Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie.

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Herstellung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen. Bei Bipolarplatten sind die Anoden- und die Kathodenseite als strukturierte ebene Platten ausgebildet. Die Platten weisen jeweils eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Kanälen auf, durch welche im Betrieb der Brenn stoffzelle Prozessgase geführt und das entstehende Produktwasser abgeführt wird.

Aus der EP 2 608 299 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung solcher Platten be kannt. Dabei wird mittels eines Formwerkzeugs ein trapezartiges Profil in eine Me tallfolie geprägt. Die EP 2 608229 B1 offenbart ferner ein Formwerkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Aus der DE 102016 125 502 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Bipolarplat ten bekannt. Dabei werden zwei Metallfolien simultan in einer Transferpresse ge prägt, beschnitten und übereinander gestapelt.

Der Schritt des Prägens des trapezartigen Profils erfordert nach dem Stand der Technik eine hohe Umformkraft von mehr als 2.500 kN bei der Herstellung einer Bipolarplatte. Je nach Geometrie der zu prägenden Platte können Umformkräfte bis 8.000 kN erforderlich sein. Die Erzeugung derartiger Umformkräfte erfordert ei nen hohen maschinellen Aufwand. Abgesehen davon steigt mit der Umformkraft der Werkzeugverschleiß.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu besei tigen. Es sollen insbesondere ein Formwerkzeug und ein Verfahren angegeben werden, welche ein Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie mit verminderter Umform kraft ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche ge löst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkma len der abhängigen Patentansprüche.

Nach Maßgabe der Erfindung wird bei einem Formwerkzeug zum Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie mit einer vorgegebenen Dicke vorgeschla gen, dass ein erster Abstand zwischen benachbarten ersten und zweiten Patrizen größer als die Dicke der Metallfolie ist.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass mit einem solchen Formwerkzeug in einer Metallfolie ein trapezartiges Profil mit einer erheblich verminderten Um formkraft hergestellt werden kann. Das vorgeschlagene Formwerkzeug ist langle big und effizient. Es kann insbesondere in einer Transferpresse verwendet wer den, welche mit einem verminderten Aufwand herstellbar ist.

Die Verminderung der Umformkraft wird darauf zurückgeführt, dass die sich beim Schließen des Formwerkzeugs in der Metallfolie bildenden Seitenwände nicht an den Flanken der benachbarten ersten und zweiten Patrizen anliegen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist bei geschlossenem Formwerkzeug zwi schen der ersten Patrize im Obergesenk und einer gegenüberliegenden ersten Matrize im Untergesenk ein zweiter Abstand gebildet, welcher größer als die Dicke der Metallfolie ist. Desgleichen kann es auch sein, dass bei geschlossenem Form werkzeug zwischen der zweiten Patrize im Untergesenk und einer gegenüberlie genden zweiten Matrize im Obergesenk ein dritter Abstand gebildet ist, welcher größer als die Dicke der Metallfolie ist. Die vorgeschlagenen Ausgestaltungen des Formwerkzeugs lassen sich noch einfacher hersteilen. Der zweite und/oder dritte Abstand muss nicht exakt auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die erste und/oder zweite Patrize an ih ren Flanken Hinterschneidungen aufweisen. Damit kann der erste Abstand zwi schen benachbarten ersten und zweiten Patrizen vergrößert werden.

Eine vorgegebene Dicke der Metallfolie liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwi schen 0,05 bis 0,3 mm. Eine Breite der Böden und/oder Decken kann im Bereich von 1 bis 5 mm liegen. Eine Höhe der Seitenwände liegt vorteilhafterweise im Be reich von 1 bis 5 mm.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines trapezartigen Profils in einer Metallfolie mit folgenden Schritten vorgeschlagen:

Bereitstellen einer Metallfolie mit einer vorgegebenen Dicke,

Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs,

Einlegen der Metallfolie zwischen das Ober- und das Untergesenk, und

Pressen des Obergesenks gegen das Untergesenk, wobei das trapezartige Profil in die Metallfolie geprägt wird.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, eine Metallfolie mit einem trapezar tigen Profil mit einer verminderten Umformkraft herzustellen.

Vorzugsweise beträgt die erforderliche Presskraft weniger als 60 Tonnen (« 600 kN) pro gepresstem Meter Kanallänge des gepressten Profils. Besonders bevorzugt wird es, dass die erforderliche Presskraft weniger als 25 Tonnen (« 250 kN) je gepresstem Meter Kanallänge des gepressten Profils beträgt.

Die vorgegebene Dicke der Metallfolie liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwi schen 0,05 bis 0,3 mm. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Formwerkzeug in einer Transferpresse montiert sein. Eine Transferpresse weist mehrere Bearbeitungs stationen auf. Das zu bearbeitende Werkstück wird zwischen jedem Hub der Transferpresse mittels einer Transfereinrichtung gegriffen und in die nächste Bear beitungsstation gesetzt. Derartige Transferpressen ermöglichen eine effiziente Herstellung einer großen Zahl von Werkstücken.

Das trapezartige Profil wird vorteilhafterweise mit einem einzigen Präge-Hub her gestellt. Das vermindert weiter die Herstellungskosten. Zur Herstellung des trapez artigen Profils in der Metallfolie ist lediglich ein einziges Formwerkzeug erforder lich.

