Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen für eine

elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, oder einen elektrochemischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauelementen für eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, oder einen elektrochemischen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Aus der WO 2004/047209 ist ein Verfahren zur Herstellung von Separatorplatten für eine Brennstoffzelle bekannt, bei welchem eine Separatorplatte mittels eines

hydromechanischen Umformverfahrens hergestellt wird.

Die US 6,938,449 beschreibt ein hydromechanisches Umformverfahren für ein flächiges Bauelement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von

Bauelementen für eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, oder einen elektrochemischen Energiespeicher anzugeben, wodurch insbesondere eine optimierte Geometrie der hergestellten Bauelemente ermöglicht ist.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe

erfindungsgemäß durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Beim Verfahren zur Herstellung von Bauelementen für eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, oder einen elektrochemischen Energiespeicher wird in einem mehrstufigen Prozess ein flächiges Bauelement erfindungsgemäß in einem ersten Umformschritt hydromechanisch umgeformt und in einem zweiten Umformschritt mechanisch nachgeformt. Dadurch ist eine optimierte Ausformung der Geometrie des Bauelements ermöglicht.

Besonders vorteilhafterweise können enge und tiefe Kanäle sowie ebene Kanalbereiche im Bauelement realisiert werden, woraus eine verbesserte Funktionalität des

Bauelements resultiert.

Bei der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das flächige Bauelement mit einer mehrstufigen Umformvorrichtung hydromechanisch umformbar und anschließend mechanisch nachformbar. Eine solche mehrstufige Umformvorrichtung ermöglicht die Reduzierung der Herstellungskosten des Bauelements.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die Bauteile bei der Nachformung für einen späteren Fügevorgang optimiert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße

Vorrichtung nach dem hydromechanischem Umformen,

Fig. 2 schematisch eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße

Vorrichtung vor dem mechanischen Nachformen und schematisch eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße

Vorrichtung während des mechanischen Nachformens. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist schematisch eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße

Vorrichtung 1 nach dem hydromechanischem Umformen dargestellt.

Mittels der Vorrichtung 1 ist ein flächiges Bauelement 2, welches beispielsweise aus einem Blechwerkstoff oder einem Folienwerkstoff gebildet ist, umformbar. Somit kann aus dem flächigen Bauelement 2 in einem mehrstufigen Prozess ein strukturiertes

Bauelement 2 für eine nicht dargestellte elektrochemische Zelle, insbesondere eine Brennstoffzelle, oder einen elektrochemischen Energiespeicher gefertigt werden. Dabei wird das Bauelement 2 beispielsweise zu einer Kathoden-, Anoden-, Separator- oder Endplatte umgeformt.

In einem ersten Umformschritt wird das umzuformende Bauelement 2 in der

Vorrichtung 1 angeordnet. Das Bauelement 2 ist derart zwischen einer Formmatrize 3 und einer Grundplatte 5 angeordnet, dass es zwischen einem die Grundplatte 5 vollständig umlaufenden Randbereich 4 und der Formmatrize 3 form- und/oder kraftschlüssig angeordnet ist. In die dem Bauelement 2 zugewandte Oberfläche der Formmatrize 3 ist die auf das Bauelement 2 zu applizierende Struktur aufgebracht.

Zwischen der Unterseite des Bauelements 2 und der Grundplatte 5 ist ein Arbeitsraum 6 gebildet. Dieser Arbeitsraum 6 ist insbesondere durch die Anordnung einer Dichtung 7 zwischen Randbereich 4 und Bauelement 2 gegenüber der Umgebung abgedichtet. Der Arbeitsraum 6 ist mittels zumindest eines Ventils 13 gesteuert und/oder geregelt mit einem unkompressiblen oder nahezu unkompressiblen Medium beaufschlagbar.

