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Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Spannsystem für einen Brennstoffzellenstapel, eine Brennstoffzellenanordnung mit dem Spannsystem, ein Fahrzeug mit dem Spannsystem oder der Brennstoffzellenanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung.
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Es ist bekannt, mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel zusammenzufassen, um einen kompakten, für mobile Anwendungen (insbesondere für moderne Verkehrsmittel wie Kraftfahrzeuge oder Flugzeuge) geeigneten Energiewandler bereitzustellen. Die einzelnen Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels ermöglichen dabei, chemische Energie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Die Brennstoffzellen umfassen üblicherweise eine Anode, eine Kathode sowie einen zwischen Anode und Kathode angeordneten namensgebenden Elektrolyten.
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Ein Polymerelektrolyt- (PEM-) Brennstoffzellenstapel kann beispielsweise zwei Endplatten und mehrere Trennplatten (Monopolarplatten oder Bipolarplatten) zwischen den Endplatten aufweisen, wobei zwischen den Trennplatten wiederum Membran-Elektroden-Einheiten (sogenannte MEAs) vorgesehen sind. Die Trennplatten sind mit einem üblicherweise meanderförmigen Fluidkanal für den Brennstoff bzw. das Oxidationsmittel versehen. Die Membran-Elektroden-Einheiten bestehen im Allgemeinen jeweils aus einer protonenleitenden Membran und beiderseits der Membran angeordneten Elektroden, die in der Regel jeweils eine katalytische Schicht und eine poröse Gasdiffusionsschicht aufweisen.
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Um den Brennstoff/das Oxidationsmittel (sogenannte Reaktionsfluide) gezielt durch den Elektrodenstapel und in die Fluidkanäle der Trennplatten zu leiten, können die Trennplatten Durchlässe enthalten. Zusammen mit entsprechend zwischen den Trennplatten vorgesehenen Dichtelementen können diese Durchlässe Leitungen für die Reaktionsfluide ausbilden. Damit die Dichtelemente ihre abdichtende Wirkung entfalten können, ist es förderlich, den Brennstoffzellenstapel zusammenzudrücken (zu verspannen).
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Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, ein möglichst einfaches Spannsystem bereitzustellen, mit dem sich der Brennstoffzellenstapel vergleichsweise präzise zusammendrücken (verspannen) lässt. Darüber hinaus ist es eine bevorzugte Aufgabe, eine entsprechende Brennstoffzellenanordnung, ein entsprechendes Fahrzeug sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung bereitzustellen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben.
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Diese Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie der weiteren unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
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Das Spannsystem ist für einen Brennstoffzellenstapel vorgesehen. D.h., das Spannsystem dient bestimmungsgemäß dazu, einen Brennstoffzellenstapel parallel zu seiner Stapelrichtung dauerhaft zusammenzudrücken (zu (ver-)spannen). Das Spannsystem enthält eine Druckplatte mit einer Kontaktfläche zur Anlage an den Brennstoffzellenstapel, ein Spannelement, das auf einer der Kontaktfläche entgegengesetzten Seite der Druckplatte angeordnet ist, mindestens ein zwischen der Druckplatte und dem Spannelement angeordnetes Federelement mit einer Federachse, entlang derer das mindestens eine Federelement spannbar ist, und mindestens eine Spanneinrichtung. Die mindestens eine Spanneinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Druckkraft auf das Spannelement auszuüben, die entlang der Federachse sowie in Richtung der Druckplatte gerichtet ist. Das Spannelement ist dazu eingerichtet, die Druckkraft unter Vorspannung des mindestens einen Federelements auf die Druckplatte zu übertragen.
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Dies ermöglicht, die Druckkraft, mit der das Spannsystem den Brennstoffzellenstapel zusammendrückt, insbesondere während der Montage relativ gleichmäßig über die Kontaktfläche zu verteilen. Da die Druckkraft entlang der Federachse wirkt und ausgehend von der Spanneinrichtung über das Spannelement, das Federelement sowie die Druckplatte auf den Brennstoffzellenstapel übertragen wird, erlaubt das Spannsystem, den Vorgang des Verspannens des Brennstoffzellenstapels vergleichsweise einfach zu automatisieren. Insbesondere lässt sich die Druckkraft regeln (sogenannte Kraftregelung), mit der der Brennstoffzellenstapel während und nach der Produktion einer Brennstoffzellenanordnung mit dem Brennstoffzellenstapel zusammengedrückt wird. Aufgrund der gleichmäßigen Kraftverteilung können die einzelnen Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels besser gegeneinander abgedichtet werden. Auf synergetische Art und Weise kann das Federelement außerdem insbesondere temperaturbedingte Längenänderungen des Brennstoffzellenstapels in der Stapelrichtung aufnehmen.
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Das Spannelement ist vorzugsweise als Platte (sogenannte Spannplatte) oder als Hülse ausgebildet. Eine Platte ist hierbei gemäß allgemeiner Definition in der technischen Mechanik ein sich in seiner (Haupt-) Ebene erstreckendes Bauteil, das aus steifem Material besteht und durch senkrecht auf die Ebene wirkende Kräfte und durch Momente um in der Plattenebene liegende Achsen belastet werden kann. Um eine direkte, koaxiale Übertragung der Druckkraft von der Spanneinrichtung auf das mindestens eine Federelement zu ermöglichen, ist das Spannelement / die Spannplatte also steif, insbesondere steifer als das mindestens eine Federelement. Die Hülse kann ein hohlzylindrischer Körper sein. Der hohlzylindrische Körper kann in der Stapelrichtung mindestens 4 mm, vorzugsweise mindestens 5 mm, lang sein. Eine Mittellängsachse des hohlzylindrischen Körpers kann auf der Federachse liegen.
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Während die Druckplatte vorzugsweise kongruent zu einer der Druckplatte zugewandten Oberfläche des Brennstoffzellenstapels ausgebildet ist, kann das Spannelement einen kleineren Querschnitt senkrecht zur Federachse aufweisen als die Druckplatte. Entsprechend kann die Druckplatte bei Betrachtung entlang der Federachse / parallel zur Stapelrichtung über das Spannelement hinausragen. Das Spannsystem kann je Spannelement mehrere der Federelemente aufweisen.
