennstoffzelle herstellbar ist, die eine strukturierte Oberfläche (5) mit eingeprägten Erhebungen und Vertiefungen sowie Kanälen zur Gasführung aufweist, wobei die Prozessanordnung eine Prägestufe (9) aufweist, in der die strukturierte Oberfläche (5) in das Stahlblech-Substrat (1) einprägbar ist, und eine Beschnittstufe (11) aufweist, in der im Stahlblech-Substrat (1) Innen- und Außenkonturen zuschneidbar sind unter Bildung der Bipolarplatte (3). Erfindungsgemäß weist die Prozessanordnung eine Transfereinheit (31) auf, die nach Abschluss der Präge- und Schneidoperationen in einem Transfervorgang die in der Prozessanordnung befindliche Bipolarplatte (3) mittels Unterdruck ergreift und zu einer Folgestation (41) transferiert.The invention relates to a process arrangement by means of which a bipolar plate (3) for a fuel cell can be produced from a sheet steel substrate (1), which has a structured surface (5) with embossed elevations and depressions and channels for gas routing, the process arrangement having an embossing stage (9) in which the structured surface (5) can be embossed into the sheet steel substrate (1), and has a trimming step (11) in which inner and outer contours can be cut to size in the sheet steel substrate (1) to form the bipolar plate (3). According to the invention, the process arrangement has a transfer unit (31) which, after the embossing and cutting operations have been completed, grips the bipolar plate (3) in the process arrangement in a transfer process using a vacuum and transfers it to a subsequent station (41).

Description

Die Erfindung betrifft eine Prozessanordnung zur Herstellung einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bipolarplatte nach Anspruch 10.The invention relates to a process arrangement for producing a bipolar plate for a fuel cell according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a bipolar plate according to claim 10.

Eine Brennstoffzellenanordnung weist in gängiger Praxis eine Vielzahl von in Serie geschalteten Brennstoffzellen auf. Die elektrische Kontaktierung von Anode und Kathode benachbarter Brennstoffzellen kann über eine Bipolarplatte erfolgen. Zudem können über eine strukturierte Oberfläche der Bipolarplatte Reaktionsgase zugeführt werden sowie Reaktionsprodukte abgeführt werden. Eine solche Bipolarplatte ist beispielhaft in der EP 1 978 583 B1 offenbart.In current practice, a fuel cell arrangement has a multiplicity of fuel cells connected in series. The anode and cathode of adjacent fuel cells can be electrically contacted via a bipolar plate. In addition, reaction gases can be supplied via a structured surface of the bipolar plate and reaction products can be discharged. Such a bipolar plate is exemplified in EP 1 978 583 B1 disclosed.

Die Bipolarplatte wird in einer gattungsgemäßen Prozessanordnung aus einem Stahlblech-Substrat hergestellt. Die Prozessanordnung weist eine Prägestufe auf, in der die strukturierte Oberfläche in das Stahlblech-Substrat eingeprägt wird. Zudem weist die Prozessanordnung eine Beschnittstufe auf, in der im Stahlblech-Substrat Innen- und Außenkonturen zuschneidbar sind, und zwar unter Bildung der Bipolarplatte.The bipolar plate is produced from a sheet steel substrate in a generic process arrangement. The process arrangement has an embossing stage in which the structured surface is embossed into the sheet steel substrate. In addition, the process arrangement has a trimming stage in which inner and outer contours can be cut to size in the sheet steel substrate, specifically with the formation of the bipolar plate.

Nach den Präge- und Schneideoperationen wird die Bipolarplatte in prozesstechnisch nachgeschalteten Bearbeitungsstationen weiter bearbeitet. Hierzu muss die Bipolarplatte aus der Beschnittstufe entnommen werden und den nachfolgenden Fertigungsprozessen zugeführt werden. Dies muss äußerst vorsichtig erfolgen, da Beschädigungen in der Bipolarplatte unbedingt vermieden werden müssen. Aufgrund der sehr dünnen Blechdicke der Bipolarplatte und dem damit einhergehenden instabilen Werkstoffverhalten ergeben sich schon bei geringfügiger mechanischer Belastung Verformungen in der Bipolarplatte, die zu einem Materialausschuss führen.After the embossing and cutting operations, the bipolar plate is further processed in downstream processing stations. To do this, the bipolar plate must be removed from the trimming stage and fed into the subsequent manufacturing processes. This must be done with extreme care, as damage to the bipolar plate must be avoided at all costs. Due to the very thin sheet metal thickness of the bipolar plate and the associated unstable material behavior, deformations in the bipolar plate occur even under slight mechanical stress, which lead to material waste.

