JP2026020007A - 変形加工パターンを金属薄板に加工する方法およびプレス機 - Google Patents
変形加工パターンを金属薄板に加工する方法およびプレス機Info
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Abstract
【課題】金属薄板に変形加工パターンを加工する方法を提供する。
【解決手段】変形加工パターンが、少なくとも1つの部分領域において、少なくとも1つのパターン方向で所定のパターン間隔を空けて相並んで位置する同一の複数のパターンユニットを有し、プレス機が、部分領域のみを変形加工するために工具ユニットを含み、上側の変形加工ポンチおよび下側の変形加工ポンチの協働する変形加工構造により、工具ユニットの個々のストロークにおいて、部分領域の少なくとも1つのパターンユニットを金属薄板に成形加工し、金属薄板を、工具ユニットの予め規定された総数のストロークのうちの連続して続く2回のストローク間に、工具ユニット内においてさらに移送し、予め規定された総数の各ストロークにより、金属薄板に成形加工されているパターンに、少なくとも1つの加工されるパターンユニットを増補する。
【選択図】 図10
【解決手段】変形加工パターンが、少なくとも1つの部分領域において、少なくとも1つのパターン方向で所定のパターン間隔を空けて相並んで位置する同一の複数のパターンユニットを有し、プレス機が、部分領域のみを変形加工するために工具ユニットを含み、上側の変形加工ポンチおよび下側の変形加工ポンチの協働する変形加工構造により、工具ユニットの個々のストロークにおいて、部分領域の少なくとも1つのパターンユニットを金属薄板に成形加工し、金属薄板を、工具ユニットの予め規定された総数のストロークのうちの連続して続く2回のストローク間に、工具ユニット内においてさらに移送し、予め規定された総数の各ストロークにより、金属薄板に成形加工されているパターンに、少なくとも1つの加工されるパターンユニットを増補する。
【選択図】 図10
Description
本発明は、プレス機の少なくとも1つの工具ユニットにより、特に金属から成る金属薄板に変形加工パターンを加工する方法に関する。本発明は、プレス機にも関する。
金属から成る金属薄板に変形加工パターンを備えることは、従来技術において広く普及している。このためには、金属薄板において所望される変形加工パターンを、従来技術に従って、対応する変形加工構造として上側の変形加工ポンチおよび下側の変形加工ポンチに設け、これにより、プレス機においてこれらの変形加工ポンチを合わせることによって、ポンチ間に位置する金属薄板に変形加工パターンを転写することができる。これらのポンチは雌型および雄型とも呼ばれる。この原理は本発明においても使用される。
本発明も好適に使用される1つの用途分野は、電解装置プレートの製造、特に電解装置用のいわゆる「インターコネクタ」の製造または燃料電池プレートもしくはバイポーラプレートの製造である。これらのプレートは、変形加工された形状、例えばエンボス加工部および/または深絞り加工領域ならびに打抜き加工された領域も有していることが多く、積み重ねられた構成で、例えば電解装置または燃料電池においても使用される。この場合、変形加工された領域および/または打抜き加工部は、流体が案内されるプレートの領域を定義していることが多い。打抜き加工部は、プレート積層体の互いに異なる平面間で流体を案内する領域を定義していることが多く、変形加工部、例えばエンボス加工部は、プレートの1つの平面内で、この平面に対して平行に、またはこの平面を巡って流体を案内する領域を定義している。このようなプレートはまた、例えば、流体を案内するために働かない、例えば組付け目的の変形加工部または打抜き加工部を有していることもある。このようなプレートでは、変形加工パターン全体の部分領域を形成するいわゆる流れ場が、流体を案内する通路または通路区分の、場所に関して結び付いている特に大きな領域を定義している。したがって、本発明は、このような流れ場を有している電解装置または燃料電池のプレートにおいて好ましく利用される。
従来技術によれば、このようなプレートの少なくとも流れ場領域は、プレス機の工具ユニットの唯1回のストロークで製造される。このプレス機には、この場合に好ましく使用される精密切断装置も属している。好適には、1回のストロークで変形加工も打抜き加工も実施することができる。
問題は、変形加工パターンのサイズが大きくなるにつれて、もしくは例えば電解装置プレートまたはバイポーラプレートもしくは燃料電池プレートにおいて、金属薄板平面に対して相対的な凹設部/隆起部の個数が増大するにつれて、変形加工のために必要となる力が著しく増大し、これにより所望の変形加工パターンは、通常のプレス機ではもはや1回の個々のストロークでは製造することができないことである。特に、電解装置プレートは、燃料電池のプレートよりもはるかに大きな表面を有しているので、この問題は、電解装置プレートでは特に重大である。
電解装置プレートまたはバイポーラプレート/燃料電池プレートの拡大傾向は、このようなプレートの変形加工パターン全体の部分領域、例えば流れ場の製造でさえ、通常の構造様式の既存のプレス機でもはや実現することができないか、または少なくとも経済的に適切な形式では実現することができないか、もはや必要となる精度では実現することができない。
したがって、本発明の課題は、従来のプレス機およびプレス機において使用される工具ユニットにより実現することができる、変形加工パターンを金属薄板に加工する方法を提供することである。特に、電解装置プレートまたはバイポーラプレート/燃料電池プレートにおいて、変形加工パターン全体のうちの流れ場の部分領域、好ましくは変形加工パターン全体を、特に補足的な打抜き加工部も一緒に、従来の市販のプレス機において経済的な有意な形式で製造することができるように開発することが望ましい。特に、これにより、電解装置プレートおよび/または燃料電池プレート/バイポーラプレートの製造を改善もしくは簡単化することが望ましい。
