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Patent Searching and Data


Title:
THIN SHEET AND METHOD FOR ROLLING THIN SHEET FOR AN ELECTROCHEMICAL CELL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/194322
Kind Code:
A1
Abstract:
Embossed structures (12) of a thin sheet for an electrochemical cell are created by a sheet (8) being deformed in a multistage forming process, which includes at least one rolling process, in such a way that, in a first forming process and in a second forming process, at least some sections of the sheet (8) are stretched in different main directions, each lying in the plane of the sheet, with respect to the running-through direction (FR) of the rolling and the transverse rolling direction (QR), which is orthogonal to the running-through direction.

Inventors:
KELLER TORSTEN (DE)
MOTZ THOMAS (DE)
KRAEMER THOMAS (DE)
HEINE INGO (DE)
BAIER RICHARD (DE)
Application Number:
PCT/DE2022/100155
Publication Date:
September 22, 2022
Filing Date:
February 25, 2022
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
B21D22/06; B21D22/08; B21H8/00; H01M8/0206; H01M8/0254; H01M8/026
Domestic Patent References:
WO2018146282A12018-08-16
Foreign References:
JP2006075900A2006-03-23
JP2000051959A2000-02-22
US20180281040A12018-10-04
KR100882648B12009-02-06
CN103022512A2013-04-03
CN105514460A2016-04-20
CN109614904A2019-04-12
CN110125216A2019-08-16
JP4846247B22011-12-28
JP5262150B22013-08-14
JPS565449B21981-02-05
DE102009018028B32010-11-18
DE19847902B42005-12-01
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Umformen von Dünnblech für elektrochemische Zellen, wobei Prägestrukturen (12) erzeugt werden, indem ein Blech (8) in einem mehrstufi gen Umformprozess, welcher mindestens einen Walzprozess einschließt, der art verformt wird, dass in einem ersten Umformprozess und in einem zweiten Umformprozess das Blech (8) zumindest abschnittsweise in unterschiedliche, jeweils in der Blechebene liegende Hauptrichtungen, bezogen auf die Durch laufrichtung (FR) des Walzens sowie die hierzu orthogonale Walzquerrichtung (QR), gedehnt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Umform prozesse mittels eines Walzenpaares (5, 6) erfolgt, welches aus ei ner ersten Walze (5) mit einer Positivstruktur und einer zweiten Walze (6) mit einer korrespondierenden Negativstruktur gebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Umform prozesse mittels eines Walzenpaares (5, 6) erfolgt, welches aus einer ersten Walze (5) mit einer strukturierten Oberfläche (7) und einer zweiten, eine nachgiebige Oberfläche aufweisenden Walze (6) gebildet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzen mittels eines Walzenpaares (5, 6) erfolgt, durch welches ein Walz spalt mit einer über seine Breite uneinheitlichen Weite gebildet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stufe des mehrstufigen Umform prozesses durch Walzen eine Wel lenstruktur (9) in Form von Querwellen (10) erzeugt wird und die Querwellen (10) von der Mitte des Bleches (8) aus durch mindestens ein Walzenpaar (5, 6) sukzessive nach außen geformt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in aufeinanderfolgenden Walzvorgängen ausschließlich unterschiedliche Ab schnitte des Bleches (8) verformt werden, wobei mindestens einer dieser Ab- schnitte hauptsächlich in Längsrichtung (LR) und mindestens ein weiterer Ab schnitt des Bleches (8) im Vergleich hierzu in einem höheren Maße in Querrich tung (QR) verformt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in aufeinanderfolgenden Walzvorgängen zumindest teilweise dieselben Abschnit te des Bleches (8) verformt werden, wobei ein und derselbe Abschnitt nachei nander in unterschiedlichen Hauptrichtungen verformt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den verschiedenen Hauptrichtungen, in welchen jeweils zumindest ein Abschnitt des Bleches (8) in den einzelnen Umform prozessen hauptsäch lich gedehnt wird, ein Winkel von mehr als 45° eingeschlossen ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im gesamten, mit Hilfe mehrerer Walzenpaare (5, 6) durchgeführten Walzprozess das Dünnblech (8) unter Zugspannung gehalten wird und das im Walzprozess strukturierte Dünnblech (8) nach dem letzten Walzvorgang in einem Winkel von 20° bis 50° gegenüber der Walzrichtung einer angetriebenen Walze (5, 6) ab geführt wird.

