WO2023117694A1 - Fuel cell device with flat component, and method for producing a fuel cell device with flat component, and system therefor - Google Patents

Fuel cell device with flat component, and method for producing a fuel cell device with flat component, and system therefor Download PDF

Info

Publication number
WO2023117694A1
WO2023117694A1 PCT/EP2022/086160 EP2022086160W WO2023117694A1 WO 2023117694 A1 WO2023117694 A1 WO 2023117694A1 EP 2022086160 W EP2022086160 W EP 2022086160W WO 2023117694 A1 WO2023117694 A1 WO 2023117694A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
flat
laser radiation
opening
passage
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/086160
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arno BAYER
Original Assignee
Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh
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 Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh filed Critical Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh
Publication of WO2023117694A1 publication Critical patent/WO2023117694A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit having at least one, in particular, metallic flat component, and a method for producing a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit, wherein the at least one fuel cell unit has at least one, in particular, metallic flat component, and a system for producing a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit , wherein the at least one fuel cell unit has at least one flat component, in particular a metallic one.
  • Another aspect of the invention relates to a flat component, a method for producing a flat component, and a system for producing a flat component.
  • the object on which the invention is based is to improve a fuel cell device and/or a flat component and/or a method for producing the same and/or the same and/or a system for producing the same and/or the same.
  • the metallic flat component in particular at least one flat product of the flat component, has at least one through-opening in a passage area, i.e. exactly one through-opening or a plurality of through-openings, and an edge of at least one through-opening is at least essentially free of burrs.
  • one advantage of the through-opening with an at least substantially burr-free edge is that it can be dimensioned smaller than through-openings in the prior art.
  • one advantage of this solution is that in the case of the through opening with an at least substantially burr-free edge, essentially no material residues protrude beyond the edge and thus the risk of damage to components arranged adjacent to the flat component by material residues, in particular sharp-edged, protruding beyond the edge is at least reduced. for example, is at least substantially eliminated.
  • the flat component is essentially formed from at least one flat product, in particular a metallic flat product, that is to say exactly one flat product or a plurality of, for example two or three, flat products.
  • a respective flat product has two opposing flat sides.
  • a flat component made from only one flat product its flat sides form the outer sides of the flat component.
  • a respective outward-facing flat side of two external flat products forms two areal outer sides of the flat component and the inward-facing flat sides of these two flat products and, if a third and, for example, further flat products are provided, their flat sides are of a respective one Flat side facing an adjacent arranged flat product.
  • the several flat products insofar as they are at least essentially the same, are described together below.
  • a reference to "a through-opening" or to "at least one through-opening” in connection with a feature is to be understood in such a way that exactly one through-opening or one of the several through-openings has the feature or at least some, for example all, of the several through-openings has this feature.
  • precisely one through-opening or each of the several through-openings in the at least one flat product has a free passage space which extends between the two flat sides of the at least one flat product and is designed to open on both flat sides.
  • the exactly one through opening or each of the several through openings extends in a respective through direction through the flat component, in particular through the corresponding flat product.
  • the respective passage direction is preferably oriented at least essentially perpendicularly to a local profile of the flat side in the area of the passage opening.
  • the flat product forms a respective edge which encloses the respective through-opening and has an edge surface which delimits the respective through-free space transversely to the through-through direction.
  • the edge surface delimiting a through-opening space of this through-opening has a very low level of roughness, with the low roughness, in particular an average peak-to-valley height, being at most 20 ⁇ m, in particular at most 10 ⁇ m .
  • the through-opening is essentially free of material residues protruding into its free passage space.
  • the through-opening is produced more precisely in this way and can be made smaller, for example.
  • material residues remain in production processes of the prior art if the material present in the area of the through-opening to be produced is melted for removal, but residues of the melt, in particular drops of the same, remain hanging and remain on the edge of the through-opening to be produced and thus in the through-opening space protruding material residues form.
  • an at least substantially burr-free passage opening has at least substantially no bulge protruding at least approximately in the direction of a normal to its edge surface into its passage free space.
  • the edge surface runs along a direction in a closed manner around the passage space of its through-opening, the direction of run in particular varying locally along the course of the edge surface, so that the closed course of the edge surface is formed.
  • the course direction runs along at least approximately the entire course of the edge surface, at least essentially perpendicularly to the passage direction of the passage opening.
  • an at least substantially burr-free passage opening is at least substantially free of bulges, which extend at least approximately perpendicularly to the direction of the edge surface and the passage direction of the passage opening over the edge surface into the passage space.
  • the object on which the invention is based is also achieved in that the in particular metallic flat component, in particular at least one flat product of the flat component, has at least one has a through-opening, i.e. has exactly one through-opening or a plurality of through-openings, and in the case of at least one through-opening, an edge surface delimiting a through-opening space of this through-opening extends in the direction of a through-opening through-direction with a deviation of at most 10° from this through-opening, preferably with a deviation of at most 5 ° extends from this direction of passage.
  • the edge surface extending between the two flat sides of the at least one flat product, which at least essentially forms or also forms the flat component, in the direction of the passage direction deviates at most slightly in its extension from the orientation of the passage direction, namely preferably at most 10°, in particular at most 5°.
  • the angle between the direction in which the edge surface extends from one flat side to the other flat side and the passage direction is also called the taper angle, and advantageous embodiments therefore provide for the taper angle to be at most 10°, preferably at most 5°.
  • the precisely one through-opening or the plurality of through-openings have two respective expansion dimensions, which are measured transversely, preferably at least approximately perpendicularly, to the respective through-opening.
  • one of the two expansion dimensions corresponds to a maximum expansion of the respective passage opening transversely, in particular at least approximately perpendicularly, to the respective passage direction and the other of the two expansion dimensions corresponds to a minimum expansion of the respective passage opening transversely, in particular at least approximately perpendicularly, to the respective passage direction.
  • at least one through opening in the passage area has at least one of its dimensions measured transversely to the direction of passage, in particular a smaller dimension of two dimensions measured transversely to the direction of passage, is smaller than 200 square meters, preferably smaller than 100 square meters, in particular is less than 50 square meters, for example is less than 30 square meters.
  • At least one dimension of the through-openings is at least 10 square meters and/or at most 500 square meters. In particular, this is the smaller of the two dimensions of expansion.
  • At least one dimension of the through-openings in particular the larger of the two dimensions, for example a length of the through-openings, is at least 10 square meters and/or at most 5,000 square meters.
  • the precisely one through-opening or the plurality of through-openings can have the most varied of geometric configurations.
  • At least one passage opening in the passage area is designed as an elongated hole.
  • the edge surface in a main section has two opposite sections running at least approximately parallel to one another, and the edge surface is curved in end sections adjoining opposite ends of the main section, so that the curved sections of the edge surface meet the sections running at least approximately parallel to one another connect.
  • the two dimensions of the slot are its longitudinal extension from one of the two end sections to the other end section and the other dimension is a width with which the two at least approximately parallel sections of the edge surface are spaced apart from one another.
  • At least one passage opening in the passage area is designed as a round hole.
  • the edge surface of the round hole runs at least essentially along a geometric circle, which is arranged in a plane running at least essentially perpendicularly to the passage direction.
  • an expansion dimension of the round hole is a diameter of the same, which in particular corresponds at least essentially to the diameter of the geometric circle along which the edge surface runs at least essentially.
  • At least one through-opening has two sides that run at least approximately parallel to one another and are spaced apart from one another, in particular by one dimension.
  • At least one through-opening has an at least essentially rectangular cross-sectional shape, for example an at least essentially square cross-sectional shape.
  • the at least one passage opening has the cross-sectional shape in a cross-sectional plane running essentially perpendicular to the passage direction.
  • the corner radii of the at least one through-opening are rounded with an at least essentially rectangular cross-sectional shape.
  • its length and width are its expansion dimensions.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a flat component and/or a fuel cell device which comprises at least one fuel cell unit having at least one metallic flat component, wherein the flat component, in particular at least one flat product of the flat component, has at least one passage area which is perforated.
  • the perforated passage area enables a fluid to be guided in a favorable manner.
  • the through openings forming the perforation in the through area have one or more of the features explained above.
  • at least one extension dimension, preferably both extension dimensions, of the passage openings in the perforated passage area is at most 30 ⁇ m.
  • a total cross-sectional area uncovered by the plurality of passage openings in the perforated passage area is at least 1 mm 2 , preferably at least 2 mm 2 , for example at least 5 mm 2 in size.
  • a total cross-sectional area uncovered by the plurality of passage openings in the perforated passage region, which is measured in a cross-sectional plane running at least substantially perpendicularly to the passage direction is at most 100 mm 2 , in particular at most 50 mm 2 , for example at most 30 mm 2 .
  • this cross-sectional area is at most 20 mm 2 , in particular at most 10 mm 2 .
  • the flat component has an areal extent in two directions of surface extent that are at least substantially perpendicular to one another, and a height measured in a direction of vertical extent that runs at least approximately perpendicular to the two directions of surface extent is significantly smaller, in particular at least ten times smaller, for example at least 100 times smaller , as an extension of the flat member in the surface extension directions.
  • the two flat sides of the flat product are spaced apart from one another by a distance that corresponds to the thickness of the flat product.
  • the flat product extends in two directions of extension that are at least substantially perpendicular to one another, and the thickness of the flat product is measured in a direction that is at least substantially perpendicular to the two directions of extension, the thickness of the flat product being considerably smaller, in particular at least 100 times smaller, is, for example, at least 1,000 times smaller than an extension of the flat product in the directions of extension.
  • the flat product has at least essentially a thickness of at least 30 ⁇ m, for example at least 50 ⁇ m.
  • the flat product has a thickness of at most 250 ⁇ m, in particular a thickness of at most 150 ⁇ m.
  • the flat component is a sheet metal component and the flat product is a sheet metal.
  • the flat product for example the sheet metal, is coated.
  • the flat component in particular at least one flat product, has at least one embossed section, that is to say has exactly one embossed section or a plurality of embossed sections.
  • the at least one passage area is arranged in an embossed section.
  • At least one flat product of the flat component extends at least for the most part only in the directions of surface extension of the flat component.
  • At least one flat product of the flat component extends in at least one section, which is in particular an embossed section, obliquely to a surface extent of the flat component, the surface extent of the flat component being defined in particular by the alignment of the two surface expansion directions .
  • the at least one flat product thus advantageously has a more complex structure than just an extension essentially in the plane spanned by the two surface extension directions.
  • At least one passage area is arranged in a section of a flat product that extends obliquely to the areal extent of the flat component.
  • a section of a further flat product that extends essentially parallel to the areal extent of the flat component is arranged adjacent to the obliquely extending section of the flat product with the at least one passage area.
  • At least one passage area is arranged in a section of a flat product that extends at least essentially parallel to the areal extension of the flat component.
  • an area with at least one section of a further flat product extending obliquely to the planar extent of the flat component is arranged adjacent to the passage area of the one flat product.
  • the flat component comprises a fluid-guiding section or a plurality of fluid-guiding sections.
  • the line device for the temperature control medium is part of a temperature control device in order to keep the at least one fuel cell unit in a temperature range that is permissible for proper operation, preferably in a temperature range that is desired for efficient operation.
  • At least one fluid guiding section is preferably formed at least partially in at least one flat product.
  • an embossed section of the flat product at least partially forms the at least one fluid guiding section.
  • At least one fluid guiding section is formed at least partially by a channel structure that is formed, for example embossed, in the flat product.
  • the at least one passage area is connected to at least one fluid-guiding section. It is therefore preferably provided that during operation of the fuel cell device a fluid mixture, in particular a gas mixture, flows through the one passage opening or the plurality of passage openings, with this fluid mixture being guided either from the fluid-guiding section to the passage area for flow through or after flowing through the passage area continues to flow in the fluid guide section.
  • a fluid mixture in particular a gas mixture
  • the passage area of the one passage opening or the plurality of passage openings forms a so-called gas port for the flat component.
  • the flat component has a plurality of passage areas, in particular at least one passage area as an inlet and another passage area as an outlet for a respective fluid.
  • the flat component has at least four passage areas, in particular an inlet and an outlet for at least two types of fluid mixtures, which are formed by corresponding passage areas.
  • one flat product of the flat component has the passage areas forming the inlet and outlet for one type of fluid mixture and another flat product has the passage areas forming the inlet and outlet for another type of fluid mixture.
  • At least one passage opening is provided in at least one passage area for fastening, with a fastening element reaching through the at least one passage opening.
  • a fastening element reaching through the at least one passage opening.
  • another part is fastened to the flat component with the fastening element.
  • the flat component and another component for example the membrane component, are fastened to one another with the fastening element.
  • the advantages here are that the precise formation of the through-opening results in stable and precisely fitting attachment and/or the risk of damage to the attached parts is at least reduced by the at least substantially burr-free edge.
  • the flat component can fulfill a wide variety of functions in the fuel cell device, in particular in a cell unit of the same, and/or another device and can be designed for this purpose.
  • the flat component is designed as a bipolar plate for the fuel cell device, in particular for at least one cell unit.
  • two flat components designed in particular as bipolar plates preferably together with a membrane component arranged between the two flat components, form a cell unit of the at least one fuel cell unit.
  • one of the two flat components has at least one fluid guide section for guiding a fluid mixture comprising a fuel medium and the other of the two flat components has at least one fluid guide section for guiding a mixture comprising an oxidation medium, with these fluid mixtures being guided through the respective fluid guide section to a reaction chamber of the cell unit , in which the media can chemically react with each other.
  • a membrane of the membrane component is preferably arranged in the reaction chamber, via which the fluid mixtures, in particular the fuel medium and the oxidizing medium, can interact.
  • the at least one fuel cell unit comprises at least one stack, which is formed from at least a large number of flat components and, for example, membrane components, with a flat component and a membrane component in particular being arranged alternately in a stacking direction.
  • a flat component is preferably assigned to a respective cell unit of the fuel cell unit on each side.
  • each flat product of the flat component forms an electrode of the respective assigned cell unit and/or forms at least partially fluid conducting sections, in particular as channel sections, for conducting a fluid mixture, in particular a fuel medium or an oxidation medium, for supply to the assigned cell unit.
  • the flat component and the fuel cell device are manufactured according to a method with at least one of the features explained below and thus advantageously have a corresponding design, with such methods for example a burr-free edge on the through-opening and/or small precise through-openings and/or a perforated passage area, can be produced and can be produced quickly and efficiently in particularly advantageous embodiments.
  • the flat component and the fuel cell device comprising this flat component are produced with a system that has at least one of the features explained below, with such a system being used to produce advantageous embodiments, for example through-openings with a burr-free edge and/or precisely formed, small Passage openings and/or a perforated passage area can be formed, as explained above, and can be formed quickly and precisely in advantageous embodiments of the system.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a method for producing a flat component, in particular a metallic one, and/or a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit, the at least one fuel cell unit having at least one flat component, in particular a metallic one
  • the method comprising at least the step comprises providing at least one flat component, in particular at least one flat product of the flat component, with at least one through-opening in a passage area, in particular with at least one through-opening having an at least substantially burr-free edge.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a method for producing an in particular metallic flat component and a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit, the at least one fuel cell unit having at least one in particular metallic flat component, the method comprising at least the step to provide the at least one flat component, in particular at least one flat product of the flat component, with at least one through opening by the action of a laser radiation field in at least one passage region of the flat component.
  • a through opening with an at least substantially burr-free edge is formed by the action of the laser radiation field.
  • the step of providing a through-opening through the action of the laser radiation field includes the laser radiation field acting at a point in the passage area to be provided with the through-opening in such a way that the particularly metallic material of the flat component, in particular the material of the flat product, evaporated at this point by the action of the laser radiation field, preferably that the metallic material in particular sublimates at this point by the action of the laser radiation field.
  • a through-opening can be formed precisely and advantageously provided with an at least substantially burr-free edge.
  • the material is vaporized, in particular sublimated, at the point to be provided with the through-opening, unwanted material is at least reduced, preferably at least essentially completely prevented, so that the through-opening and the edge are formed precisely, in particular without bulges can be.
  • the vaporization of the material, in particular the sublimation of the same, at the point to be provided with the passage opening facilitates transport of the then gaseous material.
  • the laser radiation field has an energy density that is correspondingly high enough to vaporize, preferably sublimate, the metal material of the flat component, in particular.
  • the energy introduced by the laser radiation field per unit area at the point to be processed is sufficiently large as the energy density.
  • the laser radiation field has a correspondingly high power as the energy density.
  • the power of the laser radiation field is at least 1 MW, in particular at least 5 MW, preferably at least 70 MW.
  • a power of the laser radiation field is at most
  • the laser radiation field is a continuous laser radiation field, in particular a laser radiation field that is continuous over time.
  • the laser radiation field is in particular the laser radiation field of a continuous wave laser.
  • the laser radiation field is a pulsed laser radiation field.
  • a high energy density can be achieved with the pulsed laser radiation field.
  • radiation pulses of the pulsed laser radiation field are ultra-short pulses, which are in particular sufficient for the formation of a through-opening in the flat product, which for example has a thickness as explained above.
  • the ultra-short pulses are favorable for evaporation cutting.
  • radiation pulses of the pulsed laser radiation field have a pulse duration of at most 10 ps, preferably at most 1 ps.
  • radiation pulses of the pulsed laser radiation field have a pulse duration of at least 300 fs, in particular at least 800 fs.
  • a pulse frequency of the pulsed laser radiation field is dependent, for example, on the thickness of the flat product and/or a feed rate of the flat component to be processed during the manufacturing process.
  • the pulse frequency is selected as a function of a relative speed between the flat component to be processed and a system of optical elements for manipulating the laser radiation field, in particular for steering and/or focusing the same.
  • the pulse frequency is at least 50 kHz.
  • the pulse frequency is at most 1 MHz, for example at most 250 kHz.
  • a pulse energy in the pulsed laser radiation field is at least 50 pJ, in particular at least 70 pJ.
  • a pulse energy in the pulsed laser radiation field is at most 2,000 pJ, preferably at most 1,000 pJ, in particular at most 500 pJ.
  • optics particularly as part of the system of optical elements, for focusing the laser radiation field have a focal length of, for example, at least 50 mm, preferably at least 70 mm and/or at most 400 mm, preferably at most 150 mm.
  • the laser radiation field is widened before focusing.
  • the laser radiation field has a focal diameter of at least 5 ⁇ m, in particular at least 25 ⁇ m and/or a focal diameter of at most 75 ⁇ m, in particular at most 50 ⁇ m, when it strikes the point to be processed. It is particularly favorable if the laser radiation field is circularly polarized.
  • a system of optical elements is used to guide the laser radiation field.
  • the laser radiation field is guided to the various points to be processed, which are provided with a through opening, by means of the system of optical elements.
  • the system of optical elements includes one or more mirrors for directing the laser radiation field and/or one or more light guides, for example one or more round fibers, for guiding the laser radiation field and/or one or more lenses for guiding and/or focusing the laser radiation field.
  • one or more mirrors for directing the laser radiation field and/or one or more light guides, for example one or more round fibers, for guiding the laser radiation field and/or one or more lenses for guiding and/or focusing the laser radiation field.
  • the system of optical elements comprises a scanner optics, by means of which the laser radiation field or at least parts thereof can be scanned over a large area to be processed on the flat component, which in particular comprises at least the passage area to be processed. ie in particular the laser radiation field can be guided in a grid-like manner over the area to be processed.
  • the optical system enables the laser radiation field to be guided quickly and flexibly.
  • the laser radiation field is divided into several partial radiation fields, for example by means of a beam splitter, and several points to be processed on the flat component, in particular in the passage area, are processed simultaneously by the multiple partial radiation fields, in particular are simultaneously provided with a respective passage opening.
  • a respective scanner optics is provided for at least some, in particular for all, of the partial radiation fields in order to be able to direct the partial radiation fields separately from one another to a respective point to be processed.
  • a gas flow is used in order to at least facilitate removal of material, in particular removal of the vaporized, for example sublimated, material from the at least one point to be processed, which is provided with the at least one through-opening support.
  • the gas flow preferably at least supports the removal of material from a plurality of locations, in particular those that are processed simultaneously.
  • the vaporized material is preferably transported away by means of the gas flow.
  • the material is blown away from the point to be processed by means of at least part of the gas flow.
  • the material is sucked off from the point to be processed by means of at least part of the gas flow.
  • At least part of the gas flow is used to prevent the vaporized material from the point to be processed from reaching the optical elements for guiding the laser radiation field and thus advantageously preventing contamination of the same.
  • Removal of the material is advantageously facilitated by the fact that the material has evaporated and is therefore present in gaseous form, so that the material can be removed more easily by the gas flow and the gas flow can be directed more flexibly onto the point or points to be processed.
  • some embodiments provide for the gas flow to run obliquely to the surface of the flat side at the point to be processed.
  • an area of the flat component is covered by the gas flow, with this covered area comprising a number of points to be processed and with different partial radiation fields of the laser radiation field acting on different points in the covered area.
  • the gas flow flows against the detected area and/or the gas flow flows away from this detected area.
  • such a large-area detection of an area by the gas flow is made possible since the material to be removed is vaporized and thus a gas flow acting over a large area is sufficient to remove this material.
  • the large-area covering of an area by the gas flow supports the simultaneous processing of a number of points, so that the passage area can be provided with a number of passage openings more quickly.
  • the laser radiation field and, for example, its partial radiation fields are guided, preferably by the optical elements of the system, independently of a guidance and/or orientation of the gas flow.
  • Some advantageous embodiments provide that at least part of the gas flow, in particular at least a large part of the gas flow, runs obliquely to a propagation direction of the laser radiation field and in particular obliquely to the propagation directions of the partial radiation fields.
  • the method also includes at least the step of embossing at least one flat product, preferably roll embossing of the flat product.
  • At least one embossed section is preferably embossed into the flat product.
  • at least one of the embossed sections is provided with at least one passage opening in at least one passage area, advantageously as explained above.
  • At least one section that is at least essentially not processed by the embossing is provided with at least one through opening in at least one through area, advantageously as explained above.
  • the method also includes at least one joining of at least one flat product of the flat component with at least one other component.
  • the joining of the at least one flat product to at least one further component preferably includes welding, in particular by means of laser welding, of the at least one flat product to the at least one further component.
  • the at least one further component with which the at least one flat product is joined, in particular welded, is a further flat product.
  • the flat component is connected to at least one other component in a further step, for example these components are fastened to one another.
  • the further component in particular in the case of a flat component designed as a bipolar plate, is a membrane component, in particular as explained above.
  • the at least one flat component is connected to the at least one other component at least in sections in a fluid-tight manner, with a seal in particular being injection-molded on and/or comprising a sealing cord and/or being applied at least partially by screen printing.
  • the method comprises at least one step for providing the fuel cell device and/or the flat component with one or more features that were explained above in connection with the fuel cell device and/or the flat component.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a system for producing a flat component, in particular a metal one, and/or a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit, the at least one fuel cell unit having at least one flat component, in particular a metal one, the system being at least one laser radiation device for providing the flat component with at least one through-opening.
  • the system can be used to provide the flat component with at least one through-opening using a laser radiation field provided by the laser radiation device, and in particular the advantages explained above with regard to providing at least one through-opening through a laser radiation field are also transferred accordingly to the system.
  • a machine station of the system includes the laser radiation device.
  • the system is advantageously designed in such a way that it can be used to produce a flat component and a fuel cell device with one or more features as explained above, and the system includes the necessary devices for this.
  • the system is designed to be able to produce a flat component and a fuel cell device using a method with one or more of the features explained above in connection with the method, and the system includes the necessary devices for this.
  • the laser radiation device comprises at least one radiation field source for providing a laser radiation field.
  • the laser radiation device advantageously comprises a system of optical elements for guiding a laser radiation field provided in particular by the radiation field source.
  • the system of optical elements of the laser radiation device comprises at least one adjustable optical element, ie for example exactly one adjustable optical element or advantageously several adjustable optical elements, for guiding the laser radiation field.
  • an adjustable optical element or several adjustable optical elements are each a mirror whose position and/or orientation can be adjusted.
  • the system of optical elements is designed in such a way that the several partial radiation fields can be guided separately from one another and, in particular, directed to different locations to be processed.
  • the in particular adjustable optical elements of the system form scanner optics for the laser radiation field and/or for one or more partial radiation fields of the laser radiation field.
  • the system of optical elements comprises a plurality of scanner optics for the plurality of partial radiation fields, in particular a respective scanner optic for each partial radiation field.
  • the laser radiation device is advantageously designed in such a way that a laser radiation field provided by it is configured in such a way, in particular that partial radiation fields of the laser radiation field are configured in such a way that when the radiation field acts on a point on the flat component to be processed, the material at this point vaporizes, in particular sublimates.
  • the system includes a gas flow device, in particular the machine station with the laser radiation device including the gas flow device, with the gas flow device providing a gas flow which acts on the point to be machined on the flat component.
  • the gas flow provided by the gas nozzle covers an area on the flat component which includes a number of points to be processed.
  • material can be removed from the at least one point to be processed with the gas flow from the gas nozzle, for example blown away.
  • the gas flow device comprises at least one suction device for sucking off a gas flow from at least one point to be processed on the flat component. It is particularly advantageous if the gas flow sucked off by the suction device acts on an area on the flat component which comprises a plurality of points to be machined.
  • material can be removed from the at least one point to be processed, in particular sucked off, in particular by means of the suction device and the suction gas flow.
  • the gas flow device in particular the at least one gas nozzle and/or the at least one suction device, designed to provide a gas flow in one or more of the advantageous features explained above.
  • the gas flow provided by the gas flow device acts on the flat side at an angle to a surface of the flat side at the location to be processed.
  • the laser radiation device and the gas flow device are designed in such a way that the laser radiation field and in particular its partial radiation fields can be guided independently of the gas flow and in particular directed to the at least one point to be processed.
  • a propagation of the laser radiation field and/or the partial flow fields can be set independently of the gas flow and in particular the orientation and/or the course of the gas flow.
  • the gas flow provided by the gas flow device flows obliquely to a propagation direction of the laser radiation field provided by the laser radiation device and in particular of its partial radiation fields. It is particularly advantageous if the system comprises an embossing device for embossing the flat component, at least one flat product of the flat component being embossed in particular with the embossing device.
  • the flat component in particular at least one flat product, can be embossed by means of the system, preferably with one or more of the advantageous features explained above in connection with embossing.
  • the machine station with the laser radiation device also includes the embossing device.
  • the advantageous design of the laser radiation device for example guiding the laser radiation field by means of the system of optical elements and/or vaporization cutting by means of the laser radiation field, makes it possible to carry out the production steps of embossing and providing at least one through opening at the same machine station using the corresponding devices essentially without delay.
  • the system comprises at least one additional laser system, i.e. in particular the laser radiation device and also the at least one additional laser system, with the additional laser system being designed for welding components, in particular for welding at least one flat product to at least one other Component, preferably with at least one other flat product is formed.
  • the machine station with the laser radiation device also includes the at least one additional laser system.
  • At least one passage opening is provided in at least one passage area of the flat component and components, in particular flat products, of the flat component are welded by means of the additional laser system
  • the advantageous design of the laser radiation device in particular the guidance of the laser radiation field and, for example, its partial radiation fields by means of the system of optical elements and/or by evaporation cutting, makes it possible for the manufacturing steps of providing exactly one through opening or preferably with a plurality of passage openings by means of the laser radiation device and the welding of the components can take place at least essentially without a time delay.
  • the system includes several machine stations.
  • At least one feed device is provided, by means of which at least one machine station is/are fed a workpiece to be machined or a plurality of workpieces to be machined.
  • the machine station with the laser device comprises a feeding device, in particular for feeding at least the flat product from a machine station arranged upstream or from a storage facility for the material of the at least one flat product.
  • a feeding device in particular for feeding at least the flat product from a machine station arranged upstream or from a storage facility for the material of the at least one flat product.
  • at least one transfer device is provided, by means of which the workpiece to be machined, in particular the flat component or components thereof, is conveyed from one machine station to another machine station.
  • the machine station with the laser device also includes a transfer device.
  • the wording at least approximately in connection with a feature is to be understood in particular as meaning that this feature is at least essentially specified and/or that deviations, for example from the specified value and/or a specified direction, of up to ⁇ 20% , preferably of up to ⁇ 10%, in particular of up to ⁇ 5%, are also included in the at least approximately specified information.
  • Deviations of up to 10°, in particular of up to 5°, for example of up to 1°, from an at least approximately and/or essentially indicated direction are preferably included.
  • the above description of solutions according to the invention thus includes in particular the various feature combinations defined by the following numbered embodiments:
  • Fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110) having at least one metallic flat component (142), wherein the flat component (142) has at least one through-opening (214), i.e. exactly one through-opening (214) or more, in a passage region (212). Has through-openings (214), and an edge (224) of at least one through-opening (214) is at least essentially free of burrs.
  • Fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein in the case of a through-opening (214) with an at least essentially burr-free edge (224), the through-opening (214) is essentially free of material residues protruding into its free passage space (222).
  • an at least substantially burr-free passage opening (214) has at least substantially no bulges (246') protruding at least approximately in the direction of a normal to its edge surface (234) into its passage free space (222). , wherein the bulges extend in particular at least approximately perpendicularly to a direction of extent of the edge surface (234) and a through-direction (218) of the through-opening (214). 5.
  • At least one through-opening (214) in the through-section (212) has at least one of its expansion dimensions measured transversely to the through-flow direction (218), in particular a smaller expansion dimension of two transverse to the through-flow direction (218 ) measured expansion dimensions, is less than 200 square meters, in particular is less than 100 square meters, in particular is less than 50 square meters, in particular is less than 30 square meters.
  • At least one through-opening (214) in the through-section (212) is designed as a slot or as a round hole and/or at least one through-opening (214) has an at least essentially rectangular cross-sectional shape.
  • the at least one perforated passage area (212) has a large number of passage openings (214) with a maximum size of 50 ⁇ m, in particular with a maximum size of 30 ⁇ m.
  • the flat component (142) is formed at least essentially from precisely one flat product (162), in particular metal, or from a plurality of flat products (162), in particular metal, with one flat product (162) in particular being Flat component (142) at least essentially has a thickness of at least 30 ⁇ m, in particular at least 50 ⁇ m, and/or at most 250 ⁇ m, in particular at most 150 ⁇ m.
  • Fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein the at least one passage area (212) adjoins at least one fluid conducting section.
  • Fuel cell device (100) wherein two flat components (142), in particular designed as a bipolar plate, form a cell unit (124) of the fuel cell unit (110), in particular together with a membrane component (144) arranged between the two flat components (142), wherein in particular the fuel cell unit (110) comprises at least one stack (122) of a multiplicity of such flat components (142) and in particular membrane components (144).
  • Fuel cell device (100) in particular according to one of the preceding embodiments, wherein this is produced by means of a method according to one of the following embodiments directed to a method and/or is produced by means of a system (360) according to one of the following embodiments directed to a system .
  • a method for producing a fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110), the at least one fuel cell unit (110) having at least one metallic flat component (142), the method comprising at least the step of forming the at least one flat component (142) to be provided in a passage area (212) with at least one passage opening (214) having an at least substantially burr-free edge (224).
  • a pulse energy in the pulsed laser radiation field (310) is at least 50 pJ, in particular at least 70 pJ, and/or at most 2,000 pJ, in particular at most 500 pJ.
  • Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein a system (314) of optical elements is used to guide the laser radiation field (310), in particular to different locations (322) to be processed.
  • Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein the laser radiation field (310) is divided into a plurality of partial radiation fields (328) and a plurality of partial radiation fields (328) are used to process a plurality of locations (322) on the flat component (142) at the same time.
  • a gas flow (344) is used to remove a material, in particular a removal of the vaporized material, from the at least one point to be processed, which is provided with a through-opening (214). will, at least support.
  • Method according to the above embodiment directed to a method, wherein the material is blown away from the point to be processed by means of at least part of the gas flow (344).
  • Method according to one of the two preceding embodiments directed to a method, wherein the material is sucked off from the point to be processed by means of at least part of the gas flow (344).
  • Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein a region of the flat component (142) is covered by the gas flow (344), in particular the gas flow (344) flows against it and/or the gas flow (344) from this region flows away, this detected area comprising a plurality of points to be processed, in particular different partial radiation fields (328) of the laser radiation field (310) act on different points in the detected area.
  • Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein the laser radiation field (310) and in particular its partial radiation fields (328) are guided independently of a guidance and/or an orientation of the gas flow (344).
  • Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein the method further comprises at least joining at least one flat product (162) of the flat component (142) with at least one further component, in particular with at least one further flat product (162), in particular a welding, in particular by means of laser welding, of the at least one flat product (162) with at least one further component.
  • Method according to one of the above embodiments directed to a method wherein the method comprises at least one step for providing the fuel cell device (100), in particular the flat component (142), with one or more features of the above embodiments directed to a fuel cell device (100). .
  • Plant (360) for producing a fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110), wherein the at least one fuel cell unit (110) has at least one metallic flat component (142), the plant (360), in particular a machine station (362 ) of the system (360), at least one laser radiation device (316) for providing the flat component (142) with at least one through-opening (214).
  • System (360) according to the preceding embodiment, wherein the laser radiation device (316) comprises at least one radiation field source (312) and a system (314) of optical elements for guiding a laser radiation field (310) provided by the radiation field source (312).
  • System (360) according to one of the above embodiments directed towards a system (360), wherein the system (314) of optical elements comprises at least one adjustable optical element, for example a mirror whose position and/or orientation can be adjusted, for guiding the laser radiation field (310).
  • System (360) according to one of the above embodiments aimed at a system (360), wherein the laser radiation device (316) has at least one beam splitter (326) for dividing a laser radiation field (310) into a plurality of partial radiation fields (328).
  • System (360) according to one of the above embodiments directed towards a system (360), wherein the system (360), in particular the machine station (362) with the laser radiation device (316), comprises a gas flow device (342), by means of which a gas flow (344) is provided, which acts on the point to be processed on the flat component (142).
  • System (360) directed towards a system, wherein the gas flow device (342) has at least one gas nozzle (348) for providing a gas flow (344) flowing onto at least one point to be processed on the flat component (142) and/or that the gas flow device (342) comprises at least one suction device (346) for sucking off a gas flow (344) from at least one point to be processed on the flat component (142).
  • the gas flow device (342) has at least one gas nozzle (348) for providing a gas flow (344) flowing onto at least one point to be processed on the flat component (142) and/or that the gas flow device (342) comprises at least one suction device (346) for sucking off a gas flow (344) from at least one point to be processed on the flat component (142).
  • System (360) according to one of the above embodiments directed towards a system, wherein the laser radiation device (316) and the gas flow device (342) are designed in such a way that the laser radiation field (310), in particular its partial radiation fields (328), independently of the gas flow (344) can be performed.
  • System (360) according to one of the above embodiments directed towards a system, wherein the system (360), in particular the machine station (362) with the laser radiation device (316) has an embossing device (372) for embossing at least one flat product (162) of the flat component (142).
  • System (360) according to one of the above embodiments aimed at a system (360), wherein the system (360), in particular the machine station (362) with the laser radiation device (310) comprises an additional laser system (342) for welding components, in particular for welding at least one flat product (162) to at least one other component, in particular to at least one other flat product (162).
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit
  • FIG. 2 shows two flat components designed as bipolar plates with a membrane component arranged between them, which form a cell unit;
  • FIG. 3 shows an enlarged representation of a detail of a flat component in the area of a passage area and a channel structure
  • FIG. 4 shows a perspective sectional view of a through-opening
  • 5 shows a schematic representation of a passage area with passage openings designed as round holes
  • FIG. 6 shows a representation similar to that in FIG. 4 of a through-opening, but a through-opening according to the prior art with bulges protruding into a free passage space;
  • Fig. 7 is a schematic representation of a perforated passage area
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a laser radiation device and a gas flow device for providing the flat component with at least one through opening
  • FIG. 9 shows a representation of a machine station comprising an embossing device and a laser radiation device
  • FIG. 10 shows a representation of a machine station comprising a laser radiation device for providing at least one through opening and a laser system for welding.
  • An exemplary embodiment of a fuel cell device denoted as a whole by 100 comprises at least one fuel cell unit 110 and a line system, denoted as a whole by 112, having at least one line device 114 for a fuel medium and a line device 116 for an oxidizing medium, with the line devices 114, 116 being connected to the at least one fuel cell unit 110 are connected, as shown by way of example and diagrammatically in FIG.
  • the at least one fuel cell unit 110 comprises at least one stack 122 of cell units 124, the fuel medium and the oxidation medium being at least partially chemically converted into a product medium in the cell units and in particular electrical energy being provided in the process.
  • the unit cells 124 in the stack 122 are stacked in a stacking direction and connected in series.
  • Line device 114 for the fuel medium can be used to supply the fuel medium to an anode side of fuel cell unit 110 and the individual cell units 124, in particular as a component of an anode fluid mixture, and a residual anode fluid mixture, which contains fuel medium components that are supplied to the at least one fuel cell unit 110 but have not been chemically converted in it and/or components of the Product medium and / or components of the supplied anode fluid mixture, from the at least one fuel cell unit 110 can be discharged again.
  • Line device 116 for the oxidizing medium can be used to supply the oxidizing medium to a cathode side of the at least one fuel cell unit 110 and the individual cell units 124, in particular as a component of a cathode fluid mixture, and a residual cathode fluid mixture, which is supplied in particular to the at least one fuel cell unit 110 but is not chemically converted there Oxidizing medium components and/or components of the product medium and/or components of the supplied cathode fluid mixture can be discharged again from the at least one fuel cell unit 110.
  • a temperature control device 132 is also provided in order to keep the at least one fuel cell unit 110 in a temperature range that is permissible for proper operation of the same.
  • Temperature control device 132 is preferably configured for cooling and/or heating the at least one fuel cell unit 110 as required, in particular as a function of an operating state of the fuel cell device.
  • temperature control device 132 comprises, as part of line system 112, a line device 134 for a temperature control medium for supplying a temperature control medium to fuel cell unit 110 and the individual cell units 124 and for removing the temperature control medium from individual cell units 124 or the at least one fuel cell unit 110, the temperature control medium being Supplying and in heat-exchanging contact with the fuel cell unit 110 and the individual cell units 124 before discharging.
  • Stack 122 includes flat components 142, which are designed in particular as bipolar plates, and in particular membrane components 144, which are arranged between two flat components 1421 and 142II and thus at least form a respective cell unit 124, as shown by way of example in Figure 2.
  • adjacent flat components 142 and membrane components 144 are firmly connected to one another, preferably at least partially in a fluid-tight manner.
  • a seal is advantageously formed at least between adjacent flat components 142 and other components, in particular the membrane component, which is, for example, injection molded and/or has a sealing cord and/or is applied by screen printing.
  • two flat components 1421 and 142II form at least one reaction chamber in which a membrane of membrane component 144, which is arranged between the two flat components 1421, 142II, extends, with the oxidizing medium and fuel medium supplied in the reaction chamber reacting chemically and during the chemical reaction electrical energy is provided.
  • the fuel medium is fed into a part of the reaction chamber delimited by the membrane of the membrane component 144 and by one of the two flat components 1421, 142II
  • the oxidizing medium is fed into a part of the reaction chamber delimited by the membrane of the membrane component 144 and the other of the two flat components 1421, 142II fed.
  • the fuel medium and the oxidizing medium interact across the membrane, specifically, charged particles pass through the membrane from one part of the reaction chamber to the other part of the reaction chamber and oppositely charged particles pass from one part of the reaction chamber to the other part of the reaction chamber via an electrical circuit.
  • the flat components 142 are thus also designed as an anode or cathode for an individual cell unit 124 and the individual cell units are connected in series.
  • the flat components 142 ie for example the flat components 1421 and 142II of a cell unit 124, are of identical design, they are described together below and reference is made only to “the flat component 142”.
  • flat component 142 has a system of channel structures 152, parts of which are shown by way of example in Figure 3 , wherein the channel structures 152 are in particular a part of the respective line device 114, 116, 134 for the fuel medium or for the oxidizing medium or for the temperature control medium.
  • the flat component 142 extends over a surface area in two surface expansion directions 154 and 156 that run at least substantially perpendicularly to one another and that span a geometric surface expansion plane.
  • An extension of the flat component 142 in a height extension direction 158 running essentially perpendicular to the surface extension directions 154 and 156 is considerably smaller, in particular at least 10 times smaller, for example at least 100 times smaller, than the extension of the flat component 142 in the surface extension directions 154, 156.
  • At least one preferably metallic flat product 162 essentially forms the flat component 142 .
  • two flat products 1621 and 162II essentially form the flat component 142, as shown by way of example in FIG.
  • the flat products 162 of the flat component 142 form layers of the same, which are arranged one on top of the other in a direction running essentially perpendicularly to the surface extension plane.
  • the flat products 162 of the flat component 142 are at least essentially the same in terms of their basic function and/or design, they are described together below with reference to “the flat product 162”.
  • the flat product 162 is a sheet metal.
  • the flat product 162 has two opposite flat sides 164 and 166 which are spaced apart from one another by a thickness 168 .
  • the two opposite flat sides 164 and 166 in particular form the surface-related outer sides 165 and 167 of the flat component 142 .
  • the respective external flat sides 164, 166 of two external flat products 162 form the surface-related outer sides 165, 167 of the flat component 142
  • internal flat sides 164, 166 face a flat side 164, 166 of another flat product 162, so that, for example, the external Flat side 1641 of the flat product 1621 forms the outside 165 and the flat side 166II of the flat product 162II forms the outside 167 and the inner flat sides 1661 and 164II of the flat products 1621 and 162II are arranged opposite one another.
  • one of the outer sides 165, 167 is assigned to one of two cell units 124 arranged adjacent to one another.
  • the respective flat product 162 forming one of the outer sides 165, 167 forms an electrode for the associated cell unit 124.
  • the channel structures 152 are preferably structures molded into the flat component 142, in particular into at least one flat product 162.
  • the flat product 162 has a thickness 168 which is considerably smaller, in particular at least 10 times smaller, for example at least 100 times smaller, than extensions of the flat product 162 in mutually at least substantially perpendicular extension directions 186 and 188, which are at least locally at least substantially perpendicular to the thickness direction in which thickness 168 is measured. Since structures that rise from the plane of the surface, for example the channel structure 152, are preferably formed in the flat product 162, the directions of extent 186 and 188 of the flat product 162 do not necessarily run locally in the plane of the surface, but for example they run over the extent of the flat component 142 in the directions of the surface 154 and 156 mean extension directions 186 and 188 at least approximately in the area extension plane.
  • An extension of the flat component 142 in the height extension direction 158 is greater than the thickness 168 of the flat product 162 as a result of the structures protruding from the area extension plane, such as the channel structures 152, as shown in FIG. 3 by way of example.
  • sections of the channel structures 152 are formed and delimited by two flat products 162 each.
  • respective sections of the channel structure 152 are formed from a base section 192 of a flat product 1621, which extends at least approximately parallel to the surface extension plane, and wall sections 194 and 196 of this one flat product 1621, which extend away from the base section 192 at an angle to the surface extension directions 154, 156, and are preferably delimited a base section 198 of a further flat product 162II arranged adjacent to this one flat product 1621 the section of the channel structure 152 on a side opposite the other base section 192, so that the sections 192, 194, 196 and preferably 198 surround a line space in which a corresponding fluid , In particular comprising the fuel medium or the oxidizing medium or the temperature control medium can be performed.
  • the flat component 142 in particular at least one flat product 162, has at least one passage region 212 with at least one passage opening 214, in particular in the channel structure 152.
  • At least one passage area 212 is arranged in the line device 114 for the fuel medium and/or at least one passage area 212 is arranged in the line device 116 for the oxidizing medium.
  • the one through-opening 214 or several through-openings 214 in a through-region 212 connects a supply line, through which a fluid is supplied, to one or more distribution channels, through which the fluid is distributed into a respective reaction chamber, and/or one through-opening 214 or more Through openings 214 form a connection from a channel or the feed line into one or more reaction chambers.
  • a passage opening 214 or several passage openings 214 in a passage area connect one or more reaction chambers or channels leading away from them to a discharge line for discharging a fluid.
  • a passage opening 214 or several passage openings 214 in a passage area 212 connect a feed line or a discharge line of the line device 134 for the temperature control medium with one or more channels for the temperature control medium.
  • At least one passage area 212 is formed in a structure formed in a flat product 162, in particular in a section of the flat product 162 that runs obliquely to the surface extension plane, as shown by way of example in the variant in FIG.
  • at least one passage area 212 is formed in a flat section of a flat product 162 that extends at least substantially parallel to the surface extension plane, wherein preferably a region of a further adjacently arranged flat product 162 in the passage area 212 has a formed structure, in particular for the channel structures 152.
  • a through-opening 214 or a plurality of through-openings 214 are provided in a through-section 212 for fastening the flat component 142 to another component or for fastening a part to the flat component 142, with a fastening element reaching through the through-opening 214.
  • the passage opening 214 extends in a passage direction 218 continuously through the flat product 162 between the two flat sides 164 and 166, as shown in FIG. 4 by way of example.
  • a passage space 222 which opens on both opposite sides in passage direction 218, is surrounded transversely to passage direction 218, in particular at least approximately perpendicular to passage direction 218, by an edge 224 formed from flat product 162, with an edge surface that is closed in one direction 234 the passage space 222 limits.
  • direction of extent 232 runs at least approximately perpendicularly to direction of passage 218, and its orientation changes along the extent of edge surface 234 in direction of extent 232 in accordance with the geometric shape of through-opening 214.
  • the direction of extent 232 is oriented in the longitudinal extent of the main section 236 in a longitudinally extending main section 236, and in end sections 238 adjoining the longitudinal extent of the main section 236 on both sides, the orientation of the direction of extent 232 changes, corresponding to a curvature of the edge surface 234.
  • the edge surface 234 in the main section 236 has two opposite sections in a direction which runs at least approximately perpendicular to the direction of extent 232 and the direction of passage 218, between which the passage free space 222 is located and the two opposing sections of the edge surface 234 are connected to one another by curved sections of the edge surface 234 in the end sections 238 of the through opening 214 .
  • the direction of extent 232 corresponds to a circumferential direction of the circle of the geometric shape of the through-opening 214, as shown by way of example in FIG.
  • the edge 224 is advantageously free of burrs at the through-openings 214 .
  • the edge surface 234 of the burr-free edge 224 has a particularly low level of roughness, for example its average peak-to-valley height Rz is 10 ⁇ m or less.
  • the edge surface 234 extends from one of the two flat sides 164, 166 to the other of the two flat sides of the flat sides 164, 166 in an extension direction 242 which is at most a small angle, for example an angle that is smaller than 5°, to the direction of passage 218.
  • the direction of extent 232 and the direction of extension 242 of the edge surface 234 are oriented at least essentially perpendicularly to one another.
  • edge surface 234 at the burr-free edge 224 is free of bulges 276', as often occur in the case of through-openings 214' in the prior art, as shown by way of example in FIG have the same reference numerals but are prefixed with a prime (').
  • the bulges 246' extend in particular over a geometric surface spanned by the direction of extent 232' and the direction of extension 242' of the edge surface 234' into the passage free space 222' of a passage opening 214' of the prior art and thus have a considerable extent in the direction of a normal 248', which is perpendicular to the edge surface 234'.
  • Such bulges 246′ frequently occur in the prior art since, for example, during a melting process for forming the through-opening 214′, residues of the melt remain, in particular in the form of drops, and thus form the bulges 246′.
  • At least one dimension of the through-opening 214 is smaller than 200 ⁇ m, in particular smaller than 100 ⁇ m.
  • the dimension of expansion is measured at least substantially perpendicularly to the passage direction 218 .
  • given two different dimensions of the through-opening 214 which are measured in directions that are at least essentially perpendicular to one another and are measured at least essentially perpendicularly to the through-hole direction 218, at least the smaller of the two dimensions is less than 200 ⁇ m, in particular less than 100pm.
  • the two opposite sections of the edge surface 234 in the main section 236 with the smaller dimension are spaced apart from one another.
  • a diameter of the circle which at least essentially describes the geometric shape of the round hole, is the expansion dimension of this through-opening 214.
  • the flat component 142 alternatively or additionally has at least one perforated passage area 212A with a multiplicity of passage openings 214A, as is shown in FIG. 7 by way of example.
  • the through-openings 214A in the perforated through-section 212A are very small openings, for example with an extension dimension of 30 ⁇ m or smaller. Since the perforated passage portion 212A is provided with a plurality of these small passage holes 214A, there is good permeability of a fluid through the passage portion 212A. In particular, at least 15% of the area of the perforated passage area 212A, preferably at least 30% of the area of the perforated passage area 212A, for example at least 50% of the area of the perforated passage area 212A, is permeable to a fluid through the passage spaces 222 of the passage openings 214A.
  • the through-openings 214A are designed with one or more advantageous features as explained above, in particular with a preferably burr-free edge 224 and/or without bulges 246', so that the design of the through-openings 214A in the perforated area 212A corresponds to the above statements is fully referred to.
  • a method for producing a flat component 142 and a fuel cell device 100 comprises at least the step of providing at least one passage area 212 with at least one passage opening 214, wherein advantageously a configuration of passage area 212 and passage opening 214 as described above is formed.
  • a laser radiation field designated as a whole by 310 is used in particular in order to form the one through-opening 214 or the plurality of through-openings 214, as is shown schematically by way of example in FIG.
  • a laser radiation field device 316 comprising a radiation field source 312 and a system 314 of optical elements is used here, with the laser radiation field 310 being generated and provided by means of the radiation field source 112 and the laser radiation field 310 being manipulated with the system 314 of optical elements, in particular guided and, for example, focused and/or or is shared.
  • the laser radiation field 310 is at least partially directed and preferably focused by means of the system 314 of optical elements onto one or more points 322 to be processed in the passage area 212 to be provided with passage openings 214 .
  • the system of optical elements 314 for the simultaneous processing of a plurality of locations 322 to be processed preferably comprises a beam splitter 326, which divides the laser radiation field 310 into a plurality of partial radiation fields 328 and the respective partial radiation fields 328 are adjusted by means of optical elements 332, for example in terms of their alignment and/or position adjustable mirrors and/or lenses and/or light guides, in particular independently of one another, are directed to the respective point 222 to be processed in the desired manner.
  • a plurality of in particular adjustable optical elements 332 preferably together form a respective scanner optics 334, by means of which a respective partial radiation field 328 can be directed onto different locations 322 to be processed and guided there during operation, in particular independently of the other scanner optics.
  • the scanner optics 334 are designed in such a way that at least one radiation field 310, 328 can be directed to each of the points to be processed in the entire passage area 212 to be processed.
  • the radiation field is preferably a pulsed radiation field, with a pulse duration of the pulses being, for example, in the microsecond range or nanosecond range or picosecond range, in particular in the range of at least approximately 1 picosecond or less and/or 800 femtoseconds or more.
  • the laser radiation field 310 and in particular its partial radiation fields 328 have a sufficiently high energy density so that at the point 322 to be processed, at which the radiation field impinges, the metal material, in particular, of the flat component 142, in particular the material of the flat product 162, vaporizes, in particular sublimates .
  • an energy induced by the radiation field 310, 328 onto a surface and/or the power of the radiation field 310, 328, in particular the power of its radiation field pulses, is sufficiently high that the material evaporates, in particular sublimates.
  • the radiation field 310, 328 is directed onto the point 322 to be processed in such a way that the evaporated, in particular sublimated, material is at least partially removed from the point 322 to be processed due to the vapor pressure generated.
  • a gas flow device 342 is used during processing, which provides a gas flow 344, with the gas flow 344 being used in order to transport away the material that is not required at the point 322 to be processed.
  • the gas flow device 342 comprises at least one suction device 346, which at least partially sucks the material away from the points 322 to be processed. It is advantageous if the gas flow device 342 comprises a gas nozzle 348 which provides a gas flow 344 flowing onto the locations 322 to be processed. In this case, the gas nozzle 348 is aligned in such a way that the oncoming gas flow 344 entrains material from the points 322 to be processed and transports it away.
  • the gas of the gas flow 344 is an inert gas, which advantageously at least reduces, preferably at least essentially prevents, oxidation of the material at the point 322 to be processed.
  • a system designated as a whole by 360 for producing a flat component 142 and a fuel cell device 100 comprises at least one machine station 362, which comprises a laser radiation device 316 with a radiation field source 312 and a system 314 of optical elements, in particular as explained above, in order to produce the flat product 162 of the To provide flat component 142 in at least one passage area 212 with at least one passage opening 114, in particular with one or more of the advantageous features explained above.
  • the machine station 362 includes a holding device in order to hold the flat product 162 to be processed during processing, for example in order to clamp the flat product 162 .
  • Machine station 362 in particular the holding device, advantageously has cutouts in the region of point 322 of flat product 162 to be machined, which is to be provided with at least one through-opening 214, so that laser radiation field 110 and in particular its partial radiation fields 328 pass through the cutouts to the area to be machined reach position 322.
  • machine station 362 which is shown as an example in variants in Figures 9 and 10, includes a feed device for feeding in flat product 162 to be processed, for example comprising at least one conveyor deflection roller and/or at least one conveyor belt, and a transfer device 366, for example comprising at least a deflection conveyor roller and/or at least one conveyor belt, for passing on the processed flat product 162 and/or the processed flat component 142, in particular to a further machine station.
  • a feed device for feeding in flat product 162 to be processed, for example comprising at least one conveyor deflection roller and/or at least one conveyor belt
  • a transfer device 366 for example comprising at least a deflection conveyor roller and/or at least one conveyor belt
  • the flat product 162 to be processed is fed to the machine station 362 discussed here by means of the feed device 364 from a supply device which, for example, comprises an endless roll of the material of the flat product 162 as storage, or from another machine station.
  • a supply device which, for example, comprises an endless roll of the material of the flat product 162 as storage, or from another machine station.
  • machine station 362i with laser radiation device 316 for providing through openings 214 also includes an embossing device 372, which in particular includes at least one embossing roller 374 and, for example, alternatively or additionally, includes at least one embossing die, as shown by way of example in Figure 9.
  • the embossing device 372 is used to provide at least one flat product 162 with at least one and/or some of the embossed structures explained above.
  • the machine station 362ii with the laser radiation device 316 for providing through openings 214 comprises a further laser system 382 with in particular a radiation source 384 and an optical device 386 with optical elements for steering and aligning the radiation field provided by the radiation source 384, for example with mirrors and /or lenses, as shown by way of example in FIG.
  • the at least one flat product 162 is welded to further components using the radiation field of the further laser system 382 .
  • the several flat products 162 of the flat component are advantageously welded together with the radiation field of the further laser system 382 .
  • the machine station 262 is configured with the laser radiation device 316 or another machine station of the system 260 in order to connect the flat component 142 to other components, in particular to at least one membrane component 144.
  • this machine station is then configured to form a seal between the flat component 142 and the at least one other component, in particular to apply at least one sealing cord and/or to injection-mold a seal and/or to apply a seal using screen printing.
  • the flat component 142 which is in particular a bipolar plate of a fuel cell unit 110, has in particular in at least one flat product 162 at least one passage region 212 with at least one passage opening 214, with an edge 224 of at least one passage opening 214 preferably being free of burrs.
  • the one passage opening 214 or the plurality of passage openings 214 are provided in at least one passage region 212 for the passage of a fluid, in particular a gas, for example a fluid mixture comprising the fuel medium or the oxidation medium and/or the product medium, or a temperature control medium.
  • a fluid in particular a gas
  • the one through-opening 214 or the plurality of through-openings 214 are provided in at least one through-section area 212 for fastening, in particular, the flat component 142 to a further component, for example a membrane component 144, or for fastening a part to the flat component 142.
  • the risk of contamination of the fluid flowing in the area of the through-openings 214 is at least reduced by the burr-free edges on the through-openings 214, wherein the fluid is, for example, a gas mixture as explained above and is passed through the through-opening area 212 or is a fluid which is fed to the flows past, for example, passage openings 214 provided for attachment.
  • the fluid is, for example, a gas mixture as explained above and is passed through the through-opening area 212 or is a fluid which is fed to the flows past, for example, passage openings 214 provided for attachment.
  • the precision of the through-openings formed is also advantageous, for example, during further processing, in order in particular to achieve better alignment in progressive composite production.
  • the burr-free edge 224 is advantageous in that at least essentially no projections of the edge protrude beyond the corresponding flat side 164, 166, which could cause damage to adjacently arranged components.
  • a laser radiation field 310 is used to provide the passage region 212 .
  • an energy density of the laser radiation field 310 and/or partial radiation fields 328 of this laser radiation field 310 is so high that the flat product 162 evaporates, in particular sublimates, at least at a point 322 to be processed as a result of the action of the radiation field.
  • a precise formation of the through openings 214 is achieved and in particular a burr-free edge 224 is achieved.
  • the fact that the material evaporates at least reduces the risk of residues of the material, which, for example, lead to bulges 246′, which remain, for example, due to drops remaining in a melt in previously known methods.
  • the laser radiation field 310 used is a pulsed laser radiation field, since a high energy density and rapid processing of the areas to be processed can be achieved in the flat component 142 in this way.
  • the laser radiation field 310 is divided into a number of partial radiation fields 328 so that a number of locations 322 to be processed can be processed at the same time and the energy provided in the laser radiation field 310 is efficiently divided over a number of locations 322 to be processed and used there.
  • the material to be removed to form the through-openings 214 is transported away by a gas flow 344, this removal being advantageously facilitated by the vaporized material, which is therefore present in gaseous form.
  • the facilitated evacuation of the gaseous material makes it possible to control the gas flow 344 independently of the guidance of the radiation field 310 and/or its partial radiation fields 328 and thus, for example, to guide the gas flow 344 obliquely to a propagation direction of the radiation field 310, 328 and in particular to steer the radiation field 310, 328 quickly and precisely and independently of the gas flow 344 by means of a scanner optics.
  • the system 360 has a machine station 362 with a laser radiation device 316 for providing a laser radiation field 310 for providing the passage area 212 with one or more through openings 214 on.
  • the laser radiation device 316 comprises at least one scanner optics 334 for the particularly precise steering of the laser radiation field 310 or a corresponding partial radiation field 328 of the same onto the point 322 to be processed, with a beam splitter 326 advantageously being provided, which divides the laser radiation field 310 into a plurality of partial radiation fields 328 and for a respective one
  • a corresponding scanner optics 334 is provided for partial radiation field 328, so that a passage opening 214 can be formed simultaneously at a plurality of locations 322 to be processed by the action of the respective partial radiation field 328.
  • Machine station 362 advantageously includes a gas flow device 342 assigned to laser radiation device 316, in particular with a suction device 376 and/or a gas nozzle 348, for providing a gas flow 344 for transporting the material away from location 322 to be processed.
  • the laser radiation field 310 and/or its partial radiation fields 328 can be guided, in particular by a system 314 of optical elements of the laser radiation device 316, for example by respective scanner optics 334, independently of the gas flow 344.
  • a system 314 of optical elements of the laser radiation device 316 for example by respective scanner optics 334, independently of the gas flow 344.
  • machine station 362 includes an embossing device 372, so that in the same machine station 362, at least one flat product 162 of flat component 142 is provided with embossed structures by embossing device 372, in particular channel structures 152 for guiding a fluid, and by laser radiation device 316 with more through-openings 214 .
  • an advantageous machine station 362 includes, in addition to the laser radiation device 316, which is designed to be provided with through openings 214, a further laser system 382, which is designed for welding components of the flat component 142, preferably for welding a plurality of flat products 162 of the flat component 142 , so that at the same machine station 362 at least one flat product 162 of the flat component 142 is provided with one or more through openings 214 in at least one passage area 212 and is welded to one or more other components, in particular to at least one other flat product 162, by means of the additional laser system 382 becomes.
  • edge Direction of course edge surface main section end section extension direction 'protrusions normal

