EP4547415A1 - Herstellungsverfahren zur herstellung einer bipolareinzelplatte - Google Patents

Herstellungsverfahren zur herstellung einer bipolareinzelplatte

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Publication number
EP4547415A1
EP4547415A1 EP23732017.1A EP23732017A EP4547415A1 EP 4547415 A1 EP4547415 A1 EP 4547415A1 EP 23732017 A EP23732017 A EP 23732017A EP 4547415 A1 EP4547415 A1 EP 4547415A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rollers
pair
material film
manufacturing
bipolar
Prior art date
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Pending
Application number
EP23732017.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Konstantinos VASILIOU
Sascha KNIGGE
Michael Koschke
Michael TEMMINGHOFF
Frank BOGENSTAHL
Gerald JENKE
Clemens KERKHOFF
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.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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 Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4547415A1 publication Critical patent/EP4547415A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/022—Making the fins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D13/00—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form
    • B21D13/04—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form by rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/04—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of sheet metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/22—Corrugating
    • B29C53/24—Corrugating of plates or sheets
    • B29C53/28—Corrugating of plates or sheets transverse to direction of feed
    • B29C53/285—Corrugating of plates or sheets transverse to direction of feed using rolls or endless bands
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206—Metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated

Definitions

  • the invention presented relates to a manufacturing method for producing a single bipolar plate and a single bipolar plate.
  • Bipolar plates made of stainless steel are manufactured according to the state of the art by so-called hydroforming or by translational embossing processes such as deep drawing or stamping. These processes shape the sheet metal three-dimensionally.
  • embossing processes particularly in the area of producing bipolar plates, only two-dimensional forming is known. This means that the contour of the component only changes over two dimensional axes. In the third dimension axis, the contour does not change, but runs linearly over the entire component. So that it is possible to see through the entire contour along the Y axis. Accordingly, a degree of deformation is continuously the same over the entire Y-axis and does not change over the course of the Y-axis. Therefore, the corresponding contours are not enclosed by a flat surface.
  • contours With two-dimensional forming, there are also variants in which the contour also changes in the third dimension, but this only occurs through a composition of two-dimensionally formed contours, all of which are linear on the third dimension axis. In the third dimensional axis, the contours never run on a curve.
  • the contour of a component changes across all three spatial axes. Accordingly, the contours on all three spatial axes run both linearly and on curves. The degree of deformation is therefore different along all three spatial axes and is not continuously the same on one axis.
  • contours that are enclosed by a flat surface. But it is also possible that this surface is not flat but curved. It is not possible to see through the contour.
  • bipolar plates are usually manufactured in a roll forming process in which the flow field and frame plate are processed separately from one another, so that one A two-part bipolar individual plate is created, which in turn is time-consuming and material-consuming and correspondingly expensive.
  • a manufacturing method for producing a bipolar individual plate includes unrolling a material film, in particular a metal strip, from a roll and passing the material film through a pair of rollers, a movement of the material film in the direction of travel to the pair of rollers being braked in front of the pair of rollers in order to tension the material film, and thereby A three-dimensional contour is formed into the material film by a pair of rollers, which runs both linearly and curved on all three spatial axes, and wherein the contour comprises a flow field, the flow field channels of which run transversely to the direction of flow.
  • a single bipolar plate is to be understood as one half of a bipolar plate, so that two single bipolar plates joined together result in a bipolar plate.
  • a material film is to be understood in particular as a sheet made of, for example, stainless steel.
  • the manufacturing process presented is based on a three-dimensional forming process, ie a roll forming process, in which a three-dimensional contour is formed into a material film.
  • a three-dimensional forming process ie a roll forming process
  • the invention provides that the material film is braked in the direction of travel in front of a pair of rollers used for forming, so that the material film is tensioned.
  • the contour comprises a flow field, the flow field channels of which run transversely to the direction of flow. Flow field channels running transversely to the direction of flow enable material to flow from behind the material film in each channel, which leads to minimal material thinning. This allows particularly high degrees of deformation to be achieved.
  • longitudinal flow field channels block each other and block the influence of material, which means that the material film thins out more and more as the deformation increases.
