DE102023201472A1

DE102023201472A1 - Flat gasket, bipolar plate and cell stack

Info

Publication number: DE102023201472A1
Application number: DE102023201472.6A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Maier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2023-02-21
Filing date: 2023-02-21
Publication date: 2024-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung (1) zum Abdichten mindestens eines in einer Bipolarplatte (2) ausgebildeten Medien-Ports (3), aufweisend
- mindestens eine geschlossene Innenkontur (4), die vorzugsweise an die Form des mindestens einen Medien-Ports (3) angepasst ist,
- mehrere konzentrisch zur Innenkontur (4) verlaufende Dichtrippen (5), die durch Rillen (6) voneinander getrennt sind sowie
- in den Rillen (6) angeordnete Querrippen (7) zur Unterteilung der Rillen (6) in einzelne Rillenabschnitte (8).
Die Erfindung betrifft ferner eine Bipolarplatte (2) sowie einen Zellstapel mit einer erfindungsgemäßen Flachdichtung (1).

The invention relates to a flat seal (1) for sealing at least one media port (3) formed in a bipolar plate (2), comprising
- at least one closed inner contour (4), which is preferably adapted to the shape of the at least one media port (3),
- several sealing ribs (5) running concentrically to the inner contour (4) and separated from each other by grooves (6) and
- transverse ribs (7) arranged in the grooves (6) for dividing the grooves (6) into individual groove sections (8).
The invention further relates to a bipolar plate (2) and a cell stack with a flat seal (1) according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung zum Abdichten mindestens eines in einer Bipolarplatte ausgebildeten Medien-Ports. Ferner betrifft die Erfindung eine Bipolarplatte mit einer erfindungsgemäßen Flachdichtung. Darüber hinaus wird ein Zellstapel mit einer erfindungsgemäßen Flachdichtung vorgeschlagen.The invention relates to a flat seal for sealing at least one media port formed in a bipolar plate. The invention further relates to a bipolar plate with a flat seal according to the invention. In addition, a cell stack with a flat seal according to the invention is proposed.

Bei dem Zellstapel kann es sich beispielsweise um einen Brennstoffzellenstapel oder einen Elektrolyseur handeln. Ein solcher Zellstapel weist eine Vielzahl elektrochemischer Zellen in gestapelter Anordnung auf, die durch Bipolarplatten voneinander getrennt sind.The cell stack can be, for example, a fuel cell stack or an electrolyzer. Such a cell stack has a large number of electrochemical cells in a stacked arrangement, which are separated from one another by bipolar plates.

Stand der TechnikState of the art

Bipolarplatten werden in der Regel durch Prägen eines Metallblechs hergestellt. Beim Prägen werden Strömungskanäle für ein Medium sowie Ports zum Zu- und Abführen des Mediums in der Bipolarplatte ausgebildet. Konturgebend sind dabei in das Metallblech eingeprägte Sicken.Bipolar plates are usually manufactured by stamping a metal sheet. During the stamping process, flow channels for a medium as well as ports for the supply and discharge of the medium are formed in the bipolar plate. The contour is created by beads stamped into the metal sheet.

Zur Abdichtung des mit dem Medium beaufschlagbaren Bereichs kann die Bipolarplatte mit einer Dichtung versehen werden. Diese wird vorzugsweise unter einer Sicke angeordnet, um beim Stapeln der Zellen über die Sicke die notwendige Flächenpressung auf die Dichtung aufbringen zu können. Die Dichtung kann beispielsweise aus einem Schaummaterial bestehen, mit dem die Unterseite der Sicke beschichtet wird.To seal the area exposed to the medium, the bipolar plate can be provided with a seal. This is preferably arranged under a bead so that the necessary surface pressure can be applied to the seal when the cells are stacked over the bead. The seal can, for example, consist of a foam material with which the underside of the bead is coated.

