DE102011083784A1 - Fuel cell e.g. solvently oxides fuel cell, has foot comprising extensive projection for fastening body at carrier element, and circumferential projection spaced from opening surrounding end surface of foot - Google Patents

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Jan Goehler
Birgit Thoben
Alexander Bluthard
Juergen Oberle
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Abstract

The cell (1) has a tubular body (2) i.e. substrate, at which an electrode electrolyte unit (3) is arranged, where the tubular body has a foot (4) for attaching the body at a carrier element and an opening (O) at an end portion (11) of the foot. The foot has an extensive projection (8) for fastening the body at the carrier element. A circumferential projection (5) i.e. rib, is spaced from the opening surrounding an end surface (S) of the foot. The circumferential projection comprises an upper surface (6) and a lower surface (7) that are extended parallel to each other. Independent claims are also included for the following: (1) a fuel cell arrangement (2) a method for manufacturing a fuel cell arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle, eine Brennstoffzellenanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellenanordnung.The invention relates to a fuel cell, a fuel cell assembly and a method for producing a fuel cell assembly.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellenanordnungen können einen Stapel von flächigen Brennstoffzellen, die jeweils mittels einer oder mehrerer auf einem plattenförmigen Trägerelement angeordnete Elektroden-Elektrolyt-Einheiten gebildet sind, oder rohrförmige Brennstoffzellen, die mittels einer oder mehrerer an einem rohrförmig Körper der Brennstoffzelle angeordnete Elektroden-Elektrolyt-Einheiten gebildet sind, aufweisen. Die flächige Brennstoffzelle und die rohrförmige Brennstoffzelle können mehrere Elektroden-Elektrolyt-Einheiten aufweisen, die in Abschnitten, also segmentweise, angeordnet sein. Bei der letzteren Brennstoffzelle wird ein gasförmiger Brennstoff (beispielsweise Wasserstoff) durch einen Innenraum eines rohrförmigen Körpers der Brennstoffzelle zu einer flächig ausgebildeten Anode der Elektroden-Elektrolyt-Einheit zugeführt. Gasförmiger Sauerstoff wird über Umgebungsluft einer flächig ausgebildeten Kathode der Elektroden-Elektrolyt-Einheit zugeführt, die ebenfalls an dem rohrförmigen Körper benachbart zu der flächigen Anode angeordnet ist. An der Kathode wird der Sauerstoff reduziert, und das Brenngas wird an der Anode umgesetzt. Dabei wandern reduzierte Sauerstoffteilchen durch eine Festelektrolytmembran der Elektroden-Elektrolyt-Einheit hindurch, die zwischen den beiden Elektroden der Elektroden-Elektrolyt-Einheit angeordnet ist. Eine Spannung ist folglich zwischen der Kathode und Anode abnehmbar. Die Anordnung der Anode und der Kathode an dem Körper kann vertauscht sein.Fuel cell assemblies may include a stack of planar fuel cells, each formed by one or more electrode-electrolyte assemblies disposed on a plate-like support member, or tubular fuel cells formed by one or more electrode-electrolyte assemblies disposed on a tubular body of the fuel cell , exhibit. The planar fuel cell and the tubular fuel cell may have a plurality of electrode-electrolyte units, which may be arranged in sections, ie in segments. In the latter fuel cell, a gaseous fuel (for example, hydrogen) is supplied through an interior of a tubular body of the fuel cell to a flat-shaped anode of the electrode-electrolyte unit. Gaseous oxygen is supplied via ambient air to a surface-formed cathode of the electrode-electrolyte unit, which is also arranged on the tubular body adjacent to the planar anode. At the cathode, the oxygen is reduced, and the fuel gas is reacted at the anode. In this case, reduced oxygen particles migrate through a solid electrolyte membrane of the electrode-electrolyte unit, which is arranged between the two electrodes of the electrode-electrolyte unit. A voltage is thus removable between the cathode and anode. The arrangement of the anode and the cathode on the body may be reversed.

Eine Brennstoffzelle ist mit einem Trägerelement verbunden. DE 102 35 859 A1 beschreibt eine gasdichte Verbindung zwischen einer Brennstoffzelle und einem Trägerelement.A fuel cell is connected to a carrier element. DE 102 35 859 A1 describes a gas-tight connection between a fuel cell and a carrier element.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffzelle, welche einen rohrförmigen Körper umfasst, an dem zumindest eine Elektroden-Elektrolyt-Einheit angeordnet ist. Dabei weist der rohrförmige Körper einen Fuß zum Befestigen des Körpers an einem flächigen Trägerelement und eine Öffnung an einem Endabschnitt des Fußes auf. Der Fuß weist zumindest einen umfänglichen Vorsprung zum Verbinden des Fußes mit dem Trägerelement auf. Der zumindest eine Vorsprung ist beabstandet von einer die Öffnung umgebenden Stirnfläche des Fußes angeordnet.The subject matter of the present invention is a fuel cell which comprises a tubular body on which at least one electrode-electrolyte unit is arranged. In this case, the tubular body has a foot for attaching the body to a flat support member and an opening at an end portion of the foot. The foot has at least one circumferential projection for connecting the foot to the carrier element. The at least one projection is arranged at a distance from an end face of the foot surrounding the opening.

Unter dem Begriff "Elektroden-Elektrolyt-Einheit" kann eine Anordnung verstanden werden, die eine Kathode und eine benachbart zu der Kathode angeordnete Anode aufweisen kann, zwischen der ein Elektrolyt oder eine Elektrolytmembran vorhanden sein kann.The term "electrode-electrolyte unit" may be understood to mean an arrangement which may comprise a cathode and an anode adjacent to the cathode, between which an electrolyte or an electrolyte membrane may be present.

Unter dem Begriff „Vorsprung des Fußes“ kann eine Erhöhung bezüglich einer Außenfläche des Fußes oder ein Kragen des Fußes verstanden werden. Die Erhöhung kann eine symmetrische oder unsymmetrische Form aufweisen. The term "protrusion of the foot" may be understood to mean an increase in an outer surface of the foot or a collar of the foot. The elevation can have a symmetrical or asymmetrical shape.

Unter dem Begriff „rohrförmiger Körper“ kann insbesondere ein länglicher, hohler, insbesondere hohlzylindrischer, Körper verstanden werden, welcher eine im Wesentlichen runde, insbesondere kreisförmige, ellipsenförmige oder ovaloide, oder gegebenenfalls eckige, insbesondere rechteckige, quadratische, achteckige oder vieleckige, also polygone, Grundfläche aufweisen kann.The term "tubular body" may in particular be understood to mean an elongated, hollow, in particular hollow cylindrical, body which has a substantially round, in particular circular, elliptical or ovaloid or optionally angular, in particular rectangular, square, octagonal or polygonal, that is to say polygonal, Base surface may have.

Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle kann der Fuß aufgrund des Vorsprungs eine vergrößerte Oberfläche aufweisen. Der Vorsprung kann einerseits als Montagefläche beim Verbinden des Fußes mit dem flächigen Trägerelement als auch als Dichtfläche dienen. Eine obere und/oder untere Oberfläche des Vorsprungs kann als Verbindungspunkt für die Verbindung mit dem Randabschnitt dienen, der frei zugänglich sein und somit besonders einfach verbindbar sein kann. Dadurch kann eine mechanisch stabile und gasdichte Verbindung zwischen dem Fuß und dem flächigen Trägerelement bewirkt werden. Die beabstandete Anordnung des zumindest einen Vorsprungs von der Stirnfläche des Fußes kann eine zusätzliche Anlagefläche für den Randabschnitt des Trägerelements ermöglichen, die durch den Endabschnitt des Fußes gebildet werden kann.In the fuel cell according to the invention, the foot may have an enlarged surface due to the protrusion. The projection can serve on the one hand as a mounting surface when connecting the foot with the flat support member and as a sealing surface. An upper and / or lower surface of the projection can serve as a connection point for the connection with the edge portion, which can be freely accessible and thus can be particularly easily connectable. Thereby, a mechanically stable and gas-tight connection between the foot and the flat support element can be effected. The spaced apart arrangement of the at least one protrusion from the end face of the foot may allow an additional abutment surface for the edge portion of the support member which may be formed by the end portion of the foot.

Im Rahmen einer Ausführungsform schließt der zumindest eine Vorsprung den Fuß in einer der Stirnfläche entgegengesetzten Richtung gesehen ab. Auf diese Weise kann die Verbindung des Fußes und des Trägerelements besonders stabil und gasdicht ausgebildet werden, da der Vorsprung bei einem Verbinden des Fußes mit dem Trägerelement von außen frei zugänglich sein und die Verbindung optimal hergestellt werden kann. Ferner kann die Anlagefläche für den Randabschnitt, die durch den restlichen Fuß gebildet sein kann, insbesondere im Vergleich zu einer mittigen Anordnung des Vorsprungs entlang der Längserstreckung des Fußes vergrößert sein.In the context of one embodiment, the at least one projection closes the foot in a direction opposite to the end face. In this way, the connection of the foot and the support member can be made particularly stable and gas-tight, since the projection in a connection of the foot with the support member can be freely accessible from the outside and the connection can be made optimal. Furthermore, the contact surface for the edge portion, which may be formed by the remaining foot, in particular in comparison to a central arrangement of the projection along the longitudinal extension of the foot to be increased.