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Beispielsweise kann ein Spannelement (insbesondere eine Spannplatte) dazu angeordnet sein, auf mehrere (insbesondere transversal zur Federachse voneinander beabstandete) Federelemente zu drücken. Auf der von der Druckplatte abgewandten, anderen Seite des Spannelements können mehrere insbesondere separate Spanneinrichtungen (insbesondere Spannmuttern) dazu angeordnet sein, an ein und demselben Spannelement anzuliegen und/oder auf ein und dasselbe Spannelement zu drücken. So kann die Druckkraft vergleichsweise einfach und präzise justiert werden. Es können dabei pro Spannsystem und/oder pro Brennstoffzellenstapel genau eine Spannplatte und mehrere Spanneinrichtungen sowie mehrere voneinander beabstandete Federelemente vorgesehen sein.
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Das mindestens eine Federelement ist vorzugsweise als (zumindest teilweise elastische) Druckfeder ausgebildet. Als Federachse wird in der vorliegenden Offenbarung insbesondere die Wirkachse des Federelements bei bestimmungsgemäßer Verwendung bezeichnet. Mit anderen Worten ist die Federachse diejenige Achse, entlang derer das Federelement komprimiert (vorgespannt) wird, um den Brennstoffzellenstapel insbesondere parallel zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels zusammenzudrücken (zu verspannen). Die Federachse kann somit parallel zur Stapelrichtung verlaufen. Folglich kann eine Längserstreckung des Federelements parallel zur Federachse bzw. parallel zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels in einem unkomprimierten Ausgangszustand größer sein als in einem komprimierten Endzustand, den das Federelement einnimmt, wenn der Brennstoffzellenstapel mittels des Spannsystems verspannt ist. Das Federelement kann außerdem selbständig entlang der Federachse entspannbar sein. D.h., wenn die Spanneinrichtung die auf das Spannelement ausgeübte Druckkraft betraglich verringert, kann sich das Federelement selbständig in seiner Einbaulage zwischen der Druckplatte und dem Spannelement entlang der Federachse (sowie der Stapelrichtung) ausdehnen.
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Als Druckkraft kann im Kontext der vorliegenden Offenbarung die Summe aller Teilkräfte (Kraftvektoren) verstanden werden, die die Spanneinrichtung auf das Spannelement ausübt. Die Druckkraft (d. h. der Druckkraftvektor) kann seinen Ursprung am Schwerpunkt der Spanneinrichtung haben. Folglich kann auch die Druckkraft parallel (insbesondere antiparallel) zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels ausgerichtet sein. Vorliegend dienen das Spannelement und die Spanneinrichtung dazu, das Federelement gegen die Druckplatte zu spannen. Dabei ist es denkbar, dass die Spanneinrichtung fest, beispielsweise stoffschlüssig, mit dem Spannelement verbunden ist.
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Das mindestens eine Federelement ist oder enthält vorzugsweise mindestens eine Tellerfeder. Alternativ kann das Federelement eine Spiralfeder sein oder enthalten. In einer weiteren Alternative kann das Federelement einen Körper aus einem nachgiebigen, insbesondere elastischen, Material, beispielsweise ein Elastomer, enthalten. Es können mehrere derartige Federelemente vorgesehen sein, die bevorzugt parallel zur Federachse aufeinander gestapelt sein können. In einer besonders bevorzugten Variante ist das mindestens eine Federelement ein Satz von mehreren entlang der Federachse aufeinander gestapelten Tellerfedern (im Folgenden auch als Tellerfedersatz bezeichnet). Entsprechend kann das Federelement/können die Federelemente jeweils zylindersymmetrisch ausgestaltet sein, wobei die Federachse die Symmetrieachse der Federelemente ist. Vorzugsweise ist die Spanneinrichtung koaxial (gleichachsig) zum Federelement angeordnet. D.h., die Druckkraft wirkt vorzugsweise genau auf der Federachse. Mit anderen Worten liegt der Ursprung des Vektors der Druckkraft vorzugsweise auf der Federachse und die Richtung des Vektors der Druckkraft ist parallel zur Federachse.
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Das mindestens eine Federelement kann mit einer Führung zum Führen des Spannelements entlang der Federachse, insbesondere parallel zur Federachse, versehen sein. Die Führung kann einstückig mit dem Federelement oder als separates Bauteil ausgebildet sein. In einer bevorzugten Variante ist die Führung fügestellenfrei mit dem Federelement ausgebildet. Die Führung und das Federelement können in diesem Fall zusammen ein Federbauteil bilden, welches vorzugsweise als (Kunststoff-) Gussteil hergestellt ist. Insbesondere kann die Führung als Rohrabschnitt ausgestaltet sein. Der Rohrabschnitt kann dabei ebenfalls zylindersymmetrisch bezogen auf die Federachse ausgestaltet sein. Die auf diese Weise realisierte Führung des Spannelements koaxial zum Federelement (d.h., entlang der Federachse) ermöglicht eine präzise Übertragung der Druckkraft von dem Spannelement auf die Druckplatte. In der Folge ermöglicht das Spannsystem auf einfache und effiziente Art und Weise, den Brennstoffzellenstapel relativ präzise automatisiert zu verspannen.
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Die Führung kann zentral durch das Federelement hindurch verlaufen und in der Längsrichtung des Spannsystems (entlang der Federachse) auf der Seite der Druckplatte und/oder auf der Seite des Spannelements über das Federelement hinausragen. Entsprechend kann die Führung in die Druckplatte und/oder das Spannelement hineinragen, sodass sich das Spannsystem durch eine kompakte Bauweise auszeichnen kann. Höchstvorzugsweise ist derjenige Abschnitt der Führung, der über das mindestens eine Federelement hinausragt, vollständig in dem Spannelement aufgenommen. Insbesondere kann die Führung das Spannelement durchsetzen. Das Spannelement kann koaxial zum Federelement entlang der Führung verlagerbar sein. Insbesondere kann das Spannelement auf der Führung entlang der Federachse gleitend gelagert sein. Umgekehrt kann zum Aufnehmen einer Ausdehnung des Brennstoffzellenstapels in Längsrichtung (Stapelrichtung / entlang der Federachse) die Führung relativ zum Spannelement, insbesondere in einer in dem Spannelement ausgebildeten ersten Vertiefung, in dem Spannelement gleiten.