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

In order to improve a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit which has at least one metallic flat component, it is proposed that, in a passage region, the flat component has at least one through opening, that is to say precisely one through opening or a plurality of through openings, and an edge of at least one through opening is at least substantially burr-free.

Description

Brennstoffzellenvorrichtung mit Flachbauteil sowie Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzellenvorrichtung mit Flachbauteil und Anlage hierfür Fuel cell device with a flat component and method for producing a fuel cell device with a flat component and system therefor
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzellenvorrichtung umfassend zumindest eine zumindest ein insbesondere metallisches Flachbauteil aufweisende Brennstoffzelleneinheit sowie ein Verfahren zum Herstellen einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung, wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit zumindest ein insbesondere metallisches Flachbauteil aufweist, sowie eine Anlage zum Herstellen einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung, wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit zumindest ein insbesondere metallisches Flachbauteil aufweist. The invention relates to a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit having at least one, in particular, metallic flat component, and a method for producing a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit, wherein the at least one fuel cell unit has at least one, in particular, metallic flat component, and a system for producing a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit , wherein the at least one fuel cell unit has at least one flat component, in particular a metallic one.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Flachbauteil, ein Verfahren zum Herstellen eines Flachbauteils, sowie eine Anlage zum Herstellen eines Flachbauteils. Another aspect of the invention relates to a flat component, a method for producing a flat component, and a system for producing a flat component.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Brennstoffzellenvorrichtung und/oder ein Flachbauteil und/oder ein Verfahren zum Herstellen derselben und/oder desselben und/oder eine Anlage zum Herstellen derselben und/oder desselben zu verbessern. The object on which the invention is based is to improve a fuel cell device and/or a flat component and/or a method for producing the same and/or the same and/or a system for producing the same and/or the same.
Bei Ausführungsformen einer Brennstoffzellenvorrichtung und/oder eines Flachbauteils wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das insbesondere metallische Flachbauteil, insbesondere zumindest ein Flacherzeugnis des Flachbauteils, in einem Durchgangsbereich zumindest eine Durchgangsöffnung, also genau eine Durchgangsöffnung oder mehrere Durchgangsöffnungen, aufweist und ein Rand zumindest einer Durchgangsöffnung zumindest im Wesentlichen gratfrei ist. Ein Vorteil hiervon ist insbesondere, dass bei der Durchgangsöffnung mit zumindest im Wesentlichen gratfreiem Rand ein Lösen von Materialteilen an dem Rand zumindest reduziert ist, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen unterbunden ist, und somit ein Verunreinigen von einem durch die Durchgangsöffnung strömenden Fluid und/oder von einem an der Durchgangsöffnung vorbeiströmenden Fluid zumindest reduziert wird, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen verhindert wird. In the case of embodiments of a fuel cell device and/or a flat component, this object is achieved in that the metallic flat component, in particular at least one flat product of the flat component, has at least one through-opening in a passage area, i.e. exactly one through-opening or a plurality of through-openings, and an edge of at least one through-opening is at least essentially free of burrs. One advantage of this is in particular that in the case of the through-opening with an at least essentially burr-free edge, loosening of material parts at the edge is at least reduced, preferably at least essentially prevented, and thus contamination of a fluid flowing through the through-opening and/or of a fluid flowing past the through-opening is at least reduced, preferably at least substantially prevented.
Beispielsweise ist ein Vorteil der Durchgangsöffnung mit zumindest im Wesentlichen gratfreiem Rand, dass diese kleiner dimensioniert werden kann als Durchgangsöffnungen im Stand der Technik. For example, one advantage of the through-opening with an at least substantially burr-free edge is that it can be dimensioned smaller than through-openings in the prior art.
Insbesondere ist ein Vorteil dieser Lösung, dass bei der Durchgangsöffnung mit zumindest im Wesentlichen gratfreiem Rand im Wesentlichen keine Materialrückstände über den Rand hinausstehen und somit eine Gefahr einer Beschädigung von an das Flachbauteil angrenzend angeordneten Bauteilen durch über den Rand hinausstehender insbesondere scharfkantiger Materialrückstände zumindest reduziert wird, beispielsweise zumindest im Wesentlichen beseitigt wird. In particular, one advantage of this solution is that in the case of the through opening with an at least substantially burr-free edge, essentially no material residues protrude beyond the edge and thus the risk of damage to components arranged adjacent to the flat component by material residues, in particular sharp-edged, protruding beyond the edge is at least reduced. for example, is at least substantially eliminated.
Insbesondere ist das Flachbauteil im Wesentlichen aus zumindest einem insbesondere metallischen Flacherzeugnis, also genau einem Flacherzeugnis oder mehreren, beispielsweise zwei oder drei, Flacherzeugnissen, ausgebildet. In particular, the flat component is essentially formed from at least one flat product, in particular a metallic flat product, that is to say exactly one flat product or a plurality of, for example two or three, flat products.
Insbesondere weist ein jeweiliges Flacherzeugnis jeweils zwei sich gegenüberliegende Flachseiten auf. In particular, a respective flat product has two opposing flat sides.
Insbesondere bilden bei Ausführungsformen eines Flachbauteils aus nur einem Flacherzeugnis dessen Flachseiten Außenseiten des Flachbauteils aus. Bei Ausführungsformen eines Flachbauteils aus mehreren Flacherzeugnissen bilden eine jeweilige nach außen gewandte Flachseite von zwei außenliegenden Flacherzeugnissen zwei flächenmäßige Außenseiten des Flachbauteils aus und die nach innen gewandten Flachseiten dieser zwei Flacherzeugnisse und, sofern ein drittes und beispielsweise weitere Flacherzeugnisse vorgesehen sind, deren Flachseiten sind einer jeweiligen Flachseite eines anliegend angeordneten Flacherzeugnisses zugewandt. In particular, in embodiments of a flat component made from only one flat product, its flat sides form the outer sides of the flat component. In embodiments of a flat component made of several flat products, a respective outward-facing flat side of two external flat products forms two areal outer sides of the flat component and the inward-facing flat sides of these two flat products and, if a third and, for example, further flat products are provided, their flat sides are of a respective one Flat side facing an adjacent arranged flat product.
Insbesondere werden die mehreren Flacherzeugnisse, soweit diese zumindest im Wesentlichen gleich ausgebildet sind, im Nachfolgenden gemeinsam beschrieben. Insbesondere ist unter der Bezugnahme auf ein oder das Flacherzeugnis zu versehen, dass das genau eine Flacherzeugnis oder eines der mehreren Flacherzeugnisse, vorzugsweise zumindest einige, beispielsweise sämtliche, der mehreren Flacherzeugnisse, das beschriebene Merkmal aufweist/aufweisen und/oder dass ein jeweiliges oder entsprechendes Flacherzeugnis das beschriebene Merkmal aufweist. In particular, the several flat products, insofar as they are at least essentially the same, are described together below. In particular, with reference to one or the flat product, it should be provided that exactly one flat product or one of the several flat products, preferably at least some, for example all, of the several flat products, has/have the described feature and/or that a respective or corresponding flat product has the described feature.
Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen der einen Durchgangsöffnung oder der mehreren Durchgangsöffnungen wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. With regard to advantageous configurations of the one through-opening or the several through-openings, no further details have so far been given.
Im Folgenden ist eine Bezugnahme auf „eine Durchgangsöffnung" oder auf „zumindest eine Durchgangsöffnung" im Zusammenhang mit einem Merkmal so zu verstehen, dass die genau eine Durchgangsöffnung oder eine der mehreren Durchgangsöffnungen das Merkmal aufweist oder zumindest einige, beispielsweise sämtliche, der mehreren Durchgangsöffnungen dieses Merkmal aufweisen. In the following, a reference to "a through-opening" or to "at least one through-opening" in connection with a feature is to be understood in such a way that exactly one through-opening or one of the several through-openings has the feature or at least some, for example all, of the several through-openings has this feature.
Insbesondere weist genau eine Durchgangsöffnung oder jede der mehreren Durchgangsöffnungen bei dem zumindest einen Flacherzeugnis jeweils einen Durchgangsfreiraum auf, welcher sich zwischen den zwei Flachseiten des zumindest einen Flacherzeugnisses hindurcherstreckt und auf beiden Flachseiten sich öffnend ausgebildet ist. Insbesondere erstreckt sich die genau eine Durchgangsöffnung oder jede der mehreren Durchgangsöffnungen in einer jeweiligen Durchgangsrichtung durch das Flachbauteil, insbesondere durch das entsprechende Flacherzeugnis. Die jeweilige Durchgangsrichtung ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einem lokalen Verlauf der Flachseite im Bereich der Durchgangsöffnung orientiert. In particular, precisely one through-opening or each of the several through-openings in the at least one flat product has a free passage space which extends between the two flat sides of the at least one flat product and is designed to open on both flat sides. In particular, the exactly one through opening or each of the several through openings extends in a respective through direction through the flat component, in particular through the corresponding flat product. The respective passage direction is preferably oriented at least essentially perpendicularly to a local profile of the flat side in the area of the passage opening.
Insbesondere bildet das Flacherzeugnis bei einer Durchgangsöffnung einen jeweiligen Rand aus, welcher die jeweilige Durchgangsöffnung umrandet und eine Randfläche aufweist, welche den jeweiligen Durchgangsfreiraum quer zu der Durchgangsrichtung begrenzt. In particular, in the case of a through-opening, the flat product forms a respective edge which encloses the respective through-opening and has an edge surface which delimits the respective through-free space transversely to the through-through direction.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass bei einer Durchgangsöffnung mit zumindest im Wesentlichen gratfreiem Rand die einen Durchgangsfreiraum dieser Durchgangsöffnung begrenzende Randfläche eine sehr geringe Rauigkeit aufweist, wobei vorzugsweise die geringe Rauigkeit, insbesondere eine gemittelte Rautiefe, höchstens 20 pm beträgt, insbesondere höchstens 10 pm beträgt. In advantageous embodiments, it is provided that in the case of a through-opening with an at least substantially burr-free edge, the edge surface delimiting a through-opening space of this through-opening has a very low level of roughness, with the low roughness, in particular an average peak-to-valley height, being at most 20 μm, in particular at most 10 μm .
Vorteilhafterweise ist bei einer Durchgangsöffnung mit zumindest im Wesentlichen gratfreiem Rand die Durchgangsöffnung im Wesentlichen frei von in ihren Durchgangsfreiraum hineinragenden Materialrückständen. Advantageously, in the case of a through-opening with an at least essentially burr-free edge, the through-opening is essentially free of material residues protruding into its free passage space.
Insbesondere wird hierdurch erreicht, dass die Gefahr der Verunreinigung eines durch die Durchgangsöffnung und/oder an dieser vorbei strömenden Fluids durch Mitnahme von Materialrückständen zumindest reduziert wird. In particular, this means that the risk of contamination of a fluid flowing through the passage opening and/or past it by taking along material residues is at least reduced.
Außerdem wird so die Durchgangsöffnung präziser hergestellt und kann beispielsweise kleiner ausgebildet werden. Beispielsweise bleiben derartige Materialrückstände bei Herstellungsverfahren des Standes der Technik zurück, wenn das im Bereich der herzustellenden Durchgangsöffnung vorhandene Material zum Entfernen geschmolzen wird, aber am Rand der herzustellenden Durchgangsöffnung noch Reste der Schmelze, insbesondere Tropfen derselben, hängen und zurück bleiben und so in den Durchgangsfreiraum hineinragende Materialrückstände ausbilden. In addition, the through-opening is produced more precisely in this way and can be made smaller, for example. For example, such material residues remain in production processes of the prior art if the material present in the area of the through-opening to be produced is melted for removal, but residues of the melt, in particular drops of the same, remain hanging and remain on the edge of the through-opening to be produced and thus in the through-opening space protruding material residues form.
Insbesondere weist eine zumindest im Wesentlichen gratfreie Durchgangsöffnung zumindest im Wesentlichen keine zumindest näherungsweise in Richtung einer Normalen ihrer Randfläche in ihren Durchgangsfreiraum hervorstehende Auswölbung auf. In particular, an at least substantially burr-free passage opening has at least substantially no bulge protruding at least approximately in the direction of a normal to its edge surface into its passage free space.
Insbesondere verläuft die Randfläche entlang einer Verlaufsrichtung in sich geschlossen um den Durchgangsfreiraum ihrer Durchgangsöffnung herum, wobei insbesondere die Verlaufsrichtung entlang des Verlaufs der Randfläche lokal variiert, so dass der geschlossene Verlauf der Randfläche ausgebildet wird. In particular, the edge surface runs along a direction in a closed manner around the passage space of its through-opening, the direction of run in particular varying locally along the course of the edge surface, so that the closed course of the edge surface is formed.
Insbesondere verläuft die Verlaufsrichtung entlang zumindest näherungsweise des gesamten Verlaufs der Randfläche zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Durchgangsrichtung der Durchgangsöffnung. In particular, the course direction runs along at least approximately the entire course of the edge surface, at least essentially perpendicularly to the passage direction of the passage opening.
Insbesondere ist eine zumindest im Wesentlichen gratfreie Durchgangsöffnung zumindest im Wesentlichen frei von Auswölbungen, welche zumindest näherungsweise senkrecht zu der Verlaufsrichtung der Randfläche und der Durchgangsrichtung der Durchgangsöffnung sich über die Randfläche in den Durchgangsfreiraum hinein erstrecken. In particular, an at least substantially burr-free passage opening is at least substantially free of bulges, which extend at least approximately perpendicularly to the direction of the edge surface and the passage direction of the passage opening over the edge surface into the passage space.
Alternativ oder ergänzend wird bei vorteilhaften Ausführungsformen einer zumindest eine zumindest ein Flachbauteil aufweisenden Brennstoffzelleneinheit umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung und/oder eines Flachbauteils die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch dadurch gelöst, dass das insbesondere metallische Flachbauteil, insbesondere zumindest ein Flacherzeugnis des Flachbauteils, in einem Durchgangsbereich zumindest eine Durchgangsöffnung aufweist, also genau eine Durchgangsöffnung oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, und bei zumindest einer Durchgangsöffnung eine einen Durchgangsfreiraum dieser Durchgangsöffnung begrenzende Randfläche in Richtung einer Durchgangsrichtung der Durchgangsöffnung sich mit einer Abweichung von höchstens 10° von dieser Durchgangsrichtung erstreckt, vorzugsweise mit einer Abweichung von höchstens 5° von dieser Durchgangsrichtung erstreckt. Alternatively or additionally, in advantageous embodiments of a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit having at least one flat component and/or a flat component, the object on which the invention is based is also achieved in that the in particular metallic flat component, in particular at least one flat product of the flat component, has at least one has a through-opening, i.e. has exactly one through-opening or a plurality of through-openings, and in the case of at least one through-opening, an edge surface delimiting a through-opening space of this through-opening extends in the direction of a through-opening through-direction with a deviation of at most 10° from this through-opening, preferably with a deviation of at most 5 ° extends from this direction of passage.
Dabei ist also insbesondere vorgesehen, dass die sich zwischen den zwei Flachseiten des zumindest einen Flacherzeugnisses, welches das Flachbauteil zumindest im Wesentlichen ausbildet oder mitausbildet, in Richtung der Durchgangsrichtung erstreckende Randfläche höchstens ein wenig mit seiner Erstreckung von der Orientierung der Durchgangsrichtung abweicht, nämlich vorzugsweise höchstens 10°, insbesondere höchstens 5° abweicht. It is therefore provided in particular that the edge surface extending between the two flat sides of the at least one flat product, which at least essentially forms or also forms the flat component, in the direction of the passage direction deviates at most slightly in its extension from the orientation of the passage direction, namely preferably at most 10°, in particular at most 5°.
Insbesondere wird der Winkel, zwischen der Richtung der Erstreckung der Randfläche von einer Flachseite zu der anderen Flachseite und der Durchgangsrichtung auch Taperwinkel genannt und somit ist bei vorteilhaften Ausführungsformen vorgesehen, dass der Taperwinkel höchstens 10° groß ist, vorzugsweise höchstens 5° groß ist. In particular, the angle between the direction in which the edge surface extends from one flat side to the other flat side and the passage direction is also called the taper angle, and advantageous embodiments therefore provide for the taper angle to be at most 10°, preferably at most 5°.
Insbesondere weist die genau eine Durchgangsöffnung oder weisen die mehreren Durchgangsöffnungen zwei jeweilige Ausdehnungsdimensionen, welche quer, vorzugsweise zumindest näherungsweise senkrecht, zu der jeweiligen Durchgangsrichtung gemessen werden, auf. In particular, the precisely one through-opening or the plurality of through-openings have two respective expansion dimensions, which are measured transversely, preferably at least approximately perpendicularly, to the respective through-opening.
Insbesondere entspricht eine der zwei Ausdehnungsdimensionen einer maximalen Ausdehnung der jeweiligen Durchgangsöffnung quer, insbesondere zumindest näherungsweise senkrecht, zu der jeweiligen Durchgangsrichtung und die andere der zwei Ausdehnungsdimensionen entspricht einer minimalen Ausdehnung der jeweiligen Durchgangsöffnung quer, insbesondere zumindest näherungsweise senkrecht, zu der jeweiligen Durchgangsrichtung. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest bei einer Durchgangsöffnung im Durchgangsbereich zumindest eine ihrer quer zu der Durchgangsrichtung gemessenen Ausdehnungsdimensionen, insbesondere eine kleinere Ausdehnungsdimension von zwei quer zu der Durchgangsrichtung gemessenen Ausdehnungsdimensionen, kleiner ist als 200 qm, vorzugsweise kleiner ist als 100 qm, insbesondere kleiner ist als 50 qm, beispielsweise kleiner ist als 30 qm. In particular, one of the two expansion dimensions corresponds to a maximum expansion of the respective passage opening transversely, in particular at least approximately perpendicularly, to the respective passage direction and the other of the two expansion dimensions corresponds to a minimum expansion of the respective passage opening transversely, in particular at least approximately perpendicularly, to the respective passage direction. In preferred embodiments, it is provided that at least one through opening in the passage area has at least one of its dimensions measured transversely to the direction of passage, in particular a smaller dimension of two dimensions measured transversely to the direction of passage, is smaller than 200 square meters, preferably smaller than 100 square meters, in particular is less than 50 square meters, for example is less than 30 square meters.
Insbesondere ist zumindest eine Ausdehnungsdimension der Durchgangsöffnungen, beispielsweise eine Breite derselben, mindestens 10 qm groß und/oder höchstens 500 qm groß. Insbesondere ist dies die kleinere der zwei Ausdehnungsdimensionen. In particular, at least one dimension of the through-openings, for example a width thereof, is at least 10 square meters and/or at most 500 square meters. In particular, this is the smaller of the two dimensions of expansion.
Insbesondere ist zumindest eine Ausdehnungsdimension der Durchgangsöffnungen, insbesondere die größere der zwei Ausdehnungsdimensionen, beispielsweise eine Länge der Durchgangsöffnungen, mindestens 10 qm groß und/oder höchstens 5.000 qm groß. In particular, at least one dimension of the through-openings, in particular the larger of the two dimensions, for example a length of the through-openings, is at least 10 square meters and/or at most 5,000 square meters.
Die genau eine Durchgangsöffnung oder die mehreren Durchgangsöffnungen können unterschiedlichste geometrische Ausgestaltungen aufweisen. The precisely one through-opening or the plurality of through-openings can have the most varied of geometric configurations.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen ist zumindest eine Durchgangsöffnung in dem Durchgangsbereich als Langloch ausgebildet. Insbesondere weist bei dem Langloch die Randfläche in einem Hauptabschnitt zwei gegenüberliegende zumindest näherungsweise parallel zueinander verlaufende Abschnitte auf, und in an gegenüberliegenden Enden des Hauptabschnittes angrenzenden Endabschnitten ist die Randfläche gekrümmt ausgebildet, so dass die gekrümmt ausgebildeten Abschnitte der Randfläche die zumindest näherungsweise parallel verlaufenden Abschnitte miteinander verbinden. Beispielsweise sind die zwei Ausdehnungsdimensionen bei dem Langloch dessen längliche Erstreckung von einem der zwei Endabschnitte bis zu dem anderen Endabschnitt und die andere Ausdehnungsdimension eine Breite, mit welcher die zwei zumindest näherungsweise parallel zueinander verlaufenden Abschnitte der Randfläche zueinander beabstandet sind. In some favorable embodiments, at least one passage opening in the passage area is designed as an elongated hole. In particular, in the case of the elongated hole, the edge surface in a main section has two opposite sections running at least approximately parallel to one another, and the edge surface is curved in end sections adjoining opposite ends of the main section, so that the curved sections of the edge surface meet the sections running at least approximately parallel to one another connect. For example, the two dimensions of the slot are its longitudinal extension from one of the two end sections to the other end section and the other dimension is a width with which the two at least approximately parallel sections of the edge surface are spaced apart from one another.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen ist zumindest eine Durchgangsöffnung in dem Durchgangsbereich als Rundloch ausgebildet. Insbesondere verläuft die Randfläche bei dem Rundloch zumindest im Wesentlichen entlang eines geometrischen Kreises, welcher in einer zu der Durchgangsrichtung zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Ebene angeordnet ist. In some favorable embodiments, at least one passage opening in the passage area is designed as a round hole. In particular, the edge surface of the round hole runs at least essentially along a geometric circle, which is arranged in a plane running at least essentially perpendicularly to the passage direction.
Insbesondere ist eine Ausdehnungsdimension des Rundloches ein Durchmesser desselben, welcher insbesondere zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser des geometrischen Kreises, entlang welchem die Randfläche zumindest im Wesentlichen entlang verläuft, entspricht. In particular, an expansion dimension of the round hole is a diameter of the same, which in particular corresponds at least essentially to the diameter of the geometric circle along which the edge surface runs at least essentially.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen weist zumindest eine Durchgangsöffnung zwei zumindest näherungsweise parallel zueinander verlaufende Seiten auf, die insbesondere mit einer Ausdehnungsdimension voneinander beabstandet sind. In some advantageous embodiments, at least one through-opening has two sides that run at least approximately parallel to one another and are spaced apart from one another, in particular by one dimension.
Beispielsweise weist zumindest eine Durchgangsöffnung eine zumindest im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf, beispielsweise eine zumindest im Wesentlichen quadratische Querschnittsform auf. Insbesondere weist die zumindest eine Durchgangsöffnung die Querschnittsform in einer zu der Durchgangsrichtung im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Querschnittsebene auf. For example, at least one through-opening has an at least essentially rectangular cross-sectional shape, for example an at least essentially square cross-sectional shape. In particular, the at least one passage opening has the cross-sectional shape in a cross-sectional plane running essentially perpendicular to the passage direction.
Beispielsweise sind die Eckradien der zumindest einen Durchgangsöffnung mit zumindest im Wesentlichen rechteckiger Querschnittsform gerundet. Insbesondere sind bei der Durchgangsöffnung mit im Wesentlichen rechteckiger Querschnittsform deren Länge und Breite deren Ausdehnungsdimensionen. For example, the corner radii of the at least one through-opening are rounded with an at least essentially rectangular cross-sectional shape. In particular, in the case of the through-opening with a substantially rectangular cross-sectional shape, its length and width are its expansion dimensions.
Alternativ oder ergänzend wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch ein Flachbauteil und/oder eine Brennstoffzellenvorrichtung, welche zumindest eine zumindest ein metallisches Flachbauteil aufweisende Brennstoffzelleneinheit umfasst, gelöst, wobei das Flachbauteil, insbesondere zumindest ein Flacherzeugnis des Flachbauteils, mindestens einen Durchgangsbereich aufweist, der perforiert ist. Alternatively or additionally, the object on which the invention is based is also achieved by a flat component and/or a fuel cell device which comprises at least one fuel cell unit having at least one metallic flat component, wherein the flat component, in particular at least one flat product of the flat component, has at least one passage area which is perforated.
Beispielsweise wird durch den perforierten Durchgangsbereich eine günstige Führung eines Fluids ermöglicht. For example, the perforated passage area enables a fluid to be guided in a favorable manner.
Vorzugsweise weisen zumindest einige, beispielsweise sämtliche, der die Perforation ausbildenden Durchgangsöffnungen im Durchgangsbereich eines oder mehrere der voranstehend erläuterten Merkmale auf. Preferably, at least some, for example all, of the through openings forming the perforation in the through area have one or more of the features explained above.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zumindest eine perforierte Durchgangsbereich eine Vielzahl von höchstens 50 pm großen, insbesondere von höchstens 30 pm großen Durchgangsöffnungen aufweist. Insbesondere ist somit zumindest eine Ausdehnungsdimension, vorzugsweise sind beide Ausdehnungsdimensionen, der Durchgangsöffnungen in dem perforierten Durchgangsbereich höchstens 30 pm groß. Provision is preferably made for the at least one perforated passage area to have a large number of passage openings no larger than 50 μm, in particular no larger than 30 μm. In particular, at least one extension dimension, preferably both extension dimensions, of the passage openings in the perforated passage area is at most 30 μm.
Vorzugsweise ist eine von der Vielzahl der Durchgangsöffnungen in dem perforierten Durchgangsbereich freigelegte Gesamtquerschnittsfläche, welche in einer zu der Durchgangsrichtung zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Querschnittsebene gemessen wird, mindestens 1 mm2, vorzugsweise mindestens 2 mm2, beispielsweise mindestens 5 mm2 groß. Insbesondere ist eine von der Vielzahl der Durchgangsöffnungen in dem perforierten Durchgangsbereich freigelegte Gesamtquerschnittsfläche, welche in einer zu der Durchgangsrichtung zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Querschnittsebene gemessen wird, höchstens 100 mm2, insbesondere höchstens 50 mm2, beispielsweise höchstens 30 mm2 groß. Bei einigen Ausführungsformen ist diese Querschnittsfläche höchstens 20 mm2, insbesondere höchstens 10 mm2 groß. Preferably, a total cross-sectional area uncovered by the plurality of passage openings in the perforated passage area, which is measured in a cross-sectional plane running at least substantially perpendicular to the passage direction, is at least 1 mm 2 , preferably at least 2 mm 2 , for example at least 5 mm 2 in size. In particular, a total cross-sectional area uncovered by the plurality of passage openings in the perforated passage region, which is measured in a cross-sectional plane running at least substantially perpendicularly to the passage direction, is at most 100 mm 2 , in particular at most 50 mm 2 , for example at most 30 mm 2 . In some embodiments, this cross-sectional area is at most 20 mm 2 , in particular at most 10 mm 2 .
Hinsichtlich der weiteren Ausgestaltung des Flachbauteils wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. With regard to the further configuration of the flat component, no further details have so far been given.
Insbesondere weist das Flachbauteil eine flächenmäßige Ausdehnung in zwei zueinander zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Flächenausdehnungsrichtungen auf und eine in einer Höhenausdehnungsrichtung, welche zumindest näherungsweise senkrecht zu den beiden Flächenausdehnungsrichtungen verläuft, gemessene Höhe ist erheblich kleiner, insbesondere zumindest zehnmal kleiner, beispielsweise zumindest 100-mal kleiner, als eine Ausdehnung des Flachbauteils in den Flächenausdehnungsrichtungen. In particular, the flat component has an areal extent in two directions of surface extent that are at least substantially perpendicular to one another, and a height measured in a direction of vertical extent that runs at least approximately perpendicular to the two directions of surface extent is significantly smaller, in particular at least ten times smaller, for example at least 100 times smaller , as an extension of the flat member in the surface extension directions.
Insbesondere sind die zwei Flachseiten des Flacherzeugnisses mit einem einer Dicke des Flacherzeugnisses entsprechenden Abstand voneinander beabstandet. In particular, the two flat sides of the flat product are spaced apart from one another by a distance that corresponds to the thickness of the flat product.
Beispielsweise erstreckt sich das Flacherzeugnis in zwei zueinander zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufende Erstreckungsrichtungen und die Dicke des Flacherzeugnisses wird in eine zu den beiden Erstreckungsrichtungen zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufende Richtung gemessen, wobei die Dicke des Flacherzeugnisses erheblich kleiner ist, insbesondere zumindest 100-mal kleiner, beispielsweise zumindest 1.000-mal kleiner ist, als eine Erstreckung des Flacherzeugnisses in den Erstreckungsrichtungen. Insbesondere weist das Flacherzeugnis zumindest im Wesentlichen eine Dicke von mindestens 30 |jm auf, beispielsweise von mindestens 50 pm auf. For example, the flat product extends in two directions of extension that are at least substantially perpendicular to one another, and the thickness of the flat product is measured in a direction that is at least substantially perpendicular to the two directions of extension, the thickness of the flat product being considerably smaller, in particular at least 100 times smaller, is, for example, at least 1,000 times smaller than an extension of the flat product in the directions of extension. In particular, the flat product has at least essentially a thickness of at least 30 μm, for example at least 50 μm.
Bei günstigen Ausführungsformen weist das Flacherzeugnis eine Dicke von höchstens 250 pm auf, insbesondere eine Dicke von höchstens 150 pm auf. In favorable embodiments, the flat product has a thickness of at most 250 μm, in particular a thickness of at most 150 μm.
Insbesondere ist das Flachbauteil bei einigen Ausführungsformen ein Blechbauteil und das Flacherzeugnis ist ein Blech. In particular, in some embodiments, the flat component is a sheet metal component and the flat product is a sheet metal.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen ist das Flacherzeugnis, beispielsweise das Blech, beschichtet. In some advantageous embodiments, the flat product, for example the sheet metal, is coated.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Flachbauteil, insbesondere zumindest ein Flacherzeugnis, zumindest einen geprägten Abschnitt aufweist, also genau einen geprägten Abschnitt oder mehrere geprägte Abschnitte aufweist. In preferred embodiments it is provided that the flat component, in particular at least one flat product, has at least one embossed section, that is to say has exactly one embossed section or a plurality of embossed sections.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist der zumindest eine Durchgangsbereich in einem geprägten Abschnitt angeordnet. In some advantageous embodiments, the at least one passage area is arranged in an embossed section.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen erstreckt sich zumindest ein Flacherzeugnis des Flachbauteils zumindest größtenteils lediglich in den Flächenausdehnungsrichtungen des Flachbauteils. In some advantageous embodiments, at least one flat product of the flat component extends at least for the most part only in the directions of surface extension of the flat component.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest ein Flacherzeugnis des Flachbauteils sich in zumindest einem Abschnitt, welcher insbesondere ein geprägter Abschnitt ist, lokal schräg zu einer flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils erstreckt, wobei die flächenmäßige Ausdehnung des Flachbauteils insbesondere durch die Ausrichtung der zwei Flächenausdehnungsrichtungen definiert ist. Damit weist das zumindest eine Flacherzeugnis vorteilhafterweise eine komplexere Struktur auf als lediglich eine Erstreckung im Wesentlichen in der durch die zwei Flächenausdehnungsrichtungen aufgespannten Ebene. In advantageous embodiments, it is provided that at least one flat product of the flat component extends in at least one section, which is in particular an embossed section, obliquely to a surface extent of the flat component, the surface extent of the flat component being defined in particular by the alignment of the two surface expansion directions . The at least one flat product thus advantageously has a more complex structure than just an extension essentially in the plane spanned by the two surface extension directions.
Insbesondere sind jedoch Erstreckungen des Flacherzeugnisses schräg zu den Flächenausdehnungsrichtungen klein bezogen auf die Ausdehnung des Flachbauteils in diesen beiden Flächenausdehnungsrichtungen, sodass eine Höhe des Flachbauteils erheblich kleiner ist als dessen Ausdehnung in den Flächenausdehnungsrichtungen. In particular, however, extensions of the flat product obliquely to the surface expansion directions are small in relation to the expansion of the flat component in these two surface expansion directions, so that the height of the flat component is considerably smaller than its expansion in the surface expansion directions.
Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest ein Durchgangsbereich in einem sich schräg zu der flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils erstreckenden Abschnitts eines Flacherzeugnisses angeordnet ist. In some preferred embodiments, it is provided that at least one passage area is arranged in a section of a flat product that extends obliquely to the areal extent of the flat component.
Beispielsweise ist bei diesen bevorzugten Ausführungsformen ein sich im Wesentlichen parallel zu der flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils erstreckender Abschnitt eines weiteren Flacherzeugnisses anliegend an den schräg erstreckenden Abschnitt des Flacherzeugnisses mit dem zumindest einen Durchgangsbereich angeordnet. For example, in these preferred embodiments, a section of a further flat product that extends essentially parallel to the areal extent of the flat component is arranged adjacent to the obliquely extending section of the flat product with the at least one passage area.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest ein Durchgangsbereich in einem sich zumindest im Wesentlichen parallel zu der flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils erstreckenden Abschnitt eines Flacherzeugnisses angeordnet ist. In some advantageous embodiments, it is provided that at least one passage area is arranged in a section of a flat product that extends at least essentially parallel to the areal extension of the flat component.
Bei diesen vorteilhaften Ausführungsformen ist insbesondere vorgesehen, dass ein Bereich mit zumindest einem sich schräg zu der flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils erstreckenden Abschnitt eines weiteren Flacherzeugnisses anliegend an den Durchgangsbereich des einen Flacherzeugnisses angeordnet ist. Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Flachbauteil einen Fluidführungsabschnitt oder mehrere Fluidführungsabschnitte umfasst. In these advantageous embodiments, it is provided in particular that an area with at least one section of a further flat product extending obliquely to the planar extent of the flat component is arranged adjacent to the passage area of the one flat product. In particularly advantageous embodiments, it is provided that the flat component comprises a fluid-guiding section or a plurality of fluid-guiding sections.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der eine Fluidführungsabschnitt oder die mehreren Fluidführungsabschnitte zumindest teilweise Teil einer Leitungseinrichtung der Brennstoffzellenvorrichtung für ein insbesondere ein Brennstoffmedium und/oder Oxidationsmedium umfassendes Fluidgemisch sind und/oder zumindest teilweise Teil einer Leitungseinrichtung für ein Temperiermedium sind. Provision is preferably made for the one fluid routing section or the multiple fluid routing sections to be at least partially part of a line device of the fuel cell device for a fluid mixture, in particular comprising a fuel medium and/or oxidation medium, and/or at least partially part of a line device for a temperature control medium.
Insbesondere ist die Leitungseinrichtung für das Temperiermedium Teil einer Temperiereinrichtung, um die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit in einem für einen ordnungsgemäßen Betrieb zulässigen Temperaturbereich, vorzugsweise in einem für einen effizienten Betrieb gewünschten Temperaturbereich, zuhalten. In particular, the line device for the temperature control medium is part of a temperature control device in order to keep the at least one fuel cell unit in a temperature range that is permissible for proper operation, preferably in a temperature range that is desired for efficient operation.
Vorzugsweise ist zumindest ein Fluidführungsabschnitt zumindest teilweise in zumindest einem Flacherzeugnis ausgeformt. At least one fluid guiding section is preferably formed at least partially in at least one flat product.