この課題は、変形加工パターンが、少なくとも1つの部分領域において、少なくとも1つのパターン方向で所定のパターン間隔を空けて相並んで位置する同一の複数のパターンユニットを有しており、プレス機が、部分領域のみを変形加工するために工具ユニットを含んでおり、該工具ユニットにおいて、上側の変形加工ポンチおよび下側の変形加工ポンチが配置されていて、これらの変形加工ポンチの協働する変形加工構造により、工具ユニットの個々のストロークにおいて、部分領域の少なくとも1つのパターンユニットを、変形加工ポンチ間へと案内された金属薄板に成形加工し、金属薄板を、工具ユニットの予め規定された総数のストロークのうちの連続して続く2回のストローク間に、少なくとも1つのパターン方向に相当する送り方向で、工具ユニット内においてさらに移送し、予め規定された総数のストローク後に変形加工パターンの部分領域が完成させられるまで、工具ユニット内で、予め規定された総数の各ストロークにより、金属薄板に加工/成形加工されているパターンに、少なくとも1つの加工されるパターンユニットを増補することによって解決される。工具ユニットは好適には、変形加工ポンチに対して付加的に、方法に参与するさらに別の工具を含んでいてよい。
好適には、個々のストロークとは、変形加工ポンチが互いに向かって運動する工具ユニットの閉鎖段階と、変形加工ポンチが互いに離れように遠ざかる工具ユニットの開放段階との連続を意味するものであると理解される。
変形加工ポンチを用いた変形加工は、例えば、工具ユニットの閉鎖段階に生じる金属薄板の深絞り加工および/またはエンボス加工によって行われ、特に、好適には工具ユニットの同一のストロークにおいて深絞り加工に続くエンボス加工によって行われる。
2回のストローク間、特に2回の閉鎖段階間の、工具ユニット内における金属薄板の送りは、好適には、特にプレス機または工具ユニット内に設けられている送り装置を用いて行われる。好適には、送り装置は、1回のストロークの開放段階中および/または開放段階後に金属薄板の送りを引き起こす。
本発明は、製造すべき変形加工パターン全体を、相前後して製造可能である複数の部分領域に分解することができることを利用し、もしくはその場合に使用可能であり、この場合に本発明は、複数の同一のパターンユニットに分割可能である少なくとも1つの部分領域を変形加工パターンにおいて識別するか、または規定することを意図しており、この場合に、複数のパターンユニットが部分領域において相並んで位置するように配置されており、パターンユニットは、互いに対して一様のパターン間隔を有している。
特に、電解装置プレートまたは燃料電池プレートにおいて、複数のパターンユニットに分割可能なこのような部分領域は、いわゆる流れ場により形成されていてよく、この流れ場で、このような複数のプレートから構成される電解装置または燃料電池内において流体が案内可能である。好適には、このような電解装置プレートまたは燃料電池プレートは、流れ場に対して付加的に、変形加工または打抜き加工された別の領域を含んでおり、これらの領域は特に流れ場を取り囲んで外側に配置されている。
このような流れ場では、例えば、通路を形成する特定のパターン領域が、反復して相並んで位置しているように発生し得る。反復しているこのようなパターン領域が、本発明の意図における1つのパターンユニットをその都度形成している。
特に、好適には上述の部分領域が、唯1つのパターン方向で相並んで位置しているパターンユニットだけを含んでいる場合、唯1つの送り装置だけが設けられており、この送り装置によって、金属薄板が工具ユニット内で移送されることが規定されている。しかし、部分領域が、少なくとも2つのパターン方向、例えば互いに対して垂直な2つのパターン方向で相並んで位置するパターンユニットを有している限り、金属薄板を、工具ユニット内で2回のストローク間に、少なくとも2つのパターン方向のうちの1つのパターン方向にさらに運動させるか、または少なくとも2つパターン方向から構成される1つの送り方向にさらに運動させることも規定されていてよい。
本発明によれば、この方法は、変形加工のために必要となるプレス力を減じることができる。なぜならば、各ストロークにより、変形加工パターンにおける部分領域の、この部分領域において反復して存在する小さな部分だけが金属薄板に加工されるか、もしくは成形加工されるからである。したがって、電解装置プレートまたはバイポーラプレート/燃料電池プレートにおける極めて大きな流れ場配列でさえ、比較的小さなプレス機で作製することができる。このことは本発明によって極めて経済的に再現可能である。なぜならば、このような部分領域を変形加工するために、上側の変形加工ポンチと下側の変形加工ポンチの同一の対を、部分領域全体が完成されるまで同一の工具ユニットにおいて常に反復式に使用することができるからである。
したがって、規定された総数のパターンユニットを備えた部分領域が変形加工パターン内に存在している限り、本発明は、総数に相当する最大数に至るまでのストロークにより、これらの部分領域を変形加工することが規定されている。この場合、各パターンユニットは、1つの固有の個々のストロークにおいて成形加工される。
これに対して、工具ユニットの下側の変形加工ポンチと上側の変形加工ポンチの協働する変形加工構造により、工具ユニットの個々のストロークにおいて、部分領域のN個のパターンユニットを同時に成形加工し、ここでN≧2である構成が好ましいと見なされる。好ましくは、個数Nは、部分領域に設けられた全てのパターンユニットの総数の15%よりも大きく、さらに好ましくは20%よりも大きな整数である。
好適には、工具ユニット内において生成可能な最大の変形加工力に依存して、ストロークの必要な回数を最小限に抑えるために、全パターンユニットのうちの最大で何個を単独のストロークにより成形加工することができるかが決定される。
好ましい或る改良形は、工具ユニットの1回のストローク後に、金属薄板をさらに移送することによって、金属薄板の加工されたパターン、特に加工されたパターンの、先行するストロークにおいて形成された領域を、上側の変形加工ポンチおよび下側の変形加工ポンチの変形加工構造に少なくとも部分的にオーバラップさせることを規定している。
このオーバラップにより、1回目の最初のストローク後に、変形加工ポンチによる別の各ストロークによって、新たな領域が金属薄板において成形加工され、この新たな領域は、変形加工ポンチの変形加工構造にオーバラップ領域を除いて一致する。オーバラップ領域では、金属薄板は実際に2回成形加工され、この場合に特に、これによって、別の成形が行われないか、または別の成形が実質的に行われない。しかし好適には、オーバラップにより、変形加工ポンチに対して相対的な金属薄板の位置決めが生じる。なぜならば、金属薄板の、既に成形加工されたオーバラップしている領域が、ポンチの変形加工構造に位置合わせされ、これにより各スロークにより成形加工される領域の互いに対する位置決めの精度が改善されるからである。
