[发明专利]用于生产金属双极板的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产由金属带薄板/金属带箔制成的双极板的方法，该双极板具有用于流动区、内部形状/内轮廓如孔和板里面的缝隙的表面结构以及在其外部形状/外轮廓上具有至少一基准几何结构，在该方法中，将金属带输送到在压机顶杆的下死点中打开并且在压机顶杆的上死点中闭合的模具里面，在闭合时将金属带夹紧在由至少一变形/成形凸模、切割凸模和冲孔凸模和一导向结构组成的、固定在压机台上的模具上部分与一包含至少一切割底模的、执行上死点与下死点之间的行程的模具下部分之间，并接着使金属带经受切割和变形操作。

本发明还涉及一种用于生产由金属带薄板制成的双极板的装置，该双极板具有用于流动区、内部形状如孔和板里面的缝隙的表面结构以及在其外部形状上的基准几何结构，该装置具有通过压机顶杆驱动的顺序复合模具，该顺序复合模具的固定在压机台上的模具上部分包含至少一冲孔凸模和切割凸模以及一导向座，而该顺序复合模具的执行在顶杆的上、下死点之间的行程的模具下部分包含至少一切割底模。

背景技术

已知用于燃料电池的双极板包括阳极侧和阴极侧，它们可选地通过中间壁（连接板）相互分开。阳极侧和阴极侧设计成具有某种结构（一般为波形结构）的平的板，其在燃料电池中的功能是，保证燃料电池的电连接并且保证对燃料电池的氢气和作为氧化剂的空气/氧气的供给。

为了在燃料电池的横截面上均匀地实现对燃料电池的供给，双极板具有流动区，该流动区由多个并排的通道或沟槽形成，通过这些通道或沟槽使工艺气体沿着沟槽流动到反应区并且排出所产生的产物水。同时双极板具有相互分开的小孔，通过这些小孔将作为燃烧气体的氢气、作为氧化剂的空气/氧气和作为冷却剂的水输送到相应的流动通道。

对双极板提出了复杂的技术要求，它们是，能以微小的电阻传导气体和电流，具有高的抵制化学侵蚀的抵抗力，能排出所产生的反应热，对于燃烧气体、氧气和水的耐腐蚀性，能使气体相互分开，具有耐高温性和高的机械强度、轻重量下的形状稳定性以及具有小的体积。

已知对于这种双极板使用薄的金属薄板/金属箔，通过冲压、深拉、冲切或基于有效介质的变形工艺、例如液压成型使所述金属薄板成为所期望的形状（DE102005021487A1，DE102009059769，DE102004016318A1，DE102009036039A1）。

所有这些已知的解决方案都具有以下缺陷，即不能保证所要求的形状精度。这导致，在双极板的小孔和通道几何形状方面存在错位，它们可能导致燃料电池的与安全性有关的功能故障。

热工艺（见DE100210022094A1）由于所产生的毛刺通常需要成本昂贵的后处理。

由DE102010020178A1还已知一种用于生产燃料电池组的金属双极板的方法，该双极板分别在其两个侧上具有气体分布结构。气体分布结构在两侧同时通过局部剪切产生。

这种已知方法的厚度范围限制在0.5mm至5mm上，因此双极板达到相当大的重量和非常大的尺寸。

发明内容

相对于现有技术，本发明的目的在于，在取消对轮廓的再加工并保持经济上的优点的条件下通过在精密冲裁压力机上的变形明显提高双极板的形状精度和尺寸保持性/尺寸稳定性。

这个目的通过一种具有权利要求1特征的开头所述类型的方法和一种具有权利要求10特征的装置实现。

在从属权利要求中给出本方法和装置的有利扩展方案。

按照本发明的解决方案的重点在于，以尽可能大的变形力在精密冲裁压力机的中心利用一至少是三级的顺序复合模具执行在金属薄板上的变形操作，在该顺序复合模具的第一级中在金属带中局部地自由切割坯料，接着在第二级中以至少2500kN至3500kN的变形力通过压力变形/压力成形在坯料中加工出表面结构，通过切割在坯料中或坯料上加工出内部形状、缝隙和基准几何结构，然后在第三级中顺序地以行程的节拍执行对外轮廓的切割和对完成的双极板坯料的输出。

有利的是，使表面结构通过模具下部分中的阴模（Gesenkform）和模具上部分中的适合的压模以及使双极板中的内部形状（孔）和缝隙通过模具上部分中的切割凸模和冲孔凸模和设置在模具下部分的底模板中的底模开口顺序地、但是在同一个操作内产生。

这保证，所有重要的局部几何结构实现相互间尽可能最好的尺寸保持性并且不再需要探针以保证被变形的要切割的轮廓的尺寸保持性。