用于制造双极板的装置及方法

本申请是申请日为2017年12月19日、名称为“用于制造双极板的装置及方法”的专利申请No.201780086970.X(国际申请号为PCT/EP2017/083587)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于制造双极板的装置及方法，所述装置包括输送装置、成型装置和接合装置，其中，所述输送装置自动驱动地将基质板在输送方向上首先输送给所述成型装置并且随后输送给所述接合装置，所述成型装置借助于至少一个冲压模具或至少一个成型模具将结构压入到所述基质板中，由此使基质板成型为阳极板或阴极板，所述接合装置将阳极板和阴极板接合成双极板。

背景技术

在燃料电池中使用双极板。作为提供电流的单元，燃料电池具有电化学单元，该电化学单元由阳极、膜和阴极构成。在阳极上，氢在给出电子的情况下反应。产生的质子从阳极移动到阴极。在阴极上，质子与氧在接受电子的情况下反应。作为反应产物产生水。为了提高燃料电池的电压，多个电化学单元前后相继连接。这意味着，这些单元相互电串联。此时，在各个单元之间布置双极板。双极板在一侧上具有阳极并且在另一侧上具有阴极。双极板将各个单元分离并且将产生的电流向外引导。在双极板中冲压出通道，通过该通道输送反应介质。氢或含氢的载体介质被输送给阳极。氧或含氧的载体介质被输送给阴极。产生的反应水同样通过在双极板中存在的通道排出。

从专利文献DE 10 2009 059 765 A1中已知用于制造双极板的相应的装置。作为初始材料，使用平的带状板，通过成型将结构、也就是说通道引入该板中。在成型之后，将各个板与带分离并且进行清洁步骤。在清洁之后，随后将各个板上下层叠并且以激光焊接工艺相互连接成双极板。紧接着，重新清洁接合的板并且将其引导到涂覆设备处。在涂覆设备中，通过PVD方法在真空中使催化剂蒸发。覆层形成反应层，该反应层一方面形成用于板的保护并且另一方面改善了在表面上的反应能力。在涂覆之后，重新进行板的清洁过程。紧接着，将多个双极板连接成燃料电池堆或燃料电池组件。在该已知的方法中不利的是，由于多个加工步骤，需要多个机器以及相应地大的面积来用于制造双极板。在加工机器之间，需要板的相应处理。此外，由于交替的化学和机械加工步骤，制造复杂且需要多次手动干预。

从专利文献DE 10 2004 050 921 A1中已知另一用于制造双极板的方法。在此，设置多个分离的工作站。在第一工作站中，通过冲裁过程将板带分割成单个的板。通过使各个板具有与板带的边缘区域相连接的小的桥接部，板还是保持与板带连接。从加工站1将板带电动地输送到第二工作站，在第二工作站中，进行冲压过程，以通过造型将流动通道或连接通道压入板中。紧接着，将连接的板件引导到第三站中，在第三站中将其与板带分离。在第三站之后，将板输送给涂覆设备。在涂覆设备中，通过喷溅方法给各个板设置覆层。该方法也需要多个先后布置的化学的和机械的加工步骤，这些步骤必须在多个单独的工作站中进行。在工作站之间对各个板的处理以及所需的清洁使得制造过程相对复杂并且需要大的占地面积。

专利文献DE 10 2014 101 899 A1示出了另一用于在加工流水线中制造双极板的方法。在该概要描述的加工流水线中，在多个层中并行地加工多个基质带。在最后的工作步骤中，将通过并行地加工获得的工件接合成双极板。在加工时，先后进行冲裁、成型、涂覆、接合和分离这些加工步骤。在该文献中虽然没有描述例如在成型和涂覆步骤之间的为了给基质带除去不期望的残留物的必要的清洁步骤，但是也必须进行清洁步骤以获得功能正常的双极板。因而，所描述的方法也相对复杂。

发明内容

本发明的目的是，实现一种用于制造双极板的装置及方法，其实现了成本适宜的制造并且具有尽可能少的空间需求。尤其是，应尽可能自动化地进行该方法。尤其是，应减少必要的手动工作步骤。

根据本发明，该目的通过具有下述特征的用于制造用于燃料电池的双极板的装置、用于制造用于燃料电池的双极板组件的装置以及用于制造用于燃料电池的双极板或双极板组件的方法实现。尤其是可在使用根据本发明的装置的情况下进行根据本发明的方法。

根据本发明，用于制造双极板的装置包括输送装置以用于自动驱动地在输送方向上输送各个板，其中，输送装置具有输送梁，输送梁具有至少一个用于夹紧基质板和/或阳极板和/或阴极板的工件夹紧器，其中，输送梁从成型装置延伸到接合装置，并且输送驱动装置与输送梁相连接，以用于自动驱动地使工件夹紧器和/或输送梁在输送方向上或与输送方向相反地运动，以及用于自动驱动地使工件夹紧器和/或输送梁在升降方向上和/或卡紧方向上运动。输送装置实现了不仅基质板而且阳极板和阴极板在多个工作站间的自动输送。通过在至少两个、优选三个方向上自动驱动输送梁，实现了基质板的自动处理，而不需要手动干预。由此实现，直接地先后进行多个工作步骤，而在其之间不需要进行手动干预。由此实现，一方面紧凑地构造具有小的空间需求的制造装置，并且完全自动化地、并且尤其是以高速制造双极板。