Im Rahmen einer Ausführungsform weist der zumindest eine Vorsprung eine obere und einen untere Oberfläche auf, die sich zueinander parallel und quer zu einer Längserstreckung des Körpers erstrecken. Dies kann einer Verbindung des zumindest einen Vorsprungs mit dem Randabschnitt vereinfachen, da der Vorsprung von allen Seiten aus gleich gut zugänglich sein kann.In one embodiment, the at least one projection has an upper and a lower surface which extend parallel to one another and transversely to a longitudinal extension of the body. This can be a connection of the at least one projection with the edge portion simplify, since the projection can be easily accessible from all sides.

Im Rahmen einer Ausführungsform weisen ein der Stirnfläche abgewandter Endabschnitt des zumindest einen Vorsprungs und/oder ein der Stirnfläche zugewandter Endabschnitt des zumindest einen Vorsprungs eine umfängliche Fase und/oder eine umfängliche Abrundung auf. Unter dem Begriff „Fase“ kann eine abgeschrägte Fläche an einer Elementkante verstanden werden. Die Abrundung kann eine gleichförmige oder sich verändernde Krümmung aufweisen. Auf diese Weise kann die Dichtigkeit der Verbindung der Brennstoffzelle mit dem Trägerelement vergrößert werden, da die gleichmäßige Profilierung des einen oder der beiden Endabschnitte eine einfache Verbindung zwischen einem Randabschnitt des Trägerelements und dem zumindest einen Vorsprung ermöglichen kann. Der Randabschnitt kann sich besonders einfach an der profilierten Oberfläche des Vorsprungs anlegen, da scharfe Kanten des Vorsprungs vermieden werden können. Ferner kann die Oberfläche im Bereich der Fase und/oder die abgerundete Oberfläche des Vorsprungs eine gute Anlagefläche für ein Dichtelement bilden. In one embodiment, an end portion of the at least one projection facing away from the end face and / or an end portion of the at least one projection facing the end face have a circumferential chamfer and / or a circumferential rounding. The term "bevel" can be understood to mean a bevelled surface on an element edge. The rounding may have a uniform or varying curvature. In this way, the tightness of the connection of the fuel cell can be increased with the carrier element, since the uniform profiling of the one or both end portions can allow a simple connection between an edge portion of the support member and the at least one projection. The edge portion is particularly easy to create the profiled surface of the projection, as sharp edges of the projection can be avoided. Furthermore, the surface in the region of the chamfer and / or the rounded surface of the projection can form a good contact surface for a sealing element.

Im Rahmen einer Ausführungsform weist der zumindest eine Vorsprung eine umfängliche Einbuchtung auf, die insbesondere konkav gekrümmt sein und/oder in eine Außenfläche des Vorsprungs eingebracht sein kann, die quer zur oberen und/oder unteren Oberfläche des Vorsprungs verlaufen kann. Dies kann eine mechanisch besonders stabile, gasdichte und konstruktiv einfache Verbindung zwischen dem Fuß und dem Trägerelement ermöglichen, da Material des Trägerelements formschlüssig in die umfängliche Einbuchtung eingreifen kann. In one embodiment, the at least one protrusion has a circumferential indentation, which in particular can be concavely curved and / or can be introduced into an outer surface of the protrusion that can run transversely to the upper and / or lower surface of the protrusion. This can enable a mechanically particularly stable, gas-tight and structurally simple connection between the foot and the carrier element, since the material of the carrier element can engage positively in the circumferential recess.

Im Rahmen einer Ausführungsform ist der zumindest eine Vorsprung vollumfänglich ausgebildet, wobei insbesondere zumindest ein Element aus der Gruppe bestehend aus der Fase, der Abrundung und der Einbuchtung vollumfänglich ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine besonders stabile und gasdichte Verbindung zwischen dem Trägerelement und dem Fuß bewirkt werden, da der Fuß vollumfänglich gehalten und vollumfänglich mit dem Trägerelement verbindbar sein kann.In the context of one embodiment, the at least one projection is fully formed, wherein in particular at least one element from the group consisting of the chamfer, the rounding and the indentation is fully formed. In this way, a particularly stable and gas-tight connection between the support member and the foot can be effected, since the foot can be fully held and fully connectable to the support member.

Insbesondere kann der zumindest eine Vorsprung als Rippe ausgebildet seinIn particular, the at least one projection may be formed as a rib

Der Fuß kann insbesondere zumindest einen weiteren Vorsprung aufweisen, der gemäß zumindest einer der oben beschriebenen Ausführungsformen des zumindest einen Vorsprungs ausgebildet und/oder angeordnet sein kann. Der Fuß kann insbesondere eine Vielzahl von weiteren Vorsprüngen aufweisen, wobei zumindest ein Vorsprung oder alle Vorsprünge der Vielzahl von weiteren Vorsprüngen gemäß zumindest einer der oben beschriebenen Ausführungsformen des zumindest einen Vorsprungs ausgebildet und/oder angeordnet sein kann. Die Vorsprünge können insbesondere voneinander beanstandet angeordnet sein, so dass ein Spalt zwischen den Vorsprüngen gebildet sein kann. Dies kann ermöglichen, dass das Material des Randabschnitts in den Spalt einfließen und formschlüssig eingreifen kann, so dass eine besonderes stabile Verpressung des Randabschnitts und des Fußes bewirkt werden kann. The foot may in particular have at least one further projection, which may be formed and / or arranged according to at least one of the above-described embodiments of the at least one projection. In particular, the foot may have a plurality of further projections, wherein at least one projection or all projections of the plurality of further projections may be formed and / or arranged according to at least one of the above-described embodiments of the at least one projection. The projections may in particular be arranged spaced apart from each other, so that a gap between the projections may be formed. This can allow the material of the edge section to flow into the gap and to engage in a form-fitting manner, so that a particularly stable compression of the edge section and the foot can be effected.

Der Fuß kann ein hochtemperaturfestes Keramik-Material (insbesondere Aluminiumoxid, beispielsweise Al2O3) aufweisen oder aus einem solchen Material ausgebildet sein. Der Fuß und der restliche Körper können einstückig ausgebildet sein. Alternativ kann der zumindest eine Vorsprung und/oder der Fuß ein anderes hochtemperaturfestes Material als der restliche Körper aufweisen. Das hochtemperaturfeste Material kann insbesondere einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle bis etwa 900°C standhalten.The foot may have a high-temperature-resistant ceramic material (in particular aluminum oxide, for example Al 2 O 3) or may be formed from such a material. The foot and the rest of the body may be integrally formed. Alternatively, the at least one projection and / or the foot may comprise a different high temperature resistant material than the rest of the body. The high-temperature-resistant material can withstand in particular an operating temperature of the fuel cell up to about 900 ° C.

Der Fuß kann rohrförmig, insbesondere röhrenförmig, mit einem runden, insbesondere kreisförmigen, ovaloid oder ellipsenförmigen, oder eckigen, insbesondere rechteckigen, quadratischen, achteckigen oder vieleckigen, also polygonen, Querschnitt ausgebildet sein.The foot may be tubular, in particular tubular, with a round, in particular circular, ovaloid or elliptical or angular, in particular rectangular, square, octagonal or polygonal, so polygonal, cross-section may be formed.

Die zumindest eine Elektroden-Elektroden-Einheit kann sich insbesondere entlang einer Längserstreckung des rohrförmigen Körpers erstrecken, wobei eine erste Elektrode der Elektroden-Elektrolyt-Einheit an einer Innenseite des rohrförmigen Körpers und eine zweite Elektrode der Elektroden-Elektrolyt-Einheit an einer Außenseite des rohrförmigen Körpers angeordnet sein können. In einer Wand des Körpers kann eine Elektrolytmembran oder -schicht angeordnet sein.In particular, the at least one electrode-electrode assembly may extend along a longitudinal extent of the tubular body, wherein a first electrode of the electrode-electrolyte unit is on an inner side of the tubular body and a second electrode of the electrode-electrolyte unit is on an outer side of the tubular body Body can be arranged. An electrolyte membrane or layer may be arranged in a wall of the body.

Die zumindest eine Brennstoffzelle kann insbesondere als Fest-Oxid-Brennstoffzelle (Engl. „solid oxide fuel cell“, SOFC) ausgebildet sein.The at least one fuel cell can in particular be designed as a solid oxide fuel cell (Engl. "Solid oxide fuel cell", SOFC).