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Wie unten im Detail erläutert, kann das Spannsystem ermöglichen, den Brennstoffzellenstapel automatisiert zusammenzudrücken, um eine Brennstoffzellenanordnung mit dem zusammengerückten Brennstoffzellenstapel herzustellen. Zu diesem Zweck kann eine Produktionsmaschine in Form einer (beispielsweise pneumatischen oder hydraulischen) Presse, insbesondere Stempelpresse, zum Einsatz kommen. Diese Presse kann mindestens einen, vorzugsweise mehrere, axial (insbesondere entlang der Federachse) verlagerbare(n) Stempel als Werkzeug aufweisen. Jeder Stempel kann ein zum Kontaktieren des Spannelements vorgesehenes, distales Ende aufweisen. An dem distalen Ende kann ein Axiallager (etwa als Gleitlager oder Kugellager) ausgebildet sein. Die Presse oder zumindest der mindestens eine Stempel kann Teil des Spannsystems sein. Im Folgenden für den Stempel gesagtes kann für jeden der Stempel gelten.
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Das Spannelement kann eine Aufnahme aufweisen, die zu einer der Druckplatte entgegengesetzten Seite des Spannelements hin offen sein kann. Diese Aufnahme kann dabei so bemessen sein, dass das distale Ende des Stempels in die Aufnahme hineinpasst. Der Stempel kann also mit der Aufnahme in Eingriff gebracht werden. In einer bevorzugten Variante ist die Aufnahme zylindersymmetrisch, insbesondere als zylindersymmetrisches Loch, ausgebildet. Vorzugsweise ist die Federachse in diesem Fall eine Symmetrieachse der Aufnahme. Die Aufnahme kann als Sackloch ausgebildet sein. Alternativ kann die Aufnahme im Bereich ihrer der Druckplatte zugewandten Basis eine Verbindungsöffnung zur ersten Vertiefung aufweisen. Mit anderen Worten kann das Spannelement mit einem Durchgangsloch versehen sein, das sich von einem von der Druckplatte abgewandten bzw. der Spanneinrichtung zugewandten Längsende bis zu einem der Druckplatte zugewandten bzw. von der Spanneinrichtung abgewandten Längsende durch das Spannelement hindurch erstreckt. Dieses Durchgangsloch kann durch die Aufnahme und die erste Vertiefung gebildet sein und sich am Übergang zwischen der Aufnahme und der ersten Vertiefung verjüngen.
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Um die Druckkraft möglichst präzise und gleichmäßig auf das Federelement übertragen zu können, weist das Spannelement vorzugsweise einen zur Kontaktierung des mindestens einen Federelements vorgesehenen Basisabschnitt auf, dessen der Druckplatte zugewandte Fläche eben (plan) ist. Das Federelement kann sich auf diese Weise, insbesondere wenn es als Tellerfeder ausgebildet, kontinuierlich axial komprimieren lassen, ohne eine Transversalkraft auf die Druckplatte auszuüben. Von dem Basisabschnitt kann sich auf der der Druckplatte entgegengesetzten Seite des Spannelements mindestens eine hülsenförmige Erhebung weg erstrecken. In der Erhebung kann dabei die Aufnahme für den Stempel ausgebildet sein. Die Wand dieser Aufnahme ist somit vorzugsweise zylindersymmetrisch; sie verläuft bevorzugt koaxial zum Federelement. Das Spannelement kann als Ganzes fügestellenfrei (monolithisch), insbesondere als Gussteil (beispielsweise als Kunststoff-Gussteil), ausgestaltet sein.
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Die Druckplatte kann starr oder zumindest steifer sein als das zwischen der Druckplatte und dem Spannelement vorgesehene Federelement und/oder das Spannelement. Das Federelement kann entspannt sein, wenn die Spanneinrichtung die Druckkraft nicht ausübt. Wenn das Spannelement jedoch bestimmungsgemäß auf das Federelement drückt und die Druckplatte am Brennstoffzellenstapel anliegt, kann das Federelement zwischen der Druckplatte und dem Spannelement eingespannt sein. Vorzugsweise ist das Federelement zumindest abschnittsweise in der Druckplatte aufgenommen. Zu diesem Zweck kann eine zweite Vertiefung in der Druckplatte ausgebildet sein. Diese zweite Vertiefung kann insbesondere als zylindersymmetrisches Sackloch ausgestaltet sein. Die zweite Vertiefung kann außerdem so bemessen sein, dass der darin aufgenommene Abschnitt des Federelements beweglich, insbesondere ohne äußere Krafteinwirkung spann- und entspannbar, ist, ohne durch Seitenwände der zweiten Vertiefung blockiert zu werden. Es ist darüber hinaus denkbar, dass das Spannelement so bemessen ist, dass sie zumindest abschnittsweise in das Sackloch hineinpasst. Außerdem kann das mindestens eine Federelement zumindest abschnittsweise im Basisabschnitt des Spannelements aufgenommen sein.
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In einer bevorzugten Variante ist das Federelement in die Druckplatte gesteckt und das Spannelement auf das Federelement aufgesteckt. Vorteilhafterweise ist das Federelement somit formschlüssig mit der Druckplatte und/oder (über die Führung) mit dem Spannelement verbunden. Darüber hinaus ist es denkbar, dass das Federelement im Bereich seines der Druckplatte zugewandten Endes zusätzlich kraftschlüssig oder stoffschlüssig mit der Druckplatte verbunden ist. Die Druckplatte kann auf dem zweiten Ende (dem der Kontaktfläche zugewandten Längsende) des Brennstoffzellenstapels zentriert angeordnet sein.
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Die Spanneinrichtung des Spannsystems kann entlang der Federachse schraubbar ausgestaltet sein. Zu diesem Zweck kann die Spanneinrichtung ein Gewinde aufweisen, welches vorzugsweise koaxial zum Federelement ausgebildet ist. D.h., eine Rotationsachse der Spanneinrichtung / des Gewindes verläuft vorzugsweise kollinear zur Federachse. Andere denkbare Spanneinrichtungen sind beispielsweise Sprengringe, die in vorgefertigte Nuten eingesetzt sind, oder umgebörteltes Material, welches das Spannelement am Gehäuse fixiert und somit die Druckkraft auf das Gehäuse übertragen kann.