Im Betrieb eines Zellstapels kommt es zu thermisch bedingten Ausdehnungen und damit zu Relativbewegungen zwischen Bauteilen, die sich hinsichtlich ihres thermischen Ausdehnungsverhaltens unterscheiden. Dies ist beispielsweise bei einer endseitig in Bezug auf den Zellstapel angeordneten Bipolarplatte und einer an der Bipolarplatten anliegenden End- und/oder Isolationsplatte der Fall. Die auf der Bipolarplatte angeordnete und gegen die End- und/oder Isolationsplatte vorgespannte Dichtung wird somit dynamisch beansprucht. Dies kann dazu führen, dass die Dichtung abreißt und/oder auf Dauer abgetragen wird. In der Folge kommt es dann zu einer starken Leckage.When a cell stack is in operation, thermally induced expansions occur and thus relative movements occur between components that differ in terms of their thermal expansion behavior. This is the case, for example, with a bipolar plate arranged at the end in relation to the cell stack and an end and/or insulation plate adjacent to the bipolar plate. The seal arranged on the bipolar plate and pre-tensioned against the end and/or insulation plate is therefore subjected to dynamic stress. This can lead to the seal tearing off and/or being permanently worn away. This then leads to severe leakage.

Um dem entgegenzuwirken, können separate Dichtungen, sogenannte Flachdichtungen, zwischen einer Bipolarplatte und einer End- und/oder Isolationsplatte eingelegt werden. Die Anordnung der Flachdichtung erfolgt unter einer Sicke der Bipolarplatte, um die notwendige Flächenpressung zu erzeugen. Zur Sicke hin ist die Flachdichtung üblicherweise eben ausgeführt. Zur benachbarten Platte hin kann sie eine Rillenstruktur aufweisen, so dass einzelne Dichtrippen ausgebildet werden, die dem Verlauf des abzudichtenden Ports bzw. des abzudichtenden Strömungskanals folgen. Die Dichtrippen haben den Effekt, dass eine höhere Flächenpressung und damit eine bessere Abdichtung erzielbar ist.To counteract this, separate seals, so-called flat seals, can be inserted between a bipolar plate and an end and/or insulation plate. The flat seal is arranged under a bead of the bipolar plate in order to generate the necessary surface pressure. The flat seal is usually flat towards the bead. Towards the adjacent plate it can have a grooved structure so that individual sealing ribs are formed that follow the course of the port or flow channel to be sealed. The sealing ribs have the effect that a higher surface pressure and thus a better seal can be achieved.

Relativbewegungen aufgrund unterschiedlicher thermisch bedingter Längenausdehnungen können aber auch hier zu Schäden an der Flachdichtung, insbesondere an den Dichtrippen der Flachdichtung, führen, so dass Undichtigkeiten auftreten können. Darüber hinaus kann durch Relativbewegungen und/oder Fertigungs- bzw. Montagetoleranzen eine Lageverschiebung der Flachdichtung stattfinden, so dass die Flachdichtung nicht mehr exakt unter der Sicke angeordnet ist. Dies kann zur Folge haben, dass die notwendige Flächenpressung nicht mehr gewährleistet ist. Auch in diesem Fall können Undichtigkeiten auftreten.However, relative movements due to different thermally induced linear expansions can also lead to damage to the flat gasket, particularly to the sealing ribs of the flat gasket, so that leaks can occur. In addition, relative movements and/or manufacturing or assembly tolerances can cause the position of the flat gasket to shift so that the flat gasket is no longer positioned exactly under the bead. This can mean that the necessary surface pressure is no longer guaranteed. Leaks can also occur in this case.

Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, Undichtigkeiten im Bereich einer mittels einer Flachdichtung hergestellten Abdichtung in einem Zellstapel zu vermeiden.The present invention is concerned with the task of preventing leaks in the area of a seal in a cell stack produced by means of a flat gasket.

Zur Lösung der Aufgabe werden die Flachdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die Bipolarplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie der Zellstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.To solve the problem, the flat seal with the features of claim 1, the bipolar plate with the features of claim 7 and the cell stack with the features of claim 9 are proposed. Advantageous further developments of the invention can be found in the respective subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorgeschlagen wird eine Flachdichtung zum Abdichten mindestens eines in einer Bipolarplatte ausgebildeten Medien-Ports, aufweisend

- mindestens eine geschlossene Innenkontur, die vorzugsweise an die Form des mindestens einen Medien-Ports angepasst ist,
- mehrere konzentrisch zur Innenkontur verlaufende Dichtrippen, die durch Rillen voneinander getrennt sind sowie
- in den Rillen angeordnete Querrippen zur Unterteilung der Rillen in einzelne Rillenabschnitte.

