(57)【要約】      （修正有）【課題】振動や衝撃荷重のある環境下でも安定した接触を保証する燃料電池スタック用のコンタクト要素、プラグを提供する。【解決手段】コンタクト配置７０において、燃料電池スタックのバイポーラプレート４７に接触するためのコンタクト要素１であって、長手方向軸に沿って延びるコンタクト本体を有する。コンタクト本体２はチャネルを有する。チャネルは、長手方向軸に沿って延び、長手方向軸を横切って互いに対向して配置される少なくとも２つのチャネル壁１０、１２により画定されて、バイポーラプレート４７の一部を受け入れる。コンタクト本体は、少なくとも１つのチャネル壁１０に、チャネル内に突出する少なくとも１つのコンタクトばね２４を有する。コンタクトばね２４は、反対側のチャネル壁１２側に向けられている、バイポーラプレート４７に接触するための切刃２６を有する。切刃２６が、バイポーラプレート４７の表面７６に切り込む。【選択図】図５
2020027799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタック（４９）のバイポーラプレート（４７）に接触するためのコンタクト要素（１）であって、長手方向軸（Ｌ）に沿って延びるコンタクト本体（２）を有し、前記コンタクト本体（２）はチャネル（８）を有し、前記チャネル（８）は、前記長手方向軸（L）に沿って延び、前記長手方向軸（Ｌ）を横切って互いに対向して位置する少なくとも２つのチャネル壁（１０、１２）により画定されて、前記バイポーラプレート（４７）の一部を受け入れる、コンタクト要素（１）であって、
前記コンタクト本体（２）は、少なくとも１つの前記チャネル壁（１０）に、前記チャネル（８）内に突出する少なくとも１つのコンタクトばね（２４）を有し、前記コンタクトばね（２４）は、反対側の前記チャネル壁（１２）側に向けられている、前記バイポーラプレート（４７）に接触するための切刃（２６）を有することを特徴とするコンタクト要素（１）。
【請求項２】
前記少なくとも１つのコンタクトばね（２４）の前記切刃（２６）は、前記長手方向軸（Ｌ）に平行に延びることを特徴とする、請求項１に記載のコンタクト要素（１）。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコンタクトばね（２４）は、前記長手方向軸（Ｌ）を横切って延びることを特徴とする、請求項１または２に記載のコンタクト要素（１）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのコンタクトばね（２４）は、枢軸（Ｓ）周りで弾性偏向可能であるように前記コンタクト本体（２）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンタクト要素（１）。
【請求項５】
前記コンタクト要素（１）は、前記チャネル壁（１０）に配置されている少なくとも２つの前記コンタクトばね（２４）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンタクト要素（１）。
【請求項６】
前記切刃（２６）は前記コンタクトばね（２４）の自由端（３０）に形成され、前記自由端（３０）は前記反対側のチャネル壁（１２）の方向に曲げられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコンタクト要素（１）。
【請求項７】
前記少なくとも１つのコンタクトばね（２４）と前記コンタクト本体（２）とは、モノリシック部品（３８）として一体に形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコンタクト要素（１）。
【請求項８】
前記コンタクトばね（２４）は、前記少なくとも２つのチャネル壁（１０、１２）を接続し、かつ前記長手方向軸（Ｌ）を横切る方向に前記チャネル（８）を画定するベース（１４）から離れて延び、前記ベース（１４）から離れる方向にテーパ状になっていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコンタクト要素（１）。
【請求項９】
前記切刃（２６）はステンレス鋼から成形されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコンタクト要素（１）。
【請求項１０】
前記コンタクト本体（２）は、前記長手方向軸の方向（Ｌ）に位置する端部（４０）に挿入面取り部（４２）を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のコンタクト要素（１）。
