KR20130079202A

KR20130079202A - 금속 양극판 제조방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130079202A
Application number: KR1020120150685A
Authority: KR
Inventors: 울리치 스크레터
Original assignee: 페인툴 인텔렉츄얼 프로퍼티 에이쥐
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-07-10
Also published as: EP2608299B1; CN103178276A; CN103178276B; CA2797160C; CA2797160A1; EP2608299A1; KR102012521B1; JP6088815B2; US9630233B2; US20130186163A1; JP2013132691A

Abstract

본 발명은 유체-필드용 표면 구조물, 판의 구멍과 슬롯같은 내부 형태, 및 그 외부 형태 위의 기준 형상들을 가지는 금속-박 스트립을 포함하는 양극판 제조방법 및 장치에 대한 것이다.
본 발명의 목적은 형상에 대한 모든 마무리(finishing)를 제거하고 경제적 이점을 보장하면서 미세-블랭킹 프레스 위에 성형함으로써 양극판들의 형상의 정확성(trueness)과 크기 일관성(consistency)을 현저히 증가시키기 위한 것이다.
이러한 목적은, 사용되는 프레스가, 적어도 세 개의 스테이지의 전진 다이를 가지는 유압 미세-블랭킹 프레스인 것에 의해 달성되는 데, 전진다이의 제1 스테이지에서 블랭크가 스트립으로부터 부분적으로 자유-절단되고, 이어서 제2 스테이지에서 적어도 2500 내지 3500kN의 성형 힘을 사용하는 압축-성형에 의해 연결된 블랭크에 표면 구조물이 형성되며, 내부 형태, 슬롯들과 기준 형상은 블랭크 내, 그리고 위에서 절단함으로써 형성되며, 이어서, 제3 스테이지에서, 외부 형상의 절단 및 양극판용 완성된 블랭크의 제거가 연속적으로 스트로크 사이클로 실행된다.

Description

금속 양극판 제조방법 및 장치{Method and Device for Producing Metallic Bipolar Plates}

[0001] 본발명은 유체 필드(flow field)용 표면 구조물, 판의 홀들과 슬롯들같은 내부 형태(inner forms), 및 그 외부 형태 위의 적어도 하나의 기준 형상(reference geometry)을 가지는 금속-박 스트립을 포함하는 양극판 제조 방법에서, 상기 스트립은, 프레스 램의 하부 사점 (dead-center) 위치에서 개방하고, 프레스 램의 상부 사점 위치에서 닫혀지며, 적어도 하나의 성형 펀치와, 절단 및 천공 펀치 및 가이드를 포함하고 프레스 테이블 위에 장착된 상부 공구 부분과, 닫을 때 상부 및 하부 사점 위치들 사이에서 스트로크를 실행하고 절단 다이를 포함하는 적어도 하나의 하부 공구 부분 사이에 클램핑되는 공구에 공급되며, 최종적으로 절단 및 성형 작업이 수행되는 금속-박 스트립을 포함하는 양극판 제조방법에 대한 것이다.

[0002] 본 발명은 또한 흐름 필드를 위한 표면 구조물, 판의 홀들과 슬롯들과 같은 내부 형태, 및 그 외부 형태 위의 기준 형상을 가지는 금속-박 스트립을 포함하는 양극판 제조 장치에 대한 것으로서, 이 장치는 프레스 램에 의해 구동되는 전진 다이, 프레스 테이블 위에 장착되고 적어도 하나의 천공 및 절단 펀치와 가이드 홀더를 포함하는 상부 공구 부분과, 피스톤의 상부 및 하부 사점 위치들 사이에서 스트로크를 실행하며 적어도 하나의 절단 다이를 포함하는 하부 공구 부분을 포함하는 양극판 제조 장치에 대한 것이다.

[0003] 알려진 바와 같이, 연료 전지용 양극판들은 중간 벽(상호 연결판)에 의해 선택적으로 서로 분리되는 아노드(anode) 측과 캐소드(cathode) 측을 포함한다. 아노드 및 캐소드 측들은 평판으로 구성되어 형성되며, 연료 전지에서의 그 기능은 연료 전지를 위한 전기 접속을 제공하고 이를 위해 산화제로서 수소 및 공기/산소를 공급하는 것이다.

연료 전지 공급이 단면 영역에 걸쳐 균일하도록 양극판은 홈들을 따라 반응 구간으로 처리 가스가 천공하여 흐르며, 얻어지는 산물로서의 물이 그를 통해 배출되는 복수의 인접 배치된 채널들 또는 홈들로 형성되는 흐름 필드를 가진다. 양극판은 서로 분리되고, 연료로서 기능하는 물과, 산화제로서 기능하는 공기/산소와 냉각제로 작용하는 물이 동시에 각각의 흐름 채널들에 그 구멍을 통하여 공급되는 구멍들을 포함한다.

양극판에는 복잡한 기술적 조건들이 설정되는 데, 즉: 최소 전기 저항을 갖는 가스와 전류를 유발하며; 침입하는 화학적 조건들에 대한 높은 저항을 가지며; 발생되는 반응 열을 소비하며; 연료, 산소 및 물에 내식성을 가지며; 가스들을 서로 분리시키며; 낮은 중량과 작은 용적으로 높은 온도 저항, 강한 기계적 강도, 및 크기 안정성을 가진다.

