DE102020112665A1 - Verfahren zum Verbinden zweier Bleche durch Rollnahtschweißen und Vorrich-tung zur Herstellung einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle - Google Patents

Verfahren zum Verbinden zweier Bleche durch Rollnahtschweißen und Vorrich-tung zur Herstellung einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Verbinden zweier Bleche (3, 4), insbesondere einer Bipolarplatte, durch Rollnahtschweißen, umfasst folgende Schritte:- Zuführen von zwei aufeinander liegenden Blechen (3, 4) zu einer Schweißvorrichtung (10), welche mindestens zwei walzenförmige Rollelektroden (17, 18) umfasst, deren Breite (B) mindestens einer Breite (BS) eines Schweißbereiches senkrecht zu einer Förderrichtung (FR) der beiden Bleche (3, 4) entspricht, wobei mindestens eine der Rollelektroden (17, 18) Oberflächenbereiche (21, 22) unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit aufweist,- Bestromung elektrisch leitfähiger Oberflächenbereiche (21) der rotierenden Rollelektroden (17, 18), wobei sowohl die Rotationsachsen (RA) der Rollelektroden (17, 18) als auch deren Position längs der Rotationsachsen (RA) unverändert bleiben und die zwischen den Rollelektroden (17, 18) geförderten Bleche (3, 4) in Form mindestens einer Schweißnaht (23), welche nicht orthogonal zu den Rotationsachsen (RA) der Rollelektroden (17, 18) verläuft, miteinander verschweißt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Bleche durch Rollnahtschweißen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle aus zwei miteinander zu verschweißenden Blechen.
  • Eine elektrische Widerstands-Rollennahtschweißmaschine ist beispielsweise aus der DE 15 65 753 C3 bekannt. Beim Betrieb der bekannten Schweißmaschine sind zwei zu verschweißende Bleche gleichzeitig zwischen Rollen der Schweißmaschine einzuschieben. Ein Rollenantrieb ist derart gestaltet, dass sich die Bleche beim Auftreffen auf die beiden Rollen mit Schweißgeschwindigkeit bewegen. Damit soll erreicht werden, dass auch der Anfang der Schweißnaht weder zu wenig geschweißt wird noch festigkeits- oder abdichtungsmäßig nicht genügt.
  • Eine in der WO 2009/073157 A1 beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung einer Schweißnaht umfasst zwei rollenförmige Elektroden, zwischen denen zu verschweißende plattenförmige Bauteile geführt werden, wobei zwischen den Elektroden wirkende Kräfte sowie elektrische Ströme, die durch die Elektroden geleitet werden, je nach Betriebsphase variiert werden.
  • Eine in der US 5,676,862 A beschriebene Widerstandsschweißanlage umfasst zwei Paare rollenförmiger Elektroden, wobei das erste Paar an Elektroden eine Schweißnaht erzeugt und das zweite Paar an Elektroden mindestens eine weitere Aufgabe übernimmt, beispielsweise die Dicke der Schweißnaht reduziert und/oder eine Wärmebehandlung durchführt.
  • Eine in der JP 000H09300080 A beschriebene Vorrichtung, welche Mittel zur Verarbeitung von Informationen, die die Position einer Schweißnaht betreffen, umfasst, weist einen Drehtisch zur Positionierung eines Werkstücks auf.
  • Aus der DE 1 822 196 U ist eine Schweißmaschine zum automatischen Schweißen mindestens teilweise krummlinig verlaufender Nähte bekannt. Die Schweißmaschine ist zum Konturnahtschweißen von Blechradiatoren vorgesehen und umfasst eine Steuervorrichtung zum Steuern der Bewegung der Werkstücke.
  • Eine in der DE 10 2012 107 451 A1 offenbarte Rollennahtschweißvorrichtung, welche zum Verschweißen von Bauteilen eingerichtet ist, die durch ein Paar an rollenförmigen Schweißelektroden hindurchgeführt werden, weist einen mit einer Schweißeinheit gekoppelten Verfahrmechanismus auf, der zum Verfahren der Schweißeinheit quer zur Durchführrichtung der Bauteile ausgebildet ist.
  • Eine in der DE 21 63 731 B2 beschriebene Vorrichtung zur Rollnahtdichtschweißung der Seitenränder von Platten-Radiatoren umfasst zwei Rollnahtschweißaggregate, von denen eines hin und her bewegbar ist. Mit dieser Beweglichkeit soll auf Längentoleranzen zu verschweißender Bauteile Rücksicht genommen werden.
