DE10343766A1

DE10343766A1 - Spannvorrichtung für einen Stapel aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen und Verfahren zu deren Montage

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Publication number: DE10343766A1
Application number: DE10343766A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Nettesheim; Sven Dr. Jakubith
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Stapel aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen sowie ein Verfahren zu deren Montage. DOLLAR A Aufgabe ist es, eine Spannvorrichtung bereitzustellen, durch welche, bei einem einfachen Aufbau, zur Gewährleistung einer guten elektrischen Verbindung der Einzelzellen eine stabile gleichmäßige Flächenpressung auf den Stapel ausgeübt wird. Weiterhin soll ein Verfahren, eine einfache und sichere Montage der Spannvorrichtung am Stapel angegeben werden. DOLLAR A Die vorgeschlagene Spannvorrichtung besteht aus an der Ober- und Unterseite sowie gegebenenfalls zwischen den Zellen angeordneten Druckplatten, mindestens einem Spannelement und Elementen zur kraftübertragenden Verbindung des oder der Spannelemente mit den Druckplatten und damit zur Erzeugung einer in der Stapelrichtung auf die Platten wirkenden Zugkraft. In erfindungswesentlicher Weise wird jede Druckplatte über mindestens einen quer zur Stapelrichtung verlaufenden Durchbruch von wenigstens einer Strebe durchragt. Die Strebe bildet das Element zur kraftübertragenden Verbindung der Druckplatte mit einem Spannelement und gleichzeitig einen Druckplatte versteifenden Träger aus. Die Montage erfolgt unter Nutzung einer externen Pressvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für einen Stapel aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen, insbesondere zum Verspannen eines Stapels aus Brennstoffzellen, eines so genannten Stack. Soweit sich die nachfolgenden Ausführungen im Wesentlichen nur auf Brennstoffzellen beziehen, soll hierin jedoch keine Beschränkung der Erfindung liegen. Vielmehr ist die Vorrichtung auch zum Verspannen von Stapeln anderer elektrochemischer Zellen einsetzbar. Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Montage der beschriebenen Spannvorrichtung.

Die Funktionsweise von Brennstoffzellen beruht auf einer elektrochemischen Umwandlung von Brennstoff und Oxidationsmittel, z.B. Wasserstoff und Sauerstoff, in elektrischen Strom, Wärme und Reaktionsprodukte. Eine Brennstoffzelle besteht im Wesentlichen aus zwei Elektroden (Anode und Kathode), einem Elektrolyten, Leitungen für die Zuführung der Reaktionspartner und die Abführung der umgesetzten Betriebsmittel sowie elektrischen Kontakt- bzw. Verbindungsmitteln. Festpolymer-Brennstoffzellen verwenden im Allgemeinen eine dünne polymere Ionenaustauschmembran als Elektrolyten. Der Werkstoff der Membran ist ionenleitfähig und weitgehend elektrisch isolierend sowie gasundurchlässig. Die Membran ist mit einem geeigneten Elektrokatalysator und einem porösen elektrisch leitfähigem Schichtmaterial beschichtet. Eine solche Anordnung wird als Membranelektrodenaufbau („MEA") bezeichnet.

In der Brennstoffzelle ist die MEA typischerweise zwischen den Elektroden, in Form zweier Separatorplatten, eingefügt, welche als Stromkollektoren wirken und die Reaktanden in geeigneter Form über den elektrochemisch aktiven Bereich der MEA verteilen. Da eine einzelne Zelle eine nur geringe Spannung aufweist, wird eine Mehrzahl von Einzelzellen miteinander elektrisch seriell verbunden. Durch eine bipolare Ausführung der Separatorplatten, kann die Serienschaltung durch deren wechselseitige Abfolge mit den MEA's realisiert werden.