  • the forming speed is generally a significant advantage of roll forming over hydroforming or translational stamping. Another advantage of roll forming results from very low forming forces due to the forming geometries of the rollers used in line contact. Furthermore, less material waste is possible than with hydroforming or embossing because such a large holding area is not required.
  • braking is carried out by a braking device on the roller.
  • the material film can be kept completely “on tension” or under tension. Since the driven pair of forming rollers pulls the material film between the rollers and the belt unwinder counteracts it, a belt tension is created, i.e. a force that stretches the material film.
  • the braking device can be set to a rotational speed of the pair of rollers or can be regulated by means of a sensor that detects a mechanical tension of the material film in such a way that a predetermined tension value is established.
  • the band tension is not generated by means of driven forming rollers but by a downstream driven band winder and that the pair of forming rollers only rotates.
  • the braking device on the roller comprises a friction brake device, a magnetic brake device, or a motor rotating counter to the direction of travel or a motor rotating more slowly in the direction of travel than the pair of rollers.
  • the motor runs and applies a braking torque.
  • a friction brake device such as a brake shoe, can be used to brake the roll or a corresponding tape unwinder.
  • the roller can be rotated counter to the direction of travel or rotating more slowly in the direction of travel using a magnet or a motor, such as an electric motor.
  • a braking device which comprises a strip braking device, the strip braking device comprising a friction brake which brakes the material film between the roll and the pair of rollers.
  • a friction brake which brakes the material film between the roll and the pair of rollers, can adjust the tension applied to the pair of rollers very precisely, since length effects of the roll or the material film rolled up on the roll, such as a strip of material or a metal strip, are prevented or eliminated during braking. be bypassed.
  • the braking takes place by a braking device which comprises brake rollers which rotate between the roller and the pair of rollers in the opposite direction to the direction of travel or rotate more slowly in the direction of travel than the forming rollers and thereby brake the material film.
  • the motor can run in the direction of rotation and apply a braking torque.
  • a pair of brake rollers rotating counter to the direction of travel or rotating more slowly in the direction of travel is particularly suitable for setting a dynamically changing dynamic adjustability of the braking force. Accordingly, brake rollers can be used to respond well to a dynamically changing production process.
  • the material film is rolled up onto another roll after the pair of rollers and, optionally, a further work sequence for punching and trimming, or separated into individual bipolar individual plates by a separation step.
  • a pair of rollers with at least one, in particular two, forming rollers is used, which has a number of mold cavities which have a negative contour of a bipolar individual plate to be formed, through which a material springback bends over in order to obtain a dimensionally stable component after forming.
  • a mold cavity is to be understood as meaning a complete molding of an individual bipolar plate, which is machined into a respective roller.
  • the pair of rollers provided according to the invention comprises at least one, in particular two, molding rollers, each of which comprises at least two, in particular six, ten or twelve mold cavities.
  • the material film is fed after the pair of rollers to a shaping process, in particular a cutting process, in which perforations are made in the area of a respective bipolar individual plate and an outer contour of the respective bipolar individual plate is shaped, in particular cut.
  • a respective shaped bipolar individual plate blank can be passed through the material film, i.e. in a continuous process, to a further processing instance, such as a punch for shaping, in particular cutting perforations and a Outer contour can be supplied. Accordingly, after further processing, a material film is created with a large number of finished individual bipolar plates.
  • the presented invention relates to a bipolar individual plate, wherein the bipolar individual plate is produced by a possible embodiment of the presented manufacturing method.
  • a flow field, a distribution area and a frame plate of the bipolar plate consist of a single piece of metal.
  • a single bipolar plate can be manufactured from a single piece of metal.
  • Figure 2 shows a possible embodiment of the bipolar individual plate presented.
  • FIG. 1 A sequence of the presented manufacturing process is shown schematically in FIG. 1
  • a material film 100 is unrolled from a roll 101 on a tape unwinder 103.
  • the material film 100 is guided to a pair of rollers 107 via a deflection roller 105.
  • the pair of rollers 107 includes a lower forming roll (male die) 109 and an upper forming roll (die) 111, which form the material film 100 in a three-dimensional forming process.
  • the material film is guided via a further deflection roller 113 to a further processing device 115, which punches the material film 100 and processes it on the edges of the respective shaped individual bipolar plates.
