DE102021003968A1

DE102021003968A1 - Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils

Info

Publication number: DE102021003968A1
Application number: DE102021003968.8A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schietinger; Arnd Bressel
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2023-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (10), mit wenigstens einem durch additive Fertigung aus einem ersten Werkstoff hergestellten Bauteilbereich (12), wobei das Bauteil (10) wenigstens einen zusätzlich zu dem Bauteilbereich (12) vorgesehenen, aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildeten und zumindest überwiegend ferromagnetischen Funktionsbereich (14) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils.
Derartige Bauteile, insbesondere für Fahrzeuge, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Das jeweilige Bauteil weist wenigstens einen durch additive Fertigung, das heißt durch ein generatives Fertigungsverfahren, hergestellten Bauteilbereich auf, welcher aus einem ersten Werkstoff hergestellt, das heißt gebildet ist.
Des Weiteren offenbart die DE 35 33 964 C1 ein Verfahren zum Herstellen von Feinpulver in Kugelform. Außerdem ist aus der DE 10 2015 104 239 B3 ein heizbarer Flüssigkeitsbehälter aus Kunststoffmaterial bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils zu schaffen, sodass das Bauteil besonders vorteilhaft erwärmt werden kann und eine vorteilhafte Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Bauteil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Bauteil besonders vorteilhaft erwärmt und eine besonders gute Korrosionsbeständigkeit des Bauteils insgesamt realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Bauteil wenigstens einen zusätzlich zu dem Bauteilbereich vorgesehenen, aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildeten und zumindest überwiegend ferromagnetischen Funktionsbereich aufweist, welcher auch als Funktionskörper bezeichnet wird. Der durch additive Fertigung, das heißt durch ein generatives Fertigungsverfahren und somit generativ, hergestellte Bauteilbereich wird auch als additiv hergestellter oder durch additive Fertigung hergestellter Körper bezeichnet.
Es ist denkbar, dass das Bauteil wenigstens einen zusätzlich zu dem Bauteilbereich und zusätzlich zu dem Funktionsbereich vorgesehenen Grundbereich aufweist, welcher auch als Grundkörper bezeichnet wird und beispielsweise aus einem dritten Werkstoff gebildet sein kann. Beispielsweise ist der dritte Werkstoff ein von dem zweiten Werkstoff unterschiedlicher Werkstoff. Ferner kann der dritte Werkstoff ein von dem ersten Werkstoff unterschiedlicher Werkstoff sein, oder der erste Werkstoff und der dritte Werkstoff sind gleich. Insbesondere dann, wenn das Bauteil auch den Grundbereich (Grundkörper) aufweist, kann das Bauteil als ein Hybridbauteil ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Grundkörper (Grundbereich) ein Gussbauteil, ein Schmiedebauteil, ein Strangpressbauteil, ein Umformbauteil, ein Halbzeug oder ein bearbeitetes Halbzeug. Insbesondere ist der Grundbereich ein mittels eines von einem generativen Fertigungsverfahren unterschiedlichen Fertigungsverfahrens hergestellter Bereich. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Grundkörper nicht durch additive Fertigung hergestellt ist. Dabei ist beispielsweise der einfach auch als Körper bezeichnete Bauteilbereich mittels additiver Fertigung auf dem Grundkörper aufgebracht.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauteils. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Ideen zugrunde: Das Bauteil kann berührungslos erwärmt beziehungsweise erhitzt werden. Eine Erwärmung des Bauteils kann somit ohne direkten elektrischen Kontakt, sondern beispielsweise mittels Induktion erfolgen. Die Erwärmung des Bauteils erfolgt beispielsweise über eine induktive Einkopplung mittels beispielsweise mindestens einer Spule, insbesondere vorrangig in den ferromagnetischen Funktionsbereich (ferromagnetischer Funktionskörper), der sich vorzugsweise in einem auch als Bauteilinneren bezeichneten Inneren des Bauteils befinden kann. Mit anderen Worten kann der ferromagnetische Funktionsbereich zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und somit zu mehr als zur Hälfte und ganz vorzugsweise vollständig, in dem Bauteilbereich und/oder in dem Grundkörper aufgenommen sein. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass der ferromagnetische Funktionsbereich außenumfangsseitig zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, von einer Baueinheit umgeben ist, welche, insbesondere ausschließlich, durch den Bauteilbereich oder den Grundkörper gebildet ist, oder aber die Baueinheit ist sowohl und somit teilweise durch den Bauteilbereich als auch und somit teilweise durch den Grundkörper gebildet, sodass beispielsweise der ferromagnetische Funktionsbereich außenumfangsseitig teilweise durch den Bauteilbereich und teilweise durch den Grundkörper umgeben sein kann. Insbesondere ist es denkbar, dass zumindest ein Teilbereich des ferromagnetischen Funktionsbereichs den Bauteilbereich und/oder den Grundkörper, insbesondere jeweils direkt, berührt, das heißt kontaktiert. Beispielsweise mittels der zuvor genannten Spule kann der ferromagnetische Funktionsbereich erwärmt werden, insbesondere während eine induktive Erwärmung des Bauteilbereichs und/oder des Grundkörpers unterbleibt, oder der ferromagnetische Funktionsbereich wird stärker als der Bauteilbereich und/oder der Grundkörper induktiv erwärmt. In der Folge kann von dem ferromagnetischen Funktionsbereich Wärme in das übrige Bauteil und somit zu dem oder in den Funktionsbereich und/oder zu dem beziehungsweise in den Grundkörper fließen, wodurch das Bauteil, insbesondere von seinem Inneren aus, vorteilhaft erwärmt werden kann.
Das Bauteil ist zumindest abschnittsweise additiv gefertigt und umfasst, insbesondere beinhaltet beziehungsweise umschließt, den ferromagnetischen Funktionskörper, dessen Größe beziehungsweise Volumen vorzugsweise mindestens 0,5 Kubikmillimeter beträgt. Ein ferromagnetischer Funktionskörper wie beispielsweise der ferromagnetische Funktionsbereich ist in der Regel schlecht korrosionsbeständig, kann jedoch dadurch, dass er außenumfangsseitig zumindest teilweise durch den Bauteilbereich und/oder den Grundkörper umgeben ist, vorzugsweise außenumfangsseitig vollständig von der Baueinheit umgeben ist, mittels des Bauteilbereichs und/oder des Grundkörpers besonders vorteilhaft vor Korrosion geschützt werden. Das Bauteil ist effektiv berührungslos erwärmbar beziehungsweise erhitzbar und ist hoch korrosionsbeständig, insbesondere dadurch, dass sich der ferromagnetische Funktionsbereich vollständig in der Baueinheit befindet und dadurch von einer insbesondere korrosiven Außenumgebung des Bauteils insgesamt abgeschirmt ist. Das Bauteil ist effektiv berührungslos erwärmbar und sehr gewichtsgünstig und weist daher ein Leichtbaupotential auf, insbesondere dadurch, dass wenigstens ein oder mehrere, den ferromagnetischen Berührungsbereich umgebende, Bauteilvolumina aus einer Leichtmetallbasislegierung gebildet sei können, beispielsweise aus einer Aluminiumbasislegierung, einer Titanbasislegierung, einer Magnesiumbasislegierung etc. Diese genannten Leichtbaulegierungen sind nicht beziehungsweise zumindest im Wesentlichen nicht ferromagnetisch. Als eine Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der ferromagnetische Funktionskörper zumindest abschnittsweise form- und/oder zumindest abschnittsweise stoffschlüssig an das übrige Bauteil, das heißt an den Bauteilbereich und/oder den Grundkörper, angebunden ist. Damit ist eine gute Wärmeübertragung in einem Kontaktbereich zwischen dem ferromagnetischen, auch als Zusatzkörper bezeichneten Funktionskörper und dem Grundkörper beziehungsweise dem Bauteilbereich geschaffen, sodass ein sehr guter Temperaturübertrag darstellbar ist. Die Stoffschlüssigkeit zwischen dem Funktionskörper und dem übrigen Bauteil, das heißt dem Bauteilbereich und/oder dem Grundkörper, kann im Zuge der additiven Fertigung, das heißt durch das generative Fertigungsverfahren, hergestellt sein.
