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Die Erfindung betrifft ein Kontaktierungsblech, das dazu eingerichtet ist mit einem Sensordraht verbunden zu werden und in einem Faserverbundmaterial verpresst zu werden, wobei das Kontaktierungsblech einen plattenartigen Grundkörper aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Textiles Halbzeug mit einem solchen Kontaktierungsblech, ein Herstellungsverfahren für ein Verbundbauteil, ein Verbundbauteil und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Verbundbauteil.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ansätze zur elektrischen Kontaktherstellung in Verbundbauteilen bekannt. Beispielhaft wird auf die
DE 10 2014 018 979 A1 und die
DE 10 2011 109 474 A1 hingewiesen. Für das Herstellen von Lötverbindungen außerhalb von Verbundmaterialen wird zum technologischen Hintergrund beispielhaft auf die
DE 2 008 735 A hingewiesen sowie auf den Einsatz sogenannter Lötösen.
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Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen, wie beispielsweise einem Unterbodenschutzelement, für Kraftfahrzeuge ist es erforderlich, dass ein in dem Faserverbundbauteil angeordneter Sensordraht elektrisch leitend verbunden bzw. kontaktiert werden kann, so dass mittels einer Steuereinheit oder dergleichen entsprechende Signale abgegriffen werden können. Hierzu können Kontaktierungsbleche eingesetzt werden, die mit einem Ende des Sensordrahts verbunden sind und die dann von außen, etwa mittels einer Schraube oder eines Bolzens oder dergleichen elektrisch leitend kontaktiert werden können, auch wenn das Kontaktierungsblech in dem Faserverbundbauteil integral aufgenommen ist.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Kontaktierungsblech anzugeben, beidem eine zuverlässige und stabile Verbindung mit dem Sensordraht ermöglicht ist, insbesondere unter der Berücksichtigung einer weiteren Verarbeitung in einer Formwerkzeug.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kontaktierungsblech, ein Halbzeug, ein Herstellungsverfahren, ein Verbundbauteil und Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des jeweils unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird also ein Kontaktierungsblech, das dazu eingerichtet ist mit einem Sensordraht verbunden zu werden und in einem Faserverbundmaterial verpresst zu werden, wobei das Kontaktierungsblech einen plattenartigen Grundkörper aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass das Kontaktierungsblech eine geprägte Vertiefung aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine materialschlüssige Verbindung, insbesondere Lötverbindung mit dem Sensordraht aufzunehmen. Hierdurch ist sichergestellt, dass der angelötete Sensordraht und das aufgebrachte Lotmaterial bei einem späteren Verpressen in einem Formwerkzeug nicht von dem Kontaktierungsblech gelöst werden können. Insbesondere wird auch einem Abscheren des Sensordrahts entgegen gewirkt.
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Bei dem Kontaktierungsblech kann die Vertiefung in einem Randbereich des Kontaktierungsblechs vorgesehen sein. Hierdurch ergibt sich in dem Randbereich eine Art muldenartige oder wannenartige Vertiefung, die auf einer Seite offen ist. Über die offene Randseite kann der Sensordraht zu dem Kontaktierungsblech geführt werden und in der Vertiefung kann das Lotmaterial aufgebracht werden.
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Das Kontaktierungsblech kann wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweisen, die derart angeordnet ist, dass eine gedachte Verbindungslinie zwischen der Vertiefung und der Durchgangsöffnung im Wesentlichen parallel zu einem Rand des Kontaktierungsblechs verläuft, an dem keine Vertiefung vorgesehen ist. Eine solche Durchgangsöffnung kann insbesondere dazu genutzt werden, das Kontaktierungsblech sticktechnisch an einem textilen Halbzeug, insbesondere glasfaserhaltigem Gewebe oder Vlies, temporär zu befestigen. Ferner unterstützt eine solche Durchgangsöffnung die spätere Fixierung des Kontaktierungsblechs in einem verpressten Verbundbauteil, weil durch die Durchgangsöffnung erwärmter Kunststoff hindurchtritt, so dass nach dem Abkühlen und Verfestigen des Kunststoffs eine formschlüssige Verbindung zwischen Kontaktierungsblech und Kunststoff entsteht.
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Das Kontaktierungsblech kann zusätzlich zu der wenigstens einen Durchgangsöffnung rillenartige oder lochartige Verbindungsabschnitte aufweisen, die dazu eingerichtet sind, eine formschlüssige Verbindung mit einer Kunststoffmasse zu bilden. Derartige Verbindungsabschnitte verbessern die abschließende Verbindung zwischen Kontaktierungsblech und dem formgepressten Verbundbauteil.