[0004] 타발(stamping), 심 인발(deep drawing), 하이드로 포밍과 같은 능동 수단에 기초하는 펀칭이나 성형 작업을 통해 소정 형상으로 제조되는 양극판용 금속박(metal foils)을 사용하는 것이 알려져 있다(DE 10 2005 021 487 A1, DE 10 2009 059 769, DE 10 2004 016 318 A1, DE 10 2009 036 039 A1). 이들 공지 솔루션들은 소정 형상의 정확성이 보장될 수 없는 점이 결점이다. 따라서, 양극판에서 채널 구조 및 구멍들에서 오프셋이 발생하고, 이는 연료 전지의 안전-관련 불량 작동을 초래할 수 있다. 발생되는 버(burr)에 기인하여 고온 프로세스(DE 10 0210022094A1을 참조)들이 규칙적으로 비용 절감적인 재가공(remachining)을 촉진하였다.

[0005] 또한, DE 10 2010 020 178A1은 연료전지 스택용 금속 양극판 제조 방법을 개시하였는 데, 이는 두 측면들의 각각에서 가스 분배 구조를 가진다. 가스 분배 구조는 양 측면들에서 동시에 전단에 의해 형성되었다. 이러한 공지의 방법은 0.5 내지 5㎜ 두께 범위로 제한되고, 이와 같이 양극판들은 상당한 중량과 큰 크기를 획득한다.

[0006] 종래기술의 상태로부터 나아가서, 본 발명의 목적은 형상에 대한 모든 마무리(finishing)를 제거하면서 미세-블랭킹 프레스 위의 성형을 통하여 양극판의 구조적 정확성과 크기 일관성을 크게 향상시키며 경제적인 이점들을 보장하는 것이다.

[0007] 이러한 목적은 청구항 1의 특징을 가지는 처음 설명한 형태의 방법과 청구항 10의 특징을 가지는 장치에 의해 달성된다.

[0008] 본 발명의 방법과 장치의 유익한 이점들이 종속 청구항들에서 설명된다.

[0009] 본 발명에 따른 솔루션의 요지는 적어도 3개 스테이지의 전진 다이를 사용하여 미세-블랭킹 프레스의 중심에 최대 가능 성형 힘을 사용하는 금속박 위의 성형 작업을 실행하는 것으로서, 제1 스테이지에서, 블랭크는 스트립에서 부분적으로 자유롭게 절단되며; 이어서, 제2 스테이지에서, 표면 구조물이 블랭크에서 적어도 2500 내지 3500 kN의 성형 힘을 사용하여 압축-성형으로 성형되고, 내부 형태, 슬롯들과 기준 형상은 블랭크 내, 및 위에 절단에 의해 형성되며; 이어서, 제3 스테이지에서, 양극판용 외부 형상과 완성된 블랭크의 제거가 스트로크 사이클로서 연속으로 실행된다.

[0010] 표면 구조물이 하부 공구 부분의 단조 다이와 상부 공구 부분의 적절한 대응 형태에 의해 생성되고, 양극판의 내부 형태(구멍들)와 슬롯들이 상부 부분의 절단 및 천공(piecing) 펀치와 하부 부분의 펀치판에 배치된 암형(female) 다이 개구들을 통해 연속적으로 그러나 동일한 작업 내에서 생성되는 것이 효과적이다. 이로써 모든 중요한 부분의 형상들이 서로에 대해 최대 가능 크기 일관성을 달성하고 설치핀들이 성형으로부터 절단에 이르는 형상의 크기 일관성을 확보하기 위하여 필요하지 않다.

추가적인 이점은, 압축 성형에 의해, 블랭크에 상이한 표면 구조물, 바람직하게는 홈들의 필드, 구부러진-형상 또는 나선 채널들 또는 노브(knob) 필드가 형성될 수 있으며, U-, 타원-, 반원형-, 포물선형 또는 V-형상의 단면들과 같은 상이한 단면을 가지는 홈들이나 채널들이 형성되어, 본 발명의 방법이 판 제조업자들의 시장 요구에 대해 매우 신축성이 있는 점을 보장한다.

[0011] 본 발명의 방법의 바람직한 실시예에서, 이하의 단계들이 실행된다:

a) 스트립에 연결된 채로의 양극판용 블랭크의 단부면 에지들, 선택적으로, 측방향 에지들을 자유 절단하며;

b) 성형, 천공 및 절단 펀치의 복귀 스트로크에서 공구를 개방하고, 압축-성형, 천공, 및 절단용 자유-절단 블랭크와 같이 스트립을 진행시키며, 스트립의 클램핑이 한 번 더 실행된 후에, 표면 구조물의 압축-성형이 우선 실행되고, 블랭크 내에서 천공이 이어지며 스트립에의 상기 블랭크의 연결을 유지하면서 제2 스테이지 내에서 수직 시퀀스로 상기 블랭크의 외형상의 기준 형상을 절단하며;

c) 성형, 절단 및 천공 펀치의 상부 사점 위치로의 후퇴 시에 상기 공구를 재-개방하고 상기 양극판의 외부 형상을 절단하기 위하여, 상기 자유-절단, 압축-성형된 천공 및 절단된 블랭크를 제3 작업 스테이지로 진행시키는 것을 포함하며, 여기에서 상기 블랭크는 이미 클램핑된 스트립으로부터 분리되고, 낙하 이동 후에, 컨베어 벨트에 의해 절단 평면 아래의 수직의 닫힌 공구로부터 제거된다.