10. Dünnblech für eine elektrochemische Zelle, mit einer Blechmittelebene, in wel cher eine Basisdicke (d) des Bleches gegeben ist, und mit einer Prägestruktur (12), welche zu mindestens einer Seite der Blechmittelebene in Form erhabe ner und/oder vertiefter Prägeelemente (10, 14, 17, 18) ausgebildet ist, wobei die maximale Höhe beziehungsweise Tiefe (hmax, tmax) der Prägeelemente (10, 14, 17, 18) mindestens das 3-fache der Basisdicke (d) beträgt, und wobei die minimale Wandstärke der Prägeelemente (10, 14, 17, 18) mindestens 70% der Basisdicke (d) beträgt.

11. Dünnblech nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Prä geelemente (17, 18) eine hahnenfußartige Strukturierung gegeben ist.

12. Dünnblech nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Nutzkontur (21), durch welche mindestens ein Fluidraum begrenzt ist, so wie außerhalb der Nutzkontur (21) angeordnete Freischnitte oder zusätzliche Prägeelemente aufweist, wobei in keinem Bereich innerhalb und außerhalb der Nutzkontur (21 ) eine unter 0,05 mm oder über 0,5 mm liegende Wandstärke gegeben ist.

Description:
Dünnblech und Verfahren zum Walzen von Dünnblech für eine elektrochemische Zelle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Walzen von Dünnblech für elektrochemische Zellen. Ferner betrifft die Erfindung ein für die Verwendung in einer elektrochemischen Zelle geeignetes Dünnblech.

In elektrochemischen Zellen wie Redox-Flow-Zellen, Elektrolysezellen und Brennstoff zellen kann Dünnblech zum Einsatz kommen, welches sowohl eine elektrische Funk tion hat als auch Fluidräume innerhalb der elektrochemischen Zelle begrenzt. Eine Strukturierung eines Dünnblechs für eine elektrochemische Zelle ist insbesondere durch Walzen möglich. Verschiedene Verfahren zur Bearbeitung von Blechen für elektrochemische Zellen, insbesondere Brennstoffzellen, sind zum Beispiel in den Do kumenten CN 103022512 A, CN 105514460 A, CN 109614904 A, CN 110125216 A, JP 4846247 B2, JP 5262150 B2 und JP 5605449 B2 beschrieben.

Aus der WO 2018/146282 A1 ist eine für die Verwendung in einer Redox-Flow- Batterie vorgesehene Elektrode bekannt, welche einen Strömungskanal begrenzt. Hierbei sind einzelne Strömungsquerschnitte durch Barrieren, welche durch die Elekt rode gebildet sind, voneinander getrennt.

Eine weitere Elektrode für Redox-Batterien ist in der DE 10 2009 018 028 B3 offen bart. Die Elektrode besteht in diesem Fall aus einem metallischen Träger, einer porö sen Sintermetallschicht und einer dünnen elektrisch leitenden Graphitschicht.

Die DE 19847 902 B4 offenbart ein Verfahren zur Umformung dünner, beulstrukturier ter Materialbahnen mit regelmäßig versetzten Falten. Hierbei sollen die Materialbah nen durch tieferes Einbiegen oder Aufbiegen der vorhandenen Falten in eine mehrdi mensionale Gestalt umgeformt werden, wobei keine zusätzlichen Falten entstehen.