オーバラップを達成するために、例えば、金属薄板を、パターン間隔のM倍だけ送り方向にさらに運動させ、ここでM<Nであり、Nは、変形加工ポンチにより加工可能であるパターンユニットの個数に相当することが規定されていてよい。これにより好適には常に、N-Mのパターンユニットに一致するオーバラップが形成される。
さらに好ましくは、工具ユニットの各ストロークにより、金属薄板に位置決め幾何学形状を加工し、工具ユニットまたはプレス機に位置決め要素が設けられていて、1回のストロークの閉鎖運動前に、かつ/または閉鎖運動により、位置決め要素と位置決め幾何学形状とを互いに対して、互いに対して予め規定された位置へともたらすことが規定されている。
1回のストロークの閉鎖運動は、上側の変形加工ポンチと下側の変形加工ポンチとが互いに近付くように運動させられる運動である。
位置決め幾何学形状は、好ましくは、打抜き加工された位置決め開口であってよい。位置決め要素は、好ましくは、少なくとも所定の領域で位置決め開口内に走入する位置決めピンであってよい。位置決めピンは、好適には、工具ユニット、特に、両方の変形加工ポンチのうちの一方の変形加工ポンチの構成部分であってよく、またはストローク中に運動させられるプレス機の少なくとも1つの構成部分であってよい。
好適には、位置決め幾何学形状の加工の位置は、金属薄板の、反復式に加工すべき部分領域の部分が位置していない領域に位置している。
このことは、工具ユニットまたはプレス機において変形加工ポンチに隣接して位置しているポンチによって位置決め幾何学形状を成形加工するか、または好ましくは打抜き加工する利点も提供する。同様に、位置決め要素を、工具ユニットまたはプレス機において変形加工ポンチに隣接して配置することができる。
好適には、位置決め開口は円形の孔であり、位置決めピンは円形横断面を有していることが規定されている。好ましくは、ピンは、特に上述の横断面形状とは無関係に、その自由端に向かう方向で先細りしていることが規定されている。特に、ピンは、自由端/先端部を起点として、位置決め開口の内側横断面/内側直径よりも大きい程度にまで、外側横断面/外側直径を拡大させることが規定されている。この場合、このピンは、完全に位置決め開口を貫通することはできないが、その先端部の周りで開口をセンタリングする。これにより、侵入深さは、先細りさせられた先端部領域に制限されていて、このことは開口内におけるピンの引っ掛かりを阻止し、かつ/または位置決め開口からの引き戻しを容易にする。好適には、位置決めピンは、工具ユニットまたはプレス機におけるストローク運動の軸線方向で弾性的に支承されている。
好ましい或る構成は、位置決め幾何学形状を、特に同一のプレス機または別のプレス機の別の工具ユニットにより実施される後の打抜き加工ステップにおいて少なくとも1つの打抜き加工部が加工される金属薄板の領域にそれぞれ配置し、特にこの場合、少なくとも1つの打抜き加工部が、少なくとも1つの位置決め幾何学形状を除去し、好適にはこの場合、打抜き加工部が、複数の電解装置プレートまたは燃料電池プレートの積層体において流体を案内する機能を有していることを規定している。好ましくは、複数の打抜き加工部により、先に製造された全ての位置決め幾何学形状が除去される。したがって、位置決め幾何学形状が、金属薄板の加工中における金属薄板の一時的な要素でしかないことが確実にされ、この一時的な要素は、後の完成した金属薄板ではもはや存在していない。
好ましくは、位置決め幾何学形状は、製造すべき電解装置プレートの後の有効領域に位置していてよいが、この位置決め幾何学形状は、電解装置プレートの機能のために必要となる打抜き加工部、例えば後に流体を案内する打抜き加工部により置き換えられるので、障害にならない。好適には、位置決め幾何学形状は完全に、この位置決め幾何学形状を除去し、かつ/または置き換える打抜き加工部の横断面積内に位置していることが常に規定されている。したがって特に、打抜き加工部は、常に位置決め幾何学形状よりも大きい。
好ましくは、工具ユニットにおいて、位置決め幾何学形状を加工する要素、特に穴あけポンチと、位置決め要素とを、送り方向で所定の間隔を空けて配置することが規定されている。この間隔は、変形加工ポンチにより成形加工可能なパターンユニットの個数よりも小さく、特にM×パターン間隔に相当する。
これにより特に、この間隔は、金属薄板の送り方向で見て、変形加工ポンチの幅よりも小さいく、この場合、変形加工ポンチの幅は、N×パターン間隔である。
本発明は好ましくは、少なくとも1つの別の工具ユニットにおいて、もしくは少なくとも1つの別の工具ユニットにより、変形加工パターンのパターン部分を金属薄板に加工し、かつ/または部分領域の一部ではなく、特に部分領域の周囲で外側に配置されている打抜き加工部および/またはエッジトリミングを金属薄板に加工することを規定している。
別の工具ユニットが、部分領域を反復式に成形加工する上述の工具ユニットと同じプレス機に、特にいわゆる順送工具として配置されているか、または別のプレス機に配置されていてもよく、または同じプレス機において部分領域を反復式に成形加工する工具ユニットを、部分領域の部分ではないパターン部分を成形加工する上述の別の工具ユニットに交換することが規定されていてよい。
したがって後者の場合、好適には本発明は2つの工具ユニットを規定しており、この場合、第1の工具ユニットにより、反復するパターンユニットを備えた部分領域が成形加工可能であり、第2の工具ユニットにより、部分領域の一部ではなく、特に部分領域の周囲に位置する変形加工パターンのパターン部分が金属薄板に成形加工可能であり、プレス機に、まず、両方の工具ユニットのうちの一方の工具ユニット、特に第1の工具ユニットを装備し、この工具により多数の金属薄板を成形加工し、バッファに一時的に貯蔵し、次いで、2つの工具ユニットのうちの他方の工具ユニット、特に第2の工具ユニットを同一のプレス機に装備し、金属薄板をバッファから取り出し、取り出した金属薄板を、この他方の工具ユニットにより成形加工する。したがってこの方法では、両方の工具ユニットが1つのプレス機において交換して使用され、特に、どの工具ユニットが最初に使用されるかは重要ではない。