  • Aus der DE 102 35 419 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Membranmoduls zur Wasserstoffabtrennung in einem Brennstoffzellensystem bekannt. Im Rahmen dieses Herstellungsverfahrens werden mehrere Bauteile gasdicht miteinander verschweißt oder verlötet. Weitere Membranmodule zur Wasserstoffabtrennung sind in den Dokumenten DE 102 30 342 C1 und DE 198 60 253 C1 beschrieben.
  • Die DE 103 06 235 A1 , welche ebenfalls Komponenten für ein Brennstoffzellensystem betrifft, schlägt das Widerstandsnahtschweißen einer Folie vor. Hierbei wird eine Folie zusammen mit einem vergleichsweise dicken Folienträger relativ zu einer Rollenelektrode bewegt.
  • Ein in der DE 103 17 388 A1 beschriebenes Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs schlägt die Bildung stoffschlüssiger Verbindungen durch Kondensatorentladungsschweißung, Hartlötung oder Rollnahtschweißung vor.
  • Die DE 102 21 951 A1 offenbart eine Bipolarplatte für eine PEM-Brennstoffzelle. In diesem Fall ist die Verbindung metallischer Bauteile durch Laserstrahlschweißen vorgesehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Rollnahtschweißverbindungen, insbesondere bei Bipolarplatten von Brennstoffzellen, gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei ein besonders günstiges Verhältnis zwischen apparativem Aufwand, Prozesssicherheit und Fertigungsgeschwindigkeit angestrebt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Verbinden zweier Bleche durch Rollnahtschweißen gemäß Anspruchs 1. Das Verbindungsverfahren, nämlich Rollnahtschweißverfahren, umfasst folgende Schritte:
    • - Zuführen von zwei aufeinander liegenden Blechen zu einer Schweißvorrichtung, welche mindestens zwei walzenförmige Rollelektroden umfasst, deren Breite B mindestens einer Breite BS eines Schweißbereiches senkrecht zu einer Förderrichtung FR der beiden Bleche entspricht, wobei mindestens eine der Rollelektroden Oberflächenbereiche unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit aufweist,
    • - Bestromung elektrisch leitfähiger Oberflächenbereiche der rotierenden Rollelektroden, wobei sowohl die Rotationsachsen der Rollelektroden als auch deren Position längs der Rotationsachsen unverändert bleiben und die zwischen den Rollelektroden geförderten Bleche in Form mindestens einer Schweißnaht, welche nicht orthogonal zu den Rotationsachsen der Rollelektroden verläuft, miteinander verschweißt werden.
  • Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch eine die Merkmale nach Anspruch 6 aufweisende Vorrichtung zur Herstellung einer Bipolarplatte einer Brennstoffzelle. Die Vorrichtung umfasst, um zwei Bleche miteinander zu verschweißen, eine Anordnung aus zwei zueinander parallelen, walzenförmigen Rollelektroden, wobei mindestens eine der Rollelektroden eine sowohl geometrisch als auch hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit strukturierte Oberfläche aufweist, welche dazu ausgebildet ist, eine die Bleche verbindende Schweißnaht zu erzeugen, die sich zumindest partiell in Axialrichtung der Rollelektroden erstreckt.
  • Die mindestens eine Rollelektrode, die eine sowohl geometrisch als auch hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit strukturierte Oberfläche aufweist, weist insbesondere Erhebungen und Vertiefungen auf, wobei die Erhebungen in Kontakt zu einem der Bleche gelangen, so dass dort die Verschweißung der aufeinander liegenden Bleche stattfinden kann. Dabei sind die Erhebungen aus einem Material mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet gegenüber dem Material, das die Vertiefungen bildet. Die Erhebungen sind insbesondere aus Kupfer gebildet.
  • Das Material mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit ist dabei elektrisch isoliert zum Material angeordnet, das die Vertiefungen bildet. Einzelne Erhebungen sind insbesondere einzeln und unabhängig voneinander bestromt. In Förderrichtung der Bleche gesehen nebeneinander, insbesondere parallel, angeordnete linienförmige Erhebungen sind dabei vorzugsweise ebenfalls unabhängig voneinander bestromt. Das die Vertiefungen bildende Material weist insbesondere eine hohe thermische Leitfähigkeit auf, um Wärme aus dem Schweißbereich abführen zu können.
