DE102021206224A1 - Maske für ein Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur, Verfahren sowie System zum Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur - Google Patents

Maske für ein Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur, Verfahren sowie System zum Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur Download PDF

Info

Publication number
DE102021206224A1
DE102021206224A1 DE102021206224.5A DE102021206224A DE102021206224A1 DE 102021206224 A1 DE102021206224 A1 DE 102021206224A1 DE 102021206224 A DE102021206224 A DE 102021206224A DE 102021206224 A1 DE102021206224 A1 DE 102021206224A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mask
base body
spray nozzle
surface side
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021206224.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Kuntzer
Lukas Loeber
Igor Laptev
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102021206224.5A priority Critical patent/DE102021206224A1/de
Priority to PCT/EP2022/065094 priority patent/WO2022263196A1/de
Publication of DE102021206224A1 publication Critical patent/DE102021206224A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/16—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling the spray area
    • B05B12/20—Masking elements, i.e. elements defining uncoated areas on an object to be coated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/16—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area for controlling the spray area
    • B05B12/20—Masking elements, i.e. elements defining uncoated areas on an object to be coated
    • B05B12/22—Masking elements, i.e. elements defining uncoated areas on an object to be coated movable relative to the spray area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1481—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material
    • B05B7/1486—Spray pistols or apparatus for discharging particulate material for spraying particulate material in dry state
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/01—Selective coating, e.g. pattern coating, without pre-treatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/1606—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air
    • B05B7/1613—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed
    • B05B7/162—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed and heat being transferred from the atomising fluid to the material to be sprayed
    • B05B7/1626—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed the spraying of the material involving the use of an atomising fluid, e.g. air comprising means for heating the atomising fluid before mixing with the material to be sprayed and heat being transferred from the atomising fluid to the material to be sprayed at the moment of mixing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B1/00—Cleaning by methods involving the use of tools
    • B08B1/10—Cleaning by methods involving the use of tools characterised by the type of cleaning tool
    • B08B1/12—Brushes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B5/00—Cleaning by methods involving the use of air flow or gas flow
    • B08B5/04—Cleaning by suction, with or without auxiliary action

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Details Or Accessories Of Spraying Plant Or Apparatus (AREA)

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (100) mit einer Struktur (16), wobei das Bauteil (100) für einen Brennstoffzellenstapel ist, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:- Bereitstellen (210) eines Grundkörpers (10),- Bereitstellen (214) einer Maske (20), die nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist,- Anordnen (215) der Maske (20) zwischen dem Grundkörper (10) und zumindest einer Spritzdüse (312a, 312b) wenigstens einer Spritzvorrichtung (310),- Schießen (216) zumindest eines Werkstoffstrahls (15a, 15b) mittels der Spritzdüse (312a, 312b) der Spritzvorrichtung (310) durch die Ausnehmung (27a, 27b) der Maske (20) zum Anordnen eines Strukturwerkstoffes (14a, 14b) des Werkstoffstrahls (15a, 15b) an zumindest eine Oberflächenseite (11) des Grundkörpers (10), um das Bauteil (100) mit der an der Oberflächenseite (11) des Grundkörpers (10) erzeugten Struktur (16) herzustellen.