[0012] 양극판으로의 전기 접촉을 위하여, 형성될 블랭크의 단부면 에지에 대해, 성형 복귀 스트로크 동안, 상부 부분에 제공된 벤딩 펀치에 의한 상부 부분 방향으로 수직으로 연장하는 레그(leg) 내로의 제2 작업 스테이지 내의 천공 및 절단 펀치가 효과적임이 입증되었으며, 이는 클램핑된 상태로 유지되므로 형상의 정확성과 크기 일관성은 영향을 받지 않는다.

[0013] 임의의 무부하 스트로크 형태의 추가적인 작업 스테이지가 제2 및 제3 스테이지 사이에서 실행되는 것이 특히 효과적이다. 이로써 상당한 성형 힘과 연관된 스트레스 상태는 이어지는 블랭크에 확실히 영향을 미치지 않는 데, 스트립의 연속적인 블랭크들이 충분히 분리되기 때문이다.

[0014] 본 발명에 따른 방법의 추가적인 실시예에서, 스테인레스강, 바람직하게는 1.4404×2 CrNiMo 18-14-3 품질, 강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금 및 0.1 내지 0.5㎜ 두께를 가지는 해스텔로이(Haselloy) 합금으로 제조된 박이 금속-박 스트립으로서 적절하다. 본 발명에 따르면, 물론 금속 화합물 합금을 사용할 수 있다.

[0015] 본 발명에 따라 제조된 블랭크 조립체를 고려하면, 결합 및 조립 동안 개별 블랭크들의 정확한 방향 및 위치 설정을 보장하는 복수의 기준들이 블랭크의 외부 형태로 절단되는 것이 특히 효과적이다.

[0016] 본 발명에 따른 장치는, 전진 다이가 양극판용 블랭크의 단부면 에지들, 임의적으로 측면 에지들을 부분적으로 자유-절단하기 위한 적어도 하나의 제1 스테이지와, 상기 블랭크의 표면 구조물을 형성하고, 내부 형태를 천공하고 자유 절단되어 연결된 블랭크 위에 기준 형상을 절단하는 제2 스테이지 및 외부 형상을 절단하고 공구로부터 양극판을 제거하기 위한 제3 스테이지를 포함하며, 상부 공구 부분과 하부 공구 부분에 반대로 유압으로 작용하는 나이프-에지 링 피스톤과 카운터 홀더 피스톤을 가지는 미세-블랭킹 프레스가 프레스로 제공되며, 제2 스테이지에서 적어도 하나의 압축 성형 폼이 왕복 운동 동안 천공 및 절단 펀치를 선행하도록 나이프-에지 링 피스톤과 카운터홀더 피스톤이 서로 조정된다.

[0017] 본 발명에 따른 장치의 실시예의 추가적인 이점에서, 하부 공구 부분은 홀더에 삽입된 적어도 하나의 단조 다이를 포함하며, 상기 단조 다이는 양극판의 표면 구조물과 구멍들의 형상, 구조 및 위치에 적응된 구조를 가지며; 상기 상부 공구 부분은 상기 단조 다이에 대응하여 적응되고 펀치-안내 인서트에 삽입되는 적절히 형성된 표면 구조물을 가지는 적어도 하나의 압축 성형 폼을 가진다.

[0018] 본 발명에 따른 장치의 추가적인 실시예에서, 하부 공구 부분에서 상기 제1 스테이지는, 상기 블랭크와 자유 절단 펀치를 부분적으로 자유 절단하기 위한 절단 다이(20)에 배치된 적어도 하나의 제1 및 제2의 절단 개구들을 포함하며, 여기서 폐기(waste) 채널은 공구로부터 폐기물을 제거하기 위해 하부 공구 부분 아래 배치된 컨베어 벨트로 인도하는 절단 개구로 연결된다.

[0019] 본 발명에 따른 장치의 추가적인 유익한 실시예에 따라, 하부 공구 부분의 제2 스테이지는: 양극판의 표면 구조물의 형상, 구조 및 위치에 적응된 표면 구조물을 가지는 홀더에 삽입된 적어도 하나의 단조 다이와; 내부-형태 펀치와 절단 펀치용 절단 다이에 배치된 적어도 하나의 제3 및 제4 절단 개구들; 및 상기 단조 다이에 대응하게 적응되고 펀치-안내 인서트에 삽입되고, 상부 공구 부분에 내부-형태와 절단 펀치를 포함하는 적절하게 형성된 표면 구조물을 가지는 적어도 하나의 압축성형 폼을 포함하며, 여기에서 폐기 채널은 각각의 절단 개구로 연결되며, 공구로부터 폐기물을 제거하기 위하여 상기 하부 공구 부분 아래 배치된 컨베어 벨트로 인도된다.

[0020] 본 발명에 따른 장치의 추가적인 실시예에 따라, 상부 공구 부분의 제3 스테이지는, 상기 블랭크를 완전히 절단하기 위한 적어도 하나의 외부-형상 절단 펀치와 상기 절단 다이에 배치된 적어도 5개의 절단 개구들을 포함하며, 여기에서 제거 채널이 닫힌 공구로부터 완성된 블랭크(Z)를 제거하기 위해 하부 공구 부분에 배치된 컨베어 벨트로 인도되는 상기 절단 개구로 연결된다.