少なくとも1つの別の工具ユニットは、上述の工具ユニットよりも時間的に前に加工を実行することができるが、好ましくは、この別の工具ユニットが、少なくとも1つの部分領域の成形加工よりも時間的に後に、金属薄板の加工を実行することが規定されており、特にこの場合、少なくとも1つの別の工具ユニットによって、少なくとも1つの部分領域を成形加工するストロークの総数に対して付加的に、唯1回のストロークにおいて金属薄板を完成させる。
この場合に完成とは、好適には、プレス機による金属薄板の別の加工がもはや予定されていないことを意味するだけである。これに対して別の加工が別の加工ステーションにおいて予定されていてよい。
特に、同じプレス機の少なくとも1つの別の工具ユニットによる金属薄板の加工後に、金属薄板がプレス機から搬出される。
少なくとも1つの別の工具ユニットによって、位置決め幾何学形状を完全に覆い、特にこれによって位置決め幾何学形状を除去する打抜き加工部を加工すると有利であると見なされる。
したがって、前もって加工された位置決め幾何学形状は、後から打ち抜かれる領域に位置している。特に、完成した金属薄板において所定の機能、例えば取付けおよび/または流体案内のような機能を引き受ける打抜き加工部は、完成した金属薄板が電解装置プレートまたは燃料電池プレート/バイポーラプレートを形成する場合に好適である。
特に、この改良形では、好ましくは、上述の別の工具ユニットを、上述の部分領域を成形加工する工具ユニットの時間的に後に使用することが規定されている。
本発明は、方法に対して付加的に、少なくとも1つの工具ユニットを備えたプレス機であって、特に当該プレス機により方法が実施可能であることを特徴とするプレス機に関する。
プレスは、本発明によれば、少なくとも1つの工具ユニットを含んでおり、この少なくとも1つの工具ユニットは、上側の変形加工ポンチおよび下側の変形加工ポンチを有しており、上側の変形加工ポンチおよび下側の変形加工ポンチの協働する変形加工構造により、工具ユニットの個々のストロークにおいて、金属薄板に成形加工すべき変形加工パターンのうちの部分領域の少なくとも1つのパターンユニットが加工可能であり、変形加工パターンが、少なくとも1つのパターン方向で所定のパターン間隔を空けて相並んで位置する複数の同一のパターンユニットを有しており、工具ユニットは、複数のストロークにより部分領域を、完成に至るまで順次成形加工するように構成されている。
好適には、協働する変形加工構造により、個々のストロークにおいて、部分領域の複数のパターンユニットが加工可能であることが規定されている。
この場合、このことは、本発明によれば、個々のストロークにおいて、全てのパターンユニットが同時に成形加工されるのではなく、全てのパターンユニットの単に部分的な個数だけが同時に成形加工されることであると理解される。
好ましくは、プレス機、特にプレス機の工具ユニットが、送り装置を有しており、この送り装置を用いて、金属薄板が連続するストローク間で工具ユニット内においてさらに運動可能であり、特に少なくとも所定のパターン間隔分だけ、好適にはパターン間隔の複数倍だけ、さらに運動可能であることが規定されている。
可能な或る構成は、同一のプレス機が、上述の工具ユニットに対して付加的に、少なくとも1つの別の工具ユニット、特にまさに唯1つの別の工具ユニットだけを有しており、この別の工具ユニットにより、部分領域の一部ではなく、特に部分領域の周囲で外側に配置されている変形加工パターンのパターン部分が成形加工され、かつ/または打抜き加工部が、金属薄板に加工可能である。好適には、唯1つの別の工具ユニットにより、金属薄板における変形加工パターン、もしくは金属薄板全体、特に電解装置プレートまたは燃料電池プレートが、好適には唯1回のストロークで完成可能である。少なくとも2つの工具ユニットは、この場合プレス機の順送工具を形成し、これらの工具ユニット間で金属薄板はプレス機内においてさらに運動可能である。
別の或る構成は、プレス機において、部分領域のパターンユニットを成形加工する工具ユニットが、別の工具ユニットと交換可能であり、この別の工具ユニットにより、部分領域の一部ではなく、特に部分領域の周囲に配置されているパターン部分が金属薄板に成形加工可能であることも規定している。
好ましくは電解装置プレートまたは燃料電池プレートを製造するプレス機は、可能な或る構成では、複数の/少なくとも2つの工具ユニットを有していてもよく、この場合、これらの工具ユニットのそれぞれにより、同一のパターンユニットから構成されるそれぞれ異なる部分領域が成形加工されるか、または少なくとも成形加工可能である。
このようなプレス機は、或る改良形では、金属薄板、特に電解装置プレートまたは燃料電池プレートの残りの全ての部分を成形加工および/または打抜き加工する別の工具ユニットも有していてよい。
本発明を、燃料電池プレートまたは電解装置プレートの製造時の好ましい実施例に関して図面に基づいて説明する。
本明細書で先に論じた図7および図8は、平坦な金属薄板1から製造された製品、この場合は電解装置プレートまたはバイポーラプレートまたは燃料電池プレートを、概観斜視図もしくは詳細図で示しており、特にこれらのプレートから、別のプレートおよび要素とスタックすることによって纏めて電解装置または燃料電池を形成することができる。
図7および図8では、最後まで製造された金属薄板1は、変形加工パターンを有しており、特に、この変形加工パターンに対して付加的にさらに別の加工部分、例えば打抜き加工部およびエッジトリミングされた領域も有している。このことは特に、電解装置プレートまたはバイポーラプレート/燃料電池ププレートの製造時における好ましい用途以外でも、本発明により製造される全ての金属薄板1に該当する。変形加工パターンは、本発明の全ての構成において、まだ変形させられていない当初の金属薄板1の平面に対して相対的な全ての隆起部および/または凹設部により付与されている。変形加工パターンは、金属薄板1の変形加工により、例えば深絞り加工および/またはエンボス加工により生じる。
変形加工パターンのこのような隆起部および/または凹設部は、成形加工された金属薄板1において種々異なる機能を達成する。隆起部および/または凹設部は、好ましい用途では、例えば支持構造を形成することができ、この支持構造を介して、隣接する金属薄板1/電解装置プレート/バイポーラプレートが互いに支持されるか、またはスタックの別の要素において支持される。隆起部および/または凹設部は、例えばシール領域を、特に変形加工され、かつ好適には裁断された金属薄板1の縁部において形成することもできる。ここで、変形加工パターンにおいて特に重要な、特に最大の面積の領域は、電解装置またはバイポーラプレート/燃料電池プレートもしくは金属薄板1のいわゆる流れ場を形成する隆起部および/または凹設部によって形成される。
