DE102017223691A1

DE102017223691A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters

Info

Publication number: DE102017223691A1
Application number: DE102017223691.4A
Authority: DE
Inventors: Robert Biersch; Günther Unseld; Georg Egloff; Kurt Höhe
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-06-27
Also published as: WO2019121985A1; DE112018006575A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters (40), der zwei übereinander liegende Lagen (1, 2, 41, 42) sowie einen Einlass (49a) und einen Auslass (49b) aufweist, wobei zumindest eine erste Lage (1, 41) eine oder mehrere kanalartige Vertiefungen (46) aufweist, sodass ein Fluid zwischen der ersten (1, 41) und einer zweiten Lage (2, 42) entlang mindestens eines Kanals vom Einlass (49a) zum Auslass (49b) führbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Formen der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen (46) in der ersten Lage (1, 41), Formen von mindestens einer ersten Fügevertiefung (13, 471, 521) in der ersten Lage (1, 41) in mindestens einem Bereich außerhalb der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen (46) und mindestens einer zweiten Fügevertiefung (23, 472, 522) in der zweiten Lage (1, 42), wobei die mindestens eine erste (13, 471, 521) und die mindestens eine zweite Fügevertiefung (23, 472, 522) zum formschlüssigen ineinander Greifen zueinander korrespondieren, formschlüssiges miteinander Verbinden der ersten und zweiten Lage (1, 2, 41, 42) durch ineinander Schieben der mindestens einen ersten (13, 471, 521) und der mindestens einen zweiten Fügevertiefung (23, 472, 522) bis die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Fügevertiefung formschlüssig ineinander greifen, und stoffschlüssiges miteinander Verbinden der formschlüssig miteinander verbundenen ersten (1, 41) und zweiten Lage (1, 42) entlang eines Außenumfangs der ersten Lage (1, 41).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters sowie einen mittels des Verfahrens hergestellten plattenartigen Fluidbehälter. Der plattenartige Fluidbehälter kann eine Temperierplatte sein, insbesondere eine Temperierplatte für ein elektrochemisches System.
Im Stand der Technik bekannte plattenartige Fluidbehälter bestehen beispielsweise aus einer oberen und einer unteren Platte sowie sich zwischen den Platten erstreckenden Fluidkanälen. Im Randbereich und zwischen den Fluidkanälen sind die Platten meist miteinander verlötet. Werden die Platten jedoch in vielen Bereichen verlötet oder verschweißt, kann der dabei erzeugte Wärmeeintrag in die Platten zu einem Verlust der mechanischen Festigkeit des Plattenmaterials führen. Auch kann sich durch den Wärmeeintrag eine Änderung der Form der Plattenergeben, beispielsweise ein verbiegen, so dass keine plane auflagefläche mehr gegeben ist, die für die Temperierwirkung notwendig ist. Außerdem erfordern diese Verfahren sehr hohe Prozesszeiten.
Weiterhin können die Platten mittels Rollbonding verbunden werden. Mittels dieses Verfahrens lassen sich jedoch nur Platten gleicher Form und Größe und mit begrenzter Komplexität der Plattengeometrie miteinander verbinden. Es ist jedoch wünschenswert plattenartige Fluidbehälter in verschiedenen Formen und ohne Komplexitätsbeschränkung herzustellen. Insbesondere bei Temperierplatten wäre dies vorteilhaft, da eine Wärme- oder Kühlleistung über die Form oder Komplexität der Temperierplatte flexibel an einen Bedarf anpassbar sein sollte.