Nach einer weiteren Ausgestaltung wird die geprägte Metallfolie nach dem Präge- Hub in ein Schneidwerkzeug gelegt und in einem nächst folgenden Schneid-Hub beschnitten. Das vorgeschlagene Verfahren ist effektiv und erfordert zur Herstel lung von Platten für Bipolarplatten nur wenige Arbeitsschritte.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnun gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch ein erstes Formwerkzeug,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch ein zweites Formwerkzeug,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht durch ein drittes Formwerkzeug,

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht durch ein viertes Formwerkzeug,

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht durch ein fünftes Formwerkzeug.

Die in den Figuren gezeigten Formwerkzeuge umfassen jeweils ein Obergesenk 1 sowie ein gegenüberliegendes Untergesenk 2. Mit dem Bezugszeichen 3 ist eine zwischen das Obergesenk 1 und das Untergesenk 2 eingelegte Metallfolie be zeichnet.

Das Obergesenk 1 weist erste Patrizen 4 auf, welche zu Böden B im trapezartigen Profil korrespondieren. Das Untergesenk 2 weist zweite Patrizen 5 auf, welche zu Decken D im trapezartigen Profil korrespondieren. Schräg zueinander verlaufende Seitenwände S verbinden im trapezartigen Profil die Böden B mit den Decken D.

Bei geschlossenem Formwerkzeug ist in einer Kavität zwischen der ersten Pat- rize 4 und der zweiten Patrize 5 ein erster Abstand A1 zur Ausbildung der Seiten wände S gebildet. Falls die Flanken der Patrizen 4, 5 keinen konstanten ersten Abstand A1 aufweisen, ist unter dem "ersten Abstand A1" ein mittlerer Abstand zu verstehen.

Zwischen der ersten Patrize 4 und einer im Untergesenk 2 gegenüberliegenden ersten Matrize 6 ist im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs ein zweiter Abstand A2 gebildet.

Zwischen der zweiten Patrize 5 und einer im Obergesenk 1 gegenüberliegenden zweiten Matrize 7 ist im geschlossenen Zustand des Formwerkzeugs ein dritter Abstand A3 gebildet.

Beim in Fig. 1 gezeigten ersten Formwerkzeug entspricht eine Dicke der Metallfo lie dem zweiten Abstand A2 bzw. dem dritten Abstand A3. Der erste Abstand A1 ist größer als die Dicke der Metallfolie 3. Der erste Abstand A2 ist zweckmäßiger weise größer als das 1,5-fache, insbesondere das 1,7-fache, besonders bevorzugt größer als das 2-fache der Dicke der Metallfolie.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten zweiten Formwerkzeug weisen die Patrizen 4, 5 an ih ren Flanken Flinterschneidungen auf. Hier kann der erste Abstand A1 größer als das 2-fache, insbesondere größer als das 2, 2-fache der Dicke der Metallfolie 3 sein. - Im Übrigen ist das zweite Formwerkzeug ähnlich dem ersten Formwerk zeug ausgebildet.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Formwerkzeug ist der dritte Abstand A3 größer als die Dicke der Metallfolie 3 ausgebildet. Der dritte Abstand A3 kann größer als das 1 ,5- fache, besonders bevorzugt 1,7-fache, insbesondere als 2-fache der Dicke der Metallfolie 3 sein.

Im Übrigen ist das dritte Formwerkzeug ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten ersten Formwerkzeug ausgebildet.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten vierten Formwerkzeug ist der zweite Abstand A2 grö ßer als die Dicke der Metallfolie 3 ausgebildet. Der zweite Abstand A2 kann insbe sondere größer als das 1,5-fache, vorzugsweise das 1,7-fache, insbesondere das 2-fache der Dicke der Metallfolie 3 sein. Im Übrigen ist das vierte Formwerkzeug ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten ersten Formwerkzeug ausgebildet.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten fünften Formwerkzeug sind der zweite Abstand A2 und der dritte Abstand A3 größer als die Dicke der Metallfolie 3 ausgebildet. Für das Verhältnis der Dicke der Metallfolie 3 zum zweiten Abstand A2 und zum drit ten Abstand A3 gelten die vorangegangenen Ausführungen.

Bei den gezeigten Ausgestaltungen gelten hinsichtlich des ersten Abstands A1 die für das erste Formwerkzeug gemachten Angaben. Es ist selbstverständlich mög lich, sämtliche Ausgestaltungen miteinanderzu kombinieren, z. B. können die ge zeigten Ausführungsbeispiele auch mit hinterschnittenen Flanken kombiniert wer den.

Schließlich kann es selbstverständlich sein, dass lediglich abschnittsweise ein tra pezartiges Profil in der Metallfolie hergestellt wird. In benachbarten weiteren Ab schnitten können anders ausgestaltete Profile und/oder Durchbrüche hergestellt werden oder vorgesehen sein. Bezugszeichenliste

1 Obergesenk

2 Untergesenk 3 Metallfolie

4 erste Patrize

5 zweite Patrize

6 erste Matrize 7 zweite Matrize D Decke S Seitenwand B Boden A1 erster Abstand A2 zweiter Abstand A3 dritter Abstand