EP4630217A1 - Verfahren zum herstellen von plattenförmigen brennstoffzellenkomponenten, insbesondere bipolarplatten, sowie nach dem verfahren hergestellte brennstoffzellenkomponente - Google Patents

Verfahren zum herstellen von plattenförmigen brennstoffzellenkomponenten, insbesondere bipolarplatten, sowie nach dem verfahren hergestellte brennstoffzellenkomponente

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EP4630217A1
EP4630217A1 EP23828692.6A EP23828692A EP4630217A1 EP 4630217 A1 EP4630217 A1 EP 4630217A1 EP 23828692 A EP23828692 A EP 23828692A EP 4630217 A1 EP4630217 A1 EP 4630217A1
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EP
European Patent Office
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fuel cell
mold
injection
unit
injection molding
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Application number
EP23828692.6A
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English (en)
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Wolfgang Leonhardt
Marcel Leonhardt
Alexander OPPENLÄNDER
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Leonhardt EK
Original Assignee
Leonhardt EK
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Publication date
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for producing plate-shaped fuel cell components, in particular bipolar plates, from thermoplastic material with an additional component that is highly electrically and thermally conductive, wherein the plate-shaped fuel cell component is produced by injection molding using an injection molding device that has at least one injection unit and at least one molding unit with a wall surrounding a respective cavity.
  • the invention relates to a plate-shaped fuel cell component produced according to the method and to a device for producing such a plate-shaped fuel cell component.
  • thermoplastic material in particular a bipolar plate
  • a plate-shaped fuel cell component made of modified thermoplastic material in particular a bipolar plate
  • PES Polyethersulfone
  • the thermoplastic material is modified by incorporating conductive particles such as conductive carbon black, graphite or the like, with the conductive particles being added to the molten polymer. No further details are given on the injection molding process itself.
  • plate-shaped fuel cell components such as bipolar plates or electrode plates in particular, have very thin walls and are generally less than 1 mm thick despite their relatively large surface area (e.g. in the order of magnitude of a DIN A4 format), their injection molding is difficult, particularly due to the rapid cooling in the mold unit during the injection process.
  • the melt modified with the conductive particles for use in the fuel cell has a high thermal conductivity, which also leads to rapid heat dissipation.
  • the post-pressing requires additional work steps and a correspondingly complex design of the injection molding device.
  • the subsequent cooling and solidification of the melt or molding compound before ejection of the molded part in the form of the plate-shaped fuel cell component further extends the injection molding cycle.
  • the heating device and, in the case of variothermal design, a cooling device are energy-intensive.
  • US 2004/0 115 505 A1 shows a method for producing plate-shaped fuel cell components using an injection molding device, whereby an adjustable mold part is used to press onto the injection molding material that has already been filled into the cavity of the mold or is currently being filled. Electrically conductive filler material accounts for 60 to 95% by weight of the molding compound. The adjustable mold part and its operation require additional effort.
  • the present invention is based on the object of providing a method for producing plate-shaped fuel cell components, in particular bipolar plates, which results in high-quality plate-shaped fuel cell components with efficient production, and also to provide corresponding fuel cell components.
  • the invention provides that the melted thermoplastic material with the additional component as a melt mass is filled by means of the at least one injection unit under pressure into the cavity of the respective cavity of the at least one mold unit, which cavity corresponds unchanged to the geometry of the fuel cell component, and the heat transfer via the wall is thus reduced to the thermal conductivity and heat capacity as well as the filling weight. speed of the melt mass is adjusted so that the respective cavity is completely filled with this molding material before the temperature of the melt mass falls below its melting temperature.
  • Plate-shaped fuel components according to the invention are those which are produced by means of the said method and in particular those which have sufficient inherent rigidity for the respective application in a fuel cell.
  • the parameters of the injection molding device and the injection molding process are coordinated in this way during the injection molding process, including the state and properties of the injected melt mass, whereby the heat dissipation in coordination with the injected melt mass is so low that it reliably fills the cavity before it solidifies as a molding mass, making it possible to carry out the injection process and the molding of the plate-shaped fuel cell component efficiently with as little energy expenditure as possible and in as short a time as possible.
  • the wall around the cavity is subjected to an appropriate temperature precisely coordinated with the injection molding process and can then cool down to below the solidification temperature in a correspondingly short time until demolding. This means that the injection cycle can be significantly shortened with as little energy expenditure as possible and efficient production of plate-shaped fuel cell components can be achieved.
  • the wall of the respective cavity can be constructed or insulated with a significantly lower thermal conductivity (unit W/(km)) than that of the melting mass using a plastic material with correspondingly high temperature stability, so that too rapid dissipation of heat from the melting mass is avoided, i.e. before the melting mass fills the entire volume of the cavity.
  • a construction of the wall from metal and easily controllable or adjustable temperature control elements for rapid heat supply and heat dissipation is also suitable, whereby a heat-insulating cladding of the wall for temperature control around the cavity is also advantageous for efficient process control.
  • an injection molding device is provided with at least one injection unit for supplying a thermoplastic raw material with an electrically conductive additional component, in particular comprising graphite particles, and with at least one mold unit that has a nozzle-side mold section assigned to an injection nozzle arrangement and an ejector-side mold section assigned to an ejector side.
  • the nozzle-side and ejector-side mold sections face each other in a parting plane by means of a respective parting surface.
  • the at least one mold unit comprises a part of a respective mold part with a mold insert and a mold core in a mold part holder, wherein a cavity is formed in the mold insert that can be opened in the parting plane and is closed during an injection process, which is connected to the injection unit via a feed unit with a hot runner system or cold runner system in order to inject the molten raw material as a melt mass into its cavity.
  • the geometry of the cavity with the inner surface of the mold insert surrounding it remains unchanged during the molding process until the at least one mold unit is opened to match the geometry of the fuel component to be produced. There is no post-pressing device that would change the geometry of the cavity during the molding process.