Zur Umformung sollen Druckelemente geeignet sein, welche die Form von Stempeln, Noppen, Stiften oder Bürsten haben. Laut DE 19847 902 B4 können Druckelemente entweder an Platten oder an Walzen befestigt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei der Herstellung von Platten aus metal lischen Werkstoffen für elektrochemische Zellen Fortschritte gegenüber dem genann ten Stand der Technik zu erzielen, wobei auch großformatige Platten rationell herstell bar sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Umformen von Dünnblech für elektrochemische Zellen gemäß Anspruch 1 . Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein für die Verwendung in einer elektrochemischen Zelle geeignetes Dünnblech mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Dünnblech erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Umformverfahren, welches ein Walzverfahren einschließt, und umgekehrt.

Im Rahmen des Umformverfahrens werden Prägestrukturen des Dünnblechs erzeugt, indem ein Blech, beispielsweise ein Titan- oder Stahlblech, in einem mehrstufigen Umformprozess, welcher mindestens einen Walzprozess einschließt, derart verformt wird, dass in einem ersten Umformprozess und in einem zweiten Umformprozess das Blech zumindest abschnittsweise in unterschiedliche Hauptrichtungen, bezogen auf die Durchlaufrichtung des Walzens sowie die hierzu orthogonale Walzquerrichtung, gedehnt und damit plastisch verformt wird.

Hierbei wird davon ausgegangen, dass bei jedem einzelnen Umformprozess eine Richtung der Dehnung existiert, in der das Blech stärker als in allen anderen Richtun gen gedehnt wird. Die dabei betrachteten Richtungen liegen alle in der durch die Durchlaufrichtung des Walzens sowie die hierzu orthogonale Querrichtung aufge spannten Ebene, welche kurz auch als Blechebene bezeichnet wird. Somit wird eine Projektion betrachtet, wobei im Einzelfall durch die Umformung auch eine Reduktion einer Ausdehnung, das heißt eine Stauchung, erfolgen kann. In jedem Fall stellt die genannte, in der Projektion auf die Blechebene zu betrachtende Richtung, in welcher die maximale Dehnung auftritt, die Hauptrichtung der Dehnung dar.

Die Hauptrichtung, welche bei einem Umformprozess gegeben ist, kann beispielswei se als Winkel angegeben werden, den die entsprechende Richtung mit der Durchlauf richtung des Walzens, das heißt mit der Längsrichtung des Dünnblechs, einschließt. Wird ein Abschnitt des Blechs ausschließlich in dessen Längsrichtung, das heißt in Förderrichtung, gedehnt, so liegt dementsprechend eine Hauptrichtung der Dehnung vor, welche der Null Grad-Richtung entspricht. Den anderen Extremfall stellt eine Dehnung ausschließlich in Querrichtung dar. In diesem Fall ist die Hauptrichtung mit 90° anzugeben. Gemäß verschiedener möglicher Verfahrensvarianten existiert in ei nem ersten Umformprozess eine Hauptrichtung der Umformung, welche sich von ei ner in einem weiteren Umformprozess auftretenden Hauptrichtung um mehr als 45°, insbesondere um mehr als 60°, beispielsweise um genau 90°, unterscheidet. Winkel von mehr als 90°, um die sich verschiedene im Rahmen des Umformverfahrens auf tretende Umformungs-Hauptrichtungen voneinander unterscheiden, können definiti onsgemäß nicht auftreten.

Das Walzen, welches innerhalb des mehrstufigen Umform prozesses geschieht, kann mit einem diskontinuierlich arbeitenden Umformprozess und/oder mit einem weiteren kontinuierlich arbeitenden Prozess, insbesondere Walzprozess, kombiniert werden. Im Vergleich zu einer Umformung, welche ausschließlich diskontinuierlich, insbesondere mittels Pressen, erfolgt, bringt das Walzen zunächst den Vorteil mit sich, dass ver gleichsweise moderate Kräfte auftreten. Durch die gezielte Aufteilung der Umformung in einzelne Schritte, welche Umformungen in verschiedene Hauptrichtungen bedeu ten, ist zudem ein besonders günstiges Verhältnis zwischen der Anzahl der Umform schritte und dem Umformgrad erreichbar, wobei Abweichungen von der mittleren Blechstärke nach erfolgter, mehrstufiger Umformung in Relation zu den Abmessun gen, insbesondere Prägetiefen, der erzeugten geometrischen Strukturen in einem vergleichsweise engen Rahmen bleiben. Ausgangspunkt für das Umform verfahren ist ein Blech mit definierter Basisdicke. Die durch das Umformverfahren erzeugte Prägestruktur des Bleches kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten des Bleches, das heißt ein- und/oder beidseitig auskragend aus der Blechmittelebene, in Form erhabener und/oder vertiefter Prägeelemente aus gebildet sein, wobei die maximale Höhe beziehungsweise Tiefe der Prägeelemente des aus Dünnblech gefertigten Elektrodenblechs mindestens das Dreifache der Ba sisdicke beträgt, und wobei die minimale Wandstärke der Prägeelemente mindestens 70% der Basisdicke beträgt. Dies gilt für verschiedenste Formen der Prägeelemente. Beispielsweise können durch die Prägeelemente - in Draufsicht auf das Dünnblech - Strukturen in Form sogenannter Hahnenfüße gebildet sein.