在一种设计方案中设置成，用于制造用于燃料电池的双极板的装置包括输送装置、成型装置和接合装置，其中，输送装置自动驱动地将基质材料、优选地带形的基质材料，或各个基质板或多个相互连接的基质板、优选地连接成带的基质板，在输送方向上首先输送给成型装置并且随后输送给接合装置，其中，成型装置借助于至少一个冲压模具或至少一个成型模具将结构压入到基质板中，由此使基质板成型为阳极板或阴极板。优选地，与板的成型一起也进行基质板的分离或者基质板的部分分离。紧接着，接合装置将阳极板和阴极板接合成双极板。有利的是，可从单个基质材料制造具有阳极板和阴极板的双极板。因此，该装置优选地包括基质仓，基质仓容纳单个具有基质材料的卷筒或卷盘并且向装置进行供给。

优选地，输送装置具有一个或多个受控的电动机，电动机与控制装置相连接，以实现各个基质板的精确的和自动的输送。

作为基质板或基质材料，可使用扁平的、平整的基质，其例如作为在卷盘上的卷材或作为带材提供。尤其是，基质材料表示已涂覆的载体材料。基质材料可作为带缠绕在卷筒或卷盘上。各个基质板可与例如为卷材或带材的基质材料分离。例如可使用平的带状金属板、优选地不锈钢板。或导电的、尤其是碳化的塑料，作为卷材或带材。优选地，在用作基质的卷材或带材上施加覆层。有利的是，使用已经设有反应覆层和/或催化剂覆层的板作为基质板。在根据本发明的方法中，可省去在基质成型之后通常所需的涂覆加工步骤。同样可省去在涂覆之前所需的对基质板的清洁。也可省去在涂覆之后通常所需的基质板的干燥。

为了分离基质板，可在基质带和输送装置之间的过渡区域中设置分离装置，该分离装置将各个基质板与基质带分离。例如，剪切机或激光切割装置或水射流切割装置或冲裁装置可用作分离装置。

在一个设计方案中，通过分离装置使基质板完全与基质带分离，并且单独地继续输送。在另一设计方案中，通过分离装置如此使基质板分离，使得基质板借助于剩余桥接部仍与基质带相连接，并且作为连续的带继续输送。优选地，分离装置可独立地构造，或者可构造成集成在成型模具、例如阳极模具或阴极模具中。尤其是，基质板成型为阳极板或阴极板可在一个工作步骤中与板和基质材料的完全或部分分离同时进行。

为了输送基质材料，例如卷材或带材，输送装置可具有辊子输送装置或涡电流输送装置。此外，为了输送基质板和/或阳极板和/或阴极板，输送装置可具有辊子输送装置或涡电流输送装置。

辊子输送装置具有被驱动的辊子，辊子与待输送的带材或待输送的板(基质板和/或阳极板和/或阴极板)共同作用以对其进行输送。也可设置两个辊子，待输送的基质材料或待输送的板在其之间被引导。

涡电流输送装置尤其是用在相对薄的带材或薄板中。通过在基质材料或板(基质板和/或阳极板和/或阴极板)中感应的涡电流和磁场的相互作用，进行基质材料或板的输送。

借助于成型装置压入到基质板中的结构在双极板中形成通道和/或缺口，反应介质、也就是说含氢的介质或含氧的介质可通过该通道和/或缺口引导。此外，结构可形成通道，实现从双极板中导出产生的反应物、尤其是水。此外，结构可包括通道，以引导冷却介质或加热介质通过双极板。由此实现，将完成的燃料电池保持在特定的工作温度。例如，可在压机装置或轧制装置中进行基质板的成型和/或冲压。

在一种优选的设计方案中，输送装置的输送梁可由型材材料、例如可切断的金属型材构成。输送梁也可用作输送轨道。输送梁具有承载的功能并且输送由工件夹紧器保持的各个板，即基质板和/或阳极板和/或阴极板。工件夹紧器构造成用于各个板的可控制的夹紧器。也就是说，工件夹紧器构造成，夹紧基质板以及阳极板和阴极板。例如，工件夹紧器可机械地、优选地通过受控的爪接纳各个板。备选地也可行的是，工件夹紧器借助于负压接纳、即保持各个板。也可设想的是，工件夹紧器磁性地、尤其是通过受控的电磁体接纳或保持各个板。

在一种根据本发明的设计方案中设置成，成型装置具有一个或多个冲压模具。作为第一冲压模具或成型模具，成型装置可具有一个阳极模具或多个阳极模具以用于为阳极板造型。在输送方向上与其间隔开地，作为另一冲压模具或成型模具，成型装置可具有一个阴极模具或多个阴极模具以用于为阴极板造型。在此尤其是设置成，多个阳极模具直接先后布置。相应地，多个阴极模具优选地也直接先后布置。在多级的成型过程中，这种布置方案实现了板在各个成型站之间短的路径以及由此短的输送时间，因为在直接先后布置的模具中加工阳极板并且也在直接先后布置的模具中加工阴极板。接合装置布置在阳极模具和阴极模具之间，即，可以说居中地布置在其之间。

