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DE102024200500A1 - Injection-compression molding device and injection-compression molding method for producing a bipolar plate and a seal surrounding the bipolar plate - Google Patents

Injection-compression molding device and injection-compression molding method for producing a bipolar plate and a seal surrounding the bipolar plate

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Publication number
DE102024200500A1
DE102024200500A1 DE102024200500.2A DE102024200500A DE102024200500A1 DE 102024200500 A1 DE102024200500 A1 DE 102024200500A1 DE 102024200500 A DE102024200500 A DE 102024200500A DE 102024200500 A1 DE102024200500 A1 DE 102024200500A1
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injection
compression
cavity
bipolar plate
molded part
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DE102024200500.2A
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Inventor
Stephan Geise
Miriam Isabell Lautenschlaeger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spritzprägevorrichtung (10) zur Herstellung einer Bipolarplatte (20) und einer um die Bipolarplatte (20) umlaufenden Dichtung (30). Die Spritzprägevorrichtung (10) weist ein erstes Spritzprägeformteil (40) und ein zweites Spritzprägeformteil (50) auf, wobei das erste Spritzprägeformteil (40) und das zweite Spritzprägeformteil (50) relativ zueinander bewegbar sind. Das erste Spritzprägeformteil (40) und das zweite Spritzprägeformteil (50) bilden in einer Einspritzstellung der Spritzprägevorrichtung (10 eine erste Kavität (60) zur Herstellung der Bipolarplatte (20) und eine zweite Kavität (70) zur Herstellung der die Bipolarplatte (20) umlaufenden Dichtung (30).
Die Erfindung betrifft ferner ein Spritzprägeverfahren (100) zur Herstellung einer Bipolarplatte (20) und einer um die Bipolarplatte (20) umlaufenden Dichtung (30) mittels einer derartigen Spritzprägevorrichtung (10).
The invention relates to an injection-compression molding device (10) for producing a bipolar plate (20) and a seal (30) surrounding the bipolar plate (20). The injection-compression molding device (10) has a first injection-compression mold part (40) and a second injection-compression mold part (50), wherein the first injection-compression mold part (40) and the second injection-compression mold part (50) are movable relative to one another. In an injection position of the injection-compression molding device (10), the first injection-compression mold part (40) and the second injection-compression mold part (50) form a first cavity (60) for producing the bipolar plate (20) and a second cavity (70) for producing the seal (30) surrounding the bipolar plate (20).
The invention further relates to an injection-compression molding method (100) for producing a bipolar plate (20) and a seal (30) surrounding the bipolar plate (20) by means of such an injection-compression molding device (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Spritzprägevorrichtung zur Herstellung einer Bipolarplatte und einer um die Bipolarplatte umlaufenden Dichtung gemäß Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Spritzprägeverfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte und einer um die Bipolarplatte umlaufenden Dichtung mittels einer derartigen Spritzprägevorrichtung.The invention relates to an injection-compression molding device for producing a bipolar plate and a seal surrounding the bipolar plate according to patent claim 1. The invention further relates to an injection-compression molding method for producing a bipolar plate and a seal surrounding the bipolar plate by means of such an injection-compression molding device.

Stand der TechnikState of the art

Eine einzelne Brennstoffzelle, insbesondere eine PEM-Brennstoffzelle, besteht typischerweise aus zwei Stromableiterplatten, zwei katalysierten Gasdiffussionselektroden und einer Ionenaustauschermembran, die zwischen diesen Gasdiffussionselektroden angeordnet ist. Die Stromableiterplatten enthalten Einrichtungen zur Zuführung und Verteilung der Reaktanden.A single fuel cell, particularly a PEM fuel cell, typically consists of two current collector plates, two catalyzed gas diffusion electrodes, and an ion exchange membrane sandwiched between these gas diffusion electrodes. The current collector plates contain devices for supplying and distributing the reactants.

Da die elektrische Spannung einer einzelnen Brennstoffzelle für praktische Anwendungen viel zu niedrig ist, werden eine Vielzahl solcher Zellen in Reihe geschaltet. Eine derartige Zellenreihenschaltung wird auch als Brennstoffzellenstapel oder Brennstoffzellenstack bezeichnet.Since the electrical voltage of a single fuel cell is far too low for practical applications, numerous such cells are connected in series. Such a series connection is also referred to as a fuel cell stack.

Bei einem Brennstoffzellenstapel werden die aufeinandertreffenden Stromableiterplatten durch sogenannte Bipolarplatten ersetzt. Die Bipolarplatten stehen mit einer ihrer Oberflächen in elektrischem Kontakt mit der Anode einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels, während die gegenüberliegende Oberfläche mit der Kathode der benachbarten Brennstoffzelle kontaktiert ist.In a fuel cell stack, the adjacent current collector plates are replaced by so-called bipolar plates. One surface of the bipolar plates is in electrical contact with the anode of one fuel cell in the fuel cell stack, while the opposite surface is in contact with the cathode of the neighboring fuel cell.

Die Aufgabe der Bipolarplatten besteht im Wesentlichen darin, den Strom durch den Brennstoffzellenstapel zu leiten und die Reaktionsgase zu trennen.The main function of the bipolar plates is to conduct the current through the fuel cell stack and to separate the reaction gases.

Bei der Herstellung von Bipolarplatten bzw. Brennstoffzellenstapel stellt insbesondere die dauerhafte Abdichtung der Anoden - und Kathodenräume eine große Herausforderung dar.In the production of bipolar plates or fuel cell stacks, the permanent sealing of the anode and cathode compartments in particular represents a major challenge.

Eine Möglichkeit die Anoden - und Kathodenräume abzudichten, besteht in der Fertigung von Elastomerdichtungen und dem Anordnen dieser Dichtungen zwischen den Ionenaustauschermembranen und den Bipolarplatten. Dabei werden die Dichtungen auf komplizierte Art und Weise hergestellt und in Schlitze der Bipolarplatten eingelegt.One way to seal the anode and cathode compartments is to manufacture elastomer seals and place them between the ion exchange membranes and the bipolar plates. The seals are manufactured in a complex manner and inserted into slots in the bipolar plates.

Eine weitere Möglichkeit wird in der Patentschrift EP 1 437 780 A2 beschrieben. Die Patentschrift offenbart ein Spritzgießverfahren mit mehreren Verfahrensschritten, bei dem eine Bipolarplatte aus leitenden Metallblechen hergestellt und anschließend mit einer Elastomerdichtung versehen wird. Das beschriebene Verfahren weist jedoch zu viele nacheinander geschaltete Verfahrensschritte, insbesondere Einzelfertigungsschritte, auf und ist daher sehr zeit- und kostenaufwendig, sodass sich dadurch die Anzahl der Fehlerquellen erhöht.Another possibility is described in the patent specification EP 1 437 780 A2 The patent discloses a multi-step injection molding process in which a bipolar plate is manufactured from conductive metal sheets and subsequently provided with an elastomer seal. However, the described process involves too many sequential process steps, particularly individual production steps, and is therefore very time-consuming and costly, thereby increasing the number of error sources.

Des Weiteren weist die versehene Elastomerdichtung keine Haftung zu der Bipolarplatte auf, sodass dadurch Undichtigkeiten in der Grenzschicht zwischen der Elastomerdichtung und der Bipolarplatte entstehen können. Bei einem späteren Zusammenbau zu einem Brennstoffzellenstapel führen diese Undichtigkeiten zu einer wesentlichen Reduzierung der Effizienz des Brennstoffzellenstapels.Furthermore, the provided elastomer seal lacks adhesion to the bipolar plate, which can lead to leaks in the interface between the elastomer seal and the bipolar plate. During subsequent assembly into a fuel cell stack, these leaks lead to a significant reduction in the efficiency of the fuel cell stack.