  • a structure of the plate-shaped fuel cell component or bipolar plate that is advantageous for the functioning of the fuel cell is advantageously obtained by adding graphite and optionally additionally carbon black (at most 5 or 10 or 25% by weight or at most 5 or 10 or 25% by volume of the additional component) to the thermoplastic material as an electrically conductive additional component in a mass ratio of greater than 5%, greater than 20% or greater than 30%, preferably greater than 50%, for example between 5% and 90% or 95%, in particular between 30% and 70% or 87%, of the conductive additional component to the total mass or the total volume of a raw material fed to the injection unit.
  • Other additives may also be used as electrically conductive additional components.
  • thermoplastic material for the matrix being a matrix material with a free iT electron system, in particular PEEK material, in order to carry out the injection molding process efficiently, and graphite being used exclusively as the conductive additional component.
  • the invention is based on the idea that the graphite in the matrix polymer of the molding compound connects conductively via the TT electron system without the need for the conductive carbon black particles that are usually added for the conductive connection. Avoiding conductive carbon black allows the degree of filling with the additional component to be reduced and contributes to the efficient implementation of the injection molding process. As a result of avoiding re-pressing, the orientation of the graphite particles that occurs during the injection process can be used as a preferred direction for good conductive properties of the plate-shaped fuel cell component produced.
  • a further advantageous design feature of the plate-shaped fuel component or bipolar plate results from the fact that the plate-shaped fuel cell component is manufactured with a thickness (d) perpendicular to its surface in plan view of, for example, at most 5 mm, in particular at most 2 mm, at most 1 mm or at most 0.5 mm or 0.2 mm, wherein it has sufficient inherent rigidity for use in a fuel cell.
  • Further advantageous measures for the manufacturing process and the function of the plate-shaped fuel cell component consist in that the graphite particles have an average size Dso in the range of 5 pm to 50 pm or 100 pm and/or an aspect ratio (thickness to smallest dimension perpendicular to the thickness direction) of less than 5, in particular less than 1 or less than 0.5.
  • An advantageous production of the plate-shaped fuel cell component or bipolar plate is further achieved by providing the fuel component with at least one connection element, fastening element, line element and/or sealing element by molding and/or injection molding in the injection molding process.
  • tempering means are arranged between the mold insert and the mold core in the nozzle-side and/or the ejector-side mold section, and in particular in that the tempering means comprise heating means and/or cooling means, and for example in that the heating means can be heated by means of current heat via electrical conduction means, inductively or by means of a heat transfer fluid guided through channels and/or that the cooling means can be operated by means of a cooling fluid guided through channels or are provided with an electrically operated cooling device, and/or in that at least the mold insert consists of a material with good thermal conductivity, in particular metal or ceramic, and at least the mold part comprising the mold insert and the mold core is enclosed by heat-insulating parts.
  • Fig. 1 shows an injection molding device for producing plate-shaped fuel cell components, such as bipolar plates, in a schematic sectional view
  • Fig. 2 shows an embodiment of a plate-shaped fuel cell component in a schematic perspective view
  • Fig. 3 in parts a) and b) parts of a mold of the injection molding device in cross section.
  • Fig. 1 shows, as an exemplary embodiment, a schematic injection molding device 1 with an injection unit 2 and a mold unit 3 connected thereto in a schematic longitudinal sectional view.
  • the injection unit 2 has a housing 20 with a funnel-shaped filling part 21 and a conveyor unit 22 with a conveyor screw and a drive unit 23.
  • the mold unit 3 comprises a molded part with a cavity 31 designed to correspond to the plate-shaped component to be produced, which is surrounded by a wall 30.
  • the mold unit 3 is provided with an opening device (not shown in detail) and a removal or ejection device.
  • the injection molding device 1 can also comprise several injection units 2 and/or mold units 3.
  • the at least one mold unit is designed for injection with direct sprue or for injection with a distribution system (cold and/or hot runner system).
  • the injection molding device 1 advantageously has a mechanical venting (not shown) or a vacuum venting of the mold unit(s). Furthermore, it can advantageously be designed as a two- or multi-component tool with which a sealing system made of suitable polymer material can be sprayed on all around.
  • the raw material 4 is subjected to thermal energy above the melting point by means of a heating device arranged in the conveyor unit 22 and brought to the required temperature of the melt mass formed, which is filled via a correspondingly designed sprue on the output side of the conveyor unit 22 into the cavity 31 of the molding unit 3 with a predetermined injection pressure until the cavity 31 is completely filled with the molding compound 5 then contained therein, corresponding to the plate-shaped component to be produced, in this case the plate-shaped fuel cell component 6.
  • thermoplastic material in particular in the form of graphite and optionally carbon black, serve to achieve the electrical conductivity required to operate the fuel cell or a fuel cell stack and also to achieve good thermal conductivity in order to dissipate heat generated in the fuel cell.
  • the mass fraction or volume fraction of the additional component(s) in the mass fraction or, if applicable, the raw material for producing the plate-shaped fuel cell component 6 is over 5%, over 20%, over 30% or even over 40% and is in the range between 5% and 95%, 20% and 90%, between 30% and 80% or between 40% and 80%, whereby the mass fraction or volume fraction can be suitably varied or adapted depending on the thermoplastic material and the required electrical conductivity when operating the fuel cell as well as depending on the geometric structure of the plate-shaped fuel cell component 6.
  • Fig. 3 shows, also as an exemplary embodiment, in parts a) and b) two parts of the mold unit 3 of the injection molding device 1, namely one for connection to the Injection unit 2 formed nozzle-side mold section 3' and an ejector-side mold section 3", which together enclose the cavity 31 required for molding the plate-shaped fuel cell component while forming the wall 30.
  • the wall 30 of the cavity 31 is formed by means of a mold insert 32, which is composed of a first part located in the nozzle-side mold section 3' and a second part arranged in the ejector-side mold section 3".
  • the first and second parts of the mold insert 32 are in turn applied to a respective mold core 33 and the mold insert 32 and the mold core 33 as a unit are enclosed by respective insulating parts 34 on the outside of this unit facing away from the cavity 31 in order to prevent heat dissipation from the unit consisting of the mold insert 32 and the mold core 33 as far as possible and to specifically temper the cavity with the injected melt or molding compound so that the melt maintains the temperature required to completely fill the cavity 31 during the injection process and to achieve the best possible temperature control of the cavity 31 with the injected melt.