Aus der DE 10 2009 059 765 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte bekannt. Aus der DE 10 2014 101 899 A1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen eines mehrlagigen Produkts bekannt.From the DE 10 2009 059 765 A1 a method for producing a bipolar plate is known. From the DE 10 2014 101 899 A1 a method and a device for producing a multi-layer product are known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Prozessanordnung bereitzustellen, mittels der die Bipolarplatte im Vergleich zum Stand der Technik prozesssicherer herstellbar ist.The object of the invention is to provide a process arrangement by means of which the bipolar plate can be produced with greater process reliability than in the prior art.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1 or 10. Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Die Erfindung geht von einer Prozessanordnung aus, mittels aus einem Stahlblech-Substrat eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle herstellbar ist. Die Bipolarplatte weist in gängiger Praxis eine strukturierte Oberfläche mit eingeprägten Erhebungen und Vertiefungen sowie Kanälen zur Gasführung auf. Die Prozessanordnung besteht aus einer Prägestufe, in der die strukturierte Oberfläche in das Stahlblech-Substrat eingeprägt wird. Anschließend wird das geprägte Blech mittels eines ziehenden Vorschubes dem nächsten Prozessschritt, der Beschnittstufe, zugeführt. In der Beschnittstufe werden im geprägten Stahlblech-Substrat Innen- und Außenkonturen zugeschnitten, und zwar unter Bildung der Bipolarplatte. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist die Prozessanordnung eine Transfereinheit auf, mittels der in besonders werkstoffschonender Handhabungstechnik die Bipolarplatte weiteren Fertigungsprozessen zugeführt werden kann. Hierzu ergreift die Transfereinheit nach Abschluss der Präge- und Schneidoperationen in einem Transfervorgang die in der Prozessanordnung befindliche Bipolarplatte mit Hilfe von Unterdruck und transferiert diese zu einer Folgestation. Der Transfer der Bipolarplatte erfolgt dabei bevorzugt ausschließlich mittels Unterdruck, das heißt ohne zusätzliche Spanneinheiten oder dergleichen.The invention is based on a process arrangement by means of which a bipolar plate for a fuel cell can be produced from a sheet steel substrate. In current practice, the bipolar plate has a structured surface with embossed elevations and depressions as well as channels for gas flow. The process arrangement consists of an embossing stage in which the structured surface is embossed into the sheet steel substrate. The embossed sheet is then fed to the next process step, the trimming stage, by means of a pulling feed. In the trimming stage, inner and outer contours are cut in the embossed sheet steel substrate, with the formation of the bipolar plate. According to the characterizing part of claim 1, the process arrangement has a transfer unit, by means of which the bipolar plate can be supplied to further production processes in a handling technique that is particularly gentle on the material. For this purpose, after the embossing and cutting operations have been completed, the transfer unit takes hold of the bipolar plate located in the process arrangement in a transfer process with the aid of negative pressure and transfers it to a subsequent station. In this case, the bipolar plate is preferably transferred exclusively by means of negative pressure, ie without additional clamping units or the like.

In einer technischen Umsetzung ist die Transfereinheit zum Start des Transfervorgangs in einer Ansaugstellung positioniert. In der Ansaugstellung befindet sich die Transfereinheit in vertikaler Flucht sowie mit einem freien Höhenversatz oberhalb der Bipolarplatte. Die Transfereinheit kann zumindest eine mit einer Unterdruckquelle verbindbare Ansaugöffnung aufweisen. Mit Hilfe der Ansaugöffnung kann die Bipolarplatte unter Aufbrauch des freien Höhenversatzes bis in Saugkontakt mit der Transfereinheit angesaugt werden. Die Bipolarplatte wird somit über einen Saughub bis in Saugkontakt mit der Transfereinheit angehoben.In a technical implementation, the transfer unit is positioned in a suction position at the start of the transfer process. In the suction position, the transfer unit is in vertical alignment and with a free height offset above the bipolar plate. The transfer unit can have at least one suction opening that can be connected to a vacuum source. With the help of the suction opening, the bipolar plate can be sucked in using the free height offset until it is in suction contact with the transfer unit. The bipolar plate is thus raised via a suction stroke until it is in suction contact with the transfer unit.