Der rohrförmige Körper kann insbesondere einseitig geschlossen oder beidseitig offen ausgebildet sein. Insbesondere kann ein dem Fuß abgewandter Endabschnitt des Körpers nach außen hin entweder geschlossen oder offen ausgebildet sein. Insbesondere kann ein Endabschnitt des Körpers, der den Fuß aufweisen kann, offen ausgebildet sein.The tubular body may in particular be closed on one side or open on both sides. In particular, an end portion of the body facing away from the foot can either be closed or open towards the outside. In particular, an end portion of the body, which may comprise the foot, may be open.

Insbesondere kann der rohrförmige Körper als Substrat ausgebildet sein, an dem die Elektroden der Elektroden-Elektrolyt-Einheiten beispielsweise mittels Laminierens angeordnet und/oder in dem die Elektrolytmembran angeordnet sein können. In particular, the tubular body can be formed as a substrate on which the electrodes of the electrode-electrolyte units can be arranged, for example by means of lamination, and / or in which the electrolyte membrane can be arranged.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung, dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellenanordnung und der Figurenbeschreibung verwiesen. With regard to further advantages and features of the fuel cell according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the fuel cell arrangement according to the invention, the method according to the invention for producing a fuel cell arrangement and the description of the figures.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffzellenanordnung, aufweisend zumindest eine Brennstoffzelle, die oben beschrieben ist, und ein Trägerelement, das zumindest eine durchgehende Öffnung aufweist, wobei ein Fuß eines rohrförmigen Körpers der zumindest einen Brennstoffzelle zumindest teilweise in der zumindest einen Öffnung angeordnet ist, wobei zumindest ein Vorsprung des Fußes mit einem Randabschnitt des Trägerelements, der benachbart zu der zumindest einen durchgehenden Öffnung angeordnet ist, verbunden ist.Another object of the present invention is a fuel cell assembly, comprising at least one fuel cell, which is described above, and a support member having at least one through hole, wherein a foot of a tubular body of the at least one fuel cell is at least partially disposed in the at least one opening wherein at least one projection of the foot is connected to an edge portion of the support member disposed adjacent to the at least one through-going opening.

Für Wirkungen und Vorteile der Brennstoffzellenanordnung wird auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der Brennstoffzelle verwiesen. Da der Fuß durch die zumindest eine Öffnung gesteckt sein kann, kann der Fuß ferner sicher durch das Trägerelement gehalten sein, so dass die mechanische Stabilität des Fußes bezüglich des Trägerelements erhöht sein kann. For effects and advantages of the fuel cell assembly, reference is made to the explanations in connection with the fuel cell. Further, since the foot may be inserted through the at least one opening, the foot may be securely held by the support member so that the mechanical stability of the foot with respect to the support member may be increased.

Es kann insbesondere eine zusätzliche Glasdichtung zum Abdichten einer Verbindungsstelle zwischen dem Fuß und dem Trägerelement, wie sie üblicherweise verwendet werden kann, vermieden werden. Dadurch kann die Brennstoffzellenanordnung besonders kostengünstig und einfach hergestellt werden. Ferner kann eine Lebensdauer der Brennstoffzellenanordnung insbesondere im Vergleich zu einer Brennstoffzellenanordnung mit der Glasdichtung hoch sein, da ein Verschleiß der üblicherweise verwendeten Glasdichtung vermieden werden kann. In particular, an additional glass seal may be avoided for sealing a joint between the foot and the support member as may be commonly used. As a result, the fuel cell assembly can be produced particularly inexpensively and easily. Furthermore, a service life of the fuel cell arrangement can be high, in particular in comparison to a fuel cell arrangement with the glass seal, since wear of the glass seal commonly used can be avoided.

Insbesondere kann sich der Fuß zumindest teilweise durch die zumindest eine Öffnung erstrecken, so dass der Fuß in dem Trägerelement stabil angeordnet sein kann.In particular, the foot may at least partially extend through the at least one opening, so that the foot can be stably arranged in the carrier element.

Im Rahmen einer Ausführungsform sind das Trägerelement (oder Abschnitte des Trägerelements benachbart zu dem Randabschnitt) und der zumindest eine Vorsprung in Richtung durch die zumindest eine Öffnung gesehen zueinander versetzt angeordnet, wobei der Randabschnitt des Trägerelements und der zumindest eine Vorsprung miteinander verpresst sind. Folglich kann der zumindest eine Vorsprung des Fußes benachbart zu dem Trägerelement in der zumindest einen Öffnung angeordnet sein, die aufgrund eines Verbiegens des Randabschnitts aus einer Richtung einer Längserstreckung des Trägerelements heraus verlängert sein kann. Dies kann eine verbesserte Stabilisierung des Fußes bewirken. Material des Randabschnitts des Trägerelements kann formschlüssig um den Vorsprung des Fußes und optional um den restlichen Fuß herum gebogen sein. Auf diese Weise kann eine besonders stabile und gasdichte Verbindung zwischen dem Fuß und dem Trägerelement bewirkt werden. In one embodiment, the carrier element (or portions of the carrier element adjacent to the edge portion) and the at least one projection in the direction through the at least one opening seen offset from each other, wherein the edge portion of the support member and the at least one projection are pressed together. Thus, the at least one protrusion of the foot adjacent to the support member may be disposed in the at least one opening, which may be elongated due to bending of the edge portion from a direction of a longitudinal extent of the support member. This can cause improved stabilization of the foot. Material of the edge portion of the support member may be positively bent around the projection of the foot and optionally around the remaining foot around. In this way, a particularly stable and gas-tight connection between the foot and the support element can be effected.

Der zumindest eine Vorsprung und der Körper können auf einer gemeinsamen Seite des Trägerelements oder auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerelements angeordnet sein.The at least one projection and the body may be arranged on a common side of the carrier element or on opposite sides of the carrier element.

Im Rahmen einer Ausführungsform weist die Brennstoffzellenanordnung ferner zumindest ein Hülsenelement auf, in dem der zumindest eine Vorsprung aufgenommen ist, wobei eine Außenfläche des zumindest einen Hülsenelements und der Randabschnitt des Trägerelements (insbesondere in Umfangsrichtung des Hülsenelements und/oder in Längsrichtung des Hülsenelements gesehen) zumindest teilweise (oder vollständig) miteinander verschweißt sind. Auf diese Weise wird besonders einfach eine mechanisch stabile und gasdichte Verbindung zwischen dem Trägerelement und der Brennstoffzelle bewirkt. In one embodiment, the fuel cell assembly further comprises at least one sleeve member in which the at least one projection is received, wherein an outer surface of the at least one sleeve member and the edge portion of the support member (in particular in the circumferential direction of the sleeve member and / or viewed in the longitudinal direction of the sleeve member) at least partially (or completely) welded together. In this way, a mechanically stable and gas-tight connection between the carrier element and the fuel cell is effected particularly easily.

Die Brennstoffzellenanordnung kann ferner zumindest ein weiteres Hülsenelement oder eine Vielzahl von weiteren Hülsenelementen aufweisen, in dem zumindest ein weiterer Vorsprung beziehungsweise weitere Vorsprünge aufgenommen sein kann beziehungsweise können, wobei eine Außenfläche des weiteren Hülsenelements oder Außenflächen der weiteren Hülsenelemente und der Randabschnitt des Trägerelements zumindest teilweise (oder vollständig) miteinander verschweißt sein können. Beispielsweise können die Hülsenelemente jeweils einen oder mehrere unterschiedliche Vorsprünge des Fußes umschließen und in Längsrichtung des Fußes gesehen zueinander versetzt angeordnet sein. Dadurch können sich die Hülsenelemente in der Längsrichtung des Fußes gesehen aneinander anschließen und beispielsweise zusätzlich berühren.The fuel cell assembly may further include at least one further sleeve member or a plurality of further sleeve members in which at least one further projection or further projections may be received, wherein an outer surface of the further sleeve member or outer surfaces of the further sleeve members and the edge portion of the support member at least partially or completely) can be welded together. For example, the sleeve members may each enclose one or more different projections of the foot and be arranged offset to one another in the longitudinal direction of the foot. As a result, the sleeve elements can be seen in the longitudinal direction of the foot join each other and, for example, additionally touch.

Das Hülsenelement oder die Hülsenelemente können eine Nickel-basierte Legierung, beispielsweise Inconel®, und/oder hochtemperaturfesten Stahl aufweisen oder aus einem solchen Material ausgebildet sein. Das Material des Hülsenelements oder der Hülsenelemente kann insbesondere einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle bis etwa 900°C standhalten.The sleeve member or sleeve elements may include a nickel-based alloy, such as Inconel ®, and / or high temperature-resistant steel have or be made of such a material. The material of the sleeve element or the sleeve elements can in particular withstand an operating temperature of the fuel cell up to about 900 ° C.