Induktiv erwärmbare Bauteile sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits bekannt. Bei einem solchen induktiv erwärmbaren Bauteil kann es sich um ein ferromagnetisches Stahlbauteil wie beispielsweise einem Nocken handeln. Solche Nocken werden induktiv erwärmt und abgeschreckt und dadurch induktiv gehärtet. Ein ferromagnetisches Stahlbauteil kann auch ein Kochtopf für einen Induktionsherd sein. Zur induktiven Erwärmung des Bauteils wird eine Spule von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen und erzeugt ein magnetisches Wechselfeld. Dieses magnetische Wechselfeld durchsetzt ein der Spule benachbartes Bauteil wie beispielsweise den Nocken beziehungsweise den Kochtopf, das elektrisch leitfähig ist. Im ferromagnetischen Bauteil verursacht das magnetische Wechselfeld einen Induktionsstrom, einen Wirbelstrom. Durch diesen Strom erwärmt sich das Bauteil, vorliegend der ferromagnetische Funktionsbereich. Elektrisch leitfähige Materialien wie beispielsweise korrosionsbeständige Stähle sowie Aluminiumwerkstoffe sind zwar mittels Induktionstechnik grundsätzlich auch erwärmbar, allerdings mit relativ schlechtem Wirkungsgrad. Befinden sich ferromagnetische Materialien in einem magnetischen Wechselfeld, führen zudem Ummagnetisierungsverluste (Hystereseverluste) zu einem zusätzlichen Wärmebeitrag. Ein ferromagnetisches Material ist also besonders vorteilhaft verglichen mit nicht-ferromagnetischen Werkstoffen. Bisherige Bauteile mit einem ferromagnetischen Werkstoff an der Bauteiloberfläche sind in der Regel nicht beziehungsweise kaum korrosionsbeständig. Ein vollständig ferromagnetisches Bauteil, beispielsweise aus Stahl, ist gewichtsintensiv und steht dem Leichtbaugedanken entgegen.
Die Erfindung sieht somit vor, das Bauteil mit dem beispielsweise innenliegenden, ferromagnetischen Funktionskörper bereitzustellen, sodass insbesondere über den ferromagnetischen Funktionskörper das Bauteil induktiv und somit effektiv beheizt werden kann. Es gelingt also die Kombination von örtlich wirksamen ferromagnetischen Funktionskörpern, die eine gute Einkopplung und damit eine gute Erwärmung ermöglichen, wobei diese Funktionskörper von einer Materialhülle umgeben sind, die vorteilhafterweise nicht-ferromagnetisch ist. Die genannte Funktionshülle ist bei dem erfindungsgemäßen Bauteil beispielsweise ausschließlich durch den Bauteilbereich oder ausschließlich durch den Grundkörper oder teilweise durch den Bauteilbereich und teilweise durch den Grundkörper gebildet, sodass es denkbar ist, dass der Funktionsbereich vollständig in dem Bauteilbereich oder vollständig in dem Grundkörper aufgenommen ist, oder der Funktionsbereich ist teilweise in dem Bauteilbereich und teilweise in dem Grundkörper angeordnet, insbesondere derart, dass der Bauteilbereich und der Grundkörper zusammen betrachtet werden, das heißt die zuvor genannte Baueinheit den Funktionsbereich außenumfangsseitig vollständig umgeben, das heißt umschließen.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der ferromagnetische Funktionskörper (Funktionsbereich) von einem Bauelement wie beispielsweise dem Bauteilbereich und/oder dem Grundkörper, insbesondere der Baueinheit, umgeben ist, wobei das Bauelement aus mindestens einem korrosionsbeständigen Material gebildet ist. Somit besteht mit einem solchen Bauteil also die Möglichkeit, die gute Erwärmbarkeit (durch ferromagnetische Funktionskörper im Inneren) mit guter beziehungsweise sehr guter Korrosionsbeständigkeit zu kombinieren.
