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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils umfassend mindestens eine Flachmateriallage, welche eine Trägerlage und eine auf eine Beschichtungsseite der Trägerlage aufgetragene Beschichtung umfasst, bei welchen zum Auftragen der Beschichtung auf die Trägerlage ein Werkzeug mit einer Abdrückkante zur Begrenzung der räumlichen Ausdehnung der Beschichtung, insbesondere zur Herstellung eines definierten Beschichtungsrandes, längs eine Abdichtlinie auf die Beschichtungsseite der Trägerlage einwirkt.
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Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung derartiger Bauteile besteht das Problem, dass zwischen der Abdrückkante und der Trägerlage vielfach keine ausreichend gute Abdichtung realisierbar ist, da die Trägerlage aufgrund üblicher Materialtoleranzen oder aufgrund von vorausgegangenen Umformprozessen eine nicht homogene Dicke aufweist.
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Selbst Toleranzen im Mikro-Meterbereich führen somit dazu, dass aufgrund der mangelhaften Abdichtung die Beschichtung zumindest stellenweise keinen definierten Beschichtungsrand aufweist, da sich das Beschichtungsmaterial zwischen der Abdrückkante und der Trägerlage hindurch ausgebreitet hat.
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Ein derartiger nicht definierter Beschichtungsrand ist bei einem erfindungsgemäßen Bauteil unerwünscht, so dass in diesem Fall umfangreiche Nachbearbeitungen, die kostenaufwändig sind, erforderlich werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit der Abdichtung beim Auftragen der Beschichtung bei derartigen Bauteilen zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Trägerlage vor dem Auftragen der Beschichtung mit einer zumindest in einem Teilabschnitt entlang der Abdichtlinie verlaufende Sicke versehen wird, welche höhenverformbar ist und eine sich höhenanpassende Anlagefläche für die Abdrückkante bildet.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass durch die Sicke die Möglichkeit eröffnet ist, in dem Bereich, in dem die Abdrückkante anliegt, Dickenschwankungen der Trägerlage durch das höhenvariable Verhalten der Sicke auszugleichen lassen.
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Hinsichtlich der Ausbildung der Sicke wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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Prinzipiell könnte die Sicke so ausgebildet sein, dass sie sich in Richtung einer der Beschichtungsseite gegenüberliegenden Seite aus einer Trägerlagenfläche heraus erhebt.
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Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass die Sicke sich auf der Beschichtungsseite aus der Trägerlagenfläche erhebt und somit über die Beschichtungsseite übersteht.
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Ferner wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Beschreibung der Sicke keine näheren Angaben über die Verformbarkeit der Sicke gemacht.
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Grundsätzlich wäre es möglich, die Sicke so auszubilden, dass sie bei Beaufschlagung durch die Abdrückkante elastisch verformt wird.
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Dies setzt jedoch ein besonderes elastisches Material für die Trägerlage voraus.
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Alternativ dazu ist es möglich, dass die Sicke bei Einwirkung der Abdrückkante plastisch verformt wird.
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Bei einem üblichen Material für die Trägerlage ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Sicke bei Einwirkung der Abdrückkante elastoplastisch verformt wird, das heißt, dass die Sicke bei einer Beaufschlagung durch die Abdrückkante plastisch und elastisch verformt wird und folglich nach dem Auftragen der Beschichtung eine durch die plastische Verformung gegenüber dem Ausgangszustand geänderte Form, insbesondere gegenüber dem Ausgangszustand eine geringere Sickenhöhe, aufweist.
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Hinsichtlich der Form der Sicke wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Sicke als Vollsicke ausgebildet wird.
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Eine derartige Vollsicke kann dabei im Querschnitt einen ausgehend von den beiden Sickenfüßen gekrümmten Verlauf bis zur Sickenspitze, beispielsweise ähnlich einer Wellenform, aufweisen.