Durch die Einleitung des Mediums in den Arbeitsraum 6 wirkt eine Kraft allseitig und gleichmäßig auf alle Begrenzungen des Arbeitsraums 6. Diese einwirkende Kraft ist von dem Druck, mit welchem das Medium in den Arbeitsraum 6 eingeleitet wird, abhängig und kann somit mittels einer Variation dieses Drucks verändert und an dem umzuformenden Werkstoff angepasst werden. Diejenige Begrenzung des Arbeitsraums 6, welche der Kraft des Mediums am wenigsten widersteht, ist das Bauteil 2. Dieses wird durch die einwirkende Kraft des Mediums gegen die Formmatrize 3 gepresst und somit

entsprechend der Oberflächenstruktur der Formmatrize 3 verformt. Dieser erste Umformschritt entspricht im Wesentlichen dem herkömmlichen

hydromechanischen Umformen. Die mittels der Formmatrize 3 auf das Bauelement 2 aufbringbare Struktur ist in ihrer Geometrie eingeschränkt. Beispielsweise sind enge und/oder tiefe Kanäle, ebene Kanalbereiche, scharfkantige Ausformungen oder

Ausformungen mit sehr kleinen Verrundungsradien an den Kanten nicht herstellbar.

Zur Durchführung des zweiten Umformschrittes wird das vorgeformte Bauelement 2 auf eine Aufnahmematrize 8 aufgelegt, welche korrespondierend zur endgültigen Form des Bauelements 2 ausgeformt ist. In Figur 2 ist schematisch eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 nach dem Auflegen des vorgeformten

Bauelements 2 dargestellt.

In diesem Ausführungsbeispiel überragen die erhabenen Abschnitte 9 die

Aufnahmematrize 8. Oberhalb der Aufnahmematrize 8 ist ein Werkzeug 10 zur mechanischen Nachformung des Bauelements 2 angeordnet. Das Werkzeug 10 ist dabei insbesondere als Nachdrückstempel ausgeformt.

Eine Werkzeugoberfläche des Werkzeugs 10 kann, wie in Figur 2 und 3 dargestellt, derart ausgeformt sein, dass es bereichsweise auf das vorgeformte Bauelement 2 einwirkt. Dazu können beispielsweise erhabene Stempelabschnitte 11 in der

Werkzeugoberfläche ausgeformt sein.

In einer besonders vorteilhaften, nicht dargestellten Ausführungsform können die auf das Bauelement 2 einwirkenden Oberflächen des Werkzeugs 10 oder der

Stempelabschnitte 11 bombiert ausgebildet sein. Eine solche Bombierung ist eine Veränderung der Form und/oder Struktur der auf das Bauelement 2 einwirkenden Oberfläche eines Tiefziehwerkzeugs, so dass die Verformung des Bauelements 2 über das gewünschte Maß hinaus erfolgt und folglich ein Rückfedern des Bauelements 2 nach dem Entnehmen aus dem Tiefziehwerkzeug ausgeglichen wird.

In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann das Werkzeug 10 derart ausgeformt sein, dass es vollflächig auf das vorgeformte Bauelement 2 einwirkt.

In Figur 3 ist schematisch eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße

Vorrichtung 1 während des mechanischen Nachformens dargestellt. Bei der Durchführung des zweiten Umformschrittes, auch als Nachformen bezeichnet, wird das Werkzeug 10 in Richtung der Aufnahmematrize 8 abgesenkt, so dass die Stempelabschnitte 11 auf die erhabenen Abschnitte 9 des vorgeformten Bauelements 2 einwirken. Dadurch wird das Bauelement 2 vollständig ausgeformt.

Im Darstellungsbeispiel nach Figur 3 ist mit dem Nachformen ein ebener Bereich 12 an den erhabenen Abschnitten 9 des vollständig ausgeformten Bauelements 2 herstellbar. Mittels eines solchen ebenen Bereichs 12 ist beispielweise ein späterer Fügevorgang des Bauelements 2 vereinfacht.

In nicht dargestellten Ausführungsvarianten können mittels des Nachformens enge und/oder tiefe Kanäle, ebene Kanalbereiche, scharfkantige Ausformungen oder

Ausformungen mit sehr kleinen Verrundungsradien an den Kanten nachgeformt werden.

Bezugszeichenliste

Vorrichtung

Bauelement

Formmatrize

Randbereich

Grundplatte

Arbeitsraum

Dichtung

Aufnahmematrize

Abschnitt

Werkzeug

Stempelabschnitt

Bereich

Ventil