Als flexibles Verfahren zum Verbinden der Platten verschiedener Formen und Größen ist Laserschweißen bekannt. Laserschweißen erfordert jedoch ebenfalls relativ lange Prozesszeiten und erhöht die Herstellungskosten wie am folgenden Beispiel ersichtlich wird. 1 zeigt einen plattenartigen Fluidbehälter aus dem Stand der Technik, der aus einer unteren Platte 101 und einer oberen Platte 102 besteht. Die obere Platte 102 weist parallel verlaufende Bereiche auf, welche zusammen mit der unteren Platte 101 einen Einlasskanal 106a und einen Auslasskanal 106b zum Führen eines Fluids von einem Einlass zu einem Auslass bilden. Die obere Platte 102 und die untere Platte 101 sind entlang ihres Außenumfangs 103 sowie entlang eines nicht durchgängigen Trennstegs 104 zwischen dem Einlasskanal 106a und dem Auslasskanal 106b fluiddicht miteinander verschweißt. Innerhalb des Einlasskanals 106a und des Auslasskanals 106b weist die obere Platte 102 eine Vielzahl von zur unteren Platte 101 hin reichenden Einprägungen 105 auf. In den Einprägungen 105 sind die obere Platte 102 und die untere Platte 101 ebenfalls miteinander fluiddicht verschweißt. Das einzelne Verschweißen aller dieser Einprägungen erfordert einen hohen Zeitaufwand und erhöht somit Prozesszeit und Herstellungskosten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung eines plattenartigen Fluidbehälters beliebiger Form und Komplexität ermöglicht und gleichzeitig die Prozesszeiten und Herstellungskosten reduziert. Weiterhin ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine ebensolche Vorrichtung zur Herstellung des plattenartigen Fluidbehälters zur Verfügung zu stellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters, der zwei übereinander liegende Lagen sowie einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei zumindest eine erste Lage eine oder mehrere kanalartige Vertiefungen aufweist, sodass ein Fluid zwischen der ersten und einer zweiten Lage entlang mindestens eines Kanals vom Einlass zum Auslass führbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Formen der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen in der ersten Lage, Formen von mindestens einer ersten Fügevertiefung in der ersten Lage in mindestens einem Bereich außerhalb der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen und mindestens einer zweiten Fügevertiefung in der zweiten Lage, wobei die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Fügevertiefung zum formschlüssigen ineinander Greifen zueinander korrespondieren, formschlüssiges miteinander Verbinden der ersten und zweiten Lage durch ineinander Schieben der mindestens einen ersten und der mindestens einen zweiten Fügevertiefung bis die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Fügevertiefung formschlüssig ineinander greifen, und stoffschlüssiges miteinander Verbinden der formschlüssig miteinander verbundenen ersten und zweiten Lage entlang eines Außenumfangs der ersten Lage.
Durch die Kombination einer formschlüssigen und stoffschlüssigen Verbindung der ersten und zweiten Lage wird eine erhebliche Reduzierung der Prozesszeit gegenüber einer ausschließlich stoffschlüssigen Verbindung durch Schweißen, Kleben oder Löten erreicht, da zum einen sämtliche Fügevertiefungen einer Lage für die formschlüssige Verbindung gleichzeitig mit einem einzigen Werkzeug eingebracht werden können und zum anderen eine Verbindung beider Lagen in einer Vielzahl von Verbindungspunkten gleichzeitig hergestellt werden kann. Weiterhin können durch das erfindungsgemäße Verfahren Platten (eine Platte soll hier eine Lage aufweisen) beliebiger Form und Größe miteinander verbunden werden. Zusätzlich erhöht die formschlüssige Verbindung der Platten die mechanische Festigkeit des Fluidbehälters und erleichtert das Handling der Platten beim Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung. Beispielsweise kann eine Spannvorrichtung vereinfacht werden, wenn die Platten vor dem Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung miteinander formschlüssig verbunden werden. Ferner sind eine größere Materialauswahl oder ein Materialmix verschiedener Materialarten oder -dicken sowie Mischverbindungen aus Metall und Kunststoff für die Platten möglich.
Die Reihenfolge der vorgenannten Verfahrensschritte kann variieren. Zudem ist es möglich, das Verfahren mit Zuschnitten durchzuführen, die bereits die endgültigen Außenumfangsränder der Lagen aufweisen. Es ist jedoch auch möglich einen Teil vorgenannten Verfahrensschritte an einem Bandmaterial auszuführen und die endgültigen Außenumfangsränder erst zwischen den vorgenannten Verfahrensschritten oder am Ende der vorgenannten Verfahrensschritte zuzuschneiden. Der als Außenumfang der Lage bezeichnete Rand bezieht sich dabei auf den endgültigen Außenumfangsrand der betreffenden Lage.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zusätzlich zu der ersten Lage auch die zweite Lage des plattenartigen Fluidbehälters eine oder mehrere kanalartige Vertiefungen aufweisen, wobei die eine oder mehreren kanalartigen Vertiefungen der zweiten Lage insbesondere im Bereich der ersten Lage angeordnet sind. In diesem Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Schritt zum Einformen der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen in die zweite Lage umfassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Fügevertiefung eine Hinterschneidung aufweisen. Dabei kann die Hinterschneidung symmetrisch oder bezüglich mindestens einer Achse innerhalb einer Ebene parallel zu einer Lagenebene der ersten und/oder zweiten Lage asymmetrisch ausgebildet sein. Wesentlich ist dabei, dass die Hinterschneidung so ausgeführt ist, dass vor dem stoffschlüssigen Verbindender Lagen ein Lösen des Hinterschnittes möglich ist.
Das Formen der mindestens einen ersten und der mindestens einen zweiten Fügevertiefung kann, insbesondere bei einer metallischen Lage, vorzugsweise als Umformen, insbesondere mittels eines in einer schräg zu einer Lagenebene der ersten und zweiten Lage verlaufenden Umformrichtung geführten Umformstempels erfolgen.