Im Rahmen einer Ausführungsform weist die Brennstoffzellenanordnung ferner zumindest ein Dichtelement auf, das zwischen einer Außenfläche des zumindest einen Vorsprungs und dem Randabschnitt des Trägerelements, insbesondere zwischen der Außenfläche des zumindest einen Vorsprungs und dem zumindest einen Hülsenelement angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Dichtigkeit der Brennstoffzellenanordnung im Bereich der Verbindung des Fußes der Brennstoffzelle und dem Trägerelement erhöht werden. Das Dichtelement kann insbesondere als Dichtring ausgebildet sein. Das Dichtelement kann ein hochtemperaturfestes Dichtmaterial, beispielsweise KLINGERmilam PSS aufweisen oder aus einem solchen Material ausgebildet sein. Das Dichtmaterial kann insbesondere in Abhängigkeit einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle wählbar sein und/oder einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle bis ca. 900°C standhalten.In one embodiment, the fuel cell assembly further comprises at least one sealing element between an outer surface of the at least one projection and the edge portion of the support member, in particular between the outer surface of the at least one projection and the at least one sleeve element is arranged. In this way, the tightness of the fuel cell assembly in the region of the connection of the foot of the fuel cell and the carrier element can be increased. The sealing element may be formed in particular as a sealing ring. The sealing element may have a high-temperature-resistant sealing material, for example KLINGERmilam PSS, or may be formed from such a material. The sealing material may in particular be selectable as a function of an operating temperature of the fuel cell and / or withstand an operating temperature of the fuel cell up to approximately 900 ° C.

Die Brennstoffzellenanordnung kann eine Vielzahl von Dichtelementen aufweisen, die zwischen einer Außenfläche des zumindest einen Vorsprungs oder weiteren Vorsprüngen, insbesondere zwischen der Außenfläche des zumindest einen Vorsprungs oder der weiteren Vorsprünge und dem zumindest einen Hülsenelement oder den weiteren Hülsenelementen angeordnet sein können.The fuel cell assembly may include a plurality of sealing members that may be disposed between an outer surface of the at least one protrusion or further protrusions, in particular between the outer surface of the at least one protrusion or the further protrusions and the at least one sleeve member or the further sleeve members.

Alternativ zu dem Vorsehen des zumindest einen Dichtelements kann das Hülsenelement den Vorsprung formschlüssig umschließen, so dass die Verbindung gasdicht und mechanisch stabil sein kann. As an alternative to providing the at least one sealing element, the sleeve element can surround the projection in a form-fitting manner, so that the connection can be gas-tight and mechanically stable.

Ein Querschnitt der zumindest einen Öffnung des Fußes kann an einen Querschnitt des Fußes der Brennstoffzelle und/oder des Hülsenelements angepasst und/oder beispielsweise rund, insbesondere kreisförmig, ellipsenförmig oder ovaloid, oder eckig, insbesondere rechteckig, quadratisch, achteckig oder vieleckig, also polygon, ausgebildet sein.A cross section of the at least one opening of the foot can be adapted to a cross section of the foot of the fuel cell and / or of the sleeve element and / or, for example, round, in particular circular, elliptical or ovaloid, or angular, in particular rectangular, square, octagonal or polygonal, ie polygonal, be educated.

Eine Wandstärke des rohrförmigen Körpers und/oder des Fußes kann höchstens (≤) etwa 10 Millimeter, insbesondere höchstens (≤) etwa 9 Millimeter, insbesondere höchstens (≤) etwa 8 Millimeter betragen. Beispielsweise kann die Wandstärke etwa 5 Millimeter betragen. A wall thickness of the tubular body and / or the foot may be at most (≤) about 10 millimeters, in particular at most (≤) about 9 millimeters, in particular at most (≤) about 8 millimeters. For example, the wall thickness may be about 5 millimeters.

Eine Wandstärke des rohrförmigen Körpers und/oder des Fußes kann zumindest (≥) etwa 0,5 Millimeter, insbesondere zumindest (≥) etwa 1 Millimeter, insbesondere zumindest (≥) etwa 1, 5 Millimeter betragen. Beispielsweise kann die Wandstärke etwa 2 Millimeter betragen.A wall thickness of the tubular body and / or the foot can be at least (≥) about 0.5 millimeters, in particular at least (≥) about 1 millimeter, in particular at least (≥) about 1.5 millimeters. For example, the wall thickness can be about 2 millimeters.

Das Trägerelement kann insbesondere eine Nickel-Legierung, beispielsweise Inconel®, und/oder hochtemperaturfesten Stahl aufweisen oder aus einem solchen Material ausgebildet sein. Das Material des Trägerelements kann insbesondere einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle bis etwa 900°C standhalten. The support member may, in particular a nickel alloy such as Inconel ®, and / or high temperature-resistant steel have or be made of such a material. The material of the carrier element can in particular withstand an operating temperature of the fuel cell up to about 900 ° C.

Das Trägerelement kann insbesondere als flächiges Trägerelement und/oder plattenförmig ausgebildet sein.The carrier element may in particular be designed as a flat carrier element and / or plate-shaped.

Die Brennstoffzellenanordnung kann ein Trägerelement mit einer Vielzahl von Öffnungen und eine Vielzahl von Brennstoffzellen aufweisen, die gemäß zumindest einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet und/oder angeordnet sein können. Füße von Brennstoffzellen der Vielzahl von Brennstoffzellen können sich durch jeweils unterschiedliche Öffnungen der Vielzahl von Öffnungen hindurch erstrecken und jeweils zumindest ein Vorsprung aufweisen, der mit einem Randabschnitt des Trägerelements, der benachbart zu der entsprechenden Öffnung angeordnet sein kann, verbunden sein kann.The fuel cell assembly may include a support member having a plurality of openings and a plurality of fuel cells that may be configured and / or arranged according to at least one of the embodiments described above. Feet of fuel cells of the plurality of fuel cells may extend through respective different openings of the plurality of openings and each having at least one projection which may be connected to an edge portion of the support member which may be disposed adjacent to the corresponding opening.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, dem Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellenanordnung und der Figurenbeschreibung verwiesen. With regard to further advantages and features of the fuel cell arrangement according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the fuel cell according to the invention, the method for producing a fuel cell arrangement and the description of the figures.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellenanordnung, wobei die Brennstoffzellenanordnung zumindest eine Brennstoffzelle, die oben beschrieben ist, und ein Trägerelement aufweist, das zumindest eine durchgehende Öffnung aufweist, wobei das Verfahren Bereitstellen des Trägerelements, Bereitstellen der zumindest einen Brennstoffzelle, Zumindest teilweises Anordnen eines Fußes eines rohrförmigen Körpers der zumindest einen Brennstoffzelle in der zumindest einen Öffnung, und Verbinden zumindest eines Vorsprung des Fußes mit einem Randabschnitt des Trägerelements aufweist, der benachbart zu der zumindest einen Öffnung angeordnet ist.Another object of the present invention is a method for producing a fuel cell assembly, wherein the fuel cell assembly comprises at least one fuel cell described above, and a support member having at least one through hole, the method providing the support member, providing the at least one fuel cell At least partially disposing a leg of a tubular body of the at least one fuel cell in the at least one opening, and connecting at least one projection of the foot to a peripheral portion of the support member disposed adjacent the at least one opening.

Für Wirkungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die erfindungsgemäße Brennstoffzelle und die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung verwiesen. For effects and advantages of the method according to the invention, reference is made to the fuel cell according to the invention and the fuel cell arrangement according to the invention.

Ferner kann das Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellenanordnung besonders einfach und mit wenigen Prozessschritten ausgeführt werden, da die zu bildende Brennstoffzellenanordnung wenige Elemente aufweisen kann.Furthermore, the method for producing a fuel cell arrangement can be carried out particularly simply and with few process steps, since the fuel cell arrangement to be formed can have few elements.

Das Bereitstellen des Trägerelements mit zumindest einer durchgehenden Öffnung kann Einbringen der zumindest einen Öffnung beispielsweise mittels Stanzens oder Stechens in das Trägerelement aufweisen. Bei einem (Durch-)Stechen des Trägerelements kann ein Randabschnitt des Trägerelements, der benachbart zu der zumindest einen Öffnung angeordnet sein kann, während des Stechvorgangs von der zumindest einen Öffnung weg gebogen werden, so dass die Brennstoffzelle besonders einfach durch die zumindest eine Öffnung geführt werden kann. The provision of the carrier element with at least one through-opening may comprise introducing the at least one opening into the carrier element, for example by means of punching or piercing. In a (piercing) piercing of the carrier element, an edge portion of the carrier element adjacent to the at least one Can be arranged opening, are bent away from the at least one opening during the lancing process, so that the fuel cell can be easily guided through the at least one opening.