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Das Kontaktierungsblech kann einen vordefinierten Kontaktierungsbereich aufweisen, der außerhalb der Vertiefung vorgesehen ist, insbesondere in einem zentralen Bereich des plattenartigen Grundkörpers. Da die Lage des Kontaktierungsblechs in einem fertigen Verbundbauteil im Wesentlich bekannt ist, aber auch durch entsprechende Analyseverfahren nachträglich bestimmt werden kann, ist es möglich, mittels einer Schraube, eines Bolzens oder dergleichen, die im Bereich des Kontaktierungsbereichs am Verbundbauteil angebracht wird, eine elektrische Verbindung zu dem im Verbundbauteil aufgenommenen Kontaktierungsblech und dem Sensordraht herzustellen.
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Weiter wird ein textiles Halbzeug vorgeschlagen, insbesondere glasfaserhaltiges Gewebe oder Vlies, mit wenigstens einem oben beschriebenen Kontaktierungsblech und einem Sensordraht, der mit dem Kontaktierungsblech im Bereich der Vertiefung materialschlüssig verbunden ist, wobei das Kontaktierungsblech und der Sensordraht sticktechnisch an dem textilen Halbzeug fixiert sind.
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Bei dem textilen Halbzeug kann das Kontaktierungsblech derart an dem Halbzeug fixiert ist, dass die Vertiefung des Kontaktierungsblechs von dem Halbzeug abgewandt ist. Mit anderen Worten ist die muldenartige oder wannenartige Vertiefung so ausgeführt, dass deren eher konvexe Außenseite dem Halbzeug zugewandt ist und deren eher konkave Innenseite von dem Halbzeug abgewandt ist. Hierdurch kann die Vertiefung des Kontaktierungsblechs als Schutz für den materialschlüssig befestigten bzw. festgelöteten Sensordraht dienen, insbesondere gegenüber einem Formwerkzeug, in welchem das Halbzeug zur Herstellung eines Verbundbauteils aufgenommen und unter Druck geformt und gepresst wird.
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Bei dem textilen Halbzeug kann das Kontaktierungsblech im Bereich seiner wenigstens einen Durchgangsöffnung sticktechnisch mit dem Halbzeug verbunden sein. Dabei ermöglicht die die wenigstens eine Durchgangsöffnung eine einfache und zuverlässige Verbindung zwischen dem Kontaktierungsblech und einem Fixierungsfaden, der mit dem textilen Halbzeug verbunden ist.
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Vorgeschlagen wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils, insbesondere eines Unterbodenschutzelements für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines ersten textilen Halbzeugs mit integriertem Sensordraht;
- Bereitstellen eines oben beschriebenen Kontaktierungsbleches;
- Vorläufiges Fixieren des Kontaktierungsblechs an dem Halbzeug; Materialschlüssiges Verbinden des Sensordrahts mit dem Kontaktierungsblech im Bereich der am Kontaktierungsblech ausgebildeten Vertiefung; Bereitstellen eines zweiten textilen Halbzeugs;
- Anordnen von dem ersten textilen Halbzeug und dem zweiten textilen Halbzeug in einem Formwerkzeug, derart dass zwischen den beiden Halbzeugen ein Hohlraum gebildet ist, wobei das erste textile Halbzeug derart in dem Formwerkzeug angeordnet wird, dass die materialschlüssige Verbindung dem Hohlraum zugewandt ist;
- Füllen des Hohlraums mit einer Kunststoffpressmasse und Verpressen der beiden Halbzeuge mit der Kunststoffpressmasse zu dem Verbundbauteil.
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Bei dem Verfahren kann das vorläufige Fixieren des Kontaktierungsblechs mit dem Halbzeug mittels einer sticktechnischen Verbindung erfolgen.
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Bei dem Verfahren kann die materialschlüssige Verbindung zwischen Sensordraht und Kontaktierungsblech durch Löten erfolgen.
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Vorgeschlagen wird auch ein mehrlagiges Verbundbauteil, insbesondere Unterbodenschutzelement für ein Kraftfahrzeug, mit
einer ersten Faserverbundschicht;
einer zweiten Faserverbundschicht;
einer zwischen den Faserverbundschichten angeordnete Kunststoffschicht, wobei die Faserverbundschichten und die Kunststoffschicht miteinander verpresst sind, wobei die erste Faserverbundschicht wenigstens einen Sensordraht aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass in der ersten Faserverbundschicht wenigstens ein mit einem betreffenden Sensordraht materialschlüssig verbundenes, oben beschriebenes Kontaktierungsblech angeordnet ist.