A flat seal is proposed for sealing at least one media port formed in a bipolar plate, comprising

- at least one closed inner contour, which is preferably adapted to the shape of the at least one media port,
- several sealing ribs running concentrically to the inner contour, separated from each other by grooves, and
- Transverse ribs arranged in the grooves to divide the grooves into individual groove sections.

Die Querrippen in den Rillen wirken als eine Art Schott, das einen Rillenabschnitt gegenüber dem folgenden Rillenabschnitt abdichtet. Bei einer defekten Dichtrippe kann sich somit zwar der benachbarte Rillenabschnitt mit dem jeweiligen Medium füllen, nicht aber die gesamte Rille. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich das Medium über die Rille verteilt. Entsprechend sinkt das Risiko, dass Undichtigkeiten entstehen. Die einzelnen Rillenabschnitte bilden somit in sich geschlossene dichte Kammern aus, wenn die Flachdichtung zwischen zwei Platten, beispielsweise einer Bipolarplatte und einer End- und/oder Isolationsplatte angeordnet ist. Das heißt, die Querrippen bilden ebenfalls Dichtrippen aus. Durch die vergleichsweise kleine Fläche der Querrippen ist zudem weiterhin eine hohe Flächenpressung gewährleistet.The cross ribs in the grooves act as a kind of bulkhead that seals one groove section from the next. If a sealing rib is defective, the adjacent groove section can fill with the respective medium, but not the entire groove. This prevents the medium from spreading across the groove. The risk of leaks is reduced accordingly. The individual groove sections thus form self-contained, sealed chambers. when the flat gasket is arranged between two plates, for example a bipolar plate and an end and/or insulation plate. This means that the cross ribs also form sealing ribs. The comparatively small area of the cross ribs also ensures a high surface pressure.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Dichtrippen und die Querrippen gleich hoch ausgebildet sind. Dadurch ist sichergestellt, dass die Dichtwirkung der Querrippen im Wesentlichen gleich der Dichtwirkung der Dichtrippen ist. Alternativ können die Dichtlippen höher als die Querrippen ausgebildet sein, wobei vorzugsweise der Höhenunterschied möglichst gering ist.In a further development of the invention, it is proposed that the sealing ribs and the transverse ribs are of the same height. This ensures that the sealing effect of the transverse ribs is essentially the same as the sealing effect of the sealing ribs. Alternatively, the sealing lips can be higher than the transverse ribs, with the height difference preferably being as small as possible.

Zur Optimierung der Flächenpressung wird vorgeschlagen, dass die Querrippen benachbarter Rillen in Rillenverlaufsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Das heißt, dass sich eine Querrille nicht über mehrere Rillen hinwegerstreckt, sondern auf eine Rille beschränkt ist. Dies hat den Effekt, dass eine gleichmäßigere Flächenpressung erreichbar ist.To optimize the surface pressure, it is suggested that the transverse ribs of adjacent grooves are offset from one another in the direction of the groove. This means that a transverse groove does not extend over several grooves, but is limited to one groove. This has the effect that a more uniform surface pressure can be achieved.

Idealerweise sind die Querrippen einer Rille in möglichst regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet, so dass gleich lange Rillenabschnitte gebildet werden. Bei im Wesentlichen gleich langen Rillenabschnitten einer benachbarten Rille, könne diese um eine halbe Rillenabschnittslänge versetzt angeordnet werden, so dass die Querrippen möglichst gleichmäßig verteilt sind, um die Flächenpressung nicht zu beeinträchtigen.Ideally, the transverse ribs of a groove are arranged at as regular a distance from each other as possible, so that groove sections of equal length are formed. If the groove sections of an adjacent groove are essentially the same length, they can be offset by half the length of the groove section, so that the transverse ribs are distributed as evenly as possible in order not to impair the surface pressure.

Bevorzugt sind die Dichtrippen, Rillen und Querrippen lediglich einseitig ausgebildet und die andere Seite der Flachdichtung ist eben ausgebildet. Die ebene Seite kann dann, vorzugsweise unter einer Sicke, an die Bipolarplatte angelegt werden und die Dichtrippen werden zur Anlage an der End- und/oder Isolationsplatte gebracht.Preferably, the sealing ribs, grooves and cross ribs are formed on one side only and the other side of the flat seal is flat. The flat side can then be placed against the bipolar plate, preferably under a bead, and the sealing ribs are brought into contact with the end and/or insulation plate.