In der DE 10 2005 012 057 A1 wird eine durch Pressung hergestellte Bipolarplatte beschrieben, die aus einem duroplastischen Epoxid- oder Phenolharz mit einem Füllstoffanteil von 60 Prozent besteht. Die hergestellte Bipolarplatte weist jedoch eine zu große Schichtdicke auf, sodass die Fließwege um die Ränder der dicken Bipolarplatte sehr lang sind. Die Durchmesser der Dichtungskavitäten müssen daher entsprechend groß ausgeführt werden, um diese komplett ausfüllen zu können. Dabei entstehen Bindenähte, die ebenfalls zu Undichtigkeiten führen können. Des Weiteren endet die Temperaturbeständigkeit der Bipolarplatten bei unter 100 °CIn the DE 10 2005 012 057 A1 A bipolar plate manufactured by compression molding is described, consisting of a thermosetting epoxy or phenolic resin with a filler content of 60 percent. However, the resulting bipolar plate has a layer thickness that is too thick, resulting in very long flow paths around the edges of the thick bipolar plate. The diameters of the sealing cavities must therefore be made correspondingly large to completely fill them. This creates weld lines, which can also lead to leaks. Furthermore, the temperature resistance of the bipolar plates ends below 100 °C.

Da Bipolarplatten kritische Funktionselemente von Brennstoffzellenstapeln sind und einen erheblichen Anteil zu dem Gewicht, den Kosten und der Effizienz der Brennstoffzellenstapel beitragen, besteht eine große Nachfrage nach abgedichteten Bipolarplatten mit geringen Schichtdicken.Since bipolar plates are critical functional elements of fuel cell stacks and contribute significantly to the weight, cost and efficiency of the fuel cell stacks, there is a great demand for sealed bipolar plates with low layer thicknesses.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Spritzprägevorrichtung zur Herstellung einer Bipolarplatte und einer um die Bipolarplatte umlaufenden Dichtung vorgestellt. Die Spritzprägevorrichtung weist ein erstes Spritzprägeformteil und ein zweites Spritzprägeformteil auf, wobei das erste Spritzprägeformteil und das zweite Spritzprägeformteil relativ zueinander bewegbar sind.According to a first aspect of the invention, an injection-compression molding device for producing a bipolar plate and a seal surrounding the bipolar plate is presented. The injection-compression molding device comprises a first injection-compression mold part and a second injection-compression mold part, wherein the first injection-compression mold part and the second injection-compression mold part are movable relative to one another.

Das erste Spritzprägeformteil und das zweite Spritzprägeformteil bilden in einer Einspritzstellung der Spritzprägevorrichtung eine erste Kavität zur Herstellung der Bipolarplatte und eine zweite Kavität zur Herstellung der Bipolarplatte umlaufenden Dichtung.In an injection position of the injection-compression device, the first injection-compression molded part and the second injection-compression molded part form a first cavity for producing the bipolar plate and a second cavity for producing the seal surrounding the bipolar plate.

Die erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung hat den wesentlichen Vorteil, dass aufgrund der Begrenzung bzw. Bildung von zwei Kavitäten, zwei Komponenten durch dieselbe Vorrichtung hergestellt werden können und dadurch der Zeit- und Kostenaufwand maßgeblich reduziert wird.The injection compression molding device according to the invention has the significant advantage that due to the limitation or formation of two cavities, two components can be manufactured using the same device, thus significantly reducing time and costs.

Insbesondere können durch erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung eine Bipolarplatte mit einer umlaufenden, nahtlosen und haftenden Dichtung hergestellt werden. Aufwendige und komplizierte nacheinander geschaltete Verfahrensschritte, insbesondere Einzelfertigungsschritte, zur Herstellung und Anbringung der Dichtung an die Bipolarplatte wie im Stand der Technik sind nicht erforderlich. Durch die erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung wird die Anzahl der Fehlerquellen wesentlich verringert.In particular, the injection-compression molding device according to the invention can be used to produce a bipolar plate with a circumferential, seamless, and adhesive seal. Complex and complicated sequential process steps, particularly individual production steps, for manufacturing and attaching the seal to the bipolar plate as in the prior art are no longer required. The injection-compression molding device according to the invention significantly reduces the number of error sources.

Insbesondere können durch die erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung die Durchmesser der Dichtungen entsprechend dünn ausgeführt werden, sodass beim Zusammenführen der Bipolarplatten zu einem Brennstoffzellenstapel anschließend sehr dünne Anordnungen geschaffen werden können, um die Effizienz, insbesondere die Leistungsdichte pro Bipolarplatte, des Brennstoffstapels insgesamt zu erhöhen.In particular, the diameters of the seals can be made correspondingly thin by the injection-compression molding device according to the invention, so that when the bipolar plates are subsequently combined to form a fuel cell stack, very thin arrangements can be created in order to increase the efficiency, in particular the power density per bipolar plate, of the fuel stack as a whole.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend angegeben.Further features and advantages of the invention are set forth below.

Um die erste Komponente, insbesondere die dünne Bipolarplatte, durch die erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung herstellen zu können, weist die Form der ersten Kavität vorzugsweise die Form eines dünnen Quaders, insbesondere die Form einer dünnen Platte, auf.In order to be able to produce the first component, in particular the thin bipolar plate, by the injection-compression molding device according to the invention, the shape of the first cavity preferably has the shape of a thin cuboid, in particular the shape of a thin plate.

Um die zweite Komponente, insbesondere die um die Bipolarplatte umlaufenden Dichtung, durch dieselbe Vorrichtung herstellen zu können, ist die Form der zweiten Kavität vorzugsweise derart größer als die Form der ersten Kavität, dass die Form der zweiten Kavität zumindest die Form der ersten Kavität aufweist und zusätzlich die Form der ersten Kavität um einen umlaufenden Rahmen, insbesondere T-förmigen Rahmen, erweitert.In order to be able to produce the second component, in particular the seal surrounding the bipolar plate, by the same device, the shape of the second cavity is preferably larger than the shape of the first cavity in such a way that the shape of the second cavity has at least the shape of the first cavity and additionally extends the shape of the first cavity by a surrounding frame, in particular a T-shaped frame.

Die Temperaturbeständigkeit der aus dem Stand der Technik bekannten Bipolarplatten endet bei unter 100 °C. Durch die erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung soll jedoch eine dünne Bipolarplatte mit einer höheren Temperatur-beständigkeit bereitgestellt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, in dem die Bipolarplatte wärmebehandelt, insbesondere temperiert bzw. ausgehärtet, wird. Hierfür sind das erste Spritzprägeformteil und das zweite Spritzprägeformteil vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 160 °C und 200 °C, insbesondere auf eine Temperatur von 180 °C, beheizbar.The temperature resistance of the bipolar plates known from the prior art ends at below 100°C. However, the injection-compression molding device according to the invention is intended to provide a thin bipolar plate with higher temperature resistance. This can be achieved by heat-treating the bipolar plate, in particular by tempering or curing it. For this purpose, the first injection-compression molded part and the second injection-compression molded part can preferably be heated to a temperature between 160°C and 200°C, in particular to a temperature of 180°C.

Die erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung weist vorzugsweise eine erste Spritzeinheit zum Einspritzen einer ersten spritzprägefähigen Füllkomponente auf. Die erste Spritzeinheit ist dabei über wenigstens einen ersten Einspritzkanal mit der ersten Kavität verbunden. Es ist denkbar, dass die erste Spritzeinheit über mehrere Einspritzkanäle mit der ersten Kavität verbunden ist.The injection-compression molding device according to the invention preferably has a first injection unit for injecting a first injection-compression-compatible filler component. The first injection unit is connected to the first cavity via at least one first injection channel. It is conceivable that the first injection unit is connected to the first cavity via multiple injection channels.

