DE102013210545A1 - Method for assembling a fuel cell stack and positioning device for carrying out the method - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapels (10) mit mehreren aufeinander gestapelten Lagen (13), wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen einer Positioniervorrichtung (30) mit wenigstens einem Positioniermittel (32), und – Aneinanderreihen der Lagen (13), wobei die Hauptflächen (22) der aneinander gereihten Lagen (13) einen Winkel (48) zur Horizontalen (50) aufweisen. Kennzeichnend ist vorgesehen, dass beim Aneinanderreihen der Lagen (13) das wenigstens eine Positioniermittel (32) zur Positionierung der Lagen (13) – Durchtrittsöffnungen (24) der Lagen (13) durchdringt, – in Aussparungen (25) der Lagen (13) eingreift, und/oder – die Lagen (13) an Auskragungen (26) der Lagen stützt. Zudem betrifft die Erfindung eine Positioniervorrichtung (30) zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for assembling a fuel cell stack (10) with several layers (13) stacked one on top of the other, the method comprising at least the following steps: - providing a positioning device (30) with at least one positioning means (32), and - lining up the layers (13), the main surfaces (22) of the layers (13) arranged in a row having an angle (48) to the horizontal (50). A characteristic feature is that when the layers (13) are strung together, the at least one positioning means (32) for positioning the layers (13) - penetrates through openings (24) in the layers (13), - engages in recesses (25) in the layers (13) , and / or - the layers (13) are supported on projections (26) of the layers. The invention also relates to a positioning device (30) for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapels mit mehreren aufeinander gestapelten Lagen, wobei das Verfahren wenigstens Schritte des Bereitstellens einer Positioniervorrichtung mit wenigstens einem Positioniermittel, und des Aneinanderreihens der Lagen, wobei die Hauptflächen der aneinander gereihten Lagen einen Winkel zur Horizontalen aufweisen, umfasst. Ferner betrifft die Erfindung eine Positioniervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for assembling a fuel cell stack with a plurality of layers stacked on one another, the method comprising at least steps of providing a positioning device with at least one positioning means, and the layers of layers, wherein the major surfaces of the juxtaposed layers at an angle to the horizontal comprises. Furthermore, the invention relates to a positioning device for carrying out the method.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser, um elektrische Energie zu erzeugen. Hierfür enthalten Brennstoffzellen als Kernkomponente die so genannte Membran-Elektroden-Einheit (MEA für membrane electrode assembly), die ein Verbund aus einer protonenleitenden Membran und jeweils einer beidseitig an der Membran angeordneten Elektrode (Anode und Kathode) ist. Zudem können Gasdiffusionslagen (GDL) beidseitig der Membran-Elektroden-Einheit an den, der Membran abgewandten Seiten der Elektroden angeordnet sein. In der Regel wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl, im Stapel (stack) angeordneter MEAs gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Im Betrieb der Brennstoffzelle wird der Brennstoff, insbesondere Wasserstoff H₂ oder ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch, der Anode zugeführt, wo eine elektrochemische Oxidation von H₂ zu H⁺ unter Abgabe von Elektronen stattfindet. Über den Elektrolyten oder die Membran, welche die Reaktionsräume gasdicht voneinander trennt und elektrisch isoliert, erfolgt ein (wassergebundener oder wasserfreier) Transport der Protonen H⁺ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch zugeführt, sodass eine Reduktion von O₂ zu O^2– unter Aufnahme der Elektronen stattfindet. Gleichzeitig reagieren im Kathodenraum diese Sauerstoffanionen mit den, über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser. Durch die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie erzielen Brennstoffzellen gegenüber anderen Elektrizitätsgeneratoren aufgrund der Umgehung des Carnot-Faktors einen verbesserten Wirkungsgrad.Fuel cells use the chemical transformation of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells contain as core component the so-called membrane electrode assembly (MEA for membrane electrode assembly), which is a composite of a proton-conducting membrane and in each case one on both sides of the membrane arranged electrode (anode and cathode). In addition, gas diffusion layers (GDL) can be arranged on both sides of the membrane-electrode assembly on the sides of the electrodes facing away from the membrane. As a rule, the fuel cell is formed by a multiplicity of stacked MEAs whose electrical powers add up. During operation of the fuel cell, the fuel, in particular hydrogen H ₂ or a hydrogen-containing gas mixture, is fed to the anode, where an electrochemical oxidation of H ₂ to H ⁺ takes place with emission of electrons. Via the electrolyte or the membrane, which separates the reaction spaces gas-tight from each other and electrically isolated, takes place (water-bound or anhydrous) transport of protons H ⁺ from the anode compartment in the cathode compartment. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is supplied with oxygen or an oxygen-containing gas mixture, so that a reduction of O ₂ to O ^2- taking place of the electrons takes place. At the same time, these oxygen anions in the cathode compartment react with the protons transported via the membrane to form water. The direct conversion of chemical to electrical energy fuel cells achieve over other electricity generators due to the circumvention of the Carnot factor improved efficiency.

Die derzeit am weitesten entwickelte Brennstoffzellentechnologie basiert auf Polymerelektrolytmembranen (PEM), bei denen die Membran selbst aus einem Polymerelektrolyt besteht. Hierbei werden oft säuremodifizierte Polymere, insbesondere perfluorierte Polymere, eingesetzt. Der am weitesten verbreitete Vertreter dieser Klasse von Polymerelektrolyten ist eine Membran aus einem sulfonierten Polytetrafluorethylen-Copolymer (Handelsname: Nafion; Copolymer aus Tetrafluorethylen und einem Sulfonylsäurefluorid-Derivat eines Perfluoralkylvinylethers). Die elektrolytische Leitung findet dabei über hydratisierte Protonen statt, weshalb für die Protonenleitfähigkeit das Vorhandensein von Wasser Bedingung ist und im Betrieb der PEM-Brennstoffzelle ein Anfeuchten der Betriebsgase erforderlich ist. Aufgrund der Notwendigkeit des Wassers ist die maximale Betriebstemperatur dieser Brennstoffzellen bei Normdruck auf unter 100 °C beschränkt. In Abgrenzung von Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (HT-PEM-Brennstoffzellen), deren elektrolytische Leitfähigkeit auf einen durch elektrostatische Komplexbindung an ein Polymergerüst der Polymerelektrolytmembran gebundenen Elektrolyten beruht (beispielsweise Phosphorsäure-dotierte Polybenzimidazol(PBI)-Membrane) und die bei Temperaturen von 160 °C betrieben werden, wird dieser Brennstoffzellentyp auch als Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (NT-PEM-Brennstoffzelle) bezeichnet.Currently the most advanced fuel cell technology is based on polymer electrolyte membranes (PEMs), where the membrane itself consists of a polymer electrolyte. In this case, acid-modified polymers, in particular perfluorinated polymers, are often used. The most common representative of this class of polymer electrolytes is a membrane of a sulfonated polytetrafluoroethylene copolymer (trade name: Nafion; copolymer of tetrafluoroethylene and a sulfonyl fluoride derivative of a perfluoroalkyl vinyl ether). The electrolytic conduction takes place via hydrated protons, which is why the presence of water is a prerequisite for the proton conductivity and moistening of the operating gases is required during operation of the PEM fuel cell. Due to the necessity of the water, the maximum operating temperature of these fuel cells is limited to below 100 ° C at standard pressure. In contrast to high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells (HT-PEM fuel cells) whose electrolytic conductivity is based on an electrode bound by electrostatic complexation to a polymer backbone of the polymer electrolyte membrane electrolyte (for example, phosphoric acid-doped polybenzimidazole (PBI) membranes) and at temperatures of 160 ° C, this type of fuel cell is also referred to as a low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (NT-PEM fuel cell).

Wie einleitend erwähnt, wird die Brennstoffzelle durch eine Vielzahl, im Stapel angeordneter Einzelzellen gebildet, sodass von einem Brennstoffzellenstapel gesprochen wird. Zwischen den Membran-Elektroden-Einheiten sind in der Regel Bipolarplatten angeordnet, welche eine Versorgung der Einzelzellen mit den Betriebsmedien, also den Reaktanten und üblicherweise auch einer Kühlflüssigkeit sicherstellen. Zudem sorgen die Bipolarplatten für einen elektrisch leitfähigen Kontakt zu den Membran-Elektroden-Einheiten.As mentioned in the introduction, the fuel cell is formed by a plurality of individual cells arranged in the stack, so that it is referred to as a fuel cell stack. Between the membrane-electrode units bipolar plates are usually arranged, which ensure a supply of the individual cells with the operating media, ie the reactants and usually also a cooling liquid. In addition, the bipolar plates provide an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.