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Die hier vorgeschlagene Brennstoffzellenanordnung umfasst ein Gehäuse mit einem Bodenteil und einem Deckelteil, einen Brennstoffzellenstapel, und ein vorstehend im Detail beschriebenes Spannsystem. Der Brennstoffzellenstapel ist dabei mittels des Spannsystems zwischen dem Bodenteil und dem Deckelteil eingespannt. Insbesondere kann der Brennstoffzellenstapel zwischen dem Bodenteil und der Druckplatte eingespannt sein. Die Druckplatte kann sich dabei über das Federelement, das Spannelement und die Spanneinrichtung (bevorzugt in der genannten Reihenfolge) am Deckelteil abstützen.
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Der Brennstoffzellenstapel enthält vorzugsweise mehrere elektrisch leitfähige Trennplatten, die als Monopolarplatten oder Bipolarplatten ausgestaltet sein und Einzelzellen des Brennstoffzellenstapels begrenzen können. Jede Einzelzelle enthält im Wesentlichen eine eingangs beschriebene Membran-Elektroden-Einheit, die zwischen zwei der Trennplatten angeordnet sind. Die Trennplatten und die Membran-Elektroden-Einheiten sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet und entlang der Federachse in der Stapelrichtung gestapelt. Zwischen benachbarten Einzelzellen des Brennstoffzellenstapels kann jeweils mindestens ein Dichtelement eingespannt sein. Die Trennplatten enthalten Durchgangsöffnungen, die zusammen mit den Dichtelementen eine Leitung für ein Betriebsmittel der Brennstoffzellen (beispielsweise Brennstoff, Oxidationsmittel oder Kühlmittel) ausbilden. Der Brennstoffzellenstapel hat an seinem dem Bodenteil des Gehäuses zugewandten ersten Ende einen ersten Stromabnehmer und an seinem entgegengesetzten, der Druckplatte zugewandten zweiten Ende einen zweiten Stromabnehmer. Der erste und der zweite Stromabnehmer sind vorzugsweise metallisch, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt.
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Der Bodenteil des Gehäuses ist vorzugsweise als Platte ausgebildet, die quer zur Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels ausgerichtet ist. Der Bodenteil kann dabei als sogenannte Mediendruckplatte ausgestaltet sein, die als Schnittstelle zur Durchleitung der Betriebsmittel in den Brennstoffzellenstapel dienen kann. Der Bodenteil kann Anschlüsse für den Brennstoff, das Oxidationsmittel sowie das Kühlmittel aufweisen. Der Deckelteil des Gehäuses ist bevorzugt nicht als Platte, sondern als eine Haube ausgebildet, die einen Innenbereich der Brennstoffzellenanordnung, in dem der Brennstoffzellenstapel angeordnet ist, begrenzt. Die Haube ist dabei vorzugsweise einstückig, insbesondere fügestellenfrei (monolithisch) und/oder als Gussteil, ausgebildet. Vorzugsweise bilden der Bodenteil und der Deckelteil zusammen das gesamte Gehäuse. In der Folge kann der Innenbereich insbesondere mittels des Gehäuses und/oder dem Spannelement gegenüber der Umgebung der Brennstoffzellenanordnung flüssigkeitsdicht oder gasdicht abgedichtet sein.
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In einer bevorzugten Variante hat das Gehäuse (wenn der Bodenteil mit dem Deckelteil verbunden ist) ein Loch, welches vorzugsweise als Gewindebohrung mit einem Innengewinde ausgestaltet und/oder koaxial zum Federelement angeordnet ist. Die Druckplatte kann zwischen dem Brennstoffzellenstapel und dem Loch angeordnet sein. Vorteilhafterweise enthält die Spanneinrichtung in diesem Fall die oben genannte Mutter, die mit einem mit dem Innengewinde korrespondierenden Außengewinde versehen sein kann. Die Mutter kann somit in dem Loch/der Gewindebohrung schraubbar aufgenommen sein. Entsprechend kann das Spannelement durch Schrauben der Mutter in Richtung des Brennstoffzellenstapels, insbesondere über einen direkten Kontakt zwischen der Mutter und dem Spannelement, axial entlang der Federachse in Richtung des Brennstoffzellenstapels gepresst werden. Dabei ist es auch denkbar, dass das Spannelement ein Außengewinde aufweist und die Funktion der Spanneinrichtung (insbesondere Mutter) zumindest unterstützt.
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Die Erhebung des Spannelements kann zumindest abschnittsweise in das Loch hineinragen. Insbesondere kann die Erhebung abdichtend am Gehäuse, vorzugsweise an einer Innenumfangsfläche des Lochs, anliegen. Dies ermöglicht auf synergetische Art und Weise, den Innenbereich einfach und effizient am Loch gegenüber der Umgebung abzudichten.
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Das hier vorgeschlagene Fahrzeug ist mit einem vorstehend im Detail beschriebenen Spannsystem oder einer vorstehend ebenfalls beschriebenen Brennstoffzellenanordnung versehen. Die Brennstoffzellenanordnung kann dazu dienen, Fahrzeugelektronik und/oder einen Antriebsmotor des Fahrzeuges (direkt oder indirekt) mit Strom zu versorgen.
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Mittels des hier vorgeschlagenen Verfahrens kann eine Brennstoffzellenanordnung, insbesondere die vorstehend beschriebene Brennstoffzellenanordnung, hergestellt werden. Dieses Verfahren kann vollautomatisiert oder teilautomatisiert ablaufen. Es umfasst die folgenden Schritte, die insbesondere in der nachfolgenden Reihenfolge durchgeführt werden können: Bereitstellen des Gehäuses mit dem Bodenteil und dem Deckelteil; Bereitstellen des Brennstoffzellenstapels auf dem Bodenteil; Positionieren der Druckplatte auf der dem Bodenteil entgegengesetzten Seite des Brennstoffzellenstapels, so dass die Kontaktfläche der Druckplatte am Brennstoffzellenstapel anliegt; Anordnen des Spannelements auf der der Kontaktfläche entgegengesetzten Seite der Druckplatte; Anordnen mindestens eines Federelements zwischen der Druckplatte und dem Spannelement; Pressen (axiales Drücken) der Druckplatte in Richtung des Brennstoffzellenstapels mittels des Werkzeuges, wobei vorzugsweise das mindestens eine Federelement entlang seiner Federachse gespannt wird; Verschließen des Gehäuses, wobei der Deckelteil mit dem Bodenteil verbunden wird; Bereitstellen einer Spanneinrichtung; und Entfernen des Werkzeuges. Dabei übt die Spanneinrichtung nach dem Schritt des Entfernens des Werkzeuges die Druckkraft auf das Spannelement aus, die entlang der Federachse und in Richtung der Druckplatte gerichtet ist. Das Spannelement überträgt die Druckkraft über das vorgespannte mindestens eine Federelement auf die Druckplatte. Vorzugsweise ist die oben beschriebene Brennstoffzellenanordnung somit fertig hergestellt, sobald das Werkzeug nicht mehr auf die Druckplatte einwirkt.
