WO2023237145A1 - Prägewerkzeugsatz mit sicke für eine werkzeugvorrichtung zur herstellung einer bipolarplatte, werkzeugvorrichtung und verfahren - Google Patents

Prägewerkzeugsatz mit sicke für eine werkzeugvorrichtung zur herstellung einer bipolarplatte, werkzeugvorrichtung und verfahren Download PDF

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Michael Schlosser
Wilfried Schwenk
Patrick Hoferer
Frank Rosenfelder
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Definitions

  • the present invention relates to an embossing tool set for producing or producing a bipolar plate from a sheet metal, in particular stainless steel sheet, with a thickness of less than 0.25 mm, in particular 0.1 mm, by means of embossing.
  • the invention further relates to a tool device with a press for producing a bipolar plate.
  • the invention further relates to a method for producing a bipolar plate from a sheet metal by means of embossing in a tool device.
  • the invention relates to series production of bipolar plates.
  • the respective tool device is therefore preferably designed to produce a large number of bipolar plates from a large number of sheets in series production.
  • the sheet When producing a bipolar plate using the tool device, for example having a press, the sheet is typically unwound from a roll with a sheet metal strip (in particular so-called coils), formed or embossed in the press - with channel structures being introduced into the sheet - and, for example, afterwards separated or punched out piece by piece, resulting in bipolar plates.
  • the sheet metal is usually made of high-strength stainless steel. Since the sheets generally have a thickness of less than 1 mm, for example a thickness of approximately 0.1 mm, it is particularly challenging for the bipolar plate to have an approximately constant thickness, free from, despite high stroke rates or high production speeds cracks and internal stresses and sufficient flatness and accuracy of the length and width dimensions or
  • the object of the invention is therefore to provide a solution with which the dimensional accuracy in the series production of bipolar plates and the production speed or the number of strokes can be increased.
  • an embossing tool set for producing a bipolar plate from a sheet metal with a thickness of less than 0.25 mm, in particular 0.1 mm, by means of embossing, comprising a first tool for a pressing device of a press or tool device, in particular a tool device designed for the production of a A plurality of the bipolar plates from a plurality of the sheets in series production, the first tool being designed for embossing a bead into the sheet in an embossing first manufacturing step of the tool device, the embossed bead having a closed, partially curved contour in the plane of the sheet having.
  • the embossing tool set is particularly suitable for use in series production.
  • the embossing tool set should be suitable for quantities in the range of 1,000, 10,000, 100,000 or more, and should therefore preferably have good wear resistance.
  • Tooling means the entirety of the components involved in production.
  • the press of the tool device essentially contains all components that effect the forming of the sheet metal, in particular during a stroke of the press, for example at the same time, including one or more pressing devices and the embossing tool set with one or more tools.
  • a single pressing device focuses on one step of embossing and typically uses one tool from the embossing tool set.
  • the tool device can, for example, contain a gripping device, a feed device and/or a cutting device.
  • One or more such devices can also be operatively connected to a stroke of the press or a pressing device.
  • the tool device is preferably suitable for series production.
  • the tool device can therefore have a holder for a sheet metal strip, in particular a coil, from which unwinding or unwinding is possible, for example by means of an unwinding device and/or by means of the feed device.
  • the unwinding device can, for example, drive a unwinding axis in the middle of the wound sheet metal strip.
  • the feed device can also unwind the sheet metal strip from the holder, for example by pulling it.
  • the sheet metal strip can thus be advanced to the cutting device.
  • the sheet metal strip can be held with one or the at least essentially horizontal rolling axis of the holder in order to be able to advance the sheet metal as flatly as possible and without twisting to the typically horizontally arranged and/or cutting cutting device.
  • the press is particularly suitable for embossing or processing very thin sheet metal, in particular with a thickness of less than 1 mm or less than 0.25 mm, for example 0.1 mm.
  • a thickness of less than 1 mm or less than 0.25 mm, for example 0.1 mm For example, stainless steel sheets need to be processed. Pressing forces of over 1000 or 2000 kN are usually used here.
  • the tools must be designed to be wear-resistant. For each pressing device, for example, one of several stages or steps of production is implemented, in particular where the sheet metal is to be transported from pressing device to pressing device in the manufacturing direction. The manufacturing direction will regularly be straight.
  • Embossing is understood to mean forming, for example by placing an upper punch on a corresponding lower punch when the sheet metal is arranged between them, so that the sheet metal is in particular plastically deformed and adapts to the punches.
  • the embossing tool set typically has two corresponding stamps between which the sheet metal is to be placed.
  • the embossing tool set is particularly suitable for stainless steel sheets.
  • the embossing tool set itself or individual components of it can also be made of stainless steel; in particular, a harder material than that of the sheet metal should be used.
  • the first tool is specially designed for embossing the bead, but the first tool can also carry out other forming and/or separating production steps, for example punching perforations.
  • the bead has a closed and partially curved contour in the plane of the sheet metal. This means that in a plan view of the bead, a particularly predominant surface section of the sheet can be described as framed by the bead.
  • the bead is usually curved in the corner areas of the sheet, near a centering contour, near a bipolar plate contour, near a cut of a cutting device and/or near perforations. In particular, the bead runs at least essentially along the edge of the sheet.
  • the cross-sectional shape of the bead is basically not visible because it is typically designed to be edge-free. Rather, the shape of the bead can be seen in the cross section.
  • the bead has a U-shape in cross section.
  • the bead in particular has no or at least no significant thinning of the sheet. Rather, the bead has a concave part on one side and a convex part on the other side.
  • the advantage of the proposed solution is that a bipolar plate can be produced that is already stabilized at the beginning and/or before the sheet metal is embossed. The bead stiffens the bipolar plate or sheet metal during and after production.
  • the bead allows stretching to be carried out when embossing the channel structures, which significantly reduces internal stresses in the sheet metal or in the bipolar plate and increases the continuity of the thickness in the embossed sheet metal. Springback is avoided when opening tools from the sheet metal that has just been embossed. Flatness deviations are reduced.
  • the channel structures can be manufactured without cracks. The waste is reduced.
  • the bead can enable high stroke rates and high handling speeds to be achieved because the sheet is less unstable and does not swing open as much during fast movements.
  • the first tool has an upper stamp and a lower stamp corresponding to the upper stamp for embossing the sheet metal, the stamps for embossing the bead in the sheet having an upper or lower bead geometry.
  • the bead geometry for example, corresponds at least essentially to a negative of the bead to be embossed.
  • the upper and lower bead geometry can be inserted into one another.
  • the sheet metal with the bead can also be arranged between the upper punch with the upper bead geometry and the lower punch with the lower bead geometry, with a positive connection being created in both cases.
  • the respective bead geometry can have the closed, partially curved contour of the bead.
  • the upper or lower bead geometry does not have to be closed, but can be divided into different sections on the first tool or on the upper punch or on the lower punch.
  • the bead can be produced quickly and in one embossing step with the first tool.
  • the first tool can also carry out further forming and/or cutting operations on the sheet metal. More preferably, it can be provided that the upper bead geometry has a groove and/or that the lower bead geometry has a projection. In this respect, it is preferred if a concave bead geometry is provided on the upper stamp and/or if a convex bead geometry is provided on the lower stamp.
  • the sheet metal with the bead can best be fixed via the bead if the bead can be accessed from below and not from above. This is because the bead is easier to center on a projection than it is to center in a groove with its own projection.
  • a second, a third and/or a fourth tool is provided, with (each) an upper punch and a lower punch, designed for embossing the sheet metal in a respective second or third or fourth manufacturing step at least in one of the bead or .
  • the contour framed area, then the bead in the sheet metal can be used advantageously and the flatness deviations of the bipolar plate to be produced can be further reduced.
  • the bipolar plate is first produced by producing a bead and then by further forming steps.
  • the embossing tool set must be designed accordingly so that the first tool concentrates on the bead and that the second or another tool concentrates on forming the channel structures and, for example, engages in the bead in order to fix the sheet metal.
  • the upper and/or the lower punch of the second, third and/or fourth tool are designed in a stamping direction for advance contact with the bead. This particularly advantageously ensures that when the second or another tool is closed, the sheet metal is first fixed. Because the leading contact can be realized in that a movable part, in particular a movable part in the embossing direction, first places on the sheet and creates a clamping of the sheet on the bead, in particular a clamping of the sheet over the course of the entire contour of the bead. Mobility then ensures that The actual geometry of the tool for stamping or forming can also come into contact with the sheet metal.
  • a particularly preferred embodiment is characterized by an upper holding part leading and spring-loaded in one or the embossing direction with at least essentially the upper bead geometry and/or a lower holding part leading and/or spring-loaded in one or the embossing direction with at least essentially the lower bead geometry .
  • the respective holding part can be moved in the embossing direction by one or more millimeters relative to the base body of the respective upper or lower stamp.
  • a preload is also provided on the holding part, which can be in the same order of magnitude as the actual pressing force, for example 100, 250, 500, 2000 or 7000 kN or values in between. This can be achieved with sufficiently rigid springs, e.g. coil springs or gas pressure springs, within the respective stamp. It is also advantageous that the holding parts can be easily replaced, particularly in the event of wear, but also in the event of geometry changes. This reduces costs.
  • the invention further proposes a tool device with the features of claim 7.
  • a tool device with a press is proposed.
  • the press has at least two pressing devices; three, four or more pressing devices can also be provided.
  • the tool device is designed to produce a bipolar plate from a sheet with a thickness of less than 0.25 mm, in particular 0.1 mm, by means of embossing, in particular the tool device is designed to produce a plurality of the bipolar plates from a plurality of the sheets a series production, and further the tool device has an embossing tool set, in particular the above-described embossing tool set, with a first tool provided in the at least one or first pressing device for embossing a bead into the sheet and with at least one further tool for embossing the sheet, wherein the at least one further tool is designed for advance contact with the bead stamped into the sheet metal by the first tool and in the further, in particular second, third and / or fourth pressing device of the tool device is provided.
  • the first pressing device can be provided for embossing the bead, and preferably for punching, into the sheet, in particular by means of the first tool.
  • the second pressing device can be provided for pre-embossing the sheet, whereby the sheet can be held in the area of the bead by leading holding parts when the press is closed in order to enable stretching;
  • the second tool can be used here.
  • the third pressing device can be provided for final stamping or calibration, whereby the sheet metal can be held in the area of the bead by leading holding parts when the press is closed in order to enable stretching; In particular, the third tool can be used here.
  • the fourth or last pressing device can also be provided for calibrating and/or for punching or punching, whereby the sheet metal can be held in the area of the bead by leading holding parts when the press is closed in order to minimize distortion.
  • the fourth or last pressing device can also be designed without leading holding parts, for example in the area of the bead, in order to carry out the calibration or punching or punching, because stretching should no longer be carried out here.
  • the fourth or last pressing device uses the fourth tool.
  • the tool device has a cutting device for cutting the sheet metal from a sheet metal strip, smaller sections of material can be used to produce bipolar plates and handling is made easier in connection with the bead. Material utilization can also be increased.
  • the cutting device ensures, for example, that the sheet metal is separated from the sheet metal strip, preferably cut out or cut off, for example by means of a Stroke movement of a cutting knife. If the cutting device is located upstream of the press, in particular at least one, several or all pressing devices, during production the unprocessed sheet metal typically passes through the cutting device before the first stamping in order to be cut or cut out from the sheet metal strip. With the cutting device, the sheet metal strip can be cut off before embossing, in particular embossing the bead. If a feed device is provided, it is advantageously attached in the immediate vicinity or on the cutting device. The attachment can be done, for example, by screwing, clipping, inserting into one another, or even with a material connection.
  • the feed device can then move or advance the sheet metal strip or sheet metal from the feed device directly, ie without production-related intermediate stations such as embossing, to the cutting device.