在输送方向上观察，输送装置将阳极板和阴极板沿彼此相反的方向输送，并且将阳极板和阴极板分别朝接合装置输送。通过接合装置布置在阳极模具和阴极模具之间得到，有利地减小所需的安装空间，因为可以说生产线可从两个端部装载原材料、即基质板。

例如，在具有两侧的基质输送的设计方案中，装置尤其在每个端部上包括基质仓，基质仓分别容纳具有基质材料的唯一的卷筒或唯一的卷盘并且向装置进行供给。也就是说，基质材料从两侧开始提供给装置并且沿相反方向输送。

有利的是，可单层地输送基质材料。与从一侧还是从两侧输送基质材料无关地，在仅仅一个层中输送基质材料。这简化了对基质材料的处理，并且相对于其中多层地输送基质的装置相比，根据本发明的装置减少了空间需求。

本发明的有利的基本想法是，在制造用于燃料电池的双极板时，通过将阳极板与阴极板接合而构成双极板，并且在接合之前，通过成型或压入结构而从基质板构成阳极板和阴极板。根据本发明设置成，使用已经设有了反应覆层和/或催化剂覆层的板作为基质板。由此实现，在不必交替地进行机械加工步骤和化学加工步骤的情况下制造双极板。显著减少了所需的加工步骤的数量，并且可省去在各个工作步骤之间复杂的清洁过程。

优选地设置成，在压机装置或轧制装置中进行基质板的成型和/或冲压。压机装置可构造成竖直压机或水平压机。尤其是，成型装置可构造成压机装置的一部分。

在一种示例的设计方案中，压机装置可具有竖直的压机立柱和压机工作台，并且输送梁平行于压机工作台的纵长侧伸延。例如，在此可设置成，成型装置构造成压机装置的一部分，其中，压机装置具有竖直的压机立柱和布置在压机立柱之间的压机工作台，并且输送梁平行于压机工作台的纵长侧伸延。为了实现紧凑的结构形式，压机立柱例如可通过压机横梁相互连接。在压机横梁上例如布置压机压头以及用于压机压头的驱动部。

在一种设计方案中可设置成，压机装置具有与阳极模具共同作用的第一压机压头和与阴极模具共同作用的第二压机压头。例如，阳极模具可构造成两件式的，其中，阳极模具的第一部件布置在压机工作台上，阳极模具的第二部件与压机压头相连接。基质板通过输送装置布置在两个模具部件之间并且通过压机压头压紧两个模具部件并且由此使基质板成型。阴极模具相似地构造。阳极模具可构造成与阴极模具分离。也就是说，压机具有两个不同的压机压头，其中，一个压机压头与阳极模具相连接，另一压机压头与阴极模具相连接。

在一种备选的设计方案中，一个压机压头不仅可与阳极模具而且可与阴极模具相连接，从而通过唯一的成型步骤加工两个基质板并且由此使阳极板和阴极板同时成型。

尤其是设置成，在成型或冲压之后，阳极板和阴极板自动驱动地被输送给接合装置并且在此处接合成双极板。在此可设置成，为了接合双极板，通过以下方式借助于输送装置在接合装置的区域中将阴极板放到阳极板上或者将阳极板放到阴极板上，即，由输送装置首先将阴极板或阳极板放入接合装置的支架中，并且紧接着输送装置使阳极板或阴极板移动以至少部分地与已放入的阴极板或阳极板重叠，并且紧接着放置到已放入的阴极板或阳极板上。

在此有利的是，尤其是在成型或冲压的工作步骤之后，不需要给阳极板和/或阴极板涂覆反应覆层或催化剂覆层。优选地，在使阳极板与阴极板接合成双极板的接合步骤之后，也不需要给双极板涂覆反应覆层或催化剂覆层。这通过以下方式实现，即，使用已经涂覆的基质材料。合适的覆层具有高的耐腐蚀性和/或高的导电性。覆层例如可包含以下材料中的一个或多个：金、铂金、银、碳化钛或氮化钛，Ti

备选地，也可使用不需要覆层的基质材料。

在一种设计方案中尤其是可设置成，输送装置具有至少两个在输送方向上彼此平行地伸延的输送梁，其中，每个输送梁具有至少一个用于夹紧基质板和/或阳极板和/或阴极板的工件夹紧器。如果输送装置具有唯一的在输送方向上伸延的输送梁或输送轨道，通过其可输送一行基质板和/或阳极板和/或阴极板。如果板具有较大的尺寸，有利的是，输送装置具有两个彼此平行地伸延的输送梁或输送轨道。于是，通过这两个输送梁的工件夹紧器可从两侧夹紧该板，以防止其在输送期间变形。备选地也可设置成，输送梁或输送轨道中的每一个夹紧单独的板，以构成具有唯一的输送装置的两条平行的加工流水线。

