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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellengehäusebauteil mit elektromagnetischer Abschirmung sowie ein Herstellverfahren für ein solches Brennstoffzellengehäusebauteil. Aus der
DE 10 2013 213 233 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses mit einer Schirmung vor elektrischer und/oder magnetischer Strahlung und Gehäuse mit Schirmung vor elektrischer und/oder magnetischer Strahlung bekannt.
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Nachfolgend ist die Erfindung am Beispiel eines Gehäuses eines Brennstoffzellensystems beziehungsweise eines sogenannten Stackgehäuses in einem Automobil erläutert, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf eine solche Anwendung zu verstehen. Ein Brennstoffzellensystem ist als Stromquelle zu verstehen, bei welcher insbesondere chemisch gebundene Energie in elektrische (Spannung, Strom) gewandelt wird. Beim Übertragen oder auch beim Bereitstellen von elektrischer Leistung tritt regelmäßig elektrische oder magnetische Strahlung auf, welche sich negativ beziehungsweise störend auf umgebende Komponenten des Automobils oder auf dessen Insassen auswirken können, eine solche ungewollte Einwirkung soll durch eine elektromagnetische Abschirmung am Gehäuse des Brennstoffzellengehäuses verhindert oder wenigstens reduziert werden. Eine weitere Aufgabe des Gehäuses ist es elektrische aktive Komponenten wie einen Brennstoffzellenstack im Automobil zu positionieren, so dass an das Gehäuse, beziehungsweise an bestimmte Bereiche dieses Gehäuses, sowohl mechanische wie auch elektromagnetische Anforderungen gestellt werden, wobei diese Anforderungen nicht am gesamten Gehäuse gleich sind. Ein derartiges Gehäuse weist also wenigstens einen Gehäusegrundkörper auf, welcher die elektrisch aktiven Bauteile umgibt und deren ortsfeste Positionierung im Kraftfahrzeug erlaubt und wenigstens ein Deckelbauteil, welches eine Öffnung in diesem Gehäusegrundkörper verschließt. Besteht ein solches Deckelbauteil aus dem dem gleichen metallischen Werkstoff wie der Gehäusegrundkörper, z.B. Aluminium, so erfüllt dieses die Anforderungen an die elektromechanische Verträglichkeit und weist eine hohe mechanische Festigkeit auf.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellengehäusebauteil mit verbesserten Betriebseigenschaften anzugeben, diese Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellengehäusebauteil gemäß Patentanspruch 1 gelöst, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Sinn der Erfindung ist unter einem Brennstoffzellengehäusebauteil zum Abdecken einer Öffnung in einem Brennstoffzellengehäuse ein Bauteil zu verstehen, welches planmäßig dazu eingerichtet ist, mit einem Brennstoffzellengehäuse verbunden zu werden, um im bestimmungsgemäßen Gebrauch eines Brennstoffzellensystems beziehungsweise einer Brennstoffzelle eine Öffnung in diesem Brennstoffzellengehäuse abzudecken in welchem wenigstens ein Brennstoffzellenstack aufgenommen ist. Weiter ist in diesem Sinn das Brennstoffzellengehäuse als eine Einrichtung zu verstehen, welche wenigstens eine Brennstoffzelle wenigstens abschnittsweise umgibt und weiter vorzugsweise ist das Brennstoffzellengehäuse zum ortsfesten Positionieren, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, eingerichtet. Ein solche Brennstoffzellengehäuse weist wenigstens eine Öffnung auf, insbesondere ist diese Öffnung als eine Service-, Montage- oder Wartungsöffnung in diesem Brennstoffzellengehäuse zu verstehen. Das vorgeschlagene Brennstoffzellengehäusebauteil ist zum Verschließen dieser Öffnung in dem Brennstoffzellengehäuse eingerichtet. Vorzugsweise ist das Brennstoffzellengehäusebauteil mittels Verbindungselementen mit dem Brennstoffzellengehäuse unlösbar und bevorzugt lösbar verbindbar. Unter einem solchen Verbindungselement eine Schraube oder der gleichen oder ein Niet oder dergleichen zu verstehen und weiter vorzugsweise ist das Brennstoffzellengehäusebauteil mit dem Brennstoffzellengehäuse stoffschlüssig verbindbar.