[0021] 본 발명에 따른 장치의 바람직한 변형예에 따르면, 무부하 스테이지 형태의 스테이지가 제2 및 제3 스테이지 사이에 삽입될 수 있다.

[0022] 전기 접촉의 면에서, 블랭크의 단부면-에지들을 굽히기 위한 적어도 하나의 벤딩 펀치가 제2 스테이지의 상부 공구 부분에 통합되는 것이 특히 효과적이다. 이러한 벤딩 펀치는 하부 부분의 방향으로 타발, 천공 및 절단 펀치의 복귀 스트로크 동안 수직으로 이동하여, 상기 블랭크의 단부면-에지를 돌출 레그로 성형한다.

[0023] 단조 다이와 압축 성형 폼은, 상이한 표면 구조물용 본 발명에 따른 장치의 개조를 촉진하기 위한 홈들, 구부러진 형상의 채널들 또는 노브들을 포함하는 표면 구조물을 가진다. 표면 구조물의 홈들이나 채널들은 따라서 또한 예컨대, u-, 타원-, 반원형-, 포물선- 또는 v-형상의 단면들의 다양한 소정 단면들로 조정될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 바람직하게 1.4404 X 2 CrNiMo 18-14-3 품질의 스테인레스강, 강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금 및 0.1 내지 0.5 mm, 바람직하게는 0.1 mm 두께를 가지는 해스텔로이 합금으로 제조된 금속-박 스트립을 사용할 수 있다.

[0024] 본 발명에 따른 솔루션은 외형상의 모든 마무리를 제거하고 경제적 이점을 보장하면서 높은 형상의 정확성과 크기 일관성을 가지는 양극 및 음극측 양극판을 제공함을 특징으로 한다.

[0025] 추가적인 이점들과 상세한 설명은 첨부 도면들과 관련한 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

[0026] 본 발명이 예시적인 실시예와 관련하여 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
[0027] 도시된 바와 같이:
[0028] 도 1은 종레기술에 따른 표면 구조물, 내부 형태, 및 기준 형상들을 가지는 양극판의 도면이며;
[0029] 도 2는 도 1에 따른 단면 A-A를 도시하며;
[0030] 도 3은 개방 상태의 본 발명에 따른 장치의 단면도이며;
[0031] 도 4는 본 발명에 따른 방법의 시퀸스의 개략적인 도면이며;
[0032] 도 5는 표면 구조물을 형성하기 위한 단조 다이의 사시도이며;
[0033] 도 6은 표면 구조물을 형성하기 위한 압축-성형(chasing) 폼의 사시도이며;
[0034] 도 7은 본 발명에 따라 양극판용 블랭크로 형성될 수 있는 다양한 표면 구조물을 도시한 도면이다.

[0035] 도1 및 2는 종래 기술에 따른 금속, 다층 양극판(1)의 일 예를 도시한다. 이 공지의 양극판은, 제1 판(2), 제2 판(3) 및 제1 판과 제2 판(2, 3) 사이에 삽입된 중간판(4)을 포함한다. 예컨대, 채널들이나 돌기(ridge) 형태의 표면 구조물이 판의 길이방향으로 판(2, 3)들에 형성되며, 따라서 제2 판(3)을 갖는 중간판(4)은 소위 냉각 매체(101)용 흐름 필드(flow field)를 형성하고 제2 판(3)을 갖는 중간판(4)의 다른 측면은 냉각 매체(101)용 또 다른 흐름 필드를 형성한다.

흐름 필드(102, 103)들은 양성자-전도성 멤브레인(104)의 좌우측으로 균일하게 반응물(수소, 공기/대기 산소)을 분포시킬 수 있다. 용접 시임(6a)이 양극판(1)을 같이 유지하며 전기 저항을 최소화한다. 판(2, 3, 및 4)들은 용접 시임(6)에 의해 단부면 및 측방향 에지(S 및 SR)에서 수밀 방식으로 둘레에 연결된다.

[0036] 단부면 영역(S)에서 그리고 부분적으로 측방향 에지(SR)에서, 판(2 및 3)들은 수소용 유입 개구(7), 공기/산소용 유입 개구(8) 및 냉각 매체용 유입 개구(9) 및 냉각 매체 및 반응 생성물용 대응하는 유출 개구(10, 11, 및 12)들을 가진다. 기준 형상(13, 14, 및 15)들은 양극판(1)의 양측 단부면 영역(S)들에 형성된다. 기준 형상(13, 14, 및 15)들은 후속 조립체에서 성형으로 발생된 형상 공차를 보충하도록 기능하며, 특히 양극판의 개별 층들의 오프셋(offset)을 최소화하기 위하여 기능한다.

[0037] 본 발명에 따른 장치는 도 3에 개략적으로 도시된다. 비도시 코일에 감기고 두께 0.1을 가지는 1.4404 또는 × 2 CrNiMo 18-14-3으로 제조된 긴 금속-박 스트립(16)은 하부 공구 부분(17)과 상부 공구 부분(18) 사이에서 개방된 공구(19)로 공급된다. 금속-박 스트립(16)은 하부 공구 부분(17)의 절단 다이(20) 위에 위치된다.