Die erste Spritzeinheit ist vorzugsweise ausgebildet, als erste spritzprägefähige Füllkomponente einen Bulk-Molding-Compound-Kunststoff, insbesondere einen Langglasfaser und/oder ein Kohlenstofffaser verstärkter Kunststoff einzuspritzen. Derartige Kunststoffe sind gut wärmebehandelbar und weisen nach dem Aushärten eine sehr hohe Festigkeit auf. Dies ist besonders wichtig, da die Bipolarplatte sehr dünn ausgebildet werden soll.The first injection unit is preferably configured to inject a bulk-molding compound plastic, in particular a long glass fiber and/or carbon fiber reinforced plastic, as the first injection-compression-compatible filler component. Such plastics are readily heat-treatable and exhibit very high strength after curing. This is particularly important since the bipolar plate is to be very thin.

Die erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung weist vorzugsweise eine zweite Spritzeinheit zum Einspritzen einer zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente auf. Die zweite Spritzeinheit ist dabei über wenigstens einen zweiten Einspritzkanal mit der zweiten Kavität verbunden. Es ist denkbar, dass die zweite Spritzeinheit über mehrere Einspritzkanäle mit der zweiten Kavität verbunden ist.The injection-compression molding device according to the invention preferably has a second injection unit for injecting a second injection-compression-compatible filler component. The second injection unit is connected to the second cavity via at least one second injection channel. It is conceivable that the second injection unit is connected to the second cavity via multiple injection channels.

Die zweite Spritzeinheit ist vorzugsweise ausgebildet, als zweite spritzprägefähige Füllkomponente einen Liquid-Silicon-Rubber-Kunststoff, insbesondere einen Elastosil-Kunststoff und/oder einen Silopren-Kunststoff einzuspritzen. Derartige Kunststoffe weisen selbsthaftende Eigenschaften auf und lassen sich dadurch auf einfache Weise umlaufend und insbesondere nahtlos an die Bipolarplatte stoffschlüssig vernetzen. Dadurch muss die Dichtung nicht mehr wie im Stand der Technik auf komplizierte Art und Weise hergestellt und in weiteren Folgeprozessen in die Schlitze der Bipolarplatte eingelegt werden. Durch die stoffschlüssige Vernetzung ohne Bindenähte werden zudem Undichtigkeiten vermieden.The second injection unit is preferably configured to inject a liquid silicone rubber, in particular an Elastosil plastic and/or a Silopren plastic, as the second injection-compression-moldable filler component. Such plastics exhibit self-adhesive properties and can therefore be easily bonded to the bipolar plate all the way around, and in particular seamlessly. This eliminates the need for the seal to be manufactured in a complicated manner, as in the prior art, and then inserted into the slots of the bipolar plate in subsequent processes. Furthermore, leaks are prevented by the bonding without weld lines.

Um die erste Kavität und die zweite Kavität in der Einspritzstellung der Spritzprägevorrichtung gegenüber der Umgebung abzudichten und ein Herausfließen der zunächst flüssigen ersten bzw. zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente zu verhindern, weist das erste Spritzprägeformteil vorzugsweise erste Tauchflächen und das zweite Spritzprägeformteil vorzugsweise zweite Tauchflächen auf. Dabei sind die ersten Tauchflächen und die zweiten Tauchflächen relativ zueinander parallel und/oder einander unmittelbar berührend verschiebbar.In order to seal the first cavity and the second cavity from the environment in the injection position of the injection-compression molding device and to prevent the initially liquid first and second injection-compression-capable filler components from flowing out, the first injection-compression molded part preferably has first dipping surfaces and the second injection-compression molded part preferably has second dipping surfaces. The first dipping surfaces and the second dipping surfaces are displaceable relative to one another parallel to one another and/or in direct contact with one another.

Im Stand der Technik werden die Kanäle an den Seitenflächen der Bipolarplatte durch aufwendige und komplizierte Folgeprozesse wie beispielsweise durch Ätzen, Strahlung, Aufrauhung der Oberfläche oder durch Aufbringen eines Pulvers eines Polymers gebildet. Um die Kanäle auf einfache und kostengünstige Weise herstellen zu können, sind vorzugsweise die Innenfläche des ersten Spritzprägeformteils und/oder die Innenfläche des zweiten Spritzprägeformteils zur Prägung einer Feinstruktur, insbesondere einer Kanalstruktur, zumindest bereichsweise konturiert. Vorzugsweise ist die Konturierung durch Vertiefungen und/oder Vorsprüngen gebildet.In the state of the art, the channels on the side surfaces of the bipolar plate are created by complex and complicated subsequent processes such as etching, radiation, roughening of the surface or by applying a powder of a Polymer. In order to be able to produce the channels in a simple and cost-effective manner, the inner surface of the first injection-compression molded part and/or the inner surface of the second injection-compression molded part are preferably contoured at least in regions to emboss a fine structure, in particular a channel structure. The contouring is preferably formed by depressions and/or projections.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Spritzprägeverfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte und einer um die Bipolarplatte umlaufenden Dichtung mittels der erfindungsgemäßen Spritzprägevorrichtung vorgestellt.According to a second aspect of the invention, an injection-compression molding method for producing a bipolar plate and a seal surrounding the bipolar plate by means of the injection-compression molding device according to the invention is presented.

Das Spritzprägeverfahren umfasst die Schritte:

  • - Relative Bewegung des ersten Spritzprägeformteils und des zweiten Spritzpräge-formteils zueinander aus einer Ausgangsstellung in eine Einspritzstellung der Spritzprägevorrichtung, sodass das erste Spritzprägeformteil und das zweite Spritzprägeformteil eine erste Kavität zur Herstellung der Bipolarplatte und eine zweite Kavität zur Herstellung der die Bipolarplatte umlaufenden Dichtung bilden,
  • - Aufheizen des ersten Spritzprägeformteils und des zweiten Spritzprägeformteils auf eine Temperatur zwischen 160 °C und 200 °C, insbesondere auf eine Temperatur von 180 °C,
  • - Einspritzen der ersten spritzprägefähigen Füllkomponente, insbesondere des Bulk-Molding-Compound-Kunststoffs, in die erste Kavität,
  • - Relative Bewegung des ersten Spritzprägeformteils und des zweiten Spritzprägeformteils zueinander aus der Einspritzstellung in eine Schließstellung der Spritzprägevorrichtung,
  • - Prägen und Aushärten der ersten spritzprägefähigen Füllkomponente in der ersten Kavität zu einer Bipolarplatte mit einer Kanalstruktur,
  • - Relative Bewegung des ersten Spritzprägeformteils und des zweiten Spritzprägeformteils gegeneinander aus der Schließstellung in die Ausgangsstellung,
  • - Umlegen der ausgehärteten Bipolarplatte aus der ersten Kavität in die zweite Kavität,
  • - Relative Bewegung des ersten Spritzprägeformteils und des zweiten Spritzprägeformteils zueinander aus der Ausgangsstellung in die Einspritzstellung,
  • - Einspritzen der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente, insbesondere des Liquid-Silicon-Rubber-Kunststoffs, in die zweite Kavität,
  • - Relative Bewegung des ersten Spritzprägeformteils und des zweiten Spritzprägeformteils zueinander aus der Einspritzstellung in die Schließstellung,
  • - Stoffschlüssiges Vernetzen der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente in der zweiten Kavität zu einer umlaufenden, nahtlosen und haftenden Dichtung um die Bipolarplatte,
  • - Relative Bewegung des ersten Spritzprägeformteils und des zweiten Spritzprägeformteils gegeneinander aus der Schließstellung in die Ausgangsstellung, und
  • - Entnehmen der Bipolarplatte mit der umlaufenden, nahtlosen und haftenden Dichtung aus der zweiten Kavität.
The injection compression molding process includes the following steps:
  • - Relative movement of the first injection-compression molded part and the second injection-compression molded part to one another from an initial position into an injection position of the injection-compression device, so that the first injection-compression molded part and the second injection-compression molded part form a first cavity for producing the bipolar plate and a second cavity for producing the seal surrounding the bipolar plate,
  • - heating the first injection-compression molded part and the second injection-compression molded part to a temperature between 160 °C and 200 °C, in particular to a temperature of 180 °C,
  • - Injecting the first injection-compression filler component, in particular the bulk molding compound plastic, into the first cavity,
  • - Relative movement of the first injection-compression mold part and the second injection-compression mold part to each other from the injection position into a closed position of the injection-compression device,
  • - Embossing and curing the first injection-compression filler component in the first cavity to form a bipolar plate with a channel structure,
  • - Relative movement of the first injection-compression mold part and the second injection-compression mold part against each other from the closed position to the starting position,
  • - Transferring the cured bipolar plate from the first cavity to the second cavity,
  • - Relative movement of the first injection-compression molded part and the second injection-compression molded part to each other from the starting position to the injection position,
  • - Injecting the second injection-compression filler component, in particular the liquid silicone rubber, into the second cavity,
  • - Relative movement of the first injection-compression mold part and the second injection-compression mold part from the injection position to the closed position,
  • - Materially crosslinking the second injection-compression filler component in the second cavity to form a circumferential, seamless and adhesive seal around the bipolar plate,
  • - Relative movement of the first injection-compression mold part and the second injection-compression mold part against each other from the closed position to the starting position, and
  • - Removal of the bipolar plate with the surrounding, seamless and adhesive seal from the second cavity.