Zumindest ein (mittlerer) Abschnitt des Randabschnitts, der benachbart zu dem zumindest einen Vorsprung angeordnet sein kann, kann thermisch geschrumpft werden, um ein Anpressen des Randschnitts an eine obere und/oder untere Oberfläche des zumindest einen Vorsprungs zu verbessern. Dies kann nach einem formschlüssigen Verpressen des zumindest einen Randabschnitts mit dem Vorsprung erfolgen. Insbesondere kann der (mittlere) Abschnitt des Randabschnitts schnell abgeschreckt werden, so dass sich ein Material des (mittleren) Abschnitts des Randabschnitts zusammenziehen und sich zumindest eine Längenerstreckung, insbesondere ein Volumen, des Randabschnitts dauerhaft verringern kann.At least one (middle) portion of the edge portion, which may be disposed adjacent to the at least one protrusion, may be thermally shrunk to enhance pressing of the edgecut to an upper and / or lower surface of the at least one protrusion. This can be done after a positive pressing of the at least one edge portion with the projection. In particular, the (middle) section of the edge section can be rapidly quenched so that a material of the (middle) section of the edge section contract and at least one longitudinal extension, in particular a volume, of the edge section can be permanently reduced.

Zusätzlich oder alternativ kann auch ein mittlerer Abschnitt des zumindest einen Hülsenelements oder der Hülsenelemente thermisch geschrumpft werden, um ein Anpressen des Hülsenelements oder der Hülsenelemente an eine obere und/oder untere Oberfläche des zumindest einen Vorsprungs zu verbessern.Additionally or alternatively, a central portion of the at least one sleeve member or the sleeve members may be thermally shrunk to improve pressing of the sleeve member or the sleeve members to an upper and / or lower surface of the at least one projection.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung und der Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further advantages and features of the method according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the fuel cell according to the invention, the fuel cell arrangement according to the invention and the description of the figures.

Zeichnungen und BeispieleDrawings and examples

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it

1 bis 5 schematische Querschnittansichten einer Brennstoffzelle gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung; 1 to 5 schematic cross-sectional views of a fuel cell according to embodiments of the invention;

6 und 7 Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Brennstoffzellenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 6 and 7 Steps of a method for manufacturing a fuel cell assembly according to an embodiment of the invention; and

8 Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Brennstoffzellenanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. 8th Steps of a method for producing a fuel cell assembly according to another embodiment of the invention.

1 zeigt eine Hochtemperatur-Festoxid-Brennstoffzelle 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Brennstoffzelle 1 weist einen dünnwandigen, etwa 5 Millimeter dicken rohrförmigen Körper 2 auf, an dem zumindest eine Elektroden-Elektrolyt-Einheit 3 angeordnet ist. Die Brennstoffzelle 1 weist ferner einen dünnwandigen, etwa 5 Millimeter dicken rohrförmigen Fuß 4 zum Befestigen des Körpers 2 mit einem flächigen Trägerelement auf. Ein Material des Fußes 4 ist Aluminiumdioxid(Al2O3)-Keramik. Das flächige Trägerelement ist aus einer Nickel-basierten Legierung, beispielsweise Inconel®, gebildet. 1 shows a high temperature solid oxide fuel cell 1 according to a first embodiment of the invention. The fuel cell 1 has a thin-walled, about 5 millimeters thick tubular body 2 on, at least one electrode-electrolyte unit 3 is arranged. The fuel cell 1 also has a thin-walled, about 5 millimeters thick tubular foot 4 for fixing the body 2 with a flat carrier element. A material of the foot 4 is aluminum dioxide (Al2O3) ceramic. The sheet support member is formed from a nickel-based alloy, such as Inconel ®.

Der Fuß 4 weist einen in Längsrichtung des Fußes 4 gesehen vollumfänglich um den Fuß 4 herum verlaufenden Vorsprung 5 auf, der mit einem Randabschnitt des flächigen Trägerelements benachbart zu einer hindurchgehenden Öffnung verbindbar ist. Der Vorsprung 5 ist als Rippe ausgebildet und weist eine obere Oberfläche 6 und eine untere Oberfläche 7 auf, die sich parallel zueinander erstrecken. Eine senkrecht zu der oberen Oberfläche 6 und unteren Oberfläche 7 verlaufende Außenfläche 8 des Vorsprungs 5 erstreckt sich parallel zu einer Außenfläche 9 des restlichen Fuß 4, also der Außenfläche 9 von Abschnitten des Fußes 4, die benachbart zu dem Vorsprung 5 angeordnet sind, und einer Außenfläche 10 des Körpers 2. Die Außenfläche 9 des restlichen Fußes 4 bzw. die Außenfläche 10 des restlichen Körpers 2 erstrecken sich in gemeinsamen Ebenen. Der Vorsprung 5 des Fußes 4 ist beabstandet von einer Stirnfläche S des Fußes 4 angeordnet, die eine Öffnung O des Körpers 2, die an einem Endabschnitt 11 des Fußes 4 angeordnet ist, umgibt. Ferner ist der Vorsprung 5 näher zu der Stirnfläche S als zu einem entgegengesetzten Endabschnitt 12 des Fußes 4, also benachbart zu der Stirnfläche S, angeordnet. In einem verbunden Zustand der Brennstoffzelle 1 mit dem flächigen Trägerelement ist der Vorsprung 5 dem flächigen Trägerelement zugewandt. Der Ausdruck „benachbarte Anordnung des Vorsprungs 5 zu der Stirnfläche des Fußes 4“ kann bedeuten, dass ein Abstand des Vorsprungs 5 zu dem Endabschnitt 11 kleiner als ein Abstand des Vorsprungs 5 zu dem gegenüberliegenden, der Stirnfläche S und der Öffnung O abgewandten Endabschnitt 12 des Fußes 4 angeordnet ist.The foot 4 has one in the longitudinal direction of the foot 4 seen completely around the foot 4 around protrusion 5 which is connectable to an edge portion of the sheet-like support member adjacent to an opening therethrough. The lead 5 is formed as a rib and has an upper surface 6 and a lower surface 7 on, which extend parallel to each other. One perpendicular to the upper surface 6 and lower surface 7 extending outer surface 8th of the projection 5 extends parallel to an outer surface 9 of the remaining foot 4 that is the outer surface 9 of sections of the foot 4 that are adjacent to the projection 5 are arranged, and an outer surface 10 of the body 2 , The outer surface 9 the rest of the foot 4 or the outer surface 10 of the rest of the body 2 extend in common planes. The lead 5 of the foot 4 is spaced from an end face S of the foot 4 arranged, which has an opening O of the body 2 at one end 11 of the foot 4 is arranged, surrounds. Furthermore, the projection 5 closer to the end face S than to an opposite end portion 12 of the foot 4 , ie adjacent to the end face S, arranged. In a connected state of the fuel cell 1 with the planar support element is the projection 5 facing the planar support element. The term "adjacent arrangement of the projection 5 to the face of the foot 4 "Can mean a distance of the ledge 5 to the end section 11 less than a distance of the projection 5 to the opposite, the end face S and the opening O remote from the end portion 12 of the foot 4 is arranged.

Der Vorsprung 5, der restliche Fuß 4 und das Körper 2 weisen jeweils einen kreisförmigen Querschnitt auf.The lead 5 , the rest of the foot 4 and the body 2 each have a circular cross-section.

2 zeigt eine Brennstoffzelle 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Brennstoffzelle 1 ist ähnlich zu der Brennstoffzelle 1 in 1 ausgebildet. Allerdings weist der Fuß 4 anstelle eines Vorsprungs 5 zwei vollumfängliche Vorsprünge 5a, b auf, die in Längsrichtung der Brennstoffzelle 1 gesehen zueinander benachbart angeordnet sind. Der Vorsprung 5a ist benachbart und beabstandet zu einem Endabschnitt 12 des Fußes 4 angeordnet, der der Stirnfläche S abgewandt und einer an dem Körper 2 angeordneten Elektroden-Elektrolyt-Einheit 3 zugewandt ist. Der Vorsprung 5b ist benachbart und beabstandet zu einem Endabschnitt 11 des Fußes 4 angeordnet, der von dem Körper 2 abgewandt und in einem verbundenen Zustand der Brennstoffzelle 1 dem flächigen Trägerelement zugewandt ist. 2 shows a fuel cell 1 according to a second embodiment of the invention. The fuel cell 1 is similar to the fuel cell 1 in 1 educated. However, the foot points 4 instead of a projection 5 two full-length projections 5a , b on, the longitudinal direction of the fuel cell 1 seen adjacent to each other are arranged. The lead 5a is adjacent and spaced to an end portion 12 of the foot 4 arranged facing away from the end face S and one on the body 2 arranged electrode-electrolyte unit 3 is facing. The lead 5b is adjacent and spaced to an end portion 11 of the foot 4 arranged by the body 2 turned away and in a connected state of the fuel cell 1 facing the planar support element.