Zur Sicherung der Funktionsweise werden die in Reihe geschalteten Zelleneinheiten vorzugsweise unter Herstellung einer gewissen mechanischen Vorspannung zu einem Stapel, dem so genannten Stack vereint. Dabei ist es erforderlich, dass eine gleichmäßige Flächenpressung aufgebracht wird, um eine gute elektrische Verbindung der Einzelzellen sicherzustellen. Dies wird im Allgemeinen durch Einbettung des Zellenstapels zwischen planaren Platten (Endplatten bzw. gegebenenfalls auch zwischen den Zellen angeordneten Platten) erreicht, die mit Zugankern, Spannbändern und weiteren Kompressionsvorrichtungen gegeneinander verspannt sind und hierdurch als Druckplatten eine Flächenpressung auf den Stapel ausüben. Entsprechende Anordnungen bzw. Spannvorrichtungen sind beispielsweise in der US 6,190,793 , der US 3,134,697 und der US 4,478,917 offenbart. Die bekannten Lösungen haben den Nachteil, dass sich die Endplatten gegenüber ihrer ursprünglich planaren Form durch die auftretenden Zugkräfte verformen. Als Folge kommt es zu erheblichen Abweichungen von der angestrebten homogenen Pressung über die Zellenfläche.

Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Flächenpressung sind bereits unterschiedliche Lösungen bekannt geworden. So ist es aus der DE 27 29 640 A1 bekannt, in den End- und/oder Zwischenplatten einen Hohlraum vorzusehen und diesem zur Ausbildung eines Druckkissens ein Pressgas zuzuführen. Neben dem Nachteil eines relativ komplizierten Aufbaus einer derartigen Anordnung ist es als nachteilig anzusehen, dass zur Aufrechterhaltung des Drucks eine permanente Versorgung der Hohlräume mit dem Pressgas erfolgen muss. Durch die DE 100 03 528 A1 wird eine hiermit vergleichbare Lösung beschrieben. Allerdings wird bei dieser Lösung der Nachteil einer notwendigen ständigen Versorgung mit Pressgas dadurch umgangen, dass der Hohlraum eines Zwischen- und/oder Endelementes mit einem inkompressiblen Druckmedium oder einer Anordnung von Federn gefüllt wird. Insbesondere im Hinblick auf die vorgesehene Einordnung von Federn in die Hohlräume bleibt jedoch der Nachteil eines komplizierten Aufbaus erhalten. Andererseits besteht bei der Verwendung eines inkompressiblen Druckmediums die Möglichkeit, dass unter rauen Einsatzbedingungen für einen in dieser Weise verspannten Stack Undichtigkeiten auftreten und hierdurch der Druck nicht mehr aufrechterhalten werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung für einen Stapel aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen bereitzustellen, durch welche zur Gewährleistung einer guten elektrischen Verbindung der Einzelzellen eine stabile gleichmäßige Flächenpressung auf den Stapel ausgeübt wird. Dabei soll die Spannvorrichtung einen einfachen Aufbau besitzen und leicht montierbar sein. Die Aufgabe besteht weiterhin darin ein Verfahren anzugeben, welches eine einfache und sichere Montage der Spannvorrichtung am Stapel ermöglicht.

Die Erfindung wird durch eine Spannvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Das zur Montage der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung vorgeschlagene Verfahren wird durch die Merkmale des ersten Verfahrensanspruchs charakterisiert. Vorteilhafte Aus- bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind durch die jeweiligen Unteransprüche gegeben.