Bei der Herstellung der Brennstoffzelle werden die Membran-Elektroden-Einheiten abwechselnd mit den Bipolarplatten aufgestapelt. Dies erfolgt mittels einer Positioniervorrichtung (auch Zentriervorrichtung genannt), durch welche es möglich ist, die Membran-Elektroden-Einheiten und die Bipolarplatten in einer definierten Position zueinander übereinander zu stapeln.In the manufacture of the fuel cell, the membrane-electrode assemblies are stacked alternately with the bipolar plates. This is done by means of a positioning device (also called centering device), by which it is possible to stack the membrane-electrode assemblies and the bipolar plates in a defined position to each other.

Die Positionierung (Zentrierung) erfolgt beispielsweise über (relativ dünne) Positionierstangen (Zentrierstangen), welche an (sehr schmalen) Kanten der metallischen Bipolarplatte anliegen. Dabei können die Kanten sehr leicht verbiegen und dadurch einen Kurzschluss verursachen. Zudem kann eine Faltenbildung der Membran-Elektroden-Einheit nicht zu 100 % ausgeschlossen werden, weshalb die Positionierung nicht prozesssicher abläuft. Die speziellen Öffnungen in den Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Einheiten vergrößern somit eine (chemisch) inaktive Fläche.The positioning (centering), for example, via (relatively thin) positioning rods (centering rods), which abut (very narrow) edges of the metallic bipolar plate. The edges can bend very easily, causing a short circuit. In addition, wrinkling of the membrane-electrode assembly can not be excluded 100%, which is why the positioning is not process reliable. The special openings in the bipolar plates and membrane-electrode assemblies thus increase a (chemically) inactive area.

Die DE 10 2009 030 427 beschreibt ein ähnliches Verfahren und eine Positioniervorrichtung zum Stapeln von Membran-Elektroden-Einheiten und Bipolarplatten. Die Positioniervorrichtung weist ein als Auflageplatte ausgebildetes Lagerelement auf, von welchem sich Positionierstäbe weg erstrecken. Die Positionierstäbe sind gelenkig im Lagerelement gelagert. Zum Stapeln der Membran-Elektroden-Einheiten und der Bipolarplatten werden diese auf die Positionierstäbe gesteckt und anschließend die Positionierstäbe zueinander mittels einer Endplatte ausgerichtet.The DE 10 2009 030 427 describes a similar method and positioning device for stacking membrane-electrode assemblies and bipolar plates. The positioning device has a Support plate trained bearing element, from which extending positioning rods away. The positioning rods are articulated in the bearing element. For stacking the membrane-electrode assemblies and the bipolar plates they are placed on the positioning rods and then the positioning rods aligned with each other by means of an end plate.

Eine alternative Vorgehensweise bei der Positionierung besteht darin, die Bipolarplatten und die Membran-Elektroden-Einheiten auf einer geneigten Auflageplatte einer Positioniervorrichtung zu stapeln und anhand ihrer Außenkanten auszurichten. Mittels der geneigten Auflageplatte wird versucht zu verhindern, dass bereits aufgestapelte Bipolarplatten und Membran-Elektroden-Einheiten wieder aus ihrer vorbestimmten Position rutschen. Bei einer zu großen Neigung der Auflageplatte kann es jedoch wiederum zur Faltenbildung kommen. Um dies zu verhindern, können die Membran-Elektroden-Einheiten wenn nötig manuell angehoben werden, um die Faltenbildung zu vermeiden. Dies erfordert jedoch einen enormen Arbeitsaufwand.An alternative approach to positioning is to stack the bipolar plates and the membrane-electrode assemblies on an inclined platen of a positioning device and align them by their outer edges. By means of the inclined support plate is trying to prevent already stacked bipolar plates and membrane electrode units slip back from its predetermined position. However, if the support plate is inclined too much, wrinkling may again occur. To prevent this, the membrane-electrode assemblies can be manually raised if necessary to avoid wrinkling. However, this requires a huge amount of work.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapels und eine Positioniervorrichtung bereitzustellen, mittels welchen eine Faltenbildung bei einer gleichzeitig exakten und schnellen Positionierung vermieden wird.The invention is therefore based on the object to provide a method for assembling a fuel cell stack and a positioning device, by means of which a wrinkling is avoided at the same time accurate and quick positioning.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapels mit mehreren aufeinander gestapelten Lagen gelöst. Das Verfahren umfasst wenigstens die folgenden Schritte:

• – Bereitstellen einer Positioniervorrichtung mit wenigstens einem Positioniermittel, und
• – Aneinanderreihen der Lagen, wobei die Hauptflächen der aneinander gereihten Lagen einen Winkel zur Horizontalen aufweisen.

This object is achieved by a method for assembling a fuel cell stack having a plurality of layers stacked on each other. The method comprises at least the following steps:

• - Providing a positioning device with at least one positioning means, and
• - Stacking of the layers, wherein the main surfaces of the juxtaposed layers have an angle to the horizontal.

Kennzeichnend ist vorgesehen, dass beim Aneinanderreihen der Lagen das wenigstens eine Positioniermittel zur Positionierung der Lagen

• – Durchtrittsöffnungen der Lagen durchdringt,
• – in Aussparungen der Lagen eingreift, und/oder
• – die Lagen an Auskragungen der Lagen stützt.

Characteristic is provided that when juxtaposing the layers, the at least one positioning means for positioning the layers

• - penetrates through openings of the layers,
• - engages in recesses of the layers, and / or
• - supports the layers on projections of the layers.

Dadurch, dass das wenigstens eine Positioniermittel (welches auch als Zentriermittel bezeichnet werden kann) die Durchtrittsöffnungen der Lagen durchdringt, in Aussparungen der Lagen eingreift, und/oder sich Auskragungen der Lagen auf dem wenigstens einen Positioniermittel stützen, während die Hauptflächen der aneinander gereihten Lagen einen Winkel zur Horizontalen aufweisen, kann eine Faltenbildung der einzelnen Lagen verhindert werden. Die Lagen weisen somit jeweils wenigstens eine Durchtrittsöffnung, wenigstens eine Aussparung und/oder wenigstens eine Auskragung auf. Zur vollständigen Definition der Positionen der Lagen können noch weitere Positioniermittel vorgesehen sein.By virtue of the fact that the at least one positioning means (which can also be referred to as centering means) penetrates the passage openings of the layers, engages in recesses in the layers, and / or supports the layers on the at least one positioning means, while the main surfaces of the layers arranged next to one another support one another Have angles to the horizontal, wrinkling of the individual layers can be prevented. The layers thus each have at least one passage opening, at least one recess and / or at least one projection. For a complete definition of the positions of the layers, further positioning means may be provided.

Die Lagen kontaktieren das wenigstens eine Positioniermittel typischerweise direkt. Das wenigstens eine Positioniermittel kann eine Positionierstange (Zentrierstange) oder ein Positionierbolzen (Zentrierbolzen) sein.The layers typically contact the at least one positioning means directly. The at least one positioning means may be a positioning rod (centering rod) or a positioning bolt (centering pin).

Das Aneinanderreihen erfolgt im Sinne eines Stapelns. Es sind also die jeweils entgegengesetzt orientierten Hauptflächen der aneinander angrenzenden Lagen einander zugewandt. Dabei müssen die einzelnen Lagen nicht zwangsläufig übereinander gestapelt werden, sondern können auch in horizontaler Richtung “gestapelt“ (also „aneinander gestapelt“) werden.The juxtaposition takes place in the sense of stacking. Thus, the respectively oppositely oriented main surfaces of the adjoining layers face each other. The individual layers do not necessarily have to be stacked on top of each other, but can also be "stacked" horizontally (ie "stacked").

Die Lagen sind üblicherweise Flachkörper, also Lagen, deren Ausdehnungen entlang einer Hauptfläche der Lage einem Vielfachen einer Ausdehnung der Lage senkrecht zur Hauptfläche beträgt. Die Hauptflächen sind dabei die beiden größten Flächen der jeweiligen Lage, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Lage angeordnet sind. Die Hauptflächen können auch als Hauptebenen der Lagen abstrahiert werden. Die Hauptflächen der aneinander gereihten Lagen können parallel zueinander angeordnet sein und/oder sich berühren. Die Lagen können Flussfeldplatten (Polarplatten) und Membran-Elektroden-Einheiten umfassen. Die Flussfeldplatten können wiederum Monopolarplatten und/oder Bipolarplatten umfassen, wobei typischerweise mehrere Bipolarplatten abwechselnd mit den Membran-Elektroden-Einheiten aneinander gereiht werden. Ferner können die Lagen auch mehrere Einzelzellen umfassen, welche aneinander gereiht werden. Die Lagen können ferner Endplatten umfassen, zwischen welchen der fertige Brennstoffzellenstapel verpresst wird.The layers are usually flat bodies, ie layers whose dimensions along a major surface of the layer is a multiple of an extent of the position perpendicular to the main surface. The main surfaces are the two largest surfaces of the respective layer, which are arranged on opposite sides of the layer. The main surfaces can also be abstracted as the main levels of the layers. The major surfaces of the juxtaposed layers can be arranged parallel to each other and / or touch each other. The layers may include flow field plates (polar plates) and membrane electrode assemblies. The flow field plates may in turn comprise monopolar plates and / or bipolar plates, with typically several bipolar plates being alternately lined up with the membrane-electrode units. Furthermore, the layers may also comprise a plurality of individual cells, which are lined up. The layers may further include end plates between which the finished fuel cell stack is compressed.