Im weiteren Transfer-Verlauf kann die Transfereinheit insbesondere in einer Horizontalebene über einen Transferweg zwischen der Ansaugstellung und einer Ablagestellung verstellt werden. Der Transferweg erfolgt unter Aufrechterhaltung der Saugwirkung auf die Bipolarplatte. Zum Ende des Transfervorgangs, das heißt in der Ablagestellung der Transfereinheit, wird die Saugwirkung deaktiviert. Auf diese Weise kann die Bipolarplatte positionsgenau in ihrem Ablageort abgelegt werden.In the further course of the transfer, the transfer unit can be adjusted, in particular in a horizontal plane, via a transfer path between the suction position and a deposit position. The transfer path occurs while maintaining suction on the bipolar plate. At the end of the transfer process, ie when the transfer unit is in the storage position, the suction effect is deactivated. In this way, the bipolar plate can be deposited in its storage location with the exact position.

Die Bipolarplatte liegt nach Abschluss der Präge- und Schneidoperationen auf einer Werkzeugfläche der Prozessanordnung. Diese kann zumindest eine mit einer Druckluftquelle verbindbare Druckluftöffnung aufweisen. Zur Unterstützung des Ansaugvorgangs kann somit die Unterseite der Bipolarplatte mit Druckluft aus der Druckluftöffnung beaufschlagt werden. Dadurch kann im Ansaugvorgang ein Druckausgleich an der Unterseite der Bipolarplatte erfolgen, der den Ansaugprozess unterstützt.After completion of the embossing and cutting operations, the bipolar plate lies on a tool surface of the process arrangement. This can have at least one compressed air opening that can be connected to a compressed air source. The underside of the bipolar plate can thus support the suction process be pressurized with compressed air from the compressed air opening. As a result, pressure can be equalized on the underside of the bipolar plate during the suction process, which supports the suction process.

Für die großserientaugliche Herstellung von Bipolarplatten ist es wichtig, dass ein kontinuierlicher Herstellungsprozess garantiert wird. Dies wird in der vorliegenden Erfindung durch einen mehrstufigen, hochautomatisierbaren Prozess und den Einsatz von Edelstahl als Stahlblech-Substrat sichergestellt. Das Stahlblech-Substrat kann beispielhaft eine einzelne Blechplatine sein, die fertigungstechnisch aufwendig über weitere Transfereinheiten zur Prägestufe und zur Schnittstufe transferiert werden muss. Alternativ dazu kann das Stahlblech-Substrat als Coilmaterial dem Fertigungsprozess zugeführt werden. Der Prozess kann aus zwei Stufen bestehen, nämlich der Prägestufe und der Beschnittstufe.For the large-scale production of bipolar plates, it is important that a continuous manufacturing process is guaranteed. In the present invention, this is ensured by a multi-stage, highly automatable process and the use of stainless steel as the sheet steel substrate. The sheet steel substrate can, for example, be a single sheet metal blank which, in terms of production technology, has to be transferred via further transfer units to the embossing stage and to the cutting stage. Alternatively, the sheet steel substrate can be fed into the manufacturing process as a coil material. The process can consist of two stages, namely the embossing stage and the trimming stage.