Die vorgeschlagene Spannvorrichtung, welche zum Verspannen eines Stapels aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen, vorzugsweise Brennstoffzellen, dient, besteht, wie an sich bekannt, aus an der Ober- und Unterseite sowie gegebenenfalls zwischen den Zellen angeordneten Druckplatten und Mitteln zur Erzeugung einer in der Stapelrichtung wirkenden Zugkraft auf die Druckplatten. Durch die Zugkraft wird über die planaren bzw. planen, am Stapel anliegenden Außenflächen der Druckplatten eine Flächenpressung auf den Stapel ausgeübt. Die Zugkraft wird durch mindestens ein Spannelement und durch Elemente erzeugt, die das oder die Spannelemente kraftübertragend jeweils mit wenigstens zwei der Druckplatten verbinden. In erfindungswesentlicher Weise wird jede Druckplatte über mindestens einen im Wesentlichen quer zur Stapelrichtung verlaufenden Durchbruch von wenigstens einer Strebe durchragt, die ein Element zur kraftübertragenden Verbindung der Druckplatte mit wenigstens einem Spannelement und gleichzeitig einen die jeweilige Druckplatte versteifenden Träger ausbildet. Durch diesen Aufbau ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Druck bzw. Endplatten aus einem leichten Material auszubilden, ohne dass hierbei Abstriche im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit des über die Platten auf den Stapel ausgeübten Drucks hingenommen werden müssten. Die dennoch sehr einfach aufgebaute Spannvorrichtung ist zudem, wie aus dem später dargestellten Verfahren ersichtlicht wird, sehr leicht an dem von den Brennstoffzellen oder anderen elektrochemischen Zellen gebildeten Stapel montierbar.

Entsprechend einer praxisrelevanten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung weist diese zwei Spannelemente auf, die einander gegenüberliegend, an je einer äußeren Längsseite des Stapels in Stapelrichtung angeordnet sind. Diese sind, dem erfindungsgemäßen Grundprinzip folgend, mittels Streben, welche eine an der Oberseite des Stapels und eine an der Unterseite des Stapels angeordnete Druckplatte durchragen, zur Übertragung der Zugkraft mit den Druck- bzw. Endplatten verbunden. Gemäß einer möglichen und gebräuchlichen Ausbildungsform sind die Spannelemente als Spannbänder ausgeführt. Durch das Verwenden flacher Bänder ergibt sich in Verbindung mit einer geeigneten Wahl des Materials für die Druckplatten aufgrund des ansonsten einfachen, mit nur wenigen Elmenten auskommenden Aufbaus ein vergleichsweise geringes Gewicht für die Spannvorrichtung. Letztlich hängt aber die jeweils zweckmäßigste Ausbildung für die Spannelemente vom jeweiligen Einsatzfall und damit nicht zuletzt von der Größe der Brennstoffzellen und des von ihnen gebildeten Stacks ab. Im Einzelfall kann es dabei auch erforderlich sein an Stelle von Spannbändern geometrisch kompaktere Spannelemente zu verwenden.

Im Falle einer Ausbildung in Form von Spannbändern hat sich gezeigt, dass eine Verwendung Federstahl in vielen als günstig anzusehen ist. Aber auch die Verwendung elektrisch isolierender Materialien, wie beispielsweise Kunststoffe, kommt, wiederum abhängig vom Einsatzzweck, in Betracht. Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung einer mit Spannbändern realisierten Variante der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung, sind die Spannbänder durch ein entsprechendes Profil als Wellenfeder gestaltet. Hierdurch ist es möglich über die jeweilige Geometrie der wellenförmigen Spannbänder und des für ihre Fertigung verwendeten Materials eine Wellenfeder mit definierter Federkonstante auszubilden und auf diese Weise die bei der Verspannung eines Zellenstapels wirksam werdende Vorspannung optimal einzustellen.

Auch für die konkrete Ausbildung der die Platten durchragenden und diese mit den Spannelementen kraftübertragend verbindenden Streben sind, abhängig vom Einsatzfall, unterschiedliche Möglichkeiten gegeben. Vorzugsweise sind die Streben als metallische Zylinderstifte ausgebildet, wobei selbstverständlich durch die Wahl der Materialien für die Druckplatten, die Zylinderstifte und die Spannelemente sichergestellt werden muss, dass zwischen zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Stapel bzw. zwischen einer als Grund- oder Deckplatte und einer zwischen den Zellen angeordneten Druckplatte kein elektrischer Kurzschluss entsteht. Insoweit kommt auch eine Ausbildung der Zylinderstifte aus einem elektrisch isolierenden Material in Betracht, wobei es sich, im Hinblick auf die aufzunehmenden Kräfte, vorzugsweise um einen faserverstärkten Kunststoff handeln könnte.