Vorzugsweise sind die Durchtrittsöffnungen Betriebsmittelöffnungen, insbesondere Reaktantenöffnungen (welche oft auch als Hauptgaskanäle bezeichnet werden). Durch diese Ausgestaltung können ohnehin in den Lagen vorhandene Betriebsmittelöffnungen zur Zentrierung der Lagen verwendet werden, wodurch keine Fläche für zusätzliche Durchtrittsöffnungen verschwendet wird. Betriebsmittelöffnungen sind Durchtrittsöffnungen, durch welche im Brennstoffzellenstapel während dessen Betrieb Betriebsmittel strömen. Zu den Betriebsmitteln können ein Anodengas, ein Kathodengas (also die Reaktanten) und ein Kühlmittel, in der Regel eine Kühlflüssigkeit, zählen. Betriebsmittelkanäle können insbesondere bei Bipolarplatten leicht von Zentrieröffnungen oder sonstigen Öffnungen unterschieden werden. So führen bei Bipolarplatten typischerweise Kanäle von den Reaktantenöffnungen zu einer Verteilerstruktur an der Oberfläche der Bipolarplatten, welche einen chemisch aktiven Bereich einer angrenzenden Membran-Elektroden-Einheit mit den Reaktanten versorgt. Bei Betriebsmittelöffnungen, welche Durchtrittsöffnungen für das Kühlmittel sind, sind jeweils wenigstens zwei solcher Betriebsmittelöffnungen pro Bipolarplatten mittels Kühlmittelkanälen im Inneren der Bipolarplatten miteinander verbunden. Die Betriebsmittelöffnungen der Membran-Elektroden-Einheit weisen innerhalb des Brennstoffzellenstapels analoge Positionen wie jene der Bipolarplatten auf, sodass die Betriebsmittelöffnungen typischerweise entlang der Stapelrichtung gerade durch den Brennstoffzellenstapel hindurchführen.The passage openings are preferably equipment openings, in particular reactant openings (which are often also referred to as main gas channels). As a result of this embodiment, operating medium openings already present in the layers can be used for centering the layers, as a result of which no area is wasted for additional passage openings. Operating medium openings are passage openings through which operating medium flows in the fuel cell stack during its operation. The operating means may include an anode gas, a cathode gas (ie the reactants) and a coolant, usually a cooling liquid. Operating medium channels can be easily distinguished, in particular in the case of bipolar plates, from centering openings or other openings. Typically, in bipolar plates, channels from the reactant openings lead to a manifold structure on the surface of the bipolar plates, which supplies a chemically active region of an adjacent membrane-electrode assembly with the reactants. In resource openings, which are passage openings for the coolant, in each case at least two such resource openings per bipolar plates are connected to one another by means of coolant channels in the interior of the bipolar plates. The resource ports of the membrane-electrode assembly have positions similar to those of the bipolar plates within the fuel cell stack, such that the resource ports typically pass straight through the fuel cell stack along the stacking direction.

Die aneinander gereihten Lagen können Anlegeflächen kontaktieren. Die erste Lage kann dabei eine Anlegefläche der Positioniervorrichtung kontaktieren. Die weiteren Lagen kontaktieren typischerweise jeweils Anlegeflächen, welche von der jeweiligen vorherigen Lage gebildet wird. Die Lagen können dabei insbesondere auf den jeweiligen Anlegeflächen aufliegen. Die Anlegeflächen können sich jeweils innerhalb einer Ebene erstrecken.The juxtaposed layers can contact landing surfaces. The first layer can contact a contact surface of the positioning device. The further layers typically contact respective contact surfaces, which is formed by the respective previous layer. The layers can rest in particular on the respective contact surfaces. The contact surfaces can each extend within a plane.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die aneinander gereihten Lagen Anlegeflächen kontaktieren und die Anlegeflächen derart geneigt sind, dass eine Reibung, insbesondere eine Haftreibung zwischen den Anlegeflächen und den Lagen überwunden wird. Somit können die Anlegeflächen derart geneigt sein, dass eine Gleitreibung überwunden wird. Das bedeutet, dass die Anlegeflächen zwar zu wenig geneigt sind, um eine (typsicherweise größere Haftreibung) zu überwinden, bei einem Überwinden der Haftreibung die Lagen jedoch selbständig durch die Schwerkraft in die gewünschte (durch das wenigstens eine Positioniermittel definierte) Position gleiten. Sind die Anlegeflächen jedoch derart geneigt, dass die Haftreibung zwischen den Anlegeflächen und den Lagen überwunden wird, so gleiten die Lagen durch die Schwerkraft von Anfang an selbständig in die gewünschte Position.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the juxtaposed layers contact abutment surfaces and the abutment surfaces are inclined so that a friction, in particular a static friction between the contact surfaces and the layers is overcome. Thus, the abutment surfaces may be inclined so that a sliding friction is overcome. This means that the contact surfaces are indeed not inclined enough to overcome a (typically greater stiction), however, upon overcoming the static friction, the layers independently slide by gravity into the desired position (defined by the at least one positioning means). However, if the contact surfaces are inclined in such a way that the static friction between the contact surfaces and the layers is overcome, the layers automatically slide themselves into the desired position by gravity from the beginning.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Lagen an dem wenigsten einen Positioniermittel hängen. Dadurch, dass die Lagen an dem wenigstens einen Positioniermittel hängen, anstatt auf diesen zu stehen, wird eine Faltenbildung von einzelnen Lagen vermieden. Auch Lagen, welche an Anlegeflächen an- oder aufliegen, können hängen, so lange der Winkel der Anlegeflächen zu der Horizontalen groß genug ist, um die Haftreibung zu überwinden. Die Lagen würden also ohne das wenigstens eine Positioniermittel abrutschen. Zudem befindet sich bei hängenden Lagen ein Kraftangriffspunkt des wenigstens einen Positioniermittels der jeweiligen Lage in der Fallrichtung oberhalb des Schwerpunktes der Lage. Dadurch herrschen im Großteil der Lage Zugspannungen, welche eine Faltenbildung verhindern. Im Gegensatz dazu herrschen bei einem Stellen der Lagen im Großteil der Lage Druckspannungen, welche je nach Stabilität der Lage eine Faltenbildung bewirken können.It is preferably provided that the layers hang on the least one positioning means. The fact that the layers hang on the at least one positioning means, instead of standing on this, avoids wrinkling of individual layers. Also, layers which abut or rest against abutment surfaces can hang as long as the angle of the abutment surfaces to the horizontal is large enough to overcome the static friction. The layers would thus slip without the at least one positioning. In addition, in the case of suspended layers, a force application point of the at least one positioning means of the respective layer in the direction of fall is above the center of gravity of the layer. As a result, prevail in the majority of the situation tensile stresses that prevent wrinkling. In contrast, prevail in a position of the layers in the majority of the situation compressive stresses, which can cause wrinkling depending on the stability of the situation.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Lagen durch die Schwerkraft soweit entlang des wenigstens einen Positioniermittels bewegt werden, bis sie jeweils eine Anlegefläche kontaktieren. Somit können die einzelnen Lagen leicht zu einem Stapel aneinander gereiht werden. Die Lagen müssen nicht mehr manuell bis zur jeweiligen Anlegefläche bewegt werden, sondern sie gleiten durch die Schwerkraft entlang des Positioniermittels, bis sie die jeweilige Anlegefläche kontaktieren.It is preferably provided that the layers are moved by gravity as far along the at least one positioning means until they each contact a contact surface. Thus, the individual layers can be easily strung together in a stack. The layers no longer have to be manually moved to the respective contact surface, but they slide by gravity along the positioning until they contact the respective contact surface.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine maximale Erstreckung wenigstens einer der positionierten Lagen entlang einer Falllinie der Hauptfläche der wenigstens einen positionierten Lage größer als eine maximale Erstreckung der positionierten Lage entlang einer Höhenlinie der Hauptfläche ist. Durch diese Ausgestaltung wird eine Faltenbildung zusätzlich verhindert, da ein Runterhängen seitlich des wenigstens einen Positioniermittels oder zwischen Positioniermitteln verringert oder verhindert wird.It is preferably provided that a maximum extension of at least one of the positioned layers along a fall line of the main surface of the at least one positioned layer is greater than a maximum extent of the positioned layer along a contour line of the main surface. By this configuration, a wrinkling is additionally prevented because a hang down side of the at least one positioning or between positioning is reduced or prevented.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste Lage und die letzte Lage jeweils eine Endplatte ist und das Verfahren einen Schritt des Zueinanderspannes der Endplatten umfasst. Die Endplatten können mittels eines Zugelements, beispielsweise mittels eines Spannbleches, zueinander gespannt werden.Preferably, it is provided that the first layer and the last layer are each an end plate, and the method comprises a step of clamping the end plates together. The end plates can be tensioned to each other by means of a tension element, for example by means of a clamping plate.

