DE-102024132396-A1 - Spannvorrichtung zum Verspannen eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten

Abstract

Um eine Spannvorrichtung zum Verspannen eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten, die längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen und zwischen Spannplatten angeordnet sind, wobei die Spannvorrichtung mindestens ein Spannbandsystem umfasst, wobei das mindestens eine Spannbandsystem mindestens ein Spannband umfasst, wobei das Spannband eine den Spannplatten zugewandte Spannband-Oberfläche umfasst und die Spannplatten eine dem Spannband zugewandte Spannplatten-Oberfläche umfassen, wobei die Spannband-Oberfläche und die Spannplatten-Oberfläche zumindest abschnittsweise an mindestens einer Kontaktstelle aneinander anliegen, zu schaffen, bei welcher eine Verkippung der elektrochemischen Einheiten quer zu der Stapelrichtung beim Verspannen der elektrochemischen Einheiten reduziert wird, wird vorgeschlagen, dass der statische Reibungskoeffizient µ S für die Haftreibung zwischen der Spannplatten-Oberfläche und der Spannband-Oberfläche an mindestens einer Kontaktstelle weniger als 0,3 beträgt.

Inventors

• Kevin Hölz
• Paul Volz
• Jürgen Kraft
• Tom Zeltwanger

Assignees

• EKPO FUEL CELL TECHNOLOGIES GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241106

Claims (15)

