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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines zumindest ein Einlegeteil umfassenden Bauteils für ein Kraftfahrzeug, auf ein Bauteil, auf einen Stromrichter, einen elektrischen Achsantrieb, eine Getriebeeinrichtung und auf ein Kraftfahrzeug.
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Eine Vielzahl von Geräten oder Vorrichtungen wird heutzutage elektrisch betrieben, wodurch Komponenten mit den unterschiedlichsten Eigenschaften oder Merkmalen für unterschiedliche Anwendungsfälle benötigt werden. Um dies zu erfüllen wird oftmals bei einer Herstellung solcher Bauteile auf Silikonwerkzeuge zurückgegriffen. Solche Komponenten können dabei beispielsweise in der Automobilindustrie, aber auch in anderen Bereichen, in denen beispielsweise Antriebe oder Elektromotoren eingesetzt werden, verwendet werden.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines zumindest ein Einlegeteil umfassenden Bauteils für ein Kraftfahrzeug, ein verbessertes Bauteil, einen verbesserten Stromrichter, einen verbesserten elektrischen Achsantrieb, eine verbesserte Getriebeeinrichtung und auf ein verbessertes Kraftfahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz können beispielsweise Fertigungskosten reduziert und eine Flexibilität bezüglich beispielsweise kurzfristiger Designänderungen verbessert werden. Ferner kann eine Flexibilität bei einem Einstellen oder Anpassen einer zu fertigenden Stückzahl verbessert werden, sodass der vorgestellte Ansatz insgesamt eine zeiteffiziente Vorgehensweise ermöglichen kann.
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Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines zumindest ein Einlegeteil umfassenden Bauteils für ein Kraftfahrzeug vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Druckens einer Schale umfasst, wobei eine erste Seite der Schale mit einer Aufnahmestruktur für das Einlegeteil gedruckt wird. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt des Einlegens des mindestens einen Einlegeteils in die Aufnahmestruktur und einen Schritt des Druckens einer das Einlegeteil zumindest teilweise bedeckenden Schließschicht auf die erste Seite der Schale, um die Schale zu schließen.
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Durch das Verfahren kann vorteilhafterweise das Bauteil hergestellt werden, dass beispielsweise als Schnittstelle zwischen einem Stromrichter und einer elektrischen Maschine fungieren kann. Das Bauteil kann aber auch in Verbindung mit anderen Maschinen oder Geräten als ein Fahrzeug eingesetzt werden. Vorteilhafterweise kann das Bauteil als einteiliges oder als mehrteiliges Bauteil realisiert werden. Das Einlegeteil kann beispielsweise formschlüssig in die Schale eingelegt werden, die beispielsweise auch als Unterschale bezeichnet werden kann. Die Aufnahmestruktur kann beispielsweise gitterartig gedruckt werden, wodurch ein Gewicht der Schale und somit des Bauteils vorteilhaft beeinflusst werden kann. Beispielsweise kann der Schritt des Druckens ansprechend auf ein Ansteuersignal durchgeführt werden, welches beispielsweise an eine Schnittstelle zu einer Druckvorrichtung bereitgestellt werden kann. Weiterhin kann beispielsweise ein Stoppsignal ausgegeben werden, um nach Fertigstellung der Schale einen weiteren Druckvorgang stoppen oder wenigstens pausieren zu können. Das Einlegen kann automatisiert erfolgen. Durch das Schließen der Schale kann vorteilhafterweise das Bauteil als ein Teil fertiggestellt werden, in dem das Einlegeteil eingebettet sein kann. Vorteilhafterweise können dadurch Spaltmaße, die beispielsweise bei Klebeverbindungen auftreten können, vermieden werden. Zudem kann das gesamte Bauteil stabiler und mit einer Kostenersparnis realisiert werden. Dadurch, dass das Bauteil durch Drucken hergestellt wird, kann vorteilhafterweise ein Design des Bauteils spontan, beispielsweise nach Kundenwunsch, verändert und gleichzeitig Zeit in der Fertigung eingespart werden, da beispielsweise keine Werkzeugteile ausgetauscht werden müssen. Durch das Herstellungsverfahren kann das Bauteil demnach zeiteffizient und kostengünstig hergestellt werden. Weiterhin kann durch den hier vorgestellten Ansatz das Bauteil spaltfrei hergestellt werden, das somit elektrisch isoliert ist. Vorteilhafterweise ermöglicht der beschriebene Ansatz die Realisierung ummantelter Stromschienen. Jedoch kann das Umdrucken von Bauteilen jeglicher Art auch für Anwendungsfälle außerhalb der Elektronik verwendet werden.