Ferner bevorzugt beträgt die Höhe H der Flachdichtung im entspannten Zustand 1,5 bis 3,0 mm, vorzugsweise 2,0 bis 2,5 mm. Die Flachdichtung ist in diesem Fall insbesondere für den Einsatz in einem Zellstapel geeignet.Furthermore, the height H of the flat gasket in the relaxed state is preferably 1.5 to 3.0 mm, preferably 2.0 to 2.5 mm. In this case, the flat gasket is particularly suitable for use in a cell stack.

Bevorzugt weist die Flachdichtung mindestens drei, vorzugsweise mindestens vier, weiterhin vorzugsweise mindestens fünf Dichtrippen auf. Je höher die Anzahl der Dichtrippen ist, desto geringer ist die Gefahr einer Undichtigkeit.The flat seal preferably has at least three, preferably at least four, and more preferably at least five sealing ribs. The higher the number of sealing ribs, the lower the risk of leakage.

Des Weiteren wird eine Bipolarplatte mit einer erfindungsgemäßen Flachdichtung vorgeschlagen. Die Flachdichtung ist dabei unter einer Sicke der Bipolarplatte angeordnet, die einen in der Bipolarplatte ausgebildeten Medien-Port umgibt. Mit Hilfe der Flachdichtung kann der Medien-Port nach außen abgedichtet werden, wenn an die Bipolarplatte bzw. an die Flachdichtung eine weitere Platte, insbesondere eine End- und/oder Isolationsplatte, angelegt wird. Durch Anordnung der Flachdichtung unter der Sicke der Bipolarplatte ist die notwendige Flächenpressung herstellbar.Furthermore, a bipolar plate with a flat seal according to the invention is proposed. The flat seal is arranged under a bead of the bipolar plate, which surrounds a media port formed in the bipolar plate. With the help of the flat seal, the media port can be sealed to the outside if another plate, in particular an end and/or insulation plate, is placed on the bipolar plate or the flat seal. The necessary surface pressure can be produced by arranging the flat seal under the bead of the bipolar plate.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Dichtrippen der Flachdichtung auf der Seite der Flachdichtung angeordnet, die der Sicke abgewandt ist. Das heißt, dass die Dichtrippen zur Anlage an einer weiteren Platte, insbesondere an einer End- und/oder Isolationsplatte, gelangen, wenn die Bipolarplatte in einem Zellstapel verbaut wird.According to a preferred embodiment of the invention, the sealing ribs of the flat gasket are arranged on the side of the flat gasket that faces away from the bead. This means that the sealing ribs come to rest on another plate, in particular on an end and/or insulation plate, when the bipolar plate is installed in a cell stack.

Darüber hinaus wird ein Zellstapel, insbesondere Brennstoffzellenstapel oder Elektrolysezellenstapel, vorgeschlagen, der mindestens eine erfindungsgemäße Flachdichtung aufweist. Die Flachdichtung ist dabei zwischen einer Bipolarplatte mit mindestens einem Medien-Port und einer weiteren Platte, vorzugsweise einer End- und/oder Isolationsplatte, angeordnet. In dieser Anordnung kommen die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zum Tragen. Insbesondere wird bei einer undichten defekten Dichtrippe eine Bypass-Strömung in die benachbarte Rille verhindert, da das Medium nur in den benachbarten Rillenabschnitt und nicht in die ganze Rille gelangt. Denn jeder Rillenabschnitt bildet durch zwei als Schott wirkende Querrippen eine geschlossene Kammer aus.In addition, a cell stack, in particular a fuel cell stack or electrolysis cell stack, is proposed which has at least one flat seal according to the invention. The flat seal is arranged between a bipolar plate with at least one media port and another plate, preferably an end and/or insulation plate. The advantages of the invention are particularly evident in this arrangement. In particular, if a sealing rib is leaky or defective, a bypass flow into the adjacent groove is prevented because the medium only reaches the adjacent groove section and not the entire groove. This is because each groove section forms a closed chamber with two transverse ribs that act as a bulkhead.