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Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, dass die Vollsicke einen trapezähnlichen Querschnitt aufweist, das heißt, dass die Sickenspitze ein Plateau umfasst.
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Darüber hinaus ist es als weitere Alternative denkbar, dass die Sicke als Halbsicke ausgebildet wird, so dass dadurch eine vereinfachte Ausbildung der Sicke möglich ist.
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Hinsichtlich der Dimensionierung der Sicke wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Sicke eine Höhe aufweist, welche mindestens einem Zehntel der Dicke der Trägerlage entspricht.
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Noch besser ist es, wenn die Sicke eine Höhe aufweist, welche mindestens einem Fünftel der Dicke der Trägerlage entspricht.
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Darüber hinaus ist vorzugsweise auch die maximale Höhe der Sicke begrenzt. Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Sicke eine Höhe aufweist, welche maximal der Dicke der Trägerlage entspricht.
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Noch vorteilhafter ist es jedoch, um eine allzu starke Verformung der Trägerlage zu vermeiden, wenn die Sicke eine Höhe aufweist, die maximal der Hälfte der Dicke der Trägerlage entspricht.
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Auch hinsichtlich der Sickenbreite wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Breite der Sicke mindestens einer Dicke der Trägerlage entspricht.
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Noch vorteilhafter ist es, wenn die Breite der Sicke mindestens dem zweifachen der Dicke der Trägerlage entspricht.
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Ferner ist auch eine maximale Breite der Sicke vorgebbar.
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Im Fall eine Vollsicke ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Sicke eine Breite aufweist, die maximal einem Zehnfachen der Dicke der Trägerlage entspricht.
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Vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Sicke eine Breite aufweist, welche maximal dem Siebenfachen der Dicke der Trägerlage entspricht.
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Im Fall einer Halbsicke ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass diese eine Breite aufweist, welche maximal dem Fünffachen der Dicke der Trägerlage entspricht.
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Noch günstiger ist es, wenn die Breite der Halbsicke maximal dem Vierfachen der Dicke der Trägerlage entspricht.
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Hinsichtlich der Ausbildung der Trägerlage wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht.
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So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Trägerlage ein Blech umfasst, insbesondere ist vorgesehen, dass die Trägerlage ein Metallblech, beispielsweise ein Edelstahlblech, ein Titanblech oder ein Blech aus Titanlegierungen, umfasst.
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Hinsichtlich der Ausbildung des Materials der Beschichtung wurden ebenfalls keine näheren Angaben gemacht.
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Vorzugsweise dient die Beschichtung der Abdichtung gegenüber anderen Bauteilen oder einem Gehäuse und ist daher aus einem ein Medium abdichtendem Material hergestellt.
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Daher ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Beschichtung ein Abdichtmaterial umfasst.
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Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Beschichtung ein Kunststoffmaterial umfasst.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Beschichtung ein Elastomermaterial umfasst wobei dieses Elastomermaterial auch ein Silikonmaterial und/oder ein elastisches Kautschukmaterial und/oder ein Gummimaterial und/oder ein thermoplastisches Elastomermaterial sein kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bauteil umfassend mindestens eine Flachmateriallage, welche eine Trägerlage und eine auf einer Beschichtungsseite der Trägerlage aufgetragene Beschichtung umfasst, die sich bis zu einem Beschichtungsrand erstreckt, wobei erfindungsgemäß parallel zum Beschichtungsrand eine Sicke in der Trägerlage verläuft.
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Der Vorteil dieses Bauteils ist eine verbesserte Steifigkeit entlang des Beschichtungsrandes.