Ferner wird eine Positioniervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung gestellt. Die Positioniervorrichtung umfasst wenigstens ein Positioniermittel und einen Anlegekörper mit einer Anlegefläche, wobei die Anlegefläche einen Winkel zur Horizontalen aufweist. Kennzeichnend ist vorgesehen, dass die Positioniervorrichtung dazu ausgebildet ist, mittels des wenigstens einen Positioniermittels

• – Durchtrittsöffnungen der Lagen zu durchdringen,
• – in Aussparungen der Lagen einzugreifen,
• – und/oder die Lagen an Auskragungen der Lagen zu stützen,

derart, dass eine Positionierung der Lagen zueinander ermöglicht wird.Furthermore, a positioning device for carrying out the method according to the invention is provided. The positioning device comprises at least one positioning means and a contact body with a contact surface, wherein the contact surface has an angle to the horizontal. Characteristically, provision is made for the positioning device to be designed by means of the at least one positioning means

• - to penetrate passages of the layers,
• - intervene in recesses of the layers,
• - and / or to support the layers on projections of the layers,

in such a way that positioning of the layers relative to one another is made possible.

Mittels der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung können auf einfache und schnelle Art und Weise die einzelnen Lagen eines Brennstoffzellenstapels zueinander positioniert (zentriert) werden, ohne Gefahr zu laufen, dass es zu einer Faltenbildung beispielsweise von Membran-Elektroden-Einheiten kommt. Der Anlegekörper kann eine Platte, z. B. eine Auflageplatte sein, welche als Anlegefläche eine Auflagefläche bereitstellt.By means of the positioning device according to the invention, the individual layers of a fuel cell stack can be positioned (centered) to one another in a simple and rapid manner without running the risk of wrinkling, for example of membrane-electrode units. The application body may be a plate, for. B. be a support plate, which provides a support surface as a contact surface.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Positioniervorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Lagen des Brennstoffzellenstapels zur Positionierung zueinander an das wenigstens eine Positioniermittel hängbar sind. Dadurch, dass die Lagen an dem wenigstens einen Positioniermittel hängbar sind, wird eine Sicherheit gegen Faltenbildung weiter erhöht.It is preferably provided that the positioning device is designed such that the layers of the fuel cell stack are mutually suspendable for positioning to the at least one positioning means. By virtue of the fact that the layers can be suspended on the at least one positioning means, security against wrinkling is further increased.

Vorzugsweise beträgt der Winkel der Anlegefläche zur Horizontalen wenigstens 20°, insbesondere wenigstens 30°, bevorzugt wenigstens 40°. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine Reibung, insbesondere eine Haftreibung, zwischen den Lagen und den Anlegeflächen überwunden wird.Preferably, the angle of the contact surface to the horizontal is at least 20 °, in particular at least 30 °, preferably at least 40 °. This can ensure that a friction, in particular a static friction, between the layers and the contact surfaces is overcome.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich eine gerade Berührlinie des Positioniermittels horizontal erstreckt oder einen Winkel zur Horizontalen aufweist, welcher größer als 0°, insbesondere größer als 20°, bevorzugt größer als 30°, besonders bevorzugt größer als 40° ist. Durch diese Ausgestaltung wird ein selbständiges Gleiten der Lagen entlang der Berührlinie bis zur Anlegefläche ermöglicht. Die Berührlinie kann bei einem sich längs erstreckenden Positioniermittel in Richtung einer Längsachse des Positioniermittels verlaufen. Die Berührlinie erstreckt sich also von der Anlegefläche weg und verläuft entlang der Oberfläche des Positioniermittels, über welche ein Kontakt zu den Lagen hergestellt wird. Die genannte Oberfläche kann z. B. durch eine geschliffene Oberfläche erkennbar sein.It is preferably provided that a straight contact line of the positioning means extends horizontally or has an angle to the horizontal, which is greater than 0 °, in particular greater than 20 °, preferably greater than 30 °, particularly preferably greater than 40 °. This embodiment allows an independent sliding of the layers along the contact line to the contact surface. The contact line may extend in the direction of a longitudinal axis of the positioning means in the case of a longitudinally extending positioning means. The contact line therefore extends away from the contact surface and runs along the surface of the positioning means, via which a contact with the layers is produced. The said surface may, for. B. be recognized by a ground surface.

Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine Positioniermittel wenigstens zwei Positioniermittel, insbesondere drei Positioniermittel. Die Positioniermittel können insgesamt drei gerade Berührlinien aufweisen, welche parallel zueinander angeordnet sein können. Somit ist eine definierte Positionierung der Lagen möglich, indem die Positioniermittel Durchtrittsöffnungen der Lagen durchdringen, in Aussparungen der Lagen eingreift, und/oder sich Auskragungen der Lagen auf den Positioniermitteln stützen. Die Positioniermittel können z. B. Positionierstangen sein, welche ebenfalls parallel zueinander angeordnet sein können. Preferably, the at least one positioning means comprises at least two positioning means, in particular three positioning means. The positioning means may comprise a total of three straight contact lines, which may be arranged parallel to each other. Thus, a defined positioning of the layers is possible by the positioning penetrate through openings of the layers, engages in recesses of the layers, and / or support projections of the layers on the positioning means. The positioning can z. B. positioning rods, which may also be arranged parallel to each other.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 einen Brennstoffzellenstapel gemäß dem Stand der Technik, 1 a fuel cell stack according to the prior art,

2 eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, 2 a positioning device according to the invention according to a preferred embodiment of the invention,

3 eine Membran-Elektroden-Einheit in einer Draufsicht während der Montage, 3 a membrane-electrode assembly in a plan view during assembly,

4 eine Bipolarplatte in einer Draufsicht während der Montage, 4 a bipolar plate in a plan view during assembly,

5 eine Membran-Elektroden-Einheit mit Aussparungen in einer Draufsicht während der Montage, 5 a membrane-electrode assembly with recesses in a plan view during assembly,

6 eine Membran-Elektroden-Einheit mit einer Auskragung in einer Draufsicht während der Montage, 6 a membrane-electrode assembly with a projection in a plan view during assembly,

7 eine Seitenansicht der Positioniervorrichtung während der Montage, und 7 a side view of the positioning during assembly, and

8 eine alternative Möglichkeit der Positionierung. 8th an alternative way of positioning.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennstoffzelle 10. Die Brennstoffzelle 10 umfasst mehrere übereinander gestapelte Lagen 13, welche Bipolarplatten 12 und Membran-lektroden-Einheiten 14 umfassen können. Die Bipolarplatten 12 sind mit den Membran-Elektroden-Einheiten 14 abwechselnd gestapelt. Die Membran-Elektroden-Einheiten 14 umfassen eine (nicht dargestellte) Membran und beidseitig der Membran Elektroden (ebenfalls nicht dargestellt). An der Membran anliegend können die Membran-Elektroden-Einheiten 14 zudem (nicht dargestellte) Gasdiffusionslagen aufweisen. 1 shows a schematic representation of a fuel cell 10 , The fuel cell 10 includes several layers stacked one above the other 13 , which bipolar plates 12 and membrane electrode units 14 may include. The bipolar plates 12 are with the membrane electrode units 14 alternately stacked. The membrane-electrode units 14 include a membrane (not shown) and electrodes on both sides of the membrane (also not shown). Adjacent to the membrane, the membrane-electrode units 14 also have gas diffusion layers (not shown).