  • the unit consisting of the two parts of the mold insert 32 and the mold core 33 form a mold part of the mold unit 3, which is arranged in a mold part holder 35, which in turn is made up of two parts, one part of which is arranged in the nozzle-side mold section 3' and the other part in the ejector-side mold section 3".
  • the mold part holder 35 is also insulated on its outside by means of insulating parts 34 and 34' in order to avoid heat dissipation as far as possible.
  • the mold part holder 35 has a centering part 36 on its outside, which is parallel to the flat extension of the cavity 31, for exact positioning.
  • a feed unit 24 with a hot runner system for injecting the melt mass into the cavity 31 is located in the nozzle-side mold section 3' connected to the injection unit 2.
  • the nozzle-side mold section has guide pins which protrude from a surface of the nozzle-side mold section 3' lying in the parting plane of the mold unit 3 and which interact precisely with guide receptacles (not shown) arranged in the correct position in the facing plane of the ejector-side mold section 3" in order to close the mold part 3 in a guided manner and, following the molding process, to open it in a guided manner and to eject the molded plate-shaped fuel cell component.
  • temperature control means 7 are arranged between the respective mold insert 32 and the mold core 33 in both the nozzle-side mold section 3' and the ejector-side mold section 3".
  • the temperature control means 7 comprise heating means 70 and can also comprise coolant 71 for rapid, targeted cooling of the molding compound.
  • the heating means 70 are, for example, electrically designed as heating lines through which current flows, or as inductively actuated heating elements, or as heating channels through which a heat transfer fluid (liquid or gaseous medium) flows.
  • the coolants 71 are designed as cooling channels or embedded tubes through which a cooling fluid flows, or as electrically operated coolants.
  • the parts of the mold insert 32 are advantageously made of a metal that conducts heat well, e.g.
  • a ceramic and the mold core 33 can also consist of a metal, or alternatively of a temperature-resistant plastic material or e.g. a ceramic. Together with the insulation surrounding the unit made up of the mold insert 32 and mold core 33 by means of the insulating parts 34, an easily controllable, quickly responding temperature control is achieved in coordination with the injection process.
  • the invention has furthermore resulted in the use of a thermoplastic material as a melting mass or molding mass, to which graphite is preferably added as the sole additional component as electrically highly conductive particles.
  • the thermoplastic polymer material serving as the matrix material of the plate-shaped fuel cell component to be produced and advantageously consisting of a matrix material with a free TT electron system, such as PEEK material with benzene rings.
  • a matrix material with a free TT electron system such as PEEK material with benzene rings.
  • the production parameters of injection pressure, injection time and holding pressure during the injection process can be advantageously selected with good flowability in the cavity 31.
  • two preferred directions of the graphite layers are formed in the molding compound through the injection molding process. In the area close to the wall, the graphite particles are preferably oriented in the flow direction, while in the core zone an orientation perpendicular to the flow direction is primarily evident. This results in a favorable influence on the electrical conductivity for the function of the plate-shaped fuel cell component, such as the bipolar plate.
  • the particle size or the Dso values of the additional component describing it in the range between 5 pm and 50 pm or 100 pm, for example between 10 pm and 30 pm, whereby it can also be adjusted to the selected thickness of the plate-shaped fuel cell component. It is also advantageous to select graphite particles with a low aspect ratio (thickness to smallest dimension at right angles to it), i.e. platelet-shaped graphite particles that are as flat as possible, whereby an aspect ratio of less than 5, in particular less than 1 or 0.5, is favorable.
  • the degree of filling of the graphite particles can be in the range between 5 vol.% and 95 vol.%, for example between 20 vol.% and 80 vol.% or optionally also between 5 wt.% and 95 wt.% or between 20 wt.% and 87 wt.% or 80 wt.% based on the raw material.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von plattenförmigen Brennstoffzellenkomponenten (6), insbesondere Bipolarplatten, aus thermoplastischen Material mit einer elektrisch und thermisch gut leitfähigen Zusatzkomponente, wobei die plattenförmige Brennstoffzellenkomponente spritzgießtechnisch mittels einer Spritzgussvorrichtung (1) hergestellt wird, die mindestens eine Spritzeinheit (2) und mindestens eine Formeinheit (3) mit einer eine jeweilige Kavität umgebenden Umwandung aufweist. Eine effiziente Herstellung plattenförmiger Brennstoffzellenkomponenten wird dadurch erreicht, dass das aufgeschmolzene thermoplastische Material mit der Zusatzkomponente als Schmelzmasse mittels der mindestens einen Spritzeinheit (2) unter Druck in den der Geometrie der Brennstoffzellenkomponente unverändert entsprechenden Hohlraum der jeweiligen Kavität (31) der mindestens einen Formeinheit (3) eingefüllt wird und die Wärmeübertragung über die Umwandung (30) so auf die Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität sowie Einfüllgeschwindigkeit der Schmelzmasse abgestimmt wird, dass mit dieser als Formmasse (5) die jeweilige Kavität (31) vollständig ausgefüllt wird, bevor die Temperatur der Schmelzmasse ihre Schmelztemperatur unterschreitet.

Description

Verfahren zum Herstellen von plattenförmigen Brennstoffzellenkomponenten, insbesondere Bipolarplatten, sowie nach dem Verfahren hergestellte Brennstoffzellenkomponente
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von plattenförmigen Brennstoffzellenkomponenten, insbesondere Bipolarplatten, aus thermoplastischem Material mit einer elektrisch und thermisch gut leitfähigen Zusatzkomponente, wobei die plattenförmige Brennstoffzellenkomponente spritzgusstechnisch mittels einer Spritzgussvorrichtung hergestellt wird, die mindestens eine Spritzeinheit und mindestens eine Formeinheit mit einer eine jeweilige Kavität umgebenden Umwandung aufweist.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine nach dem Verfahren hergestellte plattenförmige Brennstoffzellenkomponente sowie auf eine Vorrichtung zum Herstellen einer solchen plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente.