1. Spannvorrichtung zum Verspannen eines Stapels (102) aus elektrochemischen Einheiten (104), die längs einer Stapelrichtung(106) aufeinander folgen und zwischen Spannplatten (108) angeordnet sind, wobei die Spannvorrichtung (110) mindestens ein Spannbandsystem (112) umfasst, wobei das mindestens eine Spannbandsystem (112) mindestens ein Spannband (114) umfasst, wobei das Spannband (114) eine den Spannplatten (108) zugewandte Spannband-Oberfläche (115) umfasst und die Spannplatten (108) eine dem Spannband (114) zugewandte Spannplatten-Oberfläche (117) umfassen, wobei die Spannband-Oberfläche (115) und die Spannplatten-Oberfläche (117) zumindest abschnittsweise an mindestens einer Kontaktstelle (119) aneinander anliegen, dadurch gekennzeichnet , dass der statische Reibungskoeffizient µ S für die Haftreibung zwischen der Spannplatten-Oberfläche (117) und der Spannband-Oberfläche (115) an mindestens einer Kontaktstelle (119) weniger als 0,3 beträgt.
2. Spannvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der dynamische Reibungskoeffizient µ D für die Gleitreibung zwischen der Spannplatten-Oberfläche (117) und der Spannband-Oberfläche (115) an mindestens einer Kontaktstelle (119) weniger als 0,12 beträgt.
3. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Spannband-Oberfläche (115) und/oder die Spannplatten-Oberfläche (117) eine Aluminiumlegierung und/oder einen nicht rostenden Stahl umfasst.
4. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die Spannband-Oberfläche (115) und/oder die Spannplatten-Oberfläche (117) ein Polymermaterial umfasst.
5. Spannvorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Polymermaterial ein Thermoplastmaterial umfasst.
6. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Polymermaterial ein Polyhalogenolefin, ein Polysulfon(PSU), ein Polyetherketon(PEK), ein Polyolefin(PO), ein Polyamid(PA) und/oder ein Polyoxymethylen(POM) umfasst.
7. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Spannband-Oberfläche (115) einen nicht rostenden Stahl und/oder eine Aluminiumlegierung umfasst, wobei die Spannplatten-Oberfläche (117) ein Polymermaterial umfasst, oder dass die Spannplatten-Oberfläche (117) einen nicht rostenden Stahl und/oder eine Aluminiumlegierung umfasst, wobei die Spannband-Oberfläche (115) ein Polymermaterial umfasst.
8. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass an der Spannband-Oberfläche (115) und/oder an der Spannplatten-Oberfläche (117) eine Bronzebeschichtung, eine Weißmetallbeschichtung, eine Messingbeschichtung, eine Diamond-like-carbon (DLC)-Beschichtung, eine Fluorpolymer(FP)-Beschichtung und/oder eine Keramikbeschichtung vorgesehen ist.
9. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein Bereich der Spannband-Oberfläche (115) und/oder mindestens ein Bereich der Spannplatten-Oberfläche (117) gehärtet, plasmanitriert, ausgelagert, carbonitriert, nitrocarburiert, eloxiert und/oder laserstrukturiert ist.
10. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein Bereich der Spannband-Oberfläche (115) und/oder mindestens ein Bereich der Spannplatten-Oberfläche (117) mit einer Laserstruktur versehen ist, wobei die Laserstruktur eine Näpfchenstruktur umfasst.
11. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , dass zwischen der Spannplatten-Oberfläche (117) und der Spannband-Oberfläche (115) an mindestens einer Kontaktstelle (119) ein Schmiermittel angeordnet ist.
12. Spannvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schmiermittel ein Feststoffschmiermittel umfasst.
13. Spannvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass das Schmiermittel ein Ölschmiermittel und/oder ein Fettschmiermittel umfasst.
14. Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet , dass das Spannband (114) und/oder die Spannplatte (108) mit einer Ummantelung versehen ist, welche ein Polymermaterial umfasst.
15. Spannvorrichtung nach Anspruch 14 , dadurch gekennzeichnet , dass das Polymermaterial der Ummantelung ein Thermoplastmaterial, ein Polyamidimid(PAI)-Material und/oder ein Ethylenbutendienterpolymer(EBT)-Material umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Verspannen eines Stapels aus elektrochemischen Einheiten, die längs einer Stapelrichtung aufeinander folgen und zwischen Spannplatten angeordnet sind, wobei die Spannvorrichtung mindestens ein Spannbandsystem umfasst, wobei das mindestens eine Spannbandsystem mindestens ein Spannband umfasst, wobei das Spannband eine den Spannplatten zugewandte Spannband-Oberfläche umfasst und die Spannplatten eine dem Spannband zugewandte Spannplatten-Oberfläche umfassen, wobei die Spannband-Oberfläche und die Spannplatten-Oberfläche zumindest abschnittsweise an mindestens einer Kontaktstelle aneinander anliegen. Die Spannvorrichtung umfasst vorzugsweise ein Verschlusssystem, mit welchem das Spannband gegen die Spannplatten verspannt wird, um die zwischen den Spannplatten angeordneten elektrochemischen Einheiten gegeneinander zu verspannen. Wichtig ist hierbei, dass die von den Spannplatten ausgehenden Kräfte lediglich längs der Stapelrichtung auf die elektrochemischen Einheiten wirken. Zwischen der Spannband-Oberfläche des Spannbands einerseits und den Spannplatten-Oberflächen der Spannplatten andererseits kommt es an den Kontaktstellen jedoch zu unterschiedlichen Reibungseffekten. Besonders problematisch ist, wenn beim Verspannvorgang ein temporäres und lokal begrenztes gegenseitiges Anhaften (Adhäsion) der Spannband-Oberfläche und der Spannplatten-Oberfläche aneinander an einem Abschnitt längs des Spannbandes auftritt. Dies führt zu einer unvorhersehbaren und inhomogenen Kräfteverteilung längs des Spannbandes. Als Folge dessen kann es zu einer Kräftewirkung zwischen dem Spannband und den Spannplatten kommen, welche quer zu der Stapelrichtung ausgerichtet ist. Dies kann insbesondere zu einer unerwünschten Verkippung der zwischen den Spannplatten angeordneten elektrochemischen Einheiten quer zu der Stapelrichtung beim Verspannvorgang führen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannvorrichtung zu schaffen, bei welcher eine Verkippung der elektrochemischen Einheiten quer zu der Stapelrichtung beim Verspannen der elektrochemischen Einheiten reduziert wird. Diese Aufgabe wird bei einer Spannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der statische Reibungskoeffizient µS für die Haftreibung zwischen der Spannplatten-Oberfläche und der Spannband-Oberfläche an mindestens einer Kontaktstelle weniger als 0,3 beträgt. Vorzugsweise beträgt der statische Reibungskoeffizient µS für die Haftreibung zwischen der Spannplatten-Oberfläche und der Spannband-Oberfläche an mindestens einer Kontaktstelle weniger als 0,25, insbesondere weniger als 0,2, besonders bevorzugt weniger als 0,15. Vorzugsweise beträgt der statische Reibungskoeffizient µS für die Haftreibung zwischen der Spannplatten-Oberfläche und der Spannband-Oberfläche an allen Kontaktstellen weniger als 0,3, insbesondere weniger als 0,25, besonders bevorzugt weniger als 0,2, beispielsweise weniger als 0,15. Durch den niedrigen statischen Reibungskoeffizienten µS ist es weniger wahrscheinlich, dass es bei einem etwaigen Anhaften des Spannbandes, insbesondere der Spannband-Oberfläche, an der Spannplatten-Oberfläche zu ungewollten Kräften kommt, die eine Verkippung der Spannplatten herbeiführen. Günstig ist es, wenn der dynamische Reibungskoeffizient µD für die Gleitreibung zwischen der Spannplatten-Oberfläche und der Spannband-Oberfläche an mindestens einer Kontaktstelle weniger als 0,12, insbesondere weniger als 0,09, besonders bevorzugt weniger als 0,07, beispielsweise weniger als 0,06, beträgt. Vorzugsweise beträgt der dynamische Reibungskoeffizient µD für die Gleitreibung zwischen der Spannplatten-Oberfläche und der Spannband-Oberfläche an allen Kontaktstellen weniger als 0,12, insbesondere weniger als 0,09, besonders bevorzugt weniger als 0,07, beispielsweise weniger als 0,06. Durch den niedrigen Reibungskoeffizienten µD ist es weniger wahrscheinlich, dass es beim Verspannen des Stapels aus elektrochemischen Einheiten aufgrund lokaler Unterschiede der Kräfteverteilung längs des Spannbandes zu einer quer zur Stapelrichtung ausgerichteten Kraftwirkung auf den Stapel aus elektrochemischen Einheiten kommt. Um einen möglichst geringen statischen Reibungskoeffizienten µS zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn die Spannband-Oberfläche und/oder die Spannplatten-Oberfläche eine Aluminiumlegierung und/oder einen nicht rostenden Stahl umfasst. Der hohe Härtegrad einer Aluminiumlegierung und/oder eines nicht rostenden Stahls an der Spannplatten-Oberfläche und/oder an der Spannband-Oberfläche führt dazu, dass mikroskopische Materialstrukturen sich weniger ineinander verhaken und/oder weniger aneinander anhaften. Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spannband-Oberfläche und/oder die Spannplatten-Oberfläche ein Polymermaterial umfasst. Vorzugsweise ist das Polymermaterial einstückig, insbesondere material-einstückig, mit einem Grund