Das Coilmaterial kann in einer Serienpresse automatisiert der ersten Bearbeitungsstufe, dem sogenannten Prägeprozess, zugeführt werden. Hier werden alle umformtechnischen Spezifikationen in das Coilmaterial eingebracht. Nach der Prägestufe folgt die Beschnittstufe. Das geprägte Coilmaterial wird der Beschnittstufe vollautomatisiert zugeführt. Hier greift das Prinzip eines Folgeverbundwerkzeuges: Das geprägte Blech wird als Streifen direkt von der Prägestufe in die Beschnittstufe gezogen. Aufgrund der geringen Blechdicke und der sehr feinen Struktur muss die Positionierung in der Beschnittstufe hochgenau erfolgen. Auch die Prozessparameter beim Beschnitt des Stahlblech-Substrats unterliegen höchsten Genauigkeitsansprüchen. So hat sich ein Schneidspalt beim Scherschneiden von ca. 10 Prozent der Materialdicke als zielführend erwiesen, um möglichst eine Gratbildung zu vermeiden. Des Weiteren müssen hohe bauteilspezifische Maße und Toleranzen realisiert werden. Dieses erfordert ein Gesamtschneidwerkzeug, womit alle geforderten Außen- und Innenkonturen mit einem Pressenhub gleichzeitig hergestellt werden können. Nach der Beschnittstufe weist die Bipolarplatte ihre finale Geometrie auf und kann der Presse entnommen werden und nachgelagerten Prozessschritten zugeführt werden.The coil material can be automatically fed into the first processing stage, the so-called embossing process, in a series press. Here all technical forming specifications are incorporated into the coil material. After the embossing stage comes the trimming stage. The embossed coil material is fed fully automatically to the trimming stage. This is where the principle of a progressive die comes into play: the embossed sheet metal is pulled as a strip directly from the embossing stage to the trimming stage. Due to the low sheet thickness and the very fine structure, the positioning in the trimming stage must be extremely precise. The process parameters when trimming the sheet steel substrate are also subject to the highest demands for accuracy. A cutting gap of approx. 10 percent of the material thickness when shearing has proven to be effective in order to avoid burr formation as far as possible. Furthermore, high component-specific dimensions and tolerances must be implemented. This requires an overall cutting tool, with which all required outer and inner contours can be produced simultaneously with one press stroke. After the trimming stage, the bipolar plate has its final geometry and can be removed from the press and fed into downstream process steps.

Das Bandmaterial kann daher in einer Fertigungsrichtung von einer Abwickelstation durch die Prägestufe und durch die Beschnittstufe bis zu einer Aufwickelstation gezogen werden. In der Aufwickelstation kann das Bandmaterial als Materialausschuss auf einen Beschnittabfall-Coil aufgewickelt werden.The strip material can therefore be drawn in one production direction from an unwinding station through the embossing stage and through the trimming stage to a winding station. In the winding station, the strip material can be wound onto a trim waste coil as material waste.

In einer konkreten Ausführungsvariante kann die Prozessanordnung als eine zweistufige Pressenanlage realisiert sein. In der Pressenanlage kann die Prägestufe eine Umformpress mit einem ortsfesten Werkzeug-Unterteil und einem hubverstellbaren Werkzeug-Oberteil sein. Die Beschnittstufe kann ein hubverstellbares Schneidwerkzeug aufweisen, das mit der Werkzeugfläche beziehungsweise einer Schneidplatte zusammenwirkt. Bevorzugt kann sowohl das hubverstellbare Werkzeug-Oberteil als auch das hubverstellbare Schneidwerkzeug an einem gemeinsamen Pressenstößel angetrieben werden. Nach jedem gemeinsamen Hub wird daher das Bandmaterial in der Fertigungsrichtung um einen vordefinierten Zustellweg von der Prägestufe gefördert.In a specific embodiment variant, the process arrangement can be implemented as a two-stage press system. In the press system, the embossing stage can be a forming press with a stationary lower tool part and a stroke-adjustable upper tool part. The trimming step can have a stroke-adjustable cutting tool that interacts with the tool surface or a cutting plate. Both the stroke-adjustable tool upper part and the stroke-adjustable cutting tool can preferably be driven on a common press ram. After each joint stroke, the strip material is therefore conveyed in the production direction by a predefined infeed distance from the embossing stage.

Nach Abschluss der Schneidoperation in der Beschnittstufe ist die Bipolarplatte als ein Gutteil aus dem Stahlblech-Substrat, insbesondere dem Bandmaterial, zugeschnitten. Um einen prozesssicheren Transfervorgang zu gewährleisten, ist es bevorzugt, wenn der Beschnittabfall zumindest teilweise mittels Unterdruck auf der Werkzeugfläche gehalten wird. Hierzu kann in der Werkzeugfläche zumindest eine mit einer Unterdruckquelle verbindbare Ansaugöffnung ausgebildet sein, mittels der der Beschnittabfall mit Unterdruck beaufschlagbar ist.After completion of the cutting operation in the trimming stage, the bipolar plate is cut as a good part from the sheet steel substrate, in particular the strip material. In order to ensure a process-reliable transfer process, it is preferred if the trim waste is at least partially held on the tool surface by means of a vacuum. For this purpose, at least one suction opening, which can be connected to a vacuum source, can be formed in the tool surface, by means of which vacuum the trim waste can be subjected to vacuum.