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Weitere vorteilhafte Merkmale dieses Bauteils entsprechen den vorstehend erwähnten vorteilhaften Merkmalen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Abschnitt eines Querschnitts durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils im Bereich eines Beschichtungsrandes;
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2 einen Querschnitt ähnlich 1 durch eine Trägerlage zur Herstellung des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bauteils;
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3 einen Querschnitt ähnlich 2 durch die Trägerlage, eingelegt in ein Werkzeug mit einer bereits angesetzten Abdrückkante;
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4 einen Querschnitt ähnlich 3 bei auf die Sicke der Trägerlage drückender Abdrückkante während eines Auftrags einer Beschichtung;
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5 einen Querschnitt ähnlich 3 bei der Herstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauteils;
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6 einen Querschnitt ähnlich 4 bei der Herstellung des zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauteils;
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7 einen Querschnitt ähnlich 3 bei der Herstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauteils und
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8 einen Querschnitt ähnlich 4 bei der Herstellung des dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bauteils.
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Ein in 1 dargestelltes und als Ganzes mit 10 bezeichnetes erfindungsgemäßes Bauteil für eine Brennstoffzelle, umfasst eine Flachmateriallage 12, welche beispielsweise eine Trägerlage 14 umfasst, die auf einer Beschichtungsseite 16 mit einer als Ganzes mit 20 bezeichneten Beschichtung versehen ist, die sich auf der Beschichtungsseite 16 bis zu einem quer zur Trägerlage 14 verlaufenden und definiert relativ zur Trägerlage 14 angeordneten Beschichtungsrand 22 erstreckt.
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Ein derartiger Beschichtungsrand 22 wird bei einem Auftragen eines Beschichtungsmaterials zur Bildung der Beschichtung 20 durch ein Werkzeug 24 festgelegt, welches mit einer Abdrückkante 26 längs einer Abdichtlinie 28 an der Trägerlage 14 anliegt, um die räumliche Ausdehnung des Beschichtungsmaterials zu begrenzen, so dass eine Ausbreitung des Beschichtungsmaterials bis zum vorgesehenen Dichtungsrand 22, wie beim fertigen Bauteil 10 vorliegt, begrenzt wird.
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Beispielsweise ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Trägerlage 14 aus einem Metallblech, vorzugsweise einem Edelstahlblech, hergestellt, und die Beschichtung 20 ist beispielsweise eine Beschichtung aus einem Silikon, die durch Auftragen von unter hohem Druck stehenden Flüssigsilikon auf die Beschichtungsseite 16 unter Zuhilfenahme des Werkzeugs 24 hergestellt wird.
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Um längs der Abdichtlinie 28 eine optimale Abdichtung zu der Abdrückkante 26 zu erreichen, wird die Trägerlage 14 vor dem Auftragen des Beschichtungsmaterials auf der Beschichtungsseite 16 mit einer als Ganzes mit 30 bezeichneten Sicke versehen, die bei dem in 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel als Vollsicke ausgebildet ist und sich aus einer Trägerlagenfläche 32, in welcher sich die Trägerlage 14 erstreckt, bogenförmig über die Beschichtungsseite 16 erhebt, wobei Sickenfüße 34 und 36 in der Trägerlagerfläche 32 liegen, während eine Sickenspitze 38 einen maximalen Abstand von der Beschichtungsseite 16 aufweist.
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Vorzugsweise hat die Sicke 30 vor Einwirkung der Abdrückkante 26 eine Breite B, die minimal mindestens einer Dicke D der Trägerlage 14 entspricht, maximal einer zehnfachen Dicke D der Trägerlage 14.
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Besonders günstig ist es, wenn die Sicke 30 eine Breite B aufweist, welche minimal dem doppelten der Dicke D der Trägerlage 14 und maximal der siebenfachen Dicke D der Trägerlage 14 entspricht.
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Ferner hat die Sicke 30 vor Einwirkung der Abdrückkante 26 vorzugsweise eine Sickenhöhe H, das heißt einen Abstand der Sickenspitze 38 von der Beschichtungsseite 16, welcher mindestens einem Zehntel der Dicke D der Trägerlage 14, vorzugsweise mindestens einem Fünftel der Dicke D der Trägerlage 14, entspricht und höchstens der Dicke D der Trägerlage 14, vorzugsweise höchstens der Halben Dicke D der Trägerlage 14, entspricht.