Ein Verfahren dieser Art sowie eine aus modifiziertem thermoplastischem Material hergestellte plattenförmige Brennstoffzellenkomponente, insbesondere Bipolarplatte, ist in der WO 94/25995 A1 als bekannt ausgewiesen. Bei diesem bekannten Verfah- ren ist als bevorzugtes thermoplastisches Material Polyethersulfon (PES) angegeben, zu dem als Vorteil weiterhin genannt ist, dass dieses Material durch Spritzgießen oder Extrusion verarbeitet werden kann und es somit möglich ist, einzelne Bauteile einer Brennstoffzelle untereinander aus PES durch Kunststoffschweißen oder Verkleben miteinander zu verbinden. Um die für die Brennstoffzelle notwendige elektrische Leitfähigkeit zu erzielen, ist das thermoplastische Material durch Einarbeitung leitfähiger Partikel, wie Leitfähigkeitsruß, Graphit oder dergleichen modifiziert, wobei die leitfähigen Partikel in das aufgeschmolzene Polymer gegeben werden. Nähere Angaben zum Spritzgießprozess an sich sind nicht gemacht.
Da derartige plattenförmige Brennstoffzellenkomponenten, wie insbesondere Bipolarplatten bzw. Elektrodenplatten, bei relativ großer flächiger Ausdehnung (z. B. in der Größenordnung eines DIN A4-Formats) sehr dünnwandig ausgebildet sind und in der Regel eine Dicke von unter 1 mm aufweisen, ist ihre spritzgusstechnische Herstellung insbesondere wegen der schnellen Abkühlung in der Formeinheit während des Einspritzvorgangs schwierig. Als Maßnahme gegen ein zu schnelles Abkühlen, bevor die dünne, großflächige Kavität der Formeinheit vollständig ausgefüllt ist, ist es üblich, die Wandung der Kavität während des Einbringens der Schmelzmasse mit Wärme zu beaufschlagen und einen Pressvorgang nachzuschalten. Auf diese Weise kann eine schnelle Wärmeableitung aus der Schmelzmasse während des Spritzgießvorgangs vermieden und ein vollständiges Ausfüllen der Kavität mit der Schmelzmasse erreicht werden, wobei auch berücksichtigt werden kann, dass die mit den leitfähigen Partikeln modifizierte Schmelzmasse für die Anwendung in der Brennstoffzelle eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, die ebenfalls zu einer schnellen Wärmeableitung führt. Das Nachpressen erfordert zusätzliche Arbeitsschritte und eine entsprechend aufwändige Ausgestaltung der Spritzgussvorrichtung. Die anschließend erforderliche Abkühlung und Verfestigung der Schmelzmasse bzw. Formmasse vor dem Auswerfen des Formteils in Gestalt der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente verlängert den Spritzgusszyklus noch zusätzlich. Zudem sind die Heizvorrichtung und bei variothermer Ausbildung eine Kühlvorrichtung energieaufwendig.
In der US 2004 / 0 115 505 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von plattenförmigen Brennstoffzellenkomponenten mittels einer Spritzgussvorrichtung gezeigt, wobei ein verstellbares Formteil zum Aufpressen auf das bereits in die Kavität des Formwerkzeugs eingefüllte oder sich gerade im Einfüllzustand befindliche Spritzgussmaterial verwendet wird. Elektrisch leitfähiges Füllmaterial hat einen Anteil von 60 bis 95 Gew.-% der Formmasse. Das verstellbare Formteil und dessen Betätigung erfordern zusätzlichen Aufwand.
Weitere spritzgusstechnische Formvorrichtungen für plattenförmige Formstücke, wobei für den Formvorgang ebenfalls verstellbare Teile des Formwerkzeugs verwendet werden, zeigen die JP 2006-327 051 A und die JP 2009-226 641 A.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von plattenförmigen Brennstoffzellenkomponenten, insbesondere Bipolarplatten, bereitzustellen, das qualitativ hochwertige plattenförmige Brennstoffzellenkomponenten bei effizienter Herstellung ergibt, und auch entsprechende Brennstoffzellenkomponenten zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für plattenförmige Brennstoffkomponenten mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Bei dem Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das aufgeschmolzene thermoplastische Material mit der Zusatzkomponente als Schmelzmasse mittels der mindestens einen Spritzeinheit unter Druck in den der Geometrie der Brennstoffzellenkomponente unverändert entsprechendem Hohlraum der jeweiligen Kavität der mindestens einen Formeinheit eingefüllt wird und die Wärmeübertragung über die Umwandung so auf die Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität sowie Einfüllge- schwindigkeit der Schmelzmasse abgestimmt wird, dass mit dieser als Formmasse die jeweilige Kavität vollständig ausgefüllt wird, bevor die Temperatur der Schmelzmasse ihre Schmelztemperatur unterschreitet.
Erfindungsgemäße plattenförmige Brennstoffkomponenten sind solche, die mittels des genannten Verfahrens hergestellt sind, und insbesondere solche, die eine genügende Eigensteifigkeit für die betreffende Anwendung in einer Brennstoffzelle besitzen.