Eine ebenfalls sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist gegeben, wenn die Durchbrüche in den Druckplatten und die Längsachsen der sie durchragenden Streben einen gekrümmten Verlauf aufweisen, wobei sie gegenüber der planaren, am Stapel anliegenden Außenfläche der jeweiligen Druckplatte gekrümmt sind. Durch diese Maßnahme kann ebenfalls die durch die Druckplatte auf den Stapel wirkende Vorspannung beeinflusst werden. Dabei wird die vor der Monatage zunächst spannungsfreie Druckplatte als Teil einer am Stapel montierten Spannvorrichtung zu einem elastisch vorgespannten Element. Bei einer praxisgerechten Ausführungsform der Erfindung weist jede, der zumindest an der Oberseite und an der Unterseite des Stapels angeordneten Druckplatten zwei Durchbrüche mit einem kreisförmigen Querschnitt auf. Jeder Durchbruch ist von jeweils einem Zylinderstift durchragt. Die axialen Enden der Zylinderstifte sind zur Verspannung eines Stapels mit Spannelementen, vorzugsweise Spannbändern, in Eingriff gebracht, die in einer Doppel-T-Form ausgebildet sind und in den Querbalken der Doppel-T-Form entsprechende, über die Zylinderstifte zu schiebende Bohrungen aufweisen. Vorzugsweise sind dabei die in den Spannelementen angeordneten Bohrungen zur Vereinfachung der Montage mit einer Lochleibung versehen.

Die Druckplatten können zur Erreichung eines geringen Gewichts eines mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung verspannten Stacks aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff oder einer Leichtmetalllegierung bestehen. Im letztgenannten Fall sind die Druckplatten bei Verwendung metallischer Spannelemente und/oder Streben gegen diese elektrisch zu isolieren, wobei die Durchbrüche zur Isolierung gegen die metallischen Streben eine Innenhülse aus einem entsprechenden isolierenden Material aufweisen.