Zwischen den Membran-Elektroden-Einheiten 14 und den Bipolarplatten 12 sind Dichtungen 16 angeordnet, welche Bereiche zwischen den Bipolarplatten 12 und den Membran-Elektroden-Einheit 14 umlaufend begrenzen und dichten. Die gestapelte Anordnung der Lagen 13 wird als Brennstoffzellenstapel 11 bezeichnet. Ferner können die erste und die letzte Lage 13 des Brennstoffzellenstapels 11 als Endplatten 18 ausgebildet sein, mittels welcher der Brennstoffzellenstapel 11 mittels Zugelementen 20, z. B. Zugstangen oder Spannblechen, verpresst werden kann.Between the membrane electrode units 14 and the bipolar plates 12 are seals 16 arranged which areas between the bipolar plates 12 and the membrane-electrode assembly 14 limit and seal all around. The stacked arrangement of the layers 13 is called a fuel cell stack 11 designated. Furthermore, the first and last location 13 of the fuel cell stack 11 as end plates 18 be formed, by means of which the fuel cell stack 11 by means of tension elements 20 , z. B. tie rods or clamping plates, can be pressed.

In 1 sind von den Bipolarplatten 12 und den Membran-Elektroden-Einheiten 14 lediglich die Schmalseiten 21 sichtbar. Die Hauptseiten der Bipolarplatten 12 und der Membran-Elektroden-Einheiten 14 liegen aneinander an.In 1 are from the bipolar plates 12 and the membrane electrode assemblies 14 only the narrow sides 21 visible, noticeable. The main sides of the bipolar plates 12 and the membrane electrode assemblies 14 lie against each other.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung 30 zur Montage eines aus 1 bekannten Brennstoffzellenstapels 11 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Die Positioniervorrichtung 30 umfasst Positioniermittel 32, welche wie gezeigt als Positionierstangen ausgebildet sein können. Die Positioniermittel 32 können sich beispielsweise von einem Anlegekörper 34 (z. B. eine Auflageplatte) der Positioniervorrichtung 30, insbesondere rechtwinkelig von einer Anlegefläche 35 des Anlegekörpers 34, weg erstrecken und sind mit dem Anlegekörper 34 in der Regel unbeweglich verbunden. Die Anlegefläche 35 des Anlegekörpers 34 weist einen Winkel zur Horizontalen auf. Ebenso können auch die Positioniermittel einen Winkel zur Horizontalen aufweisen, oder auch entlang der Horizontalen verlaufen. Zudem kann der Anlegekörper 34 mittels eines Verstellmechanismus 38 mittels einer Grundplatte 36 verbunden sein, wobei die Grundplatte während der Montage des Brennstoffzellenstapels 11 normalerweise auf einer horizontalen Oberfläche steht. Mittels des Verstellmechanismus 38 (welcher in 8 detaillierter erkennbar ist) können der Winkel der Anlegefläche 35 und der Positioniermittel 32 zu einer Horizontalen eingestellt werden. 2 shows a positioning device according to the invention 30 for mounting one out 1 known fuel cell stack 11 according to a preferred embodiment of the invention. The positioning device 30 includes positioning means 32 which can be designed as positioning rods as shown. The positioning means 32 can, for example, from a contact body 34 (eg, a platen) of the positioning device 30 , in particular at right angles from a contact surface 35 of the application body 34 , extend away and are with the landing body 34 usually immovably connected. The contact surface 35 of the application body 34 has an angle to the horizontal. Likewise, the positioning means may also have an angle to the horizontal, or even along the horizontal. In addition, the contact body 34 by means of an adjusting mechanism 38 by means of a base plate 36 be connected, wherein the base plate during assembly of the fuel cell stack 11 usually standing on a horizontal surface. By means of the adjustment mechanism 38 (which in 8th can be seen in more detail), the angle of the contact surface 35 and the positioning means 32 be set to a horizontal.

Die Positioniervorrichtung 30 umfasst wenigstens eines der dargestellten Positioniermittel 32. Das wenigstens eine Positioniermittel 32 ist dazu ausgebildet Durchtrittsöffnungen 24 der Lagen 13 zu durchdringen, in Aussparungen 25 der Lagen 13 einzugreifen, und/oder die Lagen 13 an Auskragungen 26 der Lagen 13 zu stützen. Somit wird eine Positionierung (Zentrierung) der Lagen 13 zueinander ermöglicht. Wie in 3 ersichtlich ist, können auch alle drei Positioniermittel 32 die Durchtrittsöffnungen 24 durchdringen.The positioning device 30 comprises at least one of the illustrated positioning means 32 , The at least one positioning means 32 is designed to pass through openings 24 the layers 13 to penetrate, in recesses 25 the layers 13 intervene, and / or the layers 13 on overhangs 26 the layers 13 to support. Thus, a positioning (centering) of the layers 13 allows each other. As in 3 can be seen, all three positioning can 32 the passages 24 penetrate.

Folgend soll auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapels 11 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eingegangen werden und gleichzeitig weitere Details der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 30 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung offenbart werden.The following is intended to the inventive method for mounting a fuel cell stack 11 be received according to a preferred embodiment of the invention and at the same time further details of the positioning device according to the invention 30 disclosed according to a preferred embodiment of the invention.

Zur Montage des Brennstoffzellenstapels 11 werden die Lagen 13 auf die Positioniermittel 32 gesteckt, bis jede der (losen) Lagen jeweils eine Anlegefläche 35 kontaktiert. Eine erste Lage 13 kann eine Endplatte 18 sein, welche die Anlegefläche 35 des Anlegekörpers 34 kontaktiert. Eine Oberfläche der Endplatte 18 an der dem Anlegekörper 34 abgewandten Seite der Endplatte 18 bildet die Anlegefläche 35 für die nächste Lage 13 und so weiter.For mounting the fuel cell stack 11 become the layers 13 on the positioning means 32 inserted until each of the (loose) layers each have a contact surface 35 contacted. A first location 13 can be an end plate 18 be which the contact surface 35 of the application body 34 contacted. A surface of the end plate 18 at the landing body 34 opposite side of the end plate 18 forms the contact surface 35 for the next situation 13 and so on.

In den 3 und 4 ist ersichtlich, wie eine Positionierung der Lagen 13 zueinander erfolgt, wobei in 4 schematisch eine Membran-Elektroden-Einheit 14 und in 5 schematisch eine Bipolarplatte 12 mit Blickwinkel rechtwinkelig auf eine der zwei Hauptflächen 22 der jeweiligen Lage 13 dargestellt sind. Die Positionen der Positioniermittel 32 entsprechen dabei nicht den Positionen in 2.In the 3 and 4 can be seen as a positioning of the layers 13 to each other takes place, in 4 schematically a membrane electrode assembly 14 and in 5 schematically a bipolar plate 12 with angle perpendicular to one of the two main surfaces 22 the respective situation 13 are shown. The positions of the positioning means 32 do not correspond to the positions in 2 ,

Die den 3 und 4 ersichtlichen Lagen 13 liegen jeweils auf einer darunter liegenden Anlegefläche 35 der darunter liegenden Lage 13 auf. Gleichzeitig bilden sie wiederum für eine nachfolgend positionierte Lage 13 die Anlegefläche 35. The the 3 and 4 apparent locations 13 each lie on an underlying contact surface 35 the underlying location 13 on. At the same time, they form again for a subsequently positioned position 13 the contact surface 35 ,

Die Positioniermittel 32 weisen gerade Berührlinien 31 auf, entlang welcher die Positioniermittel 32 die Lagen 13 berühren. In den 3 bis 6 verlaufen die Berührlinien entlang der Blickrichtung, sind also als Punkte dargestellt. Die Positioniermittel 32 können eine Positionierleiste 33 umfassen, entlang welcher die Positioniermittel eine vordefinierte Oberflächengüte aufweisen und den Kontakt zu den Lagen 13 herstellen. Zur Ausrichtung der Lagen 13 zueinander kontaktieren die Lagen jeweils (an den Berührlinien 31) die Positioniermittel 32. Zudem kontaktieren die Lagen 13 die Anlegeflächen 35, wodurch die Position der Lagen 13 vollständig definiert ist. The positioning means 32 have straight lines of contact 31 along which the positioning means 32 the layers 13 touch. In the 3 to 6 the contact lines run along the line of sight, so they are shown as dots. The positioning means 32 can be a positioning bar 33 along which the positioning means have a predefined surface quality and the contact with the layers 13 produce. For aligning the layers 13 the layers contact each other (at the contact lines) 31 ) the positioning means 32 , In addition, contact the locations 13 the contact surfaces 35 , reducing the position of the layers 13 is completely defined.

Dadurch, dass die Anlegefläche 35 des Anlegekörpers 34 zur Horizontalen einen Winkel aufweist, und somit auch die Anlegeflächen 35, welche durch die Lagen 13 gebildet werden, zur Horizontalen geneigt sind, wird durch die Schwerkraft einem Verrutschen der Lagen 13 entgegengewirkt.Due to the fact that the contact surface 35 of the application body 34 to the horizontal has an angle, and thus also the contact surfaces 35 which through the layers 13 are formed, inclined to the horizontal, is due to gravity slipping of the layers 13 counteracted.