Das Formen der mindestens einen ersten und der mindestens einen zweiten Fügevertiefung kann insbesondere bei einer Lage aus Kunststoff vorzugsweise als Urformen, insbesondere mittels Spritzgießens mit entsprechend geformten Werkzeugen erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in die erste Lage eine Vielzahl von ersten Fügevertiefungen und in die zweite Lage eine Vielzahl von zu den ersten Fügevertiefungen korrespondierenden zweiten Fügevertiefungen eingeformt wird. Dies erhöht die Stabilität des Fluidbehälters.
Weiterhin kann mindestens eine der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen und mindestens eine der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen in einer ersten Formrichtung geformt werden, sodass die mindestens eine zweite Fügevertiefung der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen zu der mindestens einen Fügevertiefung der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen korrespondiert, und die Übrigen der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen und die Übrigen der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen in einer zweiten von der ersten Umformrichtung verschiedenen Formrichtung geformt werden, sodass die Übrigen der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen zu den Übrigen der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen korrespondieren.
Dabei können sowohl Formrichtungen kombiniert werden, die sich nur in ihrer Orientierung unterscheiden, also beispielsweise auf einer Geraden verlaufen, die sich schräg zu einer Lagenebene der ersten oder zweiten Lage erstreckt, aber gegenläufig zueinander gerichtet sind, oder sich aber auch in gänzlich unterschiedlichen Richtungen erstrecken.
Die ersten Fügevertiefungen und die zu den ersten Fügevertiefungen korrespondierenden zweiten Fügevertiefungen können auch in einer einzigen Formrichtung bezüglich der Lagenebene der ersten oder zweiten Lage geformt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die ersten Fügevertiefungen gleichzeitig geformt werden und/oder wenn die zweiten Fügevertiefungen gleichzeitig geformt werden. Hierdurch kann die Prozesszeit beim Verbinden der ersten und zweiten Lage erheblich verkürzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Verfahren ein fluiddichtes Verschließen zwischen der ersten und der zweiten Lage und innerhalb des Außenumfangs der ersten Lage zum Verschließen einer direkten Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass umfassen. Dies erhöht im Falle des Fluidbehälters als Temperierplatte eine Wärme- oder Kühlleistung des Fluidbehälters, da ein direktes Strömen des Fluids vom Einlass zum Auslass verhindert wird.
Das fluiddichte Verschließen kann insbesondere nach dem formschlüssigen Verbinden der ersten und zweiten Lage erfolgen und ein stoffschlüssiges miteinander Verbinden der ersten und der zweiten Lage zum Verschließen einer direkten Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass umfassen. In diesem Fall können das stoffschlüssige miteinander Verbinden der ersten und zweiten Lage entlang des Außenumfangs sowie das fluiddichte Verschließen innerhalb eines Prozessschritts erfolgen.
Weiterhin ist es denkbar, insbesondere vor dem stoffschlüssigen miteinander Verbinden der ersten und zweiten Lage entlang des Außenumfangs, zum fluiddichten Verschließen eine Dichtlippe zwischen der ersten und der zweiten Lage zum Verschließen einer direkten Verbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass anzuordnen. Durch die stoffschlüssige Verbindung entlang des Außenumfangs kann anschließend eine Abdichtung derart hergestellt werden, dass die erste und zweite Lage aneinander gepresst werden und dadurch die Dichtlippe gegen die erste und zweite Lage gedrückt wird.
Die erste und zweite Lage können insbesondere ein Metall, insbesondere Aluminium aufweisen oder daraus bestehen, und das stoffschlüssige miteinander Verbinden der ersten und der zweiten metallischen Lage entlang des Außenumfangs und innerhalb des Außenumfangs der ersten Lage kann mittels Lötens, Laserschweißens, Reibschweißens oder Klebens erfolgen.
Die erste und/oder zweite Lage können jedoch auch einen Kunststoff, insbesondere einen thermoplastischen Kunststoff, aufweisen oder aus einem solchen bestehen, und das stoffschlüssige miteinander Verbinden der ersten und der zweiten Lage aus Kunststoff entlang des Außenumfangs und innerhalb des Außenumfangs der ersten Lage kann mittels Heißgasschweißens, Ultraschallschweißens oder Klebens erfolgen. Das Fügen zwischen einer metallischen Lage und einer Lage aus Kunststoff entlang des Außenumfangs und innerhalb des Außenumfangs der ersten Lage kann vorteilhafterweise mittels Klebens erfolgen.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch einen plattenartigen Fluidbehälter, der mittels des vorbeschriebenen Verfahrens hergestellt ist. Der plattenartige Fluidbehälter kann als Temperierplatte, insbesondere für ein elektrochemisches System, ausgebildet sein.