Die Montage der Spannvorrichtung erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, dass der Stapel mit den an seiner Ober- und Unterseite und gegebenenfalls zwischen den elektrochemischen Zellen angeordneten Druckplatten mittels einer externen Pressvorrichtung verpresst und gehalten wird. Bei gespannter Pressvorrichtung können nun die Spannelemente, respektive Spannbänder mit den vor oder nach dem Einbringen des Stapels in die externe Pressvorrichtung in die Durchbrüche der Druckplatten eingeführten Streben in Eingriff gebracht werden. Danach wird die externe Pressvorrichtung entspannt, wobei der Stapel auf die durch die Beschaffenheit der Spannelemente bestimmte Solllänge gebracht und entsprechend vorgespannt wird. Vorzugsweise wird das Aufschieben der Spannelemente auf die die Druckplatten durchragenden Streben durch die bereits erwähnten Lochleibungen der in die Spannelemente eingebrachten Bohrungen unterstützt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen nochmals näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: Eine grundsätzliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung
2: Teile der Spannvorrichtung gemäß 1
3: Die Explosionsdarstellung eines Brennstoffzellenstacks mit einer Spannvorrichtung gemäß 1
4: Die schematische Darstellung einer Druckplatte bzw. Endplatte mit einem Durchbruch
5: Die schematische Darstellung einer möglichen Ausbildung eines Spannelementes
In der 1 ist eine mögliche Ausbildung der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung beispielhaft dargestellt. In der Darstellung ist die Spannvorrichtung ohne den von ihr verspannten Stapel 1 elektrochemischer Zellen 2 gezeigt. Die Spannvorrichtung besteht gemäß dem Beispiel aus zwei Druck- bzw. Endplatten 3, 3', welche oberhalb und unterhalb eines Stapels 1 gemäß 3 von beispielsweise Brennstoffzellen 2 angeordnet werden, mehreren die Druckplatten 3, 3' durchragenden Zylinderstiften 5, 5', 5'', 5''' und, im Beispiel, zwei Spannbändern 4, 4'. Zur Montage wird ein mit der Spannvorrichtung zu verspannender Stapel 1 bei der Fertigung zunächst mittels einer externen Pressvorrichtung zusammengedrückt. Dann werden die Zylinderstifte 5, 5', 5'', 5''' in die dafür in den Druckplatten 3, 3' vorgesehenen Durchbrüche 6, 6', 6'', 6''' in den Druckplatten 3, 3' eingeführt. Die in der Form eines Doppel-T ausgebildeten Spannbänder 4, 4' werden mit ihren Bohrungen 8 auf die die Druckplatten 3, 3' durchragenden Zylinderstifte 5, 5', 5'', 5''' aufgeschoben. Schließlich wird die externe Pressvorrichtung entfernt und somit der Stapel 1 durch die von den Spannbändern 4, 4' über die Zylinderstifte 5, 5', 5'', 5''' auf die Druckplatten 3, 3' ausgeübte Zugkraft in der vorgesehenen Solllage verspannt. Die in die Durchbrüche 6, 6', 6'', 6''' eingeführten Streben, respektive Zylinderstifte 5, 5', 5'', 5''' wirken dabei quasi als Zuganker für die Spannbänder 4, 4'. In besonders vorteilhafter Weise können die Druckplatten 3, 3' aus einem leichten Material, beispielsweise einem Kunststoff, gefertigt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie sich in der Gebrauchslage der Spannvorrichtung verziehen. Insoweit wirken die die Druckplatten 3, 3' durchragenden Zylinderstifte 5, 5', 5'', 5''' nicht nur als Zuganker, sondern gleichzeitig auch als Versteifung für die jeweilige Druckplatte 3, 3'. Durch diese Versteifung werden die Druckplatten 3, 3' gegen ein Verbiegen stabilisiert, so dass