Durch die so beim Spritzgießprozess aufeinander abgestimmten Parameter der Spritzgussvorrichtung und des Spritzgießprozesses umfassend den Zustand und die Eigenschaften der eingespritzten Schmelzmasse, wobei die Wärmeableitung in Abstimmung auf die eingespritzte Schmelzmasse so gering ist, dass diese die Kavität sicher ausfüllt, bevor sie als Formmasse erstarrt, gelingt es, den Spritzprozess und die Formung der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente mit möglichst wenig Energieaufwand effizient und dabei in möglichst kurzer Zeit durchzuführen. Die Wandung um die Kavität wird mit einer genau auf den Spritzgießprozess abgestimmten, angemessenen Temperatur beaufschlagt und kann anschließend bis zur Entformung in entsprechend kurzer Zeit unter die Erstarrungstemperatur abkühlen. Dadurch kann der Spritzzyklus unter möglichst geringem Energieaufwand wesentlich verkürzt und eine effiziente Herstellung plattenförmiger Brennstoffzellenkomponenten erreicht werden. Bspw. kann die Wandung der jeweiligen Kavität mit einer gegenüber der Schmelzmasse deutlich geringeren Wärmeleitfähigkeit (Einheit W/(k m)) mittels eines Kunststoffmaterials entsprechend hoher Temperaturstabilität aufgebaut oder isoliert werden, sodass eine zu schnelle Ableitung der Wärme aus der Schmelzmasse vermieden wird, d. h. bevor die Schmelzmasse das gesamte Volumen der Kavität ausfüllt. Auch ein Aufbau der Wandung aus Metall und gut steuerbaren oder regelbaren Temperierelementen zur schnellen Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr ist geeignet, wobei ebenfalls eine wärmeisolierende Umkleidung der Wandung für die Temperaturführung um die Kavität von Vorteil für die effiziente Prozessführung ist. Zur Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen eine Spritzgussvorrichtung mit mindestens einer Spritzeinheit zum Zuführen eines thermoplastischen Rohmaterials mit einer elektrisch leitfähigen Zusatzkomponente, insbesondere umfassend Graphitpartikel, und mit mindestens einer Formeinheit, die einen einer Einspritzdüsenanordnung zugeordneten düsenseitigen Formabschnitt und einen einer Auswerferseite zugeordneten auswerferseitigen Formabschnitt aufweist. Der düsenseitige und der auswerferseitige Formabschnitt sind in einer Trennebene mittels einer jeweiligen Trennfläche einander zugewandt. Die mindestens eine Formeinheit umfasst in einer Formteilaufnahme jeweils einen Teil eines jeweiligen Formteils mit einem Formeinsatz und einem Formkern, wobei in dem Formeinsatz eine in der Trennebene öffenbare, bei einem Spritzvorgang geschlossene Kavität ausgebildet ist, die über eine Zuführeinheit mit Heißkanalsystem oder Kaltkanalsystem an die Spritzeinheit angeschlossen ist, um das geschmolzene Rohmaterial als Schmelzmasse in ihren Hohlraum einzuspritzen. Die Geometrie des Hohlraums der Kavität mit der ihn um- wandenden Innenfläche des Formeinsatzes ist während des Formvorgangs bis zum Öffnen der mindestens einen Formeinheit unverändert an die Geometrie der herzustellenden Brennstoffkomponente angepasst. Eine Nachpressvorrichtung, die die Geometrie der Kavität während des Formungsprozesses verändern würde, ist nicht vorhanden.
Ein für die Funktionsweise der Brennstoffzelle vorteilhafter Aufbau der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente bzw. Bipolarplatte wird vorteilhaft dadurch erhalten, dass dem thermoplastischen Material als elektrisch leitfähige Zusatzkomponente Graphit und gegebenenfalls zusätzlich Ruß (höchstens 5 oder 10 oder 25 Gew.-% bzw. höchstens 5 oder 10 oder 25 Vol. -% der Zusatzkomponente) in einem Massenverhältnis größer als 5 %, größer als 20 % oder größer als 30 %, vorzugsweise größer als 50 %, bspw. zwischen 5 % und 90 % oder 95 %, insbesondere zwischen 30 % und 70 % oder 87 %, der leitfähigen Zusatzkomponente an der Gesamtmasse oder dem Gesamtvolumen eines der Spritzeinheit zugeführten Rohmaterials zuge- setzt wird. Als elektrisch leitfähige Zusatzkomponente kommen daneben bzw. zusätzlich auch andere Zusätze in Betracht.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen bestehen darin, dass zur effizienten Durchführung des Spritzgussprozesses das thermoplastische Material für die Matrix ein Matrixmaterial mit freiem iT-Elektronensystem, insbesondere PEEK-Material, ist und als leitfähige Zusatzkomponente ausschließlich Graphit verwendet wird. Bei dieser Ausgestaltung geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass sich das Graphit im Mat- rixpolymer der Formmasse leitend über das TT-Elektronensystem verbindet, ohne dass die herkömmlich für die leitende Verbindung zugesetzten Leitrußpartikel erforderlich sind. Die Vermeidung von Leitruß lässt eine Verringerung des Füllgrads mit der Zusatzkomponente zu und trägt zur effizienten Durchführung des Spritzgussprozesses bei. Infolge der Vermeidung eines Nachpressens kann die sich beim Spritzvorgang einstellende Ausrichtung der Graphitpartikel als Vorzugsrichtung günstig für gute Leiteigenschaften der hergestellten plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente genutzt werden.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal der plattenförmige Brennstoffkomponente bzw. Bipolarplatte ergibt sich dadurch, dass die plattenförmige Brennstoffzellenkomponente in einer Dicke (d) senkrecht zu ihrer Fläche in Draufsicht von z. B. höchstens 5 mm, insbesondere von höchstens 2 mm, höchstens 1 mm oder höchstens 0,5 mm oder 0,2 mm hergestellt wird, wobei sie eine genügende Eigensteifigkeit zur Verwendung in einer Brennstoffzelle besitzt.
Für den Herstellungsprozess und die Funktion der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente weitere vorteilhafte Maßnahmen bestehen darin, dass die Graphitpartikel eine mittlere Größe Dso im Bereich von 5 pm bis 50 pm oder 100 pm und/oder ein Aspektverhältnis (Dicke zu kleinster Ausdehnung senkrecht zur Dickenrichtung) kleiner als 5, insbesondere kleiner als 1 oder kleiner als 0,5, aufweisen. Eine vorteilhafte Herstellung der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente bzw. Bipolarplatte wird des Weiteren dadurch erreicht, dass die Brennstoffkomponente im Spritzprozess mit mindestens einem Anschlusselement, Befestigungselement, Leitungselement und/oder Dichtungselement durch Einformen und/oder Anspritzen versehen wird. Mit diesen Maßnahmen kann auch die Fertigung der Brennstoffzelle insgesamt und zudem eines Brennstoffzellenstapels wesentlich begünstigt werden, wobei auch eine flexible Abstimmung auf unterschiedliche Einsatzbedingungen ermöglicht wird.