Weiterhin ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters mittels des vorbeschriebenen Verfahrens umfasst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine erste Formeinrichtung zum Formen der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen in der ersten Lage, mindestens eine zweite Formeinrichtung zum Formen der mindestens einen ersten Fügevertiefung in der ersten Lage und/oder der mindestens einen zweiten Fügevertiefung in die zweiten Lage, eine Fügeeinrichtung zum formschlüssigen miteinander Verbinden der ersten und zweiten Lage, und eine Verbindungseinrichtung zum stoffschlüssigen miteinander Verbinden der ersten und der zweiten Lage entlang des Außenumfangs der ersten Lage.
Die Reihenfolge der Anordnung der Einrichtungen innerhalb der Vorrichtung kann dabei variieren. Zudem ist es bei Verwendung mindestens einer metallischen Lage möglich, der Vorrichtung Zuschnitte zuzuführen, die bereits die endgültigen Außenumfangsränder der betreffenden Lage aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest ein Teil der vorgenannten Einrichtungen von einem Bandmaterial durchlaufen wird und die endgültigen Außenumfangsränder erst zwischen den vorgenannten Einrichtungen oder am Ende der vorgenannten Einrichtungen eingebracht werden. Der als Außenumfang einer Lage bezeichnete Rand bezieht sich dabei auf den endgültigen Außenumfangsrand der betreffenden Lage.
Die Vorrichtung kann mehrere zweite Formeinrichtungen aufweisen, insbesondere jeweils eine zweite Formeinrichtung zum Formen der mindestens einen ersten Fügevertiefung in der ersten Lage und zum Formen der mindestens einen zweiten Fügevertiefung in der zweiten Lage.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zumindest eine der zweiten Formeinrichtungen als Umformeinrichtung ausgebildet sein und eine Vielzahl von Umformstempeln aufweisen zum gleichzeitigen Formen einer Vielzahl von ersten Fügevertiefungen in der erste Lage oder zum gleichzeitigen Formen einer Vielzahl von zweiten Fügevertiefungen in der zweiten Lage. Die Vielzahl von Umformstempeln kann derart ausgebildet sein, dass die ersten Fügevertiefungen in zwei oder mehreren unterschiedlichen Formrichtungen in der ersten Lage formbar sind und/oder die zweiten Fügevertiefungen in zwei oder mehreren unterschiedlichen Formrichtungen in der zweiten Lage formbar sind.
Insbesondere wenn mindestens eine der Lagen aus einem Kunststoff besteht oder diesen enthält, kann die erste und/oder mindestens eine der zweiten Formeinrichtungen als Spritzgussvorrichtung ausgebildet sein, in der die betreffende Lage gespritzt wird.
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren anhand von Figuren detaillierter beschrieben. Dabei werden verschiedene erfindungswesentliche oder auch vorteilhafte weiterbildende Elemente im Rahmen jeweils eines konkreten Beispiels genannt, wobei auch einzelne dieser Elemente als solche zur Weiterbildung der Erfindung - auch herausgelöst aus dem Kontext des jeweiligen Beispiels und weiterer Merkmale des jeweiligen Beispiels - verwendet werden können. Weiterhin werden in den Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, und deren Erläuterung daher teilweise weggelassen.
Es zeigen

1 einen plattenartigen Fluidbehälter gemäß Stand der Technik,
2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen formschlüssigen Verbindung zweier Modelllagen,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen formschlüssigen Verbindung zweier Modelllagen,
5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen formschlüssigen Verbindung zweier Modelllagen,
6 einen plattenartigen Fluidbehälter in einer Draufsicht, welcher mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist und
7 einen Schnitt durch den plattenartigen Fluidbehälter aus 6 in Querrichtung des Fluidbehälters.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, welches von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 60 ausgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters, der zwei übereinander liegende Lagen sowie einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei eine erste Lage eine kanalartige Vertiefung aufweist, sodass ein Fluid zwischen der ersten und einer zweiten Lage entlang eines Kanals vom Einlass zum Auslass führbar ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst in einer ersten Formeinrichtung 11 die kanalartige Vertiefung in der ersten Lage geformt (Schritt S1.1). Je nach Material der ersten Lage kann die erste Formeinrichtung 11 unterschiedlich ausgebildet sein. Handelt es sich um eine metallische erste Lage, dann ist die erste Formeinrichtung 11 eine Umformeinrichtung mit einem Umformstempel, wie z.B. ein Prägewerkzeug, die in einem Hub die kanalartige Vertiefung in die erste Lage einformt. Handelt es sich bei der ersten Lage um eine Kunststofflage, so wird die erste Lage samt kanalartiger Vertiefung in einer Spritzgussvorrichtung als Formeinrichtung 11 geformt.