상부 공구 부분(18)은 미세-블랭킹 프레스(22)의 프레스 스탠드(21)에 의해 유지되는 상부 프레스 테이블(23) 위에 움직이지 않게 장착된다. 미세-블랭킹 프레스(22)의 나이프-에지 링 유압부(hydraulic)에 의해 작동가능한 나이프-에지 링 피스톤(24)은, 프레스 테이블(23)에서 안내되고 스러스트 볼트(25)를 통해 단조 다이의 압축성형 폼(chasing form)(26)에 작용한다. 스러스트 볼트(25)는 홀딩 판(27)에서 축방향으로 이동가능하며, 이는 상부 공구-교환 판(28), 및 상부 베이스(29)에 의해 수용되므로, 편향 모멘트 없이 성형 힘이 체이싱 폼(26)으로 전달되는 것을 보장한다.

금속-박 스트립(16)이 부분적으로 없는 블랭크(Z)를 절단하기 위한 자유-절단 펀치(30), 내부 형태(유입 개구(7,8,9) 및 배출 개구(10, 11, 12)) 천공용 내부 형태 펀치(31), 기준 형상(13, 14, 및 15) 절단용 절단 펀치(32), 및 외부-형상 절단 펀치(33)와 같은 추가적인 능동 부재들이 상부 베이스(29) 위에 장착된다. 자유-절단 펀치(30), 내부-형태 펀치(31), 절단 펀치(32), 및 외부-형상 절단 펀치(33)는 가이드 홀더(34a)에 위치되는 펀치-안내 인서트(34)에서 안내된다.

금속-박 스트립(16)을 클램핑하고 능동 부재(30,31,32 및 33)의 절단 이송을 가능하게 하는 스프링 부재(35)들은 펀치-안내 인서트(34)와 상부 베이스(29) 사이에 위치된다.

[0038] 하부 공구 부분(17)은 미세-블랭킹 프레스(22)의 프레스 램(37)에 직접 연결된 하부의 상호교환가능한 판(36)을 가지며, 프레스 아암은 바닥 사점(UT)부터 상부 사점(OT)까지 왕복 운동을 수행한다. 하부 베이스(38)는 하부의 상호 교환가능한 판(36)에 장착되고, 카운터 홀더 유압기의 카운터홀더 피스톤(40)이 대항하여 작용하는 하부 압력 패드(39)는 하부 베이스에 수용된다.

절단 다이(20)는 하부 베이스(38) 위에 위치되고, 절단 다이는 자유-절단 펀치(30)용 제1 및 제2 절단 개구(41 및 43)와, 내부-형태 펀치(31)용 제3 절단 개구(42)와, 기준 형상용 제4 절단 개구(44), 및 외부-형상 절단 펀치(33)용 제5 절단 개구(45)를 포함한다. 개별 제거 채널(46)들은 각각의 절단 개구(41 및 42)들로 연결되며, 이들 개구들은 하부 베이스(38)를 천공하여 연장하여 절단 개구(41, 42) 아래 배치된 공통의 컨베어 벨트(47)로 인도된다. 따라서, 공구가 닫혀진 때에도 절단 폐기물을 용이하게 제거할 수 있다.

제거 채널(48)은 또한 각각의 절단 개구(43, 44)들로 연통하며, 그를 통하여 절단 폐기물이 공통 컨베어 벨트(49) 위로 배출된다. 완성된 블랭크(Z)를 추가적인 컨베어 벨트(51)로 배출하기 위해 하부 베이스(38)를 천공하여 수직으로 연장하는 제거 채널(50)은 절단 개구(45) 아래 위치된다. 또한, 단조 다이(53)는 홀더(52)에서 하부 베이스(38) 위에 배치되고, 성형용 상부 공구 부분(18)에 속하는 압축성형 폼(26)에 합치한다.

[0039] 본 발명에 따른 방법의 시퀀스는 도 3과 결합하여 도 4를 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명된다. 명확성을 위하여, 도 4는 단지 이동 방향(L)으로 공급되는 금속-박 스트립(16)을 가지는 하부 공구 부분(17)을 도시한다. 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 본 발명에 따른 장치는, 이 예에서는 아래와 같은 4개의 스테이지들을 포함하는 데, 즉: 양극판(1)용 블랭크(Z)의 단부면과 측방향 에지(S 및 SR)들을 부분적으로 자유-절단하기 위한 제1 스테이지(Ⅰ); 블랭크(Z)에 표면 구조물(5)을 형성하고, 유입 개구(7,8,9)들 및 배출 개구(10,11,12)를 천공하고 자유-절단 블랭크(Z) 내로 기준 형상(13, 14 및 15)을 절단하기 위한 제2 스테이지(Ⅱ); 무부하 스테이지로서 부가적인 스테이지(Ⅲa); 및 외부 형상을 절단하고 공구로부터 완성된 블랭크(Z)를 제거하기 위한 스테이지(Ⅲ)를 포함한다.

상부 공구 부분(18)과 하부 공구 부분(17)에 대해 유압으로 작용하는 나이프-에지 링 피스톤(24)과 카운터홀더 피스톤(40)을 가지는 미세-블랭킹 프레스(22)는 프레스로서 사용된다.