Description

  • Stand der Technik
  • Heutzutage werden verschiedene Verfahren zur Herstellung von Strukturen, bspw. einer Struktur einer Bipolarplatte für einen Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems, einer komplexen Kühlstruktur eines Kühlkörpers oder einer Verstärkungsstruktur eines Verstärkungskörpers verfolgt.
  • Eines dieser Verfahren zum Herstellen einer Struktur nutzt pulverbettbasierte Anlagen mit einem Laser für ein Schmelzen eines Pulvers zum additiven Aufbau gewünschter Körper bzw. Strukturen. Nachteiligerweise können mittels pulverbettbasierter Prozesse bzw. Anlagen heutzutage Körper oder eine Struktur auf einem Körper nur aus einem einzigen Pulvermaterial aufgebaut werden, da nicht verschmolzenes Pulver in einer Prozesskammer der Anlage aus wirtschaftlichen Gründen sortenrein wiederverwendet wird.
  • Ein weiteres additives Fertigungsverfahren ist das Kaltgasspritzen. Beim Kaltgasspritzen wird ein Beschichtungswerkstoff in Pulverform auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und durch den Aufprall auf ein Substrat mit dem Substrat verbunden. Nachteiligerweise können bei einem direkten Aufspritzen des Beschichtungswerkstoffes auf einen Körper nur grobe Strukturen auf dem Körper aufgebracht werden. Insbesondere flache, feine Strukturen wie eine Oberflächenmodifikation oder eine Strukturierung einer Bipolarplatte wie ein Flussfeld einer Bipolarplatte oder ein flacher Kühlkörper können mit herkömmlichen Kaltgasspritzverfahren nicht effizient hergestellt werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung zeigt eine Maske gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 sowie ein System gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Maske beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen System und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Maske für ein Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur, wobei das Bauteil für einen Brennstoffzellenstapel ist, wobei die Maske zumindest eine Ausnehmung von einer Oberseite der Maske bis zu einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite der Maske aufweist.
  • Die Maske wird insbesondere für das Herstellen der Struktur an einer Oberflächenseite eines Grundkörpers des Bauteils verwendet, wobei insbesondere die Struktur mittels eines Kaltgasspritzverfahrens erzeugt wird. Mit anderen Worten kann mithilfe der Maske an der Oberflächenseite eines Grundkörpers eine Struktur angeordnet werden, wobei der Grundkörper zusammen mit der an der Oberflächenseite des Grundkörpers angeordneten Struktur das Bauteil bildet.
  • Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Maske zum Herstellen eines Bauteils für einen Brennstoffzellenstapel, bspw. einer Bipolarplatte oder einer Bipolarplattenhälfte, verwendet werden.
  • Vorzugsweise sind die erfindungsgemäße Maske bzw. das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße System zum Herstellen einer Bipolarplatte bzw. einer Bipolarplattenhälfte als Bauteil für eine Brennstoffzelle bzw. einen Brennstoffzellenstapel. Es ist auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Maske bzw. das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße System zum Herstellen eines Kühlkörpers und/oder zum Herstellen eines Verstärkungskörpers sind.
  • Die Maske ist insbesondere eine Dauerform. Die Dauerform kann mehrfach wiederverwendet werden. Außerdem kann die Maske insbesondere plattenförmig ausgebildet sein. Die plattenförmige Maske weist insbesondere die Oberseite der Maske als eine erste Plattenseite der Maske und die der Oberseite gegenüberliegende Unterseite der plattenförmigen Maske als eine zweite Plattenseite der Maske auf. Somit ist die Maske besonders einfach handhabbar. Die zumindest eine Ausnehmung kann als ein Durchbruch verstanden werden. Die Maske weist insbesondere eine Vielzahl an einzelnen Ausnehmungen auf für ein Erzeugen der Struktur an der Oberflächenseite des Grundkörpers. Die einzelnen Ausnehmungen der Vielzahl an Ausnehmungen können insbesondere voneinander getrennt ausgebildet sein, wobei sich die Ausnehmungen jeweils insbesondere von der Unterseite bis zur gegenüberliegenden Oberseite der Maske erstrecken. Die Maske kann insbesondere auch als eine Schablone verstanden werden. Die Ausnehmungen können insbesondere unterschiedlich ausgestaltet sein, je nachdem welche Struktur an der Oberfläche des Grundkörpers erzeugt werden soll.
  • Vorteilhafterweise kann durch das Schießen des Werkstoffstrahls durch die Ausnehmung der Maske zumindest eine Zustandsgröße des Werkstoffstrahls verändert werden für das Erzeugen der Struktur des Bauteils. Vorzugsweise wird zumindest der Durchmesser als Zustandsgröße und/oder die Geschwindigkeit des Werkstoffstrahls durch das Schießen durch die Ausnehmung der Maske verändert, insbesondere verkleinert. Insbesondere durch ein Verkleinern des Durchmessers des Werkstoffstrahls können Strukturen, insbesondere flache Strukturen, somit vorteilhafterweise besonders fein auf einer Oberflächenseite eines Grundkörpers erzeugt werden. Zum Verändern zumindest einer Zustandsgröße, wie bspw. Durchmesser und/oder Geschwindigkeit, des Werkstoffstrahls ändert sich vorzugsweise eine Querschnittsfläche der Ausnehmung der Maske entlang einer Richtung von der Oberseite der Maske zu der Unterseite der Maske. Die Oberseite der Maske ist insbesondere die (Platten-)Seite der Maske, welche einer Spritzdüse einer Spritzvorrichtung zugewandt ist. Somit kann eine Geschwindigkeit des Werkstoffstrahls, insbesondere eine Geschwindigkeit von Strukturwerkstoffpartikel, als Zustandsgröße und/oder ein Durchmesser des Werkstoffstrahls als Zustandsgröße des Werkstoffstrahls verändert werden. Insbesondere kann sich die Querschnittsfläche der Ausnehmung der Maske entlang der Richtung von der Oberseite der Maske zu der Unterseite der Maske verringern. Somit kann auf einfache Weise der Durchmesser des Werkstoffstrahls verkleinert werden und besonders flache, feine Strukturen können auf einer Oberflächenseite eines Grundkörpers erzeugt werden. Die Ausnehmung, welche entlang der Richtung von der Oberseite der Maske zu der Unterseite der Maske eine sich verringernde Querschnittsfläche aufweist, kann bspw. spitz oder im Wesentlichen spitz zulaufen. Die spitz zulaufende Ausnehmung kann trichterförmig oder im Wesentlichen trichterförmig sein.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn eine erfindungsgemäße Maske zumindest abschnittsweise, insbesondere zumindest abschnittsweise an der Oberseite der Maske, elastisch ausgebildet ist. Vorteilhafterweise kann somit die kinetische Energie des Strukturwerkstoffes des Werkstoffstrahls, insbesondere die kinetische Energie der Strukturwerkstoffpartikel des Strukturwerkstoffes, von der elastischen Maske aufgenommen werden und wieder an den Strukturwerkstoff, insbesondere die Strukturwerkstoffpartikel, zurückgegeben werden. Ein Verschmutzen der Maske kann somit vermindert werden, vorzugsweise verhindert werden. Insbesondere kann die Maske zumindest ein Polymer wie bspw. Hochleistungskunststoff auf Polyurea-Basis aufweisen, um elastisch zu sein. Ferner weist die Maske insbesondere zumindest an der Oberseite der Maske eine elastische Schicht auf. Insbesondere ist die elastische Schicht eine Polymer-Schicht. Eine Maske mit einer elastischen Schicht an der Oberseite der Maske kann besonders einfach ausgebildet sein, wobei insbesondere die Oberseite der Maske während dem Schießen des Werkstoffstrahls der Spritzdüse der Spritzvorrichtung zugewandt ist. Es ist auch denkbar, dass die Maske (vollständig) zumindest aus einem Polymer wie bspw. Hochleistungskunststoff auf Polyurea-Basis ist bzw. besteht, um elastisch zu sein. Das Reflektieren des Strukturwerkstoffes des Werkstoffstrahls zum Verhindern des Verschmutzens der Maske kann somit besonders vorteilhaft sein.