Vorteile, die ausführlich zu der Spritzprägevorrichtung zur Herstellung einer Bipolarplatte und einer um die Bipolarplatte umlaufenden Dichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführlich beschrieben werden, gelten gleichermaßen bei dem Spritzprägeverfahren zur Herstellung einer Bipolarplatte und einer um die Bipolarplatte umlaufenden Dichtung mittels der erfindungsgemäßen Spritzprägevorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.Advantages that are described in detail for the injection-compression molding device for producing a bipolar plate and a seal surrounding the bipolar plate according to the first aspect of the invention apply equally to the injection-compression molding method for producing a bipolar plate and a seal surrounding the bipolar plate by means of the injection-compression molding device according to the invention according to the second aspect of the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features, and details of the invention will become apparent from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features mentioned in the claims and in the description may be essential to the invention individually or in any combination.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen jeweils schematisch:

  • 1 Spritzprägevorrichtung in einer Einspritzstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 Spritzprägevorrichtung in einer Schließstellung zur Herstellung einer ersten Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 Spritzprägevorrichtung in einer Schließstellung zur Herstellung einer zweiten Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Verfahrensschritte zur Herstellung einer ersten und zweiten Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, which schematically show:
  • 1 Injection compression molding device in an injection position according to an embodiment of the present invention;
  • 2 Injection-compression molding device in a closed position for producing a first component according to an embodiment of the present invention;
  • 3 Injection compression molding device in a closed position for producing a second component according to an embodiment of the present invention; and
  • 4 a block diagram illustrating the method steps for producing a first and second component according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung 10, die ein erstes Spritzprägeformteil 40, ein zweites Spritzprägeformteil 50, eine erste Spritzeinheit 61 und eine zweite Spritzeinheit 71 aufweist. 1 shows an injection-compression molding device 10 according to the invention, which has a first injection-compression mold part 40, a second injection-compression mold part 50, a first injection unit 61 and a second injection unit 71.

Das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 sind relativ zueinander bewegbar und eine erste Kavität 60 zur Herstellung der Bipolarplatte 20 und eine zweite Kavität 70 zur Herstellung der die Bipolarplatte 20 umlaufenden Dichtung 30. Die Form der ersten Kavität 60 ist plattenförmig. Die Form der zweiten Kavität 70 ist derart größer als die Form ersten Kavität 60, dass die Form der zweiten Kavität 70 zumindest die Form der ersten Kavität 60 aufweist und zusätzlich die Form der ersten Kavität 60 um einen umlaufenden Rahmen, insbesondere um einen T-förmigen Rahmen, erweitert.The first injection-compression mold part 40 and the second injection-compression mold part 50 are movable relative to one another and form a first cavity 60 for producing the bipolar plate 20 and a second cavity 70 for producing the seal 30 surrounding the bipolar plate 20. The shape of the first cavity 60 is plate-shaped. The shape of the second cavity 70 is larger than the shape of the first cavity 60 such that the shape of the second cavity 70 at least has the shape of the first cavity 60 and additionally extends the shape of the first cavity 60 by a surrounding frame, in particular a T-shaped frame.

Die erste Spritzeinheit 61 ist zum Einspritzen einer ersten spritzprägefähigen Füllkomponente 62 über wenigstens einen ersten Einspritzkanal 63 mit der ersten ebenen Kavität 60 verbunden. Die zweite Spritzeinheit 71 ist zum Einspritzen einer zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente 72 über wenigstens einen zweiten Einspritzkanal 73 mit der zweiten umlaufenden Kavität 70 verbunden.The first injection unit 61 is connected to the first planar cavity 60 via at least one first injection channel 63 for injecting a first injection-compression-formable fill component 62. The second injection unit 71 is connected to the second circumferential cavity 70 via at least one second injection channel 73 for injecting a second injection-compression-formable fill component 72.

Das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 befinden sich in einer Einspritzstellung der Spritzprägevorrichtung 10. In der Einspritzstellung wird die erste spritzprägefähige Füllkomponente 62 bzw. die zweite spritzprägefähige Füllkomponente 72 in die erste Kavität 60 bzw. zweite Kavität 70 eingespritzt.The first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 are located in an injection position of the injection-compression device 10. In the injection position, the first injection-compression fill component 62 or the second injection-compression fill component 72 is injected into the first cavity 60 or the second cavity 70.

Das erste Spritzprägeformteil 40 weist erste Tauchflächen 64, 65 auf. Das zweite Spritzprägeformteil 50 weist zweite Tauchflächen 74, 75 auf. Die ersten Tauchflächen 64, 65 und die zweiten Tauchflächen 74, 75 sind relativ zueinander parallel und/oder einander unmittelbar berührend verschiebbar.The first injection-compression molded part 40 has first dipping surfaces 64, 65. The second injection-compression molded part 50 has second dipping surfaces 74, 75. The first dipping surfaces 64, 65 and the second dipping surfaces 74, 75 are displaceable relative to one another parallel to one another and/or in direct contact with one another.

Durch relative Verschiebung der ersten Tauchflächen 64, 65 und zweiten Tauchflächen 74, 75 zueinander können die erste Kavität 60 und die zweite Kavität 70 verkleinert bzw. vergrößert werden.By relative displacement of the first immersion surfaces 64, 65 and second immersion surfaces 74, 75 to each other, the first cavity 60 and the second cavity 70 can be reduced or enlarged.

In der Einspritzstellung weisen die erste Kavität 60 und die zweite Kavität 70 ein größeres Volumen als die am Ende hergestellte Bipolarplatte bzw. Dichtung auf. Dadurch kann ein Einspritzen der ersten spritzprägefähigen Füllkomponente 62 bzw. der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente 72 mit weniger Druckbedarf und ein Prägen mit geringerem Verzug ermöglicht werden.In the injection position, the first cavity 60 and the second cavity 70 have a larger volume than the ultimately produced bipolar plate or seal. This allows for injection of the first injection-compression-moldable filler component 62 or the second injection-compression-moldable filler component 72 with less pressure required and for compression molding with less warpage.

Die Ausgangsstellung stellt die geöffnete Stellung der Spritzprägevorrichtung 10 dar, in der die ersten Tauchflächen 64, 65 und zweiten Tauchflächen 74, 75 relativ voneinander parallel verschoben bzw. relativ voneinander entfernt sind und einander nicht berühren.The starting position represents the open position of the injection-compression device 10, in which the first immersion surfaces 64, 65 and second immersion surfaces 74, 75 are displaced relatively parallel to one another or are relatively spaced apart from one another and do not touch one another.