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Wie oben erläutert, kann (auch) der Bodenteil als Platte ausgestaltet sein. Das Bereitstellen des Brennstoffzellenstapels kann umfassen, letzteren Brennstoffzelle für Brennstoffzelle direkt auf dem Bodenteil auszubilden (zu stapeln). Insbesondere kann zunächst ein Stromabnehmer auf dem Bodenteil angeordnet werden. Sodann kann eine endseitige Trennplatte, insbesondere eine Monopolarplatte, auf dem Stromabnehmer ausgebildet werden. Anschließend können die Membran-Elektroden-Einheit auf der Trennplatte und eine weitere Trennplatte auf der Membran-Elektroden-Einheit positioniert werden. Diese beiden Schritte können sodann mehrmals wiederholt werden, bis der Brennstoffzellenstapel seine vorbestimmte Anzahl von Brennstoffzellen aufweist.
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Um das Stapeln der Trennplatten und der Membran-Elektroden-Einheiten besser automatisieren zu können, können die Trennplatten und/oder die Membran-Elektroden-Einheiten an ihren Konturen jeweils mindestens eine Einkerbung aufweisen. Entsprechend kann der Schritt des Bereitstellens des Brennstoffzellenstapels enthalten, mindestens eine Schiene vorzusehen, die sich parallel zur Stapelrichtung erstreckt, und die Schiene mit den Einkerbungen in Eingriff zu bringen. Zum Ende des Schritts des Bereitstellens des Brennstoffzellenstapels kann dieser an seinem zweiten Ende mit dem zweiten Stromabnehmer versehen werden.
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Während der Schritte des Positionierens der Druckplatte, des Anordnens des Spannelements und/oder des Anordnens des Federelements zwischen der Druckplatte und dem Spannelement kann die mindestens eine Schiene am Brennstoffzellenstapel verbleiben, um auch die Druckplatte relativ zum Brennstoffzellenstapel auszurichten. Die Kontaktfläche der Druckplatte kann entsprechend praktisch vollflächig auf einer der Druckplatte zugewandten Innenoberfläche am zweiten Ende der Brennstoffzellenanordnung aufliegen. Das Anordnen des Federelements (samt der Führung) kann umfassen, das Federelement zumindest abschnittsweise in der Vertiefung der Druckplatte einzusetzen, wobei das Federelement axial beweglich bleibt. Das Anordnen des Spannelements kann enthalten, das Spannelement auf die Führung aufzustecken. Vor dem Schritt des Pressens der Druckplatte kann sich das Federelement in seinem entspannten Ausgangszustand befinden.
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Beim anschließenden Pressen der Druckplatte kann die Druckplatte mittels des mindestens einen Stempels axial entlang der Federachse in Richtung des Bodenteils gedrückt und dabei vorzugsweise verlagert werden. Der Stempel kann dabei angeordnet sein, koaxial zum Federelement zu drücken. Die Druckplatte kann direkt, insbesondere unter direktem Kontakt zwischen dem Stempel und der Druckplatte, oder indirekt über das Federelement und das Spannelement gepresst werden. Wenn die Druckplatte indirekt über das Federelement und die Spannplatte gepresst wird, kann vorgesehen sein, dass das Federelement auf die Belastung durch das Pressen ausgelegt ist oder die Spannplatte an der Druckplatte (mechanisch) fixiert, beispielsweise damit verschraubt, ist. In letzterem Fall wird das Federelement durch das Pressen keiner zusätzlichen Kraft ausgesetzt. Vielmehr kann der Lastpfad vom Stempel über die Fixierung direkt zur Druckplatte verlaufen. Die Fixierung kann durch das Gehäuse hindurch gelöst werden. Die Kraft beim Pressen kann teilweise höher als die Druckkraft (nach der Montage) sein. Das mindestens eine Federelement kann im Gehäuse über die Spanneinrichtung auf Systemdruck (Druckkraft) verspannt werden.
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Während des Pressens mittels des Spannelements kann die jeweilige Aufnahme des Spannelements, in die der jeweilige Stempel eingreift, kontinuierlich koaxial zum Federelement, zur Führung und/oder zur Vertiefung in der Druckplatte angeordnet bleiben. Das Pressen erfolgt in beiden vorgenannten Fällen vorzugsweise unter Kraftregelung, d.h., der jeweilige Stempel wird sukzessive koaxial relativ zur zugehörigen Spanneinrichtung (auf der Federachse) bewegt, bis eine vorbestimmte Kraft, mit der der Stempel auf die Druckplatte beziehungsweise das Spannelement drückt, erreicht wird. Diese vorbestimmte Kraft definiert einen Montagezustand, bei dem der Deckelteil und der Bodenteil miteinander verbunden, insbesondere verschraubt, werden können. Die vorbestimmte Kraft kann größer sein als oder so groß sein wie die oben beschriebene Druckkraft. Entsprechend kann der Brennstoffzellenstapel im Montagezustand genauso stark oder stärker komprimiert sein als in seinem Endzustand nach Fertigstellung der Brennstoffzellenanordnung. Wenn mehrere Stempel vorgesehen sind, können sie gelichzeitig, gleichschnell und/oder parallel zueinander verlagert werden.
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Vorteilhafterweise erstreckt sich der mindestens eine Stempel durch das im Gehäuse, insbesondere im Deckelteil des Gehäuses, ausgebildete, dem jeweiligen Stempel zugeordnete Loch hindurch. Der Deckelteil kann dabei axial auf dem Stempel verschiebbar gelagert sein. Im Schritt des Verschließens des Gehäuses kann der Deckelteil sodann (formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig) mit dem Bodenteil verbunden werden. In einer bevorzugten Variante wird der Deckelteil entlang des Stempels sowie axial bewegt und in Anlage an den Bodenteil gebracht. Dabei kann die Wand der Aufnahme entlang der Innenwand des Lochs gleiten. Anschließend können der Bodenteil und der Deckelteil miteinander verschraubt werden.