【請求項１１】
燃料電池スタック（４９）の複数のバイポーラプレート（４７）に接触するためのプラグ（４６）であって、複数のコンタクトチャンバ（５０）を備えるハウジング（４８）を有し、前記複数のコンタクトチャンバ（５０）は、平行に位置合わせされ、互いに隣接して配置され、長手方向軸（Ｌ）の方向に開いている、プラグであって、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のコンタクト要素（１）が少なくとも１つの前記コンタクトチャンバ（５０）に配置されていることを特徴とするプラグ（４６）。
【請求項１２】
前記プラグ（４６）は、互いに対してずれて配置されている、前記コンタクト要素（１）の少なくとも２つの列（５２、５４）を有することを特徴とする、請求項１１に記載のプラグ（４６）。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記コンタクト要素（１）は、前記コンタクトチャンバ（５０）から突出する、電気導体（６４）に接続するためのプラグイン部分（１６）を有することを特徴とする、請求項１１または１２に記載のプラグ（４６）。
【請求項１４】
燃料電池スタック（４９）のバイポーラプレート（４７）と、長手方向軸（Ｌ）に沿って延びるコンタクト本体（２）を有するコンタクト要素（１）とを備え、前記コンタクト本体（２）はチャネル（８）を有し、前記チャネル（８）は、前記長手方向軸に沿って（Ｌ）延び、前記長手方向軸（Ｌ）を横切って互いに対向して位置する少なくとも２つのチャネル壁（１０、１２）により画定され、前記バイポーラプレート（４７）の少なくとも一部（７４）が少なくとも部分的に前記チャネル（８）に配置されている、コンタクト配置（７０）であって、
前記コンタクト本体（２）は、少なくとも１つの前記チャネル壁（１０）に、切刃（２６）を有する少なくとも１つのコンタクトばね（２４）を有し、前記切刃（２６）は、前記チャネル（８）内に突出し、反対側の前記チャネル壁（１２）側に向けられ、前記コンタクトばね（２４）に面した前記バイポーラプレート（４７）の表面（７６）に切り込むことを特徴とするコンタクト配置（７０）。
【請求項１５】
前記切刃（２６）は前記バイポーラプレート（４７）より高い強度を有する、請求項１４に記載のコンタクト配置（７０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックのバイポーラプレートに接触するためのコンタクト要素であって、長手方向軸に沿って延びるコンタクト本体を有し、コンタクト本体はチャネルを有し、チャネルは、長手方向軸に沿って延び、長手方向軸を横切って互いに対向して位置する少なくとも２つのチャネル壁により画定されて、バイポーラプレートの一部を受け入れる、コンタクト要素に関する。本発明はさらに、燃料電池スタックの複数のバイポーラプレートに接触するためのプラグであって、複数のコンタクトチャンバを備えるハウジングを有し、複数のコンタクトチャンバは、平行に位置合わせされ、互いに隣接して配置され、長手方向軸の方向に開いている、プラグに関する。
さらに、本発明は、燃料電池スタックのバイポーラプレートと、チャネルを有するコンタクト要素とを備え、チャネルは、長手方向軸に延び、長手方向軸を横切って互いに対向して位置する少なくとも２つのチャネル壁により画定され、バイポーラプレートは少なくとも部分的にチャネルに配置されている、コンタクト配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導入部で述べたタイプのコンタクト要素、プラグ、およびコンタクト配置が先行技術から知られている。燃料電池スタックでは、個々のセルが互いに層になってスタックを形成し、各セルはバイポーラプレートにより分離されている。バイポーラプレートを使用して、動作媒体を燃料電池の電極に伝える。車両の燃料電池スタックの性能および／または故障を調査するために、セル間のバイポーラプレートはプラグにより制御回路に接続され、各セルの電圧が測定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特に車両では、プラグが大きい振動荷重および／または衝撃荷重に晒されるため、好ましくない場合には、コンタクト要素がバイポーラプレートから切り離されることがある。加えて、振動および／または衝撃により、バイポーラプレートとコンタクト要素との間に電圧値の変動が生じることがある。
【０００４】