3 zeigt eine Brennstoffzelle 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Brennstoffzelle 1 ist ähnlich zu der Brennstoffzelle 1 in 1 ausgebildet. Der Vorsprung 5 ist allerdings nicht benachbart zu einem Endabschnitt 11 des Fußes 4 angeordnet, der der Stirnfläche S des Fußes 4 zugewandt ist, sondern schließt den Fuß 4 in Richtung einer Elektroden-Elektrolyt-Einheit 3 am Körper 2 gesehen ab. Ein Endabschnitt 13 des Vorsprungs 5, der der Elektroden-Elektrolyt-Einheit 3 zugewandt ist, bildet folglich den Endabschnitt 12 des Fußes 4 oder mit anderen Worten entspricht der Endabschnitt 13 des Vorsprungs 5 dem Endabschnitt 12 des Fußes 4. Der Endabschnitt 13 des Vorsprungs 5 weist ferner eine vollumfänglich ausgebildete Fase 14 auf, so dass der Endabschnitt 13 des Vorsprungs 5 im Bereich der Fase 14 von einer Außenfläche 10 des restlichen Körpers 2 bis zu einer Außenfläche 8 des Vorsprungs 5 abgeschrägt ist und sich in Richtung zu der Elektroden-Elektrolyt-Einheit 3 hin verjüngt. Eine obere Oberfläche 6 des Vorsprungs 5 im Bereich der Fase 14 ist flach ausgebildet. 3 shows a fuel cell 1 according to a third embodiment of the invention. The fuel cell 1 is similar to the fuel cell 1 in 1 educated. The lead 5 however, is not adjacent to an end portion 11 of the foot 4 arranged, the face S of the foot 4 but it closes the foot 4 towards an electrode-electrolyte unit 3 on the body 2 seen from. An end section 13 of the projection 5 , of the electrode-electrolyte unit 3 thus facing, forms the end portion 12 of the foot 4 or in other words, the end portion corresponds 13 of the projection 5 the end section 12 of the foot 4 , The end section 13 of the projection 5 also has a fully trained bevel 14 on, leaving the end section 13 of the projection 5 in the area of the chamfer 14 from an outer surface 10 of the rest of the body 2 up to an outer surface 8th of the projection 5 is tapered and towards the electrode-electrolyte unit 3 rejuvenated. An upper surface 6 of the projection 5 in the area of the chamfer 14 is flat.

4 zeigt eine Brennstoffzelle 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Brennstoffzelle 1 ist ähnlich zu der Brennstoffzelle 1 in 3 ausgebildet. Allerdings weist der Vorsprung 5 an einem Endabschnitt 15 des Vorsprungs 5, der der Stirnfläche S zugewandt und in einem verbundenen Zustand der Brennstoffzelle 1 einem flächigen Trägerelement zugewandt ist, eine weitere umfängliche Fase 16 auf. Der Endabschnitt 15 des Vorsprungs 5 im Bereich der Fase 16 ist von der Außenfläche 9 des restlichen Fuß 4 zu der Außenfläche 8 des Vorsprungs 5 hin abgeschrägt. Eine untere Oberfläche 7 des Vorsprungs 5 im Bereich der Fase 16 ist flach ausgebildet. Absolutwerte von Neigungswinkeln zwischen der obere Oberfläche 6 des Vorsprungs 5 im Bereich der Fase 14 beziehungsweise einer unteren Oberfläche 7 des Vorsprungs 5 im Bereich der Fase 16 und der Außenfläche 10 des Körpers 2 sind identisch. 4 shows a fuel cell 1 according to a fourth embodiment of the invention. The fuel cell 1 is similar to the fuel cell 1 in 3 educated. However, the lead shows 5 at one end portion 15 of the projection 5 facing the end face S and in a connected state of the fuel cell 1 facing a planar support element, a further circumferential chamfer 16 on. The end section 15 of the projection 5 in the area of the chamfer 16 is from the outside surface 9 of the remaining foot 4 to the outer surface 8th of the projection 5 beveled. A lower surface 7 of the projection 5 in the area of the chamfer 16 is flat. Absolute values of angles of inclination between the upper surface 6 of the projection 5 in the area of the chamfer 14 or a lower surface 7 of the projection 5 in the area of the chamfer 16 and the outer surface 10 of the body 2 are identical.

5 zeigt eine Brennstoffzelle 1 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Brennstoffzelle 1 ist ähnlich zu der Brennstoffzelle 1 in 1 ausgebildet. Allerdings weist der Vorsprung 5 des Fußes 4 eine vollumfängliche Einbuchtung 17 auf, die in einer Außenfläche 8 des Vorsprungs 5 eingebracht ist. Eine Krümmung der Einbuchtung 17 ist konkav und gleichmäßig ausgebildet. Ferner ist der Vorsprung 5 anstelle benachbart zu dem Endabschnitt 11 des Fußes 4 benachbart zu einem Endabschnitt 12 des Fußes 4 angeordnet. 5 shows a fuel cell 1 according to a fifth embodiment of the invention. The fuel cell 1 is similar to the fuel cell 1 in 1 educated. However, the lead shows 5 of the foot 4 a full indentation 17 on that in an outer surface 8th of the projection 5 is introduced. A curvature of the indentation 17 is concave and uniform. Furthermore, the projection 5 instead of adjacent to the end portion 11 of the foot 4 adjacent to an end portion 12 of the foot 4 arranged.

Bei einem in 6 und 7 dargestellten Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein flächiges Trägerelement 20 aus hochtemperaturfesten Stahl bereitgestellt (linke Abbildung in 6). Es wird zumindest eine durch das flächige Trägerelement 20 hindurchgehende Öffnung 21 mittels eines spitz zulaufenden Stechwerkzeugs 22 gestochen (mittlere Abbildung in 6). Dazu wird das Stechwerkzeug 22 in einer Richtung entlang eines Pfeils 23 bewegt, die senkrecht zu einer Längserstreckung 24, also einer Längsrichtung, des flächigen Trägerelements 20 verläuft. Das Stechwerkzeug 22 wird durch das flächige Trägerelement 20 hindurchbewegt, so dass ein spitzer Endabschnitt 25 des Stechwerkzeugs 22 die Öffnung 21 in das flächige Trägerelement 20 einbringt. Bei einem Hindurchbewegen des Stechwerkzeugs 22 durch das flächige Trägerelement 20 legt sich ein Randabschnitt 26 des flächigen Trägerelements 20 benachbart zu der Öffnung 21 an Außenflächen 27 des spitzen Endabschnitts 25 des Stechwerkzeugs 22 an. Bei einem Hindurchbewegen eines zylinderförmigen Abschnitts 28 des Stechwerkzeugs 22, der sich an den spitzen Endabschnitt 25 des Stechwerkzeugs 22 anschließt, wird der Endabschnitt 26 des flächigen Trägerelements 20 derart gebogen, dass der Endabschnitt 26 senkrecht zu der Längserstreckung 24 des flächigen Trägerelements 20 verläuft (rechte Abbildung in 6). Danach wird der zylinderförmige Abschnitt 28 des Steckwerkzeugs 22 bezüglich der durch den Pfeil 23 bezeichneten Richtung gekippt, so dass der Teil des Randabschnitts 26 des flächigen Trägerelements 20, an dem der zylindrische Abschnitt 28 des Stechwerkzeugs 22 anliegt, von der Öffnung 21 weg nach außen gebogen wird. Diese Kippbewegung des Stechwerkzeugs 22 kann in weitere Richtungen wiederholt werden. Alternativ kann der zylindrische Abschnitt 28 des Stechwerkzeugs 22 innerhalb der Öffnung 22 gehalten und eine Spitze des spitzen Endabschnitts 25 des Stechwerkzeugs 22 entlang einer Kreisbahn bewegt werden. Dadurch wird insgesamt der Randabschnitt 26 des flächigen Trägerelements 20 von der Öffnung 21 weg und nach außen gebogen (linke Abbildung in 7).At an in 6 and 7 The illustrated method for producing a fuel cell arrangement according to a first exemplary embodiment of the invention is a flat carrier element 20 made of high temperature resistant steel (left picture in 6 ). It is at least one through the planar support element 20 through opening 21 by means of a tapered piercing tool 22 engraved (middle illustration in 6 ). This is the piercing tool 22 in a direction along an arrow 23 moves perpendicular to a longitudinal extent 24 , ie a longitudinal direction, of the flat carrier element 20 runs. The piercing tool 22 is through the planar support element 20 moved through, leaving a pointed end section 25 of the piercing tool 22 the opening 21 in the planar support element 20 brings. When passing the piercing tool 22 through the planar carrier element 20 puts a border section 26 the flat support element 20 adjacent to the opening 21 on external surfaces 27 of the pointed end section 25 of the piercing tool 22 at. When passing a cylindrical section 28 of the piercing tool 22 that attaches to the pointed end section 25 of the piercing tool 22 connects, the end section becomes 26 the flat support element 20 bent so that the end portion 26 perpendicular to the longitudinal extent 24 the flat support element 20 runs (right figure in 6 ). Thereafter, the cylindrical section 28 of the insertion tool 22 concerning the arrow 23 designated direction tilted, so that the part of the edge portion 26 the flat support element 20 at which the cylindrical section 28 of the piercing tool 22 is present, from the opening 21 is bent away to the outside. This tilting movement of the piercing tool 22 can be repeated in other directions. Alternatively, the cylindrical section 28 of the piercing tool 22 inside the opening 22 held and a tip of the pointed end section 25 of the piercing tool 22 be moved along a circular path. This will total the edge section 26 the flat support element 20 from the opening 21 away and bent outward (left figure in 7 ).