  • Vorteilhafterweise kann eine erfindungsgemäße Maske zumindest abschnittsweise, insbesondere zumindest abschnittsweise an der Oberseite, eine keramische Beschichtung und/oder eine Polymer-Schicht aufweisen. Vorteilhafterweise kann somit ein Verschmutzen der Maske vermindert werden, vorzugsweise verhindert werden. Die keramische Beschichtung ist insbesondere eine keramische Verschleißschutzbeschichtung, wobei die Verschleißschutzbeschichtung insbesondere zumindest ein Material aus der Gruppe der Verschleißschutzmaterialien wie bspw. Al2O3, TiO2 und Cr2O3 aufweist. Vorzugsweise besteht die Beschichtung aus zumindest einem Material aus der Gruppe der Verschleißschutzmaterialien. Die Polymer-Schicht weist insbesondere ein Polymer wie bspw. Hochleistungskunststoff auf Polyurea-Basis auf. Vorzugsweise ist die Polymer-Schicht aus Hochleistungskunstoff auf Polyurea-Basis.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur, wobei das Bauteil für einen Brennstoffzellenstapel ist. Das Verfahren weist zumindest als einen Schritt ein Bereitstellen eines Grundkörpers sowie als einen weiteren Schritt ein Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Maske auf. Außerdem umfasst das Verfahren als einen Schritt ein Anordnen der Maske zwischen dem Grundkörper und zumindest einer Spritzdüse wenigstens einer Spritzvorrichtung. Ferner weist das Verfahren als einen Schritt ein Schießen zumindest eines Werkstoffstrahls mittels der Spritzdüse der Spritzvorrichtung durch die Ausnehmung der Maske zum Anordnen zumindest eines Strukturwerkstoffes des Werkstoffstrahls an zumindest eine Oberflächenseite des Grundkörpers, um das Bauteil mit der an der Oberflächenseite des Grundkörpers erzeugten Struktur herzustellen, auf.
  • Die zuvor und die im Nachfolgenden beschrieben Verfahrensschritte können einzeln, zusammen, einfach, mehrfach, zeitlich parallel und/oder nacheinander in beliebiger Reihenfolge, sofern technisch sinnvoll, ausgeführt werden.
  • Das Bauteil weist den Grundkörper mit der an der zumindest einen Oberflächenseite des Grundkörpers angeordneten Struktur auf.
  • Der Grundkörper ist insbesondere plattenförmig. Der plattenförmige Grundkörper weist insbesondere die zumindest eine Oberflächenseite des Grundkörpers als eine erste Plattenseite und eine der zumindest einen Oberflächenseite gegenüberliegende zweite Oberflächenseite des plattenförmigen Grundkörpers als eine zweite Plattenseite auf. Ferner kann der Grundkörper insbesondere elektrisch leitfähig sein. Der Grundkörper kann zumindest einen metallischen Werkstoff, insbesondere mehrere metallische Werkstoffe, aufweisen. Insbesondere kann der Grundkörper aus zumindest einem metallischen Werkstoff, bspw. aus einem Stahl, sein. Bspw. ist der plattenförmige, elektrisch leitfähige Grundkörper ein Blech.
  • Der Grundkörper des Bauteils, insbesondere der Grundkörper der Bipolarplatte, für die Brennstoffzelle bzw. den Brennstoffzellenstapel ist ferner insbesondere ein elektrisch leitfähiger, plattenförmiger Grundkörper. Die Bipolarplatte kann insbesondere auch als Bipolarplattenhälfte verstanden werden.
  • Die Struktur ist insbesondere eine flache Struktur, bspw. eine Oberflächenmodifikation bzw. eine Strukturierung. Eine flache Struktur ist insbesondere eine Struktur, welche im Wesentlichen eine Erstreckung geringer als 3 mm, vorzugsweise im Wesentlichen eine Erstreckung geringer als 1 mm aufweist, ganz vorzugsweise im Wesentlichen eine Erstreckung zwischen 0,1 mm und 1 mm aufweist. Die Erstreckung der flachen Struktur kann als eine Länge und/oder Breite und/oder eine Höhe verstanden werden. Weiter kann die Struktur vorzugsweise eine Kühlstruktur und/oder eine Verstärkungsstruktur und/oder eine Fluidleitstruktur sein. Die Kühlstruktur kann bspw. Kühlrippen aufweisen. Das Bauteil mit der Kühlstruktur ist insbesondere ein Kühlkörper. Die Struktur kann auch eine Verstärkungsstruktur sein. Die Verstärkungsstruktur kann bspw. Verstärkungsstreben aufweisen. Das Bauteil mit der Verstärkungsstruktur ist insbesondere ein Verstärkungskörper. Es ist auch denkbar, dass die Struktur insbesondere eine Fluidleitstruktur zum Leiten zumindest eines Fluids an der zumindest einen Oberflächenseite des Grundkörpers ist. Der Grundkörper mit der Fluidleitstruktur, bspw. einem Flowfield, kann eine Bipolarplatte als das Bauteil sein. Das zumindest eine Fluid kann ein Brennstoffmittel, ein Oxidationsmittel oder ein Kühlmittel sein. Das Bauteil kann insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel sein, insbesondere für einen Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems eines Fahrzeuges, bspw. eines Kraftfahrzeuges wie einem Automobil.
  • Weiter wird der Grundkörper insbesondere aufgewickelt bereitgestellt. Der Grundkörper kann bspw. aufgewickelt auf einem Coil bzw. Bund bereitgestellt werden. Das Coil kann bspw. ein aufgewickeltes, metallisches Band sein. Das Coil kann eine Vielzahl an Grundkörpern, vorzugsweise eine Vielzahl an hintereinander und/oder nebeneinander angeordneten Grundköpern, aufweisen. Vorteilhafterweise kann mit einer Vielzahl an auf einem Coil angeordneten Grundkörpern das Herstellen von Bauteilen nacheinander und/oder nebeneinander besonders einfach und kostengünstig erfolgen. Für ein Erzeugen der Struktur auf der Oberflächenseite des Grundkörpers wird der Grundkörper bzw. die Vielzahl an Grundkörpern insbesondere von dem Coil abgerollt. Der Grundkörper kann aus dem Coil herausgetrennt werden. Es ist aber auch denkbar, dass in einem Schritt nach dem Erzeugen der Struktur an der Oberflächenseite des Grundkörpers der Grundkörper mit der Struktur insbesondere von dem Coil getrennt wird.
  • Es ist insbesondere auch denkbar, dass der Grundkörper einzeln bereitgestellt wird. Mit anderen Worten kann der Grundkörper nicht auf einem Coil bereitgestellt werden.
    Vor dem Schießen zumindest des Werkstoffstrahls zum Anordnen des Strukturwerkstoffes wird der Grundkörper insbesondere an eine Plattformvorrichtung angeordnet. Die Plattformvorrichtung ist insbesondere derart ausgestaltet, dass der auf der Plattformvorrichtung angeordnete Grundkörper in horizontaler Richtung und/oder vertikaler bewegbar ist bzw. bewegt wird, bspw. mittels eines Förderbandes der Plattformvorrichtung
  • Das Anordnen der Maske zwischen dem Grundkörper und der Spritzdüse der Spritzvorrichtung ist insbesondere ein Positionieren der Maske in zumindest eine vorgebbare Position. Bei einem plattenförmigen Grundkörper und einer plattenförmigen Maske kann insbesondere zumindest zeitweise für ein zumindest tlw. Erzeugen der Struktur an der Oberflächenseite des Grundkörpers die Maske insbesondere parallel oder im Wesentlichen parallel zu dem Grundkörper angeordnet werden.
  • Nachdem der Grundkörper bereitgestellt ist, vorzugsweise bereitgestellt sowie an eine Plattformvorrichtung angeordnet ist, und die Maske bereitgestellt sowie zwischen dem Grundkörper und der Spritzdüse der Spritzvorrichtung angeordnet ist, folgt insbesondere das Schießen des Werkstoffstrahls mittels der Spritzdüse der Spritzvorrichtung durch die Ausnehmung der Maske zum Anordnen des Strukturwerkstoffes an die Oberflächenseite des Grundkörpers, wobei das Schießen insbesondere ein Spritzen, vorzugsweise ein thermisches Spritzen, ist.