In der Einspritzstellung berühren die ersten Tauchflächen 64, 65 und die zweiten Tauchflächen 74, 75 einander unmittelbar in einem vorderen Bereich, sodass die erste Kavität 60 und die zweite Kavität 70 gerade noch dicht verschlossen sind.In the injection position, the first immersion surfaces 64, 65 and the second immersion surfaces 74, 75 touch each other directly in a front area, so that the first cavity 60 and the second cavity 70 are just tightly closed.

Die erste Kavität 60 und die zweite Kavität 70 können teilweise oder vollständig befüllt werden. Hierfür können jeweils Kavitätsbegrenzer vorgesehen sein.The first cavity 60 and the second cavity 70 can be partially or completely filled. Cavity limiters can be provided for this purpose.

2 zeigt die erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung 10 zur Herstellung einer ersten Komponente, insbesondere einer dünnen strukturierten Bipolarplatte 20. 2 shows the injection-compression molding device 10 according to the invention for producing a first component, in particular a thin structured bipolar plate 20.

Zur Komprimierung und Prägung der ersten spritzprägefähigen Füllkomponente 62 werden das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 durch eine Schließkraft der Spritzprägevorrichtung 10 aus der Einspritzstellung in eine Schließstellung gebracht. Dabei werden die ersten Tauchflächen 64, 65 und die zweiten Tauchflächen 74, 65 relativ zueinander bewegt bzw. gegeneinander gefahren, wobei diese sich über die gesamte Schließbewegung unmittelbar berühren.To compress and emboss the first injection-compression-moldable fill component 62, the first injection-compression mold part 40 and the second injection-compression mold part 50 are moved from the injection position into a closed position by a closing force of the injection-compression device 10. In this case, the first plunge surfaces 64, 65 and the second plunge surfaces 74, 65 are moved relative to one another or toward one another, with them being in direct contact throughout the entire closing movement.

Die Kraft zum Öffnen und Schließen der Spritzprägevorrichtung 10, insbesondere die Kraft zur relativen Bewegung des ersten Spritzprägeformteils 40 und des zweiten Spritzprägeformteils 50 zueinander, kann durch einen pneumatischen, hydraulischen und/oder elektrischen Antrieb verursacht werden. Die erste spritzprägefähige Füllkomponente 62 ist ein Bulk-Molding-Compound-Kunststoff, insbesondere ein Langglasfaser und/oder ein Kohlenstofffaser verstärkter Kunststoff, welcher zuvor im flüssigen Zustand in der Einspritzstellung durch die erste Spritzeinheit 61 über den wenigstens einen ersten Einspritzkanal 63 in die erste Kavität 60 eingespritzt wurde.The force for opening and closing the injection-compression molding device 10, in particular the force for the relative movement of the first injection-compression mold part 40 and the second injection-compression mold part 50 to one another, can be generated by a pneumatic, hydraulic, and/or electric drive. The first injection-compression-capable fill component 62 is a bulk-molding compound plastic, in particular a long glass fiber and/or a carbon fiber-reinforced plastic, which was previously injected in the liquid state in the injection position by the first injection unit 61 via the at least one first injection channel 63 into the first cavity 60.

Bipolarplatten weisen typischerweise einseitig oder beidseitig eine Feinstruktur, insbesondere feine offene und/oder feine geschlossene Kanäle auf, entlang der bzw. in denen ein Reaktionsfluid strömen können. Insbesondere in der den Elektroden zugewandte Flächenseite der Bipolarplatte sind Kanäle eingelassen. Je feiner die Kanalstruktur, desto höher ist der Wirkungsgrad der Bipolarplatte. Des Weiteren kann eine feine Kanalstruktur ein Anhaften des Reaktionsfluides an der Oberfläche der Bipolarplatte verhindern.Bipolar plates typically have a fine structure on one or both sides, particularly fine open and/or fine closed channels, along or through which a reaction fluid can flow. Channels are embedded, particularly in the side of the bipolar plate facing the electrodes. The finer the channel structure, the higher the efficiency of the bipolar plate. Furthermore, a fine channel structure can prevent the reaction fluid from adhering to the surface of the bipolar plate.

Um die Bipolarplatte 20 samt der Kanäle gleichzeitig in einem Schritt herstellen und prägen zu können, weist das erste Spritzprägeformteil 40 eine Innenfläche 66 und das zweite Spritzprägeformteil 50 eine Innenfläche 76 auf, die bereichsweise konturiert sind. Die Konturierung wird durch Vertiefungen und Vorsprünge gebildet, um dadurch eine Prägung der Feinstruktur, insbesondere der Kanalstruktur, zu ermöglichen. Dabei können die Vertiefungen und Vorsprünge beispielsweise eine mittlere Tiefe T von 5 nm ≤ T ≤ 1 pm aufweisen.In order to be able to produce and emboss the bipolar plate 20 including the channels simultaneously in one step, the first injection-compression molded part 40 has an inner surface 66 and the second injection-compression molded part 50 has an inner surface 76, which are contoured in certain areas. The contouring is formed by depressions and projections to thereby enable embossing of the fine structure, in particular the channel structure. The depressions and projections can, for example, have an average depth T of 5 nm ≤ T ≤ 1 pm.

Die erste spritzprägefähige Füllkomponente 62 wird in der ersten Kavität 60 zur einer Bipolarplatte 20 verdichtet und geprägt. Insbesondere findet in der ersten ebenen Kavität 60 eine konturnahe Temperierung bzw. formnahe Temperierung statt, die auch als „conformal cooling“ bezeichnet wird. Dabei wird die erste spritzprägefähige Füllkomponente 62 möglichst nah konturfolgend temperiert, um dadurch kürzere Zykluszeiten bei gleichzeitig höherer Qualität zu erreichen. Durch die konturnahe Temperierung wird insbesondere die Temperaturbeständigkeit und Festigkeit der Bipolarplatte 20 nach dem Aushärten wesentlich erhöht.The first injection-compression-moldable fill component 62 is compacted and embossed in the first cavity 60 to form a bipolar plate 20. In particular, conformal cooling, also known as "conformal cooling," takes place in the first flat cavity 60. The first injection-compression-moldable fill component 62 is tempered as closely as possible to the contour in order to achieve shorter cycle times while simultaneously achieving higher quality. Conformal cooling significantly increases, in particular, the temperature resistance and strength of the bipolar plate 20 after curing.

Um die eine Verflüssigung der ersten spritzprägefähigen Füllkomponente 62 und der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente 72 sowie eine anschließend konturnahe Temperierung zu ermöglichen, sind das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 auf eine Temperatur zwischen 160 °C und 200 °C, insbesondere auf eine Temperatur von 180 °C, beheizbar. Die Beheizung des ersten Spritzprägeformteils 40 und des zweiten Spritzprägeformteils 50 kann beispielsweise durch eine Heizeinrichtung, Kontaktheizung, Heißluft, Laserstrahlung, Infrarotstrahlung oder durch Ultraschall erfolgen.To enable liquefaction of the first injection-compression moldable filler component 62 and the second injection-compression moldable filler component 72 and subsequent near-contour temperature control, the first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 can be heated to a temperature between 160°C and 200°C, in particular to a temperature of 180°C. The heating of the first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 can be achieved, for example, by a heating device, contact heating, hot air, laser radiation, infrared radiation, or ultrasound.

Das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 können zur Abfuhr der Wärme Kühlkanäle aufweisen oder mit einem Kühlsystem verbunden sein, sodass dadurch das Aushärten der spritzprägefähigen Füllkomponente 62, 72 beschleunigt werden kann.The first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 can have cooling channels for dissipating the heat or can be connected to a cooling system so that the curing of the injection-compression filler component 62, 72 can be accelerated.