  • the material film 100 is either rolled up on a tape winder 117 or cut into individual bipolar plates.
  • the material film 100 is braked in front of the roller pair 107, as indicated by arrows 119.
  • the material film 100 can be braked, for example, by a braking device on the tape unwinder 103 or by an additional pair of rollers, not shown here, which rotates more slowly in the direction of travel than the pair of forming rollers, which is indicated by arrow 121.
  • the bipolar single plate 200 includes a flow field 201 in which a pattern is formed, which runs in a channel-like manner along the longitudinal axis of the bipolar single plate, in particular in a linear and curved manner in all three spatial axes.
  • the bipolar individual plate 200 includes a distribution area 210 and a plate frame 205, which, together with the flow field 201, are formed from a single piece of metal, in which a pattern is thus formed which is in all three spatial axes, in particular in the area of a transition from the flow field 201 to the Distribution area 210 or an area of a transition from the plate frame 205 to the flow field 201 or from the distribution area 210 to the plate frame 205 is linear and curved.
  • it is guided through a pair of rollers in such a way that channels formed in the flow field 201, as indicated by an arrow 207, run transversely to a direction of travel, which is indicated by arrow 209.

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Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Bipolareinzelplatte (200). Das Herstellungsverfahren umfasst das Abrollen eines Materialfilms (100) von einer Rolle (101) und das Durchführen des Materialfilms (100) durch ein Walzenpaar (107), wobei eine Bewegung des Materialfilms (100) in Durchlaufrichtung zu dem Walzenpaar (107) vor dem Walzenpaar (107) abgebremst wird, um den Materialfilm (100) zu spannen, und wobei durch das Walzenpaar (107) in den Materialfilm (100) eine dreidimensionale Kontur eingeformt wird, die auf allen drei Raumachsen sowohl linear als auch kurvenförmig verläuft, und wobei die Kontur ein Flussfeld (201) umfasst, dessen Flussfeldkanäle quer zu der Durchlaufrichtung des Materialfilms (100) verlaufen.

Description

Beschreibung
Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Bipolareinzelplatte
Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Bipolareinzelplatte und eine Bipolareinzelplatte.
Bipolarplatten aus Edelstahl werden gemäß dem Stand der Technik durch sogenanntes Hydroforming oder durch translatorische Prägeverfahren hergestellt wie bspw. Tiefziehen oder Stanzprägen. Diese Verfahren formen das Blech dreidimensional um. Bei Prägeverfahren ist insbesondere im Bereich der Herstellung von Bipolarplatten jedoch lediglich eine zweidimensionale Umformung bekannt. Dies bedeutet, dass sich die Kontur des Bauteils nur über zwei Dimensionsachsen ändert. In der dritten Dimensionsachse verändert sich die Kontur nicht, sondern verläuft linear über das gesamte Bauteil. Sodass es möglich ist, durch die gesamte Kontur an der Y-Achse entlang hindurchzuschauen. Entsprechend ist ein Umformgrad über die gesamte Y-Achse kontinuierlich gleich stark und verändert sich nicht über den Achsenverlauf der Y-Achse. Daher sind die entsprechenden Konturen nicht von einer ebenen Fläche umschlossen.
Bei einer zweidimensionalen Umformung gibt es auch Varianten, bei denen sich die Kontur zwar auch in der dritten Dimension verändert, jedoch entsteht dies nur durch eine Zusammensetzung von zweidimensional umgeformten Konturen, die auf der dritten Dimensionsachse alle jeweils linear verlaufen. In der dritten Dimensionsachse verlaufen die Konturen dabei nie auf einer Kurve.
Bei einer dreidimensionalen Umformung verändert sich die Kontur eines Bauteils über alle drei Raumachsen. Entsprechend verlaufen die Konturen auf allen drei Raumachsen sowohl linear als auch auf Kurven. Der Umformgrad ist also an allen drei Raumachsen entlang unterschiedlich stark und nicht kontinuierlich auf einer Achse gleich. Dabei gibt es Umformkonturen, die von einer ebenen Fläche umschlossen sind. Es ist aber auch möglich, dass diese Fläche nicht eben, sondern gewölbt ist. Es ist nicht möglich durch die Kontur hindurchzuschauen.