In einem weiteren Schritt wird die Brennstoffzelle 1, die in 4 gezeigt ist, in Richtung eines Pfeils 30 von oben durch die Öffnung 1 hindurchgeführt (linke Abbildung in 7), so dass der Vorsprung 5 in Richtung der Öffnung 21 gesehen versetzt und oberhalb des flächigen Trägerelements 20 angeordnet wird (rechte Abbildung in 7). Die Pfeile 23, 30 sind parallel zueinander, weisen allerdings in entgegengesetzte Richtungen. Alternativ kann auch die Brennstoffzelle 1 von unten, also in Richtung des Pfeils 23 von 6, durch die Öffnung geführt werden. Dabei kann insbesondere eine Außenseite der Brennstoffzelle 1 beispielsweise mittels einer Folienumwicklung oder eines Hülsenelement aus hochtemperaturfestem Stahl geschützt werden, um eine Beschädigung der Brennstoffzelle 1 bei ihrem Hindurchführen durch die Öffnung 22 zu verhindern.In a further step, the fuel cell 1 , in the 4 is shown, in the direction of an arrow 30 from above through the opening 1 passed through (left figure in 7 ), so the lead 5 in the direction of the opening 21 seen offset and above the planar support member 20 is arranged (right figure in 7 ). The arrows 23 . 30 are parallel to each other, point but in opposite directions. Alternatively, the fuel cell 1 from below, in the direction of the arrow 23 from 6 , are guided through the opening. In particular, an outside of the fuel cell 1 protected for example by means of a film wrapping or a sleeve member of high temperature resistant steel to damage the fuel cell 1 as it passes through the opening 22 to prevent.

Ein Endabschnitt 9 des Fußes 4 der Brennstoffzelle 1 befindet sich benachbart zu einem Abschnitt 31 des flächigen Trägerelements 20, der benachbart zu dem Randabschnitt 26 des flächigen Trägerelements 20 angeordnet ist und sich in Richtung der Längserstreckung 24 des flächigen Trägerelements 20 erstreckt. Danach werden zwei vollumfänglich ausgebildete Dichtelemente 32, 33 in Form von Dichtringen aus hochtemperaturbeständigem KLINGERmilam PSS an der oberen und unteren Oberfläche 6, 7 des Vorsprungs 5 im Bereich der Fasen 14, 16 aufgelegt. Das Anbringen der Dichtelemente 32, 33 kann auch vor dem Anordnen des Fußes 4 in der Öffnung 21 erfolgen. Ein richtförmiges Presswerkzeug wird um den nach außen gebogenen Randabschnitt 26 des flächigen Trägerelements 20 angelegt und in Richtung zum Fuß 4 gedrückt, so dass der Randabschnitt 26 an die Außenfläche 8 und die obere bzw. untere Oberfläche 6, 7 des Vorsprungs 5 im Bereich der Fasen 14, 16 und an die Dichtelemente 32, 33 angepresst wird. Der Randabschnitt 26 passt sich dadurch formschlüssig in eine Außenkontur des Vorsprungs 5 und der Dichtelemente 32, 33 an. Im Anschluss daran wird ein mittlerer Abschnitt 34 des Randabschnitts 26 thermisch geschrumpft, indem der mittlere Abschnitt 34 des Randabschnitts 26 abgeschreckt wird. Dadurch wird eine Kraft in Richtung des Pfeils 30 auf das Dichtelement 32 und eine Kraft in Richtung des Pfeils 23 auf das Dichtelement 33 ausgeübt. Eine Brennstoffzellenanordnung 35 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist gebildet. An end section 9 of the foot 4 the fuel cell 1 is adjacent to a section 31 the flat support element 20 that is adjacent to the edge portion 26 the flat support element 20 is arranged and extending in the direction of the longitudinal extent 24 the flat support element 20 extends. Thereafter, two fully trained sealing elements 32 . 33 in the form of sealing rings made of high-temperature-resistant KLINGERmilam PSS on the upper and lower surfaces 6 . 7 of the projection 5 in the area of the chamfers 14 . 16 hung up. The attachment of the sealing elements 32 . 33 can also be before placing the foot 4 in the opening 21 respectively. A rectified pressing tool is formed around the outwardly bent edge portion 26 the flat support element 20 laid out and towards the foot 4 pressed so that the edge section 26 to the outer surface 8th and the upper and lower surfaces, respectively 6 . 7 of the projection 5 in the area of the chamfers 14 . 16 and to the sealing elements 32 . 33 is pressed. The edge section 26 adapts by form fit in an outer contour of the projection 5 and the sealing elements 32 . 33 at. Following this will be a middle section 34 of the border section 26 thermally shrunk by the middle section 34 of the border section 26 is deterred. This will create a force in the direction of the arrow 30 on the sealing element 32 and a force in the direction of the arrow 23 on the sealing element 33 exercised. A fuel cell assembly 35 is formed according to an embodiment of the invention.

8 zeigt Schritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Brennstoffzellenanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem Verfahren wird ein flächiges Trägerelement 20 bereitgestellt, in das eine Öffnung 21 gestanzt wird. Ein Randabschnitt 26 des flächigen Trägerelements 20, der benachbart zu der Öffnung 21 angeordnet ist, erstreckt sich in Richtung einer Längserstreckung 24 des flächigen Trägerelements 20. Es wird ferner eine Brennstoffzelle 1, die in 3 gezeigt ist, bereitgestellt. Es wird auch ein zylinderförmiges Hülsenelement 36 bereitgestellt. Ein Vorsprung 5 eines Fußes 4 der Brennstoffzelle 1 wird in dem Hülsenelement 36 aufgenommen. Ein Dichtelement 37 in Form eines Dichtrings aus KLINGERmilam PSS wird auf einer oberen Oberfläche 6 des Vorsprungs 5 im Bereich einer vollumfänglichen Fase 14 angeordnet. Danach wird ein Endabschnitt 38 des Hülsenelements 36 mittels eines Presswerkzeugs derart umgebogen, dass er formschlüssig an einer unteren Oberfläche 7 des Vorsprungs 5 anliegt. Ferner wird ein Endabschnitt 39 des Hülsenelements 36 zum Körper 2 hin gebogen, bis der Endabschnitt 39 formschlüssig an dem Dichtelement 37 und der oberen Oberfläche 6 des Vorsprungs 5 im Bereich der Fase 14 anliegt (linke Abbildung in 8). Danach wird die Brennstoffzelle 1 mit dem an dem Vorsprung 5 verpressten Hülsenelement 36 derart innerhalb der Öffnung 21 des flächigen Trägerelements 20 angeordnet, dass der Vorsprung 5 benachbart zu dem Randabschnitt 26 angeordnet ist. Der Fuß 4 erstreckt sich folglich durch die Öffnung 21. Eine Außenfläche 40 des Hülsenelements 36 wird vollumfänglich mit einer unteren Oberfläche 41 des Randabschnitts 26 des flächigen Trägerelements 20 verschweißt. Es bilden sich Schweißnähte 42, die vollumfänglich das Hülsenelement 36 und den Randabschnitt 26 des flächigen Trägerelements 20 miteinander verbinden (rechte Abbildung von 8). Dadurch ist eine Brennstoffzellenanordnung 35 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gebildet. 8th shows steps of a method for producing a fuel cell assembly according to a second embodiment of the invention. In the method, a flat support element 20 provided, in which an opening 21 is punched. A border section 26 the flat support element 20 that is adjacent to the opening 21 is arranged extends in the direction of a longitudinal extent 24 the flat support element 20 , It also becomes a fuel cell 1 , in the 3 is shown provided. It also becomes a cylindrical sleeve element 36 provided. A lead 5 a foot 4 the fuel cell 1 becomes in the sleeve element 36 added. A sealing element 37 in the form of a sealing ring made of KLINGERmilam PSS is placed on an upper surface 6 of the projection 5 in the area of a full-scale bevel 14 arranged. Thereafter, an end portion 38 of the sleeve element 36 bent by means of a pressing tool such that it is positively connected to a lower surface 7 of the projection 5 is applied. Further, an end portion becomes 39 of the sleeve element 36 to the body 2 bent down until the end section 39 positive fit on the sealing element 37 and the upper surface 6 of the projection 5 in the area of the chamfer 14 is present (left figure in 8th ). After that, the fuel cell 1 with the at the projection 5 pressed sleeve element 36 so inside the opening 21 the flat support element 20 arranged that the projection 5 adjacent to the edge portion 26 is arranged. The foot 4 thus extends through the opening 21 , An outer surface 40 of the sleeve element 36 becomes completely with a lower surface 41 of the border section 26 the flat support element 20 welded. It forms welds 42 , which completely covers the sleeve element 36 and the edge section 26 the flat support element 20 connect together (right picture of 8th ). This is a fuel cell assembly 35 formed according to a second embodiment of the invention.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10235859 A1 [0003] DE 10235859 A1 [0003]