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Der beschriebene Ansatz kann beispielsweise verwendet werden, um zu Beginn eines Projekts Anschauungsmuster zu erstellen, wie beispielsweise Kundenpräsentationen oder Ausstellungen, sowie beispielsweise funktionelle A-Muster mit kleinen Stückzahlen. Für einen solchen Anwendungsfall lohnt sich der Einsatz von beispielsweise Aluminium-Softtools nicht. Auch können durch den beschriebenen Ansatz Silikonwerkzeuge ersetzt werden, auf die beispielsweise in Verbindung mit Vakuumguss, zurückgegriffen werden könnte.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Schritte des Druckens unter Verwendung einer Druckervorrichtung durchgeführt werden. Die Druckervorrichtung kann vorteilhafterweise als ein 3D-Drucker ausgeführt sein. Weiterhin können die Schritte des Druckens unter Verwendung desselben oder alternativ unterschiedlicher Drucker ausgeführt werden. Vorteilhafterweise kann durch den hier vorgestellten Ansatz erreicht werden, dass Einlegeteile, wie beispielsweise Stromschienen oder Buchsen, mit eingebracht sind und auch von der Schließschicht, beispielsweise einem Kunststoffmaterial, umschlossen werden können.
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Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt des Aufheizens des mindestens einen Einlegeteils umfassen, um eine Temperatur des Einlegeteils an eine Temperatur eines im Schritt des Druckens der Schließschicht auf das Einlegeteil aufgedruckten Materials anpassen zu können. Der Schritt des Aufheizens kann beispielsweise unter Verwendung einer druckerexternen oder alternativ unter Verwendung einer druckerinternen Heizeinrichtung durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Temperatur dabei vorgegeben sein. Des Weiteren kann die zu erreichende Temperatur beispielsweise konstant gehalten werden und zusätzlich oder alternativ innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen. Vorteilhafterweise kann durch den Schritt des Aufheizens eine Haftwirkung der gedruckten Schließschicht an der metallischen Oberfläche des Einlegeteils verbessert werden. Vorteilhafterweise kann auf diese Weise eine Temperaturdifferenz, beispielsweise zwischen metallischen Komponenten, wie beispielsweise Stromschienen, gegenüber einem plastifizierten und aufgedruckten Kunststoffmaterial an einer Randschicht vermieden werden, wo das Kunststoffmaterial ansonsten sehr schnell abkühlen könnte.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ferner im Schritt des Aufheizens das ein Metall aufweisende Einlegeteil durch Bestromen aufgeheizt werden. Vorteilhafterweise kann das Einlegeteil als eine Stromschiene ausgeführt sein, die durch Bestromen im Schritt des Aufheizens erhitzt wird. Da Metall eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und Wärme somit schnell abgeleitet werden kann, kann das Einlegeteil vorteilhafterweise während, das bedeutet für die Dauer oder zumindest einen zeitweise während des Schrittes des Druckens der Schließschicht bestromt werden.
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Im Schritt des Aufheizens kann auch das Einlegeteil vor dem Schritt des Einlegens vorgeheizt werden. Beispielsweise kann das Einlegeteil aus Keramik ausgeformt sein, welche eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist. In diesem Fall kann das Einlegeteil vorgeheizt werden, beispielsweise in einem Ofen, und anschließend im erwärmten Zustand in die Schale eingesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Aufheizens eine Innentemperatur eines Fertigungsraumes für das Bauteil gegenüber einer Umgebungstemperatur erhöht werden. Der Fertigungsraum kann beispielsweise ein Innenraum einer Druckervorrichtung sein, in dem das Bauteil hergestellt werden kann. Das bedeutet, dass im Schritt des Aufheizens vorteilhafterweise eine Heizeinrichtung, beispielsweise als Heizkammer, zum Erhöhen der Innentemperatur innerhalb der Druckervorrichtung angeordnet sein kann.