この背景に照らして、本発明の課題は、大きい荷重によっても、特に大きく振動する環境において、かつ／または大きい衝撃荷重のあるときでも、安定した接触を保証する、コンタクト要素、プラグ、およびコンタクト配置を形成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、コンタクト本体が、少なくとも１つのチャネル壁に、チャネル内に突出する少なくとも１つのコンタクトばねを有し、コンタクトばねは、反対側のチャネル壁側に向けられている、バイポーラプレートに接触するための切刃を有するという特徴の本発明によって、導入部で述べたコンタクト要素により解決される。
【０００６】
導入部で述べたタイプのプラグの課題は、本発明によれば、本発明によるコンタクト要素が少なくとも１つのコンタクトチャンバに嵌入することによって、さらに解決される。
【０００７】
導入部で述べたコンタクト配置について、課題は、本発明によれば、少なくとも１つのチャネル壁に、チャネル内に突出する少なくとも１つのコンタクトばねを有し、コンタクトばねは、反対側のチャネル壁側に向けられている切刃を有し、前記切刃はコンタクトばねに面したバイポーラプレートの接触領域に切り込む、コンタクト本体よって解決される。
【０００８】
切刃により、コンタクトばねはバイポーラプレートの表面に切り込み、その結果、コンタクトばねはバイポーラプレートに大きい接触力で接続される。大きい荷重下でも、例えば振動荷重および／または衝撃荷重によっても、接続が切り離されることはない。したがって、コンタクトばねとバイポーラプレートとを互いに動かないように結合されることにより、生じる振動を補償することができ、動作中に接触が変動しないことが好ましい。
【０００９】
以下、希望に応じて互いに独立して互いに組み合わせることができ、それ自体が各々有利であるさらなる発展形態について詳細に述べる。
【００１０】
したがって、第１の有利な構成によれば、コンタクト本体は、長手方向軸を横切る横方向の略Ｕ字形横断面を有することができ、２つのチャネル壁がＵ字形横断面のそれぞれの脚部を形成し、ベースにより互いに接続される。これにより、バイポーラプレートの一部を、少なくとも長手方向軸を横切る方向に、ベースで止まるまでチャネルに挿入することができ、コンタクト本体により取り囲むことができる。バイポーラプレートの縁部をチャネルに挿入することができると好ましい。
【００１１】
チャネルは、長手方向軸の方向で長手方向に配置されている少なくとも１つの端部において開くことができる。これにより、分離プレートを長手方向軸の方向に押し込むことができる。チャネルが、長手方向軸に沿って配置されている両端において開くことにより、バイポーラプレートをチャネルに受け入れることのできる、長手方向軸に沿ったバイポーラプレートの一部の長さが、長手方向軸の方向で壁により画定されないことが好ましい。これにより、バイポーラプレートが変形および／または損傷することなく、燃料電池スタックのバイポーラプレートの大きい公差および／またはずれを長手方向軸の方向に補償することができるというプラグの状況が得られる。したがって、バイポーラプレートを、それぞれのコンタクト要素のチャネルに長手方向軸の方向で異なる深さまで挿入することができ、コンタクト要素は長手方向軸を横切る平面に配置される。
これにより、積層されたバイポーラプレートの大きい公差および／またはずれの場合でも、スタックのレセプタクルに正確に嵌入して差し込むことができ、それぞれのバイポーラプレートに確実に接触することができるように、プラグの寸法を決めることが可能になる。
【００１２】
さらに有利な構成によれば、少なくとも１つのコンタクトばねの切刃は、長手方向軸に平行に延びることができる。したがって、切刃は、縁部がチャネルに受け入れられたときに大きい接触領域に接触することができ、コンタクト要素の小型の構造が保証される。したがって、接触領域が長手方向に延びるため、コンタクト要素の横方向の幅を小さくすることができる。
【００１３】
積層されたバイポーラプレートの横方向のずれおよび／または公差を補償するために、有利な実施形態によれば、コンタクトばねが、長手方向軸を横切ってチャネル壁のベースから離れて延びると特に有利であることがわかっている。これにより、切刃はベースから離間することができるため、バイポーラプレートをチャネルに横方向で異なる深さまで挿入することができ、それにもかかわらず、バイポーラプレートに切刃が接触することができる。したがって、この構成により、バイポーラプレートの、特に横方向の位置合わせ中に大きい公差が生じる。切刃を、ベースよりも、長手方向軸を横切ってチャネルの開口の近くに配置することができ、これにより、バイポーラプレートの可能な接触領域を拡大することができると好ましい。