  • Das Anordnen des Strukturwerkstoffes, insbesondere von Strukturwerkstoffpartikeln des Strukturwerkstoffes, des Werkstoffstrahls an die Oberflächenseite des Grundkörpers ist insbesondere ein stoffschlüssiges Anordnen, wobei vorzugsweise strukturelle Verschweißungen bzw. Mikroverschweißungen auftreten. Der Strukturwerkstoff ist vorzugsweise ein elektrisch leitender und/oder thermisch leitender Strukturwerkstoff wie ein metallischer Strukturwerkstoff. Somit kann bspw. ein Flowfield einer Bipolarplatte besonders vorteilhaft elektrisch leitend sein. Insbesondere kann der Werkstoffstrahl den zumindest einen Strukturwerkstoff und einen weiteren Strukturwerkstoff aufweisen, wobei der zumindest eine Strukturwerkstoff und der eine weitere Strukturwerkstoff unterschiedlich sind. Somit kann eine besonders vorteilhafte Struktur erzeugt werden.
  • Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. einem erfindungsgemäßen System bzw. einer erfindungsgemäßen Maske kann auf einfache, schnelle, kostengünstige sowie effiziente Weise eine Struktur, insbesondere eine flache Struktur, auf der Oberflächenseite des Grundkörpers erzeugt werden.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Maske zumindest zeitweise direkt an die Oberflächenseite des Grundkörpers angeordnet wird zum zumindest tlw. Erzeugen der Struktur an der Oberflächenseite des Grundkörpers. Somit kann eine Struktur besonders exakt ausgebildet werden und ein Verschmutzen des Grundkörpers verhindert werden. Die Maske wird insbesondere zumindest abschnittsweise mit der Unterseite an die Oberflächenseite des Grundkörpers direkt angeordnet. Mit anderen Worten können sich die Maske und der Grundkörper zumindest abschnittsweise kontaktieren. Das direkte Anordnen kann durch ein Bewegen der Maske von zumindest einer Abstandsposition der Maske in eine Kontaktposition der Maske erfolgen. In der zumindest einen Abstandsposition der Maske ist die Maske insbesondere beabstandet von der Oberflächenseite des Grundkörpers zwischen der Spritzdüse und dem Grundkörper angeordnet. In der Kontaktposition ist die Maske insbesondere direkt an die Oberflächenseite des Grundkörpers angeordnet. Vorzugsweise wird während dem (zumindest tlw.) Erzeugen der Struktur auf der Oberflächenseite des Grundkörpers die Maske zumindest zeitweise direkt auf den Grundkörper, insbesondere die Oberflächenseite des Grundkörpers, angeordnet und zusätzlich fixiert. Das Fixieren kann bspw. ein Anpressen der Maske an den Grundkörper sein. Somit kann ferner ein Verrutschen der Maske sowie ein Verschmutzen des Grundkörpers geringgehalten, vorzugsweise verhindert, werden.
  • Vorteilhafterweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Maske zumindest zeitweise beabstandet von der Oberflächenseite des Grundkörpers angeordnet werden zum zumindest tlw. Erzeugen der Struktur an der Oberflächenseite des Grundkörpers. Ein Abnehmen einer an einem Grundkörper direkt angeordneten Maske als ein zusätzlicher Schritt kann somit entfallen, sodass mit der von der Oberflächenseite des Grundkörpers beabstandeten Maske das Erzeugen der Struktur an der Oberflächenseite des Grundkörpers besonders schnell und kostengünstig erfolgen kann. Die zumindest zeitweise von der Oberflächenseite des Grundkörpers beabstandet angeordnete Maske ist während dem (zumindest tlw.) Erzeugen der Struktur auf der Oberflächenseite des Grundkörpers in zumindest einer Abstandsposition. Insbesondere kontaktiert die Maske in der Abstandsposition den Grundkörper nicht. Ferner ist denkbar, dass die Maske während dem (zumindest tlw.) Erzeugen der Struktur insbesondere zumindest zwei Abstandspositionen, vorzugsweise mehr als zwei Abstandspositionen, aufweist, wobei die Maske in der ersten Abstandsposition einen ersten Abstand zu einem Referenzpunkt des Grundkörpers und in der zweiten Abstandsposition einen zweiten Abstand zu einem Referenzpunkt des Grundkörpers aufweist. Somit kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass das Anordnen des Strukturwerkstoffes des Werkstoffstrahls an den Grundkörper jederzeit besonders vorteilhaft erfolgen kann.
  • Mit besonderem Vorteil kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Grundkörper und die Spritzdüse der Spritzvorrichtung, insbesondere der Grundkörper und die Maske sowie die Spritzdüse der Spritzvorrichtung, zumindest zeitweise relativ zueinander bewegt werden zum zumindest tlw. Erzeugen der Struktur an der Oberflächenseite des Grundkörpers. Somit kann ein Bauteil mit einer Struktur besonders schnell und kostengünstig hergestellt werden. Der Grundkörper und/oder die Maske und/oder die Spritzdüse der Spritzvorrichtung können insbesondere in einer horizontalen Richtung relativ zueinander bewegbar sein bzw. bewegt werden. Durch ein Bewegen des Grundkörpers und/oder der Maske und/oder der Spritzdüse in horizontaler Richtung kann die Spritzdüse an unterschiedliche Positionen der Maske bewegt werden. Somit können mit einer Spritzdüse bspw. auch mehrere Ausnehmungen in der Maske angefahren werden. Vorzugsweise kann während die Spritzdüse und die Maske relativ zueinander bewegt werden, um die Spritzdüse von einer Ausnehmung zu einer anderen Ausnehmung zu bewegen, das Schießen des Werkstoffstrahls zumindest zeitweise unterbrochen werden. Das Unterbrechen des Werkstoffstrahls ist insbesondere als ein „Abschalten“ des Werkstoffstrahls zu verstehen. Somit kann ein Verschmutzen der Maske geringgehalten, insbesondere verhindert, werden. Der Grundkörper und/oder die Maske und/oder die Spritzdüse der Spritzvorrichtung können insbesondere auch (zusätzlich) in einer vertikalen Richtung relativ zueinander bewegbar sein bzw. bewegt werden. Durch ein Bewegen des Grundkörpers und/oder der Maske und/oder der Spritzdüse in vertikaler Richtung kann insbesondere ein Abstand zwischen der Spritzdüse und Maske und/oder ein Abstand zwischen der Maske und dem Grundkörper verändert werden. Somit kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass das Anordnen des Strukturwerkstoffes des Werkstoffstrahls an den Grundkörper jederzeit besonders vorteilhaft erfolgen kann, insbesondere kann die Geschwindigkeit von Strukturwerkstoffpartikeln des Werkstoffstrahls innerhalb einer kritischen Geschwindigkeit und einer Erosionsgeschwindigkeit gehalten werden. Der Grundkörper wird insbesondere mittels, d. h. mit Hilfe einer Plattformvorrichtung bewegt.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Schießen des Werkstoffstrahls mittels der Spritzdüse der Spritzvorrichtung auf die Maske zumindest zeitweise zu der Zeit erfolgen, während der Grundkörper positionsfest ist, insbesondere während der Grundkörper und die Maske jeweils positionsfest sind. Somit kann das Erzeugen der Struktur auf der Oberflächenseite des Grundkörpers besonders einfach und kostengünstig sein. Die Spritzdüse der Spritzvorrichtung ist hier insbesondere während dem (zumindest tlw.) Erzeugen der Struktur relativ zu dem Grundkörper bewegbar bzw. wird bewegt, wobei vorzugsweise während dem Schießen des Werkstoffstrahls die Spritzdüse in vertikaler Richtung positionsfest bzw. unbewegbar ist. Somit kann durch ein Bewegen der Spritzdüse die Struktur auf der Oberflächenseite des Grundkörpers erzeugt werden, während der Grundkörper positionsfest bzw. in Ruhe ist. Vorzugsweise kann das Schießen des Werkstoffstrahls zumindest zeitweise unterbrochen werden, während die Spritzdüse von einer Ausnehmung zu einer anderen Ausnehmung der Maske relativ zu dem Grundkörper bewegt wird. Somit kann ein Verschmutzen der Maske geringgehalten, insbesondere verhindert, werden und die Struktur besonders vorteilhaft erzeugt werden.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest zeitweise die Maske, insbesondere zumindest eine der Spritzdüse zugewandte Oberseite der Maske, zumindest tlw. gereinigt wird, insbesondere während einer Bewegung des Grundkörpers und der Spritzvorrichtung relativ zueinander. Durch das Reinigen kann sichergestellt werden, dass die zu erzeugende Struktur für eine Vielzahl an Grundkörpern reproduzierbar bzw. im Wesentlichen reproduzierbar ist. Das Reinigen ist insbesondere zum zumindest tlw. Entfernen des Strukturwerkstoffes, welcher sich an die Maske, insbesondere an die Oberflächenseite der Maske und/oder in der Ausnehmung bzw. in den Ausnehmungen der Maske, angeordnet hat bzw. angeordnet ist. Das Reinigen ist insbesondere ein mechanisches Reinigen mittels einer Reinigungseinheit. Vorzugsweise ist das mechanische Reinigen ein Abstreifen bspw. mittels einer Bürste als Reinigungseinheit einer Reinigungsvorrichtung und/oder ein Absaugen mittels einer Düse als Reinigungseinheit einer Reinigungsvorrichtung, wobei insbesondere die Bürste und die Düse eine einzige Reinigungseinheit bilden. Ferner wird die Maske insbesondere während einer Bewegung des Grundkörpers relativ zu der Spritzvorrichtung gereinigt.
  • Vorteilhafterweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren mittels zumindest einer weiteren Spritzdüse einer Spritzvorrichtung ein weiterer Werkstoffstrahl durch eine Ausnehmung der Maske geschossen werden zum Anordnen eines Strukturwerkstoffes des weiteren Werkstoffstrahls an den Grundkörper, insbesondere zum zumindest tlw. Erzeugen der Struktur an der Oberflächenseite des Grundkörpers. Insbesondere sind der Strukturwerkstoff des weiteren Werkstoffstrahls und der Strukturwerkstoff des Werkstoffstrahls derselbe Strukturwerkstoff. Somit kann das Erzeugen der Struktur an der Oberflächenseite des Grundkörpers besonders schnell erfolgen. Es ist insbesondere auch denkbar, dass der Strukturwerkstoff des weiteren Werkstoffstrahls und der Strukturwerkstoff des Werkstoffstrahls unterschiedliche Strukturwerkstoffe sind. Somit kann insbesondere mittels der Spritzdüse ein erster Strukturwerkstoff an den Grundkörper angeordnet werden und mittels einer weiteren Spritzdüse ein zweiter Strukturwerkstoff an den Grundkörper angeordnet werden, wobei insbesondere der erste Strukturwerkstoff und der zweite Strukturwerkstoff unterschiedlich sind. Vorteilhafterweise ist somit auch ein Multi-Strukturwerkstoff Aufbau möglich. Die Struktur kann insbesondere zumindest zwei Schichten aufweisen, wobei die zumindest zwei Schichten aus unterschiedlichen Strukturwerkstoffen sind. Vorzugsweise weist die Spritzvorrichtung mit der einen Spritzdüse ebenfalls die eine weitere Spritzdüse auf. Somit kann das Erzeugen der Struktur besonders kostengünstig sein. Insbesondere kann eine Spritzvorrichtung eine Vielzahl an Spritzdüsen aufweisen. Es ist auch denkbar, dass eine Vielzahl an Spritzvorrichtungen mit jeweils zumindest einer Spritzdüse oder einer Vielzahl an Spritzdüsen eingesetzt werden zum Erzeugen der Struktur zumindest an der Oberflächenseite des Grundkörpers. Die Vielzahl an Düsen der einen Spritzvorrichtung oder der Vielzahl an Spritzvorrichtungen können insbesondere spaltenförmig und/oder reihenförmig angeordnet sein. Ferner kann die zumindest eine Spritzdüse und die eine weitere Spritzdüse unabhängig voneinander angesteuert werden. Auch kann bei einer Vielzahl an Spritzdüsen zumindest ein Teil der Düsen unabhängig vom Rest der Vielzahl an Spritzdüsen angesteuert werden.
  • Mit besonderem Vorteil kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Schießen mittels der Spritzvorrichtung ein thermisches Spritzen, insbesondere ein Kaltgasspritzen, sein. Vorteilhafterweise wird beim Kaltgasspritzen der Strukturwerkstoff weder an- noch aufgeschmolzen, sodass ein thermischer Einfluss auf den Grundkörper und auf bereits an den Grundkörper angeordneten Strukturwerkstoff durch noch anzuordnenden Strukturwerkstoff zum Erzeugen der Struktur vermindert ist. Der Strukturwerkstoff weist insbesondere Strukturwerkstoffpartikel auf. Die Strukturwerkstoffpartikel werden beim Kaltgasspritzen im festen Zustand auf den Grundkörper durch die Maske auf den Grundkörper geschossen, wobei die Strukturwerkstoffpartikel bei hinreichend hoher kinetischer Energie an die zumindest eine Oberflächenseite des Grundkörpers angeordnet werden zum Erzeugen der Struktur an dem Grundkörper. Zum Erzeugen der Struktur an dem Grundkörper wird insbesondere ein Teil an Strukturwerkstoffpartikeln direkt an die Oberflächenseite des Grundkörpers angeordnet und ein weiterer Teil an Strukturwerkstoffpartikeln wird indirekt an die Oberflächenseite des Grundkörpers angeordnet. Mit dem Ausdruck „indirekt an die Oberflächenseite des Grundkörpers angeordnet“ soll ausgedrückt werden, dass zum Erzeugen der Struktur an die (bereits) direkt an die Oberflächenseite des Grundkörpers angeordneten Strukturwerkstoffpartikel (anschließend) weitere Strukturwerkstoffpartikel direkt angeordnet werden, wobei diese Strukturwerkstoffpartikel mittels, d. h. mit Hilfe, der direkt angeordneten Strukturwerkstoffpartikel an den Grundkörper bzw. die Oberflächenseite des Grundkörpers (indirekt) angeordnet sind, insbesondere stoffschlüssig angeordnet sind. Für ein stoffschlüssiges Anordnen der Strukturwerkstoffpartikel an den Grundkörper wird insbesondere eine materialspezifische kritische Geschwindigkeit der Strukturwerkstoffpartikel für den Aufprall an der Oberflächenseite des Grundkörpers überschritten. Ferner wird zusätzlich insbesondere die Geschwindigkeit der Strukturwerkstoffpartikel für den Aufprall an der Oberflächenseite des Grundkörpers geringer als eine Erosionsgeschwindigkeit der Strukturwerkstoffpartikel gehalten, um einen Abtrag von Material zu verhindern. Die Strukturwerkstoffpartikel werden insbesondere mit einem Prozessgas beschleunigt. Insbesondere kann ein Prozessgas zum Beschleunigen der Strukturwerkstoffpartikel eine Heizvorrichtung zum Vorheizen des Prozessgases aufweisen. Ferner kann das Prozessgas insbesondere zusätzlich eine Lavaldüse zum Beschleunigen des Werkstoffstrahls bzw. der Strukturwerkstoffpartikel durchfließen.
  • Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Maske gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
  • Gemäß einem dritten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung ein System zum Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur, wobei das Bauteil für einen Brennstoffzellenstapel ist, wobei insbesondere das System zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Ferner weist das System eine erfindungsgemäße Maske mit zumindest einer Ausnehmung in der Maske auf. Weiter weist das System wenigstens eine Spritzvorrichtung mit zumindest einer Spritzdüse zum Schießen zumindest eines Werkstoffstrahls auf, wobei insbesondere die Spritzdüse und die Maske relativ zueinander bewegbar sind.
  • Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes System zum Herstellen eines Bauteils für einen Brennstoffzellenstapel, bspw. einer Bipolarplatte oder einer Bipolarplattenhälfte, verwendet werden.
  • Der Werkstoffstrahl tritt insbesondere an der Spritzdüse der Spritzvorrichtung aus. Für das Schießen des Werkstoffstrahls mittels der Spritzdüse der Spritzvorrichtung durch die Ausnehmung der Maske ist die Spritzdüse insbesondere beabstandet von der Maske.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn ein erfindungsgemäßes System ferner eine Plattformvorrichtung zum Anordnen des Grundkörpers aufweist, wobei für ein Erzeugen der Struktur die Maske zwischen dem Grundkörper und der Spritzdüse der Spritzvorrichtung angeordnet ist, wobei insbesondere die Plattformvorrichtung und die Spritzdüse relativ zueinander bewegbar sind. Die Plattformvorrichtung ist insbesondere derart ausgestaltet, dass ein auf der Plattformvorrichtung angeordneter Grundkörper in horizontaler Richtung und/oder vertikaler bewegbar ist bzw. bewegt werden kann. Bspw. kann die Plattformvorrichtung ein Förderband zum horizontalen Bewegen des Grundkörpers aufweisen. Vorteilhafterweise können mittels des Förderbandes auch eine Vielzahl an Grundkörpern, vorzugsweise eine Vielzahl an hintereinander und/oder nebeneinander angeordneten Grundköpern, bewegt werden zum Herstellen von Bauteilen mit einer Struktur, wobei insbesondere die Grundkörper diskret, d. h. semi-kontinuierlich, unterhalb der Maske verfahren werden zum Herstellen der Bauteile mit den Strukturen. Insbesondere nimmt ein Grundkörper für das Erzeugen der Struktur an der Oberflächenseite des Grundkörpers eine diskrete (Ruhe-)Position ein und wird erst nach dem kompletten Erzeugen der Struktur weiterbewegt, sodass bei einem folgenden Grundkörper die Struktur erzeugt werden kann.