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Zudem kann im Schritt des Druckens die Schale mit der Aufnahmestruktur gedruckt werden, die eine Seitenwand zum Ausformen eines Aufnahmebereichs zum Aufnehmen des Einlegeteils aufweisen kann. Der Aufnahmebereich kann im Gegensatz zu der restlichen Aufnahmestruktur vorteilhafterweise eine trichterähnliche Form aufweisen. Eine Höhe der Seitenwand kann weiterhin einer Höhe des Einlegeteils entsprechen oder ähneln, sodass diese vorteilhafterweise bündig zueinander abschließen können.
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Gemäß einer Ausführungsform kann Schritt des Druckens die Schale mit der Aufnahmestruktur gedruckt werden, die mindestens ein Haltestruktur zum Halten des Einlegeteils aufweisen kann. Die Haltestruktur kann beispielsweise als ein Halteelement, beispielsweise als eine Haltenase ausgeformt sein, in die das Einlegeteil beispielsweise eingeklipst sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Haltestruktur beispielsweise ein Zentrierelement, beispielsweise einen Zentrierstift ausformen, der in eine Öffnung oder Einbuchtung des Einlegelements eingreifen kann.
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Weiterhin kann im Schritt des Druckens die Schale mit der Aufnahmestruktur als Wabenstruktur gedruckt werden. Optional kann die Aufnahmestruktur eine Mehrzahl von Verstärkungsrippen aufweisen. Die Verstärkungsrippen können auch als Stege ausgeformt sein, durch die vorteilhafterweise die Schale stabilisiert werden kann. Die Verstärkungsrippen können sich über Abschnitte der Schale erstrecken, in die kein Einlegeteil eingelegt wird.
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Im Schritt des Druckens kann die Schale mit mindestens einer weiteren Aufnahmestruktur für mindestens ein weiteres Einlegeteil gedruckt werden. Im Schritt des Einlegens kann das mindestens eine weitere Einlegeteil in die mindestens eine weitere Aufnahmestruktur eingelegt werden. Im Schritt des Druckens kann die das mindestens eine weitere Einlegeteil zumindest teilweise bedeckenden Schließschicht auf die erste Seite der Schale gedruckt wird, um die Schale zu schließen. Somit kann die Schale mit einer Anzahl von Aufnahmestrukturen gedruckt werden, die der Anzahl der einzulegenden Einlegeteile entspricht. Beispielsweise können zwei, drei oder mehr Einlegeteile verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Schale mit drei Aufnahmestrukturen gedruckt werden. Die Form der Aufnahmestrukturen kann gleich, aber auch unterschiedlich sein. Auf diese Weise können auch unterschiedlich ausgeformte Einlegeteile aufgenommen werden. Auch können vorteilhafterweise zwei der Aufnahmestrukturen gespiegelt zueinander ausgeformt sein und von der dritten Aufnahmestruktur in ihrer Form abweichen.
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Im Schritt des Druckens der Schließschicht Material zum Ausformen der Schließschicht ausschließlich auf das Einlegeteil und die Aufnahmestruktur gedruckt werden. Das Material der Schließschicht kann beispielsweise Kunststoff sein. Vorteilhafterweise kann das Material der Schließschicht dem Material der Schale entsprechen, sodass das Bauteil einteilig ohne Spalte oder Verbindungsstellen hergestellt werden kann. Vorteilhafterweise können so Sollbruchstellen verhindert werden.
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Es wird ferner ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug vorgestellt, wobei das Bauteil unter Verwendung eines Verfahrens in einer zuvor genannten Variante hergestellt wurde. Das Bauteil weist dabei eine gedruckte Schale, die an einer ersten Seite eine Aufnahmestruktur für ein Einlegeteil aufweist, das in die Aufnahmestruktur eingelegte Einlegeteil und eine die Schale schließende gedruckte Schließschicht auf, die ausgeformt ist, um das Einlegeteil auf der ersten Seite der Schale zumindest teilweise zu bedecken.
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Das Bauteil kann beispielsweise als ein Anschluss oder Schnittstelle ausgeformt sein, der beispielsweise mit einer elektrischen Maschine des Fahrzeugs koppelbar oder gekoppelt sein kann.
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Daneben betrifft die Erfindung einen Stromrichter, insbesondere Wechselrichter, für ein Kraftfahrzeug mit einem Bauteil. Der Stromrichter zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauteil wie beschrieben ausgebildet ist.