在一种设计方案中可设置成，输送梁支承在封闭罩处或上，其中，封闭罩具有用于在升降方向上驱动输送梁的升降驱动部和/或具有用于在卡紧方向上驱动输送梁的卡紧驱动部和/或具有用于在输送方向上驱动输送梁的纵向驱动部。封闭罩例如可具有承载框架，升降驱动部和/或卡紧驱动部被保持在该承载框架上。升降驱动部和/或卡紧驱动部可包括一个用于驱动输送梁的伺服电机和/或步进电机，或者包括多个伺服电机和/或多个步进电机。就此而言，升降方向意味着，在竖直方向上、也就是说向上和/或向下驱动输送梁。输送方向意味着，在输送方向上或者与输送方向相反地驱动输送梁运动。输送方向基本上在水平方向上伸延。就此而言，卡紧方向意味着，在横向于输送方向的水平方向上驱动输送梁。在此，卡紧方向包括两个方向。在两个平行的输送梁的情况中，在卡紧方向上的输送意味着，使两个输送梁向彼此运动。与卡紧方向相反的意味着，使两个输送梁远离彼此。

在一种备选的设计方案中可设置成，用于在升降和/或卡紧方向上驱动输送梁的输送装置构造成，输送梁在其端部的区域中通过可由升降驱动部驱动以在竖直方向上移动的升降滑块支承在竖直的压机立柱上，并且升降滑块可枢轴支承于摇臂的一个端部，摇臂的另一端部与承载梁相连接。在此设置成，通过由升降驱动部使升降滑块在压机支柱中在竖直方向上移动，进行输送梁的升降运动。通过升降滑块借助于旋转驱动部操控摇臂并且同时操控升降驱动部和旋转驱动部以使得输送梁通过旋转驱动部在水平方向上运动并且同时通过升降驱动部补偿通过旋转运动引起的输送梁的竖直运动，进行输送梁的卡紧运动。由此实现，可在此时不使输送梁竖直运动的情况下进行卡紧运动。

为了柔性的结构和/或简单的维护，可设置成，工件夹紧器可拆卸地支撑在输送梁上或输送梁的滑块上。

为了实现柔性的控制，在一种设计方案中可设置成，在输送梁上支承至少两个可移动的输送滑块，其中，这两个输送滑块中的每一个支撑工件夹紧器并且具有自己的驱动装置，以使该输送滑块与另一输送滑块无关地沿着输送梁移动。通过独立驱动的输送滑块，在输送梁上不仅可在输送方向上而且可与输送方向相反地输送板。这意味着，与输送梁的纵向驱动部无关地在输送方向上或与输送方向相反地输送板。这实现了，在一个设计方案中，可省去在输送方向上驱动输送梁，以更加成本适宜地设计装置。在一种备选的实施方案中，不仅输送梁而且可移动地支承在输送梁上的输送滑块可在输送方向上被驱动。这实现了在输送各个板时显著更高的速度以及在其控制时更高的灵活性。

通过独立地操控各个输送滑块，可与输送装置同时地使各个板分别以自己的运动特性(Bewegungprofil)输送。运动特性可包括不同参数，例如速度和/或加速度和/或与时间相关的速度变化和/或时间、确切的说输送时间和/或停留时间和/或行程长度和/或输送距离。由此实现，通过一个相同的输送装置在一个相同的输送梁上同时输送基质板和阳极板和阴极板通过各种工作站。通过独立的控制实现，通过一个相同的输送梁实现各个工作站对加工步骤的单独的需求。因此，不仅可独立地控制在成型装置中的停留时间，而且可独立控制在接合装置中的停留时间。这实现，例如阳极板停止在阳极模具中，而已经向阳极模具的方向输送基质板。此外实现，独立地操控各个输送滑块，例如使阳极板和阴极板在彼此相反的方向上向着彼此输送。

在一种设计方案中可设置成，通过使输送滑块具有用于抬起和/或降下工件夹紧器的竖直驱动部，工件夹紧器以可驱动成在升降方向上移动的方式支承在输送滑块上。输送滑块具有竖直驱动部，其可包括伺服电机和/或步进电机和/或线性驱动部，以抬起或降下工件夹紧器。作为输送滑块的升降驱动部的补充，可驱动工件夹紧器。这提供的优点是，可在一个相同的输送梁上以不同的竖直高度、也就是在多个彼此间隔开的水平面中输送多个板。因此，例如实现，在接合装置中可将阳极板和阴极板上下层叠。

例如，在一种设计方案中可设置成，输送控制装置以如下运动特性操控输送装置，使得输送装置通过以下方式在接合装置的区域中将阴极板放到阳极板上或者将阳极板放到阴极板上，即，输送装置操控输送梁和/或工件夹紧器使得首先将阴极板或阳极板放入接合装置的支架中并且紧接着通过该输送梁和/或另一工件夹紧器将阳极板或阴极板在升降方向上抬起、移动成至少部分地与已放入的阴极板或阳极板重叠、并且通过降下该输送梁和/或另一工件夹紧器而定位在已放入的阴极板或阳极板上。

为了提供输送装置的柔性的控制，输送装置可具有输送控制装置或与输送控制装置相连接，其中，输送控制装置控制输送梁和/或工件夹紧器，尤其是输送控制装置可确定输送梁和/或工件夹紧器的运动特性。输送控制装置例如可被集成到压机控制部中，或者构造成独立的输送控制装置。尤其是，通过在输送控制装置和输送装置之间设置数字总线系统、尤其是CAN总线或场总线，输送控制装置可从中央机器位置控制输送装置。