Bevorzugt ist die Flachdichtung unter einer den Medien-Port umgebenden Sicke der Bipolarplatte angeordnet. Über die Sicke der Bipolarplatte kann dann die notwendige Flächenpressung erzeugt werden. Die Gefahr von Undichtigkeiten aufgrund einer Relativbewegung der Flachdichtung zur Bipolarplatte bzw. zur Sicke der Bipolarplatte ist durch die Unterteilung der Rillen in einzelne Rillenabschnitte minimiert. Das Gleiche gilt bei Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen, da das Design der Flachdichtung vergleichsweise toleranzrobust ist. Selbst Sicken und damit Flachdichtungen in Wellenform, die tendenziell zusätzliche Bypässe eröffnen, sind weniger kritisch.The flat seal is preferably arranged under a bead of the bipolar plate that surrounds the media port. The necessary surface pressure can then be generated via the bead of the bipolar plate. The risk of leaks due to a relative movement of the flat seal to the bipolar plate or to the bead of the bipolar plate is minimized by dividing the grooves into individual groove sections. The same applies to manufacturing and/or assembly tolerances, as the design of the flat seal is comparatively tolerance-robust. Even beads and thus flat seals in a wave shape, which tend to open up additional bypasses, are less critical.

Des Weiteren bevorzugt ist die Flachdichtung in einer Nut der weiteren Platte, insbesondere der End- und/oder Isolationsplatte aufgenommen. Über die Nut ist die Flachdichtung zusätzlich gehalten.Furthermore, the flat seal is preferably accommodated in a groove of the further plate, in particular the end and/or insulation plate. The flat seal is additionally held in place by the groove.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Zellstapel nach dem Stand der Technik,
2 eine Draufsicht auf eine Bipolarplatte nach dem Stand der Technik,
3 einen vergrößerten Ausschnitt der 2 im Bereich eines Medien-Ports,
4 eine perspektivische Darstellung einer Flachdichtung nach dem Stand der Technik,
5 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Flachdichtung nach dem Stand der Technik,
6 einen schematischen Querschnitt durch eine zwischen zwei Platten angeordnete Flachdichtung,
7 eine schematische Draufsicht auf einen Medien-Port einer Bipolarplatte mit Flachdichtung,
8 eine schematische Draufsicht auf die Bipolarplatte der 7 nach einer Verschiebung der Flachdichtung,
9 eine schematische Draufsicht auf den Medien-Port einer Bipolarplatte mit einer erfindungsgemäßen Flachdichtung,
10 eine Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Flachdichtung und
11 eine Draufsicht auf eine Bipolarplatte mit wellenförmigen Sicken.

Preferred embodiments of the invention and their advantages are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 a schematic longitudinal section through a cell stack according to the state of the art,
2 a plan view of a bipolar plate according to the prior art,
3 an enlarged section of the 2 in the area of a media port,
4 a perspective view of a flat gasket according to the state of the art,
5 a perspective view of another flat gasket according to the state of the art,
6 a schematic cross-section through a flat gasket arranged between two plates,
7 a schematic top view of a media port of a bipolar plate with flat gasket,
8 a schematic top view of the bipolar plate of the 7 after a displacement of the flat gasket,
9 a schematic plan view of the media port of a bipolar plate with a flat seal according to the invention,
10 a plan view of another flat gasket according to the invention and
11 a top view of a bipolar plate with wave-shaped beads.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Anhand der 1 bis 8 werden zunächst die Probleme des Stands der Technik dargestellt. Die Lösung der Probleme zeigen die 9 und 10.Based on the 1 to 8 First, the problems of the state of the art are presented. The solution to the problems is shown in the 9 and 10 .

Der in der 1 dargestellt Ausschnitt eines Zellstapels zeigt aufeinander gestapelte Bipolarplatten 2 sowie eine darunter angeordnete weitere Platte 10, bei der es sich um eine Isolationsplatte handelt. Die Bipolarplatten sind 2 aus einem Metallblech gefertigt. Die Isolationsplatte besteht aus Kunststoff. Erwärmen sich die Bauteile im Betrieb des Zellstapels dehnen sie sich unterschiedlich stark aus. Dies führt zu einer Relativbewegung der Isolationsplatte gegenüber der untersten Bipolarplatte 2 (siehe langen Pfeil). Zwischen den Bipolarplatten findet in der Regel keine Relativbewegung statt, da sie das gleiche Ausdehnungsverhalten aufweisen (siehe kurze Pfeile). Durch die Relativbewegung der Isolationsplatte gegenüber der unteren Bipolarplatte 2 wird eine im Bereich einer Sicke 9 auf die Bipolarplatte 2 in Form einer Beschichtung (nicht dargestellt) aufgebrachte Dichtung dynamisch beansprucht und auf Dauer zerrieben, so dass Undichtigkeiten entstehen.The one in the 1 The section of a cell stack shown shows bipolar plates 2 stacked on top of one another and another plate 10 arranged underneath, which is an insulation plate. The bipolar plates 2 are made from sheet metal. The insulation plate is made of plastic. If the components heat up while the cell stack is in operation, they expand to different extents. This leads to a relative movement of the insulation plate with respect to the bottom bipolar plate 2 (see long arrow). There is generally no relative movement between the bipolar plates since they have the same expansion behavior (see short arrows). The relative movement of the insulation plate with respect to the bottom bipolar plate 2 places dynamic stress on a seal applied to the bipolar plate 2 in the form of a coating (not shown) in the area of a bead 9 and eventually wears away, causing leaks.