Das durch den mehrstufigen Umformprozess strukturierte Blech weist eine sogenann te Nutzkontur auf, durch welche innerhalb einer elektrochemischen Apparatur, bei spielsweise einer Redox-Flow-Batterie, einer Brennstoffzelle oder einer Elektrolysean lage zur Herstellung von Wasserstoff, mindestens ein Fluidraum für eine Flüssigkeit oder ein Gas begrenzt ist. Im Rahmen der mehrstufigen Umformung können außer halb der Nutzkontur gezielt Freischnitte oder zusätzliche Prägeelemente erzeugt wer den, welche den Zweck haben, den Umformgrad innerhalb der Nutzkontur zu beein flussen, insbesondere zu minimieren. Je nach Geometrie des Endproduktes, das heißt der kompletten elektrochemischen Anlage, können die genannten Konturen oder Ele mente, welche den Umformprozess positiv beeinflussen, abgetrennt werden oder am Dünnblech verbleiben. Die Wandstärke des Dünnblechs innerhalb und außerhalb der Nutzkontur liegt insbesondere im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,5 mm.

Das durch das mehrstufige Umform verfahren strukturierte Blech eignet sich insbeson dere dazu, mit einem weiteren derartigen Blech zu einer Bipolarplatte zusammenge setzt, insbesondere verschweißt, zu werden. Hierbei können die beiden Bleche spie gelbildlich zueinander geformt sein. Ebenso sind aufeinanderliegende Bleche mitei nander verbindbar, welche nicht spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet sind. In beiden Fällen können zwischen den beiden Blechen Strömungskanäle für eine Flüs sigkeit und/oder ein Gas gebildet sein. Was den Walzprozess betrifft, sind verschiedene Typen von Walzenpaaren verwend bar. Ein erster Typ eines Walzenpaares ist aus einer ersten Walze mit einer Positiv struktur und einer zweiten Walze mit einer korrespondieren Negativstruktur gebildet. Der Walzspalt kann größer oder auch kleiner als die zu walzende Blechdicke sein. Insbesondere können Kontaktflächen von Elektroden mit Walzspalten abgeprägt wer den, welche kleiner als die Basisdicke des Bleches sind. Der Walzspalt kann eine über die Breite der Walzen variierende Weite aufweisen. Hierbei kann die Weite des Walzspaltes teils geringer und teils größer als die Basisdicke des Bleches sein, womit ein Querfließen des Materials beim Walzen unterstützt wird.

Ebenso ist ein Walzenpaar verwendbar, welches aus einer ersten Walze mit einer strukturierten Oberfläche und einer zweiten Walze mit einer nachgiebigen Oberfläche gebildet ist. Zur Herstellung einer nachgiebigen Walzenoberfläche sind beispielsweise Werkstoffe wie Polyurethan, welches unter anderem unter der Marke Vulkollan erhält lich ist, geeignet. Auch ein Walzen mit Verwendung einer Folie auf beiden Seiten des zu verformenden Bleches ist möglich. Als Folie ist beispielsweise eine PE- oder PP- Folie geeignet. Die Folie leistet einen Beitrag zur Vermeidung von Welligkeiten und Falten des Werkstücks, das heißt Bleches. Zum gleichen Zweck können alternativ o- der ergänzend zu beschichteten Walzen auch Festschmierstoffe verwendet werden.