Anschließend wird in der zweiten Formeinrichtung 12 eine Vielzahl von ersten Fügevertiefungen in der ersten Lage in mindestens einem Bereich außerhalb der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen der ersten Lage geformt (Schritt S1.2). Bei der zweiten Formeinrichtung 12 kann es sich dem Material der ersten Lage entsprechend um eine Umformeinrichtung mit einer Vielzahl von Umformstempeln zum gleichzeitigen Einformen einer Vielzahl von ersten Fügevertiefungen oder um eine Spritzgussvorrichtung zum Formen der ersten Lage samt der Vielzahl von ersten Fügevertiefungen handeln. Die Formeinrichtungen 11 und 12 können Teil einer ersten Formstation sein, in der üblicherweise auch die Außen- und ggf. vorhandene Innenkonturen der ersten Lage eingebracht werden. Insbesondere bei der Herstellung einer ersten Lage aus Kunststoff können die Einrichtungen 11 und 12 eine einzige Einrichtung sein, so dass die Verfahrensschritte der Herstellung der kanalartigen Vertiefungen S 1.1 und der Fügevertiefungen S1.2 gleichzeitig durchgeführt werden.
In der weiteren zweiten Formeinrichtung 21 wird eine Vielzahl von zweiten Fügevertiefungen in der zweiten Lage geformt (Schritt S2.1). Bei der zweiten Formeinrichtung 21 kann es sich dem Material der zweiten Lage entsprechend ebenfalls um eine Umformeinrichtung mit einer Vielzahl von Umformstempeln zum gleichzeitigen Einformen einer Vielzahl von zweiten Fügevertiefungen oder um eine Spritzgussvorrichtung zum Formen der zweiten Lage samt der Vielzahl von zweiten Fügevertiefungen handeln. Die weitere zweite Formeinrichtung 21 kann Teil einer zweiten Formstation sein, in der üblicherweise auch die Außen- und ggf. vorhandene Innenkonturen der zweiten Lage eingebracht werden.
Die ersten und zweiten Fügevertiefungen werden dabei so geformt, dass sie formschlüssig ineinander greifen können.
In einer Fügeeinrichtung 31 werden die erste und die zweite Lage durch ineinander Schieben der ersten und der zweiten Fügevertiefungen bis die ersten und die zweiten Fügevertiefungen formschlüssig ineinander greifen miteinander formschlüssig verbunden (Schritt S3.1). Dies ermöglicht eine schnelle und stabile Verbindung über einen großen Bereich der Fläche der ersten und zweiten Lage. In diesem Stadium kann die Verbindung der Platten jedoch jederzeit wieder gelöst werden.
Anschließend werden die formschlüssig miteinander verbundenen Lagen in einer Verbindungseinrichtung 32 mittels Laserschweißens entlang eines Außenumfangs der ersten Lage stoffschlüssig miteinander verbunden (Schritt S3.2). Auf diese Weise werden die Lagen zueinander unlösbar befestigt und der Fluidbehälter nach außen hin fluiddicht abgedichtet, sodass das Fluid nicht zwischen den Lagen herausfließen kann. Gleichzeitig sorgen die formschlüssigen Verbindungen dafür, dass auch die nicht stoffschlüssig miteinander verbundenen Bereiche auch bei erhöhtem Fluiddruck formstabil zusammengehalten werden.
Die Einrichtungen 31 und 32 können in getrennten Vorrichtungen vorgehalten werden, es ist aber ebenso möglich, die Einrichtungen 31 und 32 in einer Vorrichtung zu kombinieren.
In einer optionalen Verbindungseinrichtung 33 kann zusätzlich ein Bereich zwischen dem Einlass des Fluidbehälters und dem Auslass mittels Laserschweißens fluiddicht verschlossen werden, um einen Kurzschluss zwischen dem Einlass und dem Auslass, also eine direkte Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass zu verhindern (Schritt S3.3). Dabei können die Verbindungseinrichtung 32 und die Verbindungseinrichtung 33 dieselbe Einrichtung oder separate Einrichtungen sein.