Insbesondere bildet dabei ein geprägter Abschnitt des Flacherzeugnisses den zumindest einen Fluidführungsabschnitt zumindest teilweise aus. In particular, an embossed section of the flat product at least partially forms the at least one fluid guiding section.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Fluidführungsabschnitt zumindest teilweise durch eine in dem Flacherzeugnis ausgeformte, beispielsweise eingeprägte, Kanalstruktur ausgebildet wird. It is particularly advantageous if at least one fluid guiding section is formed at least partially by a channel structure that is formed, for example embossed, in the flat product.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass der zumindest eine Durchgangsbereich sich an zumindest einen Fluidführungsabschnitt anschließt. Somit ist also vorzugsweise vorgesehen, dass bei einem Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung durch die eine Durchgangsöffnung oder die mehreren Durchgangsöffnungen ein Fluidgemisch, insbesondere ein Gasgemisch, hindurch strömt, wobei dieses Fluidgemisch entweder von dem Fluidführungsabschnitt zu dem Durchgangsbereich zum Hindurchströmen geführt wird oder nach dem Durchströmen des Durchgangsbereichs in dem Fluidführungsabschnitt weiter strömt. In particularly advantageous embodiments, it is provided that the at least one passage area is connected to at least one fluid-guiding section. It is therefore preferably provided that during operation of the fuel cell device a fluid mixture, in particular a gas mixture, flows through the one passage opening or the plurality of passage openings, with this fluid mixture being guided either from the fluid-guiding section to the passage area for flow through or after flowing through the passage area continues to flow in the fluid guide section.
Insbesondere bildet dabei der Durchgangsbereich der einen Durchgangsöffnung oder der mehreren Durchgangsöffnungen einen so genannten gas port für das Flachbauteil aus. In particular, the passage area of the one passage opening or the plurality of passage openings forms a so-called gas port for the flat component.
Bei besonders günstigen Ausführungsformen weist das Flachbauteil mehrere Durchgangsbereiche auf, insbesondere zumindest einen Durchgangsbereich als Einlass und einen weiteren Durchgangsbereich als Auslass für ein jeweiliges Fluid. In particularly favorable embodiments, the flat component has a plurality of passage areas, in particular at least one passage area as an inlet and another passage area as an outlet for a respective fluid.
Beispielsweise weist das Flachbauteil zumindest vier Durchgangsbereiche auf, und zwar insbesondere für zumindest zwei Sorten von Fluidgemischen jeweils einen Einlass und einen Auslass, welche durch entsprechende Durchgangsbereiche ausgebildet werden. For example, the flat component has at least four passage areas, in particular an inlet and an outlet for at least two types of fluid mixtures, which are formed by corresponding passage areas.
Insbesondere weist dabei ein Flacherzeugnis des Flachbauteils die den Einlass und Auslass ausbildenden Durchgangsbereiche für eine Sorte eines Fluidgemisches auf und ein weiteres Flacherzeugnis die den Einlass und Auslass ausbildenden Durchgangsbereiche für eine andere Sorte von Fluidgemisch auf. In particular, one flat product of the flat component has the passage areas forming the inlet and outlet for one type of fluid mixture and another flat product has the passage areas forming the inlet and outlet for another type of fluid mixture.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen ist zumindest eine Durchgangsöffnung in zumindest einem Durchgangsbereich für eine Befestigung vorgesehen, wobei ein Befestigungselement durch die zumindest eine Durchgangsöffnung greift. Beispielsweise wird mit dem Befestigungselement ein weiteres Teil an dem Flachbauteil befestigt. In some advantageous embodiments, at least one passage opening is provided in at least one passage area for fastening, with a fastening element reaching through the at least one passage opening. For example, another part is fastened to the flat component with the fastening element.
Beispielsweise werden mit dem Befestigungselement das Flachbauteil und ein anderes Bauteil, beispielsweise das Membranbauteil, aneinander befestigt. For example, the flat component and another component, for example the membrane component, are fastened to one another with the fastening element.
Insbesondere sind hierbei Vorteile, dass durch die präzise Ausbildung der Durchgangsöffnung eine stabile und passgenaue Befestigung erreicht wird und/oder eine Gefahr von Beschädigungen der befestigten Teile durch den zumindest im Wesentlichen gratfreien Rand zumindest reduziert wird. In particular, the advantages here are that the precise formation of the through-opening results in stable and precisely fitting attachment and/or the risk of damage to the attached parts is at least reduced by the at least substantially burr-free edge.
Auch kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei diesen zur Befestigung vorgesehenen Durchgangsöffnungen ein Fluid vorbeiströmt und insbesondere durch den gratfreien Rand eine Gefahr der Verunreinigung des Fluids zumindest reduziert wird. Provision can also be made, for example, for a fluid to flow past these through-openings provided for attachment and, in particular, for the burr-free edge to at least reduce the risk of contamination of the fluid.
Das Flachbauteil kann prinzipiell unterschiedlichste Funktionen in der Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere in einer Zelleinheit derselben, und/oder einer anderen Vorrichtung erfüllen und hierfür ausgebildet sein. In principle, the flat component can fulfill a wide variety of functions in the fuel cell device, in particular in a cell unit of the same, and/or another device and can be designed for this purpose.
Bei besonders günstigen Ausführungsformen ist das Flachbauteil als Bipolarplatte für die Brennstoffzellenvorrichtung, insbesondere für zumindest eine Zelleneinheit ausgebildet. In particularly favorable embodiments, the flat component is designed as a bipolar plate for the fuel cell device, in particular for at least one cell unit.
Insbesondere ist vorgesehen, dass zwei insbesondere als Bipolarplatten ausgebildete Flachbauteile vorzugsweise zusammen mit einem zwischen den zwei Flachbauteilen angeordneten Membranbauteil eine Zelleinheit der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit ausbilden. Insbesondere weist dabei eines der zwei Flachbauteile zumindest einen Fluidführungsabschnitt zur Führung eines ein Brennstoffmedium umfassendes Fluidgemisches auf und das andere der zwei Flachbauteile zumindest einen Fluidführungsabschnitt zur Führung eines ein Oxidationsmedium umfassenden Gemisches auf, wobei diese Fluidgemische durch den jeweiligen Fluidführungsabschnitt zu einer Reaktionskammer der Zelleinheit geführt werden, in welcher die Medien chemisch miteinander reagieren können. In particular, it is provided that two flat components designed in particular as bipolar plates, preferably together with a membrane component arranged between the two flat components, form a cell unit of the at least one fuel cell unit. In particular, one of the two flat components has at least one fluid guide section for guiding a fluid mixture comprising a fuel medium and the other of the two flat components has at least one fluid guide section for guiding a mixture comprising an oxidation medium, with these fluid mixtures being guided through the respective fluid guide section to a reaction chamber of the cell unit , in which the media can chemically react with each other.
Vorzugsweise ist eine Membran des Membranbauteils in der Reaktionskammer angeordnet, über welche die Fluidgemische, insbesondere das Brennstoffmedium und das Oxidationsmedium, in Wechselwirkung treten können. A membrane of the membrane component is preferably arranged in the reaction chamber, via which the fluid mixtures, in particular the fuel medium and the oxidizing medium, can interact.
Insbesondere umfasst die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit zumindest einen Stapel, welcher zumindest aus einer Vielzahl von Flachbauteilen und beispielsweise Membranbauteilen ausgebildet ist, wobei insbesondere jeweils ein Flachbauteil und ein Membranbauteil abwechselnd in einer Stapelrichtung angeordnet sind. In particular, the at least one fuel cell unit comprises at least one stack, which is formed from at least a large number of flat components and, for example, membrane components, with a flat component and a membrane component in particular being arranged alternately in a stacking direction.
Vorzugsweise ist ein Flachbauteil zu je einer Seite hin einer jeweiligen Zelleinheit der Brennstoffzelleneinheit zugeordnet. A flat component is preferably assigned to a respective cell unit of the fuel cell unit on each side.
Insbesondere bildet dabei je ein Flacherzeugnis des Flachbauteils eine Elektrode der jeweiligen zugeordneten Zelleinheit aus und/oder bildet zumindest teilweise Fluidführungsabschnitte, insbesondere als Kanalabschnitte, zur Führung eines insbesondere ein Brennstoffmedium oder ein Oxidationsmedium umfassenden Fluidgemisches zur Zuführung zu der zugeordneten Zelleinheit aus. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Flachbauteil und die Brennstoffzellenvorrichtung gemäß einem Verfahren mit zumindest einem der nachstehend erläuterten Merkmale hergestellt wird und somit vorteilhafterweise eine entsprechende Ausbildung aufweist, wobei durch derartige Verfahren beispielsweise ein gratfreier Rand an der Durchgangsöffnung und/oder kleine präzise Durchgangsöffnungen und/oder ein perforierter Durchgangsbereich, herstellbar ist und bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen schnell und effizient herstellbar ist. In particular, each flat product of the flat component forms an electrode of the respective assigned cell unit and/or forms at least partially fluid conducting sections, in particular as channel sections, for conducting a fluid mixture, in particular a fuel medium or an oxidation medium, for supply to the assigned cell unit. In particular, it is provided that the flat component and the fuel cell device are manufactured according to a method with at least one of the features explained below and thus advantageously have a corresponding design, with such methods for example a burr-free edge on the through-opening and/or small precise through-openings and/or a perforated passage area, can be produced and can be produced quickly and efficiently in particularly advantageous embodiments.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Flachbauteil und die dieses Flachbauteil umfassende Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Anlage, die zumindest eines der nachstehend erläuterten Merkmale aufweist, hergestellt wird, wobei mit einer solchen Anlage vorteilhafte Ausführungsformen, beispielsweise Durchgangsöffnungen mit einem gratfreien Rand und/oder präzise ausgebildete, kleine Durchgangsöffnungen und/oder ein perforierter Durchgangsbereich, wie voranstehend erläutert, ausgebildet werden können und bei vorteilhaften Ausführungsformen der Anlage schnell und präzise ausgebildet werden können. In particular, it is provided that the flat component and the fuel cell device comprising this flat component are produced with a system that has at least one of the features explained below, with such a system being used to produce advantageous embodiments, for example through-openings with a burr-free edge and/or precisely formed, small Passage openings and/or a perforated passage area can be formed, as explained above, and can be formed quickly and precisely in advantageous embodiments of the system.
Alternativ oder ergänzend wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines insbesondere metallischen Flachbauteils und/oder einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung, wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit zumindest ein insbesondere metallisches Flachbauteil aufweist, gelöst, wobei das Verfahren zumindest den Schritt umfasst, das zumindest eine Flachbauteil, insbesondere zumindest ein Flacherzeugnis des Flachbauteils, in einem Durchgangsbereich mit zumindest einer Durchgangsöffnung zu versehen, insbesondere mit zumindest einer einen zumindest im Wesentlichen gratfreien Rand aufweisenden Durchgangsöffnung zu versehen. Die voranstehend in Zusammenhang mit dem gratfreien Rand genannten Vorteile und bevorzugten Ausbildungen des gratfreien Randes übertragen sich und gelten entsprechend auch für das Verfahren. Alternatively or additionally, the object on which the invention is based is also achieved by a method for producing a flat component, in particular a metallic one, and/or a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit, the at least one fuel cell unit having at least one flat component, in particular a metallic one, the method comprising at least the step comprises providing at least one flat component, in particular at least one flat product of the flat component, with at least one through-opening in a passage area, in particular with at least one through-opening having an at least substantially burr-free edge. The advantages mentioned above in connection with the burr-free edge and preferred configurations of the burr-free edge are transferred and also apply correspondingly to the method.
Alternativ oder ergänzend wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines insbesondere metallischen Flachbauteils und einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung, wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit zumindest ein insbesondere metallisches Flachbauteil aufweist, gelöst, wobei das Verfahren zumindest den Schritt umfasst, das zumindest eine Flachbauteil, insbesondere zumindest ein Flacherzeugnis des Flachbauteils, durch Einwirkung eines Laserstrahlungsfeldes in zumindest einem Durchgangsbereich des Flachbauteils mit zumindest einer Durchgangsöffnung zu versehen. Alternatively or additionally, the object on which the invention is based is also achieved by a method for producing an in particular metallic flat component and a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit, the at least one fuel cell unit having at least one in particular metallic flat component, the method comprising at least the step to provide the at least one flat component, in particular at least one flat product of the flat component, with at least one through opening by the action of a laser radiation field in at least one passage region of the flat component.
Vorteilhafterweise wird durch die Einwirkung des Laserstrahlungsfeldes eine Durchgangsöffnung mit zumindest im Wesentlichen gratfreien Rand ausgebildet. Advantageously, a through opening with an at least substantially burr-free edge is formed by the action of the laser radiation field.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schritt des Versehens mit einer Durchgangsöffnung durch Einwirkung des Laserstrahlungsfeldes umfasst, dass an einer mit der Durchgangsöffnung zu versehenden Stelle in dem Durchgangsbereich das Laserstrahlungsfeld derart einwirkt, dass das insbesondere metallische Material des Flachbauteils, insbesondere das Material des Flacherzeugnisses, an dieser Stelle durch die Einwirkung des Laserstrahlungsfeldes verdampft, vorzugsweise dass das insbesondere metallische Material an dieser Stelle durch die Einwirkung des Laserstrahlungsfeldes sublimiert. Insbesondere kann so eine Durchgangsöffnung präzise ausgebildet und vorteilhafterweise mit einem zumindest im Wesentlichen gratfreien Rand versehen werden. It is particularly advantageous if the step of providing a through-opening through the action of the laser radiation field includes the laser radiation field acting at a point in the passage area to be provided with the through-opening in such a way that the particularly metallic material of the flat component, in particular the material of the flat product, evaporated at this point by the action of the laser radiation field, preferably that the metallic material in particular sublimates at this point by the action of the laser radiation field. In particular, such a through-opening can be formed precisely and advantageously provided with an at least substantially burr-free edge.
Insbesondere wird dadurch, dass das Material an der mit der Durchgangsöffnung zu versehenden Stelle verdampft wird, insbesondere sublimiert wird, ein Zurückbleiben von unerwünschtem Material zumindest reduziert, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gänzlich unterbunden, sodass die Durchgangsöffnung und der Rand präzise, insbesondere ohne Auswölbungen, ausgebildet werden kann. In particular, because the material is vaporized, in particular sublimated, at the point to be provided with the through-opening, unwanted material is at least reduced, preferably at least essentially completely prevented, so that the through-opening and the edge are formed precisely, in particular without bulges can be.
Vorteilhafterweise wird durch die Verdampfung des Materials, insbesondere die Sublimierung desselben, an der mit der Durchgangsöffnung zu versehenden Stelle ein Abtransport des dann gasförmigen Materials erleichtert. Advantageously, the vaporization of the material, in particular the sublimation of the same, at the point to be provided with the passage opening facilitates transport of the then gaseous material.
Insbesondere weist das Laserstrahlungsfeld eine entsprechend ausreichend große Energiedichte auf, um das insbesondere metallische Material des Flachbauteils zu verdampfen, vorzugsweise zu sublimieren. In particular, the laser radiation field has an energy density that is correspondingly high enough to vaporize, preferably sublimate, the metal material of the flat component, in particular.
Insbesondere ist als Energiedichte eine von dem Laserstrahlungsfeld pro Flächeneinheit an der zu bearbeitenden Stelle eingebrachte Energie entsprechend ausreichend groß. In particular, the energy introduced by the laser radiation field per unit area at the point to be processed is sufficiently large as the energy density.
Vorteilhafterweise hat das Laserstrahlungsfeld als Energiedichte eine entsprechend ausreichend große Leistung. Beispielsweise ist die Leistung des Laserstrahlungsfeldes mindestens 1 MW groß, insbesondere mindestens 5 MW groß, vorzugsweise mindestens 70 MW groß. Advantageously, the laser radiation field has a correspondingly high power as the energy density. For example, the power of the laser radiation field is at least 1 MW, in particular at least 5 MW, preferably at least 70 MW.
Beispielsweise ist eine Leistung des Laserstrahlungsfeldes höchstensFor example, a power of the laser radiation field is at most
6.500 MW groß, insbesondere höchstens 2.000 MW groß, insbesondere höchstens 650 MW groß. Bei einigen günstigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Laserstrahlungsfeld ein kontinuierliches, insbesondere über die Zeit kontinuierliches, Laserstrahlungsfeld ist. 6,500 MW in size, in particular at most 2,000 MW in size, in particular at most 650 MW in size. In some favorable embodiments it is provided that the laser radiation field is a continuous laser radiation field, in particular a laser radiation field that is continuous over time.
Dabei ist also insbesondere das Laserstrahlungsfeld das Laserstrahlungsfeld eines Dauerstrichlasers. In this case, the laser radiation field is in particular the laser radiation field of a continuous wave laser.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Laserstrahlungsfeld ein gepulstes Laserstrahlungsfeld ist. In particularly preferred embodiments it is provided that the laser radiation field is a pulsed laser radiation field.
Insbesondere ist mit dem gepulsten Laserstrahlungsfeld eine große Energiedichte zu erzielen. In particular, a high energy density can be achieved with the pulsed laser radiation field.
Insbesondere ist vorgesehen, dass Strahlungspulse des gepulsten Laserstrahlungsfeldes ultrakurze Pulse sind, die insbesondere ausreichend sind für die Ausbildung einer Durchgangsöffnung in dem Flacherzeugnis, welches beispielsweise eine Dicke wie voranstehend erläutert aufweist. In particular, it is provided that radiation pulses of the pulsed laser radiation field are ultra-short pulses, which are in particular sufficient for the formation of a through-opening in the flat product, which for example has a thickness as explained above.
Insbesondere sind die ultrakurzen Pulse günstig für ein Verdampfungsschneiden. In particular, the ultra-short pulses are favorable for evaporation cutting.
Insbesondere weisen Strahlungspulse des gepulsten Laserstrahlungsfeldes eine Pulsdauer von höchstens 10 ps, vorzugsweise von höchstens 1 ps auf. In particular, radiation pulses of the pulsed laser radiation field have a pulse duration of at most 10 ps, preferably at most 1 ps.
Beispielsweise weisen Strahlungspulse des gepulsten Laserstrahlungsfeldes eine Pulsdauer von mindestens 300 fs, insbesondere von mindestens 800 fs auf. Eine Pulsfrequenz des gepulsten Laserstrahlungsfeldes ist beispielsweise abhängig von der Dicke des Flacherzeugnisses und/oder einer Vorschubgeschwindigkeit des zu bearbeitenden Flachbauteils während des Herstellungsprozesses. Insbesondere wird die Pulsfrequenz in Abhängigkeit einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem zu bearbeitenden Flachbauteil und einem System von optischen Elementen zur Manipulation des Laserstrahlungsfeldes, insbesondere zur Lenkung und/oder Fokussierung desselben, gewählt. For example, radiation pulses of the pulsed laser radiation field have a pulse duration of at least 300 fs, in particular at least 800 fs. A pulse frequency of the pulsed laser radiation field is dependent, for example, on the thickness of the flat product and/or a feed rate of the flat component to be processed during the manufacturing process. In particular, the pulse frequency is selected as a function of a relative speed between the flat component to be processed and a system of optical elements for manipulating the laser radiation field, in particular for steering and/or focusing the same.
Beispielsweise beträgt die Pulsfrequenz mindestens 50 kHz. Insbesondere beträgt die Pulsfrequenz höchstens 1 MHz, beispielsweise höchstens 250 kHz. For example, the pulse frequency is at least 50 kHz. In particular, the pulse frequency is at most 1 MHz, for example at most 250 kHz.
Insbesondere ist eine Pulsenergie bei dem gepulsten Laserstrahlungsfeld mindestens 50 pJ groß, insbesondere mindestens 70 pJ groß. In particular, a pulse energy in the pulsed laser radiation field is at least 50 pJ, in particular at least 70 pJ.
Beispielsweise ist eine Pulsenergie bei dem gepulsten Laserstrahlungsfeld höchstens 2.000 pJ groß, vorzugsweise höchstens 1.000 pJ groß, insbesondere höchstens 500 pJ groß. For example, a pulse energy in the pulsed laser radiation field is at most 2,000 pJ, preferably at most 1,000 pJ, in particular at most 500 pJ.
Insbesondere weist eine Optik insbesondere als Teil des Systems von optischen Elementen, zur Fokussierung des Laserstrahlungsfeldes eine Brennweite von beispielsweise mindestens 50 mm, vorzugsweise von mindestens 70 mm und/oder von höchstens 400 mm, vorzugsweise von höchstens 150 mm auf. In particular, optics, particularly as part of the system of optical elements, for focusing the laser radiation field have a focal length of, for example, at least 50 mm, preferably at least 70 mm and/or at most 400 mm, preferably at most 150 mm.
Bei günstigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das Laserstrahlungsfeld vor einer Fokussierung aufgeweitet wird. In favorable embodiments it is provided that the laser radiation field is widened before focusing.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Laserstrahlungsfeld bei dem Auftreffen auf der zu bearbeitenden Stelle einen Fokusdurchmesser von mindestens 5 pm, insbesondere von mindestens 25 pm aufweist und/oder einen Fokusdurchmesser von höchstens 75 pm, insbesondere von höchstens 50 pm, aufweist. Besonders günstig ist es, wenn das Laserstrahlungsfeld zirkular polarisiert ist. It is particularly advantageous if the laser radiation field has a focal diameter of at least 5 μm, in particular at least 25 μm and/or a focal diameter of at most 75 μm, in particular at most 50 μm, when it strikes the point to be processed. It is particularly favorable if the laser radiation field is circularly polarized.
Insbesondere können hierdurch richtungsunabhängig gleichbleibend gute Schneidergebnisse erzielt werden. In particular, consistently good cutting results can be achieved in this way, regardless of the direction.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein System aus optischen Elementen zur Führung des Laserstrahlungsfeldes verwendet wird. Insbesondere wird das Laserstrahlungsfeld mittels des Systems aus optischen Elementen zu den verschiedenen zu bearbeitenden Stellen, welche mit einer Durchgangsöffnung versehen werden, geführt. In particularly advantageous embodiments, it is provided that a system of optical elements is used to guide the laser radiation field. In particular, the laser radiation field is guided to the various points to be processed, which are provided with a through opening, by means of the system of optical elements.
Beispielsweise umfasst das System aus optischen Elementen einen oder mehrere Spiegel zur Lenkung des Laserstrahlungsfeldes und/oder einen oder mehrere Lichtleiter, beispielsweise eine oder mehrere Rundkantfasern, zur Führung des Laserstrahlungsfeldes und/oder eine oder mehrere Linsen zur Führung und/oder Fokussierung des Laserstrahlungsfeldes. For example, the system of optical elements includes one or more mirrors for directing the laser radiation field and/or one or more light guides, for example one or more round fibers, for guiding the laser radiation field and/or one or more lenses for guiding and/or focusing the laser radiation field.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das System aus optischen Elementen eine Scanner-Optik umfasst, mittels welcher das Laserstrahlungsfeld oder zumindest Teile desselben über einen großen zu bearbeitenden Bereich an dem Flachbauteil, welcher insbesondere zumindest den zu bearbeitenden Durchgangsbereich umfasst, gescannt werden kann/können, also insbesondere das Laserstrahlungsfeld rasterartig über den zu bearbeitenden Bereich geführt werden kann. It is particularly advantageous if the system of optical elements comprises a scanner optics, by means of which the laser radiation field or at least parts thereof can be scanned over a large area to be processed on the flat component, which in particular comprises at least the passage area to be processed. ie in particular the laser radiation field can be guided in a grid-like manner over the area to be processed.
Vorteilhafterweise wird hierdurch eine schnelle und präzise Bearbeitung ermöglicht, da mittels des optischen Systems eine schnelle und flexible Führung des Laserstrahlungsfeldes ermöglicht wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Laserstrahlungsfeld beispielsweise mittels eines Strahlteilers in mehrere Teilstrahlungsfelder aufgeteilt wird und durch die mehreren Teilstrahlungsfelder mehrere zu bearbeitende Stellen an dem Flachbauteil, insbesondere in dem Durchgangsbereich, gleichzeitig bearbeitet werden, insbesondere gleichzeitig mit einer jeweiligen Durchgangsöffnung versehen werden. This advantageously enables rapid and precise processing, since the optical system enables the laser radiation field to be guided quickly and flexibly. In particular, it is provided that the laser radiation field is divided into several partial radiation fields, for example by means of a beam splitter, and several points to be processed on the flat component, in particular in the passage area, are processed simultaneously by the multiple partial radiation fields, in particular are simultaneously provided with a respective passage opening.
Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass für zumindest einige, insbesondere für sämtliche, der Teilstrahlungsfelder eine jeweilige Scanner- Optik vorgesehen ist, um die Teilstrahlungsfelder separat voneinander auf eine jeweilige zu bearbeitende Stelle lenken zu können. It is advantageously provided that a respective scanner optics is provided for at least some, in particular for all, of the partial radiation fields in order to be able to direct the partial radiation fields separately from one another to a respective point to be processed.
Insbesondere ist es günstig, wenn ein Materialaustrieb von einer zu bearbeitenden Stelle hinweg zumindest durch einen Dampfdruck des verdampften Materials zumindest unterstützt wird. In particular, it is favorable if expulsion of material from a point to be processed is at least supported at least by a vapor pressure of the vaporized material.
Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Gasströmung angewendet wird, um ein Entfernen von Material, insbesondere ein Entfernen von dem verdampften, beispielsweise sublimierten, Material, von der zumindest einen zu bearbeitenden Stelle, welche mit der zumindest einen Durchgangsöffnung versehen wird, zumindest zu unterstützen. In particularly advantageous embodiments, it is provided that a gas flow is used in order to at least facilitate removal of material, in particular removal of the vaporized, for example sublimated, material from the at least one point to be processed, which is provided with the at least one through-opening support.
Vorzugsweise wird mittels der Gasströmung ein Entfernen von Material von mehreren, insbesondere gleichzeitig bearbeiteten, Stellen zumindest unterstützt. The gas flow preferably at least supports the removal of material from a plurality of locations, in particular those that are processed simultaneously.
Vorzugsweise wird mittels der Gasströmung das verdampfte Material abtransportiert. Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mittels zumindest eines Teils der Gasströmung das Material von der zu bearbeitenden Stelle weggeblasen wird. The vaporized material is preferably transported away by means of the gas flow. In some advantageous embodiments it is provided that the material is blown away from the point to be processed by means of at least part of the gas flow.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass mittels zumindest eines Teils der Gasströmung das Material von der zu bearbeitenden Stelle abgesaugt wird. In some advantageous embodiments it is provided that the material is sucked off from the point to be processed by means of at least part of the gas flow.
Insbesondere wird zumindest ein Teil der Gasströmung verwendet, um zu verhindern, dass das verdampfte Material von der zu bearbeitenden Stelle die optischen Elemente zur Führung des Laserstrahlungsfeldes erreicht und so vorteilhafterweise eine Verschmutzung derselben verhindert wird. In particular, at least part of the gas flow is used to prevent the vaporized material from the point to be processed from reaching the optical elements for guiding the laser radiation field and thus advantageously preventing contamination of the same.
Vorteilhafterweise ist ein Entfernen des Materials dadurch erleichtert, dass das Material verdampft ist und somit gasförmig vorliegt, sodass das Material durch die Gasströmung einfacher zu entfernen ist und die Gasströmung flexibler auf die zu bearbeitende Stelle oder die zu bearbeitenden Stellen gerichtet werden kann. Removal of the material is advantageously facilitated by the fact that the material has evaporated and is therefore present in gaseous form, so that the material can be removed more easily by the gas flow and the gas flow can be directed more flexibly onto the point or points to be processed.
Insbesondere ist bei einigen Ausführungsformen vorgesehen, dass die Gasströmung schräg zu der Oberfläche der Flachseite an der zu bearbeitenden Stelle verläuft. In particular, some embodiments provide for the gas flow to run obliquely to the surface of the flat side at the point to be processed.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Bereich des Flachbauteils von der Gasströmung erfasst wird, wobei dieser erfasste Bereich mehrere zu bearbeitende Stellen umfasst und wobei insbesondere verschiedene Teilstrahlungsfelder des Laserstrahlungsfeldes auf verschiedene Stellen in dem erfassten Bereich einwirken. Insbesondere wird der erfasste Bereich von der Gasströmung angeströmt und/oder strömt die Gasströmung von diesem erfassten Bereich hinweg. Insbesondere ist ein solches großflächiges Erfassen eines Bereiches durch die Gasströmung ermöglicht, da das zu entfernende Material verdampft wird und somit eine großflächig einwirkende Gasströmung ausreichend ist, um dieses Material zu entfernen. It is particularly advantageous if an area of the flat component is covered by the gas flow, with this covered area comprising a number of points to be processed and with different partial radiation fields of the laser radiation field acting on different points in the covered area. In particular, the gas flow flows against the detected area and/or the gas flow flows away from this detected area. In particular, such a large-area detection of an area by the gas flow is made possible since the material to be removed is vaporized and thus a gas flow acting over a large area is sufficient to remove this material.
Vorteilhafterweise unterstützt das großflächige Erfassen eines Bereiches durch die Gasströmung das gleichzeitige Bearbeiten mehrerer Stellen, sodass das Versehen des Durchgangsbereichs mit mehreren Durchgangsöffnungen schneller erfolgen kann. Advantageously, the large-area covering of an area by the gas flow supports the simultaneous processing of a number of points, so that the passage area can be provided with a number of passage openings more quickly.
Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Führen des Laserstrahlungsfeldes und beispielsweise von dessen Teilstrahlungsfeldern, vorzugsweise durch die optischen Elemente des Systems, unabhängig von einer Führung und/oder Orientierung der Gasströmung erfolgt. In particular, it is provided that the laser radiation field and, for example, its partial radiation fields are guided, preferably by the optical elements of the system, independently of a guidance and/or orientation of the gas flow.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Gasströmung, insbesondere zumindest ein Großteil der Gasströmung, schräg zu einer Propagationsrichtung des Laserstrahlungsfeldes und insbesondere schräg zu den Propagationsrichtungen der Teilstrahlungsfelder, verläuft. Some advantageous embodiments provide that at least part of the gas flow, in particular at least a large part of the gas flow, runs obliquely to a propagation direction of the laser radiation field and in particular obliquely to the propagation directions of the partial radiation fields.
Insbesondere umfasst das Verfahren des Weiteren zumindest den Schritt eines Prägens zumindest eines Flacherzeugnisses, vorzugsweise eines Rollprägens des Flacherzeugnisses. In particular, the method also includes at least the step of embossing at least one flat product, preferably roll embossing of the flat product.
Vorzugsweise wird dabei zumindest ein geprägter Abschnitt, vorteilhafterweise eine Kanalstruktur, wie voranstehend erläutert, in das Flacherzeugnis eingeprägt. Insbesondere wird zumindest einer der eingeprägten Abschnitte mit zumindest einer Durchgangsöffnung in zumindest einem Durchgangsbereich, vorteilhafterweise wie voranstehend erläutert, versehen. At least one embossed section, advantageously a channel structure, as explained above, is preferably embossed into the flat product. In particular, at least one of the embossed sections is provided with at least one passage opening in at least one passage area, advantageously as explained above.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen wird zumindest ein von dem Prägen zumindest im Wesentlichen nicht bearbeiteter Abschnitt mit zumindest einer Durchgangsöffnung in zumindest einem Durchgangsbereich, vorteilhafterweise wie voranstehend erläutert, versehen. In some favorable embodiments, at least one section that is at least essentially not processed by the embossing is provided with at least one through opening in at least one through area, advantageously as explained above.
Bei günstigen Ausführungsformen ist insbesondere vorgesehen, dass das Verfahren des Weiteren zumindest ein Fügen zumindest eines Flacherzeugnisses des Flachbauteils mit zumindest einer weiteren Komponente umfasst. In favorable embodiments, it is provided in particular that the method also includes at least one joining of at least one flat product of the flat component with at least one other component.
Vorzugsweise umfasst das Fügen des zumindest einen Flacherzeugnisses mit zumindest einer weiteren Komponente ein Verschweißen, insbesondere mittels Laserschweißen, des zumindest einen Flacherzeugnisses mit der zumindest einen weiteren Komponente. The joining of the at least one flat product to at least one further component preferably includes welding, in particular by means of laser welding, of the at least one flat product to the at least one further component.
Insbesondere ist die zumindest eine weitere Komponente, mit welcher das zumindest eine Flacherzeugnis gefügt, insbesondere verschweißt, wird, ein weiteres Flacherzeugnis. In particular, the at least one further component with which the at least one flat product is joined, in particular welded, is a further flat product.
Bei einigen günstigen Ausführungsformen wird in einem weiteren Schritt das Flachbauteil mit zumindest einem weiteren Bauteil verbunden, beispielsweise werden diese Bauteile miteinander befestigt. Beispielsweise ist das weitere Bauteil, insbesondere bei einem als eine Bipolarplatte ausgebildeten Flachbauteil, ein Membranbauteil, insbesondere wie voranstehend erläutert. Insbesondere wird das zumindest eine Flachbauteil mit dem zumindest einen weiteren Bauteil zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden, wobei insbesondere eine Dichtung beispielsweise angespritzt wird und/oder eine Dichtschnur umfasst und/oder zumindest teilweise durch Siebdruck aufgebracht ist. In some advantageous embodiments, the flat component is connected to at least one other component in a further step, for example these components are fastened to one another. For example, the further component, in particular in the case of a flat component designed as a bipolar plate, is a membrane component, in particular as explained above. In particular, the at least one flat component is connected to the at least one other component at least in sections in a fluid-tight manner, with a seal in particular being injection-molded on and/or comprising a sealing cord and/or being applied at least partially by screen printing.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren zumindest einen Schritt zum Versehen der Brennstoffzellenvorrichtung und/oder des Flachbauteils mit einem oder mehreren Merkmalen, die voranstehend in Zusammenhang mit der Brennstoffzellenvorrichtung und/oder dem Flachbauteil erläutert wurden. In advantageous embodiments, the method comprises at least one step for providing the fuel cell device and/or the flat component with one or more features that were explained above in connection with the fuel cell device and/or the flat component.
Alternativ oder ergänzend wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch eine Anlage zum Herstellen eines insbesondere metallischen Flachbauteils und/oder einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung, wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit zumindest ein insbesondere metallisches Flachbauteil aufweist, gelöst, wobei die Anlage zumindest eine Laserstrahlungseinrichtung zum Versehen des Flachbauteils mit zumindest einer Durchgangsöffnung aufweist. Alternatively or additionally, the object on which the invention is based is also achieved by a system for producing a flat component, in particular a metal one, and/or a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit, the at least one fuel cell unit having at least one flat component, in particular a metal one, the system being at least one laser radiation device for providing the flat component with at least one through-opening.
Insbesondere kann so mittels der Anlage das Flachbauteil mittels eines von der Laserstrahlungseinrichtung bereitgestellten Laserstrahlungsfeldes mit zumindest einer Durchgangsöffnung versehen werden und insbesondere übertragen sich die voranstehend erläuterten Vorteile bezüglich des Versehens mit zumindest einer Durchgangsöffnung durch ein Laserstrahlungsfeld so auch entsprechend auf die Anlage. In particular, the system can be used to provide the flat component with at least one through-opening using a laser radiation field provided by the laser radiation device, and in particular the advantages explained above with regard to providing at least one through-opening through a laser radiation field are also transferred accordingly to the system.
Insbesondere umfasst eine Maschinenstation der Anlage die Laserstrahlungseinrichtung. Vorteilhafterweise ist die Anlage derart ausgebildet, dass mit dieser ein Flachbauteil und eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einem oder mehreren Merkmalen wie voranstehend erläutert hergestellt werden kann und die Anlage umfasst hierfür die erforderlichen Einrichtungen. In particular, a machine station of the system includes the laser radiation device. The system is advantageously designed in such a way that it can be used to produce a flat component and a fuel cell device with one or more features as explained above, and the system includes the necessary devices for this.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anlage ausgebildet ist, um ein Flachbauteil und eine Brennstoffzellenvorrichtung gemäß einem Verfahren mit einem oder mehreren der voranstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Merkmalen herstellen kann und die Anlage umfasst hierfür die erforderlichen Einrichtungen. It is particularly advantageous if the system is designed to be able to produce a flat component and a fuel cell device using a method with one or more of the features explained above in connection with the method, and the system includes the necessary devices for this.