  • Die im Folgenden im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläuterten Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für das Rollnahtschweißverfahren und umgekehrt. Mit dem Schweißverfahren ist eine Bipolarplatte herstellbar, welche zwei miteinander verbundene, profilierte Bleche umfasst, zwischen denen mindestens ein Strömungskanal gebildet ist. Auch Vorrichtungen zur Gasabscheidung, welche insbesondere in einem Brennstoffzellensystem zum Einsatz kommen können, sind mit dem anmeldungsgemäßen Rollnahtschweißverfahren herstellbar.
  • Im Unterschied zu herkömmlichen Rollnahtschweißverfahren, bei welchen eine Schweißnaht stets in Abrollrichtung der als Rolle ausgebildeten Elektrode, das heißt quer zur Rotationsachse der Rolle, verläuft, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Herstellung von Schweißnähten, welche schräg zur als Elektrode fungierenden Rolle oder sogar in Axialrichtung der Rolle verlaufen. Um dies zu ermöglichen, sind die als Elektroden eingesetzten Rollen im Vergleich zu herkömmlichen, typischerweise scheibenförmigen Rollen besonders breit gestaltet, was durch die Charakterisierung der Rollen als „walzenförmig“ ausgedrückt wird. Insbesondere ist die in Richtung ihrer Rotationsachse zu messende Breite einer Rollelektrode größer als der Durchmesser der Rollelektrode. Die Breite einer Rollelektrode entspricht mindestens der Breite eines Schweißbereiches senkrecht zu einer Förderrichtung der beiden Bleche. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung kann sich jede Rollelektrode auch über die gesamte Breite der miteinander zu verschweißenden Bleche erstrecken.
  • Gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung werden die Bleche mit Hilfe von Rollelektroden verschweißt, deren Umfang mindestens der in Förderrichtung zu messenden Länge des zu verschweißenden Bereichs entspricht. Dies bedeutet, dass durch die elektrisch leitenden Oberflächenbereiche der Rollelektroden die komplette Struktur der Schweißnähte abgebildet ist.
  • Alternativ sind mehrere Walzenpaare vorgesehen, durch die die miteinander zu verbindenden Bleche in Förderrichtung laufen, wobei jedes der Walzenpaare lediglich einen Teil der Länge der Bleche bearbeitet, das heißt mindestens eine Schweißnaht in dem entsprechenden Abschnitt der Bleche erzeugt. In diesem Fall sind im Vergleich zur ersten möglichen Ausgestaltung kleinere Rollelektroden ausreichend.
  • Um Schweißnähte zu erzeugen, die exakt oder näherungsweise in Querrichtung der Bleche, das heißt parallel zu den Rotationsachsen der Rollelektroden, verlaufen, sind verschiedene Herstellungsprinzipien nutzbar:
    • Zum einen können die leitfähigen Oberflächenbereiche der Rollelektroden derart strukturiert sein, dass beim Rollnahtschweißen eine zickzackförmige Schweißnaht entsteht, die insgesamt quer zur Förderrichtung der Bleche verläuft. Zum anderen können in Förderrichtung der Bleche hintereinander geschaltete Walzenpaare derart gestaltet und mechanisch oder elektronisch miteinander synchronisiert sein, dass Schweißpunkte, die durch unterschiedliche Walzenpaare gesetzt werden, insgesamt eine geschlossene Schweißnaht ergeben, welche in beliebiger Richtung, insbesondere quer zur Förderrichtung, verläuft.
  • Im Übrigen können in zahlreichen Anwendungsfällen quer zur Förderrichtung der Bleche verlaufende Schweißnähte durch eine modifizierte Gestaltung des Endprodukts, insbesondere der Bipolarplatte, vermieden werden. Quernähte herkömmlicher Produkte sind hierbei zum Beispiel durch leicht schräg verlaufende Schweißnähte ersetzt.
  • Den verschiedenen Varianten ist gemeinsam, dass die Rollelektroden während des gesamten Vorgangs des Rollnahtschweißens nicht verschwenkt oder längs ihrer eigenen Achse verschoben werden. Damit wird bei robustem Aufbau der Herstellungsvorrichtung eine hohe geometrische Präzision des Endprodukts, auch unter Bedingungen der Serienfertigung, erreicht. Die als Walzen gestalteten Rollelektroden können elektrisch in einzelne Abschnitte, beispielsweise zwei Abschnitte, unterteilt sein, welche in Axialrichtung der jeweiligen Rollelektrode hintereinander angeordnet sind. Damit sind erweiterte Möglichkeiten zur Steuerung und Kontrolle des Stromflusses durch die einzelnen Abschnitte gegeben.