  • the cutting device can be arranged directly upstream of the first tool or the first pressing device or the press as a whole in order to enable a compact design. If a feed device is provided for advancing a or the sheet metal strip in front of the first tool, the unwound materials can be precisely maintained to precisely maintain the length of the bipolar plate. In particular, the feed device can be arranged directly in front of the cutting device in order to achieve high precision. The feed device can advance transversely to a manufacturing direction predetermined by the arrangement of the tools or the at least two pressing devices in order to have the original winding of the sheet metal strip also oriented transversely to the manufacturing direction.
  • the feed device can also advance in the direction of the cutting device, that is, feed it directly or indirectly.
  • the feed device can advance in a feed direction, transverse or perpendicular to the production direction.
  • a gripping device for gripping the sheet and for transporting the gripped sheet in the production direction can be provided on the pressing device(s) and/or the cutting device.
  • the sheet metal can be gripped at holes located opposite each other.
  • the sheet metal can be gripped at a position in the area of the cutting device, for example after cutting, transported to the first pressing device in particular and then released so that the pressing device can carry out the embossing.
  • the gripping device can transport or handle the sheet metal starting from or to the (preferably first, second or further etc.) pressing device and/or cutting device.
  • the gripping device can transport between pressing devices and/or the cutting device, for example transporting a cut sheet to the first pressing device.
  • the advantage here is that separate systems can exist for handling the sheet metal - the feed device and the gripping device - which can act and be designed independently of one another. This also enables a change of direction from the direction of the sheet metal strip to the production direction in a structurally simple manner in order to create a compact device and to use improved material orientation. Especially in conjunction with the bead, the sheet metal can be transported quickly because the sheet metal is no longer so unstable.
  • a sheet metal strip or a so-called coil containing the sheet or the plurality of sheets can be provided, in particular unwound.
  • a feed device can be used here.
  • a cutting device can also be used here.
  • deploying is one of the first or first steps of the process. In series production, it is sufficient to provide a single sheet metal strip or coil to produce a large number of bipolar plates. When the sheet metal strip is used up or processed into bipolar plates, another sheet metal strip can be provided.
  • a separation can be carried out on the sheet, in particular at least one perforation and / or an outer contour can be created on the sheet in a separating manner.
  • the first tool is typically used by the first pressing device in the press of the tool device to produce the bead.
  • the method can be advantageously developed further by gripping the sheet and transporting the gripped sheet in the production direction.
  • a gripping device is used which is designed to grip into opposite perforations in the sheet metal. The perforations may have been created by the cutting device.
  • the gripping device can be arranged and transported along the production direction.
  • the gripping and transporting is carried out after cutting and before embossing.
  • the Gripping and transporting can also be carried out after embossing.
  • the gripping and transporting is carried out after a first embossing in a first pressing device and before a subsequent/second embossing in a subsequent/second pressing device;
  • the pressing device can be gripped and transported between the second and third or third and fourth, etc.
  • the gripping and transporting can also be done from the last pressing device in the production direction (e.g. the second, third, fourth, etc. pressing device; but the first pressing device is also possible if only one of them is provided) to a removal option such as a conveyor belt and /or a file.
  • channel structures can be embossed into the sheet, in particular those that can be used for the chemical reaction in a fuel cell to be formed from the bipolar plates.
  • the advantage of the proposed method is that the bipolar plate is manufactured in multiple stages and thus has higher accuracy despite several stages and can be manufactured more quickly because the bead enables higher stroke rates and also increases the accuracy through higher rigidity and possible stretching.
  • higher stroke rates can be achieved because the sheet is more stable thanks to the bead and can be transported to the second tool more quickly.
  • the method can be further developed by embossing the sheet metal using another pressing device of the press.
  • the further pressing device is arranged downstream of the first and second pressing devices, in particular in the production direction. In this respect, it is preferred to cycle in three, four or more stages - according to the number of pressing devices - embossed in order to obtain very dimensionally stable bipolar plates.
  • the sheet metal is unwound and cut from the sheet metal strip by one or the cutting device of the tool device and/or is advanced by one or the feed device, in particular transversely to the production direction.
  • the feed transverse to the direction of production leads to certain advantages.
  • a high-precision bipolar plate in particular the length, can be provided.
  • embossing is carried out in each tool at the same time, preferably while cutting is taking place in the cutting device. If embossing is not carried out, all sheets can be handled or transported further.
  • 1A-B a sheet cut from a sheet metal strip with a cutting device immediately after cutting (A) and the sheet immediately after a first embossing using a first tool in a first pressing device (B) in a top view,
  • Fig.2 a tool device with a cutting device and a four
  • Fig.3 the tool device with one attached to the cutting device
  • FIG. 4 shows a gripping device for the tool device gripping a sheet metal in a perspective view
  • Fig. 5 the first tool in a section.
  • FIG. 1A shows a sheet metal 42 that has been cut off from a coil or sheet metal strip 41 by a cutting device 102.
  • the sheet metal 42 has three perforations 48 on two opposite bipolar plate contours 43.
  • the bipolar plate contours 43 and the holes 43 have been generated by the cutting device 102.
  • the bipolar plate contours 43 enable the sheets 42 to be cut from the sheet metal strip 41 with virtually no waste.
  • the length 45 is determined by the cut of the cutting device 102 depending on the length 45 pushed through.
  • the width 46 is predetermined by the width 46 of the sheet metal strip 41 and corresponds to the width 46 of the bipolar plate 40.
  • the sheet metal has a thickness 44 of 0.1 mm.
  • the sheet metal 42 has four on the edge Centering contours 49.
  • the sheet metal 52 is flat and in this state - after cutting - has no elements protruding from the plane.
  • Fig. 1 B shows the sheet 42 of Fig. 1 A, the sheet 42 having been embossed for the first time in order to produce a bead S and eight further perforations 48.
  • the sheet 42 has the bead S with a closed, partially curved contour K in the plane of the sheet 42.
  • the contour K frames the eight further perforations 48. Outside the contour K, the original six round perforations 48 are arranged, three of which are each perforations 48 opposite the remaining three perforations 48.
  • These perforations 48 which are arranged outside of the bead S, serve to grip the sheet 42, for example with a gripping device 210.
  • Fig. 1B the sheet metal, as in Fig. 1A, is shown in a view from above.
  • the bead S is convex towards the viewer or has a projection.
  • the bead S has a corresponding groove on the back.
  • the bead is U-shaped in cross section.
  • the sheet metal 52 is basically flat and in this state - after cutting and the first embossing - has the bead S as a protruding element.
  • FIG. 2 shows a tool device 100 for producing a bipolar plate 40 from a sheet 42 like that of FIGS. 1 A and 1 B with a thickness 44 of 0.1 mm along a production direction X.
  • the bipolar plate 40 can be produced in the tool device 100 by embossing the sheet metal 42.
  • the embossing can be carried out in a press 110 which has four pressing devices 111, 112, 113, 114.
  • a cutting device 102 is provided for cutting the sheet 42 from a coil or sheet metal strip 41, not shown.
  • the tool device 100 of FIG. 2 is designed to produce a large number of bipolar plates 40 from a large number of sheets 42 in series production.
  • pressing or embossing can take place at the same time, whereby a multi-stage, embossing manufacturing process can be implemented.
  • Band 41 can supply raw material to the tool device 100 for producing a large number of bipolar plates 40 from sheets 40 to be cut individually from the sheet metal band 41.
  • the four pressing devices 111, 112, 113, 114 each have a lower punch 30, 60 of four tools W1, W2, W3, W4 of an embossing tool set 10.
  • the pressing devices 111, 112, 113, 114 or tools W1, W2, W3, W4 are lined up in the production direction X.
  • An intermediate station 120 is arranged between the stages or steps thus formed along the production direction X, which serves to deposit the cut or embossed sheet 42.
  • a discharge option such as a conveyor belt, which can convey or transport transversely or in the direction of the production direction X, or a shelf.
  • the first tool W1 of FIG. 2 is designed for embossing the bead S and for embossing a total of eight holes 48 framed by the bead S in the sheet 42 (cf. the sheet 42 of FIG. 1 B).
  • the second tool W2 which is arranged downstream of the first tool W1 in the manufacturing direction
  • the second tool W2 also serves as a so-called pre-drawing stage or pre-embossing stage.
  • the second tool can already carry out the calibration by stretching or stretching the (pre-)embossed sheet metal 42 from the second tool W2. is stretched when it is held over the bead.
  • the geometry of the channel structures can be finished using the third tool W2.
  • the fourth tool W4 which is arranged downstream of the third tool E3 in FIG.
  • the fourth tool W4 is designed for punching or punching.
  • centering contours can be used
  • the first tool W1 has an upper punch 20, not shown in FIG. 2, and a lower punch 30 corresponding to the upper punch 20 for embossing the sheet metal 42.
  • the stamps 20, 30 have an upper or lower bead geometry 24, 34 for embossing the bead S into the sheet metal 42.
  • the upper bead geometry 24 has a groove and the lower bead geometry 34 has a projection, with reference to the cross section of the first tool shown in FIG. 5 with reference to the following explanations.
  • the other tools W2, W3, W4 of FIG. 2 each have an upper punch
  • the stamps 50, 60 are designed to emboss the sheet metal 42 in a second, third or fourth manufacturing step, at least in an area B framed by the bead S or the contour, but if necessary also outside of it.
  • the second and the third fourth tools W2, W3 of FIG. 2 have in common that they are designed for advance contact with the bead S embossed into the sheet metal 42 by the first tool W1.
  • the upper stamps 50 each have a spring-loaded upper holding part 52 which advances in an embossing direction Y and essentially has the upper bead geometry 24.
  • the spring-loaded upper holding part 52 which advances in the embossing direction Y with at least Essentially the upper bead geometry 24.
  • a lower holding part 62 which advances and/or is spring-loaded in one or the embossing direction Y and has at least essentially the lower bead geometry 34.
  • the fourth tool W4 of FIG. 2 engages in the bead S, but does not move ahead when embossing or calibrating or punching.
  • the tool device 100 is shown in FIG. 2 basically only with a lower half, while an upper half is hidden for clarity; This means that of the four pressing devices 11 1 , 112, 113, 114 or the four tools W1, W2, W4, W4, a lower punch 30 or 50, but no upper punch 20 or 60, is shown, and that a lower part of the cutting device 102 with a flat surface 101 for supporting the sheet metal strip 41, but no cutting knife 103 and no holding mechanism 106 is shown.
  • the cutting device 102 is upstream of the press 110 with respect to the manufacturing direction X.
  • the cutting device 102 can thus cut the sheet 42 from the sheet metal strip 41 even before it is embossed.
  • the cutting device 102 can also introduce holes 48 and/or centering contours 49 into the sheet metal 42.
  • the tool device 100 also has a feed device 104, not shown in FIG.
  • the feed device 104 is in particular screwed to the cutting device 102, for example indirectly via a machine table or directly by screwing on.
  • the cutting device 102 can convey directly onto the flat surface 101 of the cutting device 102. This means that the sheet metal strip 41 does not sag and precise cutting is possible.
  • FIG. 3 also shows a stamp 107 from the holding mechanism 106 of the cutting device 102, which is still hidden in FIG. 2.
  • the stamp 107 is designed to correspond to the flat surface 101 and, together with the flat surface 101, can essentially clamp the sheet metal strip 41 flat in the area of the sheet metal 42 and thus level the sheet metal 42.
  • the cutting knife 103 can cut off the sheet metal 42 over its entire width 46 and at the same time introduce a bipolar plate contour 43 over the width 46 by means of a knife contour 105.
  • the holding mechanism 106 is intended to cut the sheet metal strip 41 in a pre-stressed manner.
  • the cutting device 102 of FIG. 3 is designed to cut the sheet metal strip 41 to a length 45 which corresponds to a length 45 of the bipolar plate 40.