Für einen gut steuerbaren Spritzgussprozess zum effizienten Herstellen der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponenten, wie Bipolarplatten, bestehen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Spritzgussvorrichtung darin, dass zwischen dem Formeinsatz und dem Formkern in dem düsenseitigen und/oder dem auswerferseitigen Formabschnitt Temperiermittel angeordnet sind, und insbesondere darin, dass die Temperiermittel Heizmittel und/oder Kühlmittel umfassen, und bspw. darin, dass die Heizmittel mittels Stromwärme über elektrische Leitungsmittel, induktiv oder mittels eines durch Kanäle geführten Wärmeträgerfluids beheizbar sind und/oder dass die Kühlmittel mittels eines über Kanäle geleiteten Kühlfluids betreibbar sind oder mit einer elektrisch betriebenen Kühleinrichtung versehen sind, und/oder darin, dass zumindest der Formeinsatz aus einem gut wärmeleitfähigen Material, insbesondere Metall oder Keramik, besteht und zumindest der den Formeinsatz und den Formkern umfassende Formteil von wärmeisolierenden Isolierteilen eingefasst ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Spritzgussvorrichtung zum Herstellen plattenförmiger Brennstoffzellenkomponenten, wie Bipolarplatten, in einer schematischen Schnittdarstellung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente in schematischer perspektivischer Darstellung und
Fig. 3 in Teilbildern a) und b) Teile eines Formwerkzeugs der Spritzgussvorrichtung im Querschnitt.
Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel schematisch eine Spritzgussvorrichtung 1 mit einer Spritzeinheit 2 und einer daran angeschlossenen Formeinheit 3 in einer schematischen Längsschnittdarstellung.
Die Spritzeinheit 2 weist ein Gehäuse 20 mit einem trichterförmigen Einfüllteil 21 sowie eine Fördereinheit 22 mit einer Förderschnecke und einer Antriebseinheit 23 auf.
Die Formeinheit 3 umfasst ein Formteil mit einer entsprechend der herzustellenden plattenförmigen Komponente ausgebildeten Kavität 31 , die von einer Umwandung 30 umgeben ist. Zur Entnahme des durch den Spritzgießvorgang der erhaltenen Komponente, vorliegend der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente 6 (s. Fig. 2), nämlich einer Bipolarplatte, ist die Formeinheit 3 mit einer (nicht näher gezeigten) Öffnungsvorrichtung sowie Entnahme- bzw. Auswerfervorrichtung versehen.
Die Spritzgussvorrichtung 1 kann auch mehrere Spritzeinheiten 2 und/oder Formeinheiten 3 umfassen. Die mindestens eine Formeinheit ist zum Spritzen mit Direktanguss oder zum Spritzen mit einem Verteilersystem (Kalt- und/oder Heißkanalsystem) ausgebildet.
Die Spritzgussvorrichtung 1 weist vorteilhaft eine (nicht gezeigte) mechanische Entlüftung oder eine Vakuumentlüftung der Formeinheit(en) auf. Ferner kann sie vorteilhaft als Zwei- oder Mehrkomponentenwerkzeug ausgeführt werden, mit dem umläufig ein Dichtsystem aus geeignetem Polymermaterial aufgespritzt werden kann. Zur Durchführung des Spritzgießvorgangs wird entsprechend vorbereitetes Rohmaterial 4 aus thermoplastischem Material und Zusatzkomponenten, wie vorliegend insbesondere Graphit und gegebenenfalls auch Ruß, in den Einfüllteil 21 gegeben und darüber der Fördereinheit 22 mit der Förderschnecke zugeführt. Das Rohmaterial 4 wird mittels einer in der Fördereinheit 22 angeordneten Aufwärmvorrichtung über den Schmelzpunkt mit Wärmeenergie beaufschlagt und auf die erforderliche Temperatur der gebildeten Schmelzmasse gebracht, die über eine an der Fördereinheit 22 ausgangsseitig über eine entsprechend ausgebildete Angussstrecke in die Kavität 31 der Formeinheit 3 mit vorgegebenem Einspritzdruck eingefüllt wird, bis die Kavität 31 mit der dann darin enthaltenen Formmasse 5 entsprechend der herzustellenden plattenförmigen Komponente, vorliegend der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente 6, vollständig ausgefüllt ist.
Die zur Modifikation des thermoplastischen Materials in das Rohmaterial 4 einge- brachte/n Zusatzkomponente/n, insbesondere in Form von Graphit und gegebenenfalls Ruß, dient/dienen zum Erreichen der zum Betreiben der Brennstoffzelle bzw. eines Brennstoffzellenstapels erforderlichen elektrischen Leitfähigkeit und auch zum Erreichen einer guten Wärmeleitfähigkeit, um in der Brennstoffzelle entstehende Wärme abzuleiten. Je nach Erfordernis beträgt der Massenanteil oder Volumenanteil der Zusatzkomponente/n an dem Massenanteil oder gegebenenfalls des Rohmaterials für die Herstellung der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente 6 über 5 %, über 20 %, über 30 % oder auch über 40 % und liegt im Bereich zwischen 5 % und 95 %, 20 % und 90 %, zwischen 30 % und 80 % oder zwischen 40 % und 80 %, wobei der Massenanteil bzw. Volumenanteil in Abhängigkeit des thermoplastischen Materials und der erforderlichen elektrischen Leitfähigkeit beim Betrieb der Brennstoffzelle sowie auch in Abhängigkeit des geometrischen Aufbaus der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente 6 geeignet variiert bzw. angepasst werden kann.
Fig. 3 zeigt, ebenfalls als Ausführungsbeispiel, in Teilbildern a) und b) zwei Teile der Formeinheit 3 der Spritzgussvorrichtung 1 , und zwar einen zum Anschluss an die Spritzeinheit 2 ausgebildeten düsenseitigen Formabschnitt 3‘ und einen auswerferseitigen Formabschnitt 3“, die zusammen die zum Formen der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente erforderliche Kavität 31 unter Bildung der Umwandung 30 einschließen. Dabei wird die Umwandung 30 der Kavität 31 mittels eines Formeinsatzes 32 gebildet, der sich aus einem in dem düsenseitigen Formabschnitt 3‘ befindlichen ersten Teil und einem in dem auswerferseitigen Formabschnitt 3“ angeordneten zweiten Teil zusammensetzt. Der erste und der zweite Teil des Formeinsatzes 32 sind wiederum auf einem jeweiligen Formkern 33 aufgebracht und der Formeinsatz 32 und der Formkern 33 als Einheit sind auf der von der Kavität 31 abgewandten Außenseite dieser Einheit von jeweiligen Isolierteilen 34 eingefasst, um eine Wärmeableitung aus der Einheit aus Formeinsatz 32 und Formkern 33 möglichst weitgehend zu unterbinden und die Kavität mit der eingespritzten Schmelzmasse bzw. Formmasse gezielt zu temperieren, sodass die Schmelzmasse die zum vollständigen Ausfüllen der Kavität 31 erforderliche Temperatur beim Einspritzvorgang beibehält und eine möglichst gut geführte Temperierung der Kavität 31 mit der eingespritzten Schmelzmasse zu erzielen.