図示されたこの構成では、流れ場は、細長く延びる複数の通路6を含んでおり、これらの通路6は全て同一に形成されていて、これらの長手方向の延在方向に対して垂直方向に等間隔で相並んで位置している。図示した構成とは別の構成では、流れ場が、異なる幾何学形状を有していてもよい。本発明は、電解装置プレートまたは燃料電池プレート/バイポーラプレートにおける好ましい用途においても、具体的に図示された流れ場に限定されるものではない。特に、流れ場は、別の通路形状および/または通路区分を有していてもよく、しかし本発明によれば、流れ場において1つのパターンユニットの周期性を有している。
プレス機Pにより、特にプレス機Pの少なくとも1つの工具ユニットにより金属薄板1に加工すべき変形加工パターン全体が、この好ましい用途において流れ場を形成する部分領域を有しており、この部分領域は、当該部分領域内でパターンユニット6.1が少なくとも1つのパターン方向6.2で(ここでは唯1つのパターン方向で)何回も相並んで位置するように配置されており、相並んで位置するパターンユニット6.1が全て、同一のパターン間隔6.3を有していることにより優れていることが判る。この関係は、図8の詳細図から明らかである。したがって、部分領域におけるパターンは、パターン間隔6.3に相当する反復性もしくは周期性を有している。この電解装置プレートまたはバイポーラプレートの場合に部分領域の最も小さなパターンユニット6.1は、個別の通路6である。パターン間隔6.3は、隣接する2つの通路6の間、もしくは2つのパターンユニット6.1の間の間隔である。
金属薄板1の最大の面積の部分に製造すべき多数の隆起部および/または凹設部に基づいて、このような流れ場は、プレス機Pの工具ユニットによる個々のストロークでは製造することができないか、または経済的に適切でない手間をかけてしか製造することができない。なぜならば、プレス機Pを、この製造のために極めて大きく寸法設定されなければならないからである。
本発明は、変形加工パターン全体の、同一のパターンユニット6.1に分解可能なこのような部分領域を、1つの同一の工具ユニットW1において順次、繰り返し行われる同一のストロークによって、かつ常にストローク方向で対峙して運動する2つの変形加工ポンチ2,3の同一の対によって、何回も反復式に形成することを目的としている。これらの変形加工ポンチ2,3間で、金属薄板1は、パターン方向6.2に対応する送り方向でさらに先へと運動させられる。例えば金属薄板に作用する送り装置によってさらに運動させることは、変形加工ポンチ2,3が互いに離間していて、これらの変形加工ポンチ2,3間に間隙が形成されている状態で行われる。この場合、パターン方向6.2は、パターンユニット6.1が隣り合って位置するように配置されている方向である。パターン方向6.2は、本構成では、通路6の長手方向の延在方向に対して垂直であり、かつ/または金属薄板1の長手方向の延在方向に対して平行である。
図1は、成形加工すべき金属薄板1、好適にはそれまでにまだ変形させられていない金属薄板1が、特にこの金属薄板1に作用する送り装置により、パターン方向6.2に相当する送り方向で工具ユニットW1内に進入するように運動させられた後に、1回目の最初のストローク時の工具ユニットW1の協働する構成要素を示している。
図1Aは、プレス機Pの工具ユニットW1の水平方向の断面を示す図であり、例えば変形加工ポンチ2,3が間隔を有していて、これにより金属薄板1が変形加工ポンチ2,3間で運動可能である、工具ユニットW1の開放状態において、切断平面に対して平行な別の平面にある別の要素を上から見て、工具ユニットW1内に位置する金属薄板1と一緒に示す図である。
例えば、図1Aには破線で送り装置Fが図示されており、この送り装置Fは、好適には、金属薄板1を運動させるために、金属薄板1の両側でこの金属薄板1に作用する。図1Aにおいて選択された送り装置Fの例示的な図は、本発明を限定するものではない。金属薄板1の送りは、送り装置Fの別の配置によっても達成することができる。
開放状態に関して、図1Bは、図1Aに示したA-A線に沿った断面A-AおよびB-B線に沿った断面B-Bをこれらの断面を拡大した詳細図と共に示している。図1Cは、閉鎖状態に関して、図1Aに示したA-A線に沿った断面A-AおよびB-B線に沿った断面B-Bを拡大した詳細図で示している。この閉鎖状態では、変形加工ポンチ2および3が互いに接近するように運動させられていて、これにより、変形加工ポンチ2および3の変形加工構造を金属薄板1に転写することができる。
ここで、断面A-Aは、好適には中心で変形加工ポンチ2,3を通る断面を示しており、断面B-Bは、送り方向に対して垂直方向で側方にずらされて変形加工ポンチ2,3の隣に位置している領域を示している。
上側の変形加工ポンチ2および下側の変形加工ポンチ3は、互いに対応する(特に互いに対してネガティブな)変形加工構造を有している。これらの変形加工構造により、複数の個数Nのパターンユニット6.1、つまりここでは例えば通路6を1回のストロークで同時に金属薄板1に成形加工することができる。これらの通路6は、金属薄板平面に対して垂直な1つの方向で開放している。変形加工ポンチ2,3により1回のストロークで同時に金属薄板1に成形加工することができるパターンユニット6.1の複数の個数Nは、変形加工パターンの部分領域、ここでは流れ場に位置する全てのパターンユニット6.1の総数よりも小さい。本実施例では、14個のパターンユニット6.1を同時に成形加工することができる。この数は、本発明を制限するものではなく、基本的に任意の値をとることができ、特に部分領域におけるパターンユニット6.1の総数よりも小さく、好適には1よりも大きい。
工具ユニットW1は、ストローク方向で互いに近付いたり、互いから離れたりするように運動可能な変形加工ポンチ2,3の他に、ロッド7を有している。これらのロッド7により、変形加工時に工具ユニットW1内の所定の位置に金属薄板1を位置固定することができる。このようなロッド7は、好適には、変形加工ポンチ2,3の周囲に配置されていてよい。
送り方向6.2に対して垂直な方向において側方で変形加工ポンチ2,3の隣に、ひいては部分領域において加工すべきパターンの隣にずらされて、位置決め幾何学形状を加工する要素として穴あけポンチ5が設けられており、かつ位置決め要素4としてピンが設けられている。穴あけポンチ5および位置決め要素4は、変形加工ポンチ2,3に対して付加的に、好適には、工具ユニットW1の別の工具を形成している。