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In einer besonders bevorzugten Variante ist jeder Stempel des Werkzeuges um seine Längsachse und/oder um die Federachse drehbar. Vorzugsweise greift jeder Stempel während des Pressens der Druckplatte / des Spannelements in die ihm zugehörige Spanneinrichtung ein. Die jeweilige, insbesondere als Mutter ausgebildete, im Loch aufgenommene, Spanneinrichtung kann somit vorteilhafterweise in situ mit demselben Werkzeug / demselben Stempel in Richtung des Brennstoffzellenstapels geschraubt werden, mit dem der Brennstoffzellenstapel gegen den Bodenteil gedrückt wird. Der Stempel kann insbesondere an seinem distalen Ende eine andere Form aufweisen als in seinem mit der Spanneinrichtung in Eingriff stehenden Bereich. Beispielsweise kann das distale Ende des Stempels zylindrisch mit rundem Querschnitt und sein. Dieser Querschnitt kann einen Durchmesser von zwischen 10 mm und 30 mm aufweisen. Der Querschnitt des mit der Spanneinrichtung in Eingriff stehenden Bereichs kann eckig, beispielsweise dreieckig, viereckig, fünfeckig oder sechseckig ausgebildet, sein. Die Spanneinrichtung/die Mutter wird vorzugsweise derart bereitgestellt, insbesondere eingeschraubt, dass sie das Spannelement kontaktiert. Durch diese Verlagerung der Spanneinrichtung in Richtung des Federelements kann der Systemdruck (d.h., die Druckkraft) eingestellt werden.
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Dies ermöglicht, die eingeregelte Kraft nach der Fertigstellung der Brennstoffzellenanordnung, insbesondere nach dem Schritt des Entfernens des Werkzeuges, unverändert aufrechtzuerhalten. Im Ergebnis stellt sich ein Lastpfad zum Zusammendrücken des Brennstoffzellenstapels ein, der von der Druckplatte über das Federelement sowie das Spannelement und die Spanneinrichtung/Mutter zum mit dem Bodenteil verbundenen Deckelteil des Gehäuses verläuft.
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Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie eine Kombination aus einem Brennstoffzellengehäuse und einer Verspannungseinrichtung, die zur Produktion großer Stückzahlen geeignet ist. Eine Automatisierung und Prozessüberwachung während der Herstellung ist realisierbar. Der Prozesskraftlastpfad ist identisch zum Gehäuselastpfad.
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Die Verspannung des Gehäuses wird über ein Verspannelement (Spanneinrichtung) bereitgestellt, welches einem Pressstempel ermöglicht, den Brennstoffzellenstapel über einen direkten Lastpfad zu verpressen. Zum Beispiel kann eine Spannmutter im Gehäuse eingesetzt sein. Die Spannmutter (Mutter) kann einen Innendurchmesser aufweisen, der größer ist als ein Außendurchmesser des Stempels. Die Kraftübertragung zum Gehäuse und die Verspannung des Federelements werden über ein Anziehen der Spannmutter realisiert. Der Montageschritt, bei dem die Spannmutter angezogen wird, kann sowohl über eine Rotation des Presstempels, als auch durch eine separat angetriebene Verschraubungshilfe realisiert werden. Das System kann zur Gewichts- / Bauraumreduktion auch bei einem einteiligen Gehäuse (ohne Spanndeckel) realisiert werden. Die Kraftübertragung bei einer großen Spannmutter an vergleichsweise gleichmäßig über die Querschnittsfläche des Brennstoffzellenstapels verteilt sein.
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Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Brennstoffzellenanordnung mit einem Spannsystem, wobei ein Brennstoffzellenstapel der Brennstoffzellenanordnung mittels des Spannsystems zusammengedrückt ist;
- 2 das Spannsystem der Brennstoffzellenanordnung aus 1 in einer Detailansicht;
- 3 bis 9 Zwischenzustände der Brennstoffzellenanordnung aus 1 bei ihrer Herstellung;
- 10 die Brennstoffzellenanordnung aus 1 in einer perspektivischen Detailansicht auf den Deckelteil, wobei mehrere Stempel zum Pressen der Druckplatte dargestellt sind;
- 11 das Spannsystem der Brennstoffzellenanordnung aus 1 in einer Detailansicht, nachdem die Stempel entfernt worden sind;
- 12 ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit der Brennstoffzellenanordnung aus 1; und
- 13 ein Verfahren zur Herstellung der Brennstoffzellenanordnung aus 1.
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In den 1 und 2 ist eine Brennstoffzellenanordnung 200 gezeigt, welche zur Verwendung in einem in 13 gezeigten Fahrzeug 300 vorgesehen ist. Bei dem Fahrzeug 300 kann es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen handeln. Alternativ kann das Fahrzeug 300 beispielsweise ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug sein.
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Die Brennstoffzellenanordnung 200 umfasst ein Gehäuse 210 mit einem Bodenteil 212 und einem Deckelteil 214, einen Brennstoffzellenstapel 100, und ein Spannsystem 10. Das Gehäuse 210 legt einen Innenbereich 218 fest, in dem der Brennstoffzellenstapel 100 angeordnet ist. Der Bodenteil 212 des Gehäuses 210 ist als Platte (sogenannte Mediendruckplatte) ausgebildet. Der Deckelteil 214 des Gehäuses 210 ist als Haube ausgebildet und weist an seinem dem Bodenteil 212 entgegengesetzten Ende ein Loch 216 mit einem Innengewinde auf. Das Spannsystem 10 ist dazu eingerichtet, den Brennstoffzellenstapel 100 zwischen dem Bodenteil 212 und dem Deckelteil 214 einzuspannen. Zu diesem Zweck stützt sich das Spannsystem 10 auf seiner dem Brennstoffzellenstapel 100 entgegengesetzten Seite am Deckelteil 214 ab. Der Brennstoffzellenstapel 100 weist an seinem dem Bodenteil 212 zugewandten Ende einen ersten Stromabnehmer (nicht gezeigt) und an seinem dem Spannsystem 10 zugewandten Ende einen zweiten Stromabnehmer auf.