Die Einheit aus den beiden Teilen des Formeinsatzes 32 und des Formkerns 33 bilden einen Formteil der Formeinheit 3, der in einer Formteilaufnahme 35 angeordnet ist, die sich ihrerseits aus zwei Teilen zusammensetzt, von denen der eine Teil in dem düsenseitigen Formabschnitt 3‘ und der andere Teil in dem auswerferseitigem Formabschnitt 3“ angeordnet ist. Die Formteilaufnahme 35 ist auf ihrer Außenseite ebenfalls mittels Isolierteilen 34 bzw. 34' isoliert, um eine Wärmeableitung möglichst weitgehend zu vermeiden. Die Formteilaufnahme 35 weist zur exakten Positionierung auf ihrer parallel zur flächigen Ausdehnung der Kavität 31 liegenden Außenseite jeweils einen Zentrierteil 36 auf.
Bei der gezeigten Ausführungsform der Formeinheit 3 befindet sich in dem an die Spritzeinheit 2 angeschlossenen düsenseitigen Formabschnitt 3' eine Zuführeinheit 24 mit einem Heißkanalsystem zum Einspritzen der Schmelzmasse in die Kavität 31. Der düsenseitige Formabschnitt besitzt vorliegend Führungszapfen, die aus einer in der Teilungsebene der Formeinheit 3 liegenden Fläche des düsenseitigen Formabschnitts 3‘ vorstehen und mit (nicht gezeigten) positionsgerecht angeordneten Führungsaufnahmen in der zugewandten Ebene des auswerferseitigen Formabschnitts 3“ passgenau Zusammenwirken, um den Formteil 3 geführt zu schließen und im Anschluss an den Formvorgang geführt zu öffnen und die geformte plattenförmige Brennstoffzellenkomponente auszuwerfen.
Um die Kavität 31 beim Formvorgang gezielt zu temperieren, sind sowohl in dem düsenseitigen Formabschnitt 3‘ als auch in dem auswerferseitigen Formabschnitt 3“ Temperiermittel 7 zwischen dem jeweiligen Formeinsatz 32 und dem Formkern 33 angeordnet. Die Temperiermittel 7 umfassen Heizmittel 70 und können zudem für eine schnelle, gezielte Abkühlung der Formmasse Kühlmittel 71 umfassen. Dabei sind die Heizmittel 70 z. B. elektrisch als von Strom durchflossene Heizleitungen oder als induktiv beaufschlagte Heizelemente oder aber als von einem Wärmeträgerfluid (flüssiges oder gasförmiges Medium) durchflossene Heizkanäle ausgebildet. Die Kühlmittel 71 sind als von einem kühlenden Fluid durchflossene Kühlkanäle bzw. eingebettete Röhren oder aber als elektrisch betriebene Kühlmittel ausgebildet. Die Teile des Formeinsatzes 32 sind vorteilhaft aus einem gut wärmeleitenden Metall, z. B. aus Werkzeugstahl, oder einem anderen gut wärmeleitenden Material wie z. B. einer Keramik ausgebildet und auch der Formkern 33 kann aus einem Metall bestehen, oder alternativ aus einem temperaturbeständigen Kunststoffmaterial oder z. B. einer Keramik. Zusammen mit der die Einheit aus Formeinsatz 32 und Formkern 33 umgebenden Isolierung mittels der Isolierteile 34 wird eine gut steuerbare, schnell ansprechende Temperierung in Abstimmung auf den Spritzprozess erreicht.
Als vorteilhafte Maßnahme hat sich bei der Erfindung weiter ergeben, als Schmelzmasse bzw. Formmasse ein thermoplastisches Material zu verwenden, dem als elektrisch gut leitende Partikel Graphit vorzugsweise als alleinige Zusatzkomponente beigemischt ist, wobei das thermoplastische Polymermaterial als Matrixmaterial der herzustellenden plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente dient und vorteilhaft als Matrixmaterial mit freiem TT-Elektronensystem besteht, wie z. B. PEEK-Material mit Benzolringen. Dabei entsteht eine elektrisch leitende Verbindung der Graphitpartikel über das TT-Elektronensystem des Matrixmaterials, ohne dass Leitruß verwendet werden muss. Dadurch kann der Herstellungsprozess durch Spritzgießen vorteilhaft beeinflusst werden, wobei ein verglichen mit einer Zusatzkomponente, die Leitruß umfasst, relativ geringer Füllgrad der leitfähigen Zusatzkomponente gewählt werden kann. Dadurch lassen sich die Herstellparameter Spritzdruck, Einspritzzeit und Nachdruck beim Einspritzvorgang bei guter Fließfähigkeit in der Kavität 31 vorteilhaft wählen. Zusätzlich bilden sich in der Formmasse durch den Spritzgussprozess zwei Vorzugsrichtungen der Graphitschichten aus. Im wandnahen Bereich werden die Graphitpartikel vorzugsweise in Fließrichtung orientiert, in der Kernzone zeigt sich vorrangig eine Orientierung senkrecht zur Fließrichtung. Hierdurch ergibt sich eine günstige Beeinflussung der elektrischen Leitfähigkeit für die Funktion der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente, wie Bipolarplatte.