So kann in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der mindestens eine ferromagnetische Funktionskörper von dem Bauelement umgeben ist, welches aus mindestens einer Leichtmetalllegierung gebildet ist. Als die Leichtmetalllegierung kann eine Aluminiumlegierung, Titanlegierung, Magnesiumlegierung oder eine andere Leichtmetalllegierung verwendet werden. Somit besteht mit einem solchen Bauelement also die Möglichkeit, die gute Erwärmbarkeit (durch ferromagnetische Funktionskörper im Inneren) mit einer Leichtbauweise zu kombinieren.
Zur Herstellung des Bauteils wird auf additive Fertigung zurückgegriffen, welche auch als generative Fertigung bezeichnet wird. Mit anderen Worten ist oder wird das Bauteil insbesondere zumindest in dem Bauteilbereich durch einen additiven Fertigungsprozess hergestellt, welcher auch als generatives Fertigungsverfahren bezeichnet wird. Der additive Fertigungsprozess umfasst vorzugsweise ein Verfahren, welches aus der Gruppe 3D-Druck, selektives Laserschmelzen, selektives Elektronenstrahlschmelzen, selektives Lasersintern, selektives Elektronenstrahlsintern, Drahtauftragsschweißen und Pulverauftragsschweißen stammt. Insbesondere sind folgende Realisierungen des Bauteils möglich: Der Bauteilbereich ist beispielsweise ein durch additive Fertigung hergestellter Körper, in welchem der ferromagnetische Funktionsbereich als ferromagnetischer Funktionskörper eingelagert ist. Eine Einbringung des beispielsweise separat von dem Bauteilbereich hergestellten Funktionskörpers, insbesondere in den Bauteilbereich, erfolgt beispielsweise im Zuge der additiven Fertigung, indem in eine im Zuge der additiven Fertigung erzeugte Ausnehmung des Bauteilbereichs der separat hergestellte Funktionskörper eingebracht wird, insbesondere bevor der additive Fertigungsprozess zum Herstellen des Bauteilbereichs fortgesetzt wird. Somit wird fortan beispielsweise der Funktionskörper umdruckt.
Ferner ist es denkbar, dass die Einbringung des Funktionskörpers, insbesondere in den Bauteilbereich, im Zuge der additiven Fertigung dadurch erfolgt, dass mindestens ein zweites, insbesondere ferromagnetisches, Ausgangsmaterial bei der additiven Fertigung verwendet wird und dass im Zuge der additiven Fertigung örtlich Volumenbereiche mit ferromagnetischen Eigenschaften hergestellt werden. Mit anderen Worten wird beispielsweise der ferromagnetische Funktionsbereich mitgedruckt. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt wird beispielsweise der ferromagnetische Funktionsbereich mittels des generativen Fertigungsverfahrens, mittels welchem beispielsweise auch der Bauteilbereich hergestellt wird, hergestellt.
Ferner ist es denkbar, dass das Bauteil das zuvor genannte Hybridbauteil ist, welches den Bauteilbereich, den ferromagnetischen Funktionsbereich und den Grundkörper umfasst. Dabei ist auf den Grundkörper der Bauteilbereich mittels additiver Fertigung aufgebracht. Der ferromagnetische Funktionsbereich (ferromagnetischer Funktionskörper) befindet sich beispielsweise in dem additiv gefertigten Bauteilbereich, insbesondere vollständig, wobei der additiv gefertigte Bauteilbereich ein additiv gefertigtes Bauteilvolumen des Bauteils ist. Hergestellt wird das Hybridbauteil beispielsweise dadurch, dass auf den bereitgestellten Grundkörper insbesondere in einem nachfolgenden Schritt der Funktionsbereich, insbesondere durch additive Fertigung, aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, wird. Eine Einbringung des ferromagnetischen Funktionsbereichs, insbesondere in den Bauteilbereich, erfolgt beispielsweise auf die zuvor genannte Weise.