Der Beschnittabfall kann zumindest teilweise Bestandteil des Bandmaterials bleiben, das auf das Beschnittabfall-Coil aufwickelbar ist. Um einen einwandfreien Vorschub zu gewährleisten, ist es bevorzugt, wenn im Bandmaterial quer zur Fertigungsrichtung beidseitig jeweils ein seitlicher Materialsteg als Beschnittabfall verbleiben.The trimmings can at least partially remain part of the strip material that can be wound onto the trimmings coil. In order to ensure problem-free feed, it is preferred if a lateral web of material is left on both sides of the strip material as trimming waste, transversely to the production direction.

Die Transfereinheit kann mit einer Kontaktfläche ausgebildet sein, in der die zumindest eine Ansaugöffnung positioniert ist. Die Kontaktfläche kann als Negativform der angesaugten Bipolarplatte ausgebildet sein, um eine formschlüssige Saug-Halterung der Bipolarplatte an der Transfereinheit zu gewährleisten. Zudem kann die Transfereinheit einen Mitnehmer aufweisen. Bei einer Beschleunigung der Transfereinheit in Richtung ihrer Ablagestellung kann mit Hilfe des Mitnehmers eine trägheitsbedingte Seitenverlagerung der angesaugten Bipolarplatte unterbunden werden.The transfer unit can be designed with a contact surface in which the at least one suction opening is positioned. The contact surface can be designed as a negative form of the suctioned bipolar plate in order to ensure a form-fitting suction mounting of the bipolar plate on the transfer unit. In addition, the transfer unit can have a driver. When the transfer unit is accelerated in the direction of its storage position, a lateral displacement of the sucked-on bipolar plate caused by inertia can be prevented with the aid of the driver.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

1 eine Anlagenskizze einer zweistufigen Pressenanlage;
2 in einer Ansicht von oben das Bandmaterial nach erfolgter Schneidoperation.
3 bis 6 jeweils Ansichten zur Veranschaulichung des Transfervorgangs.

Show it:

1 a system sketch of a two-stage press system;
2 in a view from above the strip material after the cutting operation.
3 until 6 each view to illustrate the transfer process.

In der 1 ist eine zweistufige Pressenanlage gezeigt, mittels der aus einem Stahlblech-Substrat 1 eine Bipolarplatte 3 für eine Brennstoffzelle herstellbar ist. Die Bipolarplatte 3 kann eine sehr dünne Blechdicke im Bereich von 0,075 mm aufweisen und ist mit einer strukturierten Oberfläche 5 mit eingeprägten Erhebungen und Vertiefungen sowie Kanälen zur Gasführung versehen. Zudem weist die Bipolarplatte 3 Blechausschnitte 7 auf.In the 1 a two-stage press system is shown, by means of which a bipolar plate 3 for a fuel cell can be produced from a sheet steel substrate 1 . The bipolar plate 3 can have a very thin sheet metal thickness in the range of 0.075 mm and is provided with a structured surface 5 with embossed elevations and depressions as well as channels for gas flow. In addition, the bipolar plate 3 has sheet metal cutouts 7 .

Die zweistufige Pressenanlage besteht aus einer Prägestufe 9 und einer Beschnittstufe 11. In der 1 ist die Prägestufe 9 als eine Umformpresse realisiert, und zwar mit einem ortsfesten Werkzeug-Unterteil 13 und einem hubverstellbaren Werkzeug-Oberteil 15. Die Beschnittstufe 11 ist mit einem hubverstellbaren Schneidwerkzeug 17 realisiert, das mit einer unteren Werkzeugfläche beziehungsweise Schneidplatte 19 zusammenwirkt. Sowohl das hubverstellbare Werkzeug-Oberteil 15 als auch das hubverstellbare Schneidwerkzeug 17 sind mit einem gemeinsamen (nicht gezeigten) Pressenstößel antreibbar. Die strukturierte Oberfläche 5 der Bipolarplatte 2 wird in der Prägestufe 9 in das Bandmaterial 1 geformt, während in der Beschnittstufe 11 im Bandmaterial 1 Innen- und Außenkonturen geschnitten werden, und zwar unter Bildung der Bipolarplatte 3.The two-stage press system consists of an embossing stage 9 and a trimming stage 11. In the 1 the embossing stage 9 is implemented as a forming press, with a stationary lower tool part 13 and a stroke-adjustable upper tool part 15. The trimming stage 11 is realized with a stroke-adjustable cutting tool 17, which interacts with a lower tool surface or cutting plate 19. Both the stroke-adjustable tool upper part 15 and the stroke-adjustable cutting tool 17 can be driven with a common press ram (not shown). The structured surface 5 of the bipolar plate 2 is shaped into the strip material 1 in the embossing stage 9, while inner and outer contours are cut in the strip material 1 in the trimming stage 11, with the formation of the bipolar plate 3.