Ferner werden Bipolareinzelplatten in der Regel in einem Rollumformungsprozess hergestellt, bei dem Flussfeld und Rahmenplatte getrennt voneinander bearbeitet werden, sodass eine zweiteilige Bipolareinzelplatte entsteht, was wiederum zeit- und materialaufwendig und entsprechend teuer ist.
Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Herstellungsverfahren für eine Bipolareinzelplatte und eine Bipolareinzelplatte vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolareinzelplatte und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorgestellten Erfindung, eine Möglichkeit zum schnellen und materialsparenden Herstellen einer Bipolareinzelplatte bereitzustellen.
Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Bipolareinzelplatte vorgestellt. Das Herstellungsverfahren umfasst das Abrollen eines Materialfilms, insbesondere eines Metallstreifens, von einer Rolle und das Durchführen des Materialfilms durch ein Walzenpaar, wobei eine Bewegung des Materialfilms in Durchlaufrichtung zu dem Walzenpaar vor dem Walzenpaar abgebremst wird, um den Materialfilm zu spannen, und wobei durch das Walzenpaar in den Materialfilm eine dreidimensionale Kontur eingeformt wird, die auf allen drei Raumachsen sowohl linear als auch kurvenförmig verläuft, und wobei die Kontur ein Flussfeld umfasst, dessen Flussfeldkanäle quer zu der Durchlaufrichtung verlaufen.
Unter einer Bipolareinzelplatte ist im Kontext eine Hälfte einer Bipolarplatte zu verstehen, sodass zwei zusammengefügte Bipolareinzelplatten eine Bipolarplatte ergeben.
Unter einem Materialfilm ist im Kontext der vorgestellten Erfindung insbesondere ein Blech aus bspw. Edelstahl zu verstehen.
Das vorgestellte Herstellungsverfahren basiert auf einem dreidimensionalen Umformvorgang, d.h. einem Rollumformverfahren, bei dem in einen Materialfilm eine dreidimensionale Kontur eingeformt wird. Um einen Faltenwurf des Materialfilms während des Umformvorgangs zu verhindern und jeweilige Glattbereiche faltenfrei zu halten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Materialfilm in Durchlaufrichtung vor einem zum Umformen verwendeten Walzenpaar abgebremst wird, sodass der Materialfilm sich spannt. Ferner ist vorgesehen, dass die Kontur ein Flussfeld umfasst, dessen Flussfeldkanäle quer zu der Durchlaufrichtung verlaufen. Quer zur Durchlaufrichtung verlaufende Flussfeldkanäle ermöglichen es bei jedem Kanal Material von hinten aus dem Materialfilm nachfließen zu lassen, was zu einer minimalen Materialausdünnung führt. Hierdurch können besonders hohe Umformgrade erreicht werden.
Im Gegensatz zu quer verlaufenden Flussfeldkanälen sperren sich längs verlaufende Flussfeldkanäle gegenseitig und sperren Materialeinfluß ab, wodurch der Materialfilm mit zunehmender Verformung immer stärker ausdünnt.
Die Umformgeschwindigkeit ist generell ein wesentlicher Vorteil des Rollumformens gegenüber Hydroforming oder translatorischen Prägen. Ein weiterer Vorteil des Rollumformens ergibt sich durch sehr geringe Umformkräfte auf Grund von in Linienberührung wirkenden Umformgeometrien der eingesetzten Walzen. Ferner ist ein geringerer Materialverschnitt als beim Hydroforming oder Prägen möglich da keine so große Haltefläche erforderlich ist.
Es kann vorgesehen sein, dass das Abbremsen durch eine Bremsvorrichtung an der Rolle erfolgt.