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Ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug kann mit einem derartigen Unterbodenschutzelement ausgeführt sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
- 1 eine vereinfachte und schematische Draufsicht auf ein Kontaktierungsblech, das an einem textilen Halbzeug angeordnet ist;;
- 2 eine vereinfachte und schematische Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie II-II der 1;
- 3 in den Teilfiguren A) bis C) vereinfacht und schematisch Verfahrensschritte zur Herstellung eines Verbundbauteils mit einem Kontaktierungsblech.
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In 1 ist in einer vereinfachten und schematischen Draufsicht ein Kontaktierungsblech 10 gezeigt. Das Kontaktierungsblech 10 ist hier beispielhaft auf einem textilen Halbzeug 12, insbesondere einem glasfaserhaltigen Gewebe oder Vlies, angeordnet.
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Das Kontaktierungsblech 10 weist eine im Wesentlichen rechteckige Form mit einem plattenartigen Grundkörper 14, zwei längeren Seiten bzw. Rändern 16 und zwei kürzeren Seiten bzw. Rändern 18 auf. An dem in der 1 linken Rand 18 weist das Kontaktierungsblech 10 eine geprägte Vertiefung 20 auf. Die Vertiefung 20 ist dazu eingerichtet ist, eine materialschlüssige Verbindung 22, insbesondere Lötverbindung mit einem Sensordraht 24 aufzunehmen.
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Der hier nur als kurzes Stück dargestellte Sensordraht 24 ist mittels textiler Techniken mit dem Halbzeug 12 verbunden. Insbesondere dient der Sensordraht 24 dazu, in einem fertigen Verbundbauteil Verformungen oder/und Beschädigungen an dem Verbundbauteil zu detektieren aufgrund von Änderungen des elektrischen Widerstands in dem Sensordraht 24. Ein solcher Sensordraht 24 kann beispielsweise mäanderförmig auf einem textilen Halbzeug 12 angeordnet sein.
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Das Kontaktierungsblech 10 weist im gezeigten Beispiel zwei Durchgangsöffnungen 26 auf. Die Anzahl der Durchgansöffnung 26 ist nicht auf zwei beschränkt, es kann auch nur eine Durchgangsöffnung 26 vorgesehen sein oder es können mehr zwei solcher Durchgangsöffnungen 26 vorgesehen sein.
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Das Kontaktierungsbleche 10 ist mittels eines Stickfadens 28 temporär mit dem textilen Halbzeug 12 verbunden, insbesondere mittels geeigneter sticktechnischer Fixierung, was durch das Kreuz 30 vereinfacht illustriert ist. Es wird darauf hingewiesen, dass auch der Sensordraht 24 mittels des Stickfadens 28 an dem Halbzeug 12 befestigt sein kann. Ferner ist es auch denkbar, dass der Sensordraht 24 zusammen mit dem Stickfaden 28 nach der Verbindungsstelle 22 zu der Durchgangsöffnung 26 geführt wird.
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In 1 ist mit einem gestrichelten Rechteck, das hier auf dem Grundkörper 14 des Kontaktierungsblechs 10 eingezeichnet ist, ein Kontaktierungsbereich 32 angedeutet. Der Kontaktierungsbereich 32 dient insbesondere dazu, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktierungsblech 10 und einer externen Komponente, wie etwa einem Steuergerät oder dergleichen herzustellen, beispielsweise unter Verwendung einer Schraube, eines Bolzend oder dergleichen, dessen Spitze mit dem Kontaktierungsbereich in Berührung steht.
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Aus der 1 ist ferner ersichtlich, dass eine gedachte Verbindungslinie zwischen der Vertiefung 20 und der Durchgangsöffnung 26 im Wesentlichen parallel zu einem Rand 16 des Kontaktierungsblechs verläuft, an dem keine Vertiefung 20 vorgesehen ist.
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2 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie II-II der 1 das Kontaktierungsblech 10 und das Halbzeug 12.
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Aus dieser Darstellung ist nochmals die geprägte Vertiefung 20 in dem Kontaktierungsblech 10 ersichtlich. In der muldenartig oder wannenartig ausgebildeten Vertiefung 20 ist der Sensordraht 24 mittels einer Verlötung 22 mit dem Kontaktierungsblech 10 elektrisch leitend verbunden.
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Aus der Schnittansicht 22 ist auch ersichtlich, dass der Stickfaden 28 durch die Durchgangsöffnungen 26 geführt ist und mit dem Halbzeug 12 sticktechnisch verbunden ist, so dass das Kontaktierungsblech 10 zumindest temporär an dem Halbzeug 12 fixiert ist, insbesondere für eine weitere Verarbeitung des Halbzeugs 12 zusammen mit dem Kontaktierungsblech 10.