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Insbesondere zur Verbindung mit dem Brennstoffzellengehäuse weist das Brennstoffzellengehäusebauteil einen Gehäusebauteilrandbereich auf, welcher zum Herstellen der Verbindung zwischen dem Brennstoffzellengehäusebauteil mit dem Brennstoffzellengehäuse zum mechanischen Kontaktieren des Brennstoffzellengehäuses eingerichtet ist. Vorzugsweise ist der Gehäusebauteilrandbereich als ebener Bereich des Brennstoffzellengehäusebauteils ausgebildet und weiter vorzugsweise weist dieser Bereich ein Dichtungselement auf oder ist zum Kontaktieren eines Dichtungselements, insbesondere eines Dichtelements am Brennstoffzellengehäuse, eingerichtet. Weiter weist das Brennstoffzellengehäusebauteil einen Gehäusebauteilabdeckbereich auf, welcher von diesem Gehäusebauteilrandbereich, wenigstens abschnittsweise, geometrisch umgeben ist. Vorzugsweise kann das Brennstoffzellenbauteil als ein wenigstens abschnittsweise ebener, konvexer und/oder konkaver Bereich aufgefasst werden, wobei das Brennstoffzellenbauteil beziehungsweise der Gehäusebauteilabdeckbereich wenigstens im Wesentlichen zum Abdecken einer Öffnung im Brennstoffzellengehäuse eingerichtet ist. Weiter vorzugsweise kann durch das Brennstoffzellengehäusebauteil vorzugsweise durch den Gehäusebauteildeckelbereich eine Leitung, vorzugsweise eine elektrische Leitung hindurchgeführt sein. Weiter ist das Brennstoffzellengehäusebauteil als mehrschichtiges Bauteil ausgebildet und weist als einen Bestandteil wenigstens eine metallische Schirmungsfolienschicht auf, wobei diese metallische Schirmungsfolienschicht vorzugsweise wenigstens im gesamten Gehäusbauteilabdeckbereich, beziehungsweise wenigstens im Wesentlichen im gesamten Gehäusebauteilabdeckbereich angeordnet ist, vorzugsweise nimmt die metallische Schirmungsfolienschicht wenigstens 75% der Fläche des Gehäusebauteilabdeckbereichs ein, beziehungsweise überdeckt diese und weiter vorzugsweise deckt die metallische Schirmungsfolienschicht die gesamte Fläche des Brennstoffzellengehäusebauteils.
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Weiter vorzugsweise weist das Brennstoffzellengehäusebauteil zusätzlich zu der metallischen Schirmungsfolienschicht noch wenigstens eine oder mehrere Strukturträgerschichten. Weiter vorzugsweise weisen diese Strukturträgerschichten insgesamt eine dicke von vorzugsweise weniger als 5 mm auf, vorzugsweise von weniger als 3 mm, weitervorzugsweise von weniger als 1 mm und besonders bevorzugt von weniger als 0,5 mm. Insbesondere durch diese geringe Dicke der Strukturträgerschichten ist das Brennstoffzellengehäusebauteil nicht zum Übertragen von mechanischen Kräften eingerichtet. Die metallische Schirmungsfolienschicht ist vorzugsweise auf oder bevorzugt unter einer dieser Strukturträgerschicht angeordnet und weiter vorzugsweise ist die metallische Schirmungsfolienschicht zwischen wenigstens zwei Strukturträgerschichten aufgenommen. In diesem Sinn ist „auf“ beziehungsweise „unter“ in Bezug auf die planmäßige Anordnung des Brennstoffzellengehäusebauteil am Brennstoffzellengehäuse zu verstehen. Insbesondere durch eine Anordnung der metallischen Schirmungsfolienschicht auf der Strukturträgerschicht ist diese Schirmungsfolienschicht besonders gut erkennbar und so ist auch eine Beschädigung dieser gut erkennbar. Insbesondere durch eine Anordnung unter der metallischen Schirmungsfolienschicht ist diese bei planmäßiger Montage des Brennstoffzellengehäusebauteils am Brennstoffzellengehäuse durch die Strukturträgerschicht abgedeckt und so gut vor einer Beschädigung geschützt. Insbesondere bei einer Anordnung der metallischen Schirmungsfolienschicht zwischen zwei Strukturträgerschichten ist diese Schirmungsfolienschicht vollständig durch die Strukturträgerschichten geschützt und damit auch besonders gut transportierbar ohne das diese Schirmungsfolienschicht beschädigt wird.
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Weiter ist die metallische Schirmungsfolienschicht stoffschlüssig mit wenigstens einer oder mit beiden Strukturträgerschichten stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise ist diese mit diesen mittels eines Harzes beziehungsweise eines Klebstoffs stoffschlüssig verbunden.