3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen formschlüssigen Verbindung zweier Modelllagen, die ohne Darstellung kanalartiger Vertiefungen lediglich der Illustration der Lagenverbindung dienen, wobei a) eine Draufsicht, b) eine Schnittansicht entlang eines Schnittes A-A durch die Modelllagen und c) eine weitere Schnittansicht entlang eines Schnittes B-B darstellt. In 3 sind eine untere Lage 2 und eine obere Lage 1 mithilfe von Fügevertiefungen 3 miteinander verbunden, wobei die untere Lage 2 Fügevertiefungen 23 und die obere Lage 1 Fügevertiefungen 13 aufweist. Dabei sind jeweils drei Fügevertiefungen in zwei Reihen in einer Querrichtung der Lagenausschnitte 1 und 2 angeordnet. In dem Schnitt A-A, welcher in einer Längsrichtung der Lagenausschnitte 1 und 2 durch jeweils eine Fügevertiefung 3 jeder Reihe verläuft, ist erkennbar, dass die Fügevertiefungen 3 jeder Reihe in einer identischen Formrichtung geformt sind. Weiterhin ist ersichtlich, dass die Fügevertiefungen Hinterschneidungen bilden, die in Bezug auf eine Längsmittelachse L der Fügevertiefungen, welche der Querrichtung der Lagenausschnitte 1 und 2 entspricht, asymmetrisch ausgebildet ist. Die Fügevertiefungen 3 bilden somit lediglich auf einer Seite der Längsmittelachse L der Fügevertiefungen eine Hinterschneidung aus. Aus dem Schnitt B-B ist ferner ersichtlich, dass die Fügevertiefungen 3 bezüglich einer Quermittelachse Q der Fügevertiefungen 3 symmetrisch ausgebildet sind.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen formschlüssigen Verbindung zweier Modelllagen, wobei a) eine Draufsicht, b) eine Schnittansicht entlang eines Schnittes C-C durch die Modelllagen und c) eine weitere Schnittansicht entlang eines Schnittes D-D darstellt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 3 sind die Lagen 1 und 2 mithilfe von lediglich zwei parallel zueinander angeordneten Fügevertiefungen 3 miteinander formschlüssig verbunden, wobei sich jede Fügevertiefung 3 quer zur Längsrichtung der Lagenausschnitte 1 und 2 und zumindest über die Hälfte der Breite der Lagenausschnitte 1 und 2 erstrecken. Wie aus b) ersichtlich ist, weisen die Fügevertiefungen 3 wie in 3 einen zur Längsmittelachse L der Fügevertiefungen 3 asymmetrischen Querschnitt auf, während ein Längsschnitt der Fügevertiefungen 3 bezüglich der Quermittelachse Q durch die Fügevertiefungen 3 symmetrisch ist.
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen formschlüssigen Verbindung zweier Modelllagen, wobei a) eine Draufsicht, b) eine Schnittansicht entlang eines Schnittes E-E durch die Modelllagen und c) eine weitere Schnittansicht entlang eines Schnittes F-F darstellt. Im Unterschied zur 3 weist das Ausführungsbeispiel der 5 jeweils drei in zwei beabstandeten Reihen quer zur Längsrichtung der Lagenausschnitte 1 und 2 angeordnete Fügevertiefungen 3a und 3b auf, wobei sich die Fügevertiefungen 3a und 3b in einer Orientierung der Formrichtung unterscheiden. Wie im Längsschnitt E-E durch die Lagenausschnitte 1 und 2 ersichtlich ist, sind die Fügevertiefungen 13b und 23b der ersten und zweiten Lage 1, 2 nach oben, also durch die Lage 1 hindurch geformt, während die Fügevertiefungen 23a und 23b der ersten und zweiten Lage 1, 2 nach unten, also durch die Lage 2 hindurch geformt sind.
6 zeigt einen plattenartigen Fluidbehälter 40 in einer Draufsicht, welcher mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist. 7 zeigt einen Schnitt durch einen Bereich des plattenartigen Fluidbehälters 40 aus 6 in einer Querrichtung des Fluidbehälters 40 entlang des Schnittes G-G. Der Fluidbehälter 40 weist eine obere Lage 42 auf, in welcher Fügevertiefungen 472 geformt sind. Weiterhin weist der Fluidbehälter 40 eine untere Lage 41 auf, in welche kanalartige Vertiefungen 46 und ebenfalls Fügevertiefungen 471 geformt sind. Die untere Lage 41 stellt hier die erste Lage dar, die obere Lage 42 die zweite Lage.
Die kanalartigen Vertiefungen 46 bilden Fluidkanäle zum Führen eines Fluids von einem Einlass 49a zu einem Auslass 49b. Die kanalartigen Vertiefungen 46 verlaufen überwiegend in Längsrichtung des Fluidbehälters 40. Außerhalb der kanalartigen Vertiefungen 46 weisen die obere Lage 42 und die untere Lage 41 Berührungsbereiche 48 auf, innerhalb derer die Fügevertiefungen 472 und 471 in Längsrichtung des Fluidbehälters 40 angeordnet sind. Der Fluidbehälter 40 weist eine Vielzahl von sich in Querrichtung der oberen oder unteren Lage 42, 41 abwechselnden längs verlaufenden Fluidkanälen 45 und Berührungsbereichen 48 auf.
Die Fügevertiefungen 471, 472 der Einzellagen und die gefügten Fügevertiefungen 47 beider Lagen sind ähnlich wie in 3 ausgebildet und weisen dieselbe Formrichtung auf. Weiterhin entspricht die Längsrichtung der in den Berührungsbereichen 48 angeordneten Fügevertiefungen 47 der Längsrichtung der Berührungsbereiche 48. Der Querschnitt der Fügevertiefungen 47 ist wie in 3 asymmetrisch zur Längsmittelachse der Fügevertiefungen 47 ausgebildet.