Claims (11)

Brennstoffzelle (1), umfassend einen rohrförmigen Körper (2), an dem zumindest eine Elektroden-Elektrolyt-Einheit (3) angeordnet ist, wobei der rohrförmige Körper (2) einen Fuß (4) zum Befestigen des Körpers (2) an einem Trägerelement (20) und eine Öffnung (O) an einem Endabschnitt (11) des Fußes (4) aufweist, wobei der Fuß (4) zumindest einen umfänglichen Vorsprung (8, 8a, b) zum Befestigen des Körpers (2) an dem Trägerelement (20) aufweist, wobei der zumindest eine Vorsprung (5, 5a, b) beabstandet von einer die Öffnung (O) umgebenden Stirnfläche (S) des Fußes (4) angeordnet ist.Fuel cell ( 1 ) comprising a tubular body ( 2 ), to which at least one electrode-electrolyte unit ( 3 ), wherein the tubular body ( 2 ) one foot ( 4 ) for fastening the body ( 2 ) on a carrier element ( 20 ) and an opening (O) at an end portion ( 11 ) of the foot ( 4 ), wherein the foot ( 4 ) at least one circumferential projection ( 8th . 8a , b) for fastening the body ( 2 ) on the carrier element ( 20 ), wherein the at least one projection ( 5 . 5a , b) spaced from an opening (O) surrounding end face (S) of the foot ( 4 ) is arranged. Brennstoffzelle (1) nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Vorsprung (5, 5a, b) den Fuß (4) in einer der Stirnfläche (S) entgegengesetzten Richtung gesehen abschließt.Fuel cell ( 1 ) according to claim 1, wherein the at least one projection ( 5 . 5a , b) the foot ( 4 ) terminates in a direction opposite to the end face (S). Brennstoffzelle (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zumindest eine Vorsprung (5, 5a, b) eine obere und eine untere Oberfläche (6, 6a, b, 7, 7a, b) aufweist, die sich zueinander parallel und quer zu einer Längserstreckung des Körpers (2) erstrecken.Fuel cell ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the at least one projection ( 5 . 5a , b) an upper and a lower surface ( 6 . 6a , b, 7 . 7a , b) which are parallel to each other and transverse to a longitudinal extension of the body ( 2 ). Brennstoffzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein der Stirnfläche (S) abgewandter Endabschnitt (13) des zumindest einen Vorsprungs (5, 5a, b) und/oder ein der Stirnfläche zugewandter Endabschnitt (15) des zumindest einen Vorsprungs (5, 5a, b) eine umfängliche Fase (14, 16) und/oder eine umfängliche Abrundung aufweisen.Fuel cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein an end face (S) facing away from the end portion ( 13 ) of the at least one projection ( 5 . 5a , b) and / or an end portion facing the end face ( 15 ) of the at least one projection ( 5 . 5a , b) a circumferential chamfer ( 14 . 16 ) and / or have a circumferential rounding. Brennstoffzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zumindest eine Vorsprung (5, 5a, b) eine umfängliche Einbuchtung (17) aufweist.Fuel cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the at least one projection ( 5 . 5a , b) an extensive indentation ( 17 ) having. Brennstoffzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zumindest eine Vorsprung (5, 5a, b) vollumfänglich ausgebildet ist, wobei insbesondere zumindest ein Element auf der Gruppe bestehend aus der Fase (14, 16), der Abrundung und der Einbuchtung (17) vollumfänglich ausgebildet ist.Fuel cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the at least one projection ( 5 . 5a , b) is fully formed, wherein in particular at least one element on the group consisting of the chamfer ( 14 . 16 ), the rounding and the indentation ( 17 ) is fully formed. Brennstoffzellenanordnung (35), aufweisend: – zumindest eine Brennstoffzelle (1) nach einem Ansprüche 1 bis 6, und – ein Trägerelement (20), das zumindest eine durchgehende Öffnung (21) aufweist, wobei ein Fuß (4) eines rohrförmigen Körpers (4) der zumindest einen Brennstoffzelle (1) zumindest teilweise in der zumindest einen Öffnung (21) angeordnet ist, wobei zumindest ein Vorsprung (5, 5a, b) des Fußes (4) mit einem Randabschnitt (26) des Trägerelements (20), der benachbart zu der zumindest einen durchgehenden Öffnung (21) angeordnet ist, verbunden ist.Fuel cell assembly ( 35 ), comprising: - at least one fuel cell ( 1 ) according to claims 1 to 6, and - a carrier element ( 20 ), which has at least one through opening ( 21 ), one foot ( 4 ) of a tubular body ( 4 ) of the at least one fuel cell ( 1 ) at least partially in the at least one opening ( 21 ), wherein at least one projection ( 5 . 5a , b) of the foot ( 4 ) with a border section ( 26 ) of the carrier element ( 20 ), which is adjacent to the at least one through opening ( 21 ) is connected. Brennstoffzellenanordnung (35) nach Anspruch 7, wobei das Trägerelement (20) und der zumindest eine Vorsprung (5, 5a, b) in Richtung durch die zumindest eine Öffnung (21) gesehen zueinander versetzt angeordnet sind, wobei der Randabschnitt (26) des Trägerelements (20) und der zumindest eine Vorsprung (5, 5a, b) miteinander verpresst sind.Fuel cell assembly ( 35 ) according to claim 7, wherein the carrier element ( 20 ) and the at least one projection ( 5 . 5a , b) in the direction through the at least one opening ( 21 ) are arranged offset to each other seen, wherein the edge portion ( 26 ) of the carrier element ( 20 ) and the at least one projection ( 5 . 5a , b) are pressed together. Brennstoffzellenanordnung (35) nach Anspruch 7 oder 8, ferner aufweisend: – zumindest ein Hülsenelement (36), in dem der zumindest eine Vorsprung (5, 5a, b) aufgenommen ist, wobei eine Außenfläche (40) des zumindest einen Hülsenelements (36) und der Randabschnitt (26) des Trägerelements (20) zumindest teilweise miteinander verschweißt sind.Fuel cell assembly ( 35 ) according to claim 7 or 8, further comprising: - at least one sleeve element ( 36 ), in which the at least one projection ( 5 . 5a , b), wherein an outer surface ( 40 ) of the at least one sleeve element ( 36 ) and the edge portion ( 26 ) of the carrier element ( 20 ) are at least partially welded together. Brennstoffzellenanordnung (35) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner aufweisend: – zumindest ein Dichtelement (32, 33, 37), das zwischen einer Außenfläche (8) des zumindest einen Vorsprungs (5, 5a, b) und dem Randabschnitt (26) des Trägerelements (20), insbesondere zwischen der Außenfläche (8) des zumindest einen Vorsprungs (5, 5a, b) und dem zumindest einen Hülsenelement (36) angeordnet ist.Fuel cell assembly ( 35 ) according to one of claims 7 to 9, further comprising: - at least one sealing element ( 32 . 33 . 37 ) located between an outer surface ( 8th ) of the at least one projection ( 5 . 5a , b) and the edge portion ( 26 ) of the carrier element ( 20 ), in particular between the outer surface ( 8th ) of the at least one projection ( 5 . 5a , b) and the at least one sleeve element ( 36 ) is arranged. Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzellenanordnung (35), wobei die Brennstoffzellenanordnung (35) zumindest eine Brennstoffzelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und ein Trägerelement (20) aufweist, das zumindest eine durchgehende Öffnung (21) aufweist, wobei das Verfahren aufweist: – Bereitstellen des Trägerelements (20), – Bereitstellen der zumindest einen Brennstoffzelle (1), – Zumindest teilweises Anordnen eines Fuß (4) eines rohrförmigen Körpers (2) der zumindest einen Brennstoffzelle (1) in der zumindest einen Öffnung (21), und – Verbinden zumindest eines Vorsprung (8, 8a, b) des Fußes (4) mit einem Randabschnitt (26) des Trägerelements (20), der benachbart zu der zumindest einen Öffnung (21) angeordnet ist.Method for producing a fuel cell arrangement ( 35 ), wherein the fuel cell assembly ( 35 ) at least one fuel cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 6 and a carrier element ( 20 ), the at least one through opening ( 21 ), the method comprising: - providing the carrier element ( 20 ), - providing the at least one fuel cell ( 1 ), - at least partially placing a foot ( 4 ) of a tubular body ( 2 ) of the at least one fuel cell ( 1 ) in the at least one opening ( 21 ), and - connecting at least one projection ( 8th . 8a , b) of the foot ( 4 ) with a border section ( 26 ) of the carrier element ( 20 ) adjacent to the at least one opening ( 21 ) is arranged.
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