Verschiedene Typen von Walzenpaaren sind innerhalb einer Anlage zum Umformen von Dünnblech kombinierbar. Je nachdem, inwieweit das Walzen unter elastischer Verformung der Walzenoberflächen erfolgt, können sich die Rotationsachsen der ge genläufig rotierenden Walzen in fester geometrischer Relation zueinander befinden oder unter Krafteinwirkung zumindest geringfügig gegeneinander verschiebbar sein. In beiden Fällen ist eine spielfreie Lagerung der Walzen realisierbar.

Unabhängig von der Gesamtzahl an Walzenpaaren ist es möglich, in einer ersten Stu fe des Umform prozesses eine Wellenstruktur des Dünnblechs in Form von Querwel len zu erzeugen. Der Begriff Querwellen bedeutet, dass ein kürzest möglicher Weg über Wellenberge und Wellentäler quer zur Förderrichtung des Dünnblechs, das heißt parallel zu den Rotationsachsen des Walzenpaares, verläuft. Dies ist gleichbedeutend damit, dass eine gedachte Ausbreitungsrichtung einer Wellenfront der Querrichtung des das Walzenpaar durchlaufenden Bleches entspricht. Durch die Querwellen be schriebene Rillen verlaufen somit in Längsrichtung des Bleches, das heißt in Förder richtung.

In fertigungstechnisch vorteilhafter Weise können die Querwellen entweder durch ein einziges Walzenpaar oder durch eine Mehrzahl an Walzenpaaren von der Mitte des Bleches aus sukzessive nach außen geformt werden. Durch die Möglichkeit des Nachfließens aus der Blechbreite ist hierbei eine besonders geringe Ausreckung des Blechs erreichbar. Das zumindest partiell in Form von Querwellen strukturierte Blech stellt eine Vorform dar, die bereits im ersten Umformschritt mittels Einzugswalzen, die vom Coil abgewickeltes Blech fördern, formbar ist. Das wellenförmig profilierte Blech weist eine praktisch einheitliche Materialstärke auf, die nicht wesentlich unter der ur sprünglichen Blechstärke liegt, und ermöglicht in einem folgenden Umformschritt das Nachfließen von Material sowohl in Walzrichtung als auch in Querrichtung, wobei selbst bei großen Konturtiefen lediglich eine vergleichsweise geringe Reduktion der Materialstärke auftritt.

Sofern mehrere Walzenpaare hintereinandergeschaltet sind, können gemäß einer ers ten Verfahrensvariante in aufeinander folgenden Walzvorgängen ausschließlich unter schiedliche Abschnitte des Bleches verformt werden, wobei mindestens einer dieser Abschnitte hauptsächlich in Längsrichtung und mindestens ein weiterer Abschnitt im Vergleich hierzu in einem höheren Maße in Querrichtung verformt wird.

Gemäß einer alternativen Verfahrensvariante werden in aufeinander folgenden Walz vorgängen zumindest teilweise dieselben Abschnitte des Bleches verformt, wobei ein und derselbe Abschnitt des Bleches nacheinander in unterschiedlichen Hauptrichtun gen verformt wird.

In beiden Fällen kann das im Walzprozess strukturierte Dünnblech nach dem letzten Walzvorgang in einem verfahrenstechnisch optimierten Winkel, insbesondere einem Winkel von 20° bis 50° gegenüber der Walzrichtung einer angetriebenen Walze, abge- führt werden, wobei das Blech während des gesamten, mit Hilfe mehrerer Walzenpaa re durchgeführten Walzprozesses unter Zugspannung gehalten werden kann. Bei der Abführung des Bleches von der Walzvorrichtung spielen neben der natürlichen Krümmung, die nach den Umformvorgängen vorliegt, auch Anisotropien und Schlupf eine Rolle. Der Winkel, in dem das Blech die Walzvorrichtung verlässt, ist in Form ei ner Ablenkung nach oben oder unten derart einstellbar, dass das erhaltene Endpro dukt, das heißt die Platte für eine elektrochemische Zelle, eine insgesamt, abgesehen von den erzeugten Profilierungen, ebene Form hat.