Weiterhin sind die obere Lage 42 und die untere Lage 41 entlang ihres Außenumfangs 43 miteinander verschweißt, sodass der Fluidbehälter 40 fluiddicht nach außen geschlossen ist. Ferner ist entlang einer Längsmittelachse des Fluidbehälters eine einseitig an den Außenumfang 43 anschließende jedoch nicht bis zur gegenüberliegenden Seite des Außenumfangs 43 durchgängige Schweißnaht 44 angeordnet, welche einen Einlasskanalbereich von einem Auslasskanalbereich des Fluidbehälters 40 trennt. Auf einer Seite der Schweißnaht und benachbart zum Außenumfang 43 ist der Einlass 49a angeordnet, während auf einer dem Einlass 49a abgewandten Seite der Schweißnaht 44 ein Auslass 49b angeordnet ist.
In einer Richtung quer zum Einlass 49a und Auslass 49b befinden sich weitere, etwa quadratische Berührungsbereiche 50, in denen die obere Lage 42 und die untere Lage 41 aufeinander liegen und in denen sich Fügevertiefungen 521, 522 der Lagen befinden, die für den plattenförmigen Fluidbehälter 40 zusammen Fügevertiefungen 52 ausbilden. Die Fügevertiefungen 52 weisen etwa die Hälfte der Länge der Fügevertiefungen 47 auf und dienen der Verbindung der Lagen 41 und 42 an einem nahe dem Einlass 49a und 49b gelegenen Rand des Fluidbehälters 40.
Auf einer dem Einlass 49a und dem Auslass 49b gegenüberliegenden Seite des Fluidbehälters 40 und in einem sich in Querrichtung des Fluidbehälters 40 erstreckenden Übergangsbereich zwischen der Schweißnaht 44 und dem Außenumfang 43 sind ebenfalls weitere Berührungsbereiche 50 mit sich darin befindlichen Fügevertiefungen 52 angeordnet. In dem Übergangsbereich ändert das Fluid seine Strömungsrichtung vom Einlasskanalbereich zum Auslasskanalbereich um im Mittel 180°. Dieser Richtungswechsel wird durch die kleineren, eher quadratisch ausgebildeten Berührungsbereiche unterstützt und gleichzeitig eine stabile Verbindung der Lagen 1 und 2 in einem dem Einlass 49a und dem Auslass 49b gegenüberliegenden Randbereich gewährleistet.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters (40), der zwei übereinander liegende Lagen (1, 2, 41, 42) sowie einen Einlass (49a) und einen Auslass (49b) aufweist, wobei zumindest eine erste Lage (1, 41) eine oder mehrere kanalartige Vertiefungen (46) aufweist, sodass ein Fluid zwischen der ersten (1, 41) und einer zweiten Lage (2, 42) entlang mindestens eines Kanals vom Einlass (49a) zum Auslass (49b) führbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Formen der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen (46) in der ersten Lage (1, 41), Formen von mindestens einer ersten Fügevertiefung (13, 471, 521) in der ersten Lage (1, 41) in mindestens einem Bereich außerhalb der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen (46) und mindestens einer zweiten Fügevertiefung (23, 472, 522) in der zweiten Lage (1, 42), wobei die mindestens eine erste (13, 471, 521) und die mindestens eine zweite Fügevertiefung (23, 472, 522) zum formschlüssigen ineinander Greifen zueinander korrespondieren, formschlüssiges miteinander Verbinden der ersten und zweiten Lage (1, 2, 41, 42) durch ineinander Schieben der mindestens einen ersten (13, 471, 521) und der mindestens einen zweiten Fügevertiefung (23, 472, 522) bis die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Fügevertiefung formschlüssig ineinander greifen, und stoffschlüssiges miteinander Verbinden der formschlüssig miteinander verbundenen ersten (1, 41) und zweiten Lage (1, 42) entlang eines Außenumfangs der ersten Lage (1, 41).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste (13, 471, 521) und die mindestens eine zweite Fügevertiefung (23, 472, 522) eine Hinterschneidung aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen der mindestens einen ersten und/oder der mindestens einen zweiten Fügevertiefung (13, 471, 521, 23, 472, 522) mittels eines in einer schräg zu einer Lagenebene der ersten und zweiten Lage (1, 2, 41, 42) verlaufenden Umformrichtung geführten Umformstempels erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formen der mindestens einen ersten und/oder der mindestens einen zweiten Fügevertiefung (13, 471, 521, 23, 472, 522) mittels Urformens, insbesondere mittels Spritzgusses erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Lage (1, 41) eine Vielzahl von ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) und in der zweiten Lage (2, 42) eine Vielzahl von zu den ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) korrespondierenden zweiten Fügevertiefungen (23, 472, 522) geformt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) und mindestens eine der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen (23, 472, 522) in einer ersten Formrichtung geformt werden, sodass die mindestens eine zweite Fügevertiefung (23, 472, 522) der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen (23, 472, 522) zu der mindestens einen Fügevertiefung (13, 471, 521) der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) korrespondiert, und die Übrigen der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) und die Übrigen der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen (23, 472, 522) in einer zweiten von der ersten Formrichtung verschiedenen Formrichtung geformt werden, sodass die Übrigen der Vielzahl der zweiten Fügevertiefungen (23, 472, 522) zu den Übrigen der Vielzahl der ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) korrespondieren.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) und die zu den ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) korrespondierenden zweiten Fügevertiefungen (23, 472, 522) in einer einzigen Formrichtung bezüglich einer Lagenebene der ersten (1, 41) oder zweiten Lage (2, 42) geformt werden.
Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) gleichzeitig geformt werden und/oder dass die zweiten Fügevertiefungen (23, 472, 522) gleichzeitig geformt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: fluiddichtes Verschließen zwischen der ersten (1, 41) und der zweiten Lage (2, 42) und innerhalb des Außenumfangs (43) der ersten Lage (1, 41) zum Verschließen einer direkten Fluidverbindung zwischen dem Einlass (49a) und dem Auslass (49b).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddichte Verschließen nach dem formschlüssigen Verbinden der ersten (1, 41) und zweiten Lage (2, 42) erfolgt und ein stoffschlüssiges miteinander Verbinden der ersten (1, 41) und der zweiten (2,42) Lage zum Verschließen einer direkten Fluidverbindung zwischen dem Einlass (49a) und dem Auslass (49b) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (1, 41) und zweite Lage (2, 42) ein Metall aufweisen oder daraus bestehen und das stoffschlüssige miteinander Verbinden der ersten (1, 41) und der zweiten Lage (2, 42) entlang des Außenumfangs (43) und innerhalb des Außenumfangs (43) der ersten Lage (1, 41) mittels Lötens, Laserschweißens, Reibschweißens oder Klebens erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten und zweiten Lagen (1, 2, 41, 42) ein Metall aufweist oder daraus besteht und die andere der ersten und zweiten Lagen (1, 2, 41, 42) einen Kunststoff aufweist oder daraus besteht, und das stoffschlüssige miteinander Verbinden der ersten und zweiten Lage (1, 2, 41, 42) entlang des Außenumfangs (43) und innerhalb des Außenumfangs (43) der ersten Lage (1, 41) mittels Klebens erfolgt.
Plattenartiger Fluidbehälter (40), dadurch gekennzeichnet, dass der plattenartige Fluidbehälter (40) mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Plattenartiger Fluidbehälter (40) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenartige Fluidbehälter (40) als Temperierplatte, insbesondere für ein elektrochemisches System, ausgebildet ist.
Vorrichtung (60) zum Herstellen eines plattenartigen Fluidbehälters (40) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend eine erste Formeinrichtung (11) zum Formen der einen oder mehreren kanalartigen Vertiefungen (46) in der ersten Lage (1, 41), mindestens eine zweite Formeinrichtung (12, 21) zum Formen der mindestens einen ersten Fügevertiefung (13, 471, 521) in der ersten Lage (1, 41) und der mindestens einen zweiten Fügevertiefung (23, 472, 522) in der zweiten Lage (2, 42), eine Fügeeinrichtung (31) zum formschlüssigen miteinander Verbinden der ersten (1, 41) und zweiten Lage (2, 42), und eine Verbindungseinrichtung (33) zum stoffschlüssigen miteinander Verbinden der ersten (1, 41) und der zweiten Lage (2, 42) entlang des Außenumfangs (43) der ersten Lage (1, 41).
Vorrichtung (60) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (60) jeweils eine zweite Formeinrichtung (12, 21) zum Formen der mindestens einen ersten Fügevertiefung (13, 471, 521) in der ersten Lage (1, 41) und zum Formen der mindestens einen zweiten Fügevertiefung (23, 472, 522) in der zweiten Lage (2, 42) umfasst.
Vorrichtung (60) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der zweiten Formeinrichtungen (12, 21) eine Umformeinrichtung ist und eine Vielzahl von Umformstempeln aufweist zum gleichzeitigen Formen einer Vielzahl von ersten Fügevertiefungen (13, 471, 521) in der ersten Lage (1, 41) oder zum gleichzeitigen Formen einer Vielzahl von zweiten Fügevertiefungen (23, 472, 522) in der zweiten Lage (2, 42).
Vorrichtung (60) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Umformstempeln derart ausgebildet ist, dass die ersten Fügevertiefungen (13a, 13b) in zwei oder mehreren unterschiedlichen Formrichtungen in der ersten Lage (1, 41) formbar sind und/oder die zweiten Fügevertiefungen (23a, 23b) in zwei oder mehreren unterschiedlichen Formrichtungen in der zweiten Lage (1, 42) formbar sind.
Vorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder mindestens eine der zweiten Formeinrichtungen (12, 21) eine Spritzgussvorrichtung aufweist.