此外可设置成，输送滑块的驱动装置与滑块控制装置相连接，并且滑块控制装置构造成用于操控各个输送滑块和/或各个工件夹紧器，优选地滑块控制装置与输送控制装置相连接或者集成到输送控制装置中。

在一个设计方案中，为了实现沿相反的方向输送板，可设置成，输送装置具有两个输送带，输送带分别在两个转向辊上被引导并且被沿相反方向驱动，其中，输送带中的一个输送阳极板并且输送带中的另一个输送阴极板。

在一种备选的设计方案中可设置成，通过以下方式实现彼此相反地输送板，即，输送装置具有输送梁，输送梁具有至少一个用于夹紧基质板和/或阳极板和/或阴极板的工件夹紧器，其中，输送梁从阳极模具延伸到阴极模具并且具有输送驱动部，以用于自动驱动地在输送方向上或者与输送方向相反地使输送梁和/或工件夹紧器运动，以及自动驱动地在升降方向上和/或在卡紧方向上使工件夹紧器和/或输送梁运动。通过首先在输送方向上输送一个板并且随后与输送方向相反地输送第二板，可通过仅仅一个被驱动的工件夹紧器或仅仅一个被驱动的输送梁实现沿相反方向的输送。

可通过以下方式实现阳极板与阴极板的接合，即，接合装置是焊接装置、尤其是激光焊接装置或电极焊接装置或等离子焊接装置。也可设置机械接合，例如通过咬合。

阳极板和阴极板的接合可作为完全接合来实施。也就是说，接合装置产生阳极板和阴极板之间所有必要的连接。备选地，接合装置可产生阳极板和阴极板之间必要连接的仅仅一部分，即，部分地接合板。那么，可在稍后的工作步骤中，例如与双极板的层叠共同地实施剩余的连接。

为了由制造的各个双极板形成双极堆或双极层叠件或燃料电池组件，可设置成，接合装置将双极板传送给另一输送装置，该另一输送装置横向于输送方向输送双极板并且将其输送给层叠装置。为层叠装置输送底板件以及盖部件以及膜和双极板。层叠装置首先使燃料电池组件设有底板件并且交替地在底板件上层叠双极板和膜。为了封闭，层叠装置使燃料电池组件设有覆盖件并且将覆盖件与底板拧在一起。紧接着，可从层叠装置中取出完成的双极板组件或燃料电池组件。优选地，膜理解成由用作电解质膜的材料制成的膜。

尤其有利的是，在根据本发明的制造方法中或在根据本发明的装置中，在基质材料的输送和完成的双极板组件或燃料电池组件的取出之间不必进行手动的操作步骤，而是从基质材料直至双极板组件完全自动地处理双极板。

在一种设计方案中可设置成，通过以下方式将双极板继续输送给接合装置，即设置成，另一输送装置具有通过两个转向辊环绕地被引导的横向输送带。此外备选地也可设置成，另一输送装置具有被驱动的输送臂，该输送臂具有工件夹紧器。例如，输送臂可构造成具有多个被驱动的枢轴的机器人臂。

为了提高加工产能，在一种设计方案中可设置成，层叠装置交替地将双极板和膜层叠到燃料电池组件上，并且通过以下方式同时形成两个燃料电池组件，即，层叠装置具有转接器以用于将双极板输送给第一燃料电池组件或者输送给第二燃料电池组件。此时，通过首先给第一组件填充双极板，随后在紧接着给第二组件填充双极板，层叠装置可先后形成燃料电池组件。这实现，可在构造另一组件期间，取出完成的组件并且通过放入底板而准备新的组件。备选地，层叠装置可同步地给两个组件填充通过双极板。

已表明，通过将转接器在接合装置的高度上侧向地布置在输送装置旁边，可减小必要的空间需求。

转接器例如可包括输送带，其输送方向是可控的。例如，为了将双极板输送给第一双极板组件，可接入输送带的第一输送方向。为了将双极板输送给第二双极板组件，可接入输送带的相反的第二输送方向。

在一种备选的设计方案中，转接器也可具有线性滑块。线性滑块通过相应的夹紧器夹紧双极板，将其抬起并且在第一方向上输送，以将其输送给第一双极板组件并且放置在此。为了将双极板输送给第二双极板组件，线性滑块在相反的第二方向上输送双极板并且将该双极板放置在第二组件上。

通过以下方式得到进一步改善的安装空间利用，即，在一种设计方案中设置成，第一双极板组件或燃料电池组件在阳极模具的高度上侧向地布置在输送装置旁边，并且第二双极板组件或燃料电池组件在阴极模具的高度上侧向地布置在输送装置旁边。

通过以下方式可进一步提高生产率，即，在一种设计方案中设置成，在输送方向上在输送装置之前和之后布置两个具有基质卷的卷仓，其中，第一卷仓在输送方向上朝输送装置提供基质带，并且第二卷仓与输送方向相反地朝输送装置提供基质带。优选地设置成，基质带构造成具有反应覆层和/或催化剂覆层的金属带。