Der mehrstufige Walzprozess ist mit einem Umform- und Stanzprozess kombinierbar. Aus Dünnblech hergestellte, durch Walzen profilierte, vereinzelte Platten können ei nem weiteren Verarbeitungsschritt, insbesondere einer Umformung mittels einer Hub presse, zugeführt werden. Hierbei kann ein Schneiden entweder durch eine gesonder te Schneidvorrichtung oder mittels derselben Walzen, welche das Blech zunächst um formen, das heißt prägen, erfolgen. Insbesondere sind zum Vereinzeln der Platten so genannte fliegende Stanzen oder Scheren verwendbar. In allen Fällen können Schnit te entweder exakt quer zur Förderrichtung oder in sonstiger Weise, beispielsweise als schräge oder nicht gerade Schnitte, gesetzt werden. In einem eventuell vorhandenen, abzutrennenden Besäumrand der Platten, welcher beispielsweise ca. 5 mm breit ist, können im Zuge der Umformung des Bleches gezielt Prägeelemente als Ausgleichs formelemente erzeugt werden, welche die Spannungsverteilung innerhalb des Ble ches verbessern.

Sowohl mit Hilfe kontinuierlich arbeitender Vorrichtungen zur Umformung, insbeson dere in Form von Walzenpaaren, als auch mittels diskontinuierlich arbeitender Um formvorrichtungen, insbesondere Pressen, sind im Blech wirkende Eigenspannungen erzeugbar, welche Zugspannungen und Druckspannungen umfassen. Hierbei können in Teilbereichen eines Spannungsfeldes zum Beispiel Druckspannungen existieren, welche 50% bis 70% der Fließgrenze des verwendeten metallischen Werkstoffs ent sprechen. Optional wird das Umformverfahren mit einer Umformung mit Hilfe eines Wirkmediums kombiniert. Die Funktion von Wirkmedien kann nicht nur durch Hydrau likflüssigkeiten, sondern auch durch elastisch nachgiebige Materialien wie Elastomere erfüllt werden. Zu diesem Zweck kommen Werkzeugbeschichtungen ebenso wie ver lorene Einlagen, gegen die sich das Werkstück beim Umformen abstützt, in Betracht.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 in grober Schematisierung eine Anlage zum Umformen von Dünnblech,

Fig. 2 ein mit der Anlage nach Figur 1 herstellbares Zwischenprodukt,

Fig. 3 die Umformung eines Dünnblechs in mehreren Schritten,

Fig. 4 ein Detail eines mit der Anlage nach Figur 1 hergestellten, strukturierten

Dünnblechs,

Fig. 5 das Dünnblech nach Figur 4 in geschnittener Ansicht.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämt liche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Eine in Figur 1 skizzierte, insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Fer tigungsanlage ist zur Umformung von Blech 8 ausgebildet, welches zur Verwendung in einer elektrochemischen Zelle vorgesehen ist. Hinsichtlich des Aufbaus und der Funktion elektrochemischer Zellen, insbesondere Redox-Flow-Zellen, Elektrolysezel len und Brennstoffzellen, wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwie sen. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Blech 2 um Stahlblech, insbesonde re aus nichtrostendem Stahl. Alternativ kommt die Verwendung von Leichtmetallen, insbesondere Aluminium oder Titan, Buntmetallblechen oder auch beschichteten Ble- chen in Betracht. In den Ausführungsbeispielen ist die Fertigungsanlage 1 zur um formtechnischen Herstellung von Elektrolyseplatten aus Blech 8 vorgesehen.