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Das Spannsystem 10 enthält eine Druckplatte 20, ein hier als (Spann-) Platte ausgebildetes Spannelement 30, mehrere zwischen der Druckplatte 20 und dem Spannelement 30 eingespannte Federelemente 40 sowie mehrere Spanneinrichtungen 50, die jeweils einem Federelement 40 (alternativ einem Satz von aufeinanderliegenden Federelementen 40) zugeordnet sind und in dieser Variante jeweils als Mutter mit einem Außengewinde 52 ausgebildet sind. Das Außengewinde 52 jeder Mutter steht mit dem jeweiligen Innengewinde des Lochs 216 in Eingriff. Die Federelemente 40 sind (insbesondere strukturellen und funktionell) gleich. Jedes der Federelemente 40 ist zumindest abschnittsweise in einer ihr zugehörigen Vertiefung in der Druckplatte 20 aufgenommen. Im Folgenden für eines der Federelemente 40 („das Federelement 40“), für eine der Spanneinrichtungen 50 („die Spanneinrichtung 50“) sowie eine der Vertiefungen in der Druckplatte 20 („die Vertiefung“) gesagtes gilt entsprechend für die übrigen Federelemente 40, Spanneinrichtungen 50 bzw. Vertiefungen in der Druckplatte 20.
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Die Druckplatte 20 liegt mit ihrer gesamten, dem Brennstoffzellenstapel 100 zugewandten Seite über ihre Kontaktfläche 22 am Brennstoffzellenstapel 100 an. Vorteilhafterweise ist die Druckplatte 20 kongruent zu einer der Druckplatte 20 zugewandten Endoberfläche des Brennstoffzellenstapels 100, wenngleich die Druckplatte 20 transversal bezogen auf die Stapelrichtung über den Brennstoffzellenstapel 100 hinausragen kann. Darüber hinaus enthält die Druckplatte 20 auf ihrer dem Brennstoffzellenstapel 100 entgegengesetzten Seite eine Aufnahme 24, in der das Federelement 40 zumindest abschnittsweise aufgenommen werden kann oder aufgenommen ist.
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Das Federelement 40 ist auf einer dem Brennstoffzellenstapel abgewandten Seite der Druckplatte 20 positioniert und vorliegend als Satz in der Stapelrichtung des Brennstoffzellenstapels 100 aufeinandergestapelter Tellerfedern ausgebildet. Alternativ kann das Federelement 40 beispielsweise als elastischer Block aus einem Vollmaterial ausgestaltet sein. Das Federelement 40 hat eine Federachse A, entlang derer sich das Federelement 40 in seiner Position in der Aufnahme 24 zusammendrücken lässt (spannbar ist) und sich selbstständig wieder ausdehnen kann. Außerdem ist das Federelement 40 zylindersymmetrisch ausgestaltet, wobei die Federachse A die Symmetrieachse des Federelements 40 ist. Zentral und koaxial zum Satz der Tellerfedern erstreckt sich eine Führung 44 durch den Satz der Tellerfedern hindurch. Die Führung 44 ist als zylindrischer Rohrabschnitt sowie im vorliegenden Fall einstückig und fügestellenfrei mit dem Satz der Tellerfedern ausgebildet. Vorteilhafterweise erstreckt sich die Führung 44 bis in eine in dem Spannelement 30, insbesondere in einem Basisabschnitt 32 des Spannelements 30, ausgebildete Vertiefung hinein.
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Das Spannelement 30 hat an seiner der Druckplatte 20 entgegengesetzten Seite eine Aufnahme 34 für einen Stempel 224 eines Werkzeuges. Die Aufnahme 34 ist als Loch mit rundem Querschnitt, vorzugsweise als Sackloch, ausgestaltet, welches zur dem Brennstoffzellenstapel 100 entgegengesetzten Seite des Spannelements 30 hin offen ist. Das Loch 216 und das Federelement 40 verlaufen koaxial zueinander, d.h., die Federachse A ist eine Symmetrieachse des Lochs 216. An seinem dem Federelement 40 entgegengesetzten Ende ist das Spannelement 30 entlang des gesamten Randes der Aufnahme 34 an der Spanneinrichtung axial gelagert. Über diese Lagerung übt die Spanneinrichtung 50 eine Druckkraft auf das Spannelement 30 aus, die entlang der Federachse A in Richtung der Druckplatte 20 gerichtet ist. Das Spannelement 30 ist also dazu eingerichtet, die Druckkraft unter Vorspannung des mindestens einen Federelements 40 auf die Druckplatte 20 zu übertragen.
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Die Spanneinrichtung 50, die Aufnahme 34 und das Federelement 40 sind koaxial (bezogen auf die Federachse) zueinander ausgerichtet, sodass die Druckkraft präzise und geradlinig von der Spanneinrichtung 50 (Mutter) auf die Druckplatte 20 übertragen wird. Diese Druckkraft ist durch Ein- / Ausschrauben der Mutter 54 einstellbar. Die Führung 44 sowie die Vertiefung des Spannelements 30 sind ebenfalls koaxial zueinander sowie zu der Spanneinrichtung 50, der Aufnahme 34 und dem Federelement 40 ausgerichtet. Vorteilhafterweise ist eine der Druckplatte 20 zugewandte Fläche des Basisabschnitts 32, mit der das Spannelement 30 das Federelement 40 kontaktiert, eben. In der vorliegenden Variante ist die Aufnahme 34 als zylindersymmetrische Vertiefung ausgebildet ist und die Federachse A eine Symmetrieachse der Aufnahme 34.
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Die Druckplatte 20 ist vorteilhafterweise starr, insbesondere steifer als das Federelement 40. Das Spannelement 30 kann pro Aufnahme 34 eine Erhebung 36 aufweisen, in der die Aufnahme 34 ausgebildet ist. Ein von der Druckplatte 20 abgewandtes Ende der Erhebung 36 kann in das Loch 216 hineinragen und abdichtend an der Wand des Lochs 216 anliegen. Zu diesem Zweck kann dieses Ende elastisch sein. Das Spannelement 30 kann für sich alleine oder in Kombination mit dem Federelement 40 somit den Innenbereich 218 gegenüber der Umgebung flüssigkeitsdicht oder gasdicht abdichten.