Treten diese Undichtigkeiten im Bereich einer auf einer Sicke 9 aufgebrachten Dichtung auf, die um einen in der Bipolarplatte 2 ausgebildeten Medien-Port 3 herum angeordnet ist (siehe 2), kann Medium aus dem jeweiligen Medien-Port 3 in den Bereich eines anderen Mediums gelangen, was nicht erwünscht ist.If these leaks occur in the area of a seal applied to a bead 9, which is arranged around a media port 3 formed in the bipolar plate 2 (see 2 ), medium from the respective media port 3 can enter the area of another medium, which is not desirable.

Anstelle von Dichtungen, die als Beschichtung auf die Bipolarplatte 2 aufgebracht werden, können auch Flachdichtungen 1 eingesetzt werden, die zwischen den Bipolarplatten 2 und/oder zwischen einer Bipolarplatte 2 und einer weiteren Platte 10, insbesondere einer End- und/oder Isolationsplatte, eingelegt werden. Die Anordnung erfolgt wiederum im Bereich der Sicken 9 der Bipolarplatte 2.Instead of seals that are applied as a coating to the bipolar plate 2, flat seals 1 can also be used, which are inserted between the bipolar plates 2 and/or between a bipolar plate 2 and another plate 10, in particular an end and/or insulation plate. The arrangement is again made in the area of the beads 9 of the bipolar plate 2.

Der 3 ist die Bipolarplatte 2 der 2 mit einer solchen Flachdichtung 1 zu entnehmen. Die Flachdichtung 1 weist eine Innenkontur 4 auf, die an den Medien-Port 3 angepasst ist. Auf ihrer Unterseite weist die Flachdichtung Dichtrippen 5 auf, die durch Rillen 6 voneinander getrennt sind und überwiegend konzentrisch zur Innenkontur 4 verlaufen (siehe auch 4). Da die Dichtrippen 5 nicht über ihre gesamte Länge konzentrisch verlaufen, kann es aufgrund von Lageverschiebungen und/oder defekten Dichtrippen zu einer Leckage kommen. Der Leckagepfad ist in der 3 durch einen Pfeil angegeben.The 3 is the bipolar plate 2 of the 2 with such a flat seal 1. The flat seal 1 has an inner contour 4 which is adapted to the media port 3. On its underside, the flat seal has sealing ribs 5 which are separated from each other by grooves 6 and run predominantly concentrically to the inner contour 4 (see also 4 ). Since the sealing ribs 5 are not concentric over their entire length, leakage can occur due to positional shifts and/or defective sealing ribs. The leakage path is in the 3 indicated by an arrow.

Eine Verbesserung stellen demnach Flachdichtungen 1 mit zur Innenkontur 4 konzentrisch verlaufenden Dichtrippen 5 dar. Eine solche Flachdichtung 1 ist beispielhaft in der 5 dargestellt. Doch auch bei diesen Flachdichtungen 1 kann es zu Undichtigkeiten kommen, beispielsweise aufgrund Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen und/oder einer Lageverschiebung der Flachdichtung 1 gegenüber der Bipolarplatte 2.An improvement is therefore provided by flat gaskets 1 with sealing ribs 5 running concentrically to the inner contour 4. Such a flat gasket 1 is shown for example in the 5 However, leaks can also occur with these flat gaskets 1, for example due to manufacturing and/or assembly tolerances and/or a shift in the position of the flat gasket 1 relative to the bipolar plate 2.