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Daneben betrifft die Erfindung einen elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Maschine, einer Getriebeeinrichtung und einem Wechselrichter. Der elektrischen Achsantrieb zeichnet sich dadurch aus, dass der Stromrichter wie beschrieben ausgebildet ist.
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Die Getriebeeinrichtung kann ein Getriebe zum Reduzieren der Drehzahl der elektrischen Maschine sowie ein Differenzial aufweisen.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Achsantrieb und/oder einem Stromrichter. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass der elektrische Achsantrieb und/oder der Stromrichter wie beschrieben ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung einer Druckervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Bauteils für ein Kraftfahrzeug;
- 4 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines halbfertigen Bauteils für ein Kraftfahrzeug;
- 5 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Schale für ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug;
- 6 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils; und
- 7 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Bauteils für ein Kraftfahrzeug.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Kraftfahrzeug 100 wird beispielsweise auch als Fahrzeug bezeichnet und weist einen elektrischen Achsantrieb 102 auf, der wiederum mindestens eine elektrische Maschine 104, eine Getriebeeinrichtung 106 und einen Stromrichter 108 aufweist. Die elektrische Maschine 104 ist beispielsweise auch als Antriebseinheit oder als ein Elektromotor bezeichnet und ist beispielsweise mit der Getriebeeinrichtung 106 gekoppelt. Das Kraftfahrzeug 100 weist weiterhin eine Energieversorgungseinrichtung 110 auf, die beispielsweise als Batterie bezeichnet wird. Der Stromrichter 108 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen die Energieversorgungseinrichtung 110 und die elektrische Maschine 104 geschaltet. Der Stromrichter 108 weist einen Kondensator 112 und die Mehrzahl von Schaltern 114 auf, beispielsweise sechs an der Zahl. Weiterhin weist der Stromrichter 108 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen 116 auf.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Bauteil 118 verwendet, um den Stromrichter 108 und die elektrische Maschine 104 miteinander elektrisch zu verbinden. Beispielsweise ist das Bauteil 118 als Teil des Stromrichters 108 in dem Stromrichter 108 oder beispielsweise als Teil der elektrischen Maschine 104 in der elektrischen Maschine 104 verbaut. Dazu weist das Bauteil 118 beispielhaft drei Einlegeteile auf, die als Stromschienen zum Leiten eines dreiphasigen Wechselstroms realisiert sind. Eine solche Anwendung des Bauteils 118 ist lediglich beispielhaft genannt. Beispielsweise kann ein entsprechendes Bauteil 118 Teil des Stromrichters 108 oder Teil der elektrischen Maschine 104 selbst sein. Somit kann ein entsprechendes Bauteil 118 beispielsweise auch verwendet werden, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Stromrichter 108 und der Energieversorgungseinrichtung 110 herzustellen. Generell ist das Bauteil 118 vielfältig einsetzbar, und kann entsprechend ein oder mehrere Einlegeteile aufweisen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Druckervorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Druckervorrichtung 200 ist beispielsweise als ein 3D-Drucker ausgeformt, der einen Fertigungsraum 202 aufweist, innerhalb dessen das Bauteil 118 hergestellt wird. Das Bauteil 118 kann nach Fertigstellung beispielsweise für den Einsatz in einem Fahrzeug vorgesehen sein. Alternativ ist das Bauteil 118 auch in anderen Bereichen und/oder außerhalb der Elektronikbranche verwendbar.
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Die Druckervorrichtung 200 weist beispielhaft eine Steuereinheit 204 auf, die ausgebildet ist, um beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen des Bauteils 118 anzusteuern oder durchzuführen. Das Verfahren wird in 6 näher erläutert. Die Steuereinheit 204 ist beispielsweise ausgebildet, um geräteinterne Herstellungswerkzeuge, beispielsweise eine Druckeinrichtung 206 und eine Einlegeeinrichtung 208 anzusteuern, beispielsweise unter Verwendung eines ersten Ansteuersignals 210 zum Ansteuern der Druckeinrichtung 206 und eines zweiten Ansteuersignals 212 zum Ansteuern der Einlegeeinrichtung 208. Dadurch wird beispielsweise unter Verwendung der Druckeinrichtung 206 eine Schale mit einer Aufnahmestruktur für zumindest ein Einlegeteil gedruckt, anschließend unter Verwendung der Einlegeeinrichtung 208 das zumindest eine Einlegeteil in die Aufnahmestruktur eingelegt und schließlich unter Verwendung der Druckeinrichtung 206 eine das zumindest eine Einlegeteil zumindest teilweise bedeckende Schließschicht gedruckt. Optional wird die Einlegeeinrichtung 208 auch verwendet, um das fertige Bauteil 118 aus dem Fertigungsraum 202 zu entnehmen.