Durch die Erfindung können zumindest die folgenden Vorteile realisiert werden:

- Bereitstellung des Bauteils, welches berührungslos erwärmt beziehungsweise erhitzt werden kann, wobei die Erwärmung mittels Induktion erfolgen kann
- durch die Gestaltung des Bauteils und einer Anordnung der Spule oder mehrerer Spulen sowie durch eine Anordnung des mindestens einen ferromagnetischen Funktionsbereichs insbesondere im Inneren ist eine ortselektive Erwärmung möglich
- effektiv berührungslos erwärmbares Bauteil, welches hochkorrosionsbeständig ist, dadurch, dass sich der ferromagnetische Funktionsbereich im Bauteilinneren befindet, mithin von der Baueinheit, insbesondere vollständig, umgeben ist, wodurch der Funktionsbereich von der Außenumgebung abgeschirmt ist
- effektiv berührungslos erwärmbares Bauteil, welches sehr gewichtsgünstig ist und ein Leichtbaupotential aufweist; beispielsweise ist das Bauteil aus wenigstens einem Material aus der Gruppe Aluminiumbasislegierung, Titanbasislegierung und Magnesiumbasislegierung hergestellt
- verfahrensbedingt, das heißt durch die additive Fertigung, besteht in einfacher Weise die Option, den ferromagnetischen Funktionskörper nicht nur formschlüssig in das Bauteil einzubringen, das heißt an den Bauteilbereich und/oder den Grundkörper anzubinden, sondern auch einen zumindest lokalen Stoffschluss zwischen dem ferromagnetischen Funktionsbereich und dem umgebenden Material herzustellen
- gute Wärmeübertragung im Kontaktbereich zwischen ferromagnetischem Funktionsbereich und übrigem, umgebendem Bauteil und somit effektive und/oder gleichmäßige Erwärmung des Bauteils insgesamt
- durch die hohen konstruktiven Freiheitsgrade bezüglich der Anordnung des mindestens einen ferromagnetischen Funktionsbereichs ist die Möglichkeit von ortselektiver Erwärmung möglich, deutlich besser als bei konventionell hergestellten, heizbaren Bauteilen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Bauteils, insbesondere für ein Fahrzeug;
2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Bauteils;
3 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des Bauteils;
4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erwärmen des Bauteils;
5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer vierten Ausführungsform des Bauteils; und
6 eine schematische Schnittansicht des Bauteils gemäß der vierten Ausführungsform.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine erste Ausführungsform eines Bauteils 10, insbesondere für ein Fahrzeug. Das Bauteil 10 weist wenigstens oder genau einen durch additive Fertigung hergestellten Bauteilbereich 12 auf, welcher aus einem ersten Werkstoff gebildet ist. Des Weiteren weist das Bauteil 10 wenigstens oder genau einen zusätzlich zu dem Bauteilbereich 12 vorgesehenen und zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, ferromagnetischen Funktionsbereich 14 auf, welcher auch als ferromagnetischer Funktionskörper bezeichnet wird und aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildet ist, wobei der zweite Werkstoff zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, ferromagnetisch ist. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Bauteilbereich 12, welcher auch als additiv hergestellter Körper bezeichnet wird, zumindest im Wesentlichen keine ferromagnetischen Eigenschaften aufweist. Es ist denkbar, dass das Bauteil 10 mehrere, zumindest überwiegend ferromagnetische, Funktionsbereiche aufweist.
Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Funktionsbereich 14 außenumfangsseitig vollständig von dem Bauteilbereich 12 umgeben ist. Mit anderen Worten ist der Funktionsbereich 14 allumfangsseitig von dem Bauteilbereich 12 umgeben und somit vollständig in dem Bauteilbereich 12 angeordnet oder aufgenommen, sodass der Funktionsbereich 14 vollständig in einem auch als Bauteilinneren bezeichneten Inneren des Bauteils 10 aufgenommen ist. Der Funktionskörper (Funktionsbereich 14) kann beispielsweise separat hergestellt und im Zuge der additiven Fertigung zum additiven Fertigen des Bauteilbereichs 12 in den Bauteilbereich 12 eingelegt und umschlossen werden, insbesondere von dem Bauteilbereich 12 beziehungsweise von dem ersten Werkstoff, aus welchem der Bauteilbereich 12 hergestellt wird, wobei beispielsweise dann, wenn der Bauteilbereich 12 durch Drucken hergestellt wird, der Funktionskörper beim Herstellen des Bauteilbereichs 12 umdruckt wird. Optional kann zumindest ein lokaler Stoffschluss ausgebildet werden, mittels welchem der Funktionsbereich 14 an dem Bauteilbereich 12 angebunden wird. Ferner ist es denkbar, dass auch der Funktionskörper (Funktionsbereich 14) additiv hergestellt wird. Hierzu wird beispielsweise der zweite Werkstoff als zweites Ausgangsmaterial verwendet, welches ferromagnetisch ist, wobei der Funktionsbereich 14 bei der additiven Fertigung aus dem zweiten Werkstoff additiv hergestellt wird.
2 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine zweite Ausführungsform des Bauteils 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Bauteil 10 als ein Hybridbauteil ausgebildet, da das Bauteil 10 den Bauteilbereich 12, den Funktionsbereich 14 und einen zusätzlich zu dem Bauteilbereich 12 und zusätzlich zu dem Funktionsbereich 14 vorgesehenen Grundbereich 16 aufweist. Der Grundbereich 16 wird auch als Grundkörper bezeichnet und ist beispielsweise ein konventionell hergestelltes Bauelement. Dies bedeutet, dass der Grundbereich 16 mittels eines von einem generativen Fertigungsverfahren, das heißt von additiver Fertigung unterschiedlichen Fertigungsverfahrens hergestellt ist. Vorzugsweise weist der auch als Grundkörper bezeichnete Grundbereich 16 zumindest im Wesentlichen keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. Es ist erkennbar, dass der Bauteilbereich 12 und der Grundbereich 16 eine Baueinheit 18 des Bauteils 10 bilden, wobei der Funktionsbereich 14 außenumfangsseitig vollständig von der Baueinheit 18 umgeben ist. Bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist der Funktionsbereich 14 überwiegend und somit teilweise durch den Grundkörper umgeben, das heißt überwiegend in dem Grundkörper (Grundbereich 16) aufgenommen, und ein übriger, nicht durch den Grundkörper überdeckter Bereich des Funktionsbereichs 14 ist, insbesondere vollständig, durch den Bauteilbereich 12 überdeckt und somit überlappt, sodass der Funktionsbereich 14 allumfangsseitig durch die Baueinheit 18 umgeben, mithin in der Baueinheit 18 aufgenommen ist. Bei der ersten Ausführungsform berührt der Funktionsbereich 14, insbesondere allumfangsseitig, den Bauteilbereich 12. Bei der zweiten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Funktionsbereich 14 den Grundkörper direkt berührt. Alternativ oder zusätzlich berührt der Funktionsbereich 14 den Bauteilbereich 12 direkt.