  • Während des Rollnahtschweißens können die Rollelektroden entweder mit variierender oder mit konstanter Drehzahl rotieren. Insbesondere im letztgenannten Fall eignet sich die Rollnahtschweißvorrichtung besonders gut zur Integration in eine Anlage, in welcher die Bleche jeweils vom Coil abgewickelt werden, miteinander verschweißt werden, und erst nach dem Rollnahtschweißen in einzelne, gleichartige Endprodukte, insbesondere Bipolarplatten, zerteilt werden.
  • Nachfolgend sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise grob schematisiert:
    • 1 Komponenten einer Vorrichtung zur Herstellung einer Bipolarplatte,
    • 2 Strukturen einer mit der Vorrichtung nach 1 hergestellten Bipolarplatte,
    • 3 modifizierte Komponenten einer Vorrichtung zur Herstellung einer Bipolarplatte in einer Darstellung analog 1,
    • 4 Strukturen einer weiteren Bipolarplatte,
    • 5 eine Fertigungsanlage zur Herstellung von Bipolarplatten,
    • 6 eine in der Anlage nach 5 verwendbare Rollelektrode in perspektivischer Ansicht,
    • 7 eine Schnittdarstellung der Rollelektrode nach 6,
    • 8 eine erste Variante einer Schweißnaht einer Bipolarplatte,
    • 9 Merkmale einer zweiten Variante einer Schweißnaht sowie zugehöriger Rollelektroden,
    • 10 eine erste mögliche Gestaltung einer Stromzuführung zu Rollelektroden,
    • 11 eine zweite mögliche Gestaltung einer Stromzuführung zu einer Rollelektrode,
    • 12 eine weitere Anlage zur Herstellung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen in einer Darstellung analog 5.
  • Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Eine Fertigungsanlage 1 dient der serienmäßigen Herstellung von Bipolarplatten 2 aus Blechen 3, 4, welche jeweils vom Coil 5, 6 abgerollt werden. Verschiedene Varianten von Fertigungsanlagen 1 sind in den 5 und 12 veranschaulicht. Die zunächst aufgerollten, das heißt als Coil 5, 6 vorliegenden Bleche 3, 4 werden zunächst einer Stanzvorrichtung 7 zugeführt und anschießend über verschiedene Rollen 8, welche teilweise einer Geschwindigkeitsausgleichsvorrichtung 9 zuzurechnen sind, einer Rollnahtschweißvorrichtung 10 zugeführt. Durch die Geschwindigkeitsausgleichsvorrichtung 9 werden schwankende Geschwindigkeiten zwischen Stanzen und Rollnahtschweißen ausgeglichen.
  • In der Bauform nach 12 sind der Rollnahtschweißvorrichtung 10 Reinigungsvorrichtungen 11, 12 vor- und nachgeschaltet. Eine Beschichtungsanlage ist mit 13 bezeichnet. Eine Trennvorrichtung 14 zum Trennen der miteinander verbundenen, beschichteten Bleche 3, 4 in einzelne Bipolarplatten 2 ist lediglich in 12 angedeutet, jedoch auch bei der Fertigungsanlage 1 nach 5 vorhanden. In beiden Fällen werden die Bipolarplatten 2 in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt, der eine rationelle Fertigung mit kurzen Durchlaufzeiten bedeutet.
  • Das Verschweißen der Bleche 3, 4 erfolgt durch mindestens ein Walzenpaar 15, 16, welches aus zwei Rollelektroden 17, 18 gebildet ist. Die Rollelektroden 17, 18 sind, wie in 1 visualisiert ist, an eine Stromversorgung 19 angeschlossen. Zwischen den Rollelektroden 17, 18 wird die Anordnung aus den miteinander zur verschweißenden Blechen 3, 4 durchgeführt, wobei die zueinander parallelen Rotationsachsen RA der Rollelektroden 17, 18 orthogonal zur Förderrichtung FR der Bleche 3, 4 ausgerichtet sind. Die mit 20 bezeichnete Mantelfläche einer Rollelektrode 17, 18 weist elektrische leitfähige Oberflächenbereiche 21 und elektrische isolierende Oberflächenbereiche 22 auf. Die Rollelektroden 17, 18 weisen eine Breite B auf.