  • the cutting device 102 is designed to introduce three holes 48, particularly in one cut. If necessary, the cutting device 102 can introduce four centering contours 49 in an edge region of the sheet 42.
  • FIG. 4 shows a gripping device 210 of a tool device 100.
  • the gripping device 210 is also provided in the tool device 100 of FIG. 3.
  • the gripping device 210 is for gripping the sheet 42 and for transporting the gripped sheet 42 in the production direction X.
  • the gripping device 210 as can be seen in sections in FIG. 3, is shown in perspective in FIG.
  • the gripping device 210 is arranged along the production direction
  • the gripping device 210 is particularly useful in series production in order to be able to insert or remove a sheet 42 into each of the pressing devices 111, 112, 113, 114 with each stroke of the press or to be able to remove the sheets 42 in the appropriate cycle along the manufacturing direction to be able to transport one station further.
  • the gripping device 210 of FIGS. 3 and 4 can follow the production cycle.
  • the gripping device 210 has opposite gripping mechanisms 212, which are inserted into opposite perforations 48 in the sheets 42 by means of a lower engagement pin 214 on an engagement pin holder 216 can grip, with the engagement pin 214 dipping into a counterholder 224.
  • the gripping mechanisms 212 are pneumatically controlled in the present case.
  • the gripping mechanisms 212 can be moved along the manufacturing direction X. The sheets 42 can thus be transported centered and prestressed and ultimately stored at one or the next “station” in the tool device 100.
  • the gripping mechanisms 212 can simultaneously transport one or more sheets 42 over half the distance between two pressing devices 111, 112, 113, 114, including gripping and releasing. After such transport, the gripping mechanisms 212 can be moved back and carry out this process again. So a sheet can cycle from the cutting device 102 to the first intermediate station 120, then to the first pressing device 111, then to the subsequent intermediate station 120, then to the second pressing device 112, then to the subsequent intermediate station 120, then to the third pressing device 113, then to the last intermediate station, then to the fourth pressing device 114, and then transported or handled to the removal facility.
  • the cutting device 102 of Fig. 3 is downstream of the feed device 104 and in this respect spans a feed direction V transverse to the production direction the feed direction V is formed.
  • the feed direction V runs transversely to the production direction X, more precisely orthogonally.
  • the feed device 104 can unwind the sheet metal strip 41 (not shown) from a roll (not shown). The role can therefore be placed close to the press 110.
  • the feed device 104 is located upstream of both the press 110 and the cutting device 102 with respect to the manufacturing direction X.
  • the feed device 104 of FIG. 3 is designed here as a roller feed.
  • the roller feed can attack directly via opposite rollers on an upper side and an underside of the sheet metal strip 41.
  • the feed device 104 can move the sheet metal strip 41 or sheet 42 up to the cutting device 102 prestress, especially when the holding mechanism 106 clamps or holds the sheet 42. This can happen in such a way that the feed device 104 briefly reverses the usual feed direction V, which points to the production direction This further levels the sheet metal strip 41 and it can be cut off more precisely.
  • Fig. 5 shows the first tool W1 in a section.
  • the upper stamp 20 and the lower stamp 30 corresponding to the upper stamp 20 emboss an intermediate sheet metal 42.
  • the tool W1 or the first pressing device 111 is closed or is in the so-called bottom dead center, i.e. at the lowest point during embossing.
  • the bead S and the eight perforations 48 are created within the bead S.
  • the stamps 20, 30 have an upper or lower bead geometry 24, 34 for embossing the bead S into the sheet metal 42.
  • the upper bead geometry 24 has a groove.
  • bipolar plates 40 are produced from sheets 42 using the illustrated and described tool device 100, the production or a method can be designed or run as follows.
  • a bipolar plate 40 has a thickness 44 below 0.25 mm, for example 0.1 mm, and is produced by stamping in the tool device 100 of FIG. 2.
  • Sheet metal strip 41 containing the sheets 42 is provided.
  • the sheets 42 are or the sheet metal strip 41 is unwound from a roll, for example, and advanced transversely to the production direction X.
  • a first sheet 42 is then separated or cut off from the sheet metal strip 41 by means of the cutting device 102 to a length 45, whereby perforations 48, centering contours 49 and/or the bipolar plate contour 43 can also be produced on/in the (first) sheet 42.
  • the (first) sheet 42 is stamped step by step using the pressing devices 111, 112, 113, 114.
  • the first sheet 42 or the sheets 42 are not cut off after stamping, as the prior art suggests, but before stamping.
  • the method uses the gripping device 210, which is designed to grip into the opposite perforations 48 in the (first) sheet 42.
  • the gripping device 210 grips the (first) sheet 42 and transports it in the production direction Cutting off can be carried out on a second/subsequent sheet 42 advanced to the cutting device 102.
  • the gripping device 210 transports the first sheet 42 to the first pressing device 111 and the second sheet 42 to the intermediate station 120, while a third/subsequent sheet 42 is advanced to the cutting device 102.
  • the first pressing device 111 can emboss the first sheet 42, in particular emboss the bead S, the second sheet 42 remains at the intermediate station 120 and the third sheet 42 is in turn cut off from the sheet metal strip 41.
  • the process is repeated, with the first sheet 42 staying three more times at intermediate stations 120 and being embossed or calibrated and/or punched three more times at the following three pressing devices 112, 113, 114, whereupon the first sheet 42 is transported to the storage facility .
  • the second, the third and / or the fourth pressing device 112, 113, 114 can / can come into advance contact with the bead S in an embossing direction Y when the press 110 is closed, for example via a particularly spring-loaded holding part 52 on the upper punch 50, whereby then embossing of the sheet metal 42 can take place in the area delimited by the bead S or away from the bead S with the same tool W2, W3, W4. It is then advantageously possible for the sheet metal 42 to be stretched because it is held against displacement by the bead. In particular, the cutting and embossing occur at the same time when the press 110 is closed.
  • the cutting device 102 in particular the holding mechanism 106 and/or the cutting knife 103, can/can be operatively connected to the press 110 or fixed to the press 110.
  • a first sheet 42 can be cut off and four further sheets 42 can be embossed at the same time.
  • Four additional sheets 42 can also remain at the intermediate stations 120. For example, a total of nine sheets 42 are integrated into the process at the same time.

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Prägewerkzeugsatz (10) zur Herstellung einer Bipolarplatte (40) aus einem Blech (42) mit einer Dicke (44) unterhalb von 0,25 mm, insbesondere 0,1 mm, mittels Prägen, aufweisend ein erstes Werkzeug (W1) für eine Presseinrichtung (111, 112, 113, 114) einer Werkzeugvorrichtung (100), insbesondere Werkzeugvorrichtung (100) ausgebildet zur Herstellung von einer Vielzahl von den Bipolarplatten (40) aus einer Vielzahl von den Blechen (42) in einer Serienfertigung, wobei das erste Werkzeug (W1) zum Prägen einer Sicke (S) in das Blech (42) in einem prägenden ersten Herstellungsschritt in der Werkzeugvorrichtung (100) ausgebildet ist, wobei die geprägte Sicke (S) in der Ebene des Blechs (42) eine geschlossene, abschnittsweise gekrümmte Kontur (K) aufweist.

Description

Präqewerkzeuqsatz mit Sicke für eine Werkzeuqvorrichtunq zur Herstellung einer Bipolarplatte, Werkzeuqvorrichtunq und Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Prägewerkzeugsatz zur Herstellung bzw. zur Herstellung einer Bipolarplatte aus einem Blech, insbesondere Edelstahlblech, mit einer Dicke unterhalb von 0,25 mm, insbesondere 0,1 mm, mittels Prägen. Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugvorrichtung mit einer Presse zur Herstellung einer Bipolarplatte. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte aus einem Blech mittels Prägen in einer Werkzeugvorrichtung.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Serienfertigung von Bipolarplatten. Somit ist die jeweilige Werkzeugvorrichtung bevorzugt ausgebildet zur Herstellung von einer Vielzahl von den Bipolarplatten aus einer Vielzahl von den Blechen in der Serienfertigung.
Bei der Herstellung einer Bipolarplatte mittels der z.B. eine Presse aufweisenden Werkzeugvorrichtung wird typischerweise das Blech von einer Rolle mit einem Blech- Band (insbesondere sogenannten Coils) abgewickelt, in der Presse umgeformt bzw. geprägt - wobei Kanalstrukturen in das Blech eingebracht werden - und z.B. anschließend stückweise abgetrennt bzw. ausgestanzt, woraus Bipolarplatten entstehen. Meist besteht das Blech aus hochfestem Edelstahl. Da die Bleche zudem in der Regel eine Dicke unterhalb von 1 mm, beispielsweise eine Dicke von ca. 0,1 mm, aufweisen, ist es besonders herausfordernd, dass die Bipolarplatte trotz hoher Hubzahlen bzw. hoher Herstellungsgeschwindigkeit eine näherungsweise gleichbleibende Dicke aufweist, frei von Rissen und Eigenspannungen ist und eine ausreichende Ebenheit sowie Genauigkeit der Längen- und Breitenmaße bzw.
Außenkonturen aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lösung anzugeben, mit der die Maßhaltigkeit bei der Serienfertigung von Bipolarplatten und die Herstellungsgeschwindigkeit bzw. die Hubzahlen erhöht werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Prägewerkzeugsatz mit den Merkmalen von Anspruch 1 , durch eine Werkzeugvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Vorgeschlagen wird ein Prägewerkzeugsatz zur Herstellung einer Bipolarplatte aus einem Blech mit einer Dicke unterhalb von 0,25 mm, insbesondere 0,1 mm, mittels Prägen, aufweisend ein erstes Werkzeug für eine Presseinrichtung einer Presse bzw. Werkzeugvorrichtung, insbesondere Werkzeugvorrichtung ausgebildet zur Herstellung von einer Vielzahl von den Bipolarplatten aus einer Vielzahl von den Blechen in einer Serienfertigung, wobei das erste Werkzeug zum Prägen einer Sicke in das Blech in einem prägenden ersten Herstellungsschritt der Werkzeugvorrichtung ausgebildet ist, wobei die geprägte Sicke in der Ebene des Blechs eine geschlossene, abschnittsweise gekrümmte Kontur aufweist. Insbesondere eignet sich der Prägewerkzeugsatz besonders zur Verwendung in der Serienfertigung. Der Prägewerkzeugsatz sollte sich für Stückzahlen im Bereich von 1000, 10000, 100000 oder mehr eignen, und sollte daher vorzugsweise eine gute Verschleißfestigkeit aufweisen.
Soweit im Rahmen der Offenbarung der Anmeldung „Singular“, also die Einzahl eines Merkmals, insbesondere für das Blech bzw. die Bipolarplatte verwendet wird, soll insbesondere auch der „Plural“, also die Mehrzahl des jeweiligen Merkmals, gemeint sein, um die Serienfertigung zu adressieren. In der Serienfertigung werden nämlich typischerweise taktweise Bleche bzw. Bipolarplatten hergestellt, die ein identisches Verfahren durchlaufen werden und die in Form und Gestalt identisch sind. Daher ist es sprachlich und technisch einfacher, sich auf einen einzahligen Gegenstand bzw. ein einzahliges Merkmal zu beziehen, obwohl dies nach der Natur der Serienfertigung in einer Vielzahl von Gegenständen bzw. Merkmalen münden wird.
Unter Werkzeugvorrichtung ist die Gesamtheit der an der Herstellung beteiligten Komponenten zu verstehen. Die Presse der Werkzeugvorrichtung beinhaltet im Wesentlichen alle Komponenten, die die Umformung des Blechs insbesondere bei einem Hub der Presse, z.B. zeitgleich, erwirken, darunter eine oder mehrere Presseinrichtungen und der Prägewerkzeugsatz mit einem bzw. mehreren Werkzeugen. Eine einzelne Presseinrichtung fokussiert sich auf einen Schritt des Prägens und verwendet typischerweise ein Werkzeug des Prägewerkzeugsatzes. Zudem kann die Werkzeugvorrichtung neben der Presse beispielsweise eine Greifeinrichtung, eine Vorschubeinrichtung und/oder eine Schneideinrichtung beinhalten. Eine oder mehrere solcher Einrichtungen kann/können auch mit einem Hub der Presse bzw. einer Presseinrichtung wirkverbunden sein.