工具ユニットW1の1回目のストロークにおいて、ピン4は、穴あけポンチ5により打ち抜かれた穴にまだ走入することはできず、これにより位置決めを実行する。これに対して、金属薄板1は、工具ユニットW1内への最初の運動時に、ピン5にまで、例えばピン4に接触するまで走行させられてよい。好適には、最初のストローク時に、加工すべき/成形すべきパターンユニット6.1の位置決めは重要ではない。なぜならば、金属薄板1において、最初の変形加工を位置合わせしなければならない基準がないからである。むしろ、ピン5と、穴あけポンチ5により打ち抜き加工された位置決め幾何学形状5.1との協働が、以下でさらに説明するように、パターンユニット6.1の後続の成形加工を、先に成形加工されたパターンユニット6.1に位置合わせするために働く。
図1Bの下側の詳細図には、変形加工ポンチ2,3間の、まだ成形加工されていない金属薄板1の配置が示されており、上側の詳細図は、金属薄板1がピン4にまで接近させられたことを示している。金属薄板1のこの位置において、工具ユニットW1による最初のストロークが実施され、つまり金属薄板1がロッド7によりクランプされて、変形加工ポンチ2,3が互いに近付くように運動させられ、これによって、変形加工ポンチ2,3の変形加工構造が金属薄板に転写され、これにより、N個(好適には、N>1)のパターンユニット6.1が同時に成形加工され、この実施例では、14個のパターンユニット6.1が成形加工される。
図1Cは、工具ユニットW1の閉鎖位置を示している。部分領域の全てのパターンユニット6.1の部分数であるN個のパターンユニット6.1を加工もしくは成形加工するストロークにより、同時に位置決め幾何学形状5.1として位置決め穴が、金属薄板1への変形加工の隣で側方にずらされて、金属薄板1に同時に加工される。
図2は、1回目のストロークの実施後に、金属薄板1がパターン方向に相当する送り方向6.2にさらに運動させられた後の、工具ユニットW1の後続の2回目のストロークのための同じ状況を示している。これにより、既に成形加工された領域は、送り方向で少なくとも所定の領域において変形加工ポンチ2,3の隣に運動させられる。
特に、図2Bの下側の詳細図は、先に作製された変形加工部が、金属薄板1をさらに運動させることによって、完全に変形加工ポンチ2,3の隣に運動させられるのではなく、工具ユニットW1の1回のストローク後に、金属薄板をさらに移送することによって、成形加工されたパターンの、先行するストロークにより形成され、送り方向で遅れている領域が、上側の変形加工ポンチおよび下側の変形加工ポンチの変形加工構造にオーバラップさせられることを、工具ユニットW1が開放した状態において示している。
さらに、上側の詳細図は、金属薄板1をさらに移送した後に、ピン4が、打抜き加工された位置決め幾何学形状5.1に重なっていることを示している。
したがって、2回目のストロークからは、その後の各ストロークに関して、ストローク時に工具ユニットW1が閉じることにより、図2Cに示すように、先細りして延びるピン4が位置決め幾何学形状5.1内に走入し、これにより、好適には位置決め幾何学形状5.1がピン4の先細りした自由端の周りでセンタリングされるので、特に変形加工ポンチ2,3が完全に閉鎖される前に金属薄板1が位置決めされる。
変形加工ポンチ2,3の変形加工構造と、N個のパターンユニットの、先行するストロークにおいて形成された成形加工部の、送り方向で遅れる部分領域との間で生じているオーバラップに対して付加的に、ストロークによって先行する変形加工部に追加すべき変形加工部の極めて高い相対的な位置決め精度が達成される。この場合に、ピン4と位置決め幾何学形状5.1との協働により既に十分な位置決めが達成されているので、図面に示したオーバラップは必ずしも必要ではないことに留意されたい。
図2Bは、この実施例では、変形加工ポンチ2,3の変形加工構造と、先行する変形加工部の幾つかの、ここでは特に4つのパターンユニットとのオーバラップが行われることを明らかにしている。したがって、1回のストローク後の金属薄板1の運動は、M個のパターンユニット分行われ、ここで、Mは、先行するストロークにおいて加工/成形加工された、または少なくとも加工可能/成形加工可能であるパターンユニットの個数Nよりも小さい。示された実施例では、N=14およびM=10であり、N-M=4個のパターンユニットの例示的なオーバラップが生じている。
したがって、後続の2回目のストロークでは、やはりN(14)個のパターンユニットが成形加工されるが、N(14)個のパターンユニットのうちのM(10)個のパターンユニットが新たに成形加工され、N-M(4)個のパターンユニット、すなわちオーバラップ内に位置している4個のパターンユニット6.1は、2回、成形加工される。2回のストローク間での金属薄板1の運動距離に応じて、ピン4と、位置決め幾何学形状5.1を加工するポンチ5との間の間隔が決定される。この間隔は、ここではM×パターン間隔である。
記載された機能形式により、最初のストロークにより、N個のパターンユニット6.1を金属薄板1に成形加工し、この場合、M個(ここで、M<N)のパターンユニット分だけ金属薄板をさらに運動させた後に、つまりN-M個のパターンユニットのオーバラップが存在している場合に、最後のストロークにおいて変形加工パターンの部分領域の成形加工が終了するまで、後続の各ストロークによって、金属薄板1に成形加工されているパターンに、M個だけパターンユニットを増補する。
したがって、変形加工パターンの部分領域において成形加工すべきパターンユニット6.1の予め規定された総数を、一対の変形加工ポンチ2,3および選択されたオーバラップによって成形加工可能なパターンユニット6.1の個数により、常に整数回のストロークに分割することができる。したがって、オーバラップは、単に補足的に精度を向上させるために役立ち、かつパターンユニットの総数を複数回のストロークにより有意な形式で分割するために優先的に利用することができる。
以下の図3~図5は、ストロークの繰返し、ストロークの繰返しに伴う、位置決め幾何学形状5.1によってピン4において行われる金属薄板1の位置決めの繰返しならびに各ストロークにより穴あけポンチ5を用いて行われるそれぞれ新たな位置決め幾何学形状5.1の加工を示している。