Es ist erkennbar, dass der Grundkörper eine Ausnehmung 20 aufweist, in welcher der Funktionsbereich 14 mit ferromagnetischen Eigenschaften angeordnet, insbesondere eingebracht, ist. Durch die additive Herstellung des auch als Volumenelement bezeichneten Bauteilbereichs 12 wird der Funktionskörper (Funktionsbereich 14) im Bauteilinneren eingeschlossen. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Bauteilbereich 12 durch die additive Fertigung, mittels welcher der Bauteilbereich 12 hergestellt wird, auf dem Grundkörper (Grundbereich 16) aufgebracht ist beziehungsweise wird. Der additiv gefertigte Bauteilbereich 12 sowie der Grundkörper (Grundbereich 16) weisen zumindest im Wesentlichen keine ferromagnetischen Eigenschaften auf.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Bauteils 10. Auch bei der dritten Ausführungsform ist das Bauteil 10 als ein Hybridbauteil ausgebildet, da es den additiv gefertigten Bauteilbereich 12, den Funktionsbereich 14 und den Grundbereich 16 aufweist, auf den der Bauteilbereich 12 durch die additive Fertigung aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, ist. Auch bei der dritten Ausführungsform bilden der Bauteilbereich 12 und der Grundbereich 16 die Baueinheit 18. Im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform ist es jedoch bei der dritten Ausführungsform vorgesehen, dass der Funktionsbereich 14 vollständig in dem Bauteilbereich 12 aufgenommen und somit allumfangsseitig von dem Bauteilbereich 12 umgeben ist. Der Bauteilbereich 12 ist ein additiv gefertigter Volumenbereich oder ein additiv gefertigtes Volumenelement, welches den Funktionsbereich 14 mit den ferromagnetischen Eigenschaften beinhaltet. Auch bei der dritten Ausführungsform weisen vorzugsweise der Bauteilbereich 12 sowie der Grundkörper zumindest im Wesentlichen keine ferromagnetischen Eigenschaften auf.
Ferner ist es bei der dritten Ausführungsform vorgesehen, dass der Funktionsbereich 14 (Funktionskörper) den Grundkörper (Grundbereich 16) nicht berührt. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Erwärmen beziehungsweise Erhitzen des Bauteils 10. Bei dem Verfahren gemäß 4 wird beispielsweise die zweite Ausführungsform des Bauteils 10 verwendet, wobei jedoch selbstverständlich auch die anderen Ausführungsformen verwendet werden könnten. Bei dem Verfahren gemäß 4 wird das Bauteil 10 induktiv und somit berührungslos erwärmt. Hierzu wird wenigstens eine auch einfach als Spule 22 bezeichnete Induktionsspule verwendet, mittels welcher der Funktionsbereich 14 induktiv erwärmt wird. Wie in 4 durch Pfeile veranschaulicht ist, kann infolge des Erwärmens des Funktionsbereichs 14 Wärme von dem Funktionsbereich 14 an den Bauteilbereich 12 und den Grundbereich 16 übergehen, die nicht induktiv erwärmt werden können oder weniger stark induktiv erwärmt werden als der Funktionsbereich 14, welcher ferromagnetisch ist. Beispielsweise ist der Grundkörper (Grundbereich 16) aus einem nicht-ferromagnetischen, korrosionsbeständigen Stahl 1.4404 gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Bauteilbereich 12 zum Beispiel aus 1.4404 gebildet sein.
Mittels der Spule 22 wird ein Magnetfeld bereitgestellt. Durch das Magnetfeld wird ein Wirbelstrom im Funktionskörper erzeugt, während beispielsweise eine durch das Magnetfeld bewirkte Erzeugung eines Wirbelstroms in dem Bauteilbereich 12 und dem Grundbereich 16 unterbleibt oder während mittels des Magnetfelds in dem Bauteilbereich 12 und/oder dem Grundbereich 16 ein geringerer Wirbelstrom erzeugt wird als in dem Funktionsbereich 14. Somit erwärmt sich der Funktionskörper (Funktionsbereich 14), und Wärme fließt von dem Funktionsbereich 14 in das übrige Bauteil 10 und erwärmt dieses. Die in 4 gezeigten Pfeile deuten dabei einen Wärmestrom von dem Funktionsbereich 14 an den Bauteilbereich 12 und den Grundbereich 16 an.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen einer in 6 gezeigten vierten Ausführungsform des Bauteils 10. Bei der vierten Ausführungsform ist das Bauteil 10 beispielsweise eine Düse, die dadurch, dass die Düse den ferromagnetischen Funktionsbereich 14 aufweist, induktiv erwärmbar ist.
Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird ein durch den ersten Werkstoff gebildetes Pulverbett 24 bereitgestellt, aus welchem durch die additive Fertigung der Bauteilbereich 12 hergestellt wird.