Wie bereits erwähnt, eignet sich die Werkzeugvorrichtung bevorzugt für die Serienfertigung. Die Werkzeugvorrichtung kann daher eine Halterung für ein bzw. das Blech-Band, insbesondere Coil, aufweisen, von der ein Abrollen bzw. Abwickeln beispielsweise mittels einer Abrolleinrichtung und/oder mittels der Vorschubeinrichtung möglich ist. Die Abrolleinrichtung kann beispielsweise eine Abrollachse inmitten des aufgewickelten Blech-Bands antreiben. Die Vorschubeinrichtung kann aber auch das Blech-Band von der Halterung beispielsweise ziehend abwickeln. Das Blech-Band kann so zur Schneideinrichtung vorgeschoben werden. Insbesondere kann das Blech-Band mit einer bzw. der zumindest im Wesentlichen horizontalen Abrollachse der Halterung gehalten sein, um das Blech möglichst eben und ohne Verwindung zu der typischerweise horizontal angeordneten und/oder schneidenden Schneideinrichtung vorschieben zu können.
Die Presse eignet sich insbesondere sich zum Prägen bzw. Bearbeiten des sehr dünnen Blechs, insbesondere mit der Dicke weniger als 1 mm oder weniger als 0,25 mm, beispielsweise 0,1 mm. Dabei sind beispielsweise Edelstahl-Bleche zu bearbeiten. Hier kommen meist Presskräfte von über 1000 oder 2000 kN zum Einsatz. Die Werkzeuge müssen entsprechend verschleißfest ausgelegt sein. Je Presseinrichtung wird beispielsweise eine/einer von mehreren Stufen bzw. Schritten der Herstellung umgesetzt, insbesondere wobei das Blech in der Herstellungsrichtung von Presseinrichtung zu Presseinrichtung zu transportieren ist. Die Herstellungsrichtung wird regelmäßig geradlinig verlaufen.
Unter Prägen ist ein Umformen zu verstehen, beispielsweise indem ein oberer Stempel auf einen korrespondierenden unteren Stempel aufgesetzt wird, wenn das Blech dazwischen angeordnet ist, so dass das Blech insbesondere plastisch verformt wird und sich an die Stempel anpasst. Der Prägewerkzeugsatz weist typischerweise zwei zueinander korrespondierende Stempel auf, zwischen die das Blech gelegt werden soll. Insbesondere eignet sich der Prägewerkzeugsatz für Edelstahlbleche. Der Prägewerkzeugsatz selbst bzw. einzelne Bestandteile von diesem können insofern auch aus Edelstahl hergestellt sein; insbesondere sollte ein härteres Material als das des Blechs verwendet werden.
Das erste Werkzeug ist speziell zum Prägen der Sicke ausgebildet, das erste Werkzeug kann jedoch auch andere umformende und/oder trennende Fertigungsschritte vollziehen, beispielsweise ein Stanzen von Lochungen. Die Sicke weist in der Ebene des Blechs eine geschlossene und abschnittsweise gekrümmte Kontur auf. Das heißt, dass man in einer Draufsicht auf die Sicke einen insbesondere überwiegenden Flächenabschnitt des Blechs durch die Sicke als umrahmt bezeichnen kann. Meist ist die Sicke in den Eckbereichen des Blechs, in der Nähe einer Zentrierkontur, in der Nähe einer Bipolarplattenkontur, in der Nähe eines Schnitts einer bzw. der Abschneideinrichtung und/oder in der Nähe von Lochungen gekrümmt. Insbesondere verläuft die Sicke zumindest im Wesentlichen entlang des Randes des Blechs. In der Draufsicht auf die Sicke ist die Querschnittsform der Sicke im Grunde nicht zu erkennen, weil sie typischerweise kantenfrei ausgebildet ist. Vielmehr ist die Form der Sicke im Querschnitt zu erkennen. Typischerweise weist die Sicke im Querschnitt eine U-Form auf. Gegenüber dem Ursprungszustand des Blechs weist die Sicke insbesondere keine oder zumindest keine nennenswerte Ausdünnung des Blechs auf. Vielmehr weist die Sicke so auf einer Seite einen konkaven Teil und auf der anderen Seite einen konvexen Teil auf. Vorteilhaft ist an der vorschlagsgemäßen Lösung, dass eine Bipolarplatte erzeugt werden kann, die bereits zu Beginn und/oder vor dem Prägen des Blechs stabilisiert ist. Die Sicke versteift die Bipolarplatte bzw. das Blech während und nach der Herstellung. Die Sicke ermöglicht, dass bei dem Prägen der Kanalstrukturen ein Reckziehen durchgeführt werden kann, was Eigenspannungen im Blech bzw. in der Bipolarplatte deutlich reduziert und die Kontinuität der Dicke im geprägten Blech erhöht. Es wird Springback beim Öffnen von Werkzeugen von dem soeben geprägten Blech vermieden. Ebenheitsabweichungen werden reduziert. Die Kanalstrukturen können rissfrei hergestellt werden. Der Ausschuss wird reduziert. Gerade im Sinne der Serienfertigung von einer Vielzahl der Bipolarplatten kann die Sicke ermöglichen, dass hohe Hubzahlen und hohe Handhabungsgeschwindigkeiten realisierbar sind, weil das Blech weniger labil ist und bei schnellen Bewegungen nicht so stark aufschwingt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Werkzeug einen oberen Stempel und einen zum oberen Stempel korrespondierenden unteren Stempel zum Prägen des Blechs aufweist, wobei die Stempel zum Prägen der Sicke in das Blech eine obere bzw. untere Sickengeometrie aufweisen. Die Sickengeometrie entspricht beispielsweise zumindest im Wesentlichen einem Negativ der zu prägenden Sicke. So können die obere und die untere Sickengeometrie ineinander eingesetzt werden. Es kann aber auch das Blech mit der Sicke zwischen dem oberen Stempel mit der oberen Sickengeometrie und dem unteren Stempel mit der unteren Sickengeometrie angeordnet werden, wobei in beiden Fällen ein Formschluss entsteht. In einer Draufsicht kann die jeweilige Sickengeometrie die geschlossene, abschnittsweise gekrümmte Kontur der Sicke aufweisen. Die obere bzw. untere Sickengeometrie muss jedoch nicht geschlossen ausgebildet sein, sondern kann auf verschiedene Abschnitte am ersten Werkzeug bzw. am oberen Stempel oder am unteren Stempel aufgeteilt sein. Die Sicke kann so rasch und in einem Prägeschritt mit dem ersten Werkzeug hergestellt werden. Das erste Werkzeug kann ferner weitere umformende und/oder trennende Bearbeitungen an dem Blech ausführen. Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die obere Sickengeometrie eine Nut aufweist und/oder dass die untere Sickengeometrie einen Vorsprung aufweist. Insofern ist es bevorzugt, wenn am oberen Stempel eine konkave Sickengeometrie vorgesehen ist und/oder wenn am unteren Stempel eine konvexe Sickengeometrie vorgesehen ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass das Blech mit der Sicke am besten über die Sicke fixiert werden kann, wenn in die Sicke von unten und nicht von oben eingegriffen werden kann. Das liegt daran, dass die Sicke sich besser auf einem Vorsprung zentrieren lässt, als dass sie mit einem eigenen Vorsprung sich in einer Nut zentrieren lässt.
Wenn ein zweites, ein drittes und/oder ein viertes Werkzeug vorgesehen ist, mit (jeweils) einem oberen Stempel und einem unteren Stempel, ausgebildet zum Prägen des Blechs in einem jeweils zweiten bzw. dritten bzw. vierten Herstellungsschritt zumindest in einem von der Sicke bzw. der Kontur umrahmten Bereich, dann kann von der Sicke im Blech vorteilhaft Gebrauch gemacht werden und die Ebenheitsabweichungen der herzustellenden Bipolarplatte können weiter reduziert werden. Insofern ist es bevorzugt, wenn die Bipolarplatte zunächst durch das Herstellen einer Sicke und dann durch weitere Umformschritte hergestellt wird. Der Prägewerkzeugsatz ist insofern entsprechend auszubilden, dass das erste Werkzeug sich auf die Sicke konzentriert und dass das zweite oder ein anderes Werkzeug sich auf das Umformen von den Kanalstrukturen konzentriert und dabei beispielsweise in die Sicke eingreift, um das Blech zu fixieren.
Es kann vorgesehen sein, dass der obere und/oder der untere Stempel des zweiten, dritten und/oder vierten Werkzeugs in einer Prägerichtung zum vorauseilenden Kontakt mit der Sicke ausgebildet sind/ist. Hiermit wird besonders vorteilhaft erreicht, dass beim Schließen des zweiten oder eines anderen Werkzeugs zu allererst ein Fixieren des Blechs stattfindet. Denn der vorauseilende Kontakt kann dadurch realisiert werden, dass ein bewegliches Teil, insbesondere in Prägerichtung bewegliches Teil, zuerst auf dem Blech aufsetzt und ein Einklemmen des Blechs an der Sicke erzeugt, insbesondere ein Einklemmen des Blechs über den Verlauf der gesamten Kontur der Sicke. Durch die Beweglichkeit wird dann sichergestellt, dass auch noch die eigentliche Geometrie des Werkzeugs zum Prägen bzw. Umformen in Kontakt mit dem Blech treten kann.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist gekennzeichnet durch ein in einer bzw. der Prägerichtung vorauseilendes und gefedertes oberes Halteteil mit wenigstens im Wesentlichen der oberen Sickengeometrie und/oder ein in einer bzw. der Prägerichtung vorauseilendes und/oder gefedertes unteres Halteteil mit wenigstens im Wesentlichen der unteren Sickengeometrie. Insbesondere kann das jeweilige Halteteil in der Prägerichtung um ein oder mehrere Millimeter relativ zum Grundkörper des jeweiligen oberen bzw. unteren Stempels bewegt werden. Im Rahmen der Beweglichkeit ist gleichzeitig eine Vorspannung auf das Halteteil vorgesehen, die in der Größenordnung der eigentlichen Presskraft liegen kann, beispielswise 100, 250, 500, 2000 oder 7000 kN oder Werte dazwischen. Das kann mit hinreichend starren Federn, z.B. Schraubenfedern oder Gasdruckfedern, innerhalb des jeweiligen Stempels erwirkt werden. Vorteilhaft ist ferner, dass die Halteteile so insbesondere im Fall von Verschleiß, aber auch im Fall von Geometrieänderungen leicht ausgetauscht werden können. Das reduziert Kosten.
Die Erfindung schlägt ferner eine Werkzeugvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 vor. Vorgeschlagen wird eine Werkzeugvorrichtung mit einer Presse. Die Presse weist wenigstens zwei Presseinrichtungen auf, es können auch drei, vier oder mehr Presseinrichtungen vorgesehen sein. Die Werkzeugvorrichtung ist ausgebildet zur Herstellung einer Bipolarplatte aus einem Blech mit einer Dicke unterhalb von 0,25 mm, insbesondere 0,1 mm, mittels Prägen, insbesondere ist die Werkzeugvorrichtung ausgebildet zur Herstellung von einer Vielzahl von den Bipolarplatten aus einer Vielzahl von den Blechen in einer Serienfertigung, und weiter weist die Werkzeugvorrichtung einen Prägewerkzeugsatz auf, insbesondere den vorbeschriebenen Prägewerkzeugsatz, mit einem, in der wenigstens einen bzw. ersten Presseinrichtung vorgesehenen, ersten Werkzeug zum Prägen einer Sicke in das Blech und mit wenigstens einem weiteren Werkzeug zum Prägen des Blechs, wobei das wenigstens eine weitere Werkzeug zum vorauseilenden Kontakt mit der vom ersten Werkzeug in das Blech geprägte Sicke ausgebildet ist und in der weiteren, insbesondere zweiten, dritten und/oder vierten, Presseinrichtung der Werkzeugvorrichtung vorgesehen ist. Die vorgeschlagene Werkzeugvorrichtung ermöglicht ein hochpräzises und schnelles Herstellen von Bipolarplatten.