작업들이 시작되기 전에, 금속-박 스트립(16)이 상부 공구 부분(18)의 펀치-안내 인서트(34)와 하부 공구 부분(17)의 절단 다이(20) 사이에 클램핑된다. 자유-절단 펀치(30)에 의해, 블랭크(Z)는 제1 스테이지(I)에서 절단 다이(20)의 대응하는 절단 개구(41, 42)들의 단부면 에지(S)와 측방향 에지(SR)에서 부분적으로 자유롭게 절단된다.

블랭크(Z)의 나머지 영역들은 금속-박 스트립(16)에 연결되어 잔류한다. 능동 부재들의 복귀 스트로크에 공구는 개방하고, 금속-박 스트립(16)을 이완시킨다. 도시없는 공급부가 연결된 블랭크(Z)를 포함하는 금속-박 스트립(16)을 스테이지(Ⅱ)로 이동시키며, 여기에서 금속-박 스크립(16)은 공구가 닫히면 한 번 더 클램핑된다.

왕복 이동 동안 압축성형 폼(26)이 천공 및 절단 펀치(31 및 32)를 각각 선행하도록 나이프-에지 링 유압부가 조정된다. 이로써 스테이지(Ⅱ)에서 성형 및 절단을 수직 시퀀스로서 연속으로 실행할 수 있으며, 블랭크(Z)는 금속-박 스트립(16)에 연결되어 잔류된다. 압축성형 폼(26)과 단조 다이(53)에는 양극판(1)의 흐름 필드의 소정 표면 구조물에 대응하는(도 7 참조) 합치하는 표면 구조물(5)에 제공된다.

연결된 블랭크(Z)에 표면 구조물을 성형하기 위한 성형 힘은 적어도 2500 내지 3500kN이며, 이로써 전체 흐름 필드가 균일한 구조물을 획득할 수 있다. 스테이지(Ⅱ)에서 성형, 천공 및 절단이 일단 완료되면, 능동 부재들은 한 번 더 복귀 스트로크를 실행하고 공구가 개방한다. 연결되고, 성형되고 절단된 블랭크(Z)를 포함하는 금속-박 스트립(16)은 공급부(feed)에 의해 스테이지(Ⅲ)로 이송될 수 있으며, 여기에서 단지 무부하 스트로크가 실행된다. 이로써 개별 블랭크(Z)들 사이에서 충분한 분리가 발생하며 상당한 성형 힘으로부터 발생하는 후속의 블랭크의 바람직하지 않은 스트레스 상태의 중복을 방지할 수 있다.

공구가 한 번 더 개방한 후에, 공급기구는 연결된 블랭크(Z)를 포함하는 금속-박 스트립(16)을 스테이지(Ⅲ)로 이동시킨다. 스트립과 블랭크(Z)는 클램핑된다. 외부-형태 절단 펀치(33)는 절단 개구(45)에서 금속-박 스트립(16)으로부터 블랭크(Z)를 완전히 절단한다. 완성된 블랭크(Z)는 이어서 제거 채널(50)을 통해 컨베어 벨트(51) 위로 낙하하며, 이는 블랭크를 공구로부터 운반한다.

[0040] 도 5와 도 6은 하부 공구 부분의 하부 상호교환가능한 판(36) 위에 장착된 단조 다이(53)와, 상부 공구 부분의 펀치-안내 인서트(34)에 수용된 압축성형 폼(26)을 도시한다.

[0041] 도 7은 상이한 표면 구조물들에 대해 교환가능한 유닛으로서 적층될 수 있는 압축성형 폼과 단조 다이(26 및 53)를 위한 가능한 표면 구조물을 도시한다.

본 발명에 따른 방법에 의하면, 높은 크기 일관성과 효율성으로서 양극판용 양극- 및 음극-측의 판들과, 중간판들을 용이하며 비용 효과적으로 생산할 수 있다.

1: 종래기술의 양극판 2, 3: 아노드판, 캐소드판
4: 중간판 5: 표면 구조물
6: 용접 시임 7,8,9: 유입 개구
10, 11, 12: 유출 개구 13, 14, 15: 기준 형상
16: 금속-박 스트립 17: 하부 공구 부분
18: 상부 공구부분 19: 공구
20: 절단 다이 21: 프레스 스탠드
22: 미세-블랭킹 프레스 23: 프레스 테이블
24: 나이프-에지 링 피스톤 25: 스러스트 볼트
26: 압축성형 폼 27: 홀딩판
28: 상부 공구교환가능 판 29: 상부 베이스
30: 자유-절단 펀치 31: 내부-형태 펀치
32: 기준 형상 절단 펀치 33: 외부-형태 절단 펀치
34: 펀치-안내 인서트 34a: 가이드 홀더
35: 탄성 부재 36: 하부 교체가능 판
37: 프레스 램 38: 하부 베이스
39: 하부 패드 40: 카운터 홀더 피스톤
41: 제1 절단개구 42: 제2 절단개구
43: 제3 절단개구 44: 제4 절단개구
45: 제5 절단개구 46, 48, 48a, 50: 제거 채널
47, 49, 51: 컨베어 벨트 52: 단조 다이용 홀더
53: 단조 다이 101: 냉각 매체
102, 103: 흐름 필드 104: 멤브레인
L : 금속박 스트립(16)의 이동 방향
OT : 상부 사점 UT : 하부 사점
Z : 블랭크 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅲa : 작업 스테이지