【００１４】
有利な構成によれば、切刃をチャネル壁間でチャネルに配置することができる。切刃を、反対側のチャネル壁に対して約６０°〜約１２０°の角度で配置することができると好ましい。
【００１５】
少なくとも１つのコンタクトばねを、枢軸周りで弾性偏向可能であるように、コンタクト本体に配置することができる。枢軸を長手方向軸に平行に配置することができ、少なくとも１つのコンタクトばねを、枢軸上でベースによりチャネル壁に接続することができると好ましい。コンタクトばねに、特に反対側のチャネル壁の方向に予張力を加えることができ、反対側のチャネル壁と切刃との間隔は、バイポーラプレートの、または接触のためにチャネルに挿入可能なバイポーラプレートの少なくとも一部の、材料厚さより小さくてよい。これにより、バイポーラプレートがチャネルに挿入されると、コンタクトばねを枢軸周りで弾性偏向させることができる。切刃は、コンタクトばねのばね力により、切刃に面したバイポーラプレートの表面に押し付けられ、バイポーラプレートに確実に接触することができる。
【００１６】
さらに有利な構成において、コンタクトばねは、長手方向軸を横切る方向にテーパ状であって、ベースからの間隔が長手方向軸を横切る方向に増加するにつれて、コンタクトばねの長さが長手方向軸の方向に減少するようになっていてもよい。これにより、コンタクトばねのばね力が小さい接触領域にわたって配分されるため、コンタクトばねが切断クランプにより接触される圧力が増加することを保証することができる。したがって、この構成により、切断クランプとバイポーラプレートとの接触をさらに向上させることができる。
【００１７】
好ましい構成によれば、コンタクト要素は、チャネル壁において長手方向軸の方向に隣接してかつ／または互いに平行に配置可能な少なくとも２つのコンタクトばねを有することができる。少なくとも２つのコンタクトばねをチャネル壁に配置可能であることにより、特に小型のコンタクト要素を形成することができる。他には、コンタクトばねが周りで弾性偏向可能なばね路のみを考慮すればよい。コンタクトばねが両側のチャネル壁に配置される場合、コンタクトばねが周りで弾性偏向するばね路を、チャネルに位置するバイポーラプレートの一部の両側で差し込まれるバイポーラプレートの場合を考慮しなければならないため、チャネルの幅をチャネル壁間でより広く設計することが必要になる。しかしながら、この好ましい構成により、燃料電池スタックのバイポーラプレートの封止されたスタックが接触可能な、特に小型のプラグを形成することができる。
【００１８】
コンタクト要素を特に簡単かつ安価に製造可能にするために、コンタクトばねとコンタクト本体とを、モノリシック部品として、特に型打ち曲げ部分として一体に形成することができる。したがって、コンタクト要素を、例えば型打ち曲げ部分として、製造プロセスで容易に製造することができる。
【００１９】
少なくとも１つのコンタクトばねが配置されるチャネル壁は、チャネル壁を横切る少なくとも１つの窓を有することができる。コンタクトばねを窓に配置することができ、コンタクトばねが長手方向軸を横切って窓のフレームから離れて延びると好ましい。これにより、コンタクトばねの弾性変形によってチャネル壁が同様に偏向することを防止することができる。コンタクトばねを、チャネル壁のある平面に実質的に配置可能な程度まで、偏向させることができる。したがって、コンタクトばねがチャネル壁に押し付けられないため、チャネル壁はコンタクトばねの弾性偏向の影響を受けるおそれがない。
【００２０】
切刃をコンタクトばねの自由端に形成することができ、この自由端は反対側のチャネル壁の方向に曲げられる。切刃がバイポーラプレートの表面に切り込む角度を、コンタクトばねの曲げ端部により簡単に設定することができる。
【００２１】
さらに有利な構成によれば、少なくとも切刃、好ましくはコンタクト要素を、ステンレス鋼から成形することができる。ステンレス鋼はチタン合金および／またはクロム−ニッケル合金を有することができ、これらの合金は、バイポーラプレートの表面の被覆を貫通することができ、接触領域のバイポーラプレートおよび／またはコンタクト要素の腐食を防止することが好ましい。
【００２２】
コンタクト要素はプラグイン部分を有することができ、コンタクト要素を、例えばプリント回路基板などの電気導体に差し込むことができるようにするために、プラグイン部分を自由端に形成し、スズで被覆することができる。
【００２３】