Insbesondere liegt es daran, dass mit Hilfe der Sicke eine Ebenheitsabweichung des Blechs reduziert wird. Obwohl ein weiterer Herstellungsschritt eingeführt wird, können die Hubzahlen erhöht werden und es kann die Produktivität gesteigert werden.
Die erste Presseinrichtung kann zum Prägen der Sicke, und vorzugsweise zum Stanzen, in das Blech vorgesehen sein, insbesondere mittels des ersten Werkzeugs. Die zweite Presseinrichtung kann zum Vorprägen des Blechs vorgesehen sein, wobei das Blech beim Schließen der Presse von vorauseilenden Halteteilen im Bereich der Sicke gehalten werden kann, um ein Reckziehen zu ermöglichen; insbesondere kann hier das zweite Werkzeug verwendet werden. Die dritte Presseinrichtung kann zum Fertigprägen bzw. Kalibrieren vorgesehen sein, wobei das Blech beim Schließen der Presse von vorauseilenden Halteteilen im Bereich der Sicke gehalten werden kann, um ein Reckziehen zu ermöglichen; insbesondere kann hier das dritte Werkzeug verwendet werden. Die vierte bzw. letzte Presseinrichtung kann auch zum Kalibrieren und/oder zum Lochen bzw. Stanzen vorgesehen sein, wobei das Blech beim Schließen der Presse von vorauseilenden Halteteilen im Bereich der Sicke gehalten werden kann, um Verzug zu minimieren. Die vierte bzw. letzte Presseinrichtung kann aber auch ohne vorauseilende Halteteile, z.B. im Bereich der Sicke, ausgebildet sein, um das Kalibrieren bzw. Stanzen bzw. Lochen zu vollziehen, weil ein Reckziehen hier nicht mehr durchgeführt werden soll. Insbesondere verwendet die vierte bzw. letzte Presseinrichtung das vierte Werkzeug.
Wenn die Werkzeugvorrichtung eine Schneideinrichtung zum Schneiden des Blechs von einem Blech-Band aufweist, können zur Herstellung von Bipolarplatten kleinere Materialabschnitte verwendet werden und die Handhabung wird im Zusammenhang mit der Sicke erleichtert. Weiter kann die Materialausnutzung gesteigert werden.
Die Schneideinrichtung sorgt beispielsweise dafür, dass das Blech vom Blech-Band abgetrennt wird, vorzugsweise aus- bzw. abgeschnitten, beispielsweise mittels einer Hub-Bewegung eines Schneidmessers. Wenn die Schneideinrichtung der Presse, insbesondere wenigstens einer, mehreren oder allen Presseinrichtungen, vorgelagert ist, passiert bei der Herstellung das unbearbeitete Blech vor dem ersten Prägen typischerweise die Schneideinrichtung, um vom Blech-Band abgeschnitten bzw. ausgeschnitten zu werden. Mit der Schneideinrichtung kann das Blech-Band vor dem Prägen, insbesondere dem Prägen der Sicke, abgeschnitten werden. Wenn eine Vorschubeinrichtung vorgesehen ist, ist diese vorteilhaft in unmittelbarer Nähe bzw. an der Schneideinrichtung befestigt. Die Befestigung kann z.B. mittels Verschraubens, Verklipsen, ineinander Einsetzen, oder auch mit einer stoffschlüssigen Verbindung geschehen. So wird ein insbesondere ein Spalt vermieden, über dem das Blech-Band bzw. Blech durchhängen kann. Die Vorschubeinrichtung kann dann das Blech-Band bzw. Blech von der Vorschubeinrichtung unmittelbar, d.h. ohne herstellungsbedingte Zwischenstationen wie ein Prägen, zu der Schneideinrichtung bewegen bzw. vorschieben.
Die Schneideinrichtung kann unmittelbar dem ersten Werkzeug bzw. der ersten Presseinrichtung bzw. der Presse insgesamt vorgelagert angeordnet sein, um eine kompakte Bauweise zu ermöglichen. Wenn eine Vorschubeinrichtung zum Vorschieben eines bzw. des Blech-Bandes vor dem ersten Werkzeug vorgesehen ist, können die abgewickelten Materialien zu präzisen Einhaltungen der Länge der Bipolarplatte genauestens eingehalten werden. Insbesondere kann die Vorschubeinrichtung unmittelbar vor der Schneideinrichtung angeordnet sein, um hohe Präzision zu erreichen. Dabei kann die Vorschubeinrichtung quer zu einer durch die Anordnung der Werkzeuge bzw. der wenigstens zwei Presseinrichtungen vorgegebenen Herstellungsrichtung vorschieben, um die ursprüngliche Aufwicklung des Blech-Bandes ebenfalls quer zur Herstellungsrichtung orientiert zu haben. Erfahrungsgemäß ist dies zuträglich einer Genauigkeit bei der Fertigung, wenn die Bleche auch an gegenüberliegenden Enden quer zur Herstellungsrichtung gegriffen werden, weil dann auch die ursprüngliche Wicklung durch eine Vorspannung glattgezogen werden kann. Ebenfalls kann die Vorschubeinrichtung in Richtung der Schneideinrichtung vorschieben, das heißt dieser unmittelbar oder mittelbar zufördern. Insbesondere kann die Vorschubeinrichtung in einer Vorschubrichtung, quer oder senkrecht zur Herstellungsrichtung, vorschieben.
Es kann eine Greifeinrichtung zum Greifen des Blechs und zum Transportieren des gegriffenen Blechs in der Herstellungsrichtung an der bzw. an den Presseinrichtung(en) und/oder der Schneideinrichtung vorgesehen sein. Das Blech kann an insbesondere gegenüberliegenden Lochungen gegriffen werden. Beispielsweise kann das Blech an einer Position im Bereich der Schneideinrichtung z.B. nach dem Abschneiden gegriffen werden, zu der insbesondere ersten Presseinrichtung transportiert werden und dann losgelassen werden, damit die Presseinrichtung das Prägen durchführen kann. Insbesondere kann die Greifeinrichtung das Blech ausgehend von der bzw. zu der (bevorzugt ersten, zweiten bzw. weiteren etc.) Presseinrichtung und/oder Schneideinrichtung transportieren bzw. handhaben. Die Greifeinrichtung kann zwischen Presseinrichtungen und/oder der Schneideinrichtung transportieren, beispielsweise ein abgeschnittenes Blech zur ersten Presseinrichtung transportieren. Vorteilhaft ist hier, dass insofern getrennte Systeme zum Handhaben des Blechs existieren können - die Vorschubeinrichtung und die Greifeinrichtung - die unabhängig voneinander agieren können und ausgelegt werden können. Ebenfalls ermöglicht das in konstruktiv einfacher weise einen Richtungswechsel von der Richtung des Blech-Bands zur Herstellungsrichtung, um eine kompakte Vorrichtung zu schaffen und eine verbesserte Materialorientierung zu nutzen. Gerade in Verbindung mit der Sicke kann das Blech schnell transportiert werden, weil das Blech nicht mehr so labil ist.
Eine weitere Lösung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte aus einem Blech mit einer Dicke unterhalb von 0,25 mm, insbesondere 0,1 mm, mittels Prägen in einer Werkzeugvorrichtung, beispielsweise in der vorbeschriebenen Werkzeugvorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte bzw. Maßnahmen aufweisen soll. Insbesondere ist das Verfahren vorgesehen bzw. ausgebildet zur Herstellung von einer Vielzahl von den Bipolarplatten aus einer Vielzahl von den Blechen in einer Serienfertigung. Die Reihenfolge der Schritte ist dabei exemplarisch. Es können weitere Schritte hinzukommen bzw. Schritte geändert werden bzw. entfallen.
Schritt a): Bereitstellen des Blechs. Beispielsweise kann ein das Blech bzw. die Vielzahl von Blechen enthaltendes Blech-Band bzw. ein sogenanntes Coil bereitgestellt werden, insbesondere abgewickelt werden. Hier kann eine bzw. die Vorschubeinrichtung zum Einsatz kommen. Hier kann ebenfalls eine bzw. die Schneideinrichtung zum Einsatz kommen. Typischerweise ist das Bereitstellen einer der ersten oder der erste Schritt des Verfahrens. In der Serienfertigung genügt auch zur Herstellung der Vielzahl von Bipolarplatten die Bereitstellung eines einzelnen Blech-Bands bzw. Coils. Wenn das Blech-Band verbraucht bzw. zu Bipolarplatten verarbeitet ist, kann ein weiteres Blech-Band bereitgestellt werden.
Schritt b): Prägen einer Sicke, insbesondere mit einer in der Ebene des Blechs geschlossenen und abschnittsweise gekrümmten Kontur, in das Blech mittels einem ersten Werkzeug, das zum Prägen der Sicke in das Blech ausgebildet ist, Bei diesem Schritt kann auch, insbesondere mittels des ersten Werkzeugs, z.B. während des Prägens der Sicke, ein Trennen am Blech durchgeführt werden, insbesondere wenigstens eine Lochung und/oder eine Außenkontur am Blech trennend erzeugt werden. Das erste Werkzeug wird in der Presse der Werkzeugvorrichtung typischerweise von der ersten Presseinrichtung verwendet, um die Sicke zu erzeugen.
Schritt c): Transportieren des Blechs mit der eingeprägten Sicke in einer Herstellungsrichtung in ein zweites Werkzeug bzw. in eine zweite Presseinrichtung, das/die zum Prägen des Blechs ausgebildet ist. Das Verfahren kann insofern vorteilhaft weitergebildet werden durch ein Greifen des Blechs und Transportieren des gegriffenen Blechs in der Herstellungsrichtung. Insbesondere wird dabei eine Greifeinrichtung verwendet, die zum Greifen in gegenüberliegende Lochungen im Blech ausgebildet ist. Die Lochungen können von der Schneideinrichtung erzeugt worden sein. Insbesondere kann die Greifeinrichtung entlang der Herstellungsrichtung angeordnet sein und transportieren. Vorzugsweise wird das Greifen und Transportieren nach dem Abschneiden und vor dem Prägen durchgeführt. Das Greifen und Transportieren kann auch nach dem Prägen durchgeführt werden. Alternativ oder ergänzend wird das Greifen und Transportieren nach einem ersten Prägen in einer ersten Presseinrichtung und vor einem nachfolgenden/zweiten Prägen in einer nachfolgenden/zweiten Presseinrichtung durchgeführt; analog kann zwischen zweiter und dritter bzw. dritter und vierter, etc., Presseinrichtung gegriffen und transportiert werden. Schließlich kann das Greifen und Transportieren auch von der letzten Presseinrichtung in der Herstellungsrichtung (z.B. die zweite, dritte, vierte, etc. Presseinrichtung; möglich ist aber auch die erste Presseinrichtung, wenn nur eine davon vorgesehen ist) hin zu einer Abfördermöglichkeit wie einem Förderband und/oder einer Ablage geschehen.