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Ferner ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel vorzugsweise vorgesehen, dass die Trägerlage 14 im Bereich der Sickenfüße 34 und 36 mit einer Rundung in die Sicke 30 übergeht, die im Bereich ihrer Sickenspitze 38 ebenfalls gewölbt ausgebildet ist, so dass die Abdrückkante 26 theoretisch linienförmig an der Sickenspitze 38 anliegt.
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Die Sicke 30 kann aber auch im Fall einer Abwandlung im Bereich der Sickenspitze 38 eine Abflachung aufweisen und/oder bei Einwirkung der Abdrückkante 26 ausbilden, das heißt beispielsweise, dass die Sicke 30 im Bereich der Sickenspitze 38 ein Plateau aufweist, so dass die Abdrückkante 26 streifenähnlich oder flächenhaft an der Sicke 30 anliegt.
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Zum Auftragen des Beschichtungsmaterials auf die Beschichtungsseite 16 der Trägerlage 14 wird die Trägerlage 14, wie in 3 und 4 dargestellt, in das Werkzeug 24 eingelegt, welches einerseits eine Abstützung 42 für die Trägerlage 14 im Bereich der Sicke 30 aufweist, so dass die Trägerlage 14 auf die Abstützung 42 auflegbar ist, und andererseits die Abdrückkante 26 aufweist, welche mit ihrer Druckfläche 44 auf die Sickenspitze 38 wirkt.
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Dabei wird die Sicke 30 ausgehend von ihrem 3 dargestellten nicht kraftbeaufschlagten Zustand, durch die Einwirkung der Druckfläche 44 der Abdrückkante 26 deformiert, das heißt in ihrer Höhe H reduziert, so dass zwischen der Sickenspitze 38 und der Druckfläche 44 eine maximale Anpresskraft wirkt, die einen dichten Abschluss zwischen der Trägerlage 14 im Bereich der Sicke 30 und der Abdrückkante 26 des Werkzeugs 24 ermöglicht. Dabei bildet die Sicke 30 im Bereich der Sickenspitze 38 eine sich höhenanpassende Anlagefläche 46 für die Abdrückkante 26, die Dickentoleranzen in der Trägerlage 14 ausgleicht.
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Die Sicke 30 ist bei Einwirkung der Abdrückkante 28 ausgehend von ihrer nicht beaufschlagten Stellung, dargestellt in 2 und 3 deformierbar, wobei die Deformation der Sicke 30 abhängig ist von den Materialeigenschaften der Trägerlage 14.
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Ist die Trägerlage 14 ein sehr stark federndes Material, so kann die Deformation der Sicke 30 eine weitgehend elastische Deformation mit geringer plastischer Deformation sein.
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Ist die Trägerlage 14 jedoch ein üblicher Stahl, beispielsweise Edelstahl, so ist die Deformation der Sicke 30 eine plastoelastische Deformation, das heißt eine Deformation, die sowohl plastische als auch elastische Anteile aufweist, um eine möglichst hohe Flächenpressung zwischen der Sickenspitze 38 und der Druckfläche 44 der Abdruckkante 26 zu erhalten.
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Das Resultat ist dabei, dass dann die Sicke 30 nach Einwirkung der Abdrückkante 26 eine Höhe H' aufweist, die geringer ist als die Höhe H der Sicke vor Einwirkung der Abdrückkante 26 (4).
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Ein Auftragen des Beschichtungsmaterials, beispielsweise durch Gießen oder Einspritzen in das Werkzeug 24 in einem innerhalb der Abdichtlinie 28 liegenden Bereich der Beschichtungsseite 16 hat aufgrund der guten Abdichtung zwischen der Abdrückkante 26 und der Sickenspitze 38 zur Folge, dass das Beschichtungsmaterial sich nicht zwischen der Abdrückkante 26 und der Trägerlage 14 hindurch über die Abdichtlinie 28 hinaus ausbreiten kann.