In der 1 ist das Stahlblech-Substrat 1 ein auf ein Coil 21 aufgewickeltes Bandmaterial, das in einer Fertigungsrichtung F von einer Abwickelstation 23 durch die Prägestufe 9 und durch die Beschnittstufe 11 bis zu einer Aufwickelstation 25 führbar ist. In der Aufwickelstation 25 wird das Bandmaterial 1 als Materialausschuss auf einem Beschnittabfall-Coil 27 aufgewickelt. Die das Beschnittabfall-Coil 27 der Aufwickelstation 25 wird mittels eines nicht gezeigten Vorschubgeräts angetrieben, damit das Bandmaterial 1 in Fertigungsrichtung durch die Pressenanlage gezogen wird.In the 1 the sheet steel substrate 1 is a strip material wound onto a coil 21, which can be guided in a production direction F from an unwinding station 23 through the embossing stage 9 and through the trimming stage 11 to a winding station 25. In the winding station 25, the strip material 1 is wound onto a trimmings coil 27 as scrap material. The trimmings coil 27 of the winding station 25 is driven by a feed device, not shown, so that the strip material 1 is pulled through the press system in the production direction.

In der 2 ist das Bandmaterial 1 in einer Ansicht von oben nach erfolgter Schneidoperation gezeigt. Demnach ist die Bipolarplatte 3 als ein Gutteil aus dem Bandmaterial 1 zugeschnitten. Im Bandmaterial 1 verbleibt quer zur Fertigungsrichtung F beidseitig jeweils ein seitlicher Materialsteg 29 als Beschnittabfall, der auf den Beschnittabfall-Coil 21 aufgewickelt wird. Weitere Beschnittabfälle können über einen nicht gezeigten Abfallschacht in der unteren Werkzeugfläche 19 in Richtung Materialausschuss abgeführt werden.In the 2 the strip material 1 is shown in a view from above after the cutting operation has taken place. Accordingly, the bipolar plate 3 is cut out of the strip material 1 as a good part. A lateral web of material 29 remains in the strip material 1 on both sides transversely to the production direction F as trim waste, which is wound onto the trim waste coil 21 . Further trimmings can be discharged in the direction of waste material via a waste chute (not shown) in the lower tool surface 19 .

Der Kern der Erfindung besteht in einer Transfereinheit 31, mittels der nach Abschluss der Präge- und Schneidoperationen in einem Transfervorgang die Bipolarplatte 3 mittels Unterdruck ergriffen wird und zu einer Folgestation 41 transferiert wird. Gemäß der 3 weist die Transfereinheit 31 eine Greiferplatte 33 auf, die in einer Horizontalebene zwischen einer Ansaugstellung I (3 oder 4) über einen Transferweg Δt zu einer Ablagestation II (6) verstellbar ist. Die Greiferplatte 33 der Transfereinheit 31 ist in der Ansaugstellung I (3 oder 4) in vertikaler Flucht sowie mit einem freien Höhenversatz Δh oberhalb der auf der Werkzeugfläche 19 positionierten Bipolarplatte 3 angeordnet. Der Transfereinheit 31 sind in der 3 insgesamt drei Ansaugöffnungen 35 zugeordnet, die mit einer Unterdruckquelle 40) verbindbar sind. Mittels der Ansaugöffnungen 35 in der Greiferplatte 33 kann die Bipolarplatte 3 unter Aufbrauch des Höhenversatzes Δh bis in Saugkontakt mit der Greiferplatte 33 angesaugt werden.The core of the invention consists in a transfer unit 31, by means of which, after the embossing and cutting operations have been completed, the bipolar plate 3 is gripped in a transfer process by means of a vacuum and is transferred to a subsequent station 41. According to the 3 the transfer unit 31 has a gripper plate 33 which is positioned in a horizontal plane between a suction position I ( 3 or 4 ) via a transfer path Δt to a storage station II ( 6 ) is adjustable. The gripper plate 33 of the transfer unit 31 is in the suction position I ( 3 or 4 ) in vertical alignment and with a free height offset Δh above the bipolar plate 3 positioned on the tool surface 19 . The transfer unit 31 are in the 3 assigned a total of three intake ports 35, which can be connected to a vacuum source 40). By means of the suction openings 35 in the gripper plate 33, the bipolar plate 3 can be sucked in using up the height offset Δh until it is in suction contact with the gripper plate 33.