Schritt d): Schließen des zweiten Werkzeugs bzw. der zweiten Presseinrichtung bzw. der Presse, insbesondere in einer bzw. der Prägerichtung, wobei zunächst ein Halteteil eines Stempels des zweiten Werkzeugs in einer bzw. der Prägerichtung vorauseilend mit der Sicke in Kontakt kommt, und wobei anschließend ein Prägen des Blechs mit dem zweiten Werkzeug abseits von der Sicke stattfindet. In diesem Schritt können Kanalstrukturen in das Blech eingeprägt werden, insbesondere solche, die sich in einer aus den Bipolarplatten zu bildenden Brennstoffzelle für die chemische Reaktion nutzen lassen.
Vorteilhaft an dem vorgeschlagenen Verfahren ist, dass die Bipolarplatte mehrstufig hergestellt wird und so trotz mehrerer Stufen eine höhere Genauigkeit aufweist und schneller zu fertigen ist, weil die Sicke höhere Hubzahlen ermöglicht und ebenfalls die Genauigkeit durch höhere Steifigkeit und mögliches Reckziehen steigert. In der Serienfertigung können hier höhere Hubzahlen erreicht werden, weil das Blech durch die Sicke stabiler ist und schneller zum zweiten Werkzeug transportiert werden kann.
Das Verfahren kann durch ein Prägen des Blechs mittels einer weiteren Presseinrichtung der Presse weitergebildet werden. Die weitere Presseinrichtung ist insbesondere in der Herstellungsrichtung der ersten und der zweiten Presseinrichtung nachgeordnet. Insofern wird bevorzugt in drei, vier oder mehr Stufen taktweise - entsprechend der Anzahl Presseinrichtungen - geprägt, um sehr maßhaltige Bipolarplatten zu erhalten.
Vorzugsweise wird in Schritt a) das Blech von einer bzw. der Schneideinrichtung der Werkzeugvorrichtung von dem Blech-Band abgewickelt und abgeschnitten und/oder von einer bzw. der Vorschubeinrichtung insbesondere quer zur Herstellungsrichtung vorgeschoben. Wie bereits zuvor ausgeführt, führt der Vorschub quer zur Herstellungsrichtung zu gewissen Vorteilen. Insbesondere wenn der Vorschub in unmittelbarer Nähe der Schneideinrichtung und/oder des ersten Werkzeugs angeordnet ist, kann eine hochpräzise Bipolarplatte, insbesondere die Länge, bereitgestellt werden.
Insbesondere wird in der Serienfertigung in jedem Werkzeug gleichzeitig geprägt, vorzugsweise während in der Schneideinrichtung geschnitten wird. Wenn nicht geprägt wird, können alle Bleche gehandhabt bzw. weiter transportiert werden.
Hinsichtlich der vorbeschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens und den daraus resultierenden Vorteilen, aber auch hinsichtlich anderer möglicher vorteilhafter Weiterbildungen des Verfahrens wird ebenfalls auf die vorbeschriebenen Einzelheiten zur Werkzeugvorrichtung verwiesen.
Im Rahmen der vorbeschriebenen und nachfolgenden Offenbarung steht die Abkürzung „bzw.“ als eine Kurzform für „beziehungsweise“ und soll grundsätzlich alternative, im Grunde gleichwertige und/oder synonyme Merkmale oder Begriffe angeben, um die Idee bzw. den Sinn einer Merkmals- oder Begriffsverwendung näher zu bringen. „Beziehungsweise“ kann stets mit „und/oder“ ersetzt werden. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
Fig.1A-B: ein von einem Blech-Band mit einer Schneideinrichtung abgeschnittenes Blech unmittelbar nach dem Abschneiden (A) und das Blech unmittelbar nach einem ersten Prägen mittels einem ersten Werkzeug in einer ersten Presseinrichtung (B) in einer Draufsicht,
Fig.2: eine Werkzeugvorrichtung mit einer Schneideinrichtung und einer vier
Werkzeuge aufweisenden Presse und in einer perspektivischen Ansicht,
Fig.3: die Werkzeugvorrichtung mit einer an der Schneideinrichtung befestigten
Vorschubeinrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
Fig.4 eine ein Blech greifende Greifeinrichtung für die Werkzeugvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht, und
Fig. 5 das erste Werkzeug in einem Schnitt.
In Fig. 1A ist ein Blech 42 dargestellt, das von einer Schneideinrichtung 102 von einem Coil bzw. Blech-Band 41 abgeschnitten worden ist. Das Blech 42 weist an zwei gegenüberliegenden Bipolarplattenkonturen 43 jeweils drei Lochungen 48 auf. Die Bipolarplattenkonturen 43 und die Lochungen 43 sind von der Schneideinrichtung 102 erzeugt worden. Die Bipolarplattenkonturen 43 ermöglichen, dass die Bleche 42 näherungsweise ohne Verschnitt vom Blech-Band 41 abgeschnitten werden können. Die Länge 45 wird vom Schnitt der Schneideinrichtung 102 in Abhängigkeit von der durchgeschobenen Länge 45 festgelegt. Die Breite 46 ist von der Breite 46 des Blech- Bandes 41 vorgegeben und entspricht der Breite 46 der Bipolarplatte 40. Das Blech weist eine Dicke 44 von 0,1 mm auf. Am Rand weist das Blech 42 vier Zentrierkonturen 49 auf. Das Blech 52 ist eben ausgebildet und weist in diesem Zustand - nach dem Abschneiden - keine von der Ebene hervorstehenden Elemente.
Fig. 1 B zeigt das Blech 42 der Fig. 1 A, wobei das Blech 42 ein erstes Mal geprägt worden ist, um eine Sicke S und acht weitere Lochungen 48 zu erzeugen. Das Blech 42 weist die Sicke S mit einer in der Ebene des Blechs 42 geschlossenen, abschnittsweise gekrümmten Kontur K auf. Die Kontur K umrahmt die acht weiteren Lochungen 48. Außerhalb von der Kontur K sind die ursprünglichen sechs runden Lochungen 48 angeordnet, von denen jeweils drei Lochungen 48 den übrigen drei Lochungen 48 gegenüberliegen. Diese außerhalb von der Sicke S angeordneten Lochungen 48 dienen zum Greifen des Blechs 42 z.B. mit einer Greifvorrichtung 210.
In Fig. 1 B ist das Blech, wie schon in Fig. 1A, in einer Sicht von oben dargestellt. In dieser Sicht ist die Sicke S zum Betrachter hin konvex ausgebildet bzw. weist einen Vorsprung auf. Rückseitig weist die Sicke S entsprechend eine Nut auf. Im Querschnitt ist die Sicke U-förmig ausgebildet. Das Blech 52 ist grundsätzlich eben ausgebildet und weist in diesem Zustand - nach dem Abschneiden und dem ersten Prägen - als hervorstehendes Element die Sicke S auf.
In Fig. 2 ist eine Werkzeugvorrichtung 100 zur Herstellung einer Bipolarplatte 40 aus einem Blech 42 wie dem der Fig. 1 A bzw. 1 B mit einer Dicke 44 von 0,1 mm entlang einer Herstellungsrichtung X dargestellt. Die Bipolarplatte 40 kann in der Werkzeugvorrichtung 100 mittels Prägen des Blechs 42 hergestellt werden. Das Prägen ist in einer Presse 110 durchführbar, die vier Presseinrichtungen 111 , 112, 113, 114 aufweist. Weiter ist eine Schneideinrichtung 102 zum Abschneiden des Blechs 42 von einem nicht dargestellten Coil bzw. Blech-Band 41 vorgesehen.
Die Werkzeugvorrichtung 100 der Fig. 2 ist ausgebildet zur Herstellung von einer Vielzahl von den Bipolarplatten 40 aus einer Vielzahl von den Blechen 42 in einer Serienfertigung. In jeder der Presseinrichtungen 111 , 112, 113, 114 kann nämlich zeitgleich gepresst bzw. geprägt werden, wodurch ein mehrstufiger, prägender Herstellungsprozess realisierbar ist. Von dem nicht dargestellten Coil bzw. Blech- Band 41 kann der Werkzeugvorrichtung 100 Rohmaterial zur Herstellung einer Vielzahl von Bipolarplatten 40 aus einzeln vom Blech-Band 41 abzuschneidenden Blechen 40 zugefördert werden.
In der Darstellung der Fig. 2 weisen die vier Presseinrichtungen 111 , 112, 113, 114 jeweils einen unteren Stempel 30, 60 von vier Werkzeugen W1 , W2, W3, W4 eines Prägewerkzeugsatzes 10 auf. Die Presseinrichtungen 111 , 112, 113, 114 bzw. Werkzeuge W1 , W2, W3, W4 sind in der Herstellungsrichtung X aneinandergereiht. Entlang der Herstellungsrichtung X folgt auf die Schneideinrichtung 102 die erste Presseinrichtung 111 mit dem ersten Werkzeug W1 , auf dieses die zweite Presseinrichtung 112 mit dem zweiten Werkzeug W2, auf diese die dritte Presseinrichtung 113 mit dem dritten Werkzeug W3, und auf diese die vierte Presseinrichtung 114 mit dem vierten Werkzeug W4. Zwischen den so gebildeten Stufen bzw. Schritten entlang der Herstellungsrichtung X ist jeweils eine Zwischenstation 120 angeordnet, die zur Ablage des abgeschnittenen bzw. geprägten Blechs 42 dient. Nach der vierten Presseinrichtung 114 folgt insbesondere eine nicht dargestellte Abfördermöglichkeit wie ein Förderband, die quer oder in Richtung der Herstellungsrichtung X fördern bzw. transportieren kann, oder eine Ablage.
Das erste Werkzeug W1 der Fig. 2 ist ausgebildet zum Prägen der Sicke S und zum Prägen von insgesamt acht von der Sicke S umrahmten Lochungen 48 in das Blech 42 (vgl. das Blech 42 der Fig. 1 B).
Ausweislich der Darstellung der Fig. 2 kann das in der Herstellungsrichtung X dem ersten Werkzeug W1 nachgeordnete zweite Werkzeug W2 mit einem nicht näher dargestellten oberen Stempel 50 Kanalstrukturen in das Blech 42 prägen bzw. vorprägen Hier kann das Blech 42 über die Sicke gehalten werden. Das zweite Werkzeug W2 dient auch als sogenannte Vorziehstufe bzw. Vorprägestufe.
Das in Fig. 2 dem zweiten Werkzeug W2 nachgeordnete dritte Werkzeug W3 kann in analoger Weise wie das zweite Werkzeug W2 prägen, insbesondere aber fertigprägen bzw. kalibrieren. Das zweite Werkzeug kann bereits das Kalibrieren durchführen, indem das (vor-)geprägte Blech 42 aus dem zweiten Werkzeug W2 reckgezogen bzw. streckgezogen wird, wenn es über die Sicke gehalten wird. Die Geometrie der Kanalstrukturen kann mit dem dritten Werkzeug W2 fertig erzeigt sein.
Schließlich ist das in Fig. 2 dem dritten Werkzeug E3 nachgeordnete vierte Werkzeug W4 beispielsweise auch eine Kalibrierstufe, mit der die bis hier hergestellte Form des Blechs 42 bzw. im Grunde die Form der Bipolarplatte 40 kalibriert werden kann. Insbesondere ist das vierte Werkzeug W4 zum Stanzen bzw. Lochen ausgebildet.
In den einzelnen Werkzeugen W1 , W2, W3, W4 der Fig. 2 kann über Zentrierkonturen
49 am Blech 42 bzw. am Rand des Blechs 42 eine Zentrierung des Blechs 42 erzielt werden.
Das erste Werkzeug W1 weist einen nicht in Fig. 2 gezeigten oberen Stempel 20 und einen zum oberen Stempel 20 korrespondierenden unteren Stempel 30 zum Prägen des Blechs 42 auf. Die Stempel 20, 30 weisen zum Prägen der Sicke S in das Blech 42 eine obere bzw. untere Sickengeometrie 24, 34 auf. Die obere Sickengeometrie 24 weist eine Nut und die untere Sickengeometrie 34 einen Vorsprung auf, wobei mit Hinweis auf noch folgende Erläuterungen auf den in Fig. 5 gezeigten Querschnitt des ersten Werkzeugs hingewiesen sei.