Vorteilhaft ist es ferner, die Partikelgröße bzw. die diese beschreibenden Dso-Werte der Zusatzkomponente im Bereich zwischen 5 pm und 50 pm oder 100 pm, bspw. zwischen 10 pm und 30 pm zu wählen, wobei auch eine Abstimmung auf die gewählte Dicke der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente erfolgen kann. Vorteilhaft ist es ferner, Graphitpartikel mit einem geringen Aspekt-Verhältnis (Dicke zu kleinster Ausdehnung rechtwinklig dazu), d. h. möglichst flächig ausgedehnte, plättchenförmige Graphitpartikel zu wählen, wobei ein Aspekt-Verhältnis kleiner als 5, insbesondere kleiner als 1 oder 0,5 günstig ist. Der Füllgrad der Graphitpartikel kann im Bereich zwischen 5 Vol. -% und 95 Vol. -%, bspw. zwischen 20 Vol. -% und 80 Vol. -% liegen oder gegebenenfalls auch zwischen 5 Gew.-% und 95 Gew.-% oder zwischen 20 Gew.-% und 87 Gew.-% oder 80 Gew.-% bezogen auf das Rohmaterial liegen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von plattenförmigen Brennstoffzellenkomponenten (6), insbesondere Bipolarplatten, aus thermoplastischem Material mit einer elektrisch und thermisch gut leitfähigen Zusatzkomponente, wobei die plattenförmige Brennstoffzellenkomponente spritzgießtechnisch mittels einer Spritzgussvorrichtung (1 ) hergestellt wird, die mindestens eine Spritzeinheit (2) und mindestens eine Formeinheit (3) mit einer eine jeweilige Kavität umgebenden Umwandung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgeschmolzene thermoplastische Material mit der Zusatzkomponente als Schmelzmasse mittels der mindestens einen Spritzeinheit (2) unter Druck in den der Geometrie der Brennstoffzellenkomponente unverändert entsprechenden Hohlraum der jeweiligen Kavität (31 ) der mindestens einen Formeinheit (3) eingefüllt wird und die Wärmeübertragung über die Umwandung (30) so auf die Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität sowie Einfüllgeschwindigkeit der Schmelzmasse abgestimmt wird, dass mit dieser als Formmasse (5) die jeweilige Kavität (31 ) vollständig ausgefüllt wird, bevor die Temperatur der Schmelzmasse ihre Schmelztemperatur unterschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem thermoplastischen Material als modifizierende elektrisch leitfähige Zusatzkomponente Graphit ohne oder mit Beimischung einer geringen Menge von Ruß in einem Massenanteil der Zusatzkomponente größer als 5 %, größer als 20 % oder größer als 30 %, vorzugsweise größer als 50 %, bspw. zwischen 5 % und 95 %, insbesondere zwischen 30 % und 70 % oder 87 % der Gesamtmasse eines der Spritzeinheit (2) zugeführten Rohmaterials zugesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als thermoplastisches Material, das das Matrixmaterial der plattenförmigen Brennstoffzellenkomponente bildet, ein Polymermaterial mit freiem fl- Elektronensystem, insbesondere ein PEEK-Material, verwendet wird und dass als leitfähige Zusatzkomponente ausschließlich Graphit-Partikel, insbesondere mit einem Aspekt-Verhältnis, Dicke zu kleinster Ausdehnung, kleiner als 5, insbesondere kleiner als 1 oder 0,5, verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmige Brennstoffzellenkomponente (6) in einer Dicke (d) senkrecht zu ihrer flächigen Ausdehnung in Draufsicht von höchstens 2 mm, höchstens 1 mm oder höchstens 0,5 mm oder höchstens 0,2 mm hergestellt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der leitfähigen Zusatzkomponente eine Größe Dso im Bereich von 5 pm bis 50 pm oder 100 pm besitzen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffkomponente (6) im Spritzprozess mit mindestens einem Anschlusselement, Befestigungselement, Leitungselement und/oder Dichtungselement durch Einformen und/oder Anspritzen versehen wird. Plattenförmige Brennstoffzellenkomponente (6), insbesondere Bipolarplatte, dadurch gekennzeichnet, dass sie unter Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist. Spritzgussvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit mindestens einer Spritzeinheit (2) zum Zuführen eines Rohmaterials (4) mit thermoplastischem Material und mit einer elektrisch leitfähigen Zusatzkomponente, insbesondere umfassend Graphitpartikel, und mit mindestens einer Formeinheit, die einen mindestens einer Einspritzdüsenanordnung zugeordneten düsenseitigen Formabschnitt (3‘) und einen einer Auswerferseite zugeordneten auswerferseitigen Formabschnitt (3“) aufweist, welche in einer Formteilaufnahme (35) angeordnet sind und in einer Trennebene einander zugewandt sind und jeweils einen Teil eines jeweiligen Formteils mit einem Formeinsatz (32) und einem Formkern (33) umfassen, wobei in dem Formeinsatz (32) eine in der Trennebene öffenbare, bei einem Spritzvorgang geschlossene jeweilige Kavität (31 ) ausgebildet ist, die über eine Zuführeinheit (24) mit Heißkanalsystem oder Kaltkanalsystem an die Spritzeinheit (2) zum Einspritzen des geschmolzenen Rohmaterials (4) als Schmelzmasse in den Hohlraum der Kavität (31 ) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Hohlraums der jeweiligen Kavität (31 ) mit der ihn um- wandenden Innenfläche des Formeinsatzes (32) während des Formvorgangs bis zum Öffnen der mindestens einen Formeinheit (3) unverändert an die Geometrie der herzustellenden Brennstoffkomponente angepasst ist. Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Formeinsatz (32) und dem Formkern (33) in dem düsenseitigen und/oder dem auswerferseitigen Formabschnitt (3‘, 3“) Temperiermittel (7) angeordnet sind. Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermittel (7) Heizmittel (70) und/oder Kühlmittel (71 ) umfassen. Spritzgussvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (70) mittels Stromwärme über elektrische Leitungsmittel, induktiv oder mittels eines durch Kanäle geführten Wärmeträgerfluids beheizbar sind und/oder dass die Kühlmittel (71 ) mittels eines über Kanäle geleiteten Kühlfluids kühlbar sind oder mit einer elektrisch betriebenen Kühleinrichtung versehen sind. Spritzgussvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Formeinsatz (32) aus einem gut wärmeleitfähigen Material, insbesondere Metall oder Keramik, besteht und dass zumindest der den Formeinsatz (32) und den Formkern (33) umfassende Formteil von wärmeisolierenden Isolierteilen (34) eingefasst sind.
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