根据本发明的装置尤其应用在制造用于汽车工业的燃料电池中。有利地，根据本发明的方法也可应用在制造用于小区热电站(例如其在给各个建筑物供电时需要)的燃料电池中。尤其是设置成，在使用根据本发明的装置的情况下进行根据本发明的方法。

附图说明

在附图以及以下附图描述中描述本发明的实施例。其中：

图1示出了具有两侧的基质输送部的本发明的第一实施例；

图2示出了具有单侧的基质输送部的本发明的第二实施例；

图3示出了具有两侧的基质输送部的本发明的另一实施例；

图4示出了用于制造双极板的成型装置的示例；

图5示出了在压机立柱的区域中的图4的细节放大图；

图6示出了基质仓的实施例；

图7示出了具有两侧的基质输送部的本发明的另一实施例。

附图标记列表：

1 用于制造双极板的装置

2 输送装置

21 第一输送梁

22 第二输送梁

23 工件夹紧器

24 输送滑块

25 摇臂

26a 第一输送带

26b 第二输送带

27 升降滑块

28 旋转驱动部

3 成型装置

31 冲压模具

31a 阳极模具

31b 阴极模具

4 接合装置

41 分离装置

5 压机装置

51 压机工作台

52a 竖直的压机立柱

52b 竖直的压机立柱

52c 竖直的压机立柱

52d 竖直的压机立柱

53 封闭罩

6 层叠装置

61 转接器

62 横向传送带

91 阳极板

92 阴极板

93 双极板

94 膜

95 层叠体/双极板组件

95d 盖板

95b 底板

96 基质仓

961 卷筒/卷盘

962 矫正装置

963 带缓冲器

97 基质带

98 基质板

具体实施方式

图1至7示出了根据本发明的用于制造用于燃料电池的双极板的装置的不同实施方案。各个实施例的实施方案是基本对应的。在结合附图的描述中特别地指出了在各个实施例之间的区别。相同的部件分别设有相同的附图标记。

在图1中，示出了根据本发明的用于制造双极板的装置1的第一实施例。装置1具有输送装置2、成型装置3以及接合装置4。输送装置2以自动驱动的方式在通过箭头示出的输送方向上或者与该输送方向相反地输送基质板98。基质板98借助于分离装置41与基质带97分离。基质带97以卷仓或卷盘96的形式提供，并且从两侧输送给装置1以用于制造双极板。

压机装置5是用于制造用于燃料电池的双极板的装置1的居中布置的元件。在压机装置5上不仅支撑有接合装置4而且支撑有输送装置2和成型装置3。可选地，用于将各个基质板98与基质带97分离的分离装置41也可布置在压机装置5上。压机装置5具有压机工作台51，压机工作台在侧面被四个竖直地布置的压机立柱52a、52b、52c、52d限制。竖直的压机立柱52a-d在底部侧位于压机基座上并且在其上部区域上通过压机横梁相互连接。压机横梁承载着压机装置5的压机压头。

成型装置3具有冲压模具31，尤其是阳极模具31a和阴极模具31b。阳极模具31a和阴极模具31b分别与压机压头相连接。模具是两件式的，其第一部件分别与压机压头相连接，冲压模具的第二部件布置在压机工作台上。为了使基质板成型为阳极板，由输送装置2将基质板输送给阳极模具。紧接着，借助于压机装置5或阳极模具31a进行成型过程，以用于使基质板98成型为阳极板91。在该成型过程中，将以下结构压入到板中，即，该结构一方面用作用于输送和导出反应介质的通道，而且提高阳极板的机械强度。阳极模具31a布置在图1中的压机装置的上侧。阴极模具31b在图1中示出的压机设备的区域中布置在下侧。相应地，通过阴极模具31b使基质板98成型为阴极板92。

如以上描述的那样，可在一个步骤中使基质板98成型为阳极板91或阴极板92。备选地，也可设置成，多级地进行成型过程，尤其是分三级进行。此时，输送装置2将板98从一个成型步骤输送到随后的成型步骤。在第一步骤中，可从基质带97上切下基质板98。与切下同时地，将开口或孔冲入基质板中。在第二步骤中，通过例如将第一结构或通道压入到基质板98中，使基质板预成型。在第三成型过程中，可矫正基质板98的表面，从而产生最终的阳极板91或阴极板92。在此设置成，相应的成型模具相应于步骤的数量构造成多件式。因此，阳极模具31a和/或阴极模具31b可相应于三个先后的成型步骤构造成三件式。

由输送装置2沿彼此相反的方向输送已成型的基质板，即阳极板91和阴极板92。在图1中借助于曲线示出了各个板的输送路径。

接合装置4布置在压机装置的大致中心区域中。从侧面供给的阳极板被输送装置2输送到接合装置4的区域中。同样，沿相反方向、即从压机装置的另一侧输送的阴极板92被输送装置输送到接合装置4的区域中，并且在此处与阳极板91重叠。接合装置4将阳极板91与阴极板92焊接成双极板93。