Wie beispielhaft in der 6 dargestellt, wird die Flachdichtung 1 in der Regel so verbaut, dass ihre eben ausgeführte Seite an der Sicke 9 der Bipolarplatte 2 und die Dichtrippen 5 an der weiteren Platte 10, insbesondere End- und/oder Isolationsplatte, zu liegen kommen. In der weiteren Platte 10 kann dabei eine Nut 11 ausgebildet sein, so dass die Lage der Flachdichtung 1 zumindest grob vorgegeben ist. Aufgrund von Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen und/oder aufgrund von Relativbewegungen kann es dennoch zu einer Lageverschiebung der Flachdichtung 1 kommen, so dass diese nicht mehr exakt unter der Sicke 9 liegt. Dies kann dazu führen, dass einzelne Dichtrippen 5 keinen Kontakt mehr zur Gegenfläche aufweisen und es dadurch zu einer Leckage kommt. Der Leckagepfad ist wiederum durch einen Pfeil angegeben. Das heißt, dass das jeweilige Medium in zumindest eine Rille 6 der Flachdichtung 1 gelangt und über die Rille 6 zu einer ggf. weiteren Leckagestelle transportiert wird.As exemplified in the 6 As shown, the flat seal 1 is generally installed in such a way that its flat side is located on the bead 9 of the bipolar plate 2 and the sealing ribs 5 on the further plate 10, in particular the end and/or insulation plate. A groove 11 can be formed in the further plate 10, so that the position of the flat seal 1 is at least roughly predetermined. Due to manufacturing and/or assembly tolerances and/or due to relative movements, the position of the flat seal 1 can nevertheless shift so that it no longer lies exactly under the bead 9. This can lead to individual sealing ribs 5 no longer having contact with the counter surface, thus causing a leak. The leak path is again indicated by an arrow. This means that the respective medium flows into at least one groove 6 of the Flat seal 1 and is transported via groove 6 to another leakage point, if applicable.

Die 7 und 8 zeigen jeweils beispielhaft eine Bipolarplatte 2 mit einem vereinfacht kreisrunden Medien-Port 3, der von einer kreisrunden Sicke 9 umgeben ist. An der Sicke 9 liegt eine Flachdichtung 1 an, die einen geringfügig größeren Durchmesser als die Sicke 9 aufweist (siehe 7). Wie beispielshaft in der 8 dargestellt, kann es durch Relativbewegungen zu einer Lageänderung der Flachdichtung 1 in Bezug auf die Sicke 9 kommen, so dass ein Leckagepfad eröffnet wird (siehe Pfeil in der 8), der über eine Rille bis zur nächsten Leckagestelle führt.The 7 and 8 each show, by way of example, a bipolar plate 2 with a simplified circular media port 3, which is surrounded by a circular bead 9. A flat seal 1 is located on the bead 9, which has a slightly larger diameter than the bead 9 (see 7 ). As exemplified in the 8 As shown, relative movements can cause a change in the position of the flat gasket 1 in relation to the bead 9, so that a leakage path is opened (see arrow in the 8 ), which leads via a groove to the next leak point.

Um derartige Undichtigkeiten zu verhindern, weist eine erfindungsgemäße Flachdichtung 1 nicht nur Dichtrippen 5, sondern ferner Querrippen 7 auf, welche die zwischen den Dichtrippen 5 verlaufenden Rillen 6 in einzelne Rillenabschnitte 8 unterteilen. Die Querrippen 7 sind vorzugsweise gleich hoch wie oder geringfügig niedriger als die Dichtrippen 5 ausgeführt, so dass sie ebenfalls Dichtrippen ausbilden bzw. als Schott wirken. Die Querrippen 7 verhindern somit im Falle einer undichten Dichtrippe 5, dass sich die gesamte Rille 6 mit Medium füllt und sich das Medium über die Rille 6 verteilen kann. Eine erfindungsgemäße Flachdichtung 1 ist dadurch toleranzrobuster. Im Ergebnis kann so die Gefahr verringert werden, dass das Medium hinter die Flachdichtung 1 gelangt.In order to prevent such leaks, a flat gasket 1 according to the invention not only has sealing ribs 5, but also cross ribs 7, which divide the grooves 6 running between the sealing ribs 5 into individual groove sections 8. The cross ribs 7 are preferably the same height as or slightly lower than the sealing ribs 5, so that they also form sealing ribs or act as a bulkhead. In the event of a leaky sealing rib 5, the cross ribs 7 thus prevent the entire groove 6 from filling with medium and the medium from being able to spread over the groove 6. A flat gasket 1 according to the invention is therefore more tolerance-robust. As a result, the risk of the medium getting behind the flat gasket 1 can be reduced.