  • Vorteilhafterweise kann ein erfindungsgemäßes System ferner eine Reinigungsvorrichtung zum Reinigen der Maske aufweisen, wobei insbesondere die Reinigungsvorrichtung und die Maske relativ zueinander bewegbar sind. Die Reinigungsvorrichtung, insbesondere eine Reinigungseinheit der Reinigungsvorrichtung, kann relativ zur Maske bewegbar sein. Für das Reinigen wird die Reinigungseinheit insbesondere relativ zur Maske bewegt. Vorzugsweise ist die Reinigungsvorrichtung, insbesondere eine Reinigungseinheit der Reinigungsvorrichtung, in horizontaler und/oder vertikaler Richtung bewegbar.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn ein erfindungsgemäßes System ferner eine Kontrolleinheit zum Kontrollieren der Spritzvorrichtung, insbesondere der Spritzdüse oder einer Vielzahl an Spritzdüsen, und/oder zum Kontrollieren der Plattformvorrichtung, insbesondere eines Förderbandes der Plattformvorrichtung, und/oder zum Kontrollieren einer Reinigungsvorrichtung, insbesondere einer Reinigungseinheit der Reinigungsvorrichtung, und/oder zum Kontrollieren der Maske aufweist. Vorzugsweise kontrolliert die Kontrolleinheit ein Bewegen der Spritzvorrichtung, insbesondere der Spritzdüse, und/oder ein Bewegen der Plattformvorrichtung, insbesondere eines Förderbandes der Plattformvorrichtung, und/oder ein Bewegen einer Reinigungsvorrichtung, insbesondere einer Reinigungseinheit der Reinigungsvorrichtung, und/oder ein Bewegen der Maske. Das Kontrollieren durch die Kontrollvorrichtung ist insbesondere ein Steuern und/oder Regeln.
  • Das System gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist damit dieselben Vorteile auf, wie sie bereits zu der Maske gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
  • Es zeigen schematisch:
    • 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems,
    • 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems,
    • 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maske,
    • 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maske,
    • 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maske,
    • 6 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
    • 7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet.
  • In 1 ist schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 300 zum Herstellen eines Bauteils 100 mit einer Struktur 16 dargestellt. In 1 ist weiter eine horizontale Richtung x und eine vertikale Richtung y dargestellt. Das System 300 weist eine Maske 20 auf, wobei die Maske zumindest eine Ausnehmung 27a von einer Oberseite 21 bis zu einer der Oberseite 21 gegenüberliegenden Unterseite 22 der Maske 20 aufweist. Weiter umfasst das System 300 eine Spritzvorrichtung 310 mit zumindest einer Spritzdüse 312a zum Schießen eines Werkstoffstrahls 15a durch die Ausnehmung 27a) der Maske 20 zum Anordnen eines Strukturwerkstoffes 14a des Werkstoffstrahls 15a an zumindest eine Oberflächenseite 11 eines Grundkörpers 10, um das Bauteil 100 mit der an der Oberflächenseite 11 des Grundkörpers 10 erzeugten Struktur 16 herzustellen. Der Grundkörper ist insbesondere an eine Plattformvorrichtung 320 angeordnet. Weiter ist die Maske 20 beabstandet von der Oberflächenseite 11 des Grundkörpers 10 angeordnet zum zumindest tlw. Erzeugen der Struktur 16 an der Oberflächenseite 11 des Grundkörpers 10. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Maske 20 zumindest zeitweise direkt an die Oberflächenseite 11 des Grundkörpers 10 angeordnet ist zum zumindest tlw. Erzeugen der Struktur 16.
  • In 2 ist schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 300 dargestellt, wobei diese Ausführungsform zusätzlich zu 1 eine weitere Spritzdüse 312b, mittels welcher ein weiterer Werkstoffstrahl 15b durch eine Ausnehmung 27b der Maske 20 geschossen wird zum Anordnen eines Strukturwerkstoffes 14b des weiteren Werkstoffstrahls 15b an den Grundkörper 10 zum zumindest tlw. Erzeugen der Struktur 16 an der Oberflächenseite 11 des Grundkörpers 10. Ferner kann die Spritzvorrichtung 310 Heizvorrichtungen 314a bzw. 314b zum Vorheizen eines Prozessgases sowie Strukturwerkstofffördervorrichtungen 316a, 316b zum Zuführen des Strukturwerkstoffes aufweisen. Außerdem weist das System 300 zusätzlich eine Reinigungsvorrichtung 330 zum Reinigen der Maske 20 auf.
  • 3 zeigt in einer Schnittdarstellung schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maske 20. Die Maske 20 weist zumindest eine Ausnehmung 27a von einer Oberseite 21 der Maske 20 bis zu einer der Oberseite 21 gegenüberliegenden Unterseite 22 der Maske 20 auf. Insbesondere ist die Maske 20 plattenförmig ausgebildet. Ferner kann die Maske eine Vielzahl an Ausnehmungen 27a, 27b aufweisen. Insbesondere kann die Maske 20 zumindest aus einem Polymer besteht, um elastisch zu sein. Mittels der elastischen Maske 20 kann der Strukturwerkstoff, insbesondere Strukturwerkstoffpartikel des Strukturwerkstoffes, eines Werkstoffstrahls 15a, 15b (nicht dargestellt) zumindest tlw. reflektiert werden und ein Anordnen, insbesondere stoffschlüssiges Anordnen, des Strukturwerkstoffes an der Maske 20 kann vermieden werden.
  • 4 stellt in einer Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maske 20 dar, wobei diese Ausführungsform der Maske 20 zusätzlich zu 3 an der Oberseite 21 zumindest abschnittsweise eine Beschichtung 24 aufweist. Die Beschichtung kann bspw. eine keramische Beschichtung sein. Es ist auch denkbar, dass die Beschichtung 24 eine elastische Schicht ist.
  • 5 stellt in einer Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maske 20 dar, wobei diese Ausführungsform der Maske 20 zusätzlich zu 3 eine trichterförmige Ausnehmung 27a aufweist.
  • 6 stellt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar, wobei das Verfahren als einen Schritt ein Bereitstellen 210 eines Grundkörpers 10, als einen weiteren Schritt ein Bereitstellen einer Maske 20, als einen weiteren Schritt ein Anordnen der Maske 20 zwischen dem Grundkörper 10 und zumindest einer Spritzdüse 312a, 312b wenigstens einer Spritzvorrichtung 310 sowie als einen weiteren Schritt ein Schießen zumindest eines Werkstoffstrahls 15a, 15b mittels der Spritzdüse 312a, 312b der Spritzvorrichtung 310 durch die Ausnehmung 27a, 27b der Maske 20 zum Anordnen eines Strukturwerkstoffes 14a, 14b des Werkstoffstrahls 15a, 15b an zumindest eine Oberflächenseite 11 des Grundkörpers 10 aufweist.
  • 7 stellt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar, wobei diese Ausführungsform zusätzlich zu dem in 6 dargestellten Verfahren als einen Schritt ein relatives Zueinanderbewegen 218 des Grundkörpers 10 und einer Spritzdüse 312a, 312b zum zumindest tlw. Erzeugen der Struktur 16 an der Oberflächenseite 11 des Grundkörpers 10 umfasst. Ferner kann das Verfahren als einen zusätzlichen Schritt ein Reinigen 220 der Maske 20 aufweisen. Das Reinigen 220 der Maske erfolgt insbesondere nachdem an der Oberflächenseite 11 des Grundkörpers 10 die komplette Struktur 16 erzeugt ist.