完成接合的双极板93侧向地从压机装置5中被取出(如图1中通过箭头示出的那样)并且输送给转接器61。转接器61构造成横向输送带62并且将双极板93输送给图1中在上方示出的层叠装置6或者下方的层叠装置6。层叠装置6分别包括用于盖板95d的输送装置以及用于底板95b的输送装置和用于膜94的输送装置。

在层叠装置6中，如下构造燃料电池组件95：首先，将底板95b用作燃料电池组件的基础。随后，交替地层叠双极板93和膜94。最终，层叠装置6将盖板95d层叠到层叠体上并且例如借助于螺栓使底板95b与盖板95d相连接。完成的燃料电池组件95沿箭头方向从层叠装置6中输出，并且在提取工位上作为完成的燃料电池组件95被取出。

层叠装置6在侧面布置成直接邻接压机装置5。这实现了用于制造用于燃料电池的双极板的装置1的空间上紧凑的结构。也有利的是，层叠装置6的输送装置沿着纵向先后布置，以用于如在图1中示出的那样，匹配压机装置5的纵向延伸。为了提高用于制造双极板的装置1的产能，设置成如图1中示出的那样，为一个压机装置5提供两个层叠装置。通过转接器61将完成的双极板93交替地输送给第一层叠装置和第二层叠装置6。

输送装置2包括第一输送梁21和第二输送梁22。所述输送梁沿着输送方向平行地且彼此间隔开地延伸。输送梁布置在压机装置5之内并且在纵向上基本上在压机装置5的整个纵向延伸上延伸。也就是说，不仅第一输送梁21而且第二输送梁22基本上从通过竖直的压机立柱52a和52b形成的压机装置5的入口延伸到通过竖直的压机立柱52c和52d形成的压机立柱5的出口。输送梁21和22在其两侧的端部的区域中分别支承在封闭罩53上。封闭罩53具有升降驱动部，以能够在竖直方向上抬起或降下输送梁21和22。此外，封闭罩53具有卡紧驱动部，以用于使输送梁21和22在卡紧方向上、也就是说在水平方向上朝向彼此运动或远离彼此运动。同样，封闭罩53具有纵向驱动部，以用于使一个输送梁21或两个输送梁21和22在输送方向上运动。在输送梁21和22中的每一个上布置多个工件夹紧器23。工件夹紧器23用于夹住并保持板，也就是说不仅基质板98而且阳极板91和阴极板92以及双极板93。工件夹紧器93可单独地操控，也就是说可通过控制装置控制：特定的工件夹紧器应夹紧还是放下板。工件夹紧器23通过输送滑块24(例如在图4中示出)可拆卸地支撑在输送梁21和22上。也就是说，例如在维护或改造用于制造双极板的装置1时，可更换工件夹紧器23。

通过控制装置，可单独地操控在其上固定有工件夹紧器23的每个输送滑块。也就是说，输送滑块24具有驱动部，以用于使输送滑块在输送方向上或者与输送方向相反地沿着输送梁21和22运动。通过单独地控制每个输送滑块实现，根据单独的运动特性输送位于压机装置5中的每个板。在此，该运动特性包括例如速度和/或加速度和/或停留时间和/或加工时间。

在图2中，示出了用于制造用于燃料电池的双极板的装置1的变型方案。与图1中示出的装置1不同，在图2中，仅仅从一侧为压机装置5装载基质带97。也就是说，压机装置5具有仅仅一个具有基质卷的卷仓96来提供基质板98。压机装置5具有在输送方向上先后布置的用于使各个基质板98与基质带97分离的分离装置41和冲压模具。作为冲压模具，阳极模具31a在分离装置41之后。在输送方向上，阴极模具31b在阳极模具之后。在压机装置5的端部区域中布置接合装置4，以用于将阳极板91与阴极板92焊接在一起。接合装置4可包括激光焊接装置和/或电阻焊接装置。已接合的双极板93在输送方向上从压机装置中被取出并且相似地，如图1中那样输送给层叠装置。

与图1中示出的装置不同，在输送方向上同时进行阳极板和阴极板的输送。在此，阳极板91和阴极板92交替地先后布置在一行中。为了使阳极板91与阴极板92接合，输送装置2交替地将阳极板91和阴极板92输送给接合装置4，例如可从图2中的输送线的图中看出。

在图3中，示出了用于制造双极板的装置1的另一实施例。与之前示出的实施方案不同，在该实施例中，输送装置2包括两个反向地被驱动的输送带96a和96b，其实现了板、也就是说基质板98和阳极板91以及阴极板92的输送。如在图1中示出的实施例中那样，在此也从两侧借助于两个卷仓96给压机设备5装载基质材料97。在图3中在上方区域中示出的输送带96a将基质板98或阳极板91在输送方向上输送给接合装置3。在图3中在下方区域中示出的输送带96b与输送方向相反地将基质板98和阴极板92输送给接合装置4。接合装置4再次将阳极板91与阴极板92连接成双极板93。双极板93侧向地，如在图3中通过箭头方向示出的那样被输送给转接器61，转接器操纵两个层叠装置6。层叠装置构造相同，并且布置成与图1中示出的实施例相同。