Durch eine Bremsvorrichtung direkt an einer zum Bereitstellen des Materialfilms vorgesehen Rolle, bspw. in einem Bandabwickler, kann der Materialfilm komplett „auf Zug“ bzw. unter Spannung gehalten werden. Da das angetriebene Formwalzenpaar, den Materialfilm zwischen die Walzen zieht und der Bandabwickler dagegenhält, entsteht eine Bandspannung, d.h. eine Kraft, die den Materialfilm spannt. Dabei kann die Bremsvorrichtung auf eine Drehgeschwindigkeit des Walzenpaares eingestellt werden oder mittels eines Sensor, der eine mechanische Spannung des Materialfilms erfasst, derart geregelt werden, dass sich ein vorgegebener Spannungswert einstellt.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Bandspannung nicht mittels angetriebener Formwalzen sondern durch einen nachgelagerten angetriebenen Bandaufwickler erzeugt wird und das Formwalzenpaar nur mit dreht.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Bremsvorrichtung an der Rolle eine Reibbremseinrichtung, eine Magnetbremsvorrichtung, oder einen entgegen der Durchlaufrichtung drehenden Motor oder einen in Durchlaufrichtung langsamer drehenden Motor als das Walzenpaar umfasst. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Motor läuft und ein Bremsmoment aufbringt. Zum Abbremsen der Rolle bzw. eines entsprechenden Bandabwicklers kann eine Reibbremsvorrichtung, wie bspw. eine Bremsbacke verwendet werden. Alternativ kann die Rolle mit einem Magneten oder einem Motor, wie bspw. einem Elektromotor entgegen der Durchlaufrichtung oder langsamer drehend in Durchlaufrichtung gedreht werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Abbremsen durch eine Bremsvorrichtung erfolgt, die eine Streifenbremseinrichtung umfasst, wobei die Streifenbremseinrichtung eine Reibbremse umfasst, die den Materialfilm zwischen der Rolle und dem Walzenpaar abbremst.
Eine Reibbremse, die den Materialfilm zwischen der Rolle und dem Walzenpaar abbremst kann eine an dem Walzenpaar anliegende Spannung sehr präzise einstellen, da Längeneffekte der Rolle bzw. des auf der Rolle aufgerollten Materialfilms, wie bspw. einem Materialstreifen oder einem Metallband beim Abbremsen verhindert bzw. umgangen werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Abbremsen durch eine Bremsvorrichtung erfolgt, die Bremsrollen umfasst, die zwischen der Rolle und dem Walzenpaar entgegen der Durchlaufrichtung drehen oder in Durchlaufrichtung langsamer drehen als die Formwalzen und den Materialfilm dadurch abbremsen. Alternativ kann der Motor in Durchlaufrichtung mitlaufen und ein Bremsmoment aufbringen.
Ein entgegen der Durchlaufrichtung drehendes oder in Durchlaufrichtung langsamer drehendes Paar Bremsrollen eignet sich besonders zum Einstellen einer sich dynamisch veränderten dynamischen Einsteilbarkeit der Bremskraft.t. Entsprechend kann durch Bremsrollen gut auf einen sich dynamisch verändernden Produktionsprozess reagiert werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Materialfilm nach dem Walzenpaar und, optional einer weiteren Arbeitsfolge zum Lochen und Beschneiden auf eine weitere Rolle aufgerollt oder durch einen Trennschritt in einzelne Bipolareinzelplatten aufgetrennt wird.
Durch ein Aufrollen des umgeformten Materialfilms auf eine Rolle wird ein Transport und die Weiterverarbeitung der entsprechenden Bipolareinzelplatten erheblich erleichtert, da einzelne Bipolareinzelplatten sehr fragil sind und leicht beschädigt werden können.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein Walzenpaar mit mindestens einer, insbesondere zwei Formwalzen verwendet wird, die eine Anzahl Formnester aufweist, die eine Negativkontur einer zu formenden Bipolareinzelplatte aufweisen, durch die eine Materialrückfederung überbiegt, um nach dem Umformen ein maßhaltiges Bauteil zu erhalten. llnter einem Formnest ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine komplette Abformung einer Bipolareinzelplatte zu verstehen, die zerspanend in eine jeweilige Walze eingearbeitet ist. Bspw. kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäß vorgesehene Walzenpaar mindestens eine, insbesondere zwei Formwalzen umfasst, die jeweils mindestens zwei, insbesondere sechs, zehn oder zwölf Formnester umfasst.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Materialfilm nach dem Walzenpaar einem Formgebungsprozess, insbesondere einem Schneidprozess zugeführt wird, bei dem Lochungen im Bereich einer jeweiligen Bipolareinzelplatte eingebracht werden und eine Außenkontur der jeweiligen Bipolareinzelplatte geformt, insbesondere geschnitten wird.