Die weiteren Werkzeuge W2, W3, W4 der Fig. 2 weisen jeweils einen oberen Stempel
50 und einen unteren Stempel 60 auf. Die Stempel 50, 60 sind ausgebildet zum Prägen des Blechs 42 in einem jeweils zweiten bzw. dritten bzw. vierten Herstellungsschritt zumindest in einem von der Sicke S bzw. der Kontur umrahmten Bereich B, aber bedarfsweise auch außerhalb davon.
Das zweite und das dritte vierte Werkzeug W2, W3 der Fig. 2 haben gemein, dass sie zum vorauseilenden Kontakt mit der vom ersten Werkzeug W1 in das Blech 42 geprägten Sicke S ausgebildet sind. Insofern weisen die oberen Stempel 50 jeweils ein in einer Prägerichtung Y vorauseilendes und gefedertes oberes Halteteil 52 mit im Wesentlichen der oberen Sickengeometrie 24 auf. Nicht dargestellt ist das in der Prägerichtung Y vorauseilende und gefederte obere Halteteil 52 mit wenigstens im Wesentlichen der oberen Sickengeometrie 24. Ferner nicht dargestellt ist ein in einer bzw. der Prägerichtung Y vorauseilendes und/oder gefedertes unteres Halteteil 62 mit wenigstens im Wesentlichen der unteren Sickengeometrie 34.
Das vierte Werkzeug W4 der Fig. 2 greift zwar in die Sicke S ein, eilt aber beim Prägen bzw. Kalibrieren bzw. Lochen nicht voraus.
Die Werkzeugvorrichtung 100 ist in Fig. 2 im Grunde nur mit einer unteren Hälfte dargestellt, während eine obere Hälfte zur Anschaulichkeit ausgeblendet ist; das bedeutet, dass von den vier Presseinrichtungen 11 1 , 112, 113, 114 bzw. den vier Werkzeugen W1 , W2, W4, W4 jeweils ein unterer Stempel 30 bzw. 50, aber kein oberer Stempel 20 bzw. 60 dargestellt ist, und dass ein unterer Teil von der Schneideinrichtung 102 mit einer ebenen Fläche 101 zur Auflage des Blech-Bandes 41 , aber kein Schneidmesser 103 und kein Haltemechanismus 106 dargestellt ist.
In Fig. 2 ist die Schneideinrichtung 102 In Bezug auf die Herstellungsrichtung X der Presse 110 vorgelagert. Die Schneideinrichtung 102 kann so das Blech 42 vom Blech- Band 41 abschneiden, noch bevor es geprägt wird. Die Schneideinrichtung 102 kann auch Lochungen 48 und/oder Zentrierkonturen 49 in das Blech 42 einbringen.
Die Werkzeugvorrichtung 100 weist ferner eine nicht in Fig. 2, aber in Fig. 3 dargestellte, Vorschubeinrichtung 104 auf, die an der Schneideinrichtung 102 befestigt ist und ausgebildet ist zum Vorschieben des Blech-Bandes 41 von der Vorschubeinrichtung 104 unmittelbar zu der Schneideinrichtung 102. Die Vorschubeinrichtung 104 ist insbesondere an der Schneideinrichtung 102 verschraubt, beispielsweise mittelbar über einen Maschinentisch oder unmittelbar durch direktes Anschrauben. Die Schneideinrichtung 102 kann direkt auf die ebene Fläche 101 der Schneideinrichtung 102 fördern. So hängt das Blech-Band 41 nicht durch und es wird ein präzises Abschneiden ermöglicht.
Fig. 3 zeigt ferner einen Stempel 107 von dem in Fig. 2 noch ausgeblendeten Haltemechanismus 106 der Schneideinrichtung 102. Der Stempel 107 ist korrespondierend zu der ebenen Fläche 101 ausgebildet und kann zusammen mit der Ebenen Fläche 101 das Blech-Band 41 im Grunde im Bereich des Blechs 42 flächig einklemmen und das Blech 42 damit ebnen. Das Schneidmesser 103 kann bei eingeklemmtem Blech 42 das Blech 42 auf seiner ganzen Breite 46 abschneiden und zugleich mittels einer Messerkontur 105 eine Bipolarplattenkontur 43 auf der Breite 46 einbringen. Der Haltemechanismus 106 ist dazu vorgesehen, das Blech-Band 41 vorgespannt zu schneiden.
Die Schneideinrichtung 102 der Fig. 3 ist ausgebildet zum Schneiden des Blech- Bandes 41 auf eine Länge 45, die einer Länge 45 der Bipolarplatte 40 entspricht. Die Schneideinrichtung 102 ist dazu ausgebildet, insbesondere in einem Schnitt, drei Lochungen 48 einzubringen. Bedarfsweise kann die Schneideinrichtung 102 vier Zentrierkonturen 49 in einem Randbereich des Blechs 42 einbringen.
Fig. 4 zeigt eine Greifeinrichtung 210 einer Werkzeugvorrichtung 100. Die Greifeinrichtung 210 ist auch bei der Werkzeugvorrichtung 100 der Fig. 3 vorgesehen. Die Greifeinrichtung 210 ist zum Greifen des Blechs 42 und zum Transportieren des gegriffenen Blechs 42 in der Herstellungsrichtung X auf. Hierzu ist die Greifeinrichtung 210, wie sie abschnittsweise in Fig. 3 ersichtlich ist, in Fig. 4 perspektivisch dargestellt. Die Greifeinrichtung 210 ist entlang der Herstellungsrichtung X angeordnet und kann nach jedem Abschneiden bzw. Prägen das Blech 42 greifen und zur nächsten Zwischenstation 120, nächsten Presseinrichtung 111 , 112, 113, 114, und/oder zur Ablagemöglichkeit transportieren. Die Greifeinrichtung 210 ist insbesondere bei der Serienfertigung nützlich, um bei jedem Hub der Presse jeweils ein Blech 42 in jede der Presseinrichtungen 111 , 112, 113, 114 einlegen zu können bzw. entnehmen zu können bzw. die Bleche 42 im passenden Takt entlang der Herstellungsrichtung eine Station weiter transportieren zu können.
Insbesondere kann die Greifeinrichtung 210 der Fig. 3 bzw. 4 dem Takt der Herstellung folgen. Die Greifeinrichtung 210 weist gegenüberliegende Greifmechanismen 212 auf, die mittels eines unteren Eingriffspins 214 an jeweils einem Eingriffspin-Halter 216 in gegenüberliegende Lochungen 48 der Bleche 42 greifen können, wobei der Eingriffspin 214 jeweils in einen Gegenhalter 224 taucht. Die Greifmechanismen 212 sind vorliegend pneumatisch angesteuert. Die Greifmechanismen 212 können entlang der Herstellungsrichtung X bewegt werden. Die Bleche 42 können so zentriert und vorgespannt transportiert und letztlich an einer oder der nächsten „Station“ in der Werkzeugvorrichtung 100 abgelegt werden. Insbesondere können die Greifmechanismen 212 gleichzeitig ein oder mehrere Bleche 42 über einen halben Abstand zwischen zwei Presseinrichtungen 111 , 112, 113, 114 transportieren, einschließlich Greifen und Loslassen. Die Greifmechanismen 212 können nach einem solchen Transportieren wieder zurückgefahren werden und diesen Ablauf erneut durchführen. So kann taktweise ein Blech von der Schneideinrichtung 102 zur ersten Zwischenstation 120, dann zur ersten Presseinrichtung 111 , dann zur nachfolgenden Zwischenstation 120, dann zur zweiten Presseinrichtung 112, dann zur nachfolgenden Zwischenstation 120, dann zur dritten Presseinrichtung 113, dann zur letzten Zwischenstation, dann zur vierten Presseinrichtung 114, und dann zur Abfördermöglichkeit transportiert bzw. gehandhabt werden.
Die Schneideinrichtung 102 der Fig. 3 ist der Vorschubeinrichtung 104 nachgelagert und spannt insofern mit der Vorschubeinrichtung 104 eine Vorschubrichtung V quer zur Herstellungsrichtung X auf, vgl. Fig. 3. Die Vorschubeinrichtung 104 ist zum Vorschieben des Blech-Bands 41 bzw. Blechs 40 in die Vorschubrichtung V ausgebildet. Die Vorschubrichtung V verläuft quer zur Herstellungsrichtung X, genauer gesagt orthogonal. Die Vorschubeinrichtung 104 kann das (nicht dargestellte) Blech- Band 41 von einer (nicht dargestellten) Rolle abwickeln. Die Rolle kann daher nahe an der Presse 110 platziert werden. Die Vorschubeinrichtung 104 ist sowohl der Presse 110 als auch der Schneideinrichtung 102 in Bezug auf die Herstellungsrichtung X vorgelagert.
Die Vorschubeinrichtung 104 der Fig. 3 ist vorliegend als Rollenvorschub ausgebildet. Der Rollenvorschub kann über gegenüberliegende Rollen auf einer Oberseite und einer Unterseite des Blech-Bandes 41 direkt angreifen. Die Vorschubeinrichtung 104 kann das Blech-Band 41 bzw. Blech 42 bis hin zur Schneideinrichtung 102 vorspannen, insbesondere wenn der Haltemechanismus 106 das Blech 42 einklemmt bzw. hält. Das kann so geschehen, dass die Vorschubeinrichtung 104 die übliche Vorschubrichtung V, die zur Herstellungsrichtung X weist, kurzzeitig umkehrt, wodurch zwar keine nennenswerte Vorschubbewegung des Blech-Bands 41 , gleichwohl eine Zugkraft im Blech-Band 41 erwirkt wird. Das ebnet das Blech-Band 41 weiter ein und es kann genauer abgeschnitten werden.
Fig. 5 zeigt das erste Werkzeug W1 in einem Schnitt. Der obere Stempel 20 und der zum oberen Stempel 20 korrespondierende untere Stempel 30 Prägen ein zwischenliegendes Blech 42. Das Werkzeug W1 bzw. die erste Presseinrichtung 111 ist geschlossen bzw. befindet sich im sogenannten unteren Totpunkt, also am untersten Punkt beim Prägen. Hierbei werden die Sicke S und die acht Lochungen 48 innerhalb der Sicke S erzeugt. Die Stempel 20, 30 weisen zum Prägen der Sicke S in das Blech 42 eine obere bzw. untere Sickengeometrie 24, 34 auf. Die obere Sickengeometrie 24 weist eine Nut auf. Die untere Sickengeometrie 34 weist einen Vorsprung auf. Zwei Locher 108 des ersten Werkzeugs W1 bzw. des oberen Stempels 20 erzeugen jeweils die Lochungen 48.
Wenn insbesondere mit der dargestellten und beschriebenen Werkzeugvorrichtung 100 Bipolarplatten 40 aus Blechen 42 hergestellt werden, kann die Herstellung bzw. ein Verfahren wie folgt ausgestaltet sein bzw. ablaufen. Eine Bipolarplatte 40 weist eine Dicke 44 unterhalb von 0,25 mm auf, beispielsweise 0,1 mm, und wird mittels Prägen in der Werkzeugvorrichtung 100 der Fig. 2 hergestellt.