コンタクト要素は、長手方向軸の方向に配置されている自由端に挿入面取り部を備えることができる。例えば、ベースから離れたチャネル壁の角部を、自由端で互いから離れる方向に向けることができるため、チャネルが広がり、チャネルへのバイポーラプレートの挿入が容易になる。さらに、バイポーラプレートをレーザ切断または型打ちにより形成することができるが、尖った縁部が生じることがあり、差込み中にコンタクト要素に損傷を与えるおそれがある。これを挿入面取り部により防止することができる。
【００２４】
チャネル壁は、特にベースよりもさらに長手方向軸の方向に延びることができ、チャネル壁が接触領域にわたってバイポーラプレートに重なることができるようになっている。チャネル壁が、ベースから離れたそれぞれの側の長手方向軸の方向にテーパ状になることができると好ましい。
【００２５】
燃料電池スタックのバイポーラプレートは、例えば、長手方向軸の方向の縁部から離れて延びる略矩形の切欠きを備えることができる。これにより、プラグをスタックに長手方向に差し込むことができ、プラグにはバイポーラプレートの縁部が側方接触する。
【００２６】
コンタクト要素は、切欠きを画定するバイポーラプレートの縁部を受け入れることができる。この場合、プラグのコンタクト要素を交互に配置することができ、すなわち、チャネルは、連続するコンタクト要素の長手方向軸を横切る方向で横方向に、反対方向に、開いている。コンタクト要素は、長手方向軸を横切る方向で、少なくとも２列のコンタクトチャンバに嵌入することができると好ましい。プラグの２列のプラグシステムを使用すると、均一のプラグシステムと比べて、ダブルピッチをコンタクトチャンバに使用することができる。これに関し、前後に並んで配置されるバイポーラプレートが反対方向からコンタクト要素に接触されるように、コンタクトチャンバに嵌入されたコンタクト要素の２つの列が、長手方向に対して横方向の相対的関係に関して、燃料電池スタックのバイポーラプレートが続く奥行き方向にずれていれば、特に有利となり得る。
【００２７】
コンタクトチャンバの２つの列は各々、ハウジングの、特に互いに対向して位置する異なる壁に隣接することができる。ハウジングはそれぞれの側壁にスロットを有することができ、スロットは、チャネルに平行に配置され、コンタクトチャンバを貫通して、スロットを通してバイポーラプレートをチャネルに挿入できるようになっている。コンタクトチャンバにおけるコンタクト要素の移動を防止するために、スロットは、長手方向軸を横切る奥行き方向の幅に関して、２つのチャネル壁間のチャネルの幅より小さくすることができる。
【００２８】
プラグでは、比較的多数の、特に１２個のコンタクト要素を使用することができ、第１の群を第１の列に配置し、第２の群を第２の列に配置することができる。これらの群を、横方向に互いに離間して配置することができ、好ましくは各群のコンタクト要素の間隔の半分だけ、奥行き方向において互いに対してずらして配置することができるため、個々の群のコンタクト要素は積層されたバイポーラプレートに交互に接触することができる。しかしながら、プラグはいくつかのコンタクト要素を有することもでき、例えば、プラグは接触するバイポーラプレートの数に対応する数のコンタクト要素を備えることができる。
【００２９】
コンタクト要素のプラグイン部分は、電気導体、特にプリント回路基板に接続するために、長手方向軸の方向でコンタクトチャンバから突出することができる。したがって、プラグイン部分を電気導体のプラグイン開口に差し込むことができる。
【００３０】
少なくとも切刃は、バイポーラプレートより高い強度を有することができる。これにより、分離および／または変形に対して高い抵抗を有する、特に堅牢なコンタクト要素を形成することができる。したがって、バイポーラプレートに切り込むときの切刃の摩耗を低減させることができる。
【００３１】
この代わりに、または加えて、少なくとも切刃は、バイポーラプレート、特にバイポーラプレートの表面よりも高い硬度を有することができる。したがって、切刃へのバイポーラプレートの貫入に対する抵抗を防止し、切刃の摩耗をさらに低減させることができる。
【００３２】
以下、添付図面を参照しながら、例示的な実施形態を用いて、本発明を例としてより詳細に説明する。図において、構造および／または機能が互いに対応する要素は、同一の参照符号で示す。
【００３３】
個々の例示的な実施形態に図示し記載する特徴の組合せは、単独で説明の目的を果たす。上記の説明に従って、例示的な実施形態の特徴は、その技術的効果が特定の適用において重要でない場合には省略することができる。逆に、上記の説明に従って、技術的効果が特定の適用において有利または必要である場合には、さらなる特徴を例示的な実施形態に追加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明によるコンタクト要素の概略斜視図である。
【図２】図１に示すコンタクト要素の概略側面図である。
【図３】本発明によるプラグの概略斜視図である。
【図４】本発明によるプラグの概略平面図である。
【図５】本発明によるプラグの概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
最初に、図１および図２を参照しながら、本発明によるコンタクト要素１の構造について説明する。理解できるように、長手方向ｘ、横方向ｙ、および奥行き方向ｚを含むデカルト座標系を説明において使用する。
【００３６】
この例示的な構成において、コンタクト要素１は、長手方向軸Ｌに沿って延びるコンタクト本体２を有する。長手方向軸Ｌは長手方向ｘに略平行である。コンタクト本体２は、横方向ｙおよび奥行き方向ｚにまたがる平面に略Ｕ字形横断面を有し、脚部４、６が、長手方向軸Ｌを横切る奥行き方向において互いに離間し、長手方向ｘおよび横方向ｙにまたがる平面に略平行に配置される。この場合、脚部４、６はチャネル８を奥行き方向ｚに画定し、脚部４、６はチャネル壁１０、１２として機能する。チャネル８は、横方向ｙの一方側で、チャネル壁１０、１２を接続するベース１４により画定され、チャネル８はベース１４から離れた端部で開くようになっている。チャネル８は受入領域１５を形成し、この受入領域１５にバイポーラプレートの一部を受け入れることができる。この場合、コンタクト本体２は、バイポーラプレートの一部を取り囲むことができ、チャネル壁はこの部分を覆う。
【００３７】
コンタクト本体２はプラグイン部分１６を有し、このプラグイン部分１６は長手方向ｘに延び、端部１８に配置される。プラグイン部分１６のチャネル壁１０、１２の横方向ｙの幅２０は、この場合、受入領域１５のチャネル壁１０、１２の幅２２より小さく、例えばプリント回路基板などの電気導体のプラグイン開口に導入することができる。このために、プラグイン部分１６は、特にスズ被覆で被覆されて、プラグイン部分を、例えば、電気導体のプラグイン開口にはんだ接合で取り付けることができると好ましい。
【００３８】
チャネル８に挿入されたバイポーラプレートの一部に接触するために、コンタクト要素１は、チャネル壁１０に２つのコンタクトばね２４を有する。コンタクトばね２４は、チャネル８内に突出し、反対側のチャネル壁１２側に向けられている切刃２６を各々備える。コンタクトばね２４は、長手方向ｘに互いに離間し、ベース１４から離れて横方向ｙに延びる。コンタクトばね２４は、ベース１４の枢軸Ｓ周りで弾性偏向可能であり、枢軸Ｓは長手方向軸Ｌに略平行に配置される。コンタクトばね２４は、チャネル壁１０に接続され、反対側のチャネル壁１２の方向に予張力を加えられ、バイポーラプレートの一部を挿入したときにコンタクトばね２４をチャネル壁１０の方向に偏向させることができるようになっている。
【００３９】
切刃２６はベース１４から離れたコンタクトばね２４の自由端３０に形成され、自由端３０は反対側のチャネル壁１２の方向に曲げられて、切刃２６が長手方向ｘおよび横方向ｙにまたがる平面に対して約６０°〜約１２０°の角度で配置されるようになっている。バイポーラプレートの挿入部分の表面は、長手方向ｘおよび横方向ｙにまたがる平面に平行に配置されることが好ましい。したがって、切刃２６がバイポーラプレートの表面に十分に接触することが確実になり得る。
【００４０】
切刃２６を、コンタクトばね２４がそこから離れて延びるチャネル壁１０よりも反対側のチャネル壁１２の近くに配置することができる。図１および図２に示すコンタクト要素１に従えばバイポーラプレートは一方側で接触するため、コンタクトばねがその周りを弾性偏向可能なばね路は、コンタクトばね２４を備えるチャネル壁１０上でのみ考慮されればよい。したがって、特に小型のコンタクト要素１を製造することができる。
【００４１】
チャネル壁１０は、コンタクトばね２４に各々アクセス可能な窓３２を備える。コンタクトばね２４は、窓３２に配置され、ベース１４に面したフレーム３４から離れてベース１４の横方向ｙに延びる。切刃２６を、ベース１４よりもチャネル８の開放端の近くに配置することができると好ましい。これにより、切刃２６とベース１４との間に広い隙間が生じ、バイポーラプレートの一部をその隙間に挿入することができるため、奥行き方向ｚに積層されたバイポーラプレートの不正確な積層を補償することができる。バイポーラプレートの一部をチャネルに横方向ｙに挿入する深さは変化することができるため、不正確な積層の場合でも、差込み中に、燃料電池スタックのバイポーラプレートスタックのレセプタクルへ正確な嵌合でプラグを差し込むことができる。
【００４２】
窓３２により、コンタクトばね２４の弾性偏向がチャネル壁１０に影響を与えて、チャネル壁１０を同様に偏向させることを防止することができる。偏向中、コンタクトばね２４はチャネル壁１０を押圧せず、また、前記チャネル壁１０を反対側のチャネル壁１２から押し離すことはない。したがって、バイポーラプレートを挿入しても、チャネル壁１０、１２間の間隔は変化しない。
【００４３】
コンタクトばね２４は、ベース１４からの間隔が増加するにつれてテーパ状になり、ベース１４から切刃２６までの間隔が増加するにつれて長手方向ｘの長さ３６が減少するようになっている。この場合、切刃２６は、例えば約０．４ｍｍの長さで長手方向ｘに延びることができる。これにより、コンタクトばね２４のばね力によって作用する接触力を、小さい接触領域に集中させることができる。
【００４４】
コンタクト要素１を、例えばクロム−ニッケル合金またはチタン合金などのステンレス鋼から成形することができると好ましい。特に、コンタクト要素１は、例えば型打ちおよび曲げによる単一の製造プロセスで簡単かつ安価に製造することができるモノリシック部品３８であってよい。金属シートの材料厚さは、例えば約０．１ｍｍであってよい。バイポーラプレートの一部の表面に作用するばねごとの垂直抗力は、約１．８Ｎ〜３．５Ｎであって、コンタクト要素１の差込み力が合計約５Ｎになるようにすることができる。
【００４５】
コンタクト要素１は、プラグイン部分１６から離れた端部４０に挿入面取り部４２を有し、コンタクト要素１をバイポーラプレートの一部に差し込むときに、その部分のチャネル８への挿入を容易にし、チャネル８へのバイポーラプレートの挿入中に、例えばバイポーラプレートの尖った縁部によりコンタクト要素１が損傷を受けることを防止するようになっている。
【００４６】
奥行き方向ｚにおけるチャネル８の深さは、挿入面取り部４２の領域で増加する。挿入面取り部４２を、例えば、ベース１４から離れたチャネル壁１０、１２の角部に形成することができ、角部は互いに離れる方向に曲げられる。これにより、挿入面取り部４２は、バイポーラプレートの挿入中に長手方向ｘおよび横方向ｙの両方に作用する。
【００４７】
チャネル８は長手方向ｘの両端で開いているため、バイポーラプレートの一部を挿入できる長手方向ｘの深さは限定されず、変化することができ、したがって、長手方向ｘにおけるバイポーラプレートの不正確な位置決めを補償することができる。
【００４８】
コンタクト要素１は、コンタクトばね２４と反対側のチャネル壁１２に、チャネル８から離れる方向に偏向するラッチタブ４４を備え、このラッチタブ４４により、コンタクト要素１は、プラグのハウジングのコンタクトチャンバに掛止することができ、したがって、コンタクト要素１をコンタクトチャンバに確実に嵌入させることができる。
【００４９】
図３では、本発明によるプラグ４６の実施形態が斜視図で示され、図４および図５では、燃料電池スタック４９のバイポーラプレート４７のスタックに差し込まれたプラグ４６が平面図および正面図でそれぞれ示されている。
【００５０】
プラグ４６はハウジング４８を有し、多数のコンタクトチャンバ５０がハウジング４８を長手方向ｘに横切る。ハウジング４８は電気的に絶縁され、例えば射出成形法により製造することができる。コンタクトチャンバ５０は奥行き方向ｚに互いに離間し、第１のコンタクトチャンバ５０群が第１の列５２に配置され、第２のコンタクトチャンバ５０群が第２の列５４に配置される。第１の列５２および第２の列５４は横方向ｙに互いに離間し、列５２、５４のコンタクトチャンバ５０間の間隔５６の分だけ奥行き方向ｚに互いに対してずれて配置される。この場合、間隔５６は、前後一列に並んで配置されているバイポーラプレート４７間の間隔に対応する。
【００５１】
コンタクトチャンバ５０の第１の列５２は側壁５８に隣接し、この側壁５８をスロット６０が横切って、バイポーラプレート４７の一部をコンタクトチャンバに挿入できるようにする。これと同様に、コンタクトチャンバ５０の第２の列５４は側壁５８とは反対側の側壁６２に隣接し、この側壁６２をスロット６０が同様に横切る。この場合、スロット６０は各々、隣接するコンタクトチャンバ５０と共に、奥行き方向ｚに垂直な平面に配置される。
【００５２】
図３および図４に分かるように、列５２、５４において１つおきのコンタクトチャンバ５０がコンタクト要素１を備えるように、本発明のコンタクト要素１は交互に嵌入される。列５２、５４が互いに対してずれているため、これは、コンタクト要素１が、長手方向ｘおよび横方向ｙにまたがる共通の平面に配置されていないことを意味する。
【００５３】
コンタクト要素１は、チャネル８が隣接する側壁５８、６２に対して横方向ｙに開くように、列５２、５４に配置される。
【００５４】
プラグイン部分１６は、コンタクトチャンバ５０から長手方向ｘに突出し、電気導体６４、例えばフレキシブルプリント回路基板６６の挿入口６３に挿入され、しっかりとはんだ付けされる。
【００５５】
図５では、コンタクト要素１とバイポーラプレート４７とを備えるコンタクト配置７０が示される。バイポーラプレート４７は略矩形の切欠き７２を有する。切欠き７２は、積層されたバイポーラプレート４７と同一平面上にあるべきで、プラグ４６を切欠き７２に正確に嵌入して挿入できるようになっていることが理想的である。しかしながら、不正確な位置決めが頻繁に生じるおそれがあり、バイポーラプレート４７が横方向ｙおよび／または長手方向ｘに互いに対してずれて配置されることがある。このずれにより、バイポーラプレート４７を変形させることなく、プラグ４６を切欠き７２に正確に嵌入して挿入することができなくなる。
【００５６】
バイポーラプレート４７は縁部７４を有し、この縁部７４は切欠き７２に側方接触し、チャネル８に横方向ｙおよび長手方向ｘに挿入することができる。縁部７４をチャネル８に横方向ｙに挿入できる深さは、切刃２６がベース１４から離間する横方向ｙの長さの分だけ変化することができる。縁部７４を、最大限でもベース１４で止まるまで横方向ｙに挿入することができる。長手方向ｘにおいて、縁部７４をハウジング４８のスロット６０の閉じた端部で止まるまで挿入することもできる。
【００５７】
縁部７４がチャネル８に挿入されると、コンタクトばね２４は、縁部７４により、長手方向軸Ｌに略平行に位置合わせされた枢軸Ｓ周りで、コンタクトばね２４を配置したチャネル壁１０の方向に弾性偏向する。この場合、切刃２６は、コンタクトばね２４を備えたチャネル壁１０に面した、バイポーラプレート４７の縁部７４の表面７６に切り込む。表面７６は被覆されることが好ましく、切刃２６は被覆を横切って、表面７６を約１．８Ｎ〜約３．５Ｎの大きい力で押圧する。切刃２６が表面７６に切り込むため、コンタクト配置７０において確実な接触を生じさせることができ、大きい荷重、例えば衝撃荷重および／または振動荷重に耐える。したがって、行程中の測定結果の変動を減少させることができる。
【００５８】
図５では、２つのコンタクト配置７０が示され、コンタクト配置７０は前後に並んで積層され、バイポーラプレート４７は、長手方向ｘおよび横方向ｙのずれの分だけ互いに対してずれて配置される。コンタクト要素１はプラグ４６に嵌入され、切欠き７２に差し込み可能であるため、奥行き方向ｚにおける前コンタクト要素１のチャネル８内の前バイポーラプレート４７の縁部７４と後バイポーラプレート４７の反対側縁部７４とが、後コンタクト要素１のチャネル８に配置される。コンタクト要素１の長手方向ｘおよび横方向ｙにおける大きい公差により、プラグ４６を切欠き７２に正確に嵌入して差し込むことができ、バイポーラプレートの形が崩れて曲がることがなく、かつ／またはバイポーラプレートに損傷を与えることがない。
【符号の説明】
【００５９】
１  コンタクト要素
２  コンタクト本体
４  脚部
６  脚部
８  チャネル
１０  チャネル壁
１２  チャネル壁
１４  ベース
１５  受入領域
１６  プラグイン部分
１８  プラグイン部分を有する端部
２０  プラグイン部分の幅
２２  ベースの幅
２４  コンタクトばね
２６  切刃
３０  自由端
３２  窓
３４  フレーム
３６  コンタクトばねの長さ
３８  モノリシック部品
４０  端部
４２  挿入面取り部
４４  ラッチタブ
４６  プラグ
４７  バイポーラプレート
４８  ハウジング
４９  燃料電池スタック
５０  コンタクトチャンバ
５２  第１の列
５４  第２の列
５６  間隔
５８  側壁
６０  スロット
６２  側壁
６３  挿入口
６４  電気導体
６６  プリント回路基板
７０  コンタクト配置
７２  切欠き
７４  縁部
７６  表面
Ｌ  長手方向軸
Ｓ  枢軸
ｘ  長手方向
ｙ  横方向
ｚ  奥行き方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020027799.tif 000006
【図５】
2020027799.tif 000007
【外国語明細書】
2020027799000001.pdf