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Das Brennstoffzellengehäusebauteil ist als stützstrukturfreies Bauteil ausgebildet. In diesem Sinn ist unter stützstrukturfreies Bauteil zu verstehen, das die Strukturträgerschicht oder - schichten zum Tragen der metallischen Schirmungsfolienschicht ausgebildet ist aber gerade nicht zum Übertragen von Kräften auf das Brennstoffzellengehäuse. Insbesondere wird diese Stützstrukturfreiheit durch die oben erläuterte geringe stärke dieser Strukturträgerschicht erreicht. Weiter ist das Brennstoffzellengehäusebauteil beziehungsweise der Gehäusebauteilrandbereich zum unmittelbaren Kontaktieren des Brennstoffzellengehäuses eingerichtet ist. Insbesondere dadurch, dass das Brennstoffzellengehäusebauteil als stützstrukturfreies Bauteil ausgebildet ist, ist eine besonders gute Anpassung dieses Bauteils an die Geometrie des Brennstoffzellengehäuses erreichbar und so ist eine gute Abschirmung der Öffnung im Brennstoffzellengehäuse gegenüber elektrischen und/oder magnetischen Strahlen mittels der metallischen Schirmungsfolienschicht. Weiter ist der Gehäusebauteilabdeckbereich zur unmittelbaren Abdeckung einer Öffnung im Brennstoffzellengehäusebauteil eingerichtet. In diesem Sinn ist unter dem „unmittelbaren“ Abdecken zu verstehen, dass der Gehäusebauteilabdeckbereich durch kein weiteres Bauteil kontaktiert ist. Ein Brennstoffzellengehäusebauteil weist eine gute Abschirmung von elektrischen und/oder magnetischen Strahlen auf und ist besonders leicht und ermöglicht so eine kostengünstige Herstellung desselben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die metallische Schirmungsfolienschicht als einen Bestandteil Aluminium auf oder weiter vorzugsweise besteht diese aus Aluminium und besonders bevorzugt besteht die metallische Schirmungsfolienschicht aus einer Aluminiumlegierung. Vorzugsweise weist die metallische Schirmungsfolienschicht eine Dicke von weniger als 0,8 mm, vorzugsweise von weniger als 0,5 mm und besonders bevorzugt von weniger als 0,3 mm und weiter vorzugsweise von mehr als 0,05 mm, bevorzugt von mehr als 0,075 mm und besonders bevorzugt von mehr als 0,1 mm auf. Insbesondere eine metallische Schmierungsfolienschicht aus einem der vorgeschlagenen Materialien und mit einer Dicke aus dem angegebenen Bereich, weist eine besonders gute Schirmung von elektrischen und/oder magnetischer Strahlung und ein geringes Gewicht auf und weiter vorzugsweise trägt eines solche metallische Schirmungsfolienschicht nicht beziehungsweise nicht wesentlich zur Steifigkeit des Brennstoffzellengehäusebauteils bei.
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In einer bevorzugt Ausführungsform ist wenigstens eine dieser Strukturträgerschichten und vorzugsweise sind beide Strukturträgerschichten als eine oder mehrere Glasfaserschichten ausgebildet. Insbesondere Glasfasermaterial ist für das Brennstoffzellengehäusebauteil vorteilhaft, weil mit einer solchen die metallische Schirmungsfolienschicht einfach stoffschlüssig verbindbar ist.
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Weiter ist ein Herstellverfahren für das zuvor erläuterte Brennstoffzellengehäusebauteil vorgeschlagen, wobei dieses Herstellverfahren, wenigstens ein sogenanntes Nasspressverfahren zum stoffschlüssigen Verbinden wenigstens einer oder beider dieser Strukturträgerschichten mit der metallischen Schirmungsfolienschicht aufweist.
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Im Sinn der Erfindung ist unter einem Nasspressverfahren beziehungsweise unter Nasspressen, welches auch als sogenanntes Wetmoulding bezeichnet werden kann, ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen bezeichnet und vorliegend von vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff mit einer metallischen Schirmungsfolienschicht. Insbesondere wird bei einem solchen Verfahren wenigstens ein flüssiges Reaktionsharz oder auch wenigstens ein anderer Kunststoff in flüssiger Form zusammen mit Verstärkungsfasern, vorliegend insbesondere Glasfasern, in wenigstens zweiteiligen Formen verarbeitet, wobei wenigstens zwei dieser Formen, insbesondere also das Formoberteil und das Formunterteil mittels einer Presse geschlossen.
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Weiter wird dieses Harz bzw. dieser flüssige Kunststoff bei einem solchen Nasspressprozessverfahren zentral oder nach einem festen Gießplan auf die Fasermatten aufgetragen. Dabei ist ein Nasspressverfahren als solches aus dem Stand der Technik bekannt.