Zudem sind der Transfereinheit 31 Druckluftöffnungen 37 zugeordnet, die in der Werkzeugfläche 19 ausgebildet sind und mit einer Druckluftquelle 42 verbindbar sind. Ferner sind der Transfereinheit 31 später beschriebene Ansaugöffnungen 39 zugeordnet, die ebenfalls in der Werkzeugfläche 19 positioniert sind und mittels einer Unterdruckquelle 40 verbindbar sind.In addition, the transfer unit 31 is assigned compressed air openings 37 which are formed in the tool surface 19 and can be connected to a compressed air source 42 . Furthermore, the transfer unit 31 is associated with suction openings 39 described later, which are also positioned in the tool surface 19 and can be connected by means of a vacuum source 40 .

Nachfolgend wird anhand der 4 bis 6 ein Transfervorgang beschrieben, bei dem die Transfereinheit 31 die Bipolarplatte 3 zu einer Folgestation 41 transferiert und dort positionsgenau ablegt. Zum Start des Transfervorgangs (4) wird über die Ansaugöffnungen 35 in der Greiferplatte 33 die Bipolarplatte 3 bis in Saugkontakt mit der Greiferplatte 33 angesaugt, und zwar unterstützt durch die Druckluftquelle 42, um somit einen aktiven Ausgleich des unter der Bipolarplatte 3 entstehenden Unterdrucks zu gewährleisten. Somit werden mögliche Beschädigungen der Bipolarplatte 3, hervorgerufen durch den Unterdruck, vermieden.The following is based on the 4 until 6 a transfer process is described in which the transfer unit 31 transfers the bipolar plate 3 to a subsequent station 41 and deposits it there in the exact position. To start the transfer process ( 4 ) the bipolar plate 3 is sucked in via the suction openings 35 in the gripper plate 33 until it is in suction contact with the gripper plate 33, supported by the compressed air source 42 in order to ensure active compensation of the negative pressure arising under the bipolar plate 3. In this way, possible damage to the bipolar plate 3 caused by the negative pressure is avoided.

Die Greiferplatte 33 weist eine Kontaktfläche 43 auf, die in etwa als Negativform der angesaugten Bipolarplatte 3 ausgebildet ist. Zudem weist die Greiferplatte 33 einen Mitnehmer 45 auf, der bei Beschleunigung der Greiferplatte 33 in Richtung ihrer Ablagestellung II eine trägheitsbedingte Seitenverlagerung der angesaugten Bipolarplatte 3 unterbindet. Die Bipolarplatte 3 wird alleine durch Saugwirkung über den Transferweg Δt (5) bis in die Ablagestellung II der Transfereinheit 31 verstellt. Zum Ende des Transfervorgangs (6), das heißt in der Ablagestellung II der Transfereinheit 31, wird die Saugwirkung deaktiviert, wodurch die Bipolarplatte 3 positionsgenau auf ihrem Ablageort in der Folgestation 41 fällt.The gripper plate 33 has a contact surface 43 which is designed approximately as a negative form of the bipolar plate 3 that has been sucked in. In addition, the gripper plate 33 has a driver 45 which, when the gripper plate 33 is accelerated in the direction of its storage position II, prevents lateral displacement of the sucked-on bipolar plate 3 caused by inertia. The bipolar plate 3 is transported solely by suction via the transfer path Δt ( 5 ) to the storage position II of the transfer unit 31 adjusted. At the end of the transfer process ( 6 ), i.e. in the storage position II of the transfer unit 31, the suction effect is deactivated, as a result of which the bipolar plate 3 falls precisely on its storage location in the subsequent station 41.