In vertikaler Richtung können die Lagen 13 im Wesentlichen durch jenes Positioniermittel 32 positioniert werden, welches die Berührlinie 31 an seiner Oberseite aufweist, während die Lagen 13 seitlich durch zwei weitere Positioniermittel 32, an deren Berührlinien 31 positioniert werden können. Die beiden seitlichen Berührlinien 31 können in einer Ebene 41 angeordnet sein, welche in 3 entlang der Blickrichtung verläuft und somit als Gerade dargestellt ist. Die Ebene 41 weist einen Winkel 42 zu einer Fallrichtung 44 entlang der Hauptfläche 22 der Lage 13 auf. Der Winkel 42 erleichtert die Positionierung der Lagen 13 und kann z. B. zwischen 3 und 45° betragen. Typischerweise reichen bereits wenige Grad aus, um eine Position der Lagen 13 zu definieren.In the vertical direction, the layers can 13 essentially by that positioning means 32 be positioned, which is the touch line 31 at its top, while the layers 13 laterally by two more positioning 32 , at their touch lines 31 can be positioned. The two lateral contact lines 31 can in a plane 41 be arranged, which in 3 runs along the line of sight and is thus shown as a straight line. The level 41 has an angle 42 to a fall direction 44 along the main surface 22 the situation 13 on. The angle 42 facilitates the positioning of the layers 13 and can z. B. be between 3 and 45 °. Typically, just a few degrees are sufficient to a position of the layers 13 define.

Die Lagen 13 können derart an der Positioniervorrichtung 30 angeordnet sein, dass eine maximale Erstreckung der positionierten Lagen 13 entlang einer Falllinie 27 der Hauptfläche 22 der positionierten Lagen 13 größer ist, als eine maximale Erstreckung der positionierten Lagen 13 entlang einer Höhenlinie 28 der Hauptfläche 22 der positionierten Lagen 13. Dadurch kann ein Durchhängen der Lagen 13 zwischen den einzelnen Positioniermitteln 32 verhindert werden.The layers 13 can be so on the positioning device 30 be arranged such that a maximum extent of the positioned layers 13 along a fall line 27 the main surface 22 the positioned layers 13 is greater than a maximum extent of the positioned layers 13 along a contour line 28 the main surface 22 the positioned layers 13 , This can cause sagging of the layers 13 between the individual positioning means 32 be prevented.

Auch die letzte Lage 13, welche eine der beiden Endplatten 18 ist, kann mittels der Positioniermittel 32 positioniert werden. Wenn die Lagen 13 des Brennstoffzellenstapels 11 fertig zueinander positioniert sind, werden die Endplatten 18 mittels Zugelementen 20, z. B. Spannblechen (siehe 2), zueinander gespannt und somit die dazwischen liegenden Lagen 13 des Brennstoffzellenstapels 11 verpresst. Also the last situation 13 which one of the two end plates 18 is, by means of the positioning means 32 be positioned. When the layers 13 of fuel cell stack 11 are positioned to each other, the end plates 18 by means of tension elements 20 , z. B. clamping plates (see 2 ), to each other and thus the intermediate layers 13 of the fuel cell stack 11 pressed.

In 5 ist analog zu 3 eine Lage 13 (eine Membran-Elektroden-Einheit 14) dargestellt, welche eine Aussparung 26 aufweist, in welche eines der Positioniermittel 32 eingreift. Im Gegensatz dazu ist in 6 eine Lage 13 (ebenfalls eine Membran-Elektroden-Einheit 14) dargestellt, welche eine Auskragung 27 aufweist, welche sich auf eines der Positioniermittel 32 stützt. Eine Positionierung der Lagen 13 kann auch mittels beliebiger Kombinationen der Durchtrittsöffnungen 24, Aussparungen 26 und Auskragungen 27 erfolgen.In 5 is analogous to 3 a location 13 (a membrane-electrode assembly 14 ), which has a recess 26 in which one of the positioning means 32 intervenes. In contrast, in 6 a location 13 (also a membrane-electrode assembly 14 ), which is a projection 27 which refers to one of the positioning means 32 supports. A positioning of the layers 13 can also by means of any combinations of the openings 24 , Recesses 26 and overhangs 27 respectively.

7 zeigt einen Teil der Positioniervorrichtung 30 während der Montage des Brennstoffzellenstapels 11. Die Anlegefläche 35 des Anlegekörper 34 und die Berührlinien 31 sind rechtwinkelig zueinander ausgerichtet und gegenüber der Horizontalen 50 geneigt. Die Positioniermittel 32, welche sich in die selbe Richtung wie die Berührlinien 31 erstrecken, wurden zugunsten der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Ebenso wird auch nur ein Teil des Brennstoffzellenstapels 11 gezeigt. Beispielsweise können sowohl ein Winkel 46 der Berührlinien 31, als auch ein Winkel 48 der Anlegefläche 35 gegenüber der Horizontalen 50 ca. 45° betragen. Die Anlegeflächen 35 können wie gezeigt parallel zu den Hauptflächen 22 sein oder mit diesen zusammenfallen. Zudem wird bei der Darstellung des Winkels 48 davon ausgegangen, dass der Anlegekörper 34 eine Platte mit konstanter Dicke ist. 7 shows a part of the positioning device 30 during assembly of the fuel cell stack 11 , The contact surface 35 of the application body 34 and the touch lines 31 are perpendicular to each other and opposite to the horizontal 50 inclined. The positioning means 32 which are in the same direction as the touch lines 31 were not drawn in for clarity. Likewise, only a part of the fuel cell stack 11 shown. For example, both an angle 46 the touch lines 31 , as well as an angle 48 the contact surface 35 opposite the horizontal 50 about 45 °. The contact surfaces 35 can be parallel to the main surfaces as shown 22 be or coincide with them. In addition, in the representation of the angle 48 assumed that the landing body 34 is a plate of constant thickness.

Durch den Winkel 46 werden die Lagen 13 durch die Schwerkraft soweit entlang des der Berührlinien 31 bewegt, bis sie jeweils eine der Anlegeflächen 35 kontaktieren. Im gezeigten Beispiel gemäß 4 sind die Dichtungen 16 mit der Membran-Elektroden-Einheit 14 verbunden. Die Dichtungen 16 können jedoch auch mit den Bipolarplatten verbunden oder eigene Lagen 13 sein.Through the angle 46 become the layers 13 by gravity as far along the lines of contact 31 moves until each one of the contact surfaces 35 to contact. In the example shown according to 4 are the seals 16 with the membrane-electrode unit 14 connected. The seals 16 However, they can also be connected to the bipolar plates or your own layers 13 be.

Durch den Winkel 48 sind die Anlegeflächen 35 derart geneigt, dass eine Reibung zwischen den Anlegeflächen 35 und den daran anliegenden Lagen 13 überwunden wird. Beispielsweise kann der Winkel 48 so groß sein, dass eine Gleitreibung überwunden wird, jedoch eine Haftreibung nicht überwunden wird. Zum Positionieren der Lagen 13 an den Positioniermitteln 32 genügt es somit, die Lagen 13 leicht anzustoßen, damit diese in Bewegung kommen und die Haftreibung zu den Anlegeflächen 35 überwinden. Anschließend gleiten die Lagen 13 in ihre vorbestimmte Position (ihre Endlage) an den Positioniermitteln 32 und berühren diese an den Berührlinien 31. Der Winkel 48 kann jedoch auch so groß gewählt werden, dass nicht nur die Gleitreibung, sondern auch die Haftreibung überwunden werden. Somit gleiten die Lagen 13 auch ohne eine äußere Einwirkung in die vorbestimmte Position an den Positioniermitteln 32. Je größer der Winkel 48 der Anlegefläche 35 gegenüber der Horizontalen 50 ist, umso leichter gleiten die Lagen 13 entlang den Anlageflächen 35 in ihre vorbestimmte Position. Gleichzeitig nimmt jedoch bei rechtwinkelig zu der Anlagefläche 35 des Anlagekörpers 34 angeordneten Berührlinien 31 der Winkel 46 ab. Bei einem manuellen Schieben der Lagen 13 reichen hingegen auch deutlich geringere Winkel 46, 48 aus.Through the angle 48 are the contact surfaces 35 inclined so that a friction between the contact surfaces 35 and the adjacent layers 13 is overcome. For example, the angle 48 be so large that a sliding friction is overcome, but a static friction is not overcome. For positioning the layers 13 at the positioning means 32 So it is enough, the layers 13 easily abut, so that they come into motion and the static friction to the contact surfaces 35 overcome. Then slide the layers 13 in its predetermined position (its end position) on the positioning means 32 and touch them at the touch lines 31 , The angle 48 However, it can also be chosen so large that not only the sliding friction, but also the static friction are overcome. Thus, the layers slide 13 without any external action in the predetermined position on the positioning means 32 , The bigger the angle 48 the contact surface 35 opposite the horizontal 50 the easier it is to glide 13 along the contact surfaces 35 in their predetermined position. At the same time, however, increases at right angles to the contact surface 35 of the plant body 34 arranged contact lines 31 the angle 46 from. When manually pushing the layers 13 On the other hand, significantly lower angles are sufficient 46 . 48 out.