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Nachfolgend sind einzelne Merkmale der Erfindung beziehungsweise Ausführungsformen dieser anhand der Figuren näher erläutert, dabei sind auch andere als die dargestellten Kombinationen von Merkmalen zum Realisieren der Erfindung möglich, es zeigt:
- 1: zeigt schematisiert den Materialschichtung eines Brennstoffzellengehäusebauteil,
- 2: zeigt eine schematisierte Schnittdarstellung eines Brennstoffzellengehäuses mit daran angeordnetem Brennstoffzellengehäusebauteil.
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In 1 ist der schematisierte Schichtaufbau, beziehungsweise die Materialschichtung 1, eines Brennstoffzellengehäusebauteils, wie dieses durch die Erfindung vorgeschlagen ist, dargestellt. Diese Materialschichtung 1 weist mehrere Materialschichten auf, vorliegend ist eine Materialschichtung mit einer metallischen Schirmungsfolienschicht 2, welche als Aluminiumfolie ausgebildet ist, einer ersten Glasfaserschicht 3, einer zweiten Glasfaserschicht 5 sowie einem zwischen diesen Schichten aufgebrachten Harzauftrag 4, wobei mittels des Harzauftrags 4 die übrigen Schichten (2, 3, 5) stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die vorgeschlagene Materialschichtung 1 wird in einem sogenannten Nasspressverfahren verarbeitet.
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In 2 ist eine Brennstoffzellengehäuse 6 stark vereinfacht im Schnitt dargestellt. Das Brennstoffzellgehäuse 6 weist einen Innenraum 7 auf, in welchem wenigstens ein Brennstoffzellenstack aufgenommen ist. Weiter weist das Brennstoffzellengehäuse 6 eine Öffnung 8 auf, welche im planmäßigen Betrieb aber verschlossen ist, zum Verschließen dieser Öffnung 8 ist das Brennstoffzellengehäusebauteil 9 vorgeschlagen, welches die in 1 dargestellte Materialschichtung 1 aufweisen kann. Das Brennstoffzellengehäusebauteil 9 liegt mit seinem Gehäusebauteilrandbereich 10 unmittelbar auf dem Brennstoffzellengehäuse 6 auf, wobei der Gehäusebauteilrandbereich 10 den Gehäusebauteilabdeckbereich 11 umgibt, dies ist in der gezeigten Schnittdarstellung Prinzip bedingt nicht erkennbar. Der Gehäusebauteilabdeckbereich 11 deckt die Öffnung 8 stützbauteilfrei ab, es sind also weder Verstärkungsbauteil am Brennstoffzellengehäusebauteil selbst angeordnet noch wird dieses von separaten Bauteilen zusätzlich abgestützt.
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Mit dem vorgeschlagenen Brennstoffzellengehäusebauteil ist damit einerseits, insbesondere durch die metallische Schirmungsfolienschicht, eine „gute“ EMV Schirmung von im Brennstoffzellengehäuse angeordneten Bauteilen ermöglicht und andererseits weist das Brennstoffzellengehäusebauteil gegenüber einem Bauteil bestehend aus Metall, welches vergleichbare EMV-Eigenschaften aufweisen würde wie das vorgeschlagene Brennstoffzellengehäusebauteil, ein geringes Gewicht auf.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, werden die EMV-Anforderungen, welche an das Brennstoffzellengehäusebauteil gestellt werden, durch die dünne Aluminiumfolie, sogenannte metallische Schirmungsfolienschicht, mit einer Dicke von vorzugsweise 0,2mm, erfüllt. Die Struktur des Deckels selbst besteht aus oder weist wenigstens mehreren Lagen Glasfasern auf, welche mittels Nasspressen mit einem Harz untereinander und mit der Aluminiumfolie, insbesondere stoffschlüssig, verbunden werden.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Materialschichtung, Brennstoffzellengehäusebauteil
- 2
- Metallisch Schirmungsfolienschicht
- 3
- erste Glasfaserschicht
- 4
- Harzauftrag (Harzschicht)
- 5
- Zweite Glasfaserschicht
- 6
- Brennstoffzellengehäuse
- 7
- Innenraum von 6 zur Aufnahme eines Brennstoffzellenstacks
- 8
- Öffnung in 6
- 9
- Brennstoffzellengehäusebauteil
- 10
- Gehäusebauteilrandbereich
- 11
- Gehäusebauteilabdeckbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013213233 A1 [0001]