在图7中示出了用于制造双极板的装置1的另一实施例。在此，也从两侧、即从相反的侧输送基质材料97。阳极板91和阴极板92也沿相反方向输送。该设计方案很大程度上与以上描述的设计方案一致。与之前示出的实施方案不同，输送装置2具有辊子输送装置，以输送基质带97。基质带在输送装置2的两个辊子之间被引导并且通过辊子的旋转而被输送。成型模具，即阳极模具31a和阴极模具31b具有集成的分离装置41。也就是说，在一个工作步骤中，借助于阳极模具31a从被输送的基质带中使阳极板91成型且借助于阴极模具31b使阴极板92成型，并且同时从基质带97中切下，只剩下剩余桥接部。阳极板91和阴极板92还通过剩余桥接部与基质带97相连接。由此实现了，通过由输送装置2推进基质带97，共同地输送多个连接的阳极板91，或多个连接的阴极板92。在接合装置4中，切掉剩余桥接部，也就是说，使阳极板91或阴极板92与基质带97完全分离并且紧接着相互接合成双极板93。随后，从接合装置4中将双极板93输送出来并且以与在以上实施方案中描述的相同的方式借助于层叠装置6将双极板继续加工成双极板组件95。

在图6中示出了基质仓96的实施例，基质仓用于提供基质带97。基质仓包括用于支撑具有基质板的卷筒961的支架。基质板97从卷筒961中展开并且通过缓冲器963输送给矫正装置。矫正装置962包括用于输送基质带97的输送装置和剪切机。输送装置向输送装置2的方向输送输送带。在图6中的图示中，未示出输送装置2，输送装置在左侧上联接到基质仓96。剪切机用于去掉基质带97的毛边。作为卷盘或卷筒961提供的基质带97在边缘区域中常常具有输送损坏部。通过剪切机切下这些边缘或去掉毛边。

缓冲器963用作材料缓冲器，以平衡输送装置的不均匀的推进。连续地从卷筒961中展开基质带。然而，输送装置不是连续地而是相应于其节拍周期性地将基质带移送给输送装置2。尽管如此，为了实现连续的带展开，设置缓冲器963。在该区域中，基质带97或多或少地下垂并且形成基质带储备部，其平衡了基质带97的带应力。

在所示出的实施例中重要的是，作为基质材料97使用已经涂覆的基质带。也就是说，在所有示出的实施方案中，不需要事后涂覆未成型的基质板。这意味着，可省去如从现有技术中已知的且需要的复杂的涂覆方法。

为了能在各个加工站之间为板除去可能的污物，可设置成，压机装置5具有例如以压缩空气喷嘴或刷子的形式的清洁件，以清洁板、也就是说基质板98和/或阳极板91和/或阴极板92和/或双极板93。可通过吹出压缩空气或刷子刷进行清洁。在此可设置成，压缩空气喷嘴或刷子静态地支撑在压机装置5上，并且通过输送装置2输送板98、91、92、93经过压缩空气喷嘴或刷子，在借助于输送装置进行板的输送期间进行清洁。

图4示出了具有输送装置2的压机装置5的放大图。输送装置2具有两个输送梁21和22。每个输送梁21和22在其端部的区域中借助于摇臂28和升降滑块27支承在竖直的压机立柱52a、52b、52c、52d上。升降滑块27具有竖直驱动部，适用于使输送梁21和22在升降方向上移动。

在每个输送梁21和22上，布置多个输送滑块24。输送滑块24可相对于输送梁21和22移动。为此，输送滑块24分别具有驱动装置，驱动装置具有自己的驱动电机。驱动电机可构造成线性电动机并且借助于与输送梁21和22的定子的磁性相互作用使输送滑块运动。备选地，驱动电机也可构造成伺服电机，其借助于齿轮和齿杆啮合使输送滑块24运动。通过控制装置可独立地操控每个输送滑块。在每个输送滑块24上分别可拆卸地支撑模具夹紧器23。控制装置同样与每个模具夹紧器23相连接，以独立地操控模具夹紧器，其目的是，选择性地抓住或放下各个板98、91、92、93。

摇臂25可旋转地支承在每个升降滑块27上。摇臂在其与升降滑块27相连接的端部上具有旋转驱动部28，借助于旋转驱动部可使摇臂25旋转。在其另一端部上，摇臂25具有旋转轴承，旋转轴承例如具有平行四边形连杆或其它旋转驱动部，以用于在摇臂25旋转时使联接的输送梁21、22的竖直或水平定向保持相同(图5)。通过旋转驱动部28和升降滑块27的升降驱动部的组合操控，实现卡紧运动，也就是说横向于工件输送方向的运动。通过旋转驱动部28使摇臂25旋转。通过该旋转运动，支承梁21或22具有横向于输送方向的、也就是说在期望的卡紧方向上的或与期望的卡紧方向相反的第一运动分量，以及在竖直方向上的第二运动分量。在竖直方向上的运动分量通过沿相反方向操控升降滑块27补偿，从而支承梁21或22的高度保持不变。以这种方式实现，通过可通过摇臂25可旋转地支承的支承轨21或22进行在卡紧方向上的或与卡紧方向相反的线性水平运动，而此时不出现高度偏差。