Claims (14)

  1. Maske (20) für ein Herstellen eines Bauteils (100) mit einer Struktur (16), wobei das Bauteil (100) für einen Brennstoffzellenstapel ist, wobei die Maske (20) zumindest eine Ausnehmung (27a, 27b) von einer Oberseite (21) der Maske (20) bis zu einer der Oberseite (21) gegenüberliegenden Unterseite (22) der Maske (20) aufweist.
  2. Maske (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (20) zumindest abschnittsweise, insbesondere zumindest abschnittsweise an der Oberseite (21) der Maske (20), elastisch ausgebildet ist.
  3. Maske (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (20) zumindest abschnittsweise, insbesondere zumindest abschnittsweise an der Oberseite (21), eine keramische Beschichtung (24) und/oder eine Polymer-Schicht aufweist.
  4. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (100) mit einer Struktur (16), wobei das Bauteil (100) für einen Brennstoffzellenstapel ist, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: - Bereitstellen (210) eines Grundkörpers (10), - Bereitstellen (214) einer Maske (20), die nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist, - Anordnen (215) der Maske (20) zwischen dem Grundkörper (10) und zumindest einer Spritzdüse (312a, 312b) wenigstens einer Spritzvorrichtung (310), - Schießen (216) zumindest eines Werkstoffstrahls (15a, 15b) mittels der Spritzdüse (312a, 312b) der Spritzvorrichtung (310) durch die Ausnehmung (27a, 27b) der Maske (20) zum Anordnen zumindest eines Strukturwerkstoffes (14a, 14b) des Werkstoffstrahls (15a, 15b) an zumindest eine Oberflächenseite (11) des Grundkörpers (10), um das Bauteil (100) mit der an der Oberflächenseite (11) des Grundkörpers (10) erzeugten Struktur (16) herzustellen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (20) zumindest zeitweise direkt an die Oberflächenseite (11) des Grundkörpers (10) angeordnet wird (215) zum zumindest teilweisen Erzeugen der Struktur (16) an der Oberflächenseite (11) des Grundkörpers (10).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (20) zumindest zeitweise beabstandet von der Oberflächenseite (11) des Grundkörpers (10) angeordnet wird (215) zum zumindest teilweisen Erzeugen der Struktur (16) an der Oberflächenseite (11) des Grundkörpers (10).
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) und die Spritzdüse (312a, 312b) der Spritzvorrichtung (310), insbesondere der Grundkörper (10) und die Maske (20) sowie die Spritzdüse (312a, 312b) der Spritzvorrichtung (310), zumindest zeitweise relativ zueinander bewegt werden (218) zum zumindest teilweisen Erzeugen der Struktur (16) an der Oberflächenseite (11) des Grundkörpers (10).
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schießen (216) des Werkstoffstrahls (15a, 15b) mittels der Spritzdüse (312a, 312b) der Spritzvorrichtung (310) auf die Maske (20) zumindest zeitweise zu der Zeit erfolgt, während der Grundkörper (10) positionsfest ist, insbesondere während der Grundkörper (10) und die Maske (20) jeweils positionsfest sind.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise die Maske (20), insbesondere zumindest eine der Spritzdüse (312a, 312b) zugewandte Oberseite (21) der Maske (20), zumindest teilweise gereinigt wird (220), insbesondere während einer Bewegung des Grundkörpers (10) und der Spritzvorrichtung (310) relativ zueinander.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einer weiteren Spritzdüse (312a, 312b) einer Spritzvorrichtung (310) ein weiterer Werkstoffstrahl (15a, 15b) durch eine Ausnehmung (27a, 27b) der Maske (20) geschossen wird (216) zum Anordnen eines Strukturwerkstoffes (14a, 14b) des weiteren Werkstoffstrahls (15a, 15b) an den Grundkörper (10).
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schießen (216) mittels der Spritzvorrichtung (310) ein thermisches Spritzen, insbesondere eine Kaltgasspritzen, ist.
  12. System (300) zum Herstellen eines Bauteils (100) mit einer Struktur (16), wobei das Bauteil (100) für einen Brennstoffzellenstapel ist, wobei insbesondere das System (300) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 11 ausgebildet ist, wobei das System (300) zumindest aufweist: - eine Maske (20), wobei die Maske (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist, - wenigstens eine Spritzvorrichtung (310) mit zumindest einer Spritzdüse (312a, 312b) zum Schießen zumindest eines Werkstoffstrahls (15a, 15b), wobei insbesondere die Spritzdüse (312a, 312b) und die Maske (20) relativ zueinander bewegbar sind.
  13. System (300) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das System (300) ferner eine Plattformvorrichtung (320) zum Anordnen des Grundkörpers (10) aufweist, wobei für ein Erzeugen der Struktur (16) die Maske (20) zwischen dem Grundkörper (10) und der Spritzdüse (312a, 312b) der Spritzvorrichtung (310) angeordnet ist, wobei insbesondere die Plattformvorrichtung (320) und die Spritzdüse (312a, 312b) relativ zueinander bewegbar sind.
  14. System (300) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das System (300) ferner eine Reinigungsvorrichtung (330) zum Reinigen der Maske (20) aufweist, wobei insbesondere die Reinigungsvorrichtung (330) und die Maske (20) relativ zueinander bewegbar sind.
DE102021206224.5A 2021-06-17 2021-06-17 Maske für ein Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur, Verfahren sowie System zum Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur Pending DE102021206224A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021206224.5A DE102021206224A1 (de) 2021-06-17 2021-06-17 Maske für ein Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur, Verfahren sowie System zum Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur
PCT/EP2022/065094 WO2022263196A1 (de) 2021-06-17 2022-06-02 Maske für ein herstellen eines bauteils mit einer struktur, verfahren sowie system zum herstellen eines bauteils mit einer struktur