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3 zeigt in den Teilfiguren A) bis C) ein Verfahren 500 zum Herstellen eines Verbundbauteils, insbesondere eines Unterbodenschutzelements für ein Kraftfahrzeug. Dabei umfasst das Verfahren 500 folgende Schritte:
- In einem Schritt S501 erfolgt ein Bereitstellen eines ersten textilen Halbzeugs 12 mit integriertem Sensordraht.
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Gemäß einem Schritt S502 erfolgt ein Bereitstellen eines Kontaktierungsbleches 10.
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In einem Schritt S503 erfolgt ein vorläufiges Fixieren des Kontaktierungsblechs 10 an dem Halbzeug 12. Das vorläufige Fixieren des Kontaktierungsblechs 10 mit dem Halbzeug 12 kann dabei mittels einer sticktechnischen Verbindung erfolgen.
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Gemäß einem Schritt S504 erfolgt ein materialschlüssiges Verbinden des Sensordrahts 24 mit dem Kontaktierungsblech 10 im Bereich der am Kontaktierungsblech 10 ausgebildeten Vertiefung 20. Die materialschlüssige Verbindung zwischen Sensordraht 24 und Kontaktierungsblech 10 kann dabei insbesondere durch Löten erfolgen.
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Der bis hierhin gemäß dem Verfahren 500 erreichte Zustand des Halbzeugs 12 mit dem daran vorläufig fixierten Kontaktierungsblech ist aus der 3A ersichtlich.
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Gemäß einem weiteren Schritt S505 erfolgt ein Bereitstellen eines zweiten textilen Halbzeugs 12a.
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Gemäß Schritt S506 erfolgt ein Anordnen von dem ersten textilen Halbzeug 12 und dem zweiten textilen Halbzeug 12a in einem Formwerkzeug, derart dass zwischen den beiden Halbzeugen 12, 12a ein Hohlraum 40 gebildet ist, wobei das erste textile Halbzeug 12 derart in dem Formwerkzeug angeordnet wird, dass die materialschlüssige Verbindung 22 dem Hohlraum 40 zugewandt ist. In der 3A ist das Formwerkzeug durch die Pfeile 42 schematisch angedeutet.
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Gemäß einem Schritt S507 erfolgt ein Füllen des Hohlraums 40 mit einer Kunststoffpressmasse 44 und anschließend gemäß Schritt S508 ein Verpressen der beiden Halbzeuge 12, 12a mit der Kunststoffpressmasse 44 zu dem Verbundbauteil 50. Dies ist in 3B illustriert.
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3C zeigt das fertige Verbundbauteil 50 mit seinem Schichtaufbau, insbesondere der beiden glasfaserhaltigen Deckschichten 12, 12a und der dazwischen liegenden Kunststoffschicht 44. Auch das im Verbundteil aufgenommene, form- und materialschlüssig verbundene Kontaktierungsblech 10 ist ersichtlich. Ferner zeigt 3C vereinfacht ein Verbindungselement 46, beispielsweise eine Schraube oder ein Bolzen, das dazu eingerichtet ist, eine elektrische Verbindung zu dem im Verbundbauteil 50 aufgenommenen Kontaktierungsblech 10 und somit zu dem Sensordraht 24 zu ermöglichen.
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3C illustriert beispielhaft auch die formschlüssige Verbindung zwischen der Kunststoffschicht 44 und dem Kontaktierungsblech 10, wenn der Kunststoff 44 zumindest teilweise in bzw. durch die Durchgangsöffnungen 26 gelangt und darin aushärtet. Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass das Kontaktierungsblech 10 weitere, hier nicht dargestellte, lochartige oder rillenartige Verbindungsabschnitte aufweisen kann, in die Kunststoffmaterial 44 gelangen kann, um eine verbesserte Formschlussverbindung zwischen Kunststoff und Kontaktierungsblech 10 zu ermöglichen.
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Das hier gezeigte Kontaktierungsblech 10 kann beispielsweise für ein Unterbodenschutzelement (Verbundbauteil 50) eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Mittels des Kontaktierungsblechs 10, das beispielsweise über das in 3C gezeigte Verbindungselement 46 mit einer Steuereinheit des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht, können Änderungen des elektrischen Widerstands im Sensordraht 24 erfasst werden, um hieraus Rückschlüsse auf eine Verformung, ein Anprall oder gar eine Beschädigung des Unterbodenschutzelements ziehen zu können. Ein solches Unterbodenschutzelement aus einem Faserverbundmaterial kommt insbesondere bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen zum Einsatz und schützt eine oberhalb angeordnete Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014018979 A1 [0002]
- DE 102011109474 A1 [0002]
- DE 2008735 A [0002]