図6は、予め規定された回数のストロークにより変形加工パターンの部分領域Tの成形加工が順次行われた後の、工具ユニットW1による変形加工の最終結果を示している。したがって図6によれば、複数の通路6から成る流れ場が完成しており、この場合流れ場は、変形加工時に作製された位置決め幾何学形状5.1により側方で取り囲まれている。
少なくとも1つの別の工具ユニットW2により、今、変形加工パターンの残りの部分、特に深絞り加工領域またはエンボス加工部を、先に成形加工された部分領域Tを取り囲むように作製する。付加的に、少なくとも1つの別の工具W2により、好適にはまさに唯1つの別の工具ユニットW2により、唯1回のストロークにより打抜き加工部8および/またはエッジトリミング9および/または支持幾何学形状10および/またはシール通路11を金属薄板11に作製することができる。
好適には電解装置または燃料電池における流体のための通流部として働く打抜き加工部8のうちの少なくとも幾つかの配置は、これらの打抜き加工部8によって、先に加工された位置決め幾何学形状5.1が再び除去されるように位置している。
図9は、本方法を実施する、本発明によるプレス機Pの概観図を記号的に示している。
プレス機Pは、少なくとも1つの第1の工具ユニットW1を含んでいて、この工具ユニットW1において、2つの変形加工ポンチの同一の対による多数の繰り返されるストロークによって、変形加工パターンの部分領域が金属薄板1に加工されるか、もしくは成形される。この変形加工パターンは、反復して相並んで位置するパターンユニット6.1を有している。部分領域を完成させる複数回のストローク後に、金属薄板1は、第1の工具ユニットW1からプレス機の第2の工具ユニットW2へと移送される。第2の工具ユニットW2は、第1の工具ユニットW1も含んでいる同一のプレス機Pの部分である。
反復式に成形加工された金属薄板1を工具ユニット1から引き取る工具ユニットW2では、好適には唯1回の別のストロークで金属薄板1の変形加工パターンが完成させる、すなわち、部分領域に対して付加的に予定されている全ての変形加工が実行される。付加的には、別の打抜き加工または裁断を、金属薄板において同一のストロークで実行することができる。しかし本発明は、金属薄板1の別の加工が、工具ユニットW1の後に複数の工具ユニットW2に分配され、例えば1つの別の工具ユニットW2が残りの変形加工を実行し、さらに別の工具ユニットW2が打抜き加工および/またはエッジトリミングを実施することも規定することができる。
工具ユニットW1,W2は、代替的には互いに異なるプレス機において運転されてよく、または交換により同一のプレス機において時間的に相前後して運転されてよい。
図10は、プレス機Pにおいてまず工具ユニットW1が使用されている構成を視覚化している。プレス機Pに供給された金属薄板1は、ここではまず単に工具ユニットW1により成形加工される、つまり部分領域が、本発明により規定されているように順次成形加工される。このように成形加工された金属薄板1は、バッファ12に供給される。
予め規定された個数の金属薄板1の成形加工後に、プレス機Pにおいて工具ユニットW1が、特に製造された部分領域Tの部分ではないパターン部分を金属薄板に成形することができる工具ユニットW2に交換される。この交換後に、先に成形加工された金属薄板1がバッファ12から取り出され、改めてプレス機Pへと供給され、これによりこの金属薄板1を工具ユニットW2により成形加工し、特に完成させることができる。
Claims (11)
- プレス機(P)の少なくとも1つの工具ユニット(W1)により金属薄板(1)に変形加工パターンを加工する方法、特に電解装置プレートまたは燃料電池プレートを製造する方法であって、
a.前記変形加工パターンが、少なくとも1つの部分領域(T)において、少なくとも1つのパターン方向(6.2)で所定のパターン間隔(6.3)を空けて相並んで位置する同一の複数のパターンユニット(6.1)を有しており、
b.前記プレス機(P)が、部分領域(T)のみを変形加工するために工具ユニット(W1)を含んでおり、該工具ユニット(W1)において、上側の変形加工ポンチ(2)および下側の変形加工ポンチ(3)が配置されていて、該変形加工ポンチ(2,3)の協働する変形加工構造により、前記工具ユニット(W1)の個々のストロークにおいて、部分領域(T)の少なくとも1つのパターンユニット(6.1)を、前記変形加工ポンチ(2,3)間へと案内された前記金属薄板(1)に成形加工し、
c.前記金属薄板(1)を、前記工具ユニット(W1)の予め規定された総数のストロークのうちの連続して続く2回のストローク間に、少なくとも1つのパターン方向(6.2)に相当する送り方向で、前記工具ユニット(W1)内においてさらに移送し、
d.前記工具ユニット(P1)において、予め規定された総数のストロークが行われた後に前記変形加工パターンの部分領域(T)が完成させられるまで、予め規定された総数の各ストロークにより、前記金属薄板(1)に加工されているパターンに、少なくとも1つの加工されるパターンユニット(6.1)を増補し、
e.前記工具ユニット(W1)の各ストロークにより、前記金属薄板(1)に位置決め幾何学形状(5.1)を加工し、特に位置決め開口を打ち抜き、かつ前記工具ユニット(W1)または前記プレス機(P)に、位置決め要素(4)が設けられており、特に位置決めピンが設けられており、1回のストロークの閉鎖運動前に、かつ/または閉鎖運動により、前記位置決め要素(4)と前記位置決め幾何学形状(5.1)を互いに対して、互いに対して予め規定された位置へともたらし、特に前記位置決めピン(4)が前記位置決め開口(5.1)内に走入し、かつ
f.前記位置決め幾何学形状(5.1)を、特に同一のプレス機(P)または別のプレス機(P)の別の工具ユニット(W2)により実施される後の打抜きステップにおいて少なくとも1つの打抜き加工部(8)が加工される前記金属薄板(1)の領域にそれぞれ配置し、特に該少なくとも1つの打抜き加工部により少なくとも1つの位置決め幾何学形状を除去し、好適には打抜き加工部(8)が、複数の電解装置プレートまたは燃料電池プレートの積層体において流体を案内する機能を有している