Insbesondere übertragen sich dabei entsprechend die im Zusammenhang mit dem Flachbauteil und der Brennstoffzellenvorrichtung und/oder mit dem Verfahren erläuterten Vorteile auch auf die Anlage. In particular, the advantages explained in connection with the flat component and the fuel cell device and/or with the method are also correspondingly transferred to the system.
Insbesondere umfasst die Laserstrahlungseinrichtung zumindest eine Strahlungsfeldquelle zur Bereitstellung eines Laserstrahlungsfeldes. In particular, the laser radiation device comprises at least one radiation field source for providing a laser radiation field.
Vorteilhafterweise umfasst die Laserstrahlungseinrichtung ein System von optischen Elementen zur Führung eines insbesondere von der Strahlungsfeldquelle bereitgestellten Laserstrahlungsfeldes. The laser radiation device advantageously comprises a system of optical elements for guiding a laser radiation field provided in particular by the radiation field source.
Vorteilhafterweise umfasst das System von optischen Elementen der Laserstrahlungseinrichtung zumindest ein einstellbares optisches Element, also beispielsweise genau ein einstellbares optisches Element oder vorteilhafterweise mehrere einstellbare optische Elemente, zur Führung des Laserstrahlungsfeldes. Advantageously, the system of optical elements of the laser radiation device comprises at least one adjustable optical element, ie for example exactly one adjustable optical element or advantageously several adjustable optical elements, for guiding the laser radiation field.
Beispielsweise ist ein einstellbares optisches Element oder sind mehrere einstellbare optische Elemente jeweils ein in seiner Position und/oder Ausrichtung einstellbarer Spiegel. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Lasereinrichtung zumindest einen Strahlteiler zum Aufteilen des Laserstrahlungsfeldes in mehrere Teilstrahlungsfelder aufweist. For example, an adjustable optical element or several adjustable optical elements are each a mirror whose position and/or orientation can be adjusted. Provision is preferably made for the laser device to have at least one beam splitter for dividing the laser radiation field into a plurality of partial radiation fields.
Besonders günstig ist es, wenn das System von optischen Elementen derart ausgebildet ist, dass die mehreren Teilstrahlungsfelder separat voneinander geführt und insbesondere auf unterschiedliche zu bearbeitende Stellen gelenkt werden können. It is particularly favorable if the system of optical elements is designed in such a way that the several partial radiation fields can be guided separately from one another and, in particular, directed to different locations to be processed.
Besonders günstig ist es, wenn zumindest einige der insbesondere einstellbaren optischen Elemente des Systems eine Scanner-Optik für das Laserstrahlungsfeld und/oder für ein oder mehrere Teilstrahlungsfelder des Laserstrahlungsfeldes ausbilden. It is particularly favorable if at least some of the in particular adjustable optical elements of the system form scanner optics for the laser radiation field and/or for one or more partial radiation fields of the laser radiation field.
Beispielsweise umfasst das System von optischen Elementen mehrere Scanner-Optiken für die mehreren Teilstrahlungsfelder, insbesondere für jeweils ein Teilstrahlungsfeld eine jeweilige Scanner-Optik. For example, the system of optical elements comprises a plurality of scanner optics for the plurality of partial radiation fields, in particular a respective scanner optic for each partial radiation field.
Vorteilhafterweise ist die Laserstrahlungseinrichtung derart ausgebildet, dass ein von dieser bereitgestelltes Laserstrahlungsfeld so konfiguriert ist, insbesondere dass Teilstrahlungsfelder des Laserstrahlungsfeldes so konfiguriert sind, dass bei einem Einwirken des Strahlungsfeldes auf eine zu bearbeitende Stelle des Flachbauteils das Material an dieser Stelle verdampft, insbesondere sublimiert. The laser radiation device is advantageously designed in such a way that a laser radiation field provided by it is configured in such a way, in particular that partial radiation fields of the laser radiation field are configured in such a way that when the radiation field acts on a point on the flat component to be processed, the material at this point vaporizes, in particular sublimates.
Bezüglich vorteilhafter Merkmale des bereitgestellten Laserstrahlungsfeldes und/oder der Teilstrahlungsfelder wird auf die voranstehenden Erläuterungen im Zusammenhang mit dem Verfahren vollinhaltlich verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden. Bei vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Anlage eine Gasströmungseinrichtung umfasst, wobei insbesondere die Maschinenstation mit der Laserstrahlungseinrichtung die Gasströmungseinrichtung umfasst, wobei mittels der Gasströmungseinrichtung eine Gasströmung bereitgestellt wird, welche auf die zu bearbeitende Stelle an dem Flachbauteil einwirkt. With regard to advantageous features of the laser radiation field provided and/or the partial radiation fields, reference is made to the full content of the above explanations in connection with the method in order to avoid repetition. In advantageous embodiments, it is provided that the system includes a gas flow device, in particular the machine station with the laser radiation device including the gas flow device, with the gas flow device providing a gas flow which acts on the point to be machined on the flat component.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Gasströmungseinrichtung zumindest eine Gasdüse zur Bereitstellung einer zumindest eine zu bearbeitende Stelle an dem Flachbauteil anströmende Gasströmung aufweist. Provision is advantageously made for the gas flow device to have at least one gas nozzle for providing a gas flow which flows against at least one point to be processed on the flat component.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die von der Gasdüse bereitgestellte Gasströmung einen Bereich an dem Flachbauteil erfasst, welcher mehrere zu bearbeitende Stellen umfasst. It is particularly advantageous if the gas flow provided by the gas nozzle covers an area on the flat component which includes a number of points to be processed.
Insbesondere kann so mit der Gasströmung aus der Gasdüse Material von der zumindest einen zu bearbeitenden Stelle entfernt werden, beispielsweise weggeblasen werden. In particular, material can be removed from the at least one point to be processed with the gas flow from the gas nozzle, for example blown away.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Gasströmungseinrichtung zumindest eine Absaugvorrichtung zum Absaugen einer Gasströmung von zumindest einer zu bearbeitenden Stelle an dem Flachbauteil umfasst. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die von der Absaugvorrichtung abgesaugte Gasströmung auf einen Bereich an dem Flachbauteil einwirkt, welcher mehrere zu bearbeitende Stellen umfasst. In preferred embodiments it is provided that the gas flow device comprises at least one suction device for sucking off a gas flow from at least one point to be processed on the flat component. It is particularly advantageous if the gas flow sucked off by the suction device acts on an area on the flat component which comprises a plurality of points to be machined.
Somit kann insbesondere mittels der Absaugvorrichtung und der absaugenden Gasströmung Material von der zumindest einen zu bearbeitenden Stelle entfernt werden, insbesondere abgesaugt werden. Bezüglich vorteilhafter Ausführungen der Gasströmung und Vorteile hiervon wird auf die voranstehenden Ausführungen hierzu im Zusammenhang mit dem Flachbauteil und der Brennstoffzellenvorrichtung und/oder dem Verfahren vollinhaltlich Bezug genommen, um Wiederholungen zu vermeiden und vorteilhafterweise ist die Gasströmungseinrichtung, insbesondere die zumindest eine Gasdüse und/oder die zumindest eine Absaugvorrichtung, ausgebildet, um eine Gasströmung in einem oder mehreren der voranstehend erläuterten vorteilhaften Merkmalen bereitzustellen. Thus, material can be removed from the at least one point to be processed, in particular sucked off, in particular by means of the suction device and the suction gas flow. With regard to advantageous embodiments of the gas flow and advantages thereof, reference is made in full to the above statements in connection with the flat component and the fuel cell device and/or the method in order to avoid repetition and advantageously the gas flow device, in particular the at least one gas nozzle and/or the at least one suction device, designed to provide a gas flow in one or more of the advantageous features explained above.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die von der Gasströmungseinrichtung bereitgestellte Gasströmung schräg zu einer Oberfläche der Flachseite an der zu bearbeitenden Stelle auf diese einwirkt. For example, it is provided that the gas flow provided by the gas flow device acts on the flat side at an angle to a surface of the flat side at the location to be processed.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Laserstrahlungseinrichtung und die Gasströmungseinrichtung derart ausgebildet sind, dass das Laserstrahlungsfeld und insbesondere seine Teilstrahlungsfelder unabhängig von der Gasströmung geführt und insbesondere auf die zumindest eine zu bearbeitende Stelle gelenkt werden kann/können. It is particularly advantageous if the laser radiation device and the gas flow device are designed in such a way that the laser radiation field and in particular its partial radiation fields can be guided independently of the gas flow and in particular directed to the at least one point to be processed.
Insbesondere ist so eine Propagation des Laserstrahlungsfeldes und/oder der Teilströmungsfelder unabhängig von der Gasströmung und insbesondere der Orientierung und/oder dem Verlauf der Gasströmung, einstellbar. In particular, a propagation of the laser radiation field and/or the partial flow fields can be set independently of the gas flow and in particular the orientation and/or the course of the gas flow.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die von der Gasströmungseinrichtung bereitgestellte Gasströmung schräg zu einer Propagationsrichtung des von der Laserstrahlungseinrichtung bereitgestellten Laserstrahlungsfeldes und insbesondere von dessen Teilstrahlungsfeldern strömt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anlage eine Prägevorrichtung zum Prägen des Flachbauteils umfasst, wobei insbesondere mit der Prägevorrichtung zumindest ein Flacherzeugnis des Flachbauteils geprägt wird. For example, it is provided that the gas flow provided by the gas flow device flows obliquely to a propagation direction of the laser radiation field provided by the laser radiation device and in particular of its partial radiation fields. It is particularly advantageous if the system comprises an embossing device for embossing the flat component, at least one flat product of the flat component being embossed in particular with the embossing device.
Insbesondere kann so mittels der Anlage das Flachbauteil, insbesondere zumindest ein Flacherzeugnis, geprägt werden, vorzugsweise mit einem oder mehreren der voranstehend im Zusammenhang mit dem Prägen erläuterten vorteilhaften Merkmalen. In particular, the flat component, in particular at least one flat product, can be embossed by means of the system, preferably with one or more of the advantageous features explained above in connection with embossing.
Bei einigen besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Maschinenstation mit der Laserstrahlungseinrichtung auch die Prägevorrichtung umfasst. In some particularly advantageous embodiments, it is provided that the machine station with the laser radiation device also includes the embossing device.
Somit erfolgt vorteilhafterweise an der gleichen Maschinenstation das Prägen und das Versehen des Durchgangsbereichs mit zumindest einer Durchgangsöffnung. The embossing and the provision of the passage area with at least one passage opening are thus advantageously carried out at the same machine station.
Insbesondere ist es durch die vorteilhafte Ausbildung der Laserstrahlungseinrichtung, beispielsweise des Führens des Laserstrahlungsfeldes mittels des Systems von optischen Elementen und/oder dem Verdampfungsschneiden mittels des Laserstrahlungsfeldes, ermöglicht, die Herstellungsschritte des Prägens und Versehens mit zumindest einer Durchgangsöffnung an einer gleichen Maschinenstation durch die entsprechenden Einrichtungen im Wesentlichen ohne einen zeitlichen Verzug vorzunehmen. In particular, the advantageous design of the laser radiation device, for example guiding the laser radiation field by means of the system of optical elements and/or vaporization cutting by means of the laser radiation field, makes it possible to carry out the production steps of embossing and providing at least one through opening at the same machine station using the corresponding devices essentially without delay.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Anlage zumindest ein zusätzliches Lasersystem umfasst, also insbesondere die Laserstrahlungseinrichtung und zusätzlich das zumindest eine zusätzliche Lasersystem umfasst, wobei das zusätzliche Lasersystem zum Verschweißen von Komponenten ausgebildet ist, insbesondere zum Verschweißen zumindest eines Flacherzeugnisses mit mindestens einer weiteren Komponente, vorzugsweise mit zumindest einem weiteren Flacherzeugnis, ausgebildet ist. Bei einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Maschinenstation mit der Laserstrahlungseinrichtung auch das zumindest eine zusätzliche Lasersystem umfasst. In particularly preferred embodiments, it is provided that the system comprises at least one additional laser system, i.e. in particular the laser radiation device and also the at least one additional laser system, with the additional laser system being designed for welding components, in particular for welding at least one flat product to at least one other Component, preferably with at least one other flat product is formed. In some particularly preferred embodiments, it is provided that the machine station with the laser radiation device also includes the at least one additional laser system.
Somit erfolgt vorteilhafterweise an der einen gleichen Maschinenstation mit der Laserstrahlungseinrichtung in zumindest einem Durchgangsbereich des Flachbauteils ein Versehen mit zumindest einer Durchgangsöffnung und mittels dem zusätzlichen Lasersystem das Verschweißen von Komponenten, insbesondere von Flacherzeugnissen, des Flachbauteils Thus, advantageously at the same machine station with the laser radiation device, at least one passage opening is provided in at least one passage area of the flat component and components, in particular flat products, of the flat component are welded by means of the additional laser system
Insbesondere ist es durch die vorteilhafte Ausbildung der Laserstrahlungseinrichtung, insbesondere durch die Führung des Laserstrahlungsfeldes und beispielsweise von dessen Teilstrahlungsfeldern mittels des Systems von optischen Elementen und/oder durch das Verdampfungsschneiden, ermöglicht, dass an derselben Maschinenstation die Herstellungsschritte des Versehens mit genau einer Durchgangsöffnung oder vorzugsweise mit mehreren Durchgangsöffnungen mittels der Laserstrahlungseinrichtung und das Verschweißen der Komponenten zumindest im Wesentlichen ohne zeitlichen Verzug erfolgen können. In particular, the advantageous design of the laser radiation device, in particular the guidance of the laser radiation field and, for example, its partial radiation fields by means of the system of optical elements and/or by evaporation cutting, makes it possible for the manufacturing steps of providing exactly one through opening or preferably with a plurality of passage openings by means of the laser radiation device and the welding of the components can take place at least essentially without a time delay.
Insbesondere umfasst die Anlage mehrere Maschinenstationen. In particular, the system includes several machine stations.
Insbesondere ist dabei zumindest eine Zuführvorrichtung vorgesehen, mittels welcher zumindest einer Maschinenstation ein zu bearbeitendes Werkstück oder mehrere zu bearbeitende Werkstücke zugeführt wird/werden. In particular, at least one feed device is provided, by means of which at least one machine station is/are fed a workpiece to be machined or a plurality of workpieces to be machined.
Insbesondere umfasst die Maschinenstation mit der Lasereinrichtung, eine Zuführvorrichtung insbesondere zur Zuführung zumindest des Flacherzeugnisses von einer voran angeordneten Maschinenstation oder von einem Speicher des Materials des zumindest einen Flacherzeugnisses. Insbesondere ist zumindest eine Weitergabevorrichtung vorgesehen, mittels welcher von einer Maschinenstation zu einer weiteren Maschinenstation das zu bearbeitende Werkstück, insbesondere das Flachbauteil oder Komponenten desselben, weitergeführt wird. In particular, the machine station with the laser device comprises a feeding device, in particular for feeding at least the flat product from a machine station arranged upstream or from a storage facility for the material of the at least one flat product. In particular, at least one transfer device is provided, by means of which the workpiece to be machined, in particular the flat component or components thereof, is conveyed from one machine station to another machine station.
Insbesondere umfasst auch die Maschinenstation mit der Lasereinrichtung eine Weitergabevorrichtung. In particular, the machine station with the laser device also includes a transfer device.
Voranstehend und nachstehend sind Merkmale, welche als insbesondere und/oder günstigerweise und/oder vorteilhafterweise und/oder beispielsweise und/oder als bevorzugt und/oder dergleichen vorgesehen beschrieben werden, optionale Merkmale, welche insbesondere erfinderische Weiterentwicklungen der Grundidee der Erfindung darstellen, aber für den grundsätzlichen Erfolg der Erfindung nicht wesentlich sind. Above and below, features that are described as particularly and/or favorably and/or advantageously and/or for example and/or as preferred and/or the like are optional features that particularly represent inventive developments of the basic idea of the invention, but for the fundamental success of the invention are not essential.
Voranstehend und nachfolgend ist unter der Formulierung zumindest im Wesentlichen im Zusammenhang mit einer Angabe insbesondere zu verstehen, dass technisch irrelevante und/oder technisch bedingte Abweichungen von der zumindest im Wesentlichen angegebenen Angabe mit umfasst sind. Above and below, the wording at least essentially in connection with an indication is to be understood in particular as meaning that technically irrelevant and/or technically caused deviations from the at least essentially stated indication are also included.
Voranstehend und nachfolgend ist unter der Formulierung zumindest näherungsweise im Zusammenhang mit einem Merkmal insbesondere zu verstehen, dass dieses Merkmal zumindest im Wesentlichen angegeben ist und/oder dass Abweichungen, beispielsweise von dem angegebenen Wert und/oder einer angegebenen Richtung, von bis zu ± 20%, vorzugsweise von bis zu ± 10%, insbesondere von bis zu ± 5%, von der zumindest näherungsweise angegebenen Angabe mit umfasst sind. Above and below, the wording at least approximately in connection with a feature is to be understood in particular as meaning that this feature is at least essentially specified and/or that deviations, for example from the specified value and/or a specified direction, of up to ± 20% , preferably of up to ± 10%, in particular of up to ± 5%, are also included in the at least approximately specified information.
Vorzugsweise sind Abweichungen von bis zu 10°, insbesondere von bis zu 5°, beispielsweise von bis zu 1° von einer zumindest näherungsweise und/oder im Wesentlichen angegebenen Richtung mit umfasst. Die vorstehende Beschreibung erfindungsgemäßer Lösungen umfasst somit insbesondere die durch die nachfolgenden durchnummerierten Ausführungsformen definierten verschiedenen Merkmalskombinationen: Deviations of up to 10°, in particular of up to 5°, for example of up to 1°, from an at least approximately and/or essentially indicated direction are preferably included. The above description of solutions according to the invention thus includes in particular the various feature combinations defined by the following numbered embodiments:
1. Brennstoffzellenvorrichtung (100) umfassend zumindest eine zumindest ein metallisches Flachbauteil (142) aufweisende Brennstoffzelleneinheit (110), wobei das Flachbauteil (142) in einem Durchgangsbereich (212) zumindest eine Durchgangsöffnung (214), also genau eine Durchgangsöffnung (214) oder mehrere Durchgangsöffnungen (214), aufweist und ein Rand (224) zumindest einer Durchgangsöffnung (214) zumindest im Wesentlichen gratfrei ist. 1. Fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110) having at least one metallic flat component (142), wherein the flat component (142) has at least one through-opening (214), i.e. exactly one through-opening (214) or more, in a passage region (212). Has through-openings (214), and an edge (224) of at least one through-opening (214) is at least essentially free of burrs.
2. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Ausführungsform 1, wobei bei einer Durchgangsöffnung (214) mit zumindest im Wesentlichen gratfreiem Rand (224) eine einen Durchgangsfreiraum (222) begrenzende Randfläche (234) eine Rauigkeit, insbesondere eine gemittelte Rautiefe (Rz), von höchstens2. Fuel cell device (100) according to embodiment 1, wherein in the case of a through-opening (214) with an at least substantially burr-free edge (224), an edge surface (234) delimiting a through-hole free space (222) has a roughness, in particular an average peak-to-valley height (Rz), of at most
20 |jm, insbesondere von höchstens 10 |jm, aufweist. 20 |jm, in particular at most 10 |jm.
3. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei bei einer Durchgangsöffnung (214) mit zumindest im Wesentlichen gratfreiem Rand (224) die Durchgangsöffnung (214) im Wesentlichen frei von in ihren Durchgangsfreiraum (222) hineinragenden Materialrückständen ist. 3. Fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein in the case of a through-opening (214) with an at least essentially burr-free edge (224), the through-opening (214) is essentially free of material residues protruding into its free passage space (222).
4. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei eine zumindest im Wesentlichen gratfreie Durchgangsöffnung (214) zumindest im Wesentlichen keine zumindest näherungsweise in Richtung einer Normalen ihrer Randfläche (234) in ihren Durchgangsfreiraum (222) hervorstehende Auswölbungen (246') aufweist, wobei die Auswölbungen insbesondere zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Verlaufsrichtung der Randfläche (234) und einer Durchgangsrichtung (218) der Durchgangsöffnung (214) sich erstrecken. 5. Brennstoffzellenvorrichtung (100), insbesondere nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, umfassend zumindest eine zumindest ein metallisches Flachbauteil (142) aufweisende Brennstoffzelleneinheit (110), wobei das Flachbauteil (142) in einem Durchgangsbereich (212) zumindest eine Durchgangsöffnung (214) aufweist und bei zumindest einer Durchgangsöffnung (214) eine einen Durchgangsfreiraum (222) dieser Durchgangsöffnung (214) begrenzende Randfläche (234) in Richtung einer Durchgangsrichtung (218) dieser Durchgangsöffnung (214) sich mit einer Abweichung von höchstens 10°, insbesondere von höchstens 5°, von dieser Durchgangsrichtung (218) erstreckt. 4. The fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein an at least substantially burr-free passage opening (214) has at least substantially no bulges (246') protruding at least approximately in the direction of a normal to its edge surface (234) into its passage free space (222). , wherein the bulges extend in particular at least approximately perpendicularly to a direction of extent of the edge surface (234) and a through-direction (218) of the through-opening (214). 5. Fuel cell device (100), in particular according to one of the preceding embodiments, comprising at least one fuel cell unit (110) having at least one metallic flat component (142), wherein the flat component (142) has at least one through-opening (214) in a passage area (212) and in the case of at least one through-opening (214), an edge surface (234) delimiting a through-opening space (222) of this through-opening (214) in the direction of a through-through direction (218) of this through-opening (214) with a deviation of at most 10°, in particular at most 5°, from this passage direction (218).
6. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest bei einer Durchgangsöffnung (214) im Durchgangsbereich (212) zumindest eine ihrer quer zu der Durchgangsrichtung (218) gemessene Ausdehnungsdimension, insbesondere eine kleinere Ausdehnungsdimension von zwei quer zu der Durchgangsrichtung (218) gemessenen Ausdehnungsdimensionen, kleiner ist als 200 qm, insbesondere kleiner ist als 100 qm, insbesondere kleiner ist als 50 qm, insbesondere kleiner ist als 30 qm. 6. The fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein at least one through-opening (214) in the through-section (212) has at least one of its expansion dimensions measured transversely to the through-flow direction (218), in particular a smaller expansion dimension of two transverse to the through-flow direction (218 ) measured expansion dimensions, is less than 200 square meters, in particular is less than 100 square meters, in particular is less than 50 square meters, in particular is less than 30 square meters.
7. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest eine Durchgangsöffnung (214) in dem Durchgangsbereich (212) als Langloch oder als Rundloch ausgebildet ist und/oder zumindest eine Durchgangsöffnung (214) eine zumindest im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist. 7. The fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein at least one through-opening (214) in the through-section (212) is designed as a slot or as a round hole and/or at least one through-opening (214) has an at least essentially rectangular cross-sectional shape.
8. Brennstoffzellenvorrichtung (100), insbesondere nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, umfassend zumindest eine ein metallisches Flachbauteil (142) aufweisende Brennstoffzelleneinheit (110), wobei das Flachbauteil (142) mindestens einen Durchgangsbereich (212) aufweist, der perforiert ist, wobei insbesondere die die Perforation ausbildenden Durchgangsöffnungen (214) in dem Durchgangsbereich (212) eines oder mehrere Merkmale der voranstehenden Ausführungsformen aufweisen. 9. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei der zumindest eine perforierte Durchgangsbereich (212) eine Vielzahl von höchstens 50 pm großen, insbesondere von höchstens 30 pm großen Durchgangsöffnungen (214) aufweist. 8. Fuel cell device (100), in particular according to one of the preceding embodiments, comprising at least one fuel cell unit (110) having a metallic flat component (142), wherein the flat component (142) has at least one passage region (212) which is perforated, wherein in particular the the through openings (214) forming the perforation in the through area (212) have one or more features of the preceding embodiments. 9. The fuel cell device (100) according to the preceding embodiment, wherein the at least one perforated passage area (212) has a large number of passage openings (214) with a maximum size of 50 μm, in particular with a maximum size of 30 μm.
10. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Flachbauteil (142) zumindest im Wesentlichen aus genau einem insbesondere metallischen Flacherzeugnis (162) oder aus mehreren insbesondere metallischen Flacherzeugnissen (162) ausgebildet ist, wobei insbesondere ein Flacherzeugnis (162) des Flachbauteils (142) zumindest im Wesentlichen eine Dicke von mindestens 30 pm, insbesondere von mindestens 50 pm, und/oder von höchstens 250 pm, insbesondere von höchstens 150 pm, aufweist. 10. The fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein the flat component (142) is formed at least essentially from precisely one flat product (162), in particular metal, or from a plurality of flat products (162), in particular metal, with one flat product (162) in particular being Flat component (142) at least essentially has a thickness of at least 30 μm, in particular at least 50 μm, and/or at most 250 μm, in particular at most 150 μm.
11. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Flachbauteil (142) ein Blechbauteil ist und insbesondere das Flacherzeugnis ein Blech ist. 11. Fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein the flat component (142) is a sheet metal component and in particular the flat product is a sheet metal.
12. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Flachbauteil (142) zumindest einen geprägten Abschnitt aufweist, und der zumindest eine Durchgangsbereich (212) in dem zumindest einen geprägten Abschnitt angeordnet ist. 12. The fuel cell device (100) according to any one of the preceding embodiments, wherein the flat component (142) has at least one embossed section, and the at least one passage area (212) is arranged in the at least one embossed section.
13. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest ein Flacherzeugnis (162) des Flachbauteils (142) sich in zumindest einem Abschnitt, insbesondere einem geprägten Abschnitt, lokal schräg zu einer flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils (142) erstreckt. 13. The fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein at least one flat product (162) of the flat component (142) extends in at least one section, in particular an embossed section, locally obliquely to a surface extension of the flat component (142).
14. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest ein Durchgangsbereich (212) in einem sich lokal schräg zu einer flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils (142) erstreckenden Abschnitt angeordnet ist. 15. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest ein Durchgangsbereich (212) in einem sich lokal zumindest im Wesentlichen parallel zu einer flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils (142) erstreckenden Abschnitt angeordnet ist. 14. The fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein at least one passage area (212) is arranged in a section that locally extends obliquely to a surface-related extent of the flat component (142). 15. The fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein at least one passage region (212) is arranged in a section that locally extends at least substantially parallel to a surface extension of the flat component (142).
16. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Flachbauteil (142) einen Fluidführungsabschnitt oder mehrere Fluidführungsabschnitte umfasst. 16. The fuel cell device (100) according to any one of the preceding embodiments, wherein the flat component (142) comprises a fluid conducting section or a plurality of fluid conducting sections.
17. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zumindest ein Fluidführungsabschnitt zumindest teilweise in zumindest einem Flacherzeugnis (162) ausgeformt ist. 17. The fuel cell device (100) according to any one of the preceding embodiments, wherein at least one fluid guiding section is formed at least partially in at least one flat product (162).
18. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei der zumindest eine Durchgangsbereich (212) sich an zumindest einen Fluidführungsabschnitt anschließt. 18. Fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein the at least one passage area (212) adjoins at least one fluid conducting section.
19. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das Flachbauteil (142) eine Bipolarplatte ist. 19. Fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein the flat component (142) is a bipolar plate.
20. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zwei insbesondere als Bipolarplatte ausgebildete Flachbauteile (142) insbesondere zusammen mit einem zwischen den zwei Flachbauteilen (142) angeordneten Membranbauteil (144) eine Zelleinheit (124) der Brennstoffzelleneinheit (110) ausbilden, wobei insbesondere die Brennstoffzelleneinheit (110) zumindest einen Stapel (122) aus einer Vielzahl von derartigen Flachbauteilen (142) und insbesondere Membranbauteilen (144) umfasst. 21. Brennstoffzellenvorrichtung (100), insbesondere nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, wobei diese mittels eines Verfahrens nach einem der nachstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen hergestellt wird und/oder mittels einer Anlage (360) gemäß einem der nachstehenden auf eine Anlage gerichteten Ausführungsformen hergestellt wird. 20. Fuel cell device (100) according to one of the preceding embodiments, wherein two flat components (142), in particular designed as a bipolar plate, form a cell unit (124) of the fuel cell unit (110), in particular together with a membrane component (144) arranged between the two flat components (142), wherein in particular the fuel cell unit (110) comprises at least one stack (122) of a multiplicity of such flat components (142) and in particular membrane components (144). 21. Fuel cell device (100), in particular according to one of the preceding embodiments, wherein this is produced by means of a method according to one of the following embodiments directed to a method and/or is produced by means of a system (360) according to one of the following embodiments directed to a system .
22. Verfahren zum Herstellen einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung (100), wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) zumindest ein metallisches Flachbauteil (142) aufweist, wobei das Verfahren zumindest den Schritt umfasst, das zumindest eine Flachbauteil (142) in einem Durchgangsbereich (212) mit zumindest einer einen zumindest im Wesentlichen gratfreien Rand (224) aufweisenden Durchgangsöffnung (214) zu versehen. 22. A method for producing a fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110), the at least one fuel cell unit (110) having at least one metallic flat component (142), the method comprising at least the step of forming the at least one flat component (142) to be provided in a passage area (212) with at least one passage opening (214) having an at least substantially burr-free edge (224).
23. Verfahren, insbesondere nach der voranstehenden Ausführungsform, zum Herstellen einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung (100), wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) zumindest ein metallisches Flachbauteil (142) aufweist, wobei das Verfahren zumindest den Schritt umfasst, das zumindest eine Flachbauteil (142) durch Einwirkung eines Laserstrahlungsfeldes (310) in zumindest einem Durchgangsbereich (212) mit zumindest einer Durchgangsöffnung (214) zu versehen. 23. Method, in particular according to the above embodiment, for producing a fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110), wherein the at least one fuel cell unit (110) has at least one metallic flat component (142), the method comprising at least the step providing the at least one flat component (142) with at least one through opening (214) in at least one through area (212) by the action of a laser radiation field (310).
24. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei der Schritt des Versehens mit einer Durchgangsöffnung (214) durch Einwirkung des Laserstrahlungsfeldes (310) umfasst, das an einer mit der Durchgangsöffnung (214) zu versehenden Stelle (322) in dem Durchgangsbereich (212) das Laserstrahlungsfeld (310) derart einwirkt, dass der metallische Werkstoff des Flachbauteils (142) an dieser Stelle durch die Einwirkung des Laserstrahlungsfeldes (310) verdampft, insbesondere sublimiert. 25. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei das Laserstrahlungsfeld (310) ein gepulstes Laserstrahlungsfeld ist. 24. The method according to any one of the preceding embodiments directed to a method, wherein the step of providing a through opening (214) by exposure to the laser radiation field (310) which is to be provided with the through opening (214) at a location (322) in the Passage region (212) the laser radiation field (310) acts in such a way that the metallic material of the flat component (142) evaporates at this point through the action of the laser radiation field (310), in particular sublimates. 25. Method according to one of the preceding embodiments directed to a method, wherein the laser radiation field (310) is a pulsed laser radiation field.
26. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei Strahlungspulse des gepulsten Laserstrahlungsfeldes (310) eine Pulsdauer von höchstens 10 ps, insbesondere von höchstens 1 ps, und/oder eine Pulsdauer von mindestens 300 fs, insbesondere von mindestens 800 fs, aufweisen. 26. The method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein radiation pulses of the pulsed laser radiation field (310) have a pulse duration of at most 10 ps, in particular of at most 1 ps, and/or a pulse duration of at least 300 fs, in particular of at least 800 fs, exhibit.
27. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei eine Pulsenergie bei dem gepulsten Laserstrahlungsfeld (310) mindestens 50 pJ, insbesondere mindestens 70 pJ, groß ist und/oder höchstens 2.000 pJ, insbesondere höchstens 500 pJ, groß ist. 27. The method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein a pulse energy in the pulsed laser radiation field (310) is at least 50 pJ, in particular at least 70 pJ, and/or at most 2,000 pJ, in particular at most 500 pJ.
28. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei das Laserstrahlungsfeld (310) zirkular polarisiert ist. 28. Method according to one of the preceding embodiments directed to a method, wherein the laser radiation field (310) is circularly polarized.
29. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei ein System (314) aus optischen Elementen zur Führung des Laserstrahlungsfeldes (310), insbesondere zu verschiedenen zu bearbeitenden Stellen (322), verwendet wird. 29. Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein a system (314) of optical elements is used to guide the laser radiation field (310), in particular to different locations (322) to be processed.
30. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei das Laserstrahlungsfeld (310) in mehrere Teilstrahlungsfelder (328) aufgeteilt wird und durch die mehreren Teilstrahlungsfelder (328) mehrere Stellen (322) an dem Flachbauteil (142) gleichzeitig bearbeitet werden. 31. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei eine Gasströmung (344) angewendet wird, um ein Material, insbesondere ein Entfernen von dem verdampften Material, von der zumindest einen zu bearbeitenden Stelle, welche mit einer Durchgangsöffnung (214) versehen wird, zumindest zu unterstützen. 30. Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein the laser radiation field (310) is divided into a plurality of partial radiation fields (328) and a plurality of partial radiation fields (328) are used to process a plurality of locations (322) on the flat component (142) at the same time. 31. Method according to one of the preceding embodiments directed to a method, wherein a gas flow (344) is used to remove a material, in particular a removal of the vaporized material, from the at least one point to be processed, which is provided with a through-opening (214). will, at least support.
32. Verfahren nach der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsform, wobei mittels zumindest eines Teils der Gasströmung (344) das Material von der zu bearbeitenden Stelle weggeblasen wird. 32. Method according to the above embodiment directed to a method, wherein the material is blown away from the point to be processed by means of at least part of the gas flow (344).
33. Verfahren nach einer der zwei voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei mittels zumindest eines Teils der Gasströmung (344) das Material von der zu bearbeitenden Stelle abgesaugt wird. 33. Method according to one of the two preceding embodiments directed to a method, wherein the material is sucked off from the point to be processed by means of at least part of the gas flow (344).
34. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei ein Bereich des Flachbauteils (142) von der Gasströmung (344) erfasst wird, insbesondere von der Gasströmung (344) angeströmt wird und/oder die Gasströmung (344) von diesem Bereich wegströmt, wobei dieser erfasste Bereich mehrere zu bearbeitende Stellen umfasst, insbesondere wirken verschiedene Teilstrahlungsfelder (328) des Laserstrahlungsfeldes (310) auf verschiedene Stellen in dem erfassten Bereich ein. 34. Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein a region of the flat component (142) is covered by the gas flow (344), in particular the gas flow (344) flows against it and/or the gas flow (344) from this region flows away, this detected area comprising a plurality of points to be processed, in particular different partial radiation fields (328) of the laser radiation field (310) act on different points in the detected area.
35. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei ein Führen des Laserstrahlungsfeldes (310) und insbesondere von dessen Teilstrahlungsfelder (328) unabhängig von einer Führung und/oder einer Orientierung der Gasströmung (344) erfolgt. 35. Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein the laser radiation field (310) and in particular its partial radiation fields (328) are guided independently of a guidance and/or an orientation of the gas flow (344).
36. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei zumindest ein Teil der Gasströmung (344), insbesondere zumindest ein Großteil der Gasströmung (344), schräg zu einer Propagationsrichtung des Laserstrahlungsfeldes (310) verläuft. 37. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei das Verfahren des Weiteren zumindest den Schritt eines Prägens zumindest eines Flacherzeugnisses umfasst. 36. The method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein at least part of the gas flow (344), in particular at least a large part of the gas flow (344), runs obliquely to a propagation direction of the laser radiation field (310). 37. Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein the method further comprises at least the step of embossing at least one flat product.
38. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei das Verfahren des Weiteren zumindest ein Fügen zumindest eines Flacherzeugnisses (162) des Flachbauteils (142) mit zumindest einer weiteren Komponente, insbesondere mit zumindest einem weiteren Flacherzeugnis (162), umfasst, insbesondere ein Verschweißen, insbesondere mittels Laserschweißens, des zumindest einen Flacherzeugnis (162) mit zumindest einer weiteren Komponente umfasst. 38. Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein the method further comprises at least joining at least one flat product (162) of the flat component (142) with at least one further component, in particular with at least one further flat product (162), in particular a welding, in particular by means of laser welding, of the at least one flat product (162) with at least one further component.
39. Verfahren nach einer der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ausführungsformen, wobei das Verfahren zumindest einen Schritt zum Versehen der Brennstoffzellenvorrichtung (100), insbesondere des Flachbauteils (142), mit einem oder mehreren Merkmalen der voranstehenden auf eine Brennstoffzellenvorrichtung (100) gerichteten Ausführungsformen umfasst. 39. Method according to one of the above embodiments directed to a method, wherein the method comprises at least one step for providing the fuel cell device (100), in particular the flat component (142), with one or more features of the above embodiments directed to a fuel cell device (100). .
40. Anlage (360) zum Herstellen einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung (100), wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) zumindest ein metallisches Flachbauteil (142) aufweist, wobei die Anlage (360), insbesondere eine Maschinenstation (362) der Anlage (360), zumindest eine Laserstrahlungseinrichtung (316) zum Versehen des Flachbauteils (142) mit zumindest einer Durchgangsöffnung (214) aufweist. 40. Plant (360) for producing a fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110), wherein the at least one fuel cell unit (110) has at least one metallic flat component (142), the plant (360), in particular a machine station (362 ) of the system (360), at least one laser radiation device (316) for providing the flat component (142) with at least one through-opening (214).
41. Anlage (360) nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei die Laserstrahlungseinrichtung (316) zumindest eine Strahlungsfeldquelle (312) und ein System (314) von optischen Elementen zur Führung eines von der Strahlungsfeldquelle (312) bereitgestellten Laserstrahlungsfeldes (310) umfasst. 42. Anlage (360) nach einer der voranstehenden auf eine Anlage (360) gerichteten Ausführungsformen, wobei das System (314) von optischen Elementen zumindest ein einstellbares optisches Element, beispielsweise einen in seiner Position und/oder Ausrichtung einstellbaren Spiegel, zur Führung des Laserstrahlungsfeldes (310) umfasst. 41. System (360) according to the preceding embodiment, wherein the laser radiation device (316) comprises at least one radiation field source (312) and a system (314) of optical elements for guiding a laser radiation field (310) provided by the radiation field source (312). 42. System (360) according to one of the above embodiments directed towards a system (360), wherein the system (314) of optical elements comprises at least one adjustable optical element, for example a mirror whose position and/or orientation can be adjusted, for guiding the laser radiation field (310).
43. Anlage (360) nach einer der voranstehenden auf eine Anlage (360) gerichteten Ausführungsformen, wobei die Laserstrahlungseinrichtung (316) zumindest einen Strahlteiler (326) zum Aufteilen eines Laserstrahlungsfeldes (310) in mehrere Teilstrahlungsfelder (328) aufweist. 43. System (360) according to one of the above embodiments aimed at a system (360), wherein the laser radiation device (316) has at least one beam splitter (326) for dividing a laser radiation field (310) into a plurality of partial radiation fields (328).
44. Anlage (360) nach einer der voranstehenden auf eine Anlage (360) gerichteten Ausführungsformen, wobei die Anlage (360), insbesondere die Maschinenstation (362) mit der Laserstrahlungseinrichtung (316), eine Gasströmungseinrichtung (342) umfasst, mittels welcher eine Gasströmung (344) bereitgestellt wird, welche auf die zu bearbeitende Stelle an dem Flachbauteil (142) einwirkt. 44. System (360) according to one of the above embodiments directed towards a system (360), wherein the system (360), in particular the machine station (362) with the laser radiation device (316), comprises a gas flow device (342), by means of which a gas flow (344) is provided, which acts on the point to be processed on the flat component (142).
45. Anlage (360) nach der voranstehenden auf eine Anlage gerichteten Ausführungsform, wobei die Gasströmungseinrichtung (342) zumindest eine Gasdüse (348) zur Bereitstellung einer zumindest eine zu bearbeitende Stelle an dem Flachbauteil (142) anströmende Gasströmung (344) aufweist und/oder dass die Gasströmungseinrichtung (342) zumindest eine Absaugvorrichtung (346) zum Absaugen einer Gasströmung (344) von zumindest einer zu bearbeitenden Stelle an dem Flachbauteil (142) umfasst. 45. System (360) according to the above embodiment directed towards a system, wherein the gas flow device (342) has at least one gas nozzle (348) for providing a gas flow (344) flowing onto at least one point to be processed on the flat component (142) and/or that the gas flow device (342) comprises at least one suction device (346) for sucking off a gas flow (344) from at least one point to be processed on the flat component (142).
46. Anlage (360) nach einer der voranstehenden auf eine Anlage gerichteten Ausführungsformen, wobei die Laserstrahlungseinrichtung (316) und die Gasströmungseinrichtung (342) derart ausgebildet sind, dass das Laserstrahlungsfeld (310), insbesondere dessen Teilstrahlungsfelder (328), unabhängig von der Gasströmung (344) geführt werden kann/können. 47. Anlage (360) nach einer der voranstehenden auf eine Anlage gerichteten Ausführungsformen, wobei die Anlage (360), insbesondere die Maschinenstation (362) mit der Laserstrahlungseinrichtung (316) eine Prägevorrichtung (372) zum Prägen zumindest eines Flacherzeugnisses (162) des Flachbauteils (142) umfasst. 46. System (360) according to one of the above embodiments directed towards a system, wherein the laser radiation device (316) and the gas flow device (342) are designed in such a way that the laser radiation field (310), in particular its partial radiation fields (328), independently of the gas flow (344) can be performed. 47. System (360) according to one of the above embodiments directed towards a system, wherein the system (360), in particular the machine station (362) with the laser radiation device (316) has an embossing device (372) for embossing at least one flat product (162) of the flat component (142).
48. Anlage (360) nach einer der voranstehenden auf eine Anlage (360) gerichteten Ausführungsformen, wobei die Anlage (360), insbesondere die Maschinenstation (362) mit der Laserstrahlungseinrichtung (310) ein zusätzliches Lasersystem (342) umfasst zum Verschweißen von Komponenten, insbesondere zum Verschweißen zumindest eines Flacherzeugnisses (162) mit zumindest einer weiteren Komponente, insbesondere mit zumindest einem weiteren Flacherzeugnis (162). 48. System (360) according to one of the above embodiments aimed at a system (360), wherein the system (360), in particular the machine station (362) with the laser radiation device (310) comprises an additional laser system (342) for welding components, in particular for welding at least one flat product (162) to at least one other component, in particular to at least one other flat product (162).
Bevorzugte Ausbildungen und insbesondere Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachstehenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der zeichnerischen Darstellung desselben. Preferred developments and in particular advantages of the invention are the subject of the following detailed description of an exemplary embodiment and the graphic representation of the same.
In der Zeichnung zeigen: Show in the drawing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung; 1 shows a schematic illustration of a fuel cell device comprising at least one fuel cell unit;
Fig. 2 zwei als Bipolarplatten ausgebildete Flachbauteile mit einem dazwischen angeordneten Membranbauteil, welche eine Zelleinheit ausbilden; 2 shows two flat components designed as bipolar plates with a membrane component arranged between them, which form a cell unit;
Fig. 3 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung eines Flachbauteils im Bereich eines Durchgangsbereichs und einer Kanalstruktur; 3 shows an enlarged representation of a detail of a flat component in the area of a passage area and a channel structure;
Fig. 4 eine perspektivische geschnittene Darstellung einer Durchgangsöffnung; Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Durchgangsbereichs mit als Rundlöchern ausgebildeten Durchgangsöffnungen; 4 shows a perspective sectional view of a through-opening; 5 shows a schematic representation of a passage area with passage openings designed as round holes;
Fig. 6 eine Darstellung ähnlich wie in Fig. 4 einer Durchgangsöffnung, jedoch einer Durchgangsöffnung gemäß dem Stand der Technik mit in einen Durchgangsfreiraum hineinragenden Auswölbungen; FIG. 6 shows a representation similar to that in FIG. 4 of a through-opening, but a through-opening according to the prior art with bulges protruding into a free passage space;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines perforierten Durchgangsbereichs; Fig. 7 is a schematic representation of a perforated passage area;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Laserstrahlungseinrichtung und einer Gasströmungseinrichtung zum Versehen des Flachbauteils mit zumindest einer Durchgangsöffnung; 8 shows a schematic representation of a laser radiation device and a gas flow device for providing the flat component with at least one through opening;
Fig. 9 eine Darstellung einer eine Prägevorrichtung und eine Laserstrahlungseinrichtung umfassenden Maschinenstation; und 9 shows a representation of a machine station comprising an embossing device and a laser radiation device; and
Fig. 10 eine Darstellung einer eine Laserstrahlungseinrichtung zum Versehen mit zumindest einer Durchgangsöffnung und einem Lasersystem zum Verschweißen umfassenden Maschinenstation. 10 shows a representation of a machine station comprising a laser radiation device for providing at least one through opening and a laser system for welding.
Ein Ausführungsbeispiel einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Brennstoffzellenvorrichtung umfasst zumindest eine Brennstoffzelleneinheit 110 und ein im Ganzen mit 112 bezeichnetes Leitungssystem mit zumindest einer Leitungseinrichtung 114 für ein Brennstoffmedium sowie einer Leitungseinrichtung 116 für ein Oxidationsmedium, wobei die Leitungseinrichtungen 114, 116 mit der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 verbunden sind, wie beispielhaft und schematisch in Figur 1 dargestellt ist. An exemplary embodiment of a fuel cell device denoted as a whole by 100 comprises at least one fuel cell unit 110 and a line system, denoted as a whole by 112, having at least one line device 114 for a fuel medium and a line device 116 for an oxidizing medium, with the line devices 114, 116 being connected to the at least one fuel cell unit 110 are connected, as shown by way of example and diagrammatically in FIG.
Die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit 110 umfasst zumindest einen Stapel 122 von Zelleneinheiten 124, wobei in den Zelleneinheiten das Brennstoffmedium und das Oxidationsmedium zumindest teilweise in ein Produktmedium chemisch umgesetzt werden und insbesondere dabei elektrische Energie bereitgestellt wird. Insbesondere sind die Zelleneinheiten 124 in dem Stapel 122 in einer Stapelrichtung übereinander angeordnet und in Reihe geschaltet. The at least one fuel cell unit 110 comprises at least one stack 122 of cell units 124, the fuel medium and the oxidation medium being at least partially chemically converted into a product medium in the cell units and in particular electrical energy being provided in the process. Specifically, the unit cells 124 in the stack 122 are stacked in a stacking direction and connected in series.
Mittels der Leitungseinrichtung 114 für das Brennstoffmedium ist einer Anodenseite der Brennstoffzelleneinheit 110 und den einzelnen Zelleneinheiten 124 das Brennstoffmedium insbesondere als Bestandteil eines Anodenfluidgemisches zuführbar und ein Anodenrestfluidgemisch, welches insbesondere der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführte aber in dieser chemisch nicht umgesetzte Brennstoffmediumanteile und/oder Anteile des Produktmediums und/oder Bestandteile des zugeführten Anodenfluidgemisches umfasst, von der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 wieder abführbar. Line device 114 for the fuel medium can be used to supply the fuel medium to an anode side of fuel cell unit 110 and the individual cell units 124, in particular as a component of an anode fluid mixture, and a residual anode fluid mixture, which contains fuel medium components that are supplied to the at least one fuel cell unit 110 but have not been chemically converted in it and/or components of the Product medium and / or components of the supplied anode fluid mixture, from the at least one fuel cell unit 110 can be discharged again.
Mittels der Leitungseinrichtung 116 für das Oxidationsmedium ist einer Kathodenseite der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 und den einzelnen Zelleneinheiten 124 das Oxidationsmedium, insbesondere als Bestandteil eines Kathodenfluidgemisches, zuführbar und ein Kathodenrest- fluidgemisch, welches insbesondere der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 zugeführte aber in dieser chemisch nicht umgesetzte Oxidationsmediumanteile und/oder Anteile des Produktmediums und/oder Bestandteile des zugeführten Kathodenfluidgemisches umfasst, von der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110 wieder abführbar. Line device 116 for the oxidizing medium can be used to supply the oxidizing medium to a cathode side of the at least one fuel cell unit 110 and the individual cell units 124, in particular as a component of a cathode fluid mixture, and a residual cathode fluid mixture, which is supplied in particular to the at least one fuel cell unit 110 but is not chemically converted there Oxidizing medium components and/or components of the product medium and/or components of the supplied cathode fluid mixture can be discharged again from the at least one fuel cell unit 110.
Beispielsweise ist ferner eine Temperiereinrichtung 132 vorgesehen, um die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit 110 in einem für einen ordnungsgemäßen Betrieb derselben zulässigen Temperaturbereich zu halten. For example, a temperature control device 132 is also provided in order to keep the at least one fuel cell unit 110 in a temperature range that is permissible for proper operation of the same.
Vorzugsweise ist die Temperiereinrichtung 132 zur bedarfsweisen Kühlung und/oder zur bedarfsweisen Erwärmung der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110, insbesondere in Abhängigkeit eines Betriebszustandes der Brennstoffzellenvorrichtung, ausgebildet. Insbesondere umfasst die Temperiereinrichtung 132 als Teil des Leitungssystems 112 eine Leitungseinrichtung 134 für ein Temperiermedium zum Zuführen eines Temperiermediums zur Brennstoffzelleneinheit 110 und den einzelnen Zelleneinheiten 124 und zum Abführen des Temperiermediums von den einzelnen Zelleneinheiten 124 oder der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit 110, wobei das Temperiermedium nach dem Zuführen und vor dem Abführen in einem wärmetauschenden Kontakt mit der Brennstoffzelleneinheit 110 und den einzelnen Zelleneinheiten 124 steht. Temperature control device 132 is preferably configured for cooling and/or heating the at least one fuel cell unit 110 as required, in particular as a function of an operating state of the fuel cell device. In particular, temperature control device 132 comprises, as part of line system 112, a line device 134 for a temperature control medium for supplying a temperature control medium to fuel cell unit 110 and the individual cell units 124 and for removing the temperature control medium from individual cell units 124 or the at least one fuel cell unit 110, the temperature control medium being Supplying and in heat-exchanging contact with the fuel cell unit 110 and the individual cell units 124 before discharging.
Der Stapel 122 umfasst Flachbauteile 142, welche insbesondere als Bipolarplatten ausgebildet sind, und insbesondere Membranbauteile 144, welche zwischen je zwei Flachbauteilen 1421 und 142II angeordnet sind und so eine jeweilige Zelleneinheit 124 zumindest mit ausbilden, wie beispielhaft in Figur 2 dargestellt ist. Stack 122 includes flat components 142, which are designed in particular as bipolar plates, and in particular membrane components 144, which are arranged between two flat components 1421 and 142II and thus at least form a respective cell unit 124, as shown by way of example in Figure 2.
Insbesondere sind aneinanderliegende Flachbauteile 142 und Membranbauteile 144 fest, vorzugsweise zumindest abschnittsweise fluiddicht, miteinander verbunden. In particular, adjacent flat components 142 and membrane components 144 are firmly connected to one another, preferably at least partially in a fluid-tight manner.
Günstigerweise ist zumindest zwischen aneinanderliegenden Flachbauteilen 142 und weiteren Bauteilen, insbesondere dem Membranbauteil, eine Dichtung ausgebildet, welche beispielsweise angespritzt ist und/oder Dichtschnur aufweist und/oder im Siebdruck aufgebracht ist. A seal is advantageously formed at least between adjacent flat components 142 and other components, in particular the membrane component, which is, for example, injection molded and/or has a sealing cord and/or is applied by screen printing.
Insbesondere bilden dabei zwei Flachbauteile 1421 und 142II zumindest eine Reaktionskammer aus, in welcher eine Membran des Membranbauteils 144, welches zwischen den zwei Flachbauteilen 1421, 142II angeordnet ist, sich erstreckt, wobei in der Reaktionskammer zugeführtes Oxidationsmedium und Brennstoffmedium chemisch reagieren und bei der chemischen Reaktion elektrische Energie bereitgestellt wird. Insbesondere wird das Brennstoffmedium in einen von der Membran des Membranbauteils 144 und von einem der zwei Flachbauteile 1421, 142II begrenzten Teil der Reaktionskammer zugeführt und das Oxidationsmedium in einen von der Membran des Membranbauteils 144 und dem anderen der zwei Flachbauteile 1421, 142II begrenzten Teil der Reaktionskammer zugeführt.In particular, two flat components 1421 and 142II form at least one reaction chamber in which a membrane of membrane component 144, which is arranged between the two flat components 1421, 142II, extends, with the oxidizing medium and fuel medium supplied in the reaction chamber reacting chemically and during the chemical reaction electrical energy is provided. In particular, the fuel medium is fed into a part of the reaction chamber delimited by the membrane of the membrane component 144 and by one of the two flat components 1421, 142II, and the oxidizing medium is fed into a part of the reaction chamber delimited by the membrane of the membrane component 144 and the other of the two flat components 1421, 142II fed.
Das Brennstoffmedium und das Oxidationsmedium treten über die Membran in Wechselwirkung, insbesondere treten geladene Teilchen durch die Membran von einem Teil der Reaktionskammer in den anderen Teil der Reaktionskammer und gegensätzlich geladene Teilchen gelangen über einen Stromkreis von einem Teil der Reaktionskammer zu dem anderen Teil der Reaktionskammer. The fuel medium and the oxidizing medium interact across the membrane, specifically, charged particles pass through the membrane from one part of the reaction chamber to the other part of the reaction chamber and oppositely charged particles pass from one part of the reaction chamber to the other part of the reaction chamber via an electrical circuit.
Somit sind die Flachbauteile 142 auch als Anode beziehungsweise Kathode für eine einzelne Zelleinheit 124 ausgebildet und die einzelnen Zelleinheiten sind in Reihe geschaltet. The flat components 142 are thus also designed as an anode or cathode for an individual cell unit 124 and the individual cell units are connected in series.
Soweit die Flachbauteile 142, also beispielsweise die Flachbauteile 1421 und 142II einer Zelleinheit 124, gleich ausgebildet sind, werden sie im Folgenden gemeinsam beschrieben und es wird lediglich auf „das Flachbauteil 142" Bezug genommen. Insofar as the flat components 142, ie for example the flat components 1421 and 142II of a cell unit 124, are of identical design, they are described together below and reference is made only to “the flat component 142”.
Zur Führung von einem Fluid oder mehreren Fluiden, insbesondere einem Gas oder mehreren Gasen, insbesondere von dem Kathodenfluidgemisch und/oder dem Anodenfluidgemisch und/oder dem Temperiermedium, weist das Flachbauteil 142 ein System von Kanalstrukturen 152 auf, die beispielhaft in Figur 3 ausschnittsweise dargestellt sind, wobei die Kanalstrukturen 152 insbesondere ein Teil der jeweiligen Leitungseinrichtung 114, 116, 134 für das Brennstoffmedium beziehungsweise für das Oxidationsmedium beziehungsweise für das Temperiermedium sind. To conduct a fluid or a plurality of fluids, in particular a gas or a plurality of gases, in particular the cathode fluid mixture and/or the anode fluid mixture and/or the temperature control medium, flat component 142 has a system of channel structures 152, parts of which are shown by way of example in Figure 3 , wherein the channel structures 152 are in particular a part of the respective line device 114, 116, 134 for the fuel medium or for the oxidizing medium or for the temperature control medium.
Insbesondere erstreckt sich das Flachbauteil 142 flächenmäßig in zwei zueinander zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufende Flächenausdehnungsrichtungen 154 und 156, welche eine geometrische Flächenausdehnungsebene aufspannen. Eine Ausdehnung des Flachbauteils 142 in einer zu den Flächenausdehnungsrichtungen 154 und 156 im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Höhenausdehnungsrichtung 158 ist erheblich kleiner, insbesondere zumindest 10-mal kleiner, beispielsweise zumindest 100-mal kleiner, als die Ausdehnung des Flachbauteils 142 in den Flächenausdehnungsrichtungen 154, 156. In particular, the flat component 142 extends over a surface area in two surface expansion directions 154 and 156 that run at least substantially perpendicularly to one another and that span a geometric surface expansion plane. An extension of the flat component 142 in a height extension direction 158 running essentially perpendicular to the surface extension directions 154 and 156 is considerably smaller, in particular at least 10 times smaller, for example at least 100 times smaller, than the extension of the flat component 142 in the surface extension directions 154, 156.
Insbesondere bildet zumindest ein vorzugsweise metallisches Flacherzeugnis 162 das Flachbauteil 142 im Wesentlichen aus. In particular, at least one preferably metallic flat product 162 essentially forms the flat component 142 .
Vorzugsweise bilden zwei insbesondere metallische Flacherzeugnisse 1621 und 162II das Flachbauteil 142 im Wesentlichen aus, wie beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist, wobei bei Varianten noch weitere, beispielsweise ein drittes, Flacherzeugnis zur Ausbildung des Flachbauteils 142 vorgesehen sind. Preferably, two flat products 1621 and 162II, in particular metal, essentially form the flat component 142, as shown by way of example in FIG.
Insbesondere bilden die Flacherzeugnisse 162 des Flachbauteils 142 Lagen desselben aus, welche in einer zu der Flächenausdehnungsebene im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Richtung aufeinanderliegend angeordnet sind. In particular, the flat products 162 of the flat component 142 form layers of the same, which are arranged one on top of the other in a direction running essentially perpendicularly to the surface extension plane.
Soweit die Flacherzeugnisse 162 des Flachbauteil 142 bezüglich ihrer grundlegenden Funktion und/oder Ausgestaltung zumindest im Wesentlichen gleich ausgebildet sind, werden sie im Folgenden unter Bezugnahme auf „das Flacherzeugnis 162" gemeinsam beschrieben. Insofar as the flat products 162 of the flat component 142 are at least essentially the same in terms of their basic function and/or design, they are described together below with reference to “the flat product 162”.
Beispielsweise ist das Flacherzeugnis 162 ein Blech. For example, the flat product 162 is a sheet metal.
Das Flacherzeugnis 162 weist zwei gegenüberliegende Flachseiten 164 und 166 auf, welche mit einer Dicke 168 voneinander beabstandet sind. The flat product 162 has two opposite flat sides 164 and 166 which are spaced apart from one another by a thickness 168 .
Bei einem Flachbauteil 142 mit nur einem Flacherzeugnis 162 bilden die zwei gegenüberliegenden Flachseiten 164 und 166 insbesondere die flächenmäßigen Außenseiten 165 und 167 des Flachbauteils 142 aus. Bei Flachbauteilen 142 mit mehreren Flacherzeugnissen 162 bilden jeweilige außenliegende Flachseiten 164, 166 zweier außenliegender Flacherzeugnisse 162 die flächenmäßigen Außenseiten 165, 167 des Flachbauteils 142 aus und innenliegende Flachseiten 164, 166 sind einer Flachseite 164, 166 eines weiteren Flacherzeugnisses 162 zugewandt, sodass beispielsweise die außenliegende Flachseite 1641 des Flacherzeugnisses 1621 die Außenseite 165 und die Flachseite 166II des Flacherzeugnisses 162II die Außenseite 167 ausbilden und die innenliegenden Flachseiten 1661 und 164II der Flacherzeugnisse 1621 und 162II einander gegenüberliegend angeordnet sind. In the case of a flat component 142 with only one flat product 162 , the two opposite flat sides 164 and 166 in particular form the surface-related outer sides 165 and 167 of the flat component 142 . In the case of flat components 142 with a plurality of flat products 162, the respective external flat sides 164, 166 of two external flat products 162 form the surface-related outer sides 165, 167 of the flat component 142, and internal flat sides 164, 166 face a flat side 164, 166 of another flat product 162, so that, for example, the external Flat side 1641 of the flat product 1621 forms the outside 165 and the flat side 166II of the flat product 162II forms the outside 167 and the inner flat sides 1661 and 164II of the flat products 1621 and 162II are arranged opposite one another.
Insbesondere ist jeweils eine der Außenseiten 165, 167 je einer von zwei benachbart zueinander angeordneten Zelleinheiten 124 zugeordnet. In particular, one of the outer sides 165, 167 is assigned to one of two cell units 124 arranged adjacent to one another.
Insbesondere bildet dabei das jeweilige eine der Außenseiten 165, 167 ausbildende Flacherzeugnis 162 eine Elektrode für die zugeordnete Zelleinheit 124 aus. In particular, the respective flat product 162 forming one of the outer sides 165, 167 forms an electrode for the associated cell unit 124.
Vorzugsweise sind die Kanalstrukturen 152 in das Flachbauteil 142, insbesondere in zumindest ein Flacherzeugnis 162 ausgeformte Strukturen. The channel structures 152 are preferably structures molded into the flat component 142, in particular into at least one flat product 162.
Insbesondere weist das Flacherzeugnis 162 eine Dicke 168 auf, welche erheblich kleiner ist, insbesondere zumindest 10-mal kleiner, beispielsweise zumindest 100-mal kleiner, als Erstreckungen des Flacherzeugnisses 162 in zueinander zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Erstreckungsrichtungen 186 und 188, welche zumindest lokal zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Dickenrichtung verlaufen, in welcher die Dicke 168 gemessen wird. Da vorzugsweise in dem Flacherzeugnis 162 aus der Flächenausdehnungsebene sich erhebende Strukturen, beispielsweise die Kanalstruktur 152, ausgebildet sind, verlaufen die Erstreckungsrichtungen 186 und 188 des Flacherzeugnisses 162 lokal nicht zwingend in der Flächenausdehnungsebene, aber beispielsweise verlaufen die über die Ausdehnung des Flachbauteils 142 in den Flächenausdehnungsrichtungen 154 und 156 gemittelten Erstreckungsrichtungen 186 und 188 zumindest näherungsweise in der Flächenausdehnungsebene. In particular, the flat product 162 has a thickness 168 which is considerably smaller, in particular at least 10 times smaller, for example at least 100 times smaller, than extensions of the flat product 162 in mutually at least substantially perpendicular extension directions 186 and 188, which are at least locally at least substantially perpendicular to the thickness direction in which thickness 168 is measured. Since structures that rise from the plane of the surface, for example the channel structure 152, are preferably formed in the flat product 162, the directions of extent 186 and 188 of the flat product 162 do not necessarily run locally in the plane of the surface, but for example they run over the extent of the flat component 142 in the directions of the surface 154 and 156 mean extension directions 186 and 188 at least approximately in the area extension plane.
Eine Ausdehnung des Flachbauteils 142 in der Höhenausdehnungsrichtung 158 ist durch die aus der Flächenausdehnungsebene heraustretenden Strukturen, wie beispielsweise den Kanalstrukturen 152, größer als die Dicke 168 des Flacherzeugnisses 162, wie beispielhaft in Figur 3 dargestellt ist. An extension of the flat component 142 in the height extension direction 158 is greater than the thickness 168 of the flat product 162 as a result of the structures protruding from the area extension plane, such as the channel structures 152, as shown in FIG. 3 by way of example.
Insbesondere werden Abschnitte der Kanalstrukturen 152 von je zwei Flacherzeugnissen 162 ausgebildet und begrenzt. In particular, sections of the channel structures 152 are formed and delimited by two flat products 162 each.
Beispielsweise sind jeweilige Abschnitte der Kanalstruktur 152 aus einem sich zumindest näherungsweise parallel zu der Flächenausdehnungsebene erstreckenden Bodenabschnitt 192 eines Flacherzeugnisses 1621 und beidseitig von dem Bodenabschnitt 192 sich hinwegerstreckenden schräg zu den Flächenausdehnungsrichtungen 154, 156 verlaufenden Wandabschnitten 194 und 196 dieses einen Flacherzeugnisses 1621 ausgebildet und vorzugsweise begrenzt ein Bodenabschnitt 198 eines an diesem einen Flacherzeugnis 1621 anliegend angeordneten, weiteren Flacherzeugnisses 162II den Abschnitt der Kanalstruktur 152 auf einer dem anderen Bodenabschnitt 192 gegenüberliegenden Seite, so dass die Abschnitte 192, 194, 196 und vorzugsweise 198 einen Leitungsraum umgeben, in welchem ein entsprechendes Fluid, insbesondere umfassend das Brennstoffmedium oder das Oxidationsmedium oder das Temperiermedium, geführt werden können. Das Flachbauteil 142, insbesondere zumindest ein Flacherzeugnis 162, weist, insbesondere in der Kanalstruktur 152, zumindest einen Durchgangsbereich 212 mit zumindest einer Durchgangsöffnung 214 auf. For example, respective sections of the channel structure 152 are formed from a base section 192 of a flat product 1621, which extends at least approximately parallel to the surface extension plane, and wall sections 194 and 196 of this one flat product 1621, which extend away from the base section 192 at an angle to the surface extension directions 154, 156, and are preferably delimited a base section 198 of a further flat product 162II arranged adjacent to this one flat product 1621 the section of the channel structure 152 on a side opposite the other base section 192, so that the sections 192, 194, 196 and preferably 198 surround a line space in which a corresponding fluid , In particular comprising the fuel medium or the oxidizing medium or the temperature control medium can be performed. The flat component 142, in particular at least one flat product 162, has at least one passage region 212 with at least one passage opening 214, in particular in the channel structure 152.
Insbesondere ist zumindest ein Durchgangsbereich 212 in der Leitungseinrichtung 114 für das Brennstoffmedium und/oder ist zumindest ein Durchgangsbereich 212 in der Leitungseinrichtung 116 für das Oxidationsmedium angeordnet. In particular, at least one passage area 212 is arranged in the line device 114 for the fuel medium and/or at least one passage area 212 is arranged in the line device 116 for the oxidizing medium.
Beispielsweise verbindet die eine Durchgangsöffnung 214 oder verbinden mehrere Durchgangsöffnungen 214 in einem Durchgangsbereich 212 eine Zuführleitung, durch welche ein Fluid zugeführt wird, mit einem oder mehreren Verteilerkanälen, durch welche das Fluid in eine jeweilige Reaktionskammer verteilt wird, und/oder eine Durchgangsöffnung 214 oder mehrere Durchgangsöffnungen 214 bilden eine Verbindung von einem Kanal oder der Zuführleitung in eine oder mehrere Reaktionskammern. For example, the one through-opening 214 or several through-openings 214 in a through-region 212 connects a supply line, through which a fluid is supplied, to one or more distribution channels, through which the fluid is distributed into a respective reaction chamber, and/or one through-opening 214 or more Through openings 214 form a connection from a channel or the feed line into one or more reaction chambers.
Beispielsweise verbindet eine Durchgangsöffnung 214 oder verbinden mehrere Durchgangsöffnungen 214 in einem Durchgangsbereich eine oder mehrere Reaktionskammern oder von diesen wegführende Kanäle mit einer Abführleitung zum Abführen eines Fluids. For example, a passage opening 214 or several passage openings 214 in a passage area connect one or more reaction chambers or channels leading away from them to a discharge line for discharging a fluid.
Beispielsweise verbindet eine Durchgangsöffnung 214 oder verbinden mehrere Durchgangsöffnungen 214 in einem Durchgangsbereich 212 eine Zuführleitung oder eine Abführleitung der Leitungseinrichtung 134 für das Temperiermedium mit einem oder mehreren Kanälen für das Temperiermedium. For example, a passage opening 214 or several passage openings 214 in a passage area 212 connect a feed line or a discharge line of the line device 134 for the temperature control medium with one or more channels for the temperature control medium.
Beispielsweise ist zumindest ein Durchgangsbereich 212 in einer in einem Flacherzeugnis 162 ausgeformten Struktur, insbesondere in einem zu der Flächenausdehnungsebene schräg verlaufenden Abschnitt des Flacherzeugnisses 162, ausgebildet, wie beispielhaft bei der Variante der Figur 3 dargestellt ist. Alternativ oder ergänzend ist zumindest ein Durchgangsbereich 212 in einem flachen zumindest im Wesentlichen parallel zu der Flächenausdehnungsebene erstreckenden Abschnitt eines Flacherzeugnisses 162 ausgebildet, wobei vorzugsweise ein im Durchgangsbereich 212 gegenüberliegender Bereich eines weiteren anliegend angeordneten Flacherzeugnisses 162 eine ausgeformte Struktur insbesondere für die Kanalstrukturen 152 aufweist. For example, at least one passage area 212 is formed in a structure formed in a flat product 162, in particular in a section of the flat product 162 that runs obliquely to the surface extension plane, as shown by way of example in the variant in FIG. Alternatively or additionally, at least one passage area 212 is formed in a flat section of a flat product 162 that extends at least substantially parallel to the surface extension plane, wherein preferably a region of a further adjacently arranged flat product 162 in the passage area 212 has a formed structure, in particular for the channel structures 152.
Bei einigen günstigen Varianten ist eine Durchgangsöffnung 214 oder sind mehrere Durchgangsöffnungen 214 in einem Durchgangsbereich 212 für eine Befestigung des Flachbauteils 142 an einem anderen Bauteil oder für eine Befestigung eines Teils an dem Flachbauteil 142 vorgesehen, wobei ein Befestigungselement durch die Durchgangsöffnung 214 hindurch greift. In some favorable variants, a through-opening 214 or a plurality of through-openings 214 are provided in a through-section 212 for fastening the flat component 142 to another component or for fastening a part to the flat component 142, with a fastening element reaching through the through-opening 214.
Soweit die Durchgangsöffnungen 214 gleich ausgebildet sind, werden diese nachfolgend gemeinsam beschrieben und es wird lediglich Bezug genommen auf „die Durchgangsöffnung 214". Insofar as the through-openings 214 are of the same design, they will be described together below and reference is only made to "the through-opening 214".
Die Durchgangsöffnung 214 erstreckt sich in einer Durchgangsrichtung 218 durchgängig durch das Flacherzeugnis 162 zwischen den beiden Flachseiten 164 und 166 hindurch, wie beispielhaft in Figur 4 dargestellt ist. The passage opening 214 extends in a passage direction 218 continuously through the flat product 162 between the two flat sides 164 and 166, as shown in FIG. 4 by way of example.
Ein sich zu beiden in der Durchgangsrichtung 218 gegenüberliegenden Seiten öffnender Durchgangsfreiraum 222 ist quer zu der Durchgangsrichtung 218, insbesondere zumindest näherungsweise senkrecht zu der Durchgangsrichtung 218, von einem aus dem Flacherzeugnis 162 ausgebildeten Rand 224 umgeben, wobei eine in einer Verlaufsrichtung in sich geschlossen verlaufende Randfläche 234 den Durchgangsfreiraum 222 begrenzt. A passage space 222, which opens on both opposite sides in passage direction 218, is surrounded transversely to passage direction 218, in particular at least approximately perpendicular to passage direction 218, by an edge 224 formed from flat product 162, with an edge surface that is closed in one direction 234 the passage space 222 limits.
Insbesondere verläuft die Verlaufsrichtung 232 zumindest näherungsweise senkrecht zu der Durchgangsrichtung 218 und deren Orientierung ändert sich entlang der Erstreckung der Randfläche 234 in der Verlaufsrichtung 232 entsprechend der geometrischen Form der Durchgangsöffnung 214. So ist beispielsweise die Verlaufsrichtung 232 bei einer als Langloch ausgebildeten Durchgangsöffnung 214 in einem sich länglich erstreckenden Hauptabschnitt 236 in die längliche Erstreckung des Hauptabschnitts 236 orientiert und in beidseitig zu der länglichen Erstreckung des Hauptabschnittes 236 sich anschließenden Endabschnitten 238 ändert sich die Orientierung der Verlaufsrichtung 232, entsprechend einer Krümmung der Randfläche 234. Dabei weist die Randfläche 234 in dem Hauptabschnitt 236 zwei sich in einer Richtung, welche zumindest näherungsweise senkrecht zu der Verlaufsrichtung 232 und der Durchgangsrichtung 218 senkrecht verläuft, gegenüberliegende Abschnitte auf, zwischen welchen der Durchgangsfreiraum 222 gelegen ist und die zwei sich gegenüberliegenden Abschnitte der Randfläche 234 sind durch gekrümmte Abschnitte der Randfläche 234 in den Endabschnitten 238 der Durchgangsöffnung 214 miteinander verbunden. In particular, direction of extent 232 runs at least approximately perpendicularly to direction of passage 218, and its orientation changes along the extent of edge surface 234 in direction of extent 232 in accordance with the geometric shape of through-opening 214. For example, in the case of a through-opening 214 designed as an elongated hole, the direction of extent 232 is oriented in the longitudinal extent of the main section 236 in a longitudinally extending main section 236, and in end sections 238 adjoining the longitudinal extent of the main section 236 on both sides, the orientation of the direction of extent 232 changes, corresponding to a curvature of the edge surface 234. The edge surface 234 in the main section 236 has two opposite sections in a direction which runs at least approximately perpendicular to the direction of extent 232 and the direction of passage 218, between which the passage free space 222 is located and the two opposing sections of the edge surface 234 are connected to one another by curved sections of the edge surface 234 in the end sections 238 of the through opening 214 .
Beispielsweise bei als Rundlöchern ausgebildeten Durchgangsöffnungen 214 entspricht die Verlaufsrichtung 232 einer Umfangsrichtung des Kreises der geometrischen Form der Durchgangsöffnung 214, wie beispielshaft in Figur 5 dargestellt ist. For example, in the case of through-openings 214 designed as round holes, the direction of extent 232 corresponds to a circumferential direction of the circle of the geometric shape of the through-opening 214, as shown by way of example in FIG.