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3 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Bauteils 118 für ein Kraftfahrzeug. Das Bauteil 118 entspricht beispielsweise dem in mindestens einer der 1 bis 2 beschriebenen Bauteil 118. Das Bauteil 118 weist eine gedruckte Schale 300 auf, die an einer ersten Seite eine Aufnahmestruktur für ein Einlegeteil 302 aufweist. Die Schale 300 ist nachfolgend anhand von 5 näher beschrieben. Das Einlegeteil 302 ist ebenfalls Teil des Bauteils 118 und ist in 3 in das Bauteil 118 fix integriert. Zudem weist das Bauteil 118 eine die Schale 300 schließende gedruckte Schließschicht 304 auf, die ausgeformt ist, um das Einlegeteil 302 auf der ersten Seite der Schale 300 zumindest teilweise zu bedecken. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Schließschicht 304 derart ausgeführt, dass sie das Einlegeteil 302 fast vollständig überspannt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Bauteil 118 zudem ein weiteres Einlegeteil 306 und ein drittes Einlegeteil 308 auf, die analog zum Einlegeteil 302 in eine weitere Aufnahmestruktur und in eine dritte Aufnahmestruktur eingelegt sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind das Einlegeteil 302 und das dritte Einlegeteil 308 gespiegelt zueinander ausgeführt und in jeweils einem Randbereich 310, 312 des Bauteils 118 angeordnet. Das weitere Einlegeteil 306 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Einlegeteil 302 und dem dritten Einlegeteil 308 angeordnet.
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Das Bauteil 118 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel angrenzend an freie Enden der Einlegeteile 302, 306, 308 jeweils ein abgewinkeltes Schienenelement 313, 314, 316 auf, die beispielsweise mit den Einlegeteilen 302, 306, 308 elektrisch leitfähig verbunden sind. Beispielhaft sind die abgewinkelten Schienenelement 313, 314, 316 dünner als die Einlegeteile 302, 306, 308 ausgeformt. Die Schienenelemente 313, 314, 316 sind dabei lediglich beispielhaft als Stromschienenanschlüsse realisiert, die beispielsweise wie auch die Einlegeteile 302, 306, 308 in die Schale 300 einlegbar oder alternativ in offene Stellen der Schale 300 als Haltepunkte einschiebbar sind. In diesem Fall sind die Schienenelemente 313, 314, 316 und die jeweils zugeordneten Einlegeteile 302, 306, 308 jeweils miteinander verschweißt. Alternativ werden entsprechende abgewinkelte Enden durch die Einlegeteile 302, 306, 308 selbst ausgeformt, sodass die eingelegten Teile jeweils nicht mehrteilig sondern jeweils einteilig ausgeführt sein können. Die Einlegeteile 302, 306, 308 und/oder die Schienenelemente 313, 314, 316 können aus jedem elektrisch leitfähigen Material sein, beispielsweise aus Metall, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Stahl.
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An einem aus der Schale 300 herausragendem Ende weisen die Einlegeteile 302, 306, 308 gemäß einem Ausführungsbeispiel jeweils einen abgerundeten Befestigungsabschnitt 318, 320, 322 mit je einer Durchgangsöffnung 324, 326, 328 auf.
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Optional weist die Schließschicht 304 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von stiftartigen Noppen 330 auf sowie zumindest zwei gleichartig ausgeformte Fixierabschnitte 332, 334 zum Fixieren des Bauteils 118. Da die Schließschicht 304 und die Schale 300 das einteilige Bauteil 118 ausformen, sind die Fixierabschnitte 332, 334 ebenfalls in der Schale 330 ausgeformt.
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In dem in 3 gezeigten fertigen Zustand des Bauteils 118 ist das zumindest eine Einlegeteil 313, 314, 316 abgesehen von aus der Schale 330 herausragenden Enden, die beispielsweise zum Einleiten und Ableiten elektrischen Stroms verwendet werden können, vollständig von Material umdruckt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die in 3 gezeigten