Dadurch bedingt, dass das vorgestellte Herstellungsverfahren einteilig bzw. einstufig, d.h. in einer Arbeitsfolge verläuft, kann ein jeweiliger geformter Bipolareinzelplattenrohling durch den Materialfilm, d.h. in einem kontinuierlichen Prozess, einer Weiterverarbeitungsinstanz, wie bspw. einer Stanze zum Formen, insbesondere Schneiden von Lochungen und einer Außenkontur zugeführt werden. Entsprechend entsteht nach der Weiterverarbeitungsinstanz ein Materialfilm mit einer Vielzahl fertiger Bipolareinzelplatten.
Dies kann sowohl durch einzeln rausgetrennte Bipolareinzelplatten als auch über an Anbindungsstellen verbundene Bipolareinzelplatten in einem Endlosstreifen bzw. Materialfilm erfolgen, der wieder zu einer Rolle aufgewickelt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung eine Bipolareinzelplatte, wobei die Bipolareinzelplatte hergestellt ist durch eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Herstellungsverfahrens.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Flussfeld, ein Verteilbereich und eine Rahmenplatte der Bipolarplatte aus einem einzigen Stück Metall bestehen.
Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen dreidimensionalen Formgebungsprozess kann eine Bipolareinzelplatte aus einem einzelnen Stück Metall gefertigt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen: Figur 1 eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Herstellungsverfahrens,
Figur 2 eine mögliche Ausgestaltung der vorgestellten Bipolareinzelplatte.
In Figur 1 ist ein Ablauf des vorgestellten Herstellungsverfahrens schematisch dargestellt.
Zu Beginn wird ein Materialfilm 100 von einer Rolle 101 auf einem Bandabwickler 103 abgerollt. Über eine Umlenkrolle 105 wird der Materialfilm 100 zu einem Walzenpaar 107 geführt. Das Walzenpaar 107 umfasst eine untere Formrolle (Patrize) 109 und eine obere Formrolle (Matrize) 111 , die den Materialfilm 100 in einem dreidimensionalen Umformungsprozess formen.
Über eine weitere Umlenkrolle 113 wird der Materialfilm zu einer Weiterverarbeitungseinrichtung 115 geführt, die den Materialfilm 100 locht und an Rändern der jeweiligen geformten Bipolareinzelplatten bearbeitet.
Abschließend wird der Materialfilm 100 entweder auf einem Bandaufwickler 117 aufgerollt oder in einzelne Bipolareinzelplatten geschnitten.
Um den Materialfilm 100 im Bereich des Walzenpaares 107 auf Spannung zu halten, wird der Materialfilm vor dem Walzenpaar 107 gebremst, wie durch Pfeile 119 angedeutet. Dabei kann das Abbremsen des Materialfilms 100 bspw. durch eine Bremsvorrichtung an dem Bandabwickler 103 oder durch ein hier nicht dargestelltes zusätzliches Walzenpaar, das sich in Durchlaufrichtung langsamer als das Formwalzenpaar, die durch Pfeil 121 angedeutet ist, dreht.
In Figur 2 ist eine Bipolareinzelplatte 200 dargestellt. Die Bipolareinzelplatte 200 umfasst ein Flussfeld 201 , in dem ein Muster ausgeformt ist, welches kanalförmig entlang der Bipolareinzelplattenlängsachse, insbesondere in allen drei Raumachsen linear und kurvenförmig verläuft.
Ferner umfasst die Bipolareinzelplatte 200 einen Verteilerbereich 210 und einen Plattenrahmen 205, die zusammen mit dem Flussfeld 201 aus einem einzigen Stück Metall geformt sind, in das somit ein Muster ausgeformt ist, das in allen drei Raumachsen, insbesondere in Bereich eines Übergangs vom Flussfeld 201 zum Verteilerbereich 210 bzw. einem Bereich eines Übergangs von dem Plattenrahmen 205 zu dem Flussfeld 201 bzw. vom Verteilerbereich 210 zu dem Plattenrahmen 205 linear und kurvenförmig verläuft. Beim Herstellen der Bipolareinzelplatte 200 wird diese derart durch ein Walzenpaar geführt, dass in dem Flussfeld 201 geformte Kanäle, wie durch einen Pfeil 207 angedeutet, quer zu einer Durchlaufrichtung verlaufen, die durch Pfeil 209 angedeutet ist.