Vorteilhafterweise ist der Rand 224 bei den Durchgangsöffnungen 214 gratfrei. The edge 224 is advantageously free of burrs at the through-openings 214 .
Insbesondere weist dabei die Randfläche 234 des gratfreien Randes 224 eine besonders kleine Rauigkeit auf, beispielsweise beträgt deren mittlere Rautiefe Rz 10 pm oder weniger. In particular, the edge surface 234 of the burr-free edge 224 has a particularly low level of roughness, for example its average peak-to-valley height Rz is 10 μm or less.
Insbesondere erstreckt sich die Randfläche 234 bei dem gratfreien Rand 224 von der einen der zwei Flachseiten 164, 166 zu der anderen der zwei Flachseiten der Flachseiten 164, 166 in einer Erstreckungsrichtung 242, welche höchstens um einen kleinen Winkel, beispielsweise einen Winkel, der kleiner ist als 5°, zur Durchgangsrichtung 218 geneigt ist. Insbesondere sind die Verlaufsrichtung 232 und die Erstreckungsrichtung 242 der Randfläche 234 zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert. Insbesondere ist die Randfläche 234 bei dem gratfreien Rand 224 frei von Auswölbungen 276', wie sie bei Durchgangsöffnungen 214' im Stand der Technik häufig auftreten, wie beispielhaft in Figur 6 dargestellt ist, wobei entsprechende Merkmale und Elemente bei der Darstellung des Standes der Technik mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch versehen mit einem Strich ('), versehen sind. In particular, in the case of the burr-free edge 224, the edge surface 234 extends from one of the two flat sides 164, 166 to the other of the two flat sides of the flat sides 164, 166 in an extension direction 242 which is at most a small angle, for example an angle that is smaller than 5°, to the direction of passage 218. In particular, the direction of extent 232 and the direction of extension 242 of the edge surface 234 are oriented at least essentially perpendicularly to one another. In particular, the edge surface 234 at the burr-free edge 224 is free of bulges 276', as often occur in the case of through-openings 214' in the prior art, as shown by way of example in FIG have the same reference numerals but are prefixed with a prime (').
Die Auswölbungen 246' erstrecken sich insbesondere über eine von der Verlaufsrichtung 232' und der Erstreckungsrichtung 242' der Randfläche 234' aufgespannten geometrischen Fläche in den Durchgangsfreiraum 222' einer Durchgangsöffnung 214' des Standes der Technik hinein und weisen so eine erhebliche Ausdehnung in Richtung einer Normalen 248', welche senkrecht auf der Randfläche 234' steht, auf. The bulges 246' extend in particular over a geometric surface spanned by the direction of extent 232' and the direction of extension 242' of the edge surface 234' into the passage free space 222' of a passage opening 214' of the prior art and thus have a considerable extent in the direction of a normal 248', which is perpendicular to the edge surface 234'.
Derartige Auswölbungen 246' treten beim Stand der Technik häufig auf, da beispielsweise bei einem Schmelzvorgang zum Ausformen der Durchgangsöffnung 214' Rückstände der Schmelze insbesondere in Tropfenform Zurückbleiben und so die Auswölbungen 246' ausbilden. Such bulges 246′ frequently occur in the prior art since, for example, during a melting process for forming the through-opening 214′, residues of the melt remain, in particular in the form of drops, and thus form the bulges 246′.
Insbesondere ist so mit den herkömmlichen Verfahren kein gratfreier Rand 224' herstellbar. In particular, it is not possible to produce a burr-free edge 224' using the conventional methods.
Bei bevorzugten Varianten des Ausführungsbeispiels ist zumindest eine Ausdehnungsdimension der Durchgangsöffnung 214 kleiner als 200 pm, insbesondere kleiner als 100 pm. Insbesondere wird die Ausdehnungsdimension zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Durchgangsrichtung 218 gemessen. Bei bevorzugten Varianten des Ausführungsbeispiels ist bei zwei unterschiedlichen Ausdehnungsdimensionen der Durchgangsöffnung 214, welche in zueinander zumindest im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Richtungen und jeweils zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Durchgangsrichtung 218 gemessen werden, zumindest die kleinere der zwei Ausdehnungsdimensionen kleiner als 200 pm, insbesondere kleiner als 100 pm. In preferred variants of the exemplary embodiment, at least one dimension of the through-opening 214 is smaller than 200 μm, in particular smaller than 100 μm. In particular, the dimension of expansion is measured at least substantially perpendicularly to the passage direction 218 . In preferred variants of the exemplary embodiment, given two different dimensions of the through-opening 214, which are measured in directions that are at least essentially perpendicular to one another and are measured at least essentially perpendicularly to the through-hole direction 218, at least the smaller of the two dimensions is less than 200 μm, in particular less than 100pm.
So sind beispielsweise bei einer als Langloch ausgebildeten Durchgangsöffnung 214 die zwei gegenüberliegenden Abschnitte der Randfläche 234 in dem Hauptabschnitt 236 mit der kleineren Ausdehnungsdimension voneinander beabstandet. For example, in the case of a through-opening 214 designed as an elongated hole, the two opposite sections of the edge surface 234 in the main section 236 with the smaller dimension are spaced apart from one another.
Beispielsweise ist bei einer als Rundloch ausgebildeten Durchgangsöffnung 214 ein Durchmesser des Kreises, welcher zumindest im Wesentlichen die geometrische Form des Rundlochs beschreibt, die Ausdehnungsdimension dieser Durchgangsöffnung 214. For example, in the case of a through-opening 214 designed as a round hole, a diameter of the circle, which at least essentially describes the geometric shape of the round hole, is the expansion dimension of this through-opening 214.
Bei einigen günstigen Varianten des Ausführungsbeispiels weist das Flachbauteil 142 alternativ oder ergänzend zumindest einen perforierten Durchgangsbereich 212A mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen 214A auf, wie beispielhaft in Figur 7 dargestellt ist. In some favorable variants of the exemplary embodiment, the flat component 142 alternatively or additionally has at least one perforated passage area 212A with a multiplicity of passage openings 214A, as is shown in FIG. 7 by way of example.
Insbesondere sind die Durchgangsöffnungen 214A in dem perforierten Durchgangsbereich 212A sehr kleine Öffnungen, beispielsweise mit einer Ausdehnungsdimension von 30 pm oder kleiner. Da der perforierte Durchgangsbereich 212A mit einer Vielzahl von diesen kleinen Durchgangsöffnungen 214A versehen ist, ist eine gute Durchlässigkeit für ein Fluid durch den Durchgangsbereich 212A gegeben. Insbesondere sind zumindest 15% der Fläche des perforierten Durchgangsbereichs 212A, vorzugsweise zumindest 30% der Fläche des perforierten Durchgangsbereichs 212A, beispielsweise zumindest 50% der Fläche des perforierten Durchgangsbereichs 212A, durch die Durchgangsfreiräume 222 der Durchgangsöffnungen 214A für ein Fluid durchlässig. In particular, the through-openings 214A in the perforated through-section 212A are very small openings, for example with an extension dimension of 30 μm or smaller. Since the perforated passage portion 212A is provided with a plurality of these small passage holes 214A, there is good permeability of a fluid through the passage portion 212A. In particular, at least 15% of the area of the perforated passage area 212A, preferably at least 30% of the area of the perforated passage area 212A, for example at least 50% of the area of the perforated passage area 212A, is permeable to a fluid through the passage spaces 222 of the passage openings 214A.
Insbesondere sind die Durchgangsöffnungen 214A mit einem oder mehreren vorteilhaften Merkmalen wie voranstehend erläutert ausgebildet, insbesondere mit einem vorzugsweise gratfreien Rand 224 und/oder ohne Auswölbungen 246' ausgebildet, so dass bezüglich der Ausbildung der Durchgangsöffnungen 214A in dem perforierten Bereich 212A entsprechend auf die voranstehenden Ausführungen vollinhaltlich Bezug genommen wird. In particular, the through-openings 214A are designed with one or more advantageous features as explained above, in particular with a preferably burr-free edge 224 and/or without bulges 246', so that the design of the through-openings 214A in the perforated area 212A corresponds to the above statements is fully referred to.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Flachbauteils 142 und einer Brennstoffzellenvorrichtung 100 umfasst zumindest den Schritt, zumindest einen Durchgangsbereich 212 mit zumindest einer Durchgangsöffnung 214 zu versehen, wobei vorteilhafterweise eine Ausgestaltung des Durchgangsbereichs 212 und der Durchgangsöffnung 214 wie voranstehend beschrieben ausgebildet wird. A method for producing a flat component 142 and a fuel cell device 100 comprises at least the step of providing at least one passage area 212 with at least one passage opening 214, wherein advantageously a configuration of passage area 212 and passage opening 214 as described above is formed.
Bei dem Verfahren wird insbesondere ein im Ganzen mit 310 bezeichnetes Laserstrahlungsfeld eingesetzt, um die eine Durchgangsöffnung 214 oder die mehreren Durchgangsöffnungen 214 auszubilden, wie beispielhaft in Figur 8 schematisch dargestellt ist. In the method, a laser radiation field designated as a whole by 310 is used in particular in order to form the one through-opening 214 or the plurality of through-openings 214, as is shown schematically by way of example in FIG.
Hierbei wird eine eine Strahlungsfeldquelle 312 und ein System 314 von optischen Elementen umfassende Laserstrahlungsfeldeinrichtung 316 verwendet, wobei mittels der Strahlungsfeldquelle 112 das Laserstrahlungsfeld 310 erzeugt und bereitgestellt wird und mit dem System 314 von optischen Elementen das Laserstrahlungsfeld 310 manipuliert, insbesondere gelenkt und beispielsweise fokussiert und/oder geteilt wird. Dabei wird mittels des Systems 314 von optischen Elementen das Laserstrahlungsfeld 310 zumindest teilweise auf eine oder mehrere zu bearbeitende Stellen 322 in dem mit Durchgangsöffnungen 214 zu versehendem Durchgangsbereich 212 zumindest teilweise gelenkt und vorzugsweise fokussiert. A laser radiation field device 316 comprising a radiation field source 312 and a system 314 of optical elements is used here, with the laser radiation field 310 being generated and provided by means of the radiation field source 112 and the laser radiation field 310 being manipulated with the system 314 of optical elements, in particular guided and, for example, focused and/or or is shared. The laser radiation field 310 is at least partially directed and preferably focused by means of the system 314 of optical elements onto one or more points 322 to be processed in the passage area 212 to be provided with passage openings 214 .
Vorzugsweise umfasst das System optischer Elemente 314 für die gleichzeitige Bearbeitung von mehreren zu bearbeitenden Stellen 322 einen Strahlteiler 326, welcher das Laserstrahlungsfeld 310 in mehrere Teilstrahlungsfelder 328 aufteilt und die jeweiligen Teilstrahlungsfelder 328 werden mittels optischer Elemente 332, wie beispielsweise in ihrer Ausrichtung und/oder Position einstellbare Spiegel und/oder Linsen und/oder Lichtleiter, insbesondere unabhängig voneinander auf die jeweilige zu bearbeitende Stelle 222 in gewünschter Weise gelenkt. The system of optical elements 314 for the simultaneous processing of a plurality of locations 322 to be processed preferably comprises a beam splitter 326, which divides the laser radiation field 310 into a plurality of partial radiation fields 328 and the respective partial radiation fields 328 are adjusted by means of optical elements 332, for example in terms of their alignment and/or position adjustable mirrors and/or lenses and/or light guides, in particular independently of one another, are directed to the respective point 222 to be processed in the desired manner.
Hierbei bilden vorzugsweise mehrere insbesondere einstellbare optische Elemente 332 zusammen jeweils eine jeweilige Scanneroptik 334 aus, mittels welcher insbesondere unabhängig von den anderen Scanneroptiken ein jeweiliges Teilstrahlungsfeld 328 auf unterschiedliche zu bearbeitende Stellen 322 gerichtet werden kann und im Betrieb dorthin gelenkt wird. In this case, a plurality of in particular adjustable optical elements 332 preferably together form a respective scanner optics 334, by means of which a respective partial radiation field 328 can be directed onto different locations 322 to be processed and guided there during operation, in particular independently of the other scanner optics.
Insbesondere sind die Scanneroptiken 334 derart ausgebildet, dass zu jeder der zu bearbeitenden Stellen im Ganzen zu bearbeitenden Durchgangsbereich 212 zumindest ein Strahlungsfeld 310, 328 gelenkt werden kann. Vorzugsweise ist das Strahlungsfeld ein gepulstes Strahlungsfeld, wobei eine Pulsdauer der Pulse beispielsweise im Mikrosekundenbereich oder Nanosekundenbereich oder Pikosekundenbereich liegt, insbesondere im Bereich von zumindest näherungsweise 1 Pikosekunde oder kleiner und/oder 800 Femtosekunden oder größer liegt. In particular, the scanner optics 334 are designed in such a way that at least one radiation field 310, 328 can be directed to each of the points to be processed in the entire passage area 212 to be processed. The radiation field is preferably a pulsed radiation field, with a pulse duration of the pulses being, for example, in the microsecond range or nanosecond range or picosecond range, in particular in the range of at least approximately 1 picosecond or less and/or 800 femtoseconds or more.
Insbesondere hat das Laserstrahlungsfeld 310 und insbesondere haben dessen Teilstrahlungsfelder 328 eine hinreichend große Energiedichte, so dass an der zu bearbeitenden Stelle 322, bei welcher das Strahlungsfeld auftrifft, das insbesondere metallische Material des Flachbauteils 142, insbesondere das Material des Flacherzeugnisses 162, verdampft, insbesondere sublimiert. In particular, the laser radiation field 310 and in particular its partial radiation fields 328 have a sufficiently high energy density so that at the point 322 to be processed, at which the radiation field impinges, the metal material, in particular, of the flat component 142, in particular the material of the flat product 162, vaporizes, in particular sublimates .
Insbesondere ist eine von dem Strahlungsfeld 310, 328 auf eine Fläche induzierte Energie und/oder die Leistung des Strahlungsfeldes 310, 328, insbesondere die Leistung von dessen Strahlungsfeldpulsen, hinreichend groß, so dass das Material verdampft, insbesondere sublimiert. In particular, an energy induced by the radiation field 310, 328 onto a surface and/or the power of the radiation field 310, 328, in particular the power of its radiation field pulses, is sufficiently high that the material evaporates, in particular sublimates.
Insbesondere wird das Strahlungsfeld 310, 328 derart auf die zu bearbeitende Stelle 322 gerichtet, dass das verdampfte, insbesondere sublimierte, Material durch den erzeugten Dampfdruck zumindest teilweise sich von der zu bearbeitenden Stelle 322 entfernt. In particular, the radiation field 310, 328 is directed onto the point 322 to be processed in such a way that the evaporated, in particular sublimated, material is at least partially removed from the point 322 to be processed due to the vapor pressure generated.
Besonders günstig ist es, wenn bei der Bearbeitung eine Gasströmungseinrichtung 342 verwendet wird, welche eine Gasströmung 344 bereitstellt, wobei die Gasströmung 344 angewendet wird, um das an der zu bearbeitenden Stelle 322 nicht benötigte Material abzutransportieren. It is particularly favorable if a gas flow device 342 is used during processing, which provides a gas flow 344, with the gas flow 344 being used in order to transport away the material that is not required at the point 322 to be processed.
Insbesondere umfasst die Gasströmungseinrichtung 342 zumindest eine Absaugevorrichtung 346, welche das Material zumindest teilweise von den zu bearbeitenden Stellen 322 absaugt. Vorteilhaft ist es, wenn die Gasströmungseinrichtung 342 eine Gasdüse 348 umfasst, welche eine die zu bearbeitenden Stellen 322 anströmende Gasströmung 344 bereitstellt. Dabei wird die Gasdüse 348 derart ausgerichtet, dass die anströmende Gasströmung 344 Material von den zu bearbeitenden Stellen 322 mitnimmt und abtransportiert. In particular, the gas flow device 342 comprises at least one suction device 346, which at least partially sucks the material away from the points 322 to be processed. It is advantageous if the gas flow device 342 comprises a gas nozzle 348 which provides a gas flow 344 flowing onto the locations 322 to be processed. In this case, the gas nozzle 348 is aligned in such a way that the oncoming gas flow 344 entrains material from the points 322 to be processed and transports it away.
Insbesondere ist das Gas der Gasströmung 344 ein Inertgas, welches vorteilhafterweise eine Oxidation des Materials an der zu bearbeitenden Stelle 322 zumindest reduziert, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen verhindert. In particular, the gas of the gas flow 344 is an inert gas, which advantageously at least reduces, preferably at least essentially prevents, oxidation of the material at the point 322 to be processed.
Günstigerweise umfasst eine im Ganzen mit 360 bezeichnete Anlage zum Herstellen eines Flachbauteils 142 und einer Brennstoffzellenvorrichtung 100 zumindest eine Maschinenstation 362, welche eine Laserstrahlungseinrichtung 316 mit einer Strahlungsfeldquelle 312 und einem System 314 optischer Element, insbesondere wie voranstehend erläutert, umfasst, um das Flacherzeugnis 162 des Flachbauteils 142 in zumindest einem Durchgangsbereich 212 mit zumindest einer Durchgangsöffnung 114 insbesondere mit einem oder mehreren der voranstehend erläuterten vorteilhaften Merkmalen zu versehen. Conveniently, a system designated as a whole by 360 for producing a flat component 142 and a fuel cell device 100 comprises at least one machine station 362, which comprises a laser radiation device 316 with a radiation field source 312 and a system 314 of optical elements, in particular as explained above, in order to produce the flat product 162 of the To provide flat component 142 in at least one passage area 212 with at least one passage opening 114, in particular with one or more of the advantageous features explained above.
Insbesondere umfasst die Maschinenstation 362 eine Haltevorrichtung, um das zu bearbeitende Flacherzeugnis 162 während der Bearbeitung zu halten, beispielsweise um das Flacherzeugnis 162 zu spannen. In particular, the machine station 362 includes a holding device in order to hold the flat product 162 to be processed during processing, for example in order to clamp the flat product 162 .
Vorteilhafterweise weist die Maschinenstation 362, insbesondere die Haltevorrichtung, Aussparungen im Bereich der zu bearbeitenden Stelle 322 des Flacherzeugnisses 162, welche mit zumindest einer Durchgangsöffnung 214 zu versehen ist, auf, sodass das Laserstrahlungsfeld 110 und insbesondere dessen Teilstrahlungsfelder 328 durch die Aussparungen hindurch die zu bearbeitende Stelle 322 erreichen. Bei günstigen Varianten umfasst die Maschinenstation 362, die beispielhaft in Varianten in Figuren 9 und 10 dargestellt ist, eine Zuführvorrichtung zum Zuführen des zu bearbeitenden Flacherzeugnisses 162, beispielsweise umfassend zumindest eine Förderumlenkrolle und/oder zumindest ein Förderband, sowie eine Weitergabevorrichtung 366, beispielsweise umfassend zumindest eine Umlenkförderrolle und/oder zumindest ein Förderband, zur Weitergabe des bearbeiteten Flacherzeugnisses 162 und/oder des bearbeiteten Flachbauteils 142 insbesondere an eine weitere Maschinenstation. Machine station 362, in particular the holding device, advantageously has cutouts in the region of point 322 of flat product 162 to be machined, which is to be provided with at least one through-opening 214, so that laser radiation field 110 and in particular its partial radiation fields 328 pass through the cutouts to the area to be machined reach position 322. In favorable variants, machine station 362, which is shown as an example in variants in Figures 9 and 10, includes a feed device for feeding in flat product 162 to be processed, for example comprising at least one conveyor deflection roller and/or at least one conveyor belt, and a transfer device 366, for example comprising at least a deflection conveyor roller and/or at least one conveyor belt, for passing on the processed flat product 162 and/or the processed flat component 142, in particular to a further machine station.
Beispielsweise wird mittels der Zuführvorrichtung 364 von einer Bereitstellungseinrichtung, welche beispielsweise als Speicher eine Endlosrolle des Materials des Flacherzeugnisses 162 umfasst, oder von einer anderen Maschinenstation das zu bearbeitende Flacherzeugnis 162 der hier erörterten Maschinenstation 362 zugeführt. For example, the flat product 162 to be processed is fed to the machine station 362 discussed here by means of the feed device 364 from a supply device which, for example, comprises an endless roll of the material of the flat product 162 as storage, or from another machine station.
Bei einer günstigen Variante umfasst die Maschinenstation 362i mit der Laserstrahlungseinrichtung 316 zum Versehen mit Durchgangsöffnungen 214 auch eine Prägevorrichtung 372, welche insbesondere zumindest eine Prägerolle 374 umfasst und beispielsweise alternativ oder ergänzend zumindest einen Prägestempel umfasst, wie beispielhaft in Figur 9 dargestellt ist. In a favorable variant, machine station 362i with laser radiation device 316 for providing through openings 214 also includes an embossing device 372, which in particular includes at least one embossing roller 374 and, for example, alternatively or additionally, includes at least one embossing die, as shown by way of example in Figure 9.
Insbesondere wird mit der Prägevorrichtung 372 zumindest ein Flacherzeugnis 162 mit zumindest einer und/oder einigen der voranstehend erläuterten geprägten Strukturen versehen. In particular, the embossing device 372 is used to provide at least one flat product 162 with at least one and/or some of the embossed structures explained above.
Bei einigen günstigen Varianten umfasst die Maschinenstation 362ii mit der Laserstrahlungseinrichtung 316 zum Versehen mit Durchgangsöffnungen 214 ein weiteres Lasersystem 382 mit insbesondere einer Strahlungsquelle 384 und einer optischen Vorrichtung 386 mit optischen Elementen zum Lenken und Ausrichten des von der Strahlungsquelle 384 bereitgestellten Strahlungsfeldes, beispielsweise mit Spiegeln und/oder Linsen, wie beispielhaft in Figur 10 dargestellt ist. Insbesondere wird mit dem Strahlungsfeld des weiteren Lasersystems 382 das zumindest eine Flacherzeugnis 162 mit weiteren Komponenten verschweißt. Günstigerweise werden mit dem Strahlungsfeld des weiteren Lasersystems 382 die mehreren Flacherzeugnisse 162 des Flachbauteils zusammengeschweißt. In some favorable variants, the machine station 362ii with the laser radiation device 316 for providing through openings 214 comprises a further laser system 382 with in particular a radiation source 384 and an optical device 386 with optical elements for steering and aligning the radiation field provided by the radiation source 384, for example with mirrors and /or lenses, as shown by way of example in FIG. In particular, the at least one flat product 162 is welded to further components using the radiation field of the further laser system 382 . The several flat products 162 of the flat component are advantageously welded together with the radiation field of the further laser system 382 .
Beispielsweise ist die Maschinenstation 262 mit der Laserstrahlungseinrichtung 316 oder eine weitere Maschinenstation der Anlage 260 ausgebildet, um das Flachbauteil 142 mit weiteren Bauteilen, insbesondere mit zumindest einem Membranbauteil 144, zu verbinden. Insbesondere ist dann diese Maschinenstation ausgestaltet, um eine Dichtung zwischen dem Flachbauteil 142 und dem zumindest einen weiteren Bauteil auszubilden, insbesondere, um zumindest eine Dichtschnur aufzubringen und/oder eine Dichtung anzuspritzen und/oder eine Dichtung im Siebdruck aufzubringen. For example, the machine station 262 is configured with the laser radiation device 316 or another machine station of the system 260 in order to connect the flat component 142 to other components, in particular to at least one membrane component 144. In particular, this machine station is then configured to form a seal between the flat component 142 and the at least one other component, in particular to apply at least one sealing cord and/or to injection-mold a seal and/or to apply a seal using screen printing.
Insbesondere sind somit Ausbildungen, Funktionsweisen und Vorteile der Ausführungsbeispiele wie folgt. In particular, configurations, modes of operation and advantages of the exemplary embodiments are therefore as follows.
Das Flachbauteil 142, welches insbesondere eine Bipolarplatte einer Brennstoffzelleneinheit 110 ist, weist insbesondere in zumindest einem Flacherzeugnis 162 zumindest einen Durchgangsbereich 212 mit mindestens einer Durchgangsöffnung 214 auf, wobei vorzugsweise ein Rand 224 zumindest einer Durchgangsöffnung 214 gratfrei ist. The flat component 142, which is in particular a bipolar plate of a fuel cell unit 110, has in particular in at least one flat product 162 at least one passage region 212 with at least one passage opening 214, with an edge 224 of at least one passage opening 214 preferably being free of burrs.
Insbesondere sind die eine Durchgangsöffnung 214 oder die mehreren Durchgangsöffnungen 214 in zumindest einem Durchgangsbereich 212 zum Durchlässen eines Fluids, insbesondere eines Gases, beispielsweise eines das Brennstoffmedium oder das Oxidationsmedium und/oder das Produktmedium umfassenden Fluidgemischs oder eines Temperiermediums, vorgesehen. Bei Varianten sind alternativ oder ergänzend die eine Durchgangsöffnung 214 oder die mehreren Durchgangsöffnungen 214 in zumindest einem Durchgangsbereich 212 für eine Befestigung insbesondere des Flachbauteils 142 mit einem weiteren Bauteil, beispielsweise einem Membranbauteil 144, oder für eine Befestigung eines Teils an dem Flachbauteil 142 vorgesehen. In particular, the one passage opening 214 or the plurality of passage openings 214 are provided in at least one passage region 212 for the passage of a fluid, in particular a gas, for example a fluid mixture comprising the fuel medium or the oxidation medium and/or the product medium, or a temperature control medium. In variants, alternatively or additionally, the one through-opening 214 or the plurality of through-openings 214 are provided in at least one through-section area 212 for fastening, in particular, the flat component 142 to a further component, for example a membrane component 144, or for fastening a part to the flat component 142.
Insbesondere wird durch die gratfreien Ränder an den Durchgangsöffnungen 214 das Risiko einer Verschmutzung von im Bereich der Durchgangsöffnungen 214 strömendem Fluid zumindest verringert, wobei das Fluid beispielsweise ein Gasgemisch wie voranstehend erläutert ist und durch den Durchgangsbereich 212 geleitet wird oder ein Fluid ist, welches an den beispielsweise zur Befestigung vorgesehenen Durchgangsöffnungen 214 vorbeiströmt. In particular, the risk of contamination of the fluid flowing in the area of the through-openings 214 is at least reduced by the burr-free edges on the through-openings 214, wherein the fluid is, for example, a gas mixture as explained above and is passed through the through-opening area 212 or is a fluid which is fed to the flows past, for example, passage openings 214 provided for attachment.
Insbesondere ist die Präzision der ausgebildeten Durchgangsöffnungen beispielsweise auch bei der Weiterverarbeitung vorteilhaft, um insbesondere eine bessere Ausrichtung in der Folgeverbundproduktion zu erreichen. In particular, the precision of the through-openings formed is also advantageous, for example, during further processing, in order in particular to achieve better alignment in progressive composite production.
Insbesondere ist der gratfreie Rand 224 dahingehend vorteilhaft, dass über die entsprechende Flachseite 164, 166 zumindest im Wesentlichen keine Vorsprünge des Randes hervorstehen, welche eine Beschädigung angrenzend angeordneter Bauteile verursachen könnten. In particular, the burr-free edge 224 is advantageous in that at least essentially no projections of the edge protrude beyond the corresponding flat side 164, 166, which could cause damage to adjacently arranged components.
Bei vorteilhaften Verfahren zur Herstellung eines Flachbauteils 142 und einer das Flachbauteil 142 umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung 100 wird zum Versehen des Durchgangsbereichs 212 ein Laserstrahlungsfeld 310 verwendet. In advantageous methods for producing a flat component 142 and a fuel cell device 100 comprising the flat component 142 , a laser radiation field 310 is used to provide the passage region 212 .
Vorteilhafterweise ist dabei eine Energiedichte des Laserstrahlungsfeldes 310 und/oder von Teilstrahlungsfeldern 328 dieses Laserstrahlungsfeldes 310 so groß, dass zumindest an einer zu bearbeitenden Stelle 322 durch das Einwirken des Strahlungsfeldes das Flacherzeugnis 162 verdampft, insbesondere sublimiert. Insbesondere wird hierdurch ein präzises Ausbilden der Durchgangsöffnungen 214 erreicht und insbesondere ein gratfreier Rand 224 erreicht. Advantageously, an energy density of the laser radiation field 310 and/or partial radiation fields 328 of this laser radiation field 310 is so high that the flat product 162 evaporates, in particular sublimates, at least at a point 322 to be processed as a result of the action of the radiation field. In this way, in particular, a precise formation of the through openings 214 is achieved and in particular a burr-free edge 224 is achieved.
Außerdem wird dadurch, dass das Material verdampft, das Risiko, dass Rückstände des Materials, welche beispielsweise zu Auswölbungen 246', die beispielsweise durch zurückbleibende Tropfen bei einer Schmelze bei bisher bekannten Verfahren Zurückbleiben, zumindest reduziert. In addition, the fact that the material evaporates at least reduces the risk of residues of the material, which, for example, lead to bulges 246′, which remain, for example, due to drops remaining in a melt in previously known methods.
Insbesondere ist es günstig, wenn das eingesetzte Laserstrahlungsfeld 310 ein gepulstes Laserstrahlungsfeld ist, da so eine hohe Energiedichte und eine schnelle Bearbeitung der zu bearbeitenden Bereiche bei dem Flachbauteil 142 erreicht werden können. In particular, it is favorable if the laser radiation field 310 used is a pulsed laser radiation field, since a high energy density and rapid processing of the areas to be processed can be achieved in the flat component 142 in this way.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Laserstrahlungsfeld 310 in mehrere Teilstrahlungsfelder 328 aufgeteilt wird, so dass mehrere zu bearbeitende Stellen 322 gleichzeitig bearbeitet werden können und außerdem die in dem Laserstrahlungsfeld 310 bereitgestellte Energie effizient auf mehrere zu bearbeitenden Stellen 322 aufgeteilt und dort eingesetzt wird. It is particularly advantageous if the laser radiation field 310 is divided into a number of partial radiation fields 328 so that a number of locations 322 to be processed can be processed at the same time and the energy provided in the laser radiation field 310 is efficiently divided over a number of locations 322 to be processed and used there.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das zur Ausbildung der Durchgangsöffnungen 214 zu entfernende Material durch eine Gasströmung 344 abtransportiert wird, wobei dieser Abtransport vorteilhafterweise durch das verdampfte Material, welches somit gasförmig vorliegt, erleichtert wird. In particular, it is provided that the material to be removed to form the through-openings 214 is transported away by a gas flow 344, this removal being advantageously facilitated by the vaporized material, which is therefore present in gaseous form.
Insbesondere ist es durch den erleichterten Abtransport des gasförmigen Materials ermöglicht, die Steuerung der Gasströmung 344 unabhängig von der Führung des Strahlungsfeldes 310 und/oder von dessen Teilstrahlungsfelder 328 vorzusehen und so beispielsweise die Gasströmung 344 schräg zu einer Propagationsrichtung des Strahlungsfeldes 310, 328 zu führen und insbesondere das Strahlungsfeld 310, 328 mittels einer Scanneroptik schnell und präzise und unabhängig von der Gasströmung 344 zu lenken. Bei bevorzugten Anlagen 360 zur Bearbeitung und Herstellung eines Flachbauteils 142 und einer Brennstoffzellenvorrichtung 100 und insbesondere zum Versehen derselben mit Merkmalen, wie vorstehend erläutert, weist die Anlage 360 eine Maschinenstation 362 mit einer Laserstrahlungseinrichtung 316 zum Bereitstellen eines Laserstrahlungsfeldes 310 zum Versehen des Durchgangsbereichs 212 mit ein oder mehreren Durchgangsöffnungen 214 auf. In particular, the facilitated evacuation of the gaseous material makes it possible to control the gas flow 344 independently of the guidance of the radiation field 310 and/or its partial radiation fields 328 and thus, for example, to guide the gas flow 344 obliquely to a propagation direction of the radiation field 310, 328 and in particular to steer the radiation field 310, 328 quickly and precisely and independently of the gas flow 344 by means of a scanner optics. In preferred systems 360 for processing and manufacturing a flat component 142 and a fuel cell device 100 and in particular for providing the same with features as explained above, the system 360 has a machine station 362 with a laser radiation device 316 for providing a laser radiation field 310 for providing the passage area 212 with one or more through openings 214 on.
Insbesondere umfasst die Laserstrahlungseinrichtung 316 zumindest eine Scanneroptik 334 zum insbesondere präzisen Lenken des Laserstrahlungsfeldes 310 oder eines entsprechenden Teilstrahlungsfeldes 328 desselben auf die zu bearbeitende Stelle 322, wobei vorteilhafterweise ein Strahlteiler 326 vorgesehen ist, welcher das Laserstrahlungsfeld 310 in mehrere Teilstrahlungsfelder 328 aufteilt und für ein jeweiliges Teilstrahlungsfeld 328 eine entsprechende Scanneroptik 334 vorgesehen ist, so dass gleichzeitig an mehreren zu bearbeitenden Stellen 322 eine Durchgangsöffnung 214 durch Einwirken des jeweiligen Teilstrahlungsfeldes 328 ausgebildet werden kann. In particular, the laser radiation device 316 comprises at least one scanner optics 334 for the particularly precise steering of the laser radiation field 310 or a corresponding partial radiation field 328 of the same onto the point 322 to be processed, with a beam splitter 326 advantageously being provided, which divides the laser radiation field 310 into a plurality of partial radiation fields 328 and for a respective one A corresponding scanner optics 334 is provided for partial radiation field 328, so that a passage opening 214 can be formed simultaneously at a plurality of locations 322 to be processed by the action of the respective partial radiation field 328.
Vorteilhafterweise umfasst die Maschinenstation 362 eine der Laserstrahlungseinrichtung 316 zugeordnete Gasströmungseinrichtung 342 insbesondere mit einer Absaugvorrichtung 376 und/oder einer Gasdüse 348, zur Bereitstellung einer Gasströmung 344 für das Abtransportieren des Materials von der zu bearbeitenden Stelle 322. Machine station 362 advantageously includes a gas flow device 342 assigned to laser radiation device 316, in particular with a suction device 376 and/or a gas nozzle 348, for providing a gas flow 344 for transporting the material away from location 322 to be processed.
Dabei ist vorteilhafterweise eine Führung des Laserstrahlungsfeldes 310 und/oder von dessen Teilstrahlungsfeldern 328 insbesondere durch ein System 314 optischer Elemente der Laserstrahlungseinrichtung 316, beispielsweise durch jeweilige Scanneroptiken 334, unabhängig von der Gasströmung 344 ermöglicht. Insbesondere ist bei diesem hier beschriebenen Verfahren eine Integration des Schrittes der Ausbildung der Durchgangsöffnungen 214 in den Ablauf mit weiteren Herstellungsschritten insbesondere an einer gleichen Maschinenstation 362 ermöglicht. Advantageously, the laser radiation field 310 and/or its partial radiation fields 328 can be guided, in particular by a system 314 of optical elements of the laser radiation device 316, for example by respective scanner optics 334, independently of the gas flow 344. In particular, with this method described here, an integration of the step of forming the through-openings 214 in the sequence with further production steps, in particular at the same machine station 362, is made possible.
Beispielsweise umfasst die Maschinenstation 362 eine Prägevorrichtung 372, so dass bei der gleichen Maschinenstation 362 zumindest ein Flacherzeugnis 162 des Flachbauteils 142 durch die Prägevorrichtung 372 mit geprägten Strukturen, insbesondere Kanalstrukturen 152 zur Führung eines Fluids, und durch die Laserstrahlungseinrichtung 316 mit mehr Durchgangsöffnungen 214 versehen wird. For example, machine station 362 includes an embossing device 372, so that in the same machine station 362, at least one flat product 162 of flat component 142 is provided with embossed structures by embossing device 372, in particular channel structures 152 for guiding a fluid, and by laser radiation device 316 with more through-openings 214 .
Alternativ oder ergänzend umfasst eine vorteilhafte Maschinenstation 362 zusätzlich zu der Laserstrahlungseinrichtung 316, die zum Versehen mit Durchgangsöffnungen 214 ausgebildet ist, ein weiteres Lasersystem 382, welches zum Verschweißen von Komponenten des Flachbauteils 142, vorzugsweise zum Verschweißen von mehreren Flacherzeugnissen 162 des Flachbauteils 142, ausgebildet ist, so dass an der gleichen Maschinenstation 362 zumindest ein Flacherzeugnis 162 des Flachbauteils 142 in zumindest einem Durchgangsbereich 212 mit einer oder mehreren Durchgangsöffnungen 214 versehen wird und mittels des weiteren Lasersystems 382 mit einer oder mehreren weiteren Komponenten, insbesondere mit zumindest einem weiteren Flacherzeugnis 162, verschweißt wird. Alternatively or additionally, an advantageous machine station 362 includes, in addition to the laser radiation device 316, which is designed to be provided with through openings 214, a further laser system 382, which is designed for welding components of the flat component 142, preferably for welding a plurality of flat products 162 of the flat component 142 , so that at the same machine station 362 at least one flat product 162 of the flat component 142 is provided with one or more through openings 214 in at least one passage area 212 and is welded to one or more other components, in particular to at least one other flat product 162, by means of the additional laser system 382 becomes.
B EZU GS Z EI C H E N LI STE REFERENCE CHARACTER LIST
Brennstoffzellenvorrichtungfuel cell device
Brennstoffzelleneinheit fuel cell unit
Leistungssystem performance system
Leitungseinrichtung für BrennstoffmediumFuel medium conduit device
Leitungseinrichtung für OxidationsmediumConducting device for oxidizing medium
Stapel stack
Zelleneinheiten cell units
Temperiereinrichtung temperature control device
Leitungseinrichtung der TemperiereinrichtungLine device of the temperature control device
Flachbauteil flat component
Membranbauteil membrane component
Kanalstrukturenchannel structures
Flächenausdehnungsrichtungsurface extent direction
Flächenausdehnungsrichtungsurface extent direction
Höhenausdehnungsrichtung height extension direction
Flacherzeugnis flat product
Flachseite flat side
Außenseite outside
Flachseite flat side
Außenseite outside
Dicke thickness
Erstreckungsrichtung direction of extension
Erstreckungsrichtung direction of extension
Bodenabschnitt bottom section
Wandabschnitt wall section
Wandabschnitt wall section
Durchgangsbereich passage area
Durchgangsöffnungen passage openings
Durchgangsrichtung passage direction
Durchgangsfreiraum passage space
Rand Verlaufsrichtung Randfläche Hauptabschnitt Endabschnitt Erstreckungsrichtung ' Auswölbungen Normaleedge Direction of course edge surface main section end section extension direction 'protrusions normal
Laserstrahlungsfeld StrahlungsfeldquelleLaser radiation field Radiation field source
System optischer Elemente Laserstrahlungseinrichtung zu bearbeitende Stelle StrahlteilerSystem of optical elements Laser radiation device Area to be processed Beam splitter
Teilstrahlungsfelder optische Elemente Scanneroptik Gasströmungseinrichtung Gasströmung Absaugvorrichtung Gasdüse Partial radiation fields Optical elements Scanner optics Gas flow device Gas flow Suction device Gas nozzle
Anlage Attachment
Maschinenstation Zuführvorrichtung Weitergabevorrichtung Prägevorrichtung Prägerolle Machine station feeding device transfer device embossing device embossing roller
Lasersystem Strahlungsquelle optische Vorrichtung Laser system radiation source optical device