  • In den Ausführungsbeispielen sind die elektrisch leitfähigen Oberflächenbereiche 21 als Kupferelektroden ausgeführt. Durch elektrische Ströme, welche zwischen den elektrisch leitfähigen Oberflächenbereichen 21 der Rollelektroden 17, 18 durch die Bleche 3, 4 fließen, welche hierbei durch die Rollelektroden 17, 18 auch mechanisch belastet werden, entstehen Schweißnähte 23, deren Struktur durch die Struktur der elektrisch leitfähigen Oberflächenbereiche 21 auf den Rollelektroden 17, 18 vorgegeben ist.
  • Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 entspricht die in Förderrichtung FR zu messende Länge LS des Schweißbereichs der Bipolarplatte 2 maximal dem Umfang einer jeden Rollelektrode 17, 18. Die Breite B der Rollelektroden 17, 18 entspricht mindestens einer Breite BS des Schweißbereiches senkrecht zur Förderrichtung FR der beiden Bleche 3, 4. Die Stromstärke sowie die Frequenz des Stroms, welcher durch die Oberflächenbereiche 21 fließt, ist ebenso wie die Winkelgeschwindigkeit der Rollelektroden 17, 18, unter anderem abhängig von dem Winkel, welchen Schweißnähte 23 zur Förderrichtung FR einnehmen, variierbar. In der Gestaltung der Bipolarplatte 2 nach 2 existiert keine Schweißnaht 23, die exakt quer zur Förderrichtung FR ausgerichtet ist. Vielmehr sind sämtliche Schweißnähte 23 entweder in Förderrichtung FR oder schräg zur Förderrichtung FR ausgerichtet, wobei der zwischen Schweißnaht 23 und Förderrichtung FR eingeschlossene Winkel teilweise mehr als 45° beträgt.
  • Die Bipolarplatte 2 nach 2 ist auch mit der Rollnahtschweißvorrichtung 10 nach 3 herstellbar. In diesem Fall sind die Rollelektroden 17, 18 durch einen ringförmigen Isolationsstreifen 24 jeweils in zwei zylindrische Elektrodenabschnitte 25, 26 unterteilt, welche in Axialrichtung der jeweiligen Rollelektrode 17, 18 hintereinander angeordnet sind. Auch eine Unterteilung in eine höhere Anzahl an elektrisch gegeneinander isolierten Elektrodenabschnitten 25, 26, beispielsweise drei, vier, acht oder mehr Abschnitte, ist möglich. In nicht dargestellter Weise ist in der Bauform nach 3 jeder der in diesem Fall zwei Elektrodenabschnitte 25, 26 gesondert an eine Stromversorgung 19 angeschlossen. Die Elektrodenabschnitte 25, 26 sind nicht notwendigerweise gleich breit. Durch die galvanische Trennung der verschieden Elektrodenabschnitte 25, 26 sind im Vergleich zur Variante nach 1 erweiterte Möglichkeiten des Einbringens von Strom in verschiedene miteinander zu verschweißende Bereiche der Bleche 3, 4 gegeben.
  • Im Unterschied zum Walzenpaar 15 nach 3, welches eine Längsteilung zu verschweißender Bereiche der Bipolarplatte 2 vorsieht, ist gemäß 4 die Bipolarplatte 2 in verschiedene Plattenabschnitte 27, 28, 29 aufgeteilt, welche in Förderrichtung FR hintereinander angeordnet sind und jeweils durch ein gesondertes Walzenpaar 15, 16, in diesem Fall drei Walzenpaare 15, 16, bearbeitet werden. Durch die Unterteilung der zu verschweißenden Bereiche der Bipolarplatte 2 in mehrere Plattenabschnitte 27, 28, 29 können die Durchmesser der einzelnen Rollelektroden 17, 18 im Vergleich zu den Varianten nach den 1 und 3 kleiner gehalten werden, womit die Kontaktpunkte zwischen den Rollelektroden 17, 18 und den Werkstücken, das heißt Blechen 3, 4, ebenfalls kleiner werden, womit eine besonders hohe Schweißnahtqualität erzielbar ist.