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Die Brennstoffzellenanordnung 200 kann wie in den 3 bis 11 Schritt für Schritt gezeigt hergestellt werden. Hinsichtlich der einzelnen Schritte 402 bis 416 des Herstellverfahrens 400 wird auf 13 verwiesen. Im Folgenden für ein Federelement 40 sowie die diesem Federelement 40 zugeordneten weiteren Komponenten (insbesondere die Spanneinrichtung 50/Mutter sowie Stempel 224) gesagtes gilt entsprechend für die übrigen Federelemente 40 und die entsprechenden weiteren Komponenten. Insbesondere ist jedem Federelement 40 ein Stempel 224 zugeordnet.
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In einem ersten Schritt 402 wird das Gehäuse 210 mit dem Bodenteil 212 und dem separaten Deckelteil 214 bereitgestellt. Der Brennstoffzellenstapel 100 wird sodann im Schritt 404 direkt auf dem Bodenteil 212 hergestellt (siehe 3). Dies erfolgt Brennstoffzelle für Brennstoffzelle, wobei Führungsschienen 222 (Führungsprofile) an mindestens zwei Seitenflächen des Brennstoffzellenstapels 100 platziert sein können, um die Komponenten des Brennstoffzellenstapels 100 aufeinander ausgerichtet zu stapeln. D.h., zunächst wird vorzugsweise eine Trennplatte auf dem Bodenteil 212 positioniert. Auf diese Trennplatte wird vorzugsweise eine Membran-Elektroden-Einheit und anschließend eine weitere Trennplatte aufgelegt. Dieser Vorgang wird vorzugsweise so oft wiederholt, bis der Brennstoffzellenstapel 100 vollständig ist.
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Im nächsten Schritt 406 wird die Druckplatte 20 auf einer dem Bodenteil 212 entgegengesetzten Seite des Brennstoffzellenstapels 100 aufgelegt, so dass die Kontaktfläche 22 der Druckplatte 20 am Brennstoffzellenstapel 100 anliegt. Anschließend werden die Federelemente 40 in die Druckplatte 20 eingesetzt (Schritt 410) und das Spannelement 30 auf die Federelemente 40 aufgelegt. Hierbei gelangt die Führung 44 mit der Vertiefung im Basisabschnitt 32 in Eingriff. Alternativ können die Druckplatte 20, die Federelemente 40 und das Spannelement 30 im zusammengesetzten Zustand auf den Brennstoffzellenstapel 100 positioniert werden (siehe 4). Wie in 5 gezeigt, können sodann die Schienen 222 entfernt werden.
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In einem nächsten Schritt 412 wird die Druckplatte 20 indirekt mittels des Spannelements 30 in Richtung des Brennstoffzellenstapels 100 mittels eines Werkzeuges 220, im vorliegenden Fall einer Stempelpresse, gepresst (siehe 6). Dabei wird jedes der Federelemente 40 entlang seiner Federachse A zusammengedrückt und dadurch vorgespannt. Stempel 224 des Werkzeuges 220 durchsetzen hierbei jeweils eines der Löcher 216 des Gehäuses 210 (vgl. 10). Das der Druckplatte 20 zugewandte Ende des (jeweiligen) Stempels 224 greift in die Aufnahme 34 ein. Dieses Ende ist gleitend oder rollend in der Aufnahme 34, insbesondere über ein Axiallager, gelagert. Der (jeweilige) Stempel 224 ist koaxial zur Mutter und zur Aufnahme 34 ausgerichtet.
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Der Deckelteil 214 des Gehäuses 210 wird sodann axial in Richtung des Bodenteils 212 verlagert und der Deckelteil 214 wird mit dem Bodenteil 212 verbunden, insbesondere verschraubt, um das Gehäuse 210 zu verschließen (siehe 7). Hierbei gelangt die Erhebung 36 mit dem Loch 216 in Eingriff. Außerdem steht der Stempel 224 im in 7 gezeigten Zustand mit der Mutter in Eingriff, um diese schrauben zu können. Der weitere Schritt des Bereitstellens 416 einer Spanneinrichtung 50 kann gleichzeitig mit dem Bereitstellen 402 des Gehäuses oder spätestens im in 7 gezeigten Zustand erfolgen. Eine Detailansicht aus 8, die den Zustand des Spannsystems 10 gemäß 7 darstellt, verdeutlicht, dass die Spanneinrichtung 50 noch nicht auf das Spannelement 30 drückt.
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Um die Herstellung der Brennstoffzellenanordnung abzuschließen, kann im Schritt 416 außerdem vorgesehen sein, dass der Stempel um seine eigene Längsachse (also die Federachse) rotiert wird, damit die Mutter mit dem Spannelement 30 in Kontakt gebracht wird. Dadurch wird der Lastpfad zwischen Druckplatte 20 und Gehäuse 210 geschlossen und der Stempel 224 des Werkzeugs 220 kann wie in 10 gezeigt entfernt werden (Schritt 418). Nach dem Schritt des Entfernens 418 des Werkzeuges 220 kann die Spanneinrichtung 50/Mutter somit die Druckkraft auf das Spannelement 30 ausüben. Diese Druckkraft ist entlang der Federachse A und in Richtung der Druckplatte 20 gerichtet und wird von dem Spannelement 30 über das nunmehr wie in 11 dargestellt vorgespannte Federelement 40 auf die Druckplatte 20 übertragen.
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Aus Gründen der Leserlichkeit ist in dieser Offenbarung vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. ein/das Federelement, eine/die Spanneinrichtung, ein/der Stempel, eine/die Aufnahme (für den Stempel), etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. das mindestens eine Federelement, die mindestens eine Spanneinrichtung, der mindestens eine Stempel, die mindestens eine Aufnahme (für den Stempel), etc.). Zumindest abschnittsweise bedeutet hier abschnittsweise oder vollständig. Der Begriff „im Wesentlichen“ umfasst im Kontext der hier offenbarten Technologie jeweils die genaue Eigenschaft bzw. den genauen Wert sowie jeweils für die Funktion der Eigenschaft/des Wertes unerhebliche Abweichungen, beispielsweise aufgrund von Herstellungstoleranzen.
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Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