Claims

- 69 - - 69 -
P A T E N T A N S P R Ü C H E Brennstoffzellenvorrichtung (100) umfassend zumindest eine zumindest ein metallisches Flachbauteil (142) aufweisende Brennstoffzelleneinheit (110), wobei das Flachbauteil (142) in einem Durchgangsbereich (212) zumindest eine Durchgangsöffnung (214), also genau eine Durchgangsöffnung (214) oder mehrere Durchgangsöffnungen (214), aufweist und ein Rand (224) zumindest einer Durchgangsöffnung (214) zumindest im Wesentlichen gratfrei ist. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Durchgangsöffnung (214) mit zumindest im Wesentlichen gratfreiem Rand (224) eine einen Durchgangsfreiraum (222) begrenzende Randfläche (234) eine Rauigkeit, insbesondere eine gemittelte Rautiefe (Rz), von höchstens 20 pm, insbesondere von höchstens 10 pm, aufweist. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Durchgangsöffnung (214) mit zumindest im Wesentlichen gratfreiem Rand (224) die Durchgangsöffnung (214) im Wesentlichen frei von in ihren Durchgangsfreiraum (222) hineinragenden Materialrückständen ist. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest im Wesentlichen gratfreie Durchgangsöffnung (214) zumindest im Wesentlichen keine zumindest näherungsweise in Richtung einer Normalen ihrer Randfläche (234) in ihren Durchgangsfreiraum (222) hervorstehende Auswölbungen (246') aufweist, wobei die Auswölbungen insbesondere zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Verlaufsrichtung der Randfläche (234) und einer Durchgangsrichtung (218) der Durchgangsöffnung (214) sich erstrecken. - 70 - Brennstoffzellenvorrichtung (100), insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend zumindest eine zumindest ein metallisches Flachbauteil (142) aufweisende Brennstoffzelleneinheit (110), wobei das Flachbauteil (142) in einem Durchgangsbereich (212) zumindest eine Durchgangsöffnung (214) aufweist und bei zumindest einer Durchgangsöffnung (214) eine einen Durchgangsfreiraum (222) dieser Durchgangsöffnung (214) begrenzende Randfläche (234) in Richtung einer Durchgangsrichtung (218) dieser Durchgangsöffnung (214) sich mit einer Abweichung von höchstens 10°, insbesondere von höchstens 5°, von dieser Durchgangsrichtung (218) erstreckt. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einer Durchgangsöffnung (214) im Durchgangsbereich (212) zumindest eine ihrer quer zu der Durchgangsrichtung (218) gemessene Ausdehnungsdimension, insbesondere eine kleinere Ausdehnungsdimension von zwei quer zu der Durchgangsrichtung (218) gemessenen Ausdehnungsdimensionen, kleiner ist als 200 pm, insbesondere kleiner ist als 100 pm, insbesondere kleiner ist als 50 pm, insbesondere kleiner ist als 30 pm. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Durchgangsöffnung (214) in dem Durchgangsbereich (212) als Langloch oder als Rundloch ausgebildet ist und/oder zumindest eine Durchgangsöffnung (214) eine zumindest im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist. - 71 - Brennstoffzellenvorrichtung (100), insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend zumindest eine ein metallisches Flachbauteil (142) aufweisende Brennstoffzelleneinheit (110), wobei das Flachbauteil (142) mindestens einen Durchgangsbereich (212) aufweist, der perforiert ist, wobei insbesondere die die Perforation ausbildenden Durchgangsöffnungen (214) in dem Durchgangsbereich (212) eines oder mehrere Merkmale der voranstehenden Ansprüche aufweisen. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine perforierte Durchgangsbereich (212) eine Vielzahl von höchstens 50 pm großen, insbesondere von höchstens 30 pm großen Durchgangsöffnungen (214) aufweist. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachbauteil (142) zumindest im Wesentlichen aus genau einem insbesondere metallischen Flacherzeugnis (162) oder aus mehreren insbesondere metallischen Flacherzeugnissen (162) ausgebildet ist, wobei insbesondere ein Flacherzeugnis (162) des Flachbauteils (142) zumindest im Wesentlichen eine Dicke von mindestens 30 pm, insbesondere von mindestens 50 pm, und/oder von höchstens 250 pm, insbesondere von höchstens 150 pm, aufweist. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachbauteil (142) ein Blechbauteil ist und insbesondere das Flacherzeugnis ein Blech ist. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachbauteil (142) zumindest einen geprägten Abschnitt aufweist, und der zumindest eine Durchgangsbereich (212) in dem zumindest einen geprägten Abschnitt angeordnet ist. - 72 - Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Flacherzeugnis (162) des Flachbauteils (142) sich in zumindest einem Abschnitt, insbesondere einem geprägten Abschnitt, lokal schräg zu einer flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils (142) erstreckt. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Durchgangsbereich (212) in einem sich lokal schräg zu einer flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils (142) erstreckenden Abschnitt angeordnet ist. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Durchgangsbereich (212) in einem sich lokal zumindest im Wesentlichen parallel zu einer flächenmäßigen Ausdehnung des Flachbauteils (142) erstreckenden Abschnitt angeordnet ist. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachbauteil (142) einen Fluidführungsabschnitt oder mehrere Fluidführungsabschnitte umfasst. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Fluidführungsabschnitt zumindest teilweise in zumindest einem Flacherzeugnis (162) ausgeformt ist. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Durchgangsbereich (212) sich an zumindest einen Fluidführungsabschnitt anschließt. - 73 - Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachbauteil (142) eine Bipolarplatte ist. Brennstoffzellenvorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei insbesondere als Bipolarplatte ausgebildete Flachbauteile (142) insbesondere zusammen mit einem zwischen den zwei Flachbauteilen (142) angeordneten Membranbauteil (144) eine Zelleinheit (124) der Brennstoffzelleneinheit (110) ausbilden, wobei insbesondere die Brennstoffzelleneinheit (110) zumindest einen Stapel (122) aus einer Vielzahl von derartigen Flachbauteilen (142) und insbesondere Membranbauteilen (144) umfasst. Brennstoffzellenvorrichtung (100), insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese mittels eines Verfahrens nach einem der nachstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche hergestellt wird und/oder mittels einer Anlage (360) gemäß einem der nachstehenden auf eine Anlage gerichteten Ansprüche hergestellt wird. Verfahren zum Herstellen einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung (100), wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) zumindest ein metallisches Flachbauteil (142) aufweist, wobei das Verfahren zumindest den Schritt umfasst, das zumindest eine Flachbauteil (142) in einem Durchgangsbereich (212) mit zumindest einer einen zumindest im Wesentlichen gratfreien Rand (224) aufweisenden Durchgangsöffnung (214) zu versehen. - 74 - Verfahren, insbesondere nach dem voranstehenden Anspruch, zum Herstellen einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung (100), wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) zumindest ein metallisches Flachbauteil (142) aufweist, wobei das Verfahren zumindest den Schritt umfasst, das zumindest eine Flachbauteil (142) durch Einwirkung eines Laserstrahlungsfeldes (310) in zumindest einem Durchgangsbereich (212) mit zumindest einer Durchgangsöffnung (214) zu versehen. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Versehens mit einer Durchgangsöffnung (214) durch Einwirkung des Laserstrahlungsfeldes (310) umfasst, das an einer mit der Durchgangsöffnung (214) zu versehenden Stelle (322) in dem Durchgangsbereich (212) das Laserstrahlungsfeld (310) derart einwirkt, dass der metallische Werkstoff des Flachbauteils (142) an dieser Stelle durch die Einwirkung des Laserstrahlungsfeldes (310) verdampft, insbesondere sublimiert. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlungsfeld (310) ein gepulstes Laserstrahlungsfeld ist. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlungspulse des gepulsten Laserstrahlungsfeldes (310) eine Pulsdauer von höchstens 10 ps, insbesondere von höchstens 1 ps, und/oder eine Pulsdauer von mindestens 300 fs, insbesondere von mindestensPATENT CLAIMS Fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110) having at least one metallic flat component (142), wherein the flat component (142) has at least one through-opening (214), i.e. precisely one through-opening (214) or has a plurality of through-openings (214), and an edge (224) of at least one through-opening (214) is at least essentially free of burrs. Fuel cell device (100) according to Claim 1, characterized in that in the case of a passage opening (214) with an at least substantially burr-free edge (224), an edge surface (234) delimiting a passage free space (222) has a roughness, in particular a mean peak-to-valley height (Rz), of at most 20 μm, in particular at most 10 μm. Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of a through opening (214) with an at least essentially burr-free edge (224), the through opening (214) is essentially free of material residues protruding into its free passage space (222). Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that an at least substantially burr-free passage opening (214) has at least substantially no bulges (246') protruding at least approximately in the direction of a normal of its edge surface (234) into its passage free space (222). has, wherein the bulges extend in particular at least approximately perpendicularly to a direction of extent of the edge surface (234) and a passage direction (218) of the passage opening (214). - 70 - Fuel cell device (100), in particular according to one of the preceding claims, comprising at least one fuel cell unit (110) having at least one metallic flat component (142), the flat component (142) having at least one through-opening (214) in a passage area (212). and in the case of at least one through-opening (214), an edge surface (234) delimiting a through-opening space (222) of this through-opening (214) in the direction of a through-flow direction (218) of this through-opening (214) with a deviation of at most 10°, in particular of at most 5° , extends from this passage direction (218). Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one passage opening (214) in the passage area (212) has at least one of its extension dimensions measured transversely to the passage direction (218), in particular a smaller extension dimension of two transversely to the passage direction ( 218) measured expansion dimensions, is less than 200 pm, in particular less than 100 pm, in particular less than 50 pm, in particular less than 30 pm. Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one through-opening (214) in the through-section (212) is designed as a slot or as a round hole and/or at least one through-opening (214) has an at least substantially rectangular cross-sectional shape. - 71 - Fuel cell device (100), in particular according to one of the preceding claims, comprising at least one fuel cell unit (110) having a metallic flat component (142), wherein the flat component (142) has at least one passage region (212) which is perforated, wherein in particular the through openings (214) forming the perforation in the through area (212) have one or more features of the preceding claims. Fuel cell device (100) according to the preceding claim, characterized in that the at least one perforated passage area (212) has a large number of passage openings (214) no larger than 50 μm, in particular no larger than 30 μm. Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the flat component (142) is formed at least essentially from exactly one, in particular metallic flat product (162) or from a plurality of in particular metallic flat products (162), in particular one flat product (162) of the flat component (142) at least essentially has a thickness of at least 30 μm, in particular at least 50 μm, and/or at most 250 μm, in particular at most 150 μm. Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the flat component (142) is a sheet metal component and in particular the flat product is a sheet metal. Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the flat component (142) has at least one embossed section, and the at least one passage region (212) is arranged in the at least one embossed section. - 72 - Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one flat product (162) of the flat component (142) in at least one section, in particular an embossed section, locally obliquely to a surface extension of the flat component (142) extends. Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one passage region (212) is arranged in a section which locally extends obliquely to a surface extent of the flat component (142). Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one passage area (212) is arranged in a locally at least substantially parallel to a surface extension of the flat component (142) extending section. Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the flat component (142) comprises a fluid guide section or a plurality of fluid guide sections. Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one fluid guide section is formed at least partially in at least one flat product (162). Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one passage area (212) adjoins at least one fluid guide section. - 73 - Fuel cell device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the flat component (142) is a bipolar plate. Fuel cell device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that two flat components (142), designed in particular as a bipolar plate, form a cell unit (124) of the fuel cell unit (110), in particular together with a membrane component (144) arranged between the two flat components (142). , wherein in particular the fuel cell unit (110) comprises at least one stack (122) of a plurality of such flat components (142) and in particular membrane components (144). Fuel cell device (100), in particular according to one of the preceding claims, characterized in that it is produced by means of a method according to one of the following claims directed to a method and/or by means of a system (360) according to one of the following claims directed to a system becomes. Method for producing a fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110), the at least one fuel cell unit (110) having at least one metallic flat component (142), the method comprising at least the step of forming the at least one flat component (142) in one To provide passage area (212) with at least one at least one substantially burr-free edge (224) having passage opening (214). - 74 - Method, in particular according to the preceding claim, for producing a fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110), the at least one fuel cell unit (110) having at least one metallic flat component (142), the method comprising at least the step providing the at least one flat component (142) with at least one through opening (214) in at least one through area (212) by the action of a laser radiation field (310). Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that the step of providing a through-opening (214) by the action of the laser radiation field (310) which is generated at a point (322) to be provided with the through-opening (214) in the laser radiation field (310) acts on the passage area (212) in such a way that the metallic material of the flat component (142) evaporates, in particular sublimates, at this point through the action of the laser radiation field (310). Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that the laser radiation field (310) is a pulsed laser radiation field. Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that radiation pulses of the pulsed laser radiation field (310) have a pulse duration of at most 10 ps, in particular of at most 1 ps, and/or a pulse duration of at least 300 fs, in particular of at least
800 fs, aufweisen. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulsenergie bei dem gepulsten Laserstrahlungsfeld (310) mindestens 50 pJ, insbesondere mindestens 70 pJ, groß ist und/oder höchstens 2.000 pJ, insbesondere höchstens 500 pJ, groß ist. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlungsfeld (310) zirkular polarisiert ist. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein System (314) aus optischen Elementen zur Führung des Laserstrahlungsfeldes (310), insbesondere zu verschiedenen zu bearbeitenden Stellen (322), verwendet wird. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserstrahlungsfeld (310) in mehrere Teilstrahlungsfelder (328) aufgeteilt wird und durch die mehreren Teilstrahlungsfelder (328) mehrere Stellen (322) an dem Flachbauteil (142) gleichzeitig bearbeitet werden. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasströmung (344) angewendet wird, um ein Material, insbesondere ein Entfernen von dem verdampften Material, von der zumindest einen zu bearbeitenden Stelle, welche mit einer Durchgangsöffnung (214) versehen wird, zumindest zu unterstützen. Verfahren nach dem voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest eines Teils der Gasströmung (344) das Material von der zu bearbeitenden Stelle weggeblasen wird. Verfahren nach einem der zwei voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest eines Teils der Gasströmung (344) das Material von der zu bearbeitenden Stelle abgesaugt wird. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des Flachbauteils (142) von der Gasströmung (344) erfasst wird, insbesondere von der Gasströmung (344) angeströmt wird und/oder die Gasströmung (344) von diesem Bereich wegströmt, wobei dieser erfasste Bereich mehrere zu bearbeitende Stellen umfasst, insbesondere wirken verschiedene Teilstrahlungsfelder (328) des Laserstrahlungsfeldes (310) auf verschiedene Stellen in dem erfassten Bereich ein. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Führen des Laserstrahlungsfeldes (310) und insbesondere von dessen Teilstrahlungsfelder (328) unabhängig von einer Führung und/oder einer Orientierung der Gasströmung (344) erfolgt. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Gasströmung (344), insbesondere zumindest ein Großteil der Gasströmung (344), schräg zu einer Propagationsrichtung des Laserstrahlungsfeldes (310) verläuft. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren zumindest den Schritt eines Prägens zumindest eines Flacherzeugnisses umfasst. - 77 - Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren zumindest ein Fügen zumindest eines Flacherzeugnisses (162) des Flachbauteils (142) mit zumindest einer weiteren Komponente, insbesondere mit zumindest einem weiteren Flacherzeugnis (162), umfasst, insbesondere ein Verschweißen, insbesondere mittels Laserschweißens, des zumindest einen Flacherzeugnis (162) mit zumindest einer weiteren Komponente umfasst. Verfahren nach einem der voranstehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest einen Schritt zum Versehen der Brennstoffzellenvorrichtung (100), insbesondere des Flachbauteils (142), mit einem oder mehreren Merkmalen der voranstehenden auf eine Brennstoffzellenvorrichtung (100) gerichteten Ansprüche umfasst. Anlage (360) zum Herstellen einer zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) umfassenden Brennstoffzellenvorrichtung (100), wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit (110) zumindest ein metallisches Flachbauteil (142) aufweist, wobei die Anlage (360), insbesondere eine Maschinenstation (362) der Anlage (360), zumindest eine Laserstrahlungseinrichtung (316) zum Versehen des Flachbauteils (142) mit zumindest einer Durchgangsöffnung (214) aufweist. Anlage (360) nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlungseinrichtung (316) zumindest eine Strahlungsfeldquelle (312) und ein System (314) von optischen Elementen zur Führung eines von der Strahlungsfeldquelle (312) bereitgestellten Laserstrahlungsfeldes (310) umfasst. - 78 - Anlage (360) nach einem der voranstehenden auf eine Anlage (360) gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (314) von optischen Elementen zumindest ein einstellbares optisches Element, beispielsweise einen in seiner Position und/oder Ausrichtung einstellbaren Spiegel, zur Führung des Laserstrahlungsfeldes (310) umfasst. Anlage (360) nach einem der voranstehenden auf eine Anlage (360) gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlungseinrichtung (316) zumindest einen Strahlteiler (326) zum Aufteilen eines Laserstrahlungsfeldes (310) in mehrere Teilstrahlungsfelder (328) aufweist. Anlage (360) nach einem der voranstehenden auf eine Anlage (360) gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (360), insbesondere die Maschinenstation (362) mit der Laserstrahlungseinrichtung (316), eine Gasströmungseinrichtung (342) umfasst, mittels welcher eine Gasströmung (344) bereitgestellt wird, welche auf die zu bearbeitende Stelle an dem Flachbauteil (142) einwirkt. Anlage (360) nach dem voranstehenden auf eine Anlage gerichteten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmungseinrichtung (342) zumindest eine Gasdüse (348) zur Bereitstellung einer zumindest eine zu bearbeitende Stelle an dem Flachbauteil (142) anströmende Gasströmung (344) aufweist und/oder dass die Gasströmungseinrichtung (342) zumindest eine Absaugvorrichtung (346) zum Absaugen einer Gasströmung (344) von zumindest einer zu bearbeitenden Stelle an dem Flachbauteil (142) umfasst. - 79 - Anlage (360) nach einem der voranstehenden auf eine Anlage gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlungseinrichtung (316) und die Gasströmungseinrichtung (342) derart ausgebildet sind, dass das Laserstrahlungsfeld (310), insbesondere dessen Teilstrahlungsfelder (328), unabhängig von der Gasströmung (344) geführt werden kann/können. Anlage (360) nach einem der voranstehenden auf eine Anlage gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (360), insbesondere die Maschinenstation (362) mit der Laserstrahlungseinrichtung (316) eine Prägevorrichtung (372) zum Prägen zumindest eines Flacherzeugnisses (162) des Flachbauteils (142) umfasst. Anlage (360) nach einem der voranstehenden auf eine Anlage (360) gerichteten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (360), insbesondere die Maschinenstation (362) mit der Laserstrahlungseinrichtung (310) ein zusätzliches Lasersystem (342) umfasst zum Verschweißen von Komponenten, insbesondere zum Verschweißen zumindest eines Flacherzeugnisses (162) mit zumindest einer weiteren Komponente, insbesondere mit zumindest einem weiteren Flacherzeugnis (162). 800 fs. Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that a pulse energy in the pulsed laser radiation field (310) is at least 50 pJ, in particular at least 70 pJ, and/or at most 2,000 pJ, in particular at most 500 pJ. Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that the laser radiation field (310) is circularly polarized. Method according to one of the preceding claims directed towards a method, characterized in that a system (314) of optical elements for guiding the laser radiation field (310), in particular to different points (322) to be processed, is used. Method according to one of the preceding claims directed towards a method, characterized in that the laser radiation field (310) is divided into a plurality of partial radiation fields (328) and a plurality of partial radiation fields (328) are used to process a plurality of locations (322) on the flat component (142) at the same time . Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that a gas flow (344) is used to remove a material, in particular a removal of the vaporized material, from the at least one point to be processed, which is provided with a through-opening (214) is provided, at least to support. Method according to the preceding claim directed to a method, characterized in that the material is blown away from the point to be processed by means of at least part of the gas flow (344). Method according to one of the two preceding claims directed to a method, characterized in that the material is sucked off from the point to be processed by means of at least part of the gas flow (344). Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that a region of the flat component (142) is covered by the gas flow (344), in particular the gas flow (344) flows against it and/or the gas flow (344) from this Area flows away, this detected area comprising several points to be processed, in particular different partial radiation fields (328) of the laser radiation field (310) act on different points in the detected area. Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that the laser radiation field (310) and in particular its partial radiation fields (328) are guided independently of a guidance and/or an orientation of the gas flow (344). Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that at least part of the gas flow (344), in particular at least a large part of the gas flow (344), runs obliquely to a propagation direction of the laser radiation field (310). Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that the method further comprises at least the step of embossing at least one flat product. - 77 - Method according to one of the preceding claims directed to a method, characterized in that the method also includes at least one joining of at least one flat product (162) of the flat component (142) with at least one further component, in particular with at least one further flat product (162 ), includes, in particular, welding, in particular by means of laser welding, which includes at least one flat product (162) with at least one further component. Method according to one of the preceding claims directed towards a method, characterized in that the method comprises at least one step for providing the fuel cell device (100), in particular the flat component (142), with one or more features of the preceding claims directed towards a fuel cell device (100). includes. System (360) for producing a fuel cell device (100) comprising at least one fuel cell unit (110), the at least one fuel cell unit (110) having at least one flat metal component (142), the system (360), in particular a machine station (362) of the System (360), at least one laser radiation device (316) for providing the flat component (142) with at least one through-opening (214). System (360) according to the preceding claim, characterized in that the laser radiation device (316) comprises at least one radiation field source (312) and a system (314) of optical elements for guiding a laser radiation field (310) provided by the radiation field source (312). - 78 - Plant (360) according to one of the preceding claims directed towards a plant (360), characterized in that the system (314) of optical elements comprises at least one adjustable optical element, for example a mirror whose position and/or orientation can be adjusted, for guiding the laser radiation field (310). System (360) according to one of the preceding claims directed towards a system (360), characterized in that the laser radiation device (316) has at least one beam splitter (326) for dividing a laser radiation field (310) into a plurality of partial radiation fields (328). System (360) according to one of the preceding claims directed towards a system (360), characterized in that the system (360), in particular the machine station (362) with the laser radiation device (316), comprises a gas flow device (342), by means of which a Gas flow (344) is provided, which acts on the point to be processed on the flat component (142). System (360) according to the preceding claim directed towards a system, characterized in that the gas flow device (342) has at least one gas nozzle (348) for providing a gas flow (344) flowing onto at least one point to be processed on the flat component (142) and/ or that the gas flow device (342) comprises at least one suction device (346) for sucking off a gas flow (344) from at least one point to be processed on the flat component (142). - 79 - System (360) according to one of the preceding claims directed towards a system, characterized in that the laser radiation device (316) and the gas flow device (342) are designed in such a way that the laser radiation field (310), in particular its partial radiation fields (328), can be guided independently of the gas flow (344). System (360) according to one of the preceding claims directed towards a system, characterized in that the system (360), in particular the machine station (362) with the laser radiation device (316) has an embossing device (372) for embossing at least one flat product (162) of the Includes flat component (142). System (360) according to one of the preceding claims directed towards a system (360), characterized in that the system (360), in particular the machine station (362) with the laser radiation device (310) comprises an additional laser system (342) for welding components , in particular for welding at least one flat product (162) to at least one other component, in particular to at least one other flat product (162).
PCT/EP2022/086160 2021-12-21 2022-12-15 Fuel cell device with flat component, and method for producing a fuel cell device with flat component, and system therefor WO2023117694A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021134080.2A DE102021134080A1 (en) 2021-12-21 2021-12-21 Fuel cell device with a flat component and method for producing a fuel cell device with a flat component and system therefor
DE102021134080.2 2021-12-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023117694A1 true WO2023117694A1 (en) 2023-06-29

Family

ID=84888759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/086160 WO2023117694A1 (en) 2021-12-21 2022-12-15 Fuel cell device with flat component, and method for producing a fuel cell device with flat component, and system therefor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021134080A1 (en)
WO (1) WO2023117694A1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036677A2 (en) * 2002-10-14 2004-04-29 Reinz-Dichtungs-Gmbh Electrochemical system
WO2008054774A2 (en) * 2006-10-31 2008-05-08 Corning Incorporated Micromachined electrolyte sheet, fuel cell devices utilizing such, and micromachining method for making fuel cell devices
JP2009051872A (en) * 2007-08-23 2009-03-12 Toyota Motor Corp Method for producing porous membrane, method for producing polymer electrolyte, porous membrane, polyelectrolyte membrane, and solid polymer fuel cell
CN203481322U (en) * 2013-07-17 2014-03-12 南京大学昆山创新研究院 Gas diffusion layer of proton exchange membrane fuel cell
CN210576224U (en) * 2019-10-23 2020-05-19 中国科学院大连化学物理研究所 Ultra-light air-cooled fuel cell metal bipolar plate
CN113161566A (en) * 2021-03-19 2021-07-23 东睦新材料集团股份有限公司 Preparation method of metal support plate for fuel cell
US20210305657A1 (en) * 2020-03-31 2021-09-30 Honda Motor Co., Ltd. Manufacturing method for fuel cell separators and manufacturing apparatus for fuel cell separators

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6625181B1 (en) 2000-10-23 2003-09-23 U.C. Laser Ltd. Method and apparatus for multi-beam laser machining
IL173539A0 (en) 2006-02-05 2006-07-05 Rami Noach Flow distributor plate
JP5401438B2 (en) 2010-12-08 2014-01-29 本田技研工業株式会社 Flat type solid electrolyte fuel cell

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036677A2 (en) * 2002-10-14 2004-04-29 Reinz-Dichtungs-Gmbh Electrochemical system
WO2008054774A2 (en) * 2006-10-31 2008-05-08 Corning Incorporated Micromachined electrolyte sheet, fuel cell devices utilizing such, and micromachining method for making fuel cell devices
JP2009051872A (en) * 2007-08-23 2009-03-12 Toyota Motor Corp Method for producing porous membrane, method for producing polymer electrolyte, porous membrane, polyelectrolyte membrane, and solid polymer fuel cell
CN203481322U (en) * 2013-07-17 2014-03-12 南京大学昆山创新研究院 Gas diffusion layer of proton exchange membrane fuel cell
CN210576224U (en) * 2019-10-23 2020-05-19 中国科学院大连化学物理研究所 Ultra-light air-cooled fuel cell metal bipolar plate
US20210305657A1 (en) * 2020-03-31 2021-09-30 Honda Motor Co., Ltd. Manufacturing method for fuel cell separators and manufacturing apparatus for fuel cell separators
CN113161566A (en) * 2021-03-19 2021-07-23 东睦新材料集团股份有限公司 Preparation method of metal support plate for fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021134080A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3631884B1 (en) Separator plate for an electro-chemical system
DE19742439C1 (en) Fluid micro-filter
DE10221951B4 (en) Bipolar plate and method for its production and device for carrying out the method
EP2245371A2 (en) Gas burner
DE3618731A1 (en) HEATING DEVICE
WO2006089597A1 (en) Micro-heat exchanger
DE102019102233A1 (en) Method and device for producing a composite component and motor vehicle
EP1704759B1 (en) Nozzle arrangement and method for processing a material for processing with a processing medium
EP0953205A1 (en) Substrate treatment device
WO2023117694A1 (en) Fuel cell device with flat component, and method for producing a fuel cell device with flat component, and system therefor
DE2250936C2 (en) Device for successive welding of workpieces by means of electron beams
DE2339552B2 (en) Method and device for cooling welds produced by means of a large supply of heat
DE3926781A1 (en) METHOD FOR WELDING WITH LASER RADIATION AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD
EP0396132A1 (en) Heat exchanger having at least two header boxes
DE102020202691A1 (en) Process for the production of components
WO2012163909A1 (en) Gas laser having a heat exchanger
DE102011111489B4 (en) Heating device for a soldering system
EP0423857B1 (en) Process for making a channel plate with paralleled plates, device for carrying out the process
DE2143085A1 (en) Method and device for drilling a side channel branching off from a channel
DE102015205295A1 (en) Bipolar plate assembly for fuel cell and manufacturing process
DE102005054351B3 (en) Remote laser welding process directs beam at work-pieces via mirror through succession of clamp plate apertures
EP1857587B1 (en) Method for manufacturing a hollow body of a machine for manufacturing and/or refining a sheet of material and hollow body
DE102022105927B3 (en) DEVICE AND METHOD FOR CUTTING A SUBSTRATE BY MEANS OF DIRECTED ELECTROMAGNETIC RADIATION
WO2024028188A1 (en) Fuel cell device having a membrane element, and method for producing same
DE102020117367B4 (en) Cell frame, electrochemical cell, cell stack and method of operation

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22839668

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1