Je nach Anordnung der Positioniermittel 32 zu den Lagen 13 kann bei einem Winkel 48, welcher groß genug ist, um die Haftreibung zu überwinden, erreicht werden, dass die Lagen 13 an wenigstens einem der Positioniermittel 32 hängen. Entsprechende Fälle sind in den 3 bis 6 ersichtlich. Von einem Hängen der Lagen 13 an den Positioniermitteln 32 kann gesprochen werden, wenn sich ein Kraftangriffspunkt des Positioniermittels 32, welches die Lage 13 formschlüssig vor einem Abrutschen bewahrt, in Fallrichtung oberhalb des Schwerpunktes der Lage 13 befindet.Depending on the arrangement of the positioning 32 to the situations 13 can at an angle 48 , which is large enough to overcome the static friction, be achieved that the layers 13 at least one of the positioning means 32 hang. Corresponding cases are in the 3 to 6 seen. From a hanging of the layers 13 at the positioning means 32 can be spoken when a force application point of the positioning 32 which the location 13 positively prevented from slipping, in the direction of fall above the center of gravity of the situation 13 located.

Um die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 30 zu verdeutlichen, ist in 8 eine alternative Möglichkeit der Positionierung der Lagen 13 zueinander ersichtlich. To the advantages of the method and the positioning device according to the invention 30 to clarify is in 8th an alternative way of positioning the layers 13 visible to each other.

Der Verstellmechanismus 38 entspricht jedoch jenem aus 2. Der Anlegekörper 34 kann mitsamt den Positioniermitteln 32 um zwei Achsen geneigt werden. Somit können die Winkel 46, 48 der Berührlinien 31 und der Anlegeflächen 35 zur Horizontalen eingestellt werden. Ferner kann auch der Winkel 42 zwischen der Ebene 41 der beiden seitlichen Berührlinien 31 und der Fallrichtung 44 eingestellt werden. Der Verstellmechanismus 38 umfasst zwei voneinander unabhängige Teilmechanismen, welche jeweils eine Gewindestange 52 umfassen. Zudem umfasst jeder Teilmechanismus jeweils zwei Lagerböcke 54, in welchen die Gewindestangen 52 gelagert sind. Der Verstellmechanismus 38 weist zudem pro Gewindestange 52 eine Mutter 56 auf, welche mit zwei Druckstangen 58 gelenkig verbunden ist. Die Lagerböcke 54 des unteren Teilmechanismus sind mit der Grundplatte 36 verbunden, während die zugehörigen Druckstangen 58 mit einer Zwischenplatte 60 gelenkig verbunden sind. Die Zwischenplatte 60 ist über Gelenke 62 schwenkbar mit der Grundplatte 36 verbunden. Der obere Teilmechanismus ist zu dem unteren Teilmechanismus (z. B. um 90°) verdreht und oberhalb der Zwischenplatte 60 angeordnet, wobei seine Lagerböcke 54 mit der Zwischenplatte 60 und seine Druckstangen 58 mit dem Anlegekörper 34 gelenkig verbunden sind. Zudem kann jeder Teilmechanismus eine Kurbel 64 aufweisen, mittels welcher die Gewindestangen 52 in Rotation versetzt und somit die Ausrichtung der Anlegeflächen 35 und der Positioniermittel 32 verändert werden kann. The adjustment mechanism 38 However, this corresponds to that 2 , The landing body 34 can together with the positioning means 32 be tilted about two axes. Thus, the angles can 46 . 48 the touch lines 31 and the contact surfaces 35 be adjusted to the horizontal. Further, also the angle 42 between the level 41 the two lateral contact lines 31 and the direction of fall 44 be set. The adjustment mechanism 38 includes two independent sub-mechanisms, each with a threaded rod 52 include. In addition, each sub-mechanism each includes two bearing blocks 54 in which the threaded rods 52 are stored. The adjustment mechanism 38 also has per threaded rod 52 A mother 56 on, which with two push rods 58 articulated is connected. The bearing blocks 54 of the lower part mechanism are with the base plate 36 connected while the associated push rods 58 with an intermediate plate 60 are hingedly connected. The intermediate plate 60 is about joints 62 swiveling with the base plate 36 connected. The upper part mechanism is twisted to the lower part mechanism (eg, 90 °) and above the intermediate plate 60 arranged, with his bearing blocks 54 with the intermediate plate 60 and his push rods 58 with the application body 34 are hingedly connected. In addition, each sub-mechanism can be a crank 64 by means of which the threaded rods 52 set in rotation and thus the orientation of the contact surfaces 35 and the positioning means 32 can be changed.

Zur Zentrierung der Bipolarplatten 12 und der Membran-Elektroden-Einheiten 14 werden diese gemäß der alternativen Möglichkeit der Positionierung auf die Auflageplatte 34 gelegt und kontaktieren mit ihren Schmalseiten 21 (den äußeren Kanten) die Positioniermittel 32. Je nach Neigung der Anlegefläche 35 des Anlegekörpers 34 wird ein Verrutschen der Lagen 13 aus der gewünschten Position verhindert. Ist die Neigung allerdings zu groß, kann es zur Faltenbildung der Membran-Elektroden-Einheiten 14 kommen. Eine genaue und prozesssichere Ausrichtung der Bipolarplatten 12 und der Membran-Elektroden-Einheiten 14 ist jedoch nur bei einer großen Neigung möglich, wodurch die Gefahr der Faltenbildung zunimmt. Eine Folge wäre eine Leckage oder Beschädigung der Membran-Elektroden-Einheiten 14.For centering the bipolar plates 12 and the membrane electrode assemblies 14 These are according to the alternative possibility of positioning on the support plate 34 laid and contact with their narrow sides 21 (the outer edges) the positioning means 32 , Depending on the inclination of the contact surface 35 of the application body 34 is a slipping of the layers 13 prevented from the desired position. However, if the tendency is too great, it can cause wrinkling of the membrane-electrode assemblies 14 come. An accurate and reliable alignment of the bipolar plates 12 and the membrane electrode assemblies 14 However, it is only possible with a large inclination, whereby the risk of wrinkling increases. One consequence would be leakage or damage to the membrane-electrode assemblies 14 ,

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den vorhergehenden Figuren verhindert diese Faltenbildung der Membran-Elektroden-Einheiten 14. Somit wird ein prozesssicheres Aufstapeln von Brennstoffzellen 10 ermöglicht.The inventive method according to the preceding figures prevents this wrinkling of the membrane-electrode assemblies 14 , Thus, a process-reliable stacking of fuel cells 10 allows.

Dazu stellte es sich als vorteilhaft heraus, bei der Positioniervorrichtung 30 gemäß 2, welche den Verstellmechanismus 38 gemäß 7 aufweist, mittels des unteren und oberen Teilmechanismusses jeweils einen Winkel von ca. 45 ° einzustellen. Daraus ergibt sich ein Winkel der Anlagefläche 35 des Anlagekörpers 34 von ca. 60 ° zur Horizontalen 50. Durch den rechten Winkel zwischen den Berührlinien 31 und der Anlagefläche 35 des Anlegekörpers 34 folgt ein Winkel 46 zwischen den Berührlinien 31 und der Horizontalen 50 von ca. 30 °. Bei einer zunächst vertikalen Ebene 41 beträgt der durch die Verstellung resultierende Winkel 42 zwischen der Ebene 41 und der Fallrichtung 44 entlang der Anlagefläche 35 des Anlegekörpers ca. 35 °.For this purpose, it turned out to be advantageous in the positioning device 30 according to 2 which the adjusting mechanism 38 according to 7 has to adjust by means of the lower and upper Teilmechanismusses each an angle of about 45 °. This results in an angle of the contact surface 35 of the plant body 34 from about 60 ° to the horizontal 50 , By the right angle between the touch lines 31 and the contact surface 35 of the application body 34 follows an angle 46 between the touch lines 31 and the horizontal 50 of about 30 °. At a first vertical level 41 is the angle resulting from the adjustment 42 between the level 41 and the direction of fall 44 along the contact surface 35 of the contact body about 35 °.