Die Fertigungsanlage 1 umfasst eine Umformanlage 2 für kontinuierliche Umformung und eine Umformanlage 3 für diskontinuierliche Umformung. Bei der Umformanlage 2 handelt es sich um eine Anlage zum Walzen des Bleches 8. Das Blech 8 wird in För derrichtung FR durch die Fertigungsanlage 1 gefördert. Einrichtungen zum Schneiden des Bleches 8 sind nicht dargestellt. Während des Durchlaufens der Umformanlage 2 wird das Blech 8 unter Vorspannung gehalten. Die Umformanlage 2 umfasst ein Ma schinengestell 4, in welchem zwei Walzen 5, 6 gelagert sind und ist derart steif ausge führt, dass die Achsen der Walzen 5, 6 ihren Abstand während des Walzprozesses nicht signifikant ändern.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 weisen beide Walzen 5, 6 eine Oberflächen struktur 7 auf, die allgemein auch als Gravur bezeichnet wird. Die gegenläufige Rota tion der Walzen 5, 6 ist synchronisiert. Alternativ ist es möglich, lediglich eine einzige strukturierte Walze 5 zu verwenden, wobei eine zugehörige zweite Walze, gegen die das Blech 8 gedrückt wird, eine nachgiebige Oberfläche aufweist, so dass durch die Walze 5 umgeformte Bereiche des Bleches 8 in die elastisch nachgiebige zweite Wal ze eingedrückt werden können. In den Ausführungsbeispielen ist das Walzenpaar 5, 6 dazu vorgesehen, das Blech 8 signifikant auch in Querrichtung QR, das heißt quer zur Förderrichtung FR, welche auch als Durchlaufrichtung oder Längsrichtung LR des Bleches 8 bezeichnet wird, zu verformen. Die Bezeichnung Längsrichtung LR wird auch in Fällen beibehalten, in denen Abschnitte des Bleches 8 vereinzelt sind.

Nach dem Durchlaufen des Walzenpaares 5, 6 erfolgt eine weitere Umformung des Bleches 8 mittels der als Presse ausgeführten Umformanlage 3. Andeutungsweise sind in Figur 1 zwei Komponenten 22, 23 der Umformanlage 3, nämlich eine Matrize und ein stempelseitiges Gesenk, dargestellt. Im Unterschied zum Walzpressen in der Umformanlage 2 wird das Blech 8 in der Presse 3 abschnittsweise in anderen Anteilen in Längsrichtung LR und in Querrichtung QR umgeformt. Insgesamt werden damit ho he Umformgrade in wenigen Umformschritten erzielt, wobei an keiner Stelle des Ble- ches 8 eine zu große Herabsetzung der Wandstärke d, auch als Basisdicke des Blechs 8 bezeichnet, auftritt.

Die Figur 2 zeigt eine mögliche Prägestruktur 12 des Bleches 8, welche nach der Um formung mittels des Walzenpaares 5, 6 gegeben ist. Erkennbar ist eine Wellenstruktur 9 aus Querwellen 10, wobei sich einzelne, kleinere nicht dargestellte Erhebungen im Randbereich des Bleches 8 befinden. Die Wellenstruktur 9 wird sukzessive von innen nach außen erzeugt, wie in Figur 3 veranschaulicht ist, wobei zu diesem Zweck meh rere Walzenpaare 5, 6 zum Einsatz kommen können. Als erster Schritt S1 wird die Be reitstellung des noch glatten Bleches 8 bezeichnet. Im folgenden Umformschritt S2, der auch als erster Walzstich bezeichnet wird, wird als erstes Prägemuster 15 eine einzige, in Längsrichtung mittig durch das Blech 8 laufende Prägelinie 14 erzeugt. Im nächsten Umformschritt S3, das heißt im zweiten Walzstich, wird eine Dreieranord nung aus zueinander parallelen Prägelinien 14 als zweites Prägemuster 16 erzeugt. Die Schritte S2 und S3 stellen eine Vorverteilung von Material dar, welche praktisch ohne Kaltverfestigung oder Ausreckung erfolgt. Schließlich wird in einem dritten Walz stich, welcher den Umformschritt S4 darstellt, die endgültige Prägestruktur 12 aus zahlreichen, in Längsrichtung des Bleches 8 verlaufenden Prägelinien 14, welche zu sammen als Wellenstruktur 9, das heißt Querwellen, aufzufassen sind, geprägt.