Es ist denkbar, dass die Verflüssigung der ersten spritzprägefähigen Füllkomponente 62 und der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente 72 extern und nicht durch die Beheizung des ersten Spritzprägeformteils 40 und des zweiten Spritzprägeformteils 50 erfolgt.It is conceivable that the liquefaction of the first injection-compression-moldable filling component 62 and the second injection-compression-moldable filling component 72 takes place externally and not by heating the first injection-compression mold part 40 and the second injection-compression mold part 50.

3 zeigt die erfindungsgemäße Spritzprägevorrichtung 10 zur Herstellung einer zweiten Komponente, insbesondere einer um die Bipolarplatte 20 umlaufenden, nahtlosen und haftenden Dichtung 30. 3 shows the injection-compression molding device 10 according to the invention for producing a second component, in particular a seamless and adhesive seal 30 surrounding the bipolar plate 20.

Nachdem die erste spritzprägefähige Füllkomponente 62 in der ersten Kavität 60 zur Bipolarplatte 20 temperiert ausgehärtet wurde, wird die Spritzprägevorrichtung 10 wieder geöffnet. Dabei wird die Bipolarplatte 20 aus der ersten Kavität 60 entnommen und in die zweite Kavität 70 umgelegt. Danach werden das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 wieder in die Einspritzstellung zum Einspritzen der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente 72 gebracht.After the first injection-compression-moldable filler component 62 has been cured at a controlled temperature in the first cavity 60 to form the bipolar plate 20, the injection-compression device 10 is reopened. The bipolar plate 20 is removed from the first cavity 60 and transferred into the second cavity 70. The first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 are then returned to the injection position for injecting the second injection-compression-moldable filler component 72.

Die Umlegung der Bipolarplatte 20 kann beispielsweise durch eine Greifvorrichtung durchgeführt werden, die eine automatisierte Robotik mit einem flexiblen Greifarm umfasst, um die Bipolarplatte 20 halten oder in X-, Y- und Z-Richtung bewegen zu können. Hierfür kann die Greifvorrichtung mit einer Steuervorrichtung verbunden sein, die eine Prägesoftware aufweist, mittels der die Greifvorrichtung programmiert werden kann. Dadurch kann die ausgehärtete Bipolarplatte schnell und einfach aus der ersten Kavität 60 in die zweite Kavität 70 umgelegt und nach Beendigung aus der zweiten Kavität 70 entnommen werden. Die zweite spritzprägefähige Füllkomponente 72 ist ein Liquid-Silicon-Rubber-Kunststoff, insbesondere ein Elastosil-Kunststoff und/oder ein Silopren-Kunststoff, der im flüssigen Zustand durch die zweite Spritzeinheit 71 über den wenigstens einen zweiten Einspritzkanal 73 in die zweite Kavität 70 eingespritzt wird.The transfer of the bipolar plate 20 can be carried out, for example, by a gripping device comprising an automated robot with a flexible gripper arm in order to hold the bipolar plate 20 or to move it in the X, Y, and Z directions. For this purpose, the gripping device can be connected to a control device having embossing software by means of which the gripping device can be programmed. This allows the cured bipolar plate to be quickly and easily transferred from the first cavity 60 into the second cavity 70 and, upon completion, removed from the second cavity 70. The second injection-compression-capable fill component 72 is a liquid silicone rubber, in particular an Elastosil plastic and/or a Silopren plastic, which is injected in the liquid state into the second cavity 70 by the second injection unit 71 via the at least one second injection channel 73.

Nach dem Einspritzen werden zur Komprimierung der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente 72 das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 durch eine Schließkraft der Spritzprägevorrichtung 10 aus der Einspritzstellung wieder in die Schließstellung gebracht. Dabei werden die ersten Tauchflächen 64, 65 und die zweiten Tauchflächen 74, 65 relativ zueinander bewegt bzw. gegeneinander gefahren, wobei diese sich über die gesamte Schließbewegung unmittelbar berühren.After injection, the first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 are moved from the injection position back into the closed position by a closing force of the injection-compression device 10 to compress the second injection-compression-capable fill component 72. In this case, the first plunge surfaces 64, 65 and the second plunge surfaces 74, 65 are moved relative to one another or toward one another, with them being in direct contact throughout the entire closing movement.

Die erste spritzprägefähige Füllkomponente 62 und die zweite spritzprägefähige Füllkomponente 72 vernetzten bei derselben Temperatur von 180 °C. Aufgrund der aktiven Oberflächen der beiden Füllkomponenten 62, 72, bilden diese eine stoffschlüssige Verbindung, sodass dadurch die zweite spritzprägefähige Füllkomponente 72 zu einer umlaufenden, nahtlosen und haftenden Dichtung 30 um die Bipolarplatte geprägt wird. Durch die stoffschlüssige Verbindung der ersten spritzprägefähigen Füllkomponente 62 und der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente 72 entstehen keine Bindenähte, sodass dadurch Undichtigkeiten vermieden werden. Die umlaufende und haftende Dichtung 30 kann wie eine Dichtlippen-Struktur gesehen werden, jedoch ohne Bindenähte, wodurch selbst bei geringem Anpressdruck die Dichtigkeit sichergestellt ist. Somit kann insbesondere der Durchmesser der Dichtung entsprechend dünn ausgeführt werden. The first injection-compression-formable filler component 62 and the second injection-compression-formable filler component 72 cured at the same temperature of 180°C. Due to the active surfaces of the two filler components 62, 72, they form a material-to-material bond, so that the second injection-compression-formable filler component 72 is formed into a circumferential, seamless, and adhesive seal 30 around the bipolar plate. The material-to-material bond between the first injection-compression-formable filler component 62 and the second injection-compression-formable filler component 72 prevents weld lines from forming, thus preventing leaks. The circumferential and adhesive seal 30 can be viewed as a sealing lip structure, but without weld lines, thus ensuring tightness even at low contact pressure. This means that the diameter of the seal in particular can be made correspondingly thin.

Mit anderen Worten werden die erste spritzprägefähige Füllkomponente 62, insbesondere der Bulk-Molding-Compound-Kunststoff, und die zweite spritzprägefähige Füllkomponente 72, insbesondere der Liquid-Silicon-Rubber-Kunststoff, durch das auf 180° C aufgeheizte erste Spritzprägeformteil 40 und zweite Spritzprägeformteil 50 aufgeschmolzen, in die erste Kavität 60 bzw. in die zweite Kavität 70 eingespritzt, unter Druck verdichtet und geprägt, sodass die erste spritzprägefähige Füllkomponente 62 und die zweite spritzprägefähige Füllkomponente 72 stoffschlüssig vernetzt werden, wobei keine Bindenähte entstehen. Dabei erfolgt die stoffschlüssige Vernetzung insbesondere an den aufgeheizten Grenzschichten bzw. Oberflächen der ersten spritzprägefähigen Füllkomponente 62 und der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente 72.In other words, the first injection-compression-moldable filler component 62, in particular the bulk molding compound plastic, and the second injection-compression-moldable filler component 72, in particular the liquid silicone rubber plastic, are melted by the first injection-compression molding part 40 and the second injection-compression molding part 50, which are heated to 180°C, injected into the first cavity 60 and the second cavity 70, respectively, compressed under pressure, and embossed, so that the first injection-compression-moldable filler component 62 and the second injection-compression-moldable filler component 72 are cross-linked in a material-to-material manner, with no weld lines forming. The material-to-material cross-linking occurs in particular at the heated boundary layers or surfaces of the first injection-compression-moldable filler component 62 and the second injection-compression-moldable filler component 72.

4 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Verfahrensschritte zur Herstellung einer Bipolarplatte 20 und einer um die Bipolarplatte umlaufenden Dichtung mittels einer erfindungsgemäßen Spritzprägevorrichtung 10. 4 shows a block diagram to illustrate the method steps for producing a bipolar plate 20 and a seal surrounding the bipolar plate by means of an injection-compression molding device 10 according to the invention.