Durch die Erfindung wurde eine Möglichkeit zur Verfügung gestellt, mittels welcher ein schnelleres Aufstapeln erfolgen kann, da die Bauteile insbesondere hängend über die Positioniermittel 32 z. B. Positionierstangen (auch Zentrierstangen genannt) in die korrekte Position gleiten. Durch das Eigengewicht der hängenden Lagen 13 wird dabei eine Faltenbildung verhindert. Durch die relativ große Neigung der Anlegefläche 35 zur Horizontalen wird sichergestellt, dass die Lagen von selbst und bei einem Verrutschen wieder in die korrekte Position rutschen.The invention has provided a possibility by means of which a faster stacking can take place, since the components are suspended, in particular, via the positioning means 32 z. B. Positioning rods (also called centering rods) slide in the correct position. Due to the dead weight of the hanging layers 13 while wrinkling is prevented. Due to the relatively large inclination of the contact surface 35 to the horizontal ensures that the layers by themselves and slip back into the correct position.

Zudem wird eine Überschneidung der Positioniervorrichtung mit den Spannelementen 20, z. B. einem Spannband, das außerhalb der Bipolarplatten 12 und Membran-Elektroden-Einheiten 14 liegt, vermieden.In addition, an overlap of the positioning device with the clamping elements 20 , z. B. a strap that outside the bipolar plates 12 and membrane-electrode assemblies 14 lies, avoided.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Brennstoffzelle fuel cell

11 11

Brennstoffzellenstapelfuel cell stack

1212

Bipolarplatte bipolar

1313

Lage location

1414

Membran-Elektroden-Einheit Membrane-electrode assembly

1616

Dichtung poetry

1818

Endplatte endplate

2020

Zugelement tension element

2121

Schmalseite narrow side

2222

Hauptseite Home

2424

Durchtrittsöffnung Through opening

2525

Aussparung recess

2626

Auskragung projection

2727

Falllinie fall line

2828

Höhenlinie contour

3030

Positioniervorrichtung positioning

3131

gerade Berührlinie straight touch line

3232

Positioniermittel positioning

3333

Positionierleiste positioning rail

3434

Anlegekörper landing body

3535

Anlegefläche contact surface

3636

Grundplatte baseplate

3838

Verstellmechanismus adjustment

4141

Ebene  level

42 42

Winkel der Ebene zur VertikalenAngle of the plane to the vertical

4444

Fallrichtung falling direction

4646

Winkel der Berührlinien zur Horizontalen Angle of the contact lines to the horizontal

4848

Winkel der Hauptflächen und der Anlegeflächen zur Horizontalen Angle of the main surfaces and the contact surfaces to the horizontal

5050

Horizontale horizontal

5252

Gewindestange threaded rod

5454

Lagerbock bearing block

5656

Mutter mother

5858

Druckstange pushrod

6060

Zwischenplatte intermediate plate

6262

Gelenk joint

64 64

Kurbelcrank

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102009030427 [0007] DE 102009030427 [0007]

Claims (10)

Verfahren zur Montage eines Brennstoffzellenstapels (10) mit mehreren aufeinander gestapelten Lagen (13), wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen einer Positioniervorrichtung (30) mit wenigstens einem Positioniermittel (32), und – Aneinanderreihen der Lagen (13), wobei die Hauptflächen (22) der aneinander gereihten Lagen (13) einen Winkel (48) zur Horizontalen (50) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aneinanderreihen der Lagen (13) das wenigstens eine Positioniermittel (32) zur Positionierung der Lagen (13) – Durchtrittsöffnungen (24) der Lagen (13) durchdringt, – in Aussparungen (25) der Lagen (13) eingreift, und/oder – die Lagen (13) an Auskragungen (26) der Lagen stützt.Method for assembling a fuel cell stack ( 10 ) with several stacked layers ( 13 ), the method comprising at least the following steps: - providing a positioning device ( 30 ) with at least one positioning means ( 32 ), and - stringing together the layers ( 13 ), the main surfaces ( 22 ) of the layers ( 13 ) an angle ( 48 ) to the horizontal ( 50 ), characterized in that when the layers ( 13 ) the at least one positioning means ( 32 ) for positioning the layers ( 13 ) - passages ( 24 ) of the layers ( 13 penetrates, - in recesses ( 25 ) of the layers ( 13 ) engages, and / or - the layers ( 13 ) on projections ( 26 ) of the layers. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Durchtrittsöffnungen (24) Betriebsmittelöffnungen, insbesondere Reaktantenöffnungen sind.Method according to claim 1, wherein the passage openings ( 24 ) Resource openings, in particular reactant openings are. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aneinander gereihten Lagen Anlegeflächen (35) kontaktieren und die Anlegeflächen (35) derart geneigt sind, dass eine Reibung, insbesondere eine Haftreibung zwischen den Anlegeflächen (35) und den Lagen (13) überwunden wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the layers lined up abutment surfaces ( 35 ) and the contact surfaces ( 35 ) are inclined so that a friction, in particular a static friction between the contact surfaces ( 35 ) and the layers ( 13 ) is overcome. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagen (13) an dem wenigsten einen Positioniermittel (32) hängen.Method according to one of the preceding claims, wherein the layers ( 13 ) at the least one positioning means ( 32 ) hang. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagen (13) durch die Schwerkraft soweit entlang des wenigstens einen Positioniermittels (32) bewegt werden, bis sie jeweils eine Anlegefläche (35) kontaktieren.Method according to one of the preceding claims, wherein the layers ( 13 ) by gravity as far along the at least one positioning ( 32 ) until they each have a contact surface ( 35 ) to contact. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagen (13) wenigstens eine Bipolarplatte (12) und Membran-Elektroden-Einheiten (14) umfassen.Method according to one of the preceding claims, wherein the layers ( 13 ) at least one bipolar plate ( 12 ) and membrane electrode assemblies ( 14 ). Positioniervorrichtung (30) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens ein Positioniermittel (32) und einen Anlegekörper (34) mit einer Anlegefläche (35), wobei die Anlegefläche (35) einen Winkel (48) zur Horizontalen (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (30) dazu ausgebildet ist, mittels des wenigstens einen Positioniermittels (32) – Durchtrittsöffnungen (24) der Lagen (13) zu durchdringen, – in Aussparungen (25) der Lagen (13) einzugreifen, – und/oder die Lagen (13) an Auskragungen (26) der Lagen (13) zu stützen, derart, dass eine Positionierung der Lagen (13) zueinander ermöglicht wird.Positioning device ( 30 ) for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising at least one positioning means ( 32 ) and a contact body ( 34 ) with a contact surface ( 35 ), wherein the contact surface ( 35 ) an angle ( 48 ) to the horizontal ( 50 ), characterized in that the positioning device ( 30 ) is adapted, by means of the at least one positioning means ( 32 ) - passages ( 24 ) of the layers ( 13 ), - in recesses ( 25 ) of the layers ( 13 ) intervene, - and / or the layers ( 13 ) on projections ( 26 ) of the layers ( 13 ) such that positioning of the layers ( 13 ) is allowed to each other. Positioniervorrichtung (30) nach Anspruch 7, wobei die Positioniervorrichtung (30) derart ausgebildet ist, dass die Lagen (13) des Brennstoffzellenstapels (11) zur Positionierung zueinander an das wenigstens eine Positioniermittel (32) hängbar sind.Positioning device ( 30 ) according to claim 7, wherein the positioning device ( 30 ) is formed such that the layers ( 13 ) of the fuel cell stack ( 11 ) for positioning to each other to the at least one positioning ( 32 ) are suspended. Positioniervorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei der Winkel (48) der Anlegefläche (35) zur Horizontalen (50) wenigstens 20°, insbesondere wenigstens 30°, bevorzugt wenigstens 40° beträgt.Positioning device ( 30 ) according to one of claims 7 to 8, wherein the angle ( 48 ) of the contact surface ( 35 ) to the horizontal ( 50 ) is at least 20 °, in particular at least 30 °, preferably at least 40 °. Positioniervorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei sich eine gerade Berührlinie (31) des Positioniermittels (32) horizontal erstreckt oder einen Winkel zur Horizontalen (50) aufweist, welcher größer als 0°, insbesondere größer als 20°, bevorzugt größer als 30°, besonders bevorzugt größer als 40° ist.Positioning device ( 30 ) according to one of claims 7 to 9, wherein a straight contact line ( 31 ) of the positioning means ( 32 ) horizontally or at an angle to the horizontal ( 50 ), which is greater than 0 °, in particular greater than 20 °, preferably greater than 30 °, particularly preferably greater than 40 °.

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