Claims

유체 필드용 표면 구조물, 판의 홀들과 슬롯들같은 내부 형태, 및 그 외부 형태 위의 적어도 하나의 기준 형상을 가지는 금속-박 스트립을 포함하는 양극판 제조 방법에서, 상기 스트립이 프레스의 램의 하부 사점 위치에서 개방되고, 프레스의 램의 상부 사점 위치에서 닫혀지며, 적어도 하나의 성형 펀치와, 절단 및 천공 펀치 및 가이드를 포함하고 프레스 테이블 위에 장착된 상부 공구 부분과, 닫을 때 상부 및 하부 사점 위치들 사이에서 스트로크를 실행하고 절단 다이를 포함하는 적어도 하나의 하부 공구 부분 사이에 클램핑되는 공구에 공급되며, 최종적으로 절단 및 성형 작업이 수행되는 금속-박 스트립을 포함하는 양극판 제조방법에 있어서,
사용되는 프레스는 적어도 3개 스테이지의 전진 다이를 사용하는 미세-블랭킹 프레스이며, 제1 스테이지에서, 블랭크가 스트립으로부터 부분적으로 자유롭게 절단되며; 이어서, 제2 스테이지에서, 표면 구조물이 상기 블랭크에 적어도 2500 내지 3500 kN의 성형 힘을 사용하여 압축-성형으로 형성되고, 내부 형태, 슬롯들과 기준 형상은 상기 블랭크 내, 및 위에 절단에 의해 형성되며; 이어서, 제3 스테이지에서, 양극판용 외부 형상과 완성된 상기 블랭크의 제거가 스트로크 사이클로서 연속으로 실행되는 것을 특징으로 하는 금속박 스트립을 포함하는 양극판 제조방법.
제 1항에 있어서,
같은 작업 내에서 연속해서, 상기 표면 구조물은 하부 공구 부분의 상기 단조 다이와 상기 하부 공구 부분의 적절한 압축성형 폼에 의해 생성되며, 상기 양극판의 내부 형태(구멍들)과 슬롯들은 상기 상부 공구 부분의 절단 및 천공 펀치와 상기 하부 공구 부분의 절단 다이를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상이한 표면 구조물, 및 바람직하게는 홈들의 필드, 구부러진 형상 또는 나선형 채널 또는 노브 필드는 압축성형을 통해 블랭크에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3항에 있어서,
상이한 단면 형상들, 예컨대, u-, 타원, 반원형, 포물선형, 또는 v-형상의 단면들을 가지는 홈들 또는 채널들이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 방법은, a) 스트립에 연결된 양극판용 블랭크의 단부면 에지들, 선택적으로, 측방향 에지들을 자유 절단하며;
b) 성형, 천공 및 절단 펀치의 복귀 스트로크에서 공구를 개방하고, 압축-성형, 천공, 및 절단용 자유-절단 블랭크와 같이 스트립을 진행시키며, 스트립의 클램핑이 한 번 더 실행된 후에, 표면 구조물의 압축-성형이 우선 실행되고, 블랭크 에서 천공이 이어지며 스트립에의 상기 블랭크의 연결을 유지하면서 제2 스테이지 내에서 수직 시퀀스로 상기 블랭크의 외형상의 기준 형상을 절단하며;
c) 성형, 절단 및 천공 펀치의 상부 사점 위치로의 후퇴 시에 상기 공구를 재-개방하고 상기 양극판의 외부 형상을 절단하기 위하여, 상기 자유-절단, 압축-성형된 천공 및 절단된 블랭크를 제3 작업 스테이지로 진행시키는 단계를 포함하며,
여기에서 상기 블랭크는 이미 클램핑된 스트립으로부터 분리되고, 낙하 이동 후에, 컨베어 벨트에 의해 절단 평면 아래의 수직의 닫힌 공구로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5항에 있어서,
제2 작업 스테이지 내의 성형, 천공 및 절단 펀치의 복귀 스트로크 동안, 블랭크의 단부면 에지는 하부 부분에 제공되고, 미세-블랭킹 프레스의 램에 의해 상부 부분으로 수직으로 돌출하는 레그로 벤딩 펀치에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,
무부하 스트로크 형태의 추가적인 스테이지가 선택적으로 제2 및 제3 스테이지 사이에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,
금속-박 스트립으로, 스테인레스강, 바람직하게는 1.4404×2 CrNiMo 18-14-3 품질, 강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금 및 0.1 내지 0.5㎜, 바람직하게는 0.1㎜ 두께를 가지는 해스텔로이(Haselloy) 합금으로 제조된 박이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,
복수의 기준들이 기준 형상으로서 상기 블랭크의 외부 형태로 절단되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 따른 방법을 실행하기 위하여, 금속박 스트립을 포함하며 유체 필드용 표면 구조물(5), 내부 형태(7,8,9, 10,11,12) 및 구멍들과 판(1)의 슬롯들 및 그 외부 형태 상의 기준 형상(14, 15, 16)을 가지는 양극판의 제조 장치로서, 프레스 램(37)에 의해 구동되는 전진 다이(19)와, 적어도 하나의 천공 및 절단 펀치(31, 32)들과 가이드 홀더(34)를 포함하며 프레스 테이블(23) 위에 장착된 상부 공구 부분(18), 및 적어도 하나의 절단 다이(20)를 포함하며, 상기 램(37)의 상부 및 하부 사점 위치들 사이에서 스트로크를 실행하는 하부 공구 부분(17)을 포함하는 양극판 제조장치에 있어서,