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Diese Gefahr besteht insbesondere bei sehr dünnflüssigen Beschichtungsmaterialien, wie beispielsweise Silikonen, die beim Spritzgießen der Beschichtung 20 mit sehr hohem Druck auf die Beschichtungsseite 16 im Werkzeug 26 aufgebracht werden, wobei dieser sehr hohe Druck bei Nichtvorhandensein der Sicke 30 dazu führen würde, dass das Silikon zwischen der Druckfläche 44 und der Trägerlage 14 mit zumindest teilweise hindurchtreten würde, da die Trägerlage 14 keine durchgehende konstante Dicke aufweist, sondern in ihrer Dicke D variiert.
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Beispielsweise sind bei Trägerlagen 14 mit einer Dicke D von 100 Mikrometern Schwankungen der Dicke D von ungefähr 7 Mikrometer üblich, die dann, wenn keine Sicke 30 vorhanden wäre, dazu führen würden, dass das Silikon über die Abdichtlinie 28 hinauslaufen würde und nicht auf eine Ausbreitung bis zum Beschichtungsrand 22 definiert durch die Abdrückkante 26 begrenzt werden könnte.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lösung, insbesondere eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils 10', dargestellt in 5 und 6, ist die Sicke 30' nicht als Vollsicke, sondern als Halbsicke ausgebildet, das heißt sie weist lediglich den Sickenfuß 34 auf und erstreckt sich bis zur Sickenspitze 38.
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Damit hat die Sicke 30' eine Breite, die ungefähr der Hälfte der Breite B der Vollsicke 30 entspricht, allerdings entspricht die Höhe H der Sicke 30' vor Einwirkung der Abdrückkante 26 der Höhe H der Vollsicke 30, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Auch in diesem Fall ist die Sicke 30' in der Lage, längs der Abdichtlinie 28 für eine ausreichend gute Abdichtung beim Auftragen des Beschichtungsmaterials zu ermöglichen, wobei in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel eine Deformation der Sicke 30' bei Einwirkung der Abdrückkante 26 des Werkzeugs 24 erfolgt.
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Insoweit als die einzelnen Elemente des zweiten Ausführungsbeispiels mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, sind dieselben Bezugszeichen verwendet, so dass vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
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Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lösung, insbesondere eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils 10", dargestellt in 7 und 8, sind diejenigen Elemente, die mit denen der voranstehenden Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zu den ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.
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Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel umfasst das herzustellende Bauteil 10" nicht nur die erste Flachmateriallage 12, sondern eine zweite Flachmateriallage 52, die auf einer der Beschichtungsseite 16 gegenüberliegenden Seite der Trägerlage 14 angeordnet ist.
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Die zweite Flachmateriallage 52 ist beispielsweise ebenfalls strukturiert und weist eine Vertiefung 54 auf, die zum Beispiel durch eine Einprägung 56 in der zweiten Flachmateriallage 52 herstellbar ist, wobei die Vertiefung 54 beispielsweise entweder vollständig oder partiell im Bereich der Abdichtlinie 28 verlaufen kann, so dass im Bereich der Abdichtlinie 28 bei Einwirken der Abdrückkante 26 die Trägerlage 14 nicht unterstützt ist.
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Da die Vollsicke 30, die in gleicher Weise wir beim ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, die Möglichkeit hat, sich zu verformen, ist auch bei nicht vorhandener Abstützung im Bereich der Abdichtlinie 28 eine zuverlässige Abdichtung zwischen der Dichtfläche 44 der Abdrückkante 26 und der Sickenspitze 38 der Vollsicke 30 möglich.
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Beispielsweise kann dabei die Breite B der Sicke 30 geringer sein als eine Breite der Vertiefung 54.