Bezugszeichenliste
Materialfilm
Rolle
Bandabwickler
Umlenkrolle
Walzenpaar
Patrize
Matrize
Umlenkrolle
Weiterverarbeitungseinrichtung
Bandaufwickler
Pfeil
Pfeil
Bipolareinzelplatte
Flussfeld
Lochungen für Medieneinlässe
Plattenrahmen
Pfeil
Pfeil
Verteilerbereich

Claims

Patentansprüche Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Bipolareinzelplatte (200), wobei das Herstellungsverfahren umfasst:
Abrollen eines Materialfilms (100) von einer Rolle (101),
Durchführen des Materialfilms (100) durch ein Walzenpaar (107), wobei eine Bewegung des Materialfilms (100) in Durchlaufrichtung zu dem Walzenpaar
(107) vor dem Walzenpaar (107) abgebremst wird, um den Materialfilm (100) zu spannen, und wobei durch das Walzenpaar (107) in den Materialfilm (100) eine dreidimensionale Kontur eingeformt wird, die auf allen drei Raumachsen sowohl linear als auch kurvenförmig verläuft, und wobei die Kontur ein Flussfeld (201) umfasst, dessen Flussfeldkanäle quer zu der Durchlaufrichtung verlaufen. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abbremsen durch eine Bremsvorrichtung an der Rolle (101) erfolgt. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (103) eine Reibbremseinrichtung, eine Magnetbremsvorrichtung oder einen in der Durchlaufrichtung langsamer als das Formwalzenpaar drehenden Motor umfasst. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abbremsen durch eine Bremsvorrichtung erfolgt, die eine
Streifenbremseinrichtung umfasst, wobei die Streifenbremseinrichtung eine Reibbremse umfasst, die den Materialfilm (100) zwischen der Rolle (101) und dem Walzenpaar (107) abbremst. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Abbremsen durch eine Bremsvorrichtung erfolgt, die Bremsrollen umfasst, die zwischen der Rolle (101) und dem Walzenpaar (107) in der Durchlaufrichtung langsamer drehen als das Formwalzenpaar und den Materialfilm (100) dadurch abbremsen. Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialfilm (100) nach dem Walzenpaar (107) und einer
Weiterverarbeitungseinrichtung (115) auf eine weitere Rolle aufgerollt wird. Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialfilm (100) nach dem Walzenpaar (107) durch einen Trennschritt in einzelne Bipolareinzelplatten (200) aufgetrennt wird. Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialfilm (100) nach dem Walzenpaar (107) und einer
Weiterverarbeitungseinrichtung (115) auf eine weitere Rolle aufgerollt wird. Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialfilm (100) nach dem Walzenpaar (107) und einer Weiterverarbeitungseinrichtung (115) durch einen Trennschritt in einzelne Bipolareinzelplatten aufgetrennt wird. Herstellungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Walzenpaar (107) mit einer Formwalze (109, 111 ) verwendet wird, die eine Anzahl Formnester aufweisen, die eine Negativkontur einer zu formenden Bipolareinzelplatte (200) aufweisen, durch die eine Materialrückfederung überbogen wird, um nach dem Umformen ein maßhaltiges Bauteil zu erhalten. Herstellungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialfilm (100) nach dem Walzenpaar (107) einem Formgebungsprozess zugeführt wird, bei dem Lochungen im Bereich einer jeweiligen Bipolareinzelplatte (200) eingebracht werden und eine Außenkontur der jeweiligen Bipolareinzelplatte (200) geformt wird. Herstellungsverfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialfilm mittels eines dem Walzenpaar nachgeordneten Bandaufwicklers (117) gespannt wird. Bipolareinzelplatte (200), wobei die Bipolareinzelplatte (200) hergestellt ist durch ein Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche. Bipolareinzelplatte (200) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flussfeld (201), ein Verteilbereich (210) und ein Plattenrahmen (205) der Bipolareinzelplatte (200) aus einem einzigen Stück Metall bestehen.
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