Es wird die Bleche 42 enthaltendes Blech-Band 41 bereitgestellt. Die Bleche 42 werden bzw. das Blech-Band 41 wird beispielsweise von einer Rolle abgewickelt und quer zur Herstellungsrichtung X vorgeschoben. Danach wird ein erstes Blech 42 von dem Blech-Band 41 mittels der Schneideinrichtung 102 auf eine Länge 45 abgetrennt bzw. abgeschnitten, wobei ferner Lochungen 48, Zentrierkonturen 49 und/oder die Bipolarplattenkontur 43 am/im (ersten) Blech 42 erzeugt werden können. Außerdem wird das (erste) Blech 42 mittels den Presseinrichtungen 111 , 112, 113, 114 stufenweise bzw. schrittweise geprägt. Es kann auch eine Sicke S in das Blech 42 nach dem Abschneiden bzw. im ersten Schritt geprägt werden. Hier liegt ein großer Vorteil, weil das erste Blech 42 bzw. die Bleche 42 nicht erst nach dem Prägen, wie es der Stand der Technik vorschlägt, sondern vor dem Prägen abgeschnitten wird/werden.
Bei dem Verfahren kommt die Greifeinrichtung 210 zum Einsatz, die zum Greifen in die gegenüberliegenden Lochungen 48 im (ersten) Blech 42 ausgebildet ist. Die Greifeinrichtung 210 greift das (erste) Blech 42 und transportiert es in der Herstellungsrichtung X, und zwar ausgehend von der Schneideinrichtung 102 nach dem Abschneiden zu der Zwischenstation 120. Wenn das (erste) Blech 42 an der Zwischenstation 120 ist, kann bereits ein weiteres Abschneiden an einem nächsten zur Schneideinrichtung 102 vorgeschobenen zweiten/nachfolgenden Blech 42 vollzogen werden. Dann transportiert die Greifeinrichtung 210 das erste Blech 42 zu der ersten Presseinrichtung 111 und das zweite Blech 42 zu der Zwischenstation 120, während ein drittes/nach-nachfolgendes Blech 42 zur Schneideinrichtung 102 vorgeschoben wird. In dieser Anordnung kann die erste Presseinrichtung 111 das erste Blech 42 prägen, insbesondere die Sicke S prägen, das zweite Blech 42 verweilt an der Zwischenstation 120 und das dritte Blech 42 wird wiederum vom Blech-Band 41 abgeschnitten. Der Ablauf wiederholt sich, wobei das erste Blech 42 noch drei Mal an Zwischenstationen 120 verweilt und noch drei Mal an den nachfolgenden drei Presseinrichtungen 112, 113, 114 geprägt bzw. kalibriert und/oder gelocht wird, woraufhin das erste Blech 42 zur Ablagemöglichkeit transportiert wird. Gleiches geschieht insofern mit allen nachfolgenden Blechen 42.
Die zweite, die dritte und/oder die vierte Presseinrichtung 112, 113, 114 können/kann beim Schließen der Presse 110 in einer Prägerichtung Y vorauseilend mit der Sicke S in Kontakt kommen, beispielsweise über ein insbesondere gefedertes Halteteil 52 am oberen Stempel 50, wobei danach ein Prägen des Blechs 42 im von der Sicke S eingegrenzten Bereich bzw. abseits von der Sicke S mit demselben Werkzeug W2, W3, W4 stattfinden kann. Dabei ist dann vorteilhaft möglich, dass das Blech 42 reckgezogen wird, weil es über die Sicke gegen eine Verschiebung gehalten ist. Insbesondere geschehen das Abschneiden und das Prägen zeitgleich bei einem Schließen der Presse 110. Die Schneideinrichtung 102, insbesondere der Haltemechanismus 106 und/oder das Schneidmesser 103, können/kann mit der Presse 110 wirkverbunden bzw. an der Presse 110 festgelegt sein.
Es können in der Serienfertigung insbesondere nach dem Vorschieben bzw. Abrollen des Blech-Bands 41 zeitgleich ein erstes Blech 42 abgeschnitten und vier weitere Bleche 42 geprägt werden. Vier noch weitere Bleche 42 können darüber hinaus auf den Zwischenstationen 120 verweilen. So sind insgesamt beispielsweise neun Bleche 42 in dem Verfahren zeitgleich eingebunden. Nach jedem Takt der Presse 110 kann so eine fertige Bipolarplatte 40 von der vierten Presseinrichtung 114 abtransportiert werden und ein weiteres, noch ungeschnittenes und ungeprägtes Blech 42 wiederum der Schneideinrichtung 102 zugefördert bzw. zu dieser vorgeschoben werden.
Bezuqszeichenliste
Prägewerkzeugsatz 103 Schneidmesser
104 Vorschubeinrichtung oberer Stempel 105 Messerkontur oberes Stempelteil 106 Haltemechanismus obere Sickengeometrie 107 Stempel
108 Locher unterer Stempel 110 Presse unteres Stempelteil 111 Presseinrichtung untere Sickengeometrie 112 Presseinrichtung
113 Presseinrichtung
Bipolarplatte 114 Presseinrichtung
Blech-Band 120 Zwischenstation
Blech
Bipolarplattenkontur 210 Greifeinrichtung
Dicke 212 Greifmechanismus
Länge 214 Eingriffspin
Breite 216 Eingriffspin-Halter
Lochung 224 Gegenhalter
Zentrierkontur
K Kontur oberer Stempel S Sicke
Halteteil V Vorschubrichtung
W1 erstes Werkzeug unterer Stempel W2 zweites Werkzeug
Halteteil W3 drittes Werkzeug
W4 viertes Werkzeug
Werkzeugvorrichtung X Herstellungsrichtung ebene Fläche Y Prägerichtung
Schneideinrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Prägewerkzeugsatz (10) zur Herstellung einer Bipolarplatte (40) aus einem Blech (42) mit einer Dicke (44) unterhalb von 0,25 mm, insbesondere 0,1 mm, mittels Prägen, aufweisend ein erstes Werkzeug (W1 ) für eine Presseinrichtung (111 , 112, 113, 114) einer Werkzeugvorrichtung (100), insbesondere Werkzeugvorrichtung (100) ausgebildet zur Herstellung von einer Vielzahl von den Bipolarplatten (40) aus einer Vielzahl von den Blechen (42) in einer Serienfertigung, wobei das erste Werkzeug (W1 ) zum Prägen einer Sicke (S) in das Blech (42) in einem prägenden ersten Herstellungsschritt in der Werkzeugvorrichtung (100) ausgebildet ist, wobei die geprägte Sicke (S) in der Ebene des Blechs (42) eine geschlossene, abschnittsweise gekrümmte Kontur (K) aufweist.
2. Prägewerkzeugsatz (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeug (W1) einen oberen Stempel (20) und einen zum oberen Stempel (20) korrespondierenden unteren Stempel (30) zum Prägen des Blechs (42) aufweist, wobei die Stempel (20, 30) zum Prägen der Sicke (S) in das Blech (42) eine obere bzw. untere Sickengeometrie (24, 34) aufweisen.
3. Prägewerkzeugsatz (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Sickengeometrie (24) eine Nut aufweist und/oder dass die untere Sickengeometrie (34) einen Vorsprung aufweist.
4. Prägewerkzeugsatz (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, ein zweites, ein drittes und/oder ein viertes Werkzeug (W2, W3, W4), mit (jeweils) einem oberen Stempel (50) und einem unteren Stempel (60), ausgebildet zum Prägen des Blechs (42) in einem jeweils zweiten bzw. dritten bzw. vierten Herstellungsschritt zumindest in einem von der Sicke (S) bzw. der Kontur umrahmten Bereich (B).
5. Prägewerkzeugsatz (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und/oder der untere Stempel (50, 60), des zweiten, dritten und/oder vierten Werkzeugs (W2, W3, W4) in einer Prägerichtung (Y) zum vorauseilenden Kontakt mit der Sicke (S) ausgebildet sind/ist.
6. Prägewerkzeugsatz (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch ein in einer bzw. der Prägerichtung (Y) vorauseilendes und gefedertes oberes Halteteil (52) mit wenigstens im Wesentlichen der oberen Sickengeometrie (24) und/oder ein in einer bzw. der Prägerichtung (Y) vorauseilendes und/oder gefedertes unteres Halteteil (62) mit wenigstens im Wesentlichen der unteren Sickengeometrie (34).
7. Werkzeugvorrichtung (100) mit einer wenigstens zwei, bevorzugt drei oder vier, Presseinrichtungen (111 , 112, 113, 114) aufweisenden Presse (110), ausgebildet zur Herstellung einer Bipolarplatte (40) aus einem Blech (42) mit einer Dicke (44) unterhalb von 0,25 mm, insbesondere 0,1 mm, mittels Prägen, insbesondere Werkzeugvorrichtung (100) ausgebildet zur Herstellung von einer Vielzahl von den Bipolarplatten (40) aus einer Vielzahl von den Blechen (42) in einer Serienfertigung, aufweisend einen Prägewerkzeugsatz (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit einem in der ersten Presseinrichtung (111 ) vorgesehenen ersten Werkzeug (W1 ) zum Prägen einer Sicke (S) in das Blech (42) und mit wenigstens einem weiteren, insbesondere zweiten, dritten und/oder vierten, Werkzeug (W2, W3, W4) zum Prägen des Blechs (42), wobei das wenigstens eine weitere Werkzeug (W2, W3, W4) zum vorauseilenden Kontakt mit der vom ersten Werkzeug (W1 ) in das Blech (42) geprägte Sicke (S) ausgebildet ist und in einer weiteren, insbesondere zweiten, dritten und/oder vierten, Presseinrichtung (112, 113, 114) der Werkzeugvorrichtung (100) vorgesehen ist.
8. Werkzeugvorrichtung (100) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schneideinrichtung (102) zum Schneiden des Blechs (42) von einem Blech-Band (41 ) und/oder eine Vorschubeinrichtung (104) zum Vorschieben eines bzw. des Blech- Bandes (41 ) vor dem ersten Werkzeug (W1 ), insbesondere zum Vorschieben in Richtung der Schneideinrichtung (102) und/oder quer zu einer durch die Anordnung der Werkzeuge (W1 , W2) vorgegebenen Herstellungsrichtung (X).
9. Verfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte (40) aus einem Blech (42) mit einer Dicke (44) unterhalb von 0,25 mm, insbesondere 0,1 mm, mittels Prägen in einer insbesondere zur Herstellung von einer Vielzahl von den Bipolarplatten (40) aus einer Vielzahl von den Blechen (42) in einer Serienfertigung ausgebildeten Werkzeugvorrichtung (100), beispielsweise in der Werkzeugvorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, aufweisend die Schritte: a) Bereitstellen des Blechs (42) und/oder eines Blech-Bands (41 ), insbesondere Coils, mit der Vielzahl von Blechen (42) und, b) Prägen einer Sicke (S), insbesondere mit einer in der Ebene des Blechs (42) geschlossenen und abschnittsweise gekrümmten Kontur (K), in das Blech (42) mittels einem ersten Werkzeug (W1 ), das zum Prägen der Sicke (S) in das Blech (42) ausgebildet ist, c) Transportieren des Blechs (42) mit der eingeprägten Sicke (S) in einer Herstellungsrichtung (X) in ein zweites Werkzeug (W2), das zum Prägen des Blechs (42) ausgebildet ist, insbesondere mittels einer Greifeinrichtung (210), die zum Greifen in gegenüberliegende Lochungen (48) im Blech (42) ausgebildet ist, d) Schließen des zweiten Werkzeugs (W2), wobei zunächst ein Halteteil (72) eines Stempels (70) des zweiten Werkzeugs (W2) in einer Prägerichtung (Y) vorauseilend mit der Sicke (S) in Kontakt kommt, und wobei anschließend ein Prägen des Blechs (42) mit dem zweiten Werkzeug (W2) abseits von der Sicke (S) stattfindet, insbesondere wobei Kanalstrukturen in das Blech (42) eingeprägt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in Schritt a) das Blech (42) von einer Schneideinrichtung (102) der Werkzeugvorrichtung (100) von dem Blech-Band (41 ) abgewickelt und abgeschnitten wird und/oder von einer Vorschubeinrichtung (104) insbesondere quer zur Herstellungsrichtung (X) vorgeschoben wird.
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