In der 9 sind erstrecken sich die Querrippen 7 jeweils über alle Rillen 6 der Flachdichtung 1 hinweg. Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die beispielhaft in der 10 dargestellt ist, erstecken sich die Querrippen 7 jeweils nur über eine Rille 6. Das heißt, dass die Querrippen 7 benachbarter Rillen 6 in Längsrichtung der Rillen 6 versetzt zueinander angeordnet sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Flächenpressung.In the 9 The transverse ribs 7 extend over all grooves 6 of the flat gasket 1. According to an alternative embodiment, which is shown for example in the 10 As shown, the transverse ribs 7 each extend over only one groove 6. This means that the transverse ribs 7 of adjacent grooves 6 are offset from one another in the longitudinal direction of the grooves 6. This embodiment enables an even distribution of the surface pressure.

11 zeigt beispielhaft eine Bipolarplatte 2 mit einem Medien-Port 3 und einer den Medien-Port 3 umgebenden Sicke 9, die wellenförmig ausgeführt ist. Die Flachdichtung 1 sollte in diesem Fall ebenfalls wellenförmig gestaltet sein, wodurch sich jedoch die Tendenz einer rillenübergreifenden Leckage erhöht. Werden allerdings die Rillen 6 in einzelne Rillenabschnitte 8 unterteilt, wie dies bei einer erfindungsgemäßen Flachdichtung 1 der Fall ist, kann eine Ausbreitung des Mediums über die Rillen 6 hinweg unterbunden werden, auch wenn die Flachdichtung 1 nicht der Wellenstruktur der Bipolarplatte 2 folgt. 11 shows, by way of example, a bipolar plate 2 with a media port 3 and a bead 9 surrounding the media port 3, which is designed in a wave-shaped manner. In this case, the flat seal 1 should also be designed in a wave-shaped manner, which, however, increases the tendency for leakage across the grooves. However, if the grooves 6 are divided into individual groove sections 8, as is the case with a flat seal 1 according to the invention, the medium can be prevented from spreading across the grooves 6, even if the flat seal 1 does not follow the wave structure of the bipolar plate 2.

Claims

Flat seal (1) for sealing at least one media port (3) formed in a bipolar plate (2), comprising - at least one closed inner contour (4), which is preferably adapted to the shape of the at least one media port (3), - several sealing ribs (5) running concentrically to the inner contour (4), which are separated from one another by grooves (6), and - transverse ribs (7) arranged in the grooves (6) for dividing the grooves (6) into individual groove sections (8).

Flat gasket (1) according to Claim 1 , characterized in that the sealing ribs (5) and transverse ribs (7) are of the same height or the sealing ribs (5) are higher than the transverse ribs (7).

Flat gasket (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the transverse ribs (7) of adjacent grooves (6) are arranged offset from one another in the direction of the groove.

Flat gasket (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing ribs (5), grooves (6) and transverse ribs (7) are formed only on one side and the other side of the flat gasket (1) is flat.

Flat gasket (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the height (H) of the flat gasket (1) in the relaxed state is 1.5 to 3.0 mm, preferably 2.0 to 2.5 mm.

Flat gasket (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the flat gasket (1) has at least three, preferably at least four, further preferably at least five sealing ribs (5).

Bipolar plate (2) with a flat seal (1) according to one of the preceding claims, wherein the flat seal (1) is arranged under a bead (9) of the bipolar plate (2) which surrounds a media port (3) formed in the bipolar plate (2).

Bipolar plate (2) after Claim 7 , characterized in that the sealing ribs (5) of the flat gasket (1) are arranged on the side of the flat gasket (1) facing away from the bead (9).

Cell stack, in particular fuel cell stack or electrolysis cell stack, comprising at least one flat seal (1) according to one of the Claims 1 until 6 , wherein the flat seal (1) is arranged between a bipolar plate (2) with at least one media port (3) and a further plate (10), preferably an end and/or insulation plate.

Cell stack after Claim 9 , characterized in that the flat seal (1) is arranged under a bead (9) of the bipolar plate (2) surrounding the media port (3) and/or is received in a groove (11) of the further plate (10).