  • Die 6 und 7 zeigen eine gekühlte Rollelektrode 17. In diesem Fall sind leistenförmige Kupferaufsätze 21 als elektrisch leitfähige Oberflächenbereiche in eine Grundwalze 30 eingesteckt. Die Kupferaufsätze 21 sind hierbei elektrisch isoliert und zugleich wärmeleitend mit der Grundwalze 30 verbunden. Ein Kühlkanal, das heißt Strömungskanal, innerhalb der Grundwalze 30 ist mit 31 bezeichnet.
  • Verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung zumindest näherungsweise quer zur Förderrichtung FR verlaufender Schweißnähte 23 sind in den 8 und 9 illustriert. In 8 sind elektrisch leitfähige Oberflächenbereiche 21 der Rollelektroden 17, 18 aufeinandergelegt, so wie sie bei der Rotation der Elektroden 17, 18 auf die Bleche 3, 4 gedrückt werden. Bezogen auf die Anordnung nach 8 verlaufen leitfähige, stegförmige Oberflächenbereiche 21 der Rollelektrode 17 von links unten nach rechts oben und ebenfalls stegförmige leitfähige Oberflächenbereiche 21 der Rollelektrode 18 von links oben nach rechts unten. Während des Vorschubs der Bleche 3, 4 zwischen den Rollelektroden 17, 18 werden durch diese nacheinander Schweißpunkte 32, 33, 34 erzeugt, welche zusammen die Schweißnaht 23 ergeben, die eine Zickzackform, auch als W-Form bezeichnet, beschreibt und parallel zu den Rotationsachsen RA der Rollelektroden 17, 18 ausgerichtet ist.
  • In der Variante nach 9 werden durch insgesamt vier Walzenpaare 15, 16 Schweißpunkte 32, 33, 34, 35 gesetzt, welche exakt in einer Reihe liegen und damit die Schweißnaht 23 bilden. Mit dieser Variante des Rollnahtschweißens wird somit ein Grundprinzip des Mehrfarbendrucks aufgegriffen.
  • Die 10 und 11 zeigen verschiedene Varianten, elektrischen Strom in die Rollelektroden 17, 18 einzuspeisen, wobei in beiden Fällen davon ausgegangen wird, dass die Mantelfläche 20 durch nicht dargestellte Isolationsstreifen 24 in mehrere elektrisch gegeneinander isolierte Bereiche unterteilt ist. In der Variante nach 10 sind Stromzuführrollen 36, 37 vorgesehen, welche in Axialrichtung AR, das heißt in Längsrichtung der Rollelektroden 17, 18, an der Mantelfläche 20 abrollbar sind. Insgesamt ist in der Anordnung nach 10 eine linienförmige Berührung zwischen den als Walzen gestalteten Rollelektroden 17, 18 und dem aus den Blechen 3, 4 aufgebauten Werkstück gegeben. Wird die Rotation der Rollelektroden 17, 18 gestoppt, während die Stromzuführrollen 36, 37 quer über die Mantelfläche 20 rollen, so wird damit eine Quernaht als Schweißnaht 23 erzeugt. Die Variante nach 11 unterscheidet von der Variante nach 10 dadurch, dass eine Stromzuführrolle 36 im Inneren der Rollelektrode 17 abrollt. Auch damit ist eine Quernaht als Schweißnaht 23 herstellbar.