Bei einem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird eine Ausnehmung 26 des Bauteilbereichs 12 durch die additive Fertigung hergestellt, wobei der insbesondere bereits beziehungsweise zuvor hergestellte Funktionsbereich 14 zumindest teilweise in die Ausnehmung 26 eingebracht wird. Bei einem dritten Schritt S3 des Verfahrens wird der Bauteilbereich 12 durch die additive Fertigung fertig hergestellt, wodurch der Funktionsbereich 14 vollständig in dem Bauteilbereich 12 aufgenommen wird. Beispielsweise wird der Funktionsbereich 14 mit dem ersten Werkstoff umdruckt.
Bei dem ersten Schritt S1 des Verfahrens erfolgt beispielsweise eine Vorfertigung des optimiert ausgerichteten Bauteilbereichs 12 mittels der additiven Fertigung, beispielsweise 3D-Druck. Bei dem zweiten Schritt S2 des Verfahrens wird beispielsweise der noch pulverförmige Werkstoff lokal entfernt, um hierdurch die Ausnehmung 26 zu schaffen, und der beispielsweise konventionell gefertigte Funktionskörper (Funktionsbereich 14) wird in der Ausnehmung 26 angeordnet. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens könnte der ferromagnetische Funktionskörper 14 unter Verwendung des zweiten Werkstoffs als zweite, ferromagnetische Pulversorte mittels der additiven Fertigung hergestellt, insbesondere gedruckt, werden. Bei dem dritten Schritt S3 wird die additive Fertigung zum Herstellen des Bauteilbereichs 12 fortgesetzt, wodurch der Funktionsbereich 14 allumfangsseitig von dem Bauteilbereich 12 umgeben wird. Insbesondere nach dem dritten Schritt S3 des Verfahrens werden das Pulverbett und Stützstrukturen 28, mittels welchen der Bauteilbereich 12 während der additiven Fertigung abgestützt wird, entfernt, und das Bauteil 10 wird beispielsweise entnommen.
Der auch als Zusatzkörper bezeichnete Funktionsbereich 14 kann beispielsweise als Platte, Quader, Würfel, Ring, Netz, Streckmetall, Faser oder Draht ausgebildet sein und/oder wenigstens eine oder mehrere Fasern umfassen und/oder wenigstens einen oder mehrere Drähte umfassen. Insbesondere kann der Funktionsbereich 14, insbesondere im Hinblick auf dessen Form, angepasst an einen lokalen Wärmebedarf im Bauteil 10 sein.
Bezugszeichenliste

10: Bauteil
12: Bauteilbereich
14: Funktionsbereich
16: Grundbereich
18: Baueinheit
20: Ausnehmung
22: Spule
24: Pulverbett
26: Ausnehmung
28: Stützstrukturen
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
S3: dritter Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3533964 C1 [0003]
DE 102015104239 B3 [0003]

Claims

Bauteil (10), mit wenigstens einem durch additive Fertigung aus einem ersten Werkstoff hergestellten Bauteilbereich (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) wenigstens einen zusätzlich zu dem Bauteilbereich (12) vorgesehenen, aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildeten und zumindest überwiegend ferromagnetischen Funktionsbereich (14) aufweist.
Bauteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Funktionsbereich (14) außenumfangsseitig zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, von dem Bauteilbereich (12) umgeben ist.
Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Funktionsbereich (14) zumindest teilweise an den Bauteilbereich (12) anschließt.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich (14) ein Volumen von mindestens 0,5 Kubikmillimeter, insbesondere mindestens 1 Kubikmillimeter und ganz insbesondere mindestens 5 Kubikmillimeter, aufweist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich (14) zumindest bereichsweise stoffschlüssig an den additiv gefertigten Bauteilbereich (12) angebunden ist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff ein korrosionsbeständiges Material, insbesondere ein Chromstahl, ein Chrom-Nickelstahl, ein Chrom-Nickel-Molybdänstahl oder ein Nickelbasiswerkstoff ist.
Bauteil nach (10) einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff eine Leichtmetalllegierung ist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) als eine Heizvorrichtung für eine Komponente eines teil- oder vollbatterieelektrischen Fahrzeugs ausgebildet ist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) als eine beheizbare Düse ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.