상기 전진 다이는, 양극판(1)용의 블랭크(Z)의 단부면 및, 선택적으로 측방향 에지(S;SR)를 부분적으로 자유-절단하기 위한 적어도 하나의 제1 스테이지(I), 상기 블랭크(Z)에 표면 구조물(5)을 형성하고, 내부 형태(7,8,9,10,11,12)를 천공하고 자유-절단 블랭크(Z) 위에 기준 형상(14, 15, 16)을 절단하기 위한 제2 스테이지(Ⅱ), 및 외부 형상을 절단하고 공구(19)로부터 완성된 양극판(1)을 제거하기 위한 제3 스테이지(Ⅲ)를 포함하며, 상기 상부 공구 부분(18)과 상기 하부 공구 부분(17)에 반대로 유압으로 작용하는 나이프-에지 링 피스톤(24)과 카운터홀더 피스톤(40)을 가지는 미세-블랭킹 프레스(22)가 프레스로서 제공되며, 상기 나이프-에지 링 피스톤과 상기 카운터홀더 피스톤은, 제2 스테이지(Ⅱ)에서 그 왕복 이동 동안 적어도 하나의 성형용 압축성형 폼(26)이 천공 및 절단 펀치(31, 32)를 앞서도록 조정되는 것을 특징으로 하는 양극판 제조장치.
제 10항에 있어서,
상기 제1 스테이지(Ⅰ)에서, 상기 하부 공구 부분(17)은 상기 블랭크(Z)를 부분적으로 자유-절단하기 위한 절단 다이(20)에 배치된 적어도 제1 및 제2 절단 개구(41, 43)들을 포함하고, 상기 상부 공구 부분(18)은 자유-절단 펀치(30)를 포함하며, 폐기 채널(46, 48)이 공구(19)로부터 폐기물을 제거하기 위하여 상기 하부 공구 부분(17) 아래 배치된 컨베어 벨트(각각 47 및 49)로 이어지는 상기 절단 개구(41, 43)들에 이어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10항에 있어서,
상기 제2 스테이지(II)에서, 상기 하부 공구 부분(17)은 양극판(1)의 표면 구조물(5)의 형상, 구조 및 위치에 적합한 표면 구조물을 가지는 홀더(52)에 삽입된 적어도 하나의 단조 다이(53)와, 상기 절단 다이(20) 위에 배치된 내부-형태 펀치(31) 및 절단 펀치(32)용의 적어도 하나의 제3 및 제4 절단 개구(42, 44)와, 적절히 형성된 표면 구조물을 가지고 상기 단조 다이(53)에 상응하여 적응되고 펀치-안내 인서트(34) 내에 삽입되며, 상기 상부 공구 부분(18)의 적어도 내부-형태 및 절단 펀치(31, 32)를 포함하는 적어도 하나의 압축성형 폼(26)을 포함하며,
폐기 채널(48a)이 공구(19)로부터 폐기물을 제거하기 위하여 상기 하부 공구 부분(17) 아래 배치된 컨베어 벨트(각각 47 및 49)로 이어지는 각각의 절단 개구(42, 44)들에 이어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10항에 있어서,
상기 상부 공구 부분(18)에서 상기 제3 스테이지(Ⅲ)는, 상기 블랭크(Z)를 완전히 자유로 절단하기 위한 적어도 하나의 외부-형상 절단 펀치(33)와 상기 절단 다이(20)에 배치된 적어도 하나의 제5 절단 개구(45)를 포함하며, 제거 채널(50)은 닫혀진 공구(19)로부터 완성된 블랭크(Z)를 제거하기 위해 상부 공구 부분(18) 아래 배치된 컨베어 벨트(519)로 연결되는 절단 개구(45)에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10항에 있어서,
무부하 스트로크 형태의 추가 스테이지(Ⅲa)가 선택적으로 상기 제2 및 제3 스테이지(Ⅱ, Ⅲ) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 8항에 있어서,
상기 제2 스테이지(Ⅱ)용의 상기 상부 공구 부분(18)은 상기 블랭크(Z)의 단부면 에지들을 굽히기 위한 적어도 하나의 벤딩 펀치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10항에 있어서,
상기 단조 다이(53)와 상기 압축 다이(26)는 홈들 또는 구부러진 형상 또는 나선형 채널 또는 노브를 가지는 표면 구조물을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 16항에 있어서,
상기 홈들 또는 채널들은 예컨대, u-, 타원-, 반원형-, 포물선- 또는 v-형상의 단면들의 상이한 단면 형상들을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10항에 있어서,
상기 금속-박 스트립은 스테인레스강, 바람직하게는 1.4404×2 CrNiMo 18-14-3 품질, 강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄, 티타늄 합금 및 0.1 내지 0.5㎜, 바람직하게는 0.1㎜ 두께를 가지는 해스텔로이 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10항에 있어서,
상기 블랭크(Z)는 복수의 기준 형상들을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.