  • In keinem der beschriebenen Fälle wird die Rollelektrode 17, 18 in Axialrichtung AR, das heißt quer zur Förderrichtung FR, verschoben. Dennoch sind im kontinuierlichen Prozessfluss Schweißnähte 23 über die gesamte Breite der Bleche 3, 4 herstellbar.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Fertigungsanlage
    2
    Bipolarplatte
    3
    Blech
    4
    Blech
    5
    Coil
    6
    Coil
    7
    Stanzvorrichtung
    8
    Rolle
    9
    Geschwind igkeitsausgleichsvorrichtung
    10
    Rollnahtschweißvorrichtung
    11
    Reinigungsvorrichtung
    12
    Reinigungsvorrichtung
    13
    Beschichtungsanlage
    14
    Trennvorrichtung
    15
    Walzenpaar
    16
    Walzenpaar
    17
    Rollelektrode
    18
    Rollelektrode
    19
    Stromversorgung
    20
    Mantelfläche
    21
    Oberflächenbereich, leitfähig
    22
    Oberflächenbereich, isolierend
    23
    Schweißnaht
    24
    Isolationsstreifen
    25
    Elektrodenabschnitt
    26
    Elektrodenabschnitt
    27
    Plattenabschnitt
    28
    Plattenabschnitt
    29
    Plattenabschnitt
    30
    Grundwalze
    31
    Kühlkanal
    32
    Schweißpunkt
    33
    Schweißpunkt
    34
    Schweißpunkt
    35
    Schweißpunkt
    36
    Stromzuführrolle
    37
    Stromzuführrolle
    FR
    Förderrichtung
    RA
    Rotationsachse
    B
    Breite Rollelektrode
    BS
    Breite Schweißbereich
    LS
    Länge Schweißbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 1565753 C3 [0002]
    • WO 2009/073157 A1 [0003]
    • US 5676862 A [0004]
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    • DE 102012107451 A1 [0007]
    • DE 2163731 B2 [0008]
    • DE 10235419 A1 [0009]
    • DE 10230342 C1 [0009]
    • DE 19860253 C1 [0009]
    • DE 10306235 A1 [0010]
    • DE 10317388 A1 [0011]
    • DE 10221951 A1 [0012]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Verbinden zweier Bleche (3, 4) durch Rollnahtschweißen, mit folgenden Schritten: - Zuführen von zwei aufeinander liegenden Blechen (3, 4) zu einer Schweißvorrichtung (10), welche mindestens zwei walzenförmige Rollelektroden (17, 18) umfasst, deren Breite (B) mindestens einer Breite (BS) eines Schweißbereiches senkrecht zu einer Förderrichtung (FR) der beiden Bleche (3, 4) entspricht, wobei mindestens eine der Rollelektroden (17, 18) Oberflächenbereiche (21, 22) unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit aufweist, - Bestromung elektrisch leitfähiger Oberflächenbereiche (21) der rotierenden Rollelektroden (17, 18), wobei sowohl die Rotationsachsen (RA) der Rollelektroden (17, 18) als auch deren Position längs der Rotationsachsen (RA) unverändert bleiben und die zwischen den Rollelektroden (17, 18) geförderten Bleche (3, 4) in Form mindestens einer Schweißnaht (23), welche nicht orthogonal zu den Rotationsachsen (RA) der Rollelektroden (17, 18) verläuft, miteinander verschweißt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (3, 4) mittels Rollelektroden (17, 18) verschweißt werden, deren Umfang mindestens der in Förderrichtung (FR) zu messenden Länge (LS) des Schweißbereichs entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollelektroden (17, 18) während des Rollnahtschweißens mit konstanter Drehzahl rotieren.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (3, 4) beim Rollnahtschweißen vom Coil (5, 6) abgewickelt werden und erst nach dem Rollnahtschweißen eine Vereinzelung von miteinander verbundenen Blechabschnitten erfolgt.
  5. Bipolarplatte (2) einer Brennstoffzelle, mit zwei durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 miteinander verbundenen, profilierten Blechen (3, 4), zwischen welchen mindestens ein Strömungskanal (31) ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung zur Herstellung einer Bipolarplatte (2) einer Brennstoffzelle aus zwei miteinander zu verschweißenden Blechen (3, 4), umfassend eine Anordnung aus zwei zueinander parallelen, walzenförmigen Rollelektroden (17, 18), wobei mindestens eine der Rollelektroden (17, 18) eine sowohl geometrisch als auch hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit strukturierte Oberfläche aufweist, welche dazu ausgebildet ist, eine die Bleche (3, 4) verbindende Schweißnaht (23) zu erzeugen, die sich zumindest partiell in Axialrichtung (AR) der Rollelektroden (17, 18) erstreckt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollelektroden (17, 18) jeweils mehrere in Axialrichtung (AR) der jeweiligen Rollelektrode (17, 18) hintereinander angeordnete Abschnitte (25, 26) umfassen, welche elektrisch gegeneinander isoliert sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere jeweils aus zwei Rollelektroden (17, 18) gebildete Walzenpaare (15, 16) vorgesehen sind, welche in Förderrichtung (FR) der Bleche (3, 4) voneinander beabstandet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Walzenpaare (15, 16) zur Verschweißung unterschiedlicher Abschnitte (27, 28, 29) der Bleche (3, 4) vorgesehen sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Walzenpaare (15, 16) zur sukzessiven Erzeugung einer Schweißnaht (23) aus einzelnen Schweißpunkten (32, 33, 34, 35) ausgebildet sind.
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