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021206224.5A DE102021206224A1 (de) 2021-06-17 2021-06-17 Maske für ein Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur, Verfahren sowie System zum Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021206224A1 true DE102021206224A1 (de) 2022-12-22

Family

ID=82163549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021206224.5A Pending DE102021206224A1 (de) 2021-06-17 2021-06-17 Maske für ein Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur, Verfahren sowie System zum Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021206224A1 (de)
WO (1) WO2022263196A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4592922A (en) 1985-03-15 1986-06-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Plasma spray screen repair method
JPH07166318A (ja) 1994-09-22 1995-06-27 Toshiba Corp 被覆パターン形成用マスク

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050281956A1 (en) * 2004-06-18 2005-12-22 Chia-Hua Chang Thermal spraying method for manufacturing anti-sliding plate
JP5504621B2 (ja) * 2008-02-29 2014-05-28 日産自動車株式会社 シリンダボア用溶射装置及び溶射膜形成方法
DE102012017186A1 (de) * 2012-08-30 2014-03-06 Wieland-Werke Ag Maske für ein Beschichtungssystem, Beschichtungssystem und Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrats
JP6402727B2 (ja) * 2016-01-26 2018-10-10 トヨタ自動車株式会社 溶射用マスキング装置
DE102017213359A1 (de) * 2017-08-02 2019-02-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Beschichtungslanzenkopf, Beschichtungslanze und Maskierungsschild zum thermischen Beschichten, sowie ein entsprechendes Beschichtungssystem und Verfahren

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4592922A (en) 1985-03-15 1986-06-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Plasma spray screen repair method
JPH07166318A (ja) 1994-09-22 1995-06-27 Toshiba Corp 被覆パターン形成用マスク

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022263196A1 (de) 2022-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005005359B4 (de) Verfahren zum Kaltgasspritzen
DE102015117238A1 (de) Bearbeitungsmodul für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung
DE102011101369A1 (de) Verfahren zum Herstellen, Reparieren oder Austauschen eines Bauteils
EP3538301B1 (de) 3d-druckvervorrichtung und 3d-druckverfahren
DE102017211657A1 (de) Vorrichtung zur additiven Herstellung eines Bauteils mit Schutzgasführung und Verfahren
EP3868546B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur additiven fertigung eines bauteils
EP3321011A1 (de) Verfahren zur verbesserung der oberflächenqualität generativ hergestellter bauteile
WO2021047821A1 (de) MATERIALABSCHEIDUNGSEINHEIT MIT MEHRFACHER MATERIALFOKUSZONE SOWIE VERFAHREN ZUM AUFTRAGSCHWEIßEN
EP1343397B1 (de) Verfahren zum herstellen von haftverschlussteilen
DE202013100888U1 (de) Dreidimensionale Biegeform für Schläuche aus Kunststoff oder Kautschuk
EP3381593B1 (de) Verfahren zum strahlbasierten selektiven schmelzen oder sintern
DE102021206224A1 (de) Maske für ein Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur, Verfahren sowie System zum Herstellen eines Bauteils mit einer Struktur
EP3386661B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines dreidimensionalen metallischen formkörpers
DE102014221423A1 (de) Verfahren zur Herstellung großer Warmumformwerkzeuge mittels eines generativen Fertigungsverfahrens
DE102015224324A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils
EP3262202B1 (de) Anlage für die serienfertigung pressgehärteter und korrosionsgeschützter blechformteile, mit einer kühleinrichtung zur zwischenkühlung der platinen
EP2727679A1 (de) Verfahren zur Modifikation der Oberflächen von metallischen Werkstoffen unter Anwendung eines Elektronstrahles
DE102019214802A1 (de) Beschichtervorrichtung für die Verwendung in einem additiven Fertigungsverfahren, Fertigungsanlage für die Verwendung in einem additiven Fertigungsverfahren sowie ein Gehäuse für eine Beschichtervorrichtung für die Verwendung in einem additiven Fertigungsverfahren
DE102019133979A1 (de) Verfahren zum Laserauftragschweißen mit granularem Zusatzwerkstoff
DE102019131423A1 (de) Additives Fertigungsverfahren
DE102013202483A1 (de) Verfahren und Maschine zur Herstellung einer Oberflächenbeschichtung
EP3609673A1 (de) Fluidkanal, verfahren zur dessen herstellung, und behälterbehandlungsanlage
DE102019215814B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur additiven Fertigung von Bauteilen
DE102021122727A1 (de) Vorrichtung zum additiven Fertigen eines Kraftfahrzeugbauteils
EP3772546B1 (de) Herstellen einer struktur mittels eines kaltgasspritzverfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified