DE102016224718A1

DE102016224718A1 - Flächenbauteil, Fahrzeug mit einem derartigen Flächenbauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Flächenbauteils

Info

Publication number: DE102016224718A1
Application number: DE102016224718.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Wetzel; Robert Hoffmann; Conrad Schucht
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Vorgeschlagen wird u.a. ein Flächenbauteil (3) für ein Fahrzeug (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welches Flächenbauteil (3) als Wärmetauscher fungiert und bevorzugt mit zumindest einer rohrförmigen Fluidleitung (6a, 6b, 6c) ausgebildet ist oder eine solche aufweist. Vorteilhaft ist das Flächenbauteil (3) zumindest partiell aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff-Compound gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem Flächenbauteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 15 der Erfindung betrifft dieselbe des Weiteren ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem derartigen Flächenbauteil. Gemäß Anspruch 16 der Erfindung betrifft dieselbe ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Flächenbauteils.
Die DE 42 19 938 A1 beschreibt eine Verkleidungsplatte zur Verwendung als Karosserieteil eines Fahrzeugs, wie Haube, Kofferraumklappe, Seitenteilverkleidung, Dachverkleidung, Haube, Motorhaube, Kotflügel o.a. Die Verkleidungsplatte weist ein inneres Aluminiumblech und ein äußeres Aluminiumblech auf, welche Bleche unter Verwendung eines aufgebrachten Bindungsinhibitors durch Heißwalzen untereinander verbunden sind. Als Bindungsinhibitor wird eine Flüssigkeit, die kollodiales Graphit enthält, vorgeschlagen. Zur Verwendung einer solchen Verkleidungsplatte als Wärmetauscher weist dieselbe Strömungswege für ein Wärmetauschermedium auf, welche Strömungswege durch ein Blähverfahren ausgebildet sind bzw. werden.
Die DE 10 2004 049 636 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Kühlung von flüssigen, gasförmigen oder fließfähigen Medien von Fahrzeugen, bei welcher die Mantelhülle des Fahrzeugs vollständig oder bereichsweise unter Einsatz einer oder mehrerer, schräg oder parallel zur Mantelhülle ausgerichteter Wandungen doppel- oder mehrwandig ausgebildet ist, wobei das zu kühlende Medium in dem oder den zwischen der Mantelhülle und der oder den Wandungen gebildeten Zwischenräumen geführt ist und die Wandungen in ihren Randbereichen abschnittsweise oder umlaufend dicht mit der Mantelhülle in Verbindung stehen. Unter Mantelhülle wird hier u.a. ein Flächenbauteil, wie ein Kotflügel, eine Motorhaube, ein Unterboden, ein Dach, eine Tür oder dergleichen mehr verstanden. Die Mantelhülle und/oder die Wandungen sind dabei aus Metall, kunststoffbeschichtetem Metall, Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff, metallbeschichtetem Kunststoff, Keramik oder Glas gefertigt. Was besagte Flächenbauteile aus Kunststoff anbelangt, sind diese gewichtsgünstiger als die übrigen benannten Werkstoffe, welches gerade im Rennsport, also für Sportwagen und Supersportwagen, entscheidende Vorteile bringen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein als Wärmetauscher fungierendes Flächenbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zu schaffen, welches im Hinblick auf den Stand der Technik weiter verbessert ist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem derartigen Flächenbauteil zur Verfügung zu stellen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Flächenbauteils anzugeben.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Kunststoffe an sich schlechte Wärmeleiter sind. Bei Standardwerkstoffen liegt die thermische respektive Wärmeleitfähigkeit derselben zwischen 0,1 und 0,4 W/m*K. Es besteht der Bedarf nach einem Flächenbauteil der gattungsgemäßen Art mit verbesserter thermischer Leitfähigkeit.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein als Wärmetauscher fungierendes Flächenbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug gelöst, das zumindest partiell aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff-Compound gebildet ist.
Durch diese Maßnahme sind die Vorteile des Standes der Technik, nämlich gewichtsgünstige Ausbildung eines Flächenbauteils, mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Kunststoffes kombiniert bzw. kombinierbar.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Danach ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Kunststoff-Compound thermisch leitfähige Kohlenstofffasern aufweist, die weiters bevorzugt durch pechbasierte Kohlenstofffasern gebildet sind. Kohlenstofffasern, insbesondere pechbasierte Kohlenstofffasern, weisen eine hohe thermische respektive Wärmeleitfähigkeit auf, welches sich im Hinblick auf das als Wärmetauscher fungierende Flächenbauteil als besonders vorteilhaft erweist. Kohlenstofffasern - auch als Carbonfasern bezeichnet - werden herkömmlich aus kohlenstoffhaltigen polymeren Fasern, sogenannten Precursoren (Vorläuferprodukte bzw. Rohfasern), hergestellt. Diese Precursoren können beispielsweise aus Polyacrylnitril (PAN) bestehen. Favorisiert werden jedoch insbesondere auf Steinkohleteer oder Petroleum basierende Peche zur Herstellung besagter Precursoren. Peche stellen einen wesentlich günstigeren Ausgangsstoff zur Kohlenstofffaserherstellung dar als PAN, da sie ein Nebenprodukt der Steinkohlegewinnung (vgl. besagten Steinkohleteer) bzw. der Destillation von Teeren sind. Diese Peche werden thermisch und chemisch vorbehandelt, um anisotrope Moleküle (Mesophasen) zu erzeugen, aus denen dann Precursoren gesponnen und anschließend zu den pechbasierten Kohlenstofffasern weiter verarbeitet werden. Die pechbasierenden Precursoren zeichnen sich durch ein sehr hohes E-Modul sowie eine sehr gute thermische Leitfähigkeit aus. PAN-basierte Kohlenstofffasern weisen Werte von 10-20 W/m*K auf, wogegen pechbasierte Kohlenstofffasern Werte von 110 bis 600 W/m*K in Faserlängsrichtung aufweisen. Durch den Einsatz insbesondere der ein hohes E-Modul aufweisenden pechbasierten Kohlenstofffasern können sehr steife und dünnwandige Bauteile mit sehr guter thermischer Leitfähigkeit erstellt werden. Eine besonders einfache Verarbeitbarkeit der Kohlenstofffasern, insbesondere der pechbasierten Kohlenstofffasern, ergibt sich dadurch, dass dieselben als Faserhalbzeuge in Form von Gelegen, Geweben, Vliesen oder dgl. mehr aus gerichteten und/oder ungerichteten Endlosfasern und/oder Schnittfasern und/oder einem Gemisch aus denselben im Kunststoff-Compound eingesetzt sind.
Alternativ zu besagten Kohlenstofffasern oder kombiniert mit denselben, um so die thermische Leitfähigkeit des Kunststoff-Compounds noch weiter zu verbessern, kann dasselbe thermisch leitfähige metallische Einleger in Form von beispielsweise Metallgewebe, -vlies und/oder - gelegen aufweisen. Diese bestehen beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und sind im Inneren oder in einer Oberfläche einer Außen- und/oder Innenkontur des Flächenbauteils angeordnet und in dasselbe sozusagen eingebacken. Um Kontaktkorrosion mit den in Rede stehenden Kohlenstofffasern zu vermeiden, werden die vorbeschriebenen metallischen Einleger bevorzugt von den Kohlenstofffasern entkoppelt, beispielsweise mittels eines Klebefilms.
Alternativ zu besagten Kohlenstofffasern oder in Kombination mit zumindest einer der vorstehend beschriebenen Maßnahmen zur weiteren Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit des Kunststoff-Compounds ist vorgesehen, dass das als Kunststoff-Compound ausgebildete Flächenbauteil zumindest partiell eine thermisch leitfähige Beschichtung aufweist. Die Beschichtung kann beispielsweise aus metallischen oder keramischen Partikeln, wie Zirconiumoxid oder einem Edelmetall o.a., bestehen und zum Beispiel nach einem an sich bekannten Plasmabeschichtungsverfahren aufgebracht sein. Darüber hinaus kann die Beschichtung auch galvanisch oder durch Sputtern aufgebracht sein.
Alternativ zu besagten Kohlenstofffasern oder in Kombination mit zumindest einer der vorstehend beschriebenen Maßnahmen zur weiteren Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit des Kunststoff-Compounds ist vorgesehen, dass das Kunststoff-Compound wenigstens ein die thermische Leitfähigkeit erhöhendes Additiv aufweist. Bevorzugt ist das besagte Additiv durch in die Kunststoffmatrix des Kunststoff-Compounds eingebettete pulverartige und/oder faserartige Partikel metallischer, mineralischer und/oder keramischer Art gebildet, wodurch eine leichte Verarbeitung desselben gewährleistet ist. Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass das Additiv Bornitrid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, gemahlene Kohlenstoffffasern und/oder dgl. mehr aufweist. Die besagte Kunststoffmatrix besteht bevorzugt aus einem Epoxidharz, Cyanatester-Harz oder Bismaleimid-Harz.
Um ein Flächenbauteil mit einer besonders hohen Festigkeit und/oder Steifigkeit zur Verfügung zu stellen, kann dieses Verstärkungsfasern aufweisen, die in die Kunststoffmatrix des thermisch leitfähigen Kunststoff-Compounds eingebettet sind, sofern bereits vorhandene Kohlenstofffasern, insbesondere pechbasierte Kohlenstofffasern, dafür nicht ausreichen. Durch die Wahl der Fasern, welches Glas-, Kohlenstoff-, Aramid-, Natur- und/oder andere geeignete Fasern sein können, ist das Flächenbauteil äußerst präzise bzgl. der erforderlichen Belastbarkeit auslegbar.
Das in Rede stehende Flächenbauteil kann zum Abführen von Wärme durch Konvektion einen fluid-durchfluteten Querschnitt respektive Hohlprofil-Querschnitt aufweisen, gebildet beispielsweise durch zwei Deckschichten aus besagtem thermisch leitfähigem Kunststoff-Compound gegebenenfalls mit Verstärkungsfasern, wobei zwischen den Deckschichten ein Kernmaterial aus beispielsweise einem Kunststoffschaum angeordnet ist, in welchem zumindest eine Fluidleitung ausgebildet oder ausbildbar ist. Die besagte zumindest eine Fluidleitung ist dabei bevorzugt in einen Kühlkreislauf des Fahrzeugs eingebunden. Alternativ kann das Flächenbauteil auch einen nichtdurchfluteten Querschnitt aus thermisch leitfähigem Kunststoff-Compound, insbesondere mit einer geschlossenen Querschnittsfläche aufweisen. Auch in diesem Fall ist Wärmeabfuhr durch Konvektion ermöglicht. Bevorzugt ist das Flächenbauteil mit mindestens einer rohrförmigen Fluidleitung ausgebildet oder weist eine solche auf.
Was das Flächenbauteil an sich anbelangt, ist dieses bevorzugt ein die Außenhaut des Fahrzeugs mitbestimmendes und/oder strukturell mittragendes Flächenbauteil, wobei ersteres eine besonders effektive Kühlwirkung allein durch Kontakt des Flächenbauteils mit der Umgebungsluft respektive mit dem Fahrtwind ermöglicht. Das Flächenbauteil kann beispielsweise durch ein flächenförmig ausgebildetes Außenhautbauteil, insbesondere durch einen strukturell mittragenden Unterboden, durch ein Seitenteil, durch eine Haube, durch eine Klappe und/oder durch ein Dach des Fahrzeugs gebildet sein. Diese Maßnahme eröffnet die Möglichkeit, Gewicht durch Einsparung von herkömmlichen Kühlern und/oder Kühlerflächen, die sich im Allgemeinen im vorderen Teil eines Fahrzeugs befinden, einzusparen. Darüber hinaus ist insbesondere bei Fahrzeugen mit Heckmotor die Möglichkeit gegeben, Leitungslänge und damit ebenfalls Gewicht einzusparen, sofern besagtes Flächenbauteil nahe des Heckmotors angeordnet ist. Bildet das erfindungsgemäße Flächenbauteil beispielsweise einen Unterboden aus, ist dadurch ein sogenannter Unterflurkühler mit konzentriertem Kühlmedium bzw. Kühlfluid und konzentrierter Kühlerfläche geschaffen, der den Schwerpunkt des Fahrzeugs begünstigt. Je tiefer der Schwerpunkt liegt, desto positiver ist der Einfluss auf die Fahreigenschaften des Fahrzeugs.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Flächenbauteil der vorbeschriebenen Art.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Flächenbauteils der vorbeschriebenen Art zeichnet sich durch folgende Schritte aus:

a) Bereitstellung eines flächenförmigen Halbzeugs, welches ein zwischen Deckschichten angeordnetes Kernmaterial aufweist, wobei zumindest eine der Deckschichten aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff-Compound gebildet ist, und
b) zur Ausbildung zumindest einer rohrförmigen Fluidleitung partielles Auslösen besagten Kernmaterials aus dem Halbzeug.

Das Kernmaterial wird dabei bevorzugt chemisch und/oder thermisch ausgelöst. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Art des Auslösens des Kernmaterials, sondern erfasst jedwede geeignete Maßnahme, beispielsweise auch ein mechanisches Auslösen des Kernmaterials.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:

1 äußerst schematisch ein Fahrzeug, welches zumindest ein Flächenbauteil der erfindungsgemäßen Art aufweist,
2 äußerst schematisch die Kraftfahrzeugkarosserie des Fahrzeugs nach 1 mit Blick auf den Unterboden desselben, welcher seinerseits durch ein erfindungsgemäßes Flächenbauteil gebildet ist,
3 äußerst schematisch das erfindungsgemäße Flächenbauteil im Querschnitt gesehen, gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung,
4 äußerst schematisch das erfindungsgemäße Flächenbauteil im Querschnitt gesehen, gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung,
5 äußerst schematisch das erfindungsgemäße Flächenbauteil im Querschnitt gesehen, gemäß einer dritten Ausführungsvariante der Erfindung, und
6 äußerst schematisch das erfindungsgemäße Flächenbauteil im Querschnitt gesehen, gemäß einer vierten Ausführungsvariante der Erfindung.

1 zeigt zunächst ein Fahrzeug 1, vorliegend einen Supersportwagen, wobei lediglich beispielgebend dessen Unterboden 2 durch ein Flächenbauteil 3 der erfindungsgemäßen Art gebildet ist und als Wärmetauscher mit unmittelbarem Kontakt zur Umgebungsluft 4 respektive zum Fahrtwind derart fungiert, dass dieser gemäß 2 mit zueinander parallel verlaufenden und mittels Trennwänden 5a voneinander separierten rohrförmigen Fluidleitungen 6a, 6b, 6c ausgebildet ist. Die Fluidleitungen 6a, 6b, 6c sind in einen im Detail nicht zeichnerisch dargestellten Fluidkreislauf 6 des Fahrzeugs 1 eingebunden. Dies kann beispielsweise ein Fluidkreislauf 6 zur Kühlung eines als Antriebsaggregat fungierenden Verbrennungsmotors, einer Traktionsbatterie und/oder dgl. mehr sein (nicht zeichnerisch dargestellt).
Die Kühlung wird bevorzugt über den Kontakt des Flächenbauteils 3 mit der Umgebungsluft 4 bewirkt. Durch die Erfindung mit erfasst ist gegebenenfalls auch eine Kühlung oder eine zusätzliche Kühlung durch Wärmeabgabe an beispielsweise die Fahrgastzelle 1a des Fahrzeugs 1.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Unterboden 2 respektive das besagte Flächenbauteil 3 zwei Fluidleitungen 6a, 6c auf, die in den Vorlauf 6' des besagten Fluidkreislaufes 6 eingebunden sind, wogegen die Fluidleitung 6b in den Rücklauf 6" des Fluidkreislaufes 6 eingebunden ist. Idealerweise entspricht der Leitungsquerschnitt der Fluidleitung 6b des Rücklaufs 6" der Summe der Leitungsquerschnitte der Fluidleitungen 6a, 6c des Vorlaufs 6'. Über einen sogenannten Sammler 6d sind die Fluidleitungen 6a, 6c des Vorlaufs 6' strömungstechnisch mit der Fluidleitung 6b des Rücklaufs 6" verbunden. Sämtliche Fluidleitungen 6a, 6b, 6c erstrecken sich in Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung), wobei der Sammler 6d einenends und Leitungsanschlüsse 6e, 6f, 6g anderenends des Flächenbauteils 3 angeordnet sind.
Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf eine derartige Anordnung der besagten Fluidleitungen 6a, 6b, 6c, sondern erfasst jedwede geeignete Leitungsführung. So kann beispielsweise auch nur eine Fluidleitung 6a, 6b, 6c vorgesehen sein, welche z.B. mäanderartig am Flächenbauteil 3 verläuft (nicht zeichnerisch dargestellt).
Ausführungsvariante 1 (Fig. 3):
3 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsvariante des Flächenbauteils 3, wobei der Verlauf der zumindest einen rohrförmigen Fluidleitung 6a, 6b, 6c nach Bedarf gewählt sein kann. Das Flächenbauteil 3 ist vorliegend durch zwei voneinander beabstandet angeordnete Deckschichten 7a, 7b sowie ein dazwischen angeordnetes und mit den Deckschichten 7a, 7b verbundenes, bevorzugt stoffschlüssig durch Klebung verbundenes Kernmaterial 8 gebildet. Zumindest die dem Fahrplanum 9 zugewandte Deckschicht 7a, bevorzugt jedoch beide Deckschichten 7a, 7b bestehen aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff-Compound.
Das Kunststoff-Compound weist nicht zeichnerisch dargestellte, thermisch leitfähige Kohlenstofffasern, bevorzugt pechbasierte Kohlenstofffasern auf. Gerade Kohlenstofffasern, insbesondere pechbasierte Kohlenstofffasern weisen eine hohe thermische respektive Wärmeleitfähigkeit auf, welche sich im Hinblick auf das als Wärmetauscher fungierende Flächenbauteil 3 als besonders vorteilhaft erweist. Die Vorteile derartiger Kunststoff-Compounds mit Kohlenstofffasern, insbesondere pechbasierten Kohlenstofffasern, sind oben bereits ausführlich beschrieben.
Bevorzugt werden die besagten Deckschichten 7a, 7b nach einem an sich bekannten Autoklav-Prepreg-Verfahren hergestellt, bei welchem mit Matrixmaterial vorimprägnierte Faserhalbzeuge in einem Autoklav zu einem Faserverbundwerkstoff verpresst werden. Hiervon abweichend können selbstverständlich auch jedwede anderen an sich bekannten geeigneten Verfahren zur Anwendung kommen, beispielsweise das an sich bekannte Pultrusionsverfahren, Injektions- oder Pressverfahren, wobei eine Kombination in Form des an sich bekannten RTM-Verfahrens (RTM = Resin Transfer Moulding) ebenfalls geeignet ist.
Das zwischen den Deckschichten 7a, 7b angeordnete Kernmaterial 8 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem thermoplastischen Kunststoffschaum gebildet. Als Kunststoffschaum kann beispielsweise ein EXP-Schaum (EXP = extrudiertes Polystyrol) oder ein PET-Schaum (PET = Polyethylenterephthalat) Anwendung finden. Diese Materialien ermöglichen eine einfache und kostengünstige Ausbildung der zumindest einen rohrförmigen Fluidleitung 6a, 6b, 6c, indem partiell Kernmaterial 8 chemisch und/oder thermisch herausgelöst wird. Durch die Erfindung selbstverständlich mit erfasst sind jedoch auch jedwede anderen an sich bekannten geeigneten Maßnahmen zum Herauslösen, insbesondere auch Maßnahmen mechanischer Art.
Das Material ist vorliegend derart herausgelöst, dass die zumindest eine gebildete Fluidleitung 6a, 6b, 6c respektive das darin geführte Wärmetauscherfluid bzw. Kühlmedium unmittelbaren thermischen Kontakt mit den Deckschichten 7a, 7b hat. Die zwei oder mehr Fluidleitungen 6a, 6b, 6c und/oder die Fluidleitungsabschnitte einer beispielsweise mäandernd verlaufenden zumindest einen Fluidleitung 6a, 6b, 6c voneinander separierenden Trennwände 5a sowie die äußeren Fluidleitungen 6a, 6c oder äußeren Fluidleitungsabschnitte seitlich begrenzenden Seitenwände 5b werden hierbei durch das Kernmaterial 8 gebildet.
Wird demgegenüber ein derartiger unmittelbarer thermischer Kontakt zwischen dem Wärmetauscherfluid und den Deckschichten 7a, 7b nicht favorisiert, empfiehlt es sich, dass auch das Kernmaterial 8 als ein thermisch leitfähiger Kunststoff-Compound mit beispielsweise thermisch leitfähigen Kohlenstofffasern auszubilden, welches demgemäß durch die Erfindung mit erfasst ist (nicht zeichnerisch dargestellt).
Die Leitungsquerschnitte der Fluidleitung/en 6a, 6b, 6c können dabei unterschiedlicher Art sein und orientieren sich beispielsweise daran, ob nach Fahrzeug-innen (Fahrgastzelle 1a) und/oder nach Fahrzeug-außen (Umgebungsluft 4 des Fahrzeugs 1) ein Wärmetausch bzw. eine Wärmabgabe erfolgen soll. Dieses ist beispielsweise durch die Wahl der Größe der Kontaktfläche der gebildeten Fluidleitung 6a, 6b, 6c mit den Deckschichten 7a, 7b einstellbar. 3 zeigt insoweit einen bevorzugten kreisförmigen Leitungsquerschnitt der Fluidleitung/en 6a, 6b, 6c. Ferner sind lediglich beispielgebend alternative Leitungsquerschnitte (gestrichelte Linienführung) gezeigt, die sich vorliegend an der Grundfläche eines Rechtecks bzw. eines Quadrats, eines Schlitzes, eines Dreiecks oder eines Trapezes orientieren.
Ausführungsvariante 2 (Fig. 4):
4 zeigt eine zweite Ausführungsvariante des Flächenbauteils 3, wobei der Verlauf der zumindest einen rohrförmigen Fluidleitung 6a, 6b, 6c nach Bedarf gewählt sein kann. Das Flächenbauteil 3 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich eine Deckschicht 7a der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Art, d.h. aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff-Compound auf, auf welcher Deckschicht 7a die zumindest eine rohrförmige Fluidleitung 6a, 6b, 6c angebracht ist. Das Fügeverfahren kann kraft-, form- und/oder stoffschlüssiger Art sein. Bevorzugt ist die zumindest eine rohrförmige Fluidleitung 6a, 6b, 6c fahrzeuginnenseitig angeordnet, wodurch nach Fahrzeug-außen, vorliegend auf Seiten des Fahrplanums 9, ein strömungsgünstiger Verlauf des Flächenbauteils 3 respektive Unterbodens 2 des Fahrzeugs 1 gewährleistet bzw. ermöglich ist. Die zumindest eine rohrförmige Fluidleitung 6a, 6b, 6c besteht bevorzugt aus einem thermisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Metall, wie einem Aluminium, oder einem thermisch leitfähig ausgebildeten Kunststoff, wie besagtem Kunststoff-Compound.
Durch die Erfindung mit erfasst ist selbstverständlich auch ein Flächenbauteil 3 mit zwei Deckschichten 7a, 7b der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Art, zwischen denen besagte zumindest eine rohrförmige Fluidleitung 6a, 6b, 6c angeordnet und mit den Deckschichten 7a, 7b durch Kraft-, Form- und/oder Stoffschluss thermisch verbunden ist (nicht zeichnerisch dargestellt).
Ausführungsvariante 3 (Fig. 5):
Diese Ausführungsvariante des Flächenbauteils 3 unterscheidet sich von den vorbeschriebenen dadurch, dass zwischen zwei Deckschichten 6a, 6b der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Art, d.h. aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff-Compound, ein plattenförmiges und mit einer Wellenstruktur 10 ausgebildetes Zwischenelement 11 aus einem thermisch leitfähigem Material, beispielsweise aus einem Metall, wie einem Aluminium, oder einem thermisch leitfähig ausgebildeten Kunststoff, wie besagtem Kunststoff-Compound, angeordnet und mit den Deckschichten 7a, 7b durch bevorzugt Stoffschluss thermisch verbunden ist. Die oder bestimmte Wellenberge und Wellentäler der besagten Wellenstruktur 10 sind derart mit der jeweils benachbarten Deckschicht 7a, 7b fluiddicht verbunden, dass zumindest eine langgestreckte Fluidleitung 6a, 6b, 6c erzeugt wird.
In Anlehnung an die zeichnerisch dargestellte Ausführungsvariante 2 nach 4 kann auch eine nicht zeichnerisch dargestellte, jedoch durch die Erfindung mit erfasste Ausführung des Flächenbauteils 3 vorgesehen sein, welche lediglich eine Deckschicht 7a oder 7b aufweist, an welcher das besagte Zwischenelement 11 derart angebracht ist, dass zumindest eine langgestreckte Fluidleitung 6a, 6b, 6c erzeugt wird.
Ausführungsvariante 4 (Fig. 6):
Diese Ausführungsvariante des Flächenbauteils 3 unterscheidet sich zu den vorbeschriebenen dadurch, dass zwischen zwei Deckschichten 7a, 7b der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Art, d.h. aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff-Compound, eine Mehrzahl langgestreckter Abstands- und Stegelemente 12 vorgesehen sind, welche die Deckschichten 7a, 7b untereinander verbinden und das Flächenbauteil 3 großflächig aussteifen. Lediglich beispielgebend sind vorliegend die Abstands- und Stegelemente 12 im Querschnitt gesehen kreuzförmig ausgebildet, woraus ein besonders steifes und formstabiles Flächenbauteil 3 resultiert. Die Abstands- und Stegelemente 12 bestehen bevorzugt aus einem thermisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Metall, wie einem Aluminium, oder einem thermisch leitfähig ausgebildeten Kunststoff, wie besagtem Kunststoff-Compound, und sind an ihren Längskanten bevorzugt derart durch Stoffschluss fluiddicht mit den Deckschichten 7a, 7b verbunden, dass zumindest eine langgestreckte Fluidleitung 6a, 6b, 6c erzeugt wird.
Auch hier kann in Anlehnung an die zeichnerisch dargestellte Ausführungsvariante 2 nach 4 eine nicht zeichnerisch dargestellte, jedoch durch die Erfindung mit erfasste Ausführung des Flächenbauteils 3 vorgesehen sein, welche lediglich eine Deckschicht 7a oder 7b aufweist, an der wenigstens ein Abstands- und Stegelement 12 derart angebracht ist, dass zumindest eine langgestreckte Fluidleitung 6a, 6b, 6c erzeugt wird.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten stellen im Wesentlichen auf einen Kunststoff-Compound mit thermisch leitfähigen Kohlenstofffasern, insbesondere pechbasierten Kohlenstofffasern ab. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Ausführungsvarianten, sondern umfasst auch nachfolgend beschriebene, nicht zeichnerisch dargestellte Alternativen.
So kann das Kunststoff-Compound z. B. auch thermisch leitfähige metallische Einleger in Form von beispielsweise Metallgewebe, -vlies und/oder -gelege aufweisen. Diese bestehen beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und sind im Inneren oder in eine Oberfläche einer Außen- und/oder Innenkontur des Flächenbauteils 3 angeordnet und in dasselbe sozusagen eingebacken. Um Kontaktkorrosion mit den in Rede stehenden Kohlenstofffasern zu vermeiden, werden die vorbeschriebenen metallischen Einleger von den Kohlenstofffasern entkoppelt, beispielsweise mittels eines Klebefilms.
Des Weiteren kann das Kunststoff-Compound zumindest partiell eine thermisch leitfähige Beschichtung aufweisen. Die Beschichtung kann beispielsweise aus metallischen oder keramischen Partikeln, wie Zirconiumoxid, einem Edelmetall o.a. bestehen und nach einem an sich bekannten Plasmabeschichtungsverfahren aufgebracht sein. Darüber hinaus kann die Beschichtung auch galvanisch oder durch Sputtern aufgebracht sein.
Ferner kann das Kunststoff-Compound auch wenigstens ein die thermische Leitfähigkeit erhöhendes Additiv aufweisen. Bevorzugt ist das besagte Additiv durch in die Kunststoffmatrix des Kunststoff-Compounds eingebettete pulverartige und/oder faserartige Partikel metallischer, mineralischer und/oder keramischer Art gebildet, wodurch eine leichte Verarbeitung desselben gewährleistet ist. Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass das Additiv Bornitrid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, gemahlene Kohlenstoffffasern und/oder dgl. mehr aufweist. Die besagte Kunststoffmatrix besteht bevorzugt aus einem Epoxidharz, einem Cyanatester-Harz oder einem Bismaleimid-Harz.
Eine beliebige Kombination der vorbeschriebenen Maßnahmen zur Erzielung eines thermisch leitfähigen Kunststoff-Compounds ist durch die Erfindung ebenfalls mit erfasst.
Um ein Flächenbauteil 3 mit einer besonders hohen Festigkeit und/oder Steifigkeit zur Verfügung zu stellen, kann dieses Verstärkungsfasern aufweisen, die in die Kunststoffmatrix des thermisch leitfähigen Kunststoff-Compounds eingebettet sind, sofern bereits vorhandene Kohlenstofffasern, insbesondere pechbasierte Kohlenstofffasern nicht ausreichen. Durch die Wahl der Fasern, welche Glas-, Kohlenstoff-, Aramid-, Natur- und/oder andere geeignete Fasern sein können, ist das Flächenbauteil 3 äußerst präzise bzgl. der erforderlichen Belastbarkeit auslegbar.
Die vorstehend beschriebenen Flächenbauteile 3 weisen zum Abführen von Wärme durch Konvektion einen fluid-durchfluteten Querschnitt respektive Hohlprofil-Querschnitt zur Ausbildung von Fluidleitungen 6a, 6b, 6c oder zugeordnete separate Fluidleitungen 6a, 6b, 6c auf. Demgegenüber kann das Flächenbauteil 3 auch einen nichtdurchfluteten Querschnitt aus thermisch leitfähigem Kunststoff-Compound, insbesondere mit einer geschlossenen Querschnittsfläche, aufweisen (nicht zeichnerisch dargestellt). Auch in diesem Fall ist Wärmeabfuhr durch Konvektion ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug
1a: Fahrgastzelle
2: Unterboden
3: Flächenbauteil
4: Umgebungsluft
5a: Trennwand
5b: Seitenwand
6: Fluidkreislauf
6': Vorlauf
6": Rücklauf
6a: Fluidleitung
6b: Fluidleitung
6c: Fluidleitung
6d: Sammler
6e: Leitungsanschluss
6f: Leitungsanschluss
6g: Leitungsanschluss
7a: Deckschicht
7b: Deckschicht
8: Kernmaterial
9: Fahrplanum
10: Wellenstruktur
11: Zwischenelement
12: Abstands- und Stegelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4219938 A1 [0002]
DE 102004049636 A1 [0003]

Claims

Flächenbauteil (3) für ein Fahrzeug (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welches Flächenbauteil (3) als Wärmetauscher fungiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenbauteil (3) zumindest partiell aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff-Compound gebildet ist.
Flächenbauteil (3) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Compound thermisch leitfähige Kohlenstofffasern aufweist.
Flächenbauteil (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähigen Kohlenstofffasern pechbasierte Kohlenstofffasern sind.
Flächenbauteil (3) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern oder pechbasierten Kohlenstofffasern als Faserhalbzeuge aus gerichteten und/oder ungerichteten Endlosfasern und/oder Schnittfasern und/oder einem Gemisch aus denselben im Kunststoff-Compound eingesetzt sind.
Flächenbauteil (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserhalbzeuge Gelege, Gewebe, Vliese oder dgl. aus besagten Kohlenstofffasern sind.
Flächenbauteil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Compound zumindest einen thermisch leitfähigen Einleger aufweist.
Flächenbauteil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kunststoff-Compound ausgebildete Flächenbauteil (3) zumindest partiell zusätzlich eine thermisch leitfähige Beschichtung aufweist.
Flächenbauteil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Compound wenigstens ein die thermische Leitfähigkeit erhöhendes Additiv aufweist.
Flächenbauteil (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv durch in eine Kunststoffmatrix des Kunststoff-Compounds eingebettete pulverartige und/oder faserartige Partikel metallischer, mineralischer und/oder keramischer Art gebildet ist.
Flächenbauteil (3) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv Bornitrid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Magnesiumhydroxid, gemahlene Kohlenstofffasern und/oder dgl. mehr aufweist.
Flächenbauteil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Compound zusätzlich Verstärkungsfasern aufweist.
Flächenbauteil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenbauteil (3) einen fluid-durchfluteten Querschnitt oder einen nichtdurchfluteten Querschnitt aufweist.
Flächenbauteil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenbauteil (3) mit zumindest einer rohrförmigen Fluidleitung (6a, 6b, 6c) ausgebildet ist oder eine solche aufweist.
Flächenbauteil (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenbauteil (3) ein die Außenhaut des Fahrzeugs (1) mitbestimmendes und/oder strukturell mittragendes Flächenbauteil (3) ist.
Fahrzeug (1), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Flächenbauteil (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verfahren zur Herstellung eines Flächenbauteils (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, insbesondere gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bereitstellung eines flächenförmigen Halbzeugs, welches ein zwischen Deckschichten (7a, 7b) angeordnetes Kernmaterial (8) aufweist, wobei zumindest eine der Deckschichten (7a, 7b) aus einem thermisch leitfähigen Kunststoff-Compound gebildet ist, und b) zur Ausbildung zumindest einer rohrförmigen Fluidleitung (6a, 6b, 6c) partielles Auslösen besagten Kernmaterials (8) aus dem Halbzeug.