ことを特徴とする、方法。 - 前記工具ユニット(W1)の下側の変形加工ポンチ(2)と上側の変形加工ポンチ(3)の協働する前記変形加工構造により、前記工具ユニット(W1)の個々のストロークにおいて、部分領域TのN個のパターンユニットを同時に加工し、ここでN≧2であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記工具ユニット(W1)の1回のストローク後に、前記金属薄板(1)をさらに移送することによって、前記金属薄板(1)の加工されたパターン、特に該加工されたパターンの、先行するストロークにおいて形成された領域を、上側の変形加工ポンチ(2)および下側の変形加工ポンチ(3)の前記変形加工構造に、少なくとも部分的にオーバラップさせることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 前記金属薄板(1)を、パターン間隔(6.3)のM倍だけ送り方向にさらに運動させ、ここでM<Nであることを特徴とする、請求項2または3に記載の方法。
- 前記工具ユニット(W1)において、前記位置決め幾何学形状(5.1)を加工する要素(5)、特に穴あけポンチ(5)と、前記位置決め要素(4)とを送り方向で所定の間隔を空けて配置し、該間隔が、前記変形加工ポンチ(2,3)により成形加工可能なパターンユニット(6.1)の個数よりも小さく、特にM×パターン間隔(6.3)に相当することを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 同一のプレス機(P)または別のプレス機の少なくとも1つの別の工具ユニット(W2)において、部分領域(T)の一部ではなく、特に前記部分領域(T)の周囲で外側に配置されている、前記変形加工パターンのパターン部分を前記金属薄板(1)に加工し、かつ/または打抜き加工部(8)および/またはエッジトリミング(9)を前記金属薄板(1)に加工することを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの別の工具ユニット(W2)が、少なくとも1つの部分領域(T)の加工の時間的に後に、前記金属薄板(1)の加工を実行し、特に前記少なくとも1つの別の工具ユニット(W2)により、少なくとも1つの部分領域(T)を加工するストロークの総数に対して付加的な唯1回のストロークにおいて、前記金属薄板(1)を完成させることを特徴とする、請求項6に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの別の工具ユニット(W2)により、前記打抜き加工部(8)を前記金属薄板(1)に加工し、該打抜き加工部(8)が、前記位置決め幾何学形状(5.1)を完全に覆っていて、特にこれによって前記位置決め幾何学形状(5.1)を除去することを特徴とする、請求項6または7に記載の方法。
- 請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法を実施するプレス機(P)であって、
該プレス機(P)が、少なくとも1つの工具ユニット(W1)を含んでおり、該工具ユニット(W1)が、上側の変形加工ポンチ(2)および下側の変形加工ポンチ(3)を有しており、該変形加工ポンチ(2,3)の協働する変形加工構造により、前記工具ユニット(W1)の個々のストロークにおいて、金属薄板(1)に加工すべき変形加工パターンのうちの部分領域(T)の少なくとも1つのパターンユニット(6.1)が加工可能であり、部分領域(T)が、少なくとも1つのパターン方向(6.2)で、所定のパターン間隔(6.3)を空けて相並んで位置する同一の複数のパターンユニット(6.1)を有しており、前記工具ユニット(W1)は、複数のストロークにより部分領域(T)を、完成に至るまで順次成形加工するように構成されていて、前記工具ユニット(W1)の各ストロークで前記金属薄板(1)に位置決め幾何学形状(5.1)が加工可能であり、特に位置決め開口が打抜き可能であり、前記工具ユニット(W1)または前記プレス機(P)に、位置決め要素(4)が設けられており、特に位置決めピンが設けられており、1回のストロークの閉鎖運動前に、かつ/または閉鎖運動により、前記位置決め要素(4)と前記位置決め幾何学形状(5.1)とが互いに対して、互いに対して予め規定された位置へともたらされることができ、特に前記位置決めピン(4)が、前記位置決め開口(5.1)内に走入可能であり、前記工具ユニット(W1)は、前記位置決め幾何学形状(5.1)を、特に同一のプレス機(P)または別のプレス機の別の工具ユニット(W2)により実施可能である後の打抜きステップにおいて少なくとも1つの打抜き加工部(8)が加工可能である前記金属薄板(1)の領域にそれぞれ配置するように構成されており、特に該少なくとも1つの打抜き加工部(8)により、少なくとも1つの位置決め幾何学形状(5.1)が除去可能であり、好適には打抜き加工部(8)が、複数の電解装置プレートまたは燃料電池プレートの積層体において流体を案内する機能を有していることを特徴とする、プレス機(P)。 - 前記プレス機、特に該プレス機の前記工具ユニット(W1)が、送り装置(F)を有していて、該送り装置(F)により、前記金属薄板が、連続するストローク間で前記工具ユニット(W1)内においてさらに運動可能であり、特に、少なくとも所定のパターン間隔(6.3)だけ、特に該パターン間隔(6.3)の複数倍だけ、さらに運動可能であることを特徴とする、請求項9に記載のプレス機。
- a.前記プレス機が、特に順送工具として少なくとも1つの別の工具ユニット(W2)を有しており、該別の工具ユニット(W2)により、好適には唯1回のストロークにおいて、前記部分領域(T)の一部ではなく、特に前記部分領域の周囲で外側に配置されている、前記変形加工パターンのパターン部分が前記金属薄板(1)に加工可能であり、かつ/または打抜き加工部(8)および/またはエッジトリミング(9)が前記金属薄板(1)に加工可能である、または
b.前記プレス機(P)に設けられた、前記変形加工パターンの前記部分領域(T)を成形する前記工具ユニット(W1)を、別の工具ユニット(W2)に交換可能であり、該別の工具ユニット(W2)により、好適には唯1回のストロークにおいて、前記部分領域(T)の一部ではなく、特に該部分領域(T)の周囲で外側に配置されている、前記変形加工パターンのパターン部分が前記金属薄板(1)に加工可能であり、かつ/または打抜き加工部(8)および/またはエッジトリミング(9)が前記金属薄板(1)に加工可能であることを特徴とする、請求項9または10に記載のプレス機。
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