Im ersten Schritt S1 werden das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 aus einer Ausgangsstellung der Spritzprägevorrichtung 10 in eine Einspritzstellung relativ zueinander bewegt, sodass das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 eine erste Kavität 60 zur Herstellung der Bipolarplatte 20 und eine zweite Kavität 70 zur Herstellung der die Bipolarplatte 20 umlaufenden Dichtung 30 bilden. Im zweiten Schritt S2 werden das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 auf eine Temperaturzwischen 160 °C und 200 °C, insbesondere auf eine Temperatur von 180 °C, aufgeheizt. Nachdem sich das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 aufgeheizt haben, wird im dritten Schritt S3 die erste spritzprägefähige Füllkomponente 62, insbesondere der Bulk-Molding-Compound-Kunststoff, in die erste Kavität 60 eingespritzt. Anschließend werden im Schritt S4 das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 aus der Einspritzstellung in die Schließstellung relativ zueinander bewegt. In der Schließstellung wird die erste spritzprägefähige Füllkomponente 62 in der ersten Kavität 60 zu einer Bipolarplatte 20 mit einer Kanalstruktur geprägt und ausgehärtet S5. Nach dem Aushärten der Bipolarplatte 20 werden das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 aus der Schließstellung in die Ausgangsstellung relativ zueinander bewegt, um die Spritzprägevorrichtung 10 zu öffnen S6. In der geöffneten Stellung der Spritzprägevorrichtung 10 wird die Bipolarplatte 20 aus der ersten Kavität 60 in die zweite Kavität 70 umgelegt S7. Anschließend werden das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 wieder aus der Ausgangsstellung in die Einspritzstellung relativ zueinander bewegt S8. In der Einspritzstellung wird im neunten Schritt S9 die zweite spritzprägefähige Füllkomponente 72, insbesondere das Liquid-Silicon-Rubber-Kunststoff, in die zweite Kavität 70 eingespritzt. Anschließend wird im zehnten Schritt S10 das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 aus der Einspritzstellung in die Schließstellung relativ zueinander bewegt. In der Schließstellung wird die zweite spritzprägefähige Füllkomponente 72 in der zweiten Kavität 70 zu einer umlaufenden, nahtlosen und haftenden Dichtung 30 um die Bipolarplatte 20 stoffschlüssig vernetzt S11.In the first step S1, the first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 are moved relative to one another from an initial position of the injection-compression device 10 into an injection position, so that the first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 form a first cavity 60 for producing the bipolar plate 20 and a second cavity 70 for producing the seal 30 surrounding the bipolar plate 20. In the second step S2, the first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 are heated to a temperature between 160°C and 200°C, in particular to a temperature of 180°C. After the first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 have heated up, the first injection-compression-capable filler component 62, in particular the bulk molding compound plastic, is injected into the first cavity 60 in the third step S3. Subsequently, in step S4, the first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 are moved relative to one another from the injection position into the closed position. In the closed position, the first injection-compression-capable filler component 62 is embossed in the first cavity 60 to form a bipolar plate 20 with a channel structure and cured S5. After the bipolar plate 20 has cured, the first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 are moved relative to one another from the closed position into the starting position in order to open the injection-compression device 10 S6. In the open position of the injection-compression molding device 10, the bipolar plate 20 is folded S7 from the first cavity 60 into the second cavity 70. The first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 are then moved relative to one another from the starting position into the injection position S8. In the injection position, in the ninth step S9, the second injection-compression moldable filler component 72, in particular the liquid silicone rubber, is injected into the second cavity 70. Subsequently, in the tenth step S10, the first injection-compression molded part 40 and the second injection-compression molded part 50 are moved relative to one another from the injection position into the closed position. In the closed position, the second injection-compression moldable filler component 72 is materially cross-linked S11 in the second cavity 70 to form a circumferential, seamless and adhesive seal 30 around the bipolar plate 20.

Anschließend werden das erste Spritzprägeformteil 40 und das zweite Spritzprägeformteil 50 aus der Schließstellung in die Ausgangsstellung relativ zueinander bewegt, um die Spritzprägevorrichtung 10 zu öffnen S12. Im letzten Schritt S13 wird die Bipolarplatte 20 mit der umlaufenden, nahtlosen und haftenden Dichtung 30 aus der zweiten Kavität 70 entnommen.Subsequently, the first injection-compression mold part 40 and the second injection-compression mold part 50 are moved relative to each other from the closed position to the starting position in order to open the injection-compression device 10 S12. In the final step S13, the bipolar plate 20 with the circumferential, seamless, and adhesive seal 30 is removed from the second cavity 70.

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Claims (12)