BezugszeichenlisteReference List

11: Stahlblech-Substratsheet steel substrate
33: Bipolarplattebipolar plate
55: strukturierte Oberflächetextured surface
77: Blechausschnittesheet metal cutouts
99: Prägestufeembossing level
1111: Beschnittstufebleed level
1313: Werkzeugunterteiltool base
1515: Werkzeugoberteiltool top
1717: Schneidwerkzeugcutting tool
1919: Werkzeugflächetool surface
2121: Coilcoil
2323: Abwickelstationunwind station
2525: Aufwickelstationwinding station
2727: Beschnittabfall-CoilTrim waste coil
2929: Materialstegematerial webs
3131: Transfereinheittransfer unit
3333: Greiferplattegripper plate
3535: Ansaugöffnungensuction openings
3737: Druckluftöffnungencompressed air openings
3939: Ansaugöffnungensuction openings
4040: Unterdruckquellevacuum source
4141: Folgestationnext station
4242: Druckluftquellecompressed air source
4343: Kontaktflächecontact surface
4545: Mitnehmerdriver
II: Ansaugstellungintake position
IIII: Ablagestellungstorage position
ΔtΔt: Transferwegtransfer way
ΔhΔh: Höhenversatzheight offset
Ff: Fertigungsrichtungmanufacturing direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 1978583 B1 [0002]
DE 102009059765 A1 [0005]
DE 102014101899 A1 [0005]

Claims

Process arrangement by means of which a bipolar plate (3) for a fuel cell can be produced from a sheet steel substrate (1), which has a structured surface (5) with embossed elevations and depressions and channels for gas routing, the process arrangement having an embossed step (9). , in which the structured surface (5) can be embossed into the sheet steel substrate (1) and has a trimming step (11) in which inner and outer contours can be cut to size in the sheet steel substrate (1), forming the bipolar plate (3) , characterized in that the process arrangement has a transfer unit (31) which, after completion of the embossing and cutting operations, grips the bipolar plate (3) located in the process arrangement in a transfer process by means of a vacuum and transfers it to a subsequent station (41).

process arrangement claim 1 , characterized in that the transfer unit (31) is positioned at the start of the transfer process in a suction position (I), in which the transfer unit (31) is in vertical alignment and with a free height offset (Δh) above the bipolar plate (3), and that in particular the transfer unit (31) has at least one suction opening (35) which can be connected to a vacuum source (40) and by means of which the bipolar plate (3) can be suctioned using the height offset (Δh) until it is in suction contact with the transfer unit (31).

process arrangement claim 2 , characterized in that the transfer unit (31) can be adjusted, in particular in a horizontal plane, over a transfer path (Δt) between its suction position (I) and a deposit position (II), while maintaining the suction effect on the bipolar plate (3), and that at the end of the transfer process, i.e. in the storage position (II) of the transfer unit (31), the suction effect can be deactivated, as a result of which the bipolar plate (3) can be deposited in its storage location with precise positioning.

Process arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the bipolar plate (3) after completion of the embossing and cutting operations lies on a tool surface (19) which has at least one compressed air opening (37) which can be connected to a compressed air source (42), and that for Compressed air from the compressed air opening (37) can be applied to the underside of the bipolar plate (3) to support the suction process, so that pressure is equalized on the underside of the bipolar plate (3) during the suction process.

Process arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet steel substrate (1) is a strip material which can be wound onto a coil (21) and which is fed in a production direction (F) from an unwinding station (23) through the embossing stage (9) and through the trimming stage (11) can be guided up to a winding station (25) in which the strip material (1) can be wound up as scrap material (29) on a trim waste coil (27).

Process arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the process arrangement is a two-stage press system in which the embossing stage (9) is implemented as a forming press with a stationary lower tool part (13) and an upper tool part (15) with an adjustable stroke, and in which the trimming step (11) is realized with a stroke-adjustable cutting tool (17) which interacts with the tool surface (19) or cutting plate, and that in particular the stroke-adjustable tool upper part (15) and the stroke-adjustable cutting tool (17) are supported by a common press ram are drivable.

Process arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that after the cutting operation the bipolar plate (3) can be cut to size as a good part from the sheet steel substrate, in particular the strip material (1), and in that in particular during the transfer process the trimming waste is at least partially removed by means of a vacuum is held on the tool surface (19), and in that in particular the vacuum can be acted upon via at least one suction opening (39) formed in the tool surface (19) and which can be connected to a vacuum source (40).

process arrangement claim 7 , characterized in that the trimmings (29) remain at least partially part of the strip material (1) which can be wound onto the trimmings coil (27).

process arrangement claim 8 , characterized in that after the cutting operation, the bipolar plate (3) can be removed as a good part from the strip material (1), and that in the strip material (1), viewed transversely to the production direction (F), there is a lateral material web (29) on both sides as trimming waste remains.

Method for producing a bipolar plate (3) in a process arrangement according to one of the preceding claims.