eine besonders gleichmäßige Flächenpressung auf den Stapel 1 erreicht wird. Form und Anzahl der Streben 5, 5', 5'', 5''' hängen beispielsweise von der Art des Materials der Druckplatten 4, 4', von der Querschnittsfläche des Stapels 1 oder aber von der Form der Spannelemente 3, 3' ab. In dem dargestellten Beispiel, mit Spannbändern 4, 4' in Doppel-T-Form, welche an ihren axialen Enden bzw. den Querträgern des ,Doppel-T' jeweils zwei Bohrungen 8 aufweisen, wird jede Druckplatte 3, 3' von zwei Zylinderstiften 5, 5', 5'', 5''' durchragt. Zur Vereinfachung der Montage weisen die Bohrungen 8 der Spannbänder 4, 4' vorzugsweise eine, in der Fig. nicht erkennbare Lochleibung auf.
In der 2 ist nochmals ein Teil der Spannvorrichtung nach 1 dargestellt. Die Figur zeigt eine Druckplatte 3 mit den Durchbrüchen 6, 6' sowie zwei in diese Durchbrüche bei der Montage einzuführende Zylinderstifte 5, 5'. Zur möglichen Form dieser Zylinderstifte 5, 5', 5'', 5''' und dem möglichen Verlauf der Durchbrüche 6, 6', 6'', 6''' in den Druckplatten 3, 3' sei an dieser Stelle auf die Erläuterungen zur 4 verwiesen.
Aus der 3 wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung nochmals gut erkennbar. Die Figur zeigt einen Brennstoffzellenstack 1 mit der zugehörigen Spannvorrichtung in einer Explosionsdarstellung. Zu erkennen ist der von den Brennstoffzellen 2 und ihren Elementen, nämlich jeweils einer von den Separatorplatten umgebenden Membran, gebildete Stapel 1. Auf den Stapel 1 werden bei der Montage unter- und oberseitig die Druck- bzw. Endplatten 3, 3' aufgesetzt. Der Stapel 1 wird dann in der schon beschriebenen Weise mittels der Streben 5, 5', 5'', 5''' und der Spannbänder 4, 4' verspannt, wobei die Spannbänder 4, 4' gemäß dem Beispiel an den schmalen Längsseiten des Stapels 1 zur Anlage gelangen. Abhängig von der Größe der Brennstoffzellen 2 und des sich bei ihrer seriellen Verschaltung ergebenden Stapels 1 können die Spannstreben ganz unterschiedliche Formen aufweisen. Abgesehen davon, dass sie massiv oder wie im Beispiel als Bänder ausgebildet seien können, sind beispielsweise I-, T- oder Doppel-T-Elemente denkbar.
Die 4 zeigt eine Druck- bzw. Endplatte 3 in einer schematischen Darstellung. Die Druckplatte weist in der Längsrichtung einen Durchbruch 6 auf. In dem dargestellten Beispiel weist der in seinem Querschnitt kreisförmige Durchbruch 6 eine Wölbung gegenüber der Längsachse der Endplatte 3 auf. Zur Verdeutlichung ist die Wölbung in der schematischen Darstellung etwas übertrieben dargestellt. Dem Fachmann wird allerdings klar, dass durch die Einführung eines Zylinderstiftes 5 in einen derart gewölbten Durchbruch 6 und das anschließende Verspannen dieser Druckplatte 3 mittels der Spannelemente 4, 4' eine Vorspannung des Stapels 1 mit einer gezielt beeinflussbaren Druckverteilung bewirkt werden kann.
Gemäß einer durch die 5 dargestellten Ausführungsform ist es außerdem möglich, die auf den Stapel 1 ausgeübte Anpresskraft, außer durch die Wahl des Materials für die Spannbänder 4, 4', durch deren Formgebung zu beeinflussen.
Entsprechend dem in der Figur schematisch gezeigten Beispiel ist dies in vorteilhafter Weise durch eine gewellte Ausformung der Spannbänder 4, 4' möglich.
Über die konkrete Geometrie dieser Wellenform kann dabei eine geeignete Federkostante eingestellt werden, welche eine Kraftwirkung in Richtung der angetragenen Pfeile verursacht.
Liste der verwendeten Bezugszeichen