In der in Figur 2 im Detail erkennbaren Ausgestaltung handelt es sich zumindest bei einigen seitlichen, außerhalb des dargestellten Ausschnitts liegenden Prägeelementen um umgeformte Elemente des Bleches 8, welche in einem weiteren Umformschritt ein Nachfließen von Material ermöglichen, wie bereits anhand der schematischen Figur 3 erläutert wurde, und außerhalb einer allgemein mit 21 bezeichneten Nutzkontur lie gen. Durch die gesamte Nutzkontur 21 oder Teilbereiche der Nutzkontur 21 sind in ei ner fertiggestellten elektrochemischen Anlage, hier einer Elektrolyseanlage zur Her stellung von Wasserstoff, welche eine Vielzahl an geprägten Blechen 8 umfasst, Flu idkanäle begrenzt.

Die Figuren 4 und 5 zeigen ein weiteres Beispiel eines mit der Fertigungsanlage 1 herstellbaren profilierten Bleches 8. In diesem Fall sind mehrarmige, hahnenfußartige Erhebungen 17 ebenso vorhanden wie mehrarmige Vertiefungen 18, deren Form der Form der Erhebungen 17 entspricht. Die Erhebungen 17 und Vertiefungen 18 stellen gleichartige Ausbeulungen zu entgegengesetzten Seiten des Bleches 8 dar. Jede Erhebung 17 sowie Vertiefung 18 weist zwei gebogene Arme 19 und einen ge raden Arm 20 auf, wobei die beiden gebogenen Arme 19 ineinander übergehen und insgesamt eine Kreisbogenform bilden, sodass die Erhebung 17 beziehungsweise Vertiefung 18 als Ganzes eine Y-Form beschreibt. Radien an Übergängen zwischen den Erhebungen 17 beziehungsweise Vertiefungen 18 und dem ebenen, nicht gepräg- ten Bereich des Bleches 8 sind mit Ri, R2 bezeichnet. Die Radien Ri, R2 sind ausrei chend groß, um eine umformtechnische Herstellung des profilierten Bleches 8 zu er möglichen und nennenswerte Materialschwächungen zu vermeiden. Die maximale Höhe beziehungsweise Tiefe der Erhebungen 17 und Vertiefungen 18 ist mit hmax, tmax bezeichnet und beträgt mehr als das Dreifache der Basisdicke d des Bleches 8. In nicht dargestellter Weise kann das Blech 8 mit einer Beschichtung versehen sein. Ebenso können sich im Blech 8, das heißt Dünnblech, nicht dargestellte Öffnungen befinden, welche die Durchleitung von Medien oder das Durchstecken von Verbin dungselementen wie Zugankern ermöglichen. Ferner können sich insbesondere im Randbereich der Nutzkontur 21 rillenförmige Vertiefungen befinden, welche zum Ein- legen von Dichtungen oder Auffüllen mit flüssigem Dichtmaterial vorgesehen sind.

Bezuqszeichenliste

1 Fertigungsanlage

2 Umformanlage für kontinuierliche Umformung

3 Umformanlage für diskontinuierliche Umformung, Presse

4 Maschinengestell

5 Walze

6 Walze

7 Oberflächenstruktur, Gravur

8 Blech, Dünnblech

9 Wellenstruktur

10 Querwelle

11

12 Prägestruktur

13

14 Prägelinie

15 erstes Prägemuster

16 zweites Prägemuster

17 mehrarmige Erhebung

18 mehrarmige Vertiefung

19 Arm, gebogen

20 Arm, gerade

21 Nutzkontur

22 Komponente der Presse

23 Komponente der Presse d Basisdicke des Bleches

FR Förderrichtung, Durchlaufrichtung hmax maximale Flöhe

LR Längsrichtung

QR Querrichtung

Ri, R2 Radien

S1 ... S4 Umformschritte tmax maximale Tiefe