Spritzprägevorrichtung (10) zur Herstellung einer Bipolarplatte (20) und einer um die Bipolarplatte (20) umlaufenden Dichtung (30), die Spritzvorrichtung (10) aufweisend ein erstes Spritzprägeformteil (40) und ein zweites Spritzprägeformteil (50), wobei das erste Spritzprägeformteil (40) und das zweite Spritzprägeformteil (50) relativ zueinander bewegbar sind, wobei das erste Spritzprägeformteil (40) und das zweite Spritzprägeformteil (50) in einer Einspritzstellung der Spritzprägevorrichtung (10) eine erste Kavität (60) zur Herstellung der Bipolarplatte (20) und eine zweite Kavität (70) zur Herstellung der die Bipolarplatte (20) umlaufenden Dichtung (30) bilden.Injection-compression molding device (10) for producing a bipolar plate (20) and a seal (30) surrounding the bipolar plate (20), the injection-compression molding device (10) comprising a first injection-compression molding part (40) and a second injection-compression molding part (50), wherein the first injection-compression molding part (40) and the second injection-compression molding part (50) are movable relative to one another, wherein the first injection-compression molding part (40) and the second injection-compression molding part (50) form, in an injection position of the injection-compression molding device (10), a first cavity (60) for producing the bipolar plate (20) and a second cavity (70) for producing the seal (30) surrounding the bipolar plate (20). Spritzprägevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der ersten Kavität (60) die Form eines dünnen Quaders, insbesondere die Form einer dünnen Platte, aufweist.Injection compression device (10) according to Claim 1 , characterized in that the shape of the first cavity (60) has the shape of a thin cuboid, in particular the shape of a thin plate. Spritzprägevorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der zweiten Kavität (70) derart größer als die Form ersten Kavität (60) ist, dass die Form der zweiten Kavität (70) zumindest die Form der ersten Kavität (60) aufweist und zusätzlich die Form der ersten Kavität (60) um einen umlaufenden Rahmen, insbesondere T-förmigen Rahmen, erweitert.Injection compression device (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the shape of the second cavity (70) is larger than the shape of the first cavity (60) in such a way that the shape of the second cavity (70) has at least the shape of the first cavity (60) and additionally extends the shape of the first cavity (60) by a circumferential frame, in particular a T-shaped frame. Spritzprägevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spritzprägeformteil (40) und das zweite Spritzprägeformteil (50) auf eine Temperatur zwischen 160 °C und 200 °C, insbesondere auf eine Temperatur von 180 °C, beheizbar sind.Injection-compression molding device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first injection-compression mold part (40) and the second injection-compression mold part (50) can be heated to a temperature between 160 °C and 200 °C, in particular to a temperature of 180 °C. Spritzprägevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzprägevorrichtung (10) eine erste Spritzeinheit (61) zum Einspritzen einer ersten spritzprägefähigen Füllkomponente (62) aufweist, wobei die erste Spritzeinheit (61) über wenigstens einen ersten Einspritzkanal (63) mit der ersten Kavität (60) verbunden ist.Injection-compression device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the injection-compression device (10) has a first injection unit (61) for injecting a first injection-compression-capable filling component (62), wherein the first injection unit (61) is connected to the first cavity (60) via at least one first injection channel (63). Spritzprägevorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spritzeinheit (61) ausgebildet ist als erste spritzprägefähige Füllkomponente (62) einen Bulk-Molding-Compound-Kunststoff, insbesondere einen Langglasfaser und/oder einen Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoff, einzuspritzen.Injection compression device (10) according to Claim 5 , characterized in that the first injection unit (61) is designed to inject a bulk molding compound plastic, in particular a long glass fiber and/or a carbon fiber reinforced plastic, as the first injection-compression filler component (62). Spritzprägevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzprägevorrichtung (10) eine zweite Spritzeinheit (71) zum Einspritzen einer zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente (72) aufweist, wobei die zweite Spritzeinheit (71) über wenigstens einen zweiten Einspritzkanal (73) mit der zweiten umlaufenden Kavität (70) verbunden ist.Injection-compression device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the injection-compression device (10) has a second injection unit (71) for injecting a second injection-compression-capable filling component (72), wherein the second injection unit (71) is connected to the second circumferential cavity (70) via at least one second injection channel (73). Spritzprägevorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spritzeinheit (71) ausgebildet ist als zweite spritzprägefähige Füllkomponente (72) einen Liquid-Silicon-Rubber-Kunststoff, insbesondere einen Elastosil-Kunststoff und/oder einen Silopren-Kunststoff, einzuspritzen.Injection compression device (10) according to Claim 7 , characterized in that the second injection unit (71) is designed to inject a liquid silicone rubber plastic, in particular an Elastosil plastic and/or a Silopren plastic, as a second injection-compression-capable filling component (72). Spritzprägevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spritzprägeformteil (40) erste Tauchflächen (64, 65) und das zweite Spritzprägeformteil (50) zweite Tauchflächen (74, 65) aufweisen, wobei die ersten Tauchflächen (64, 65) und die zweiten Tauchflächen (74, 75) relativ zueinander parallel und/oder einander unmittelbar berührend verschiebbar sind.Injection-compression device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first injection-compression mold part (40) has first dipping surfaces (64, 65) and the second injection-compression mold part (50) has second dipping surfaces (74, 65), wherein the first dipping surfaces (64, 65) and the second dipping surfaces (74, 75) are displaceable relative to one another parallel to one another and/or in direct contact with one another. Spritzprägevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (66) des ersten Spritzprägeformteils (40) und/oder die Innenfläche (76) des zweiten Spritzprägeformteils (50) zur Prägung einer Feinstruktur, insbesondere einer Kanalstruktur, zumindest bereichsweise konturiert sind.Injection-compression molding device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner surface (66) of the first injection-compression molded part (40) and/or the inner surface (76) of the second injection-compression molded part (50) are contoured at least in regions for embossing a fine structure, in particular a channel structure. Spritzprägevorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturierung durch Vertiefungen und/oder Vorsprüngen gebildet ist.Injection compression device (10) according to Claim 10 , characterized in that the contouring is formed by depressions and/or projections. Spritzprägeverfahren (100) zur Herstellung einer Bipolarplatte (20) und einer um die Bipolarplatte (20) umlaufenden Dichtung (30) mittels einer Spritzprägevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Spritzprägeverfahren (100) die Schritte umfasst: - Relative Bewegung (S1) des ersten Spritzprägeformteils (40) und des zweiten Spritzprägeformteils (50) zueinander aus einer Ausgangsstellung in eine Einspritzstellung der Spritzprägevorrichtung (10), sodass das erste Spritzprägeformteil (40) und das zweite Spritzprägeformteil (50) eine erste Kavität (60) zur Herstellung der Bipolarplatte (20) und eine zweite Kavität (70) zur Herstellung der die Bipolarplatte (20) umlaufenden Dichtung (30) bilden, - Aufheizen (S2) des ersten Spritzprägeformteils (40) und des zweiten Spritzprägeformteils (50) auf eine Temperatur zwischen 160 °C und 200 °C, insbesondere auf eine Temperatur von 180 °C, - Einspritzen (S3) der ersten spritzprägefähigen Füllkomponente (62), insbesondere des Bulk-Molding-Compound-Kunststoffs, in die erste Kavität (60), - Relative Bewegung (S4) des ersten Spritzprägeformteils (40) und des zweiten Spritzprägeformteils (50) zueinander aus der Einspritzstellung in eine Schließstellung der Spritzprägevorrichtung (10), - Prägen (S5) und Aushärten der ersten spritzprägefähigen Füllkomponente (62) in der ersten Kavität (60) zu einer Bipolarplatte (20) mit einer Kanalstruktur, - Relative Bewegung (S6) des ersten Spritzprägeformteils (40) und des zweiten Spritzprägeformteils (50) gegeneinander aus der Schließstellung in die Ausgangsstellung, - Umlegen (S7) der ausgehärteten Bipolarplatte (20) aus der ersten Kavität (60) in die zweite Kavität (70), - Relative Bewegung (S8) des ersten Spritzprägeformteils (40) und des zweiten Spritzprägeformteils (50) zueinander aus der Ausgangsstellung in die Einspritzstellung, - Einspritzen (S9) der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente (62), insbesondere des Liquid-Silicon-Rubber-Kunststoffs, in die zweite Kavität (70), - Relative Bewegung (S10) des ersten Spritzprägeformteils (40) und des zweiten Spritzprägeformteils (50) zueinander aus der Einspritzstellung in die Schließstellung, - Stoffschlüssiges Vernetzen der zweiten spritzprägefähigen Füllkomponente (62) in der zweiten Kavität (70) zu einer umlaufenden, nahtlosen und haftenden Dichtung (30) um die Bipolarplatte (20), - Relative Bewegung (S12) des ersten Spritzprägeformteils (40) und des zweiten Spritzprägeformteils (50) gegeneinander aus der Schließstellung in die Ausgangsstellung, und - Entnehmen (13) der Bipolarplatte (20) mit der umlaufenden, nahtlosen und haftenden Dichtung (30) aus der zweiten Kavität (70)Injection-compression molding method (100) for producing a bipolar plate (20) and a seal (30) surrounding the bipolar plate (20) by means of an injection-compression molding device (10) according to one of the Claims 1 until 11 , wherein the injection-compression molding method (100) comprises the steps of: - relative movement (S1) of the first injection-compression molded part (40) and the second injection-compression molded part (50) to one another from a starting position into an injection position of the injection-compression device (10), so that the first injection-compression molded part (40) and the second injection-compression molded part (50) form a first cavity (60) for producing the bipolar plate (20) and a second cavity (70) for producing the seal (30) surrounding the bipolar plate (20), - heating (S2) of the first injection-compression molded part (40) and the second injection-compression molded part (50) to a temperature between 160 °C and 200 °C, in particular to a temperature of 180 °C, - injecting (S3) the first injection-compression-capable filling component (62), in particular the Bulk molding compound plastic, into the first cavity (60), - Relative movement (S4) of the first injection molding molded part (40) and the second injection-compression molded part (50) relative to one another from the injection position into a closed position of the injection-compression device (10), - embossing (S5) and curing of the first injection-compression-capable filler component (62) in the first cavity (60) to form a bipolar plate (20) with a channel structure, - relative movement (S6) of the first injection-compression molded part (40) and the second injection-compression molded part (50) relative to one another from the closed position into the starting position, - folding (S7) of the cured bipolar plate (20) from the first cavity (60) into the second cavity (70), - relative movement (S8) of the first injection-compression molded part (40) and the second injection-compression molded part (50) relative to one another from the starting position into the injection position, - injecting (S9) the second injection-compression-capable filler component (62), in particular the Liquid silicone rubber plastic, into the second cavity (70), - relative movement (S10) of the first injection-compression molded part (40) and the second injection-compression molded part (50) to one another from the injection position into the closed position, - materially bonding the second injection-compression-capable filler component (62) in the second cavity (70) to form a circumferential, seamless, and adhesive seal (30) around the bipolar plate (20), - relative movement (S12) of the first injection-compression molded part (40) and the second injection-compression molded part (50) to one another from the closed position into the starting position, and - removal (13) of the bipolar plate (20) with the circumferential, seamless, and adhesive seal (30) from the second cavity (70)
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