1: Stapel
2: (Brennstoff-) Zellen
3, 3': Druck- bzw. Endplatte
4, 4': Spannelement, Spannband
5, 5', 5'', 5''': Strebe, Zylinderstift
6, 6', 6'', 6''': Durchbruch
7, 7': planare bzw. plane Außenfläche
8: Bohrung

Claims

Spannvorrichtung für einen Stapel (1) aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen (2), vorzugsweise Brennstoffzellen, bestehend aus an der Ober- und Unterseite sowie gegebenenfalls zwischen den Zellen (2) angeordneten Druckplatten (3, 3') und Mitteln (4, 4', 5, 5', 5'', 5''') zur Erzeugung einer in der Stapelrichtung wirkenden Zugkraft auf die Druckplatten (3, 3'), wobei durch diese Zugkraft über planare, am Stapel anliegende Außenflächen (7, 7') der Druckplatten (3, 3') eine Flächenpressung auf den Stapel (1) ausgeübt wird und es sich bei den Mitteln (4, 4', 5, 5', 5'', 5''') zur Erzeugung der Zugkraft um mindestens ein Spannelement (4, 4') und Elemente (5, 5', 5'', 5''') zur kraftübertragenden Verbindung des Spannelements (4, 4') mit wenigstens zwei der Druckplatten (3, 3') handelt, dadurch gekennzeichnet, dass jede Druckplatte (3, 3') über mindestens einen im Wesentlichen quer zur Stapelrichtung verlaufenden Durchbruch (6, 6', 6'', 6''') von wenigstens einer Strebe durchragt wird, welche ein Element (5, 5', 5'', 5''') zur kraftübertragenden Verbindung der Druckplatte (3, 3') mit wenigstens einem Spannelement (4, 4') und gleichzeitig einen die jeweilige Druckplatte (3, 3') versteifenden Träger ausbildet.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei Spannelemente (4, 4') aufweist, die einander gegenüberliegend, an je einer äußeren Längsseite des Stapels (1) in Stapelrichtung angeordnet und mittels der Streben (5, 5', 5'', 5''') jeweils mit einer an der Oberseite des Stapels (1) und einer an der Unterseite des Stapels (1) angeordneten Druckplatte (3, 3') kraftübertragend verbunden sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (4, 4') als Spannbänder ausgebildet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbänder (4, 4') aus Federstahl bestehen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbänder (4, 4') aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen.
Spannvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbänder (4, 4') ein wellenförmiges Profil aufweisen, so dass sie eine Wellenfeder ausbilden, durch deren Material und Geometrie eine Federkonstante und somit die auf den Stapel (1) wirkende Vorspannung festlegbar ist.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (5, 5', 5'', 5''') als metallische Zylinderstifte ausgebildet sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (5, 5', 5'', 5''') als Zylinderstifte aus einem elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff, ausgebildet sind.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (6, 6', 6'', 6''') in den Druckplatten (3, 3') und die Längsachsen der sie durchragenden Streben (5, 5', 5'', 5''') einen gegenüber den planaren, am Stapel (1) anliegenden Außenflächen der Druckplatten (3, 3') gekrümmten Verlauf aufweisen.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Druckplatte (3, 3') zwei Durchbrüche (6, 6') bzw. (6'', 6''') aufweist, die von jeweils einem Zylinderstift (5, 5', 5'', 5''') durchragt werden und dass die Spannelemente (4, 4') in einer Doppel-T-Form ausgebildet und zur Verspannung des Stapels (1) über in den Querbalken dieser Doppel-T-Form vorgesehene Bohrungen (8) mit den Enden der die Druckplatten (3, 3'') durchragenden Zylinderstifte (5, 5', 5'', 5''') in Eingriff gebracht sind.
Spannvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (8), über welche die Spannelemente (4, 4') mit den Zylinderstiften (5, 5', 5'', 5''') zur Verspannung des Stapels (1) in Eingriff gebracht werden, eine Lochleibung aufweisen.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatten (3, 3') aus einem elektrisch isolierendem Kunststoff bestehen.
Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatten (3, 3') aus einer Leichtmetalllegierung bestehen, wobei sie gegen gegebenenfalls metallische Spannbänder (4, 4') an den Seitenflächen elektrisch isoliert sind und ihre die Streben (5, 5', 5'', 5''') aufnehmenden Durchbrüche (6, 6', 6'', 6'''), im Falle einer Ausbildung der Streben aus einem elektrisch leitenden Material, durch eine Innenhülse gegen die Streben (5, 5', 5'', 5''') elektrisch isoliert sind.
Verfahren zur Montage der Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel (1) mit den an seiner Ober- und Unterseite und gegebenenfalls zwischen den elektrochemischen Zellen (2) angeordneten Druckplatten (3, 3') mittels einer externen Pressvorrichtung verpresst und gehalten wird, die Spannelemente (4, 4') mit den vor oder nach dem Einbringen den Stapels (1) in die externe Pressvorrichtung in die Durchbrüche (6, 6', 6'', 6''') der Druckplatten (3, 3') eingeführten Streben (5, 5', 5'', 5''') in Eingriff gebracht werden und danach die externe Pressvorrichtung entspannt wird, wobei der Stapel (1) auf die durch die Beschaffenheit der Spannelemente (4, 4') bestimmte Solllänge gebracht und entsprechend vorgespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die als Spannbänder ausgebildeten Spannelemente (4, 4') vor dem Entspannen der externen Pressvorrichtung über, zur Vereinfachung der Montage mit Lochleibungen versehene Bohrungen (8) auf die zylinderförmigen, die Druckplatten (3, 3') durchragenden Streben (5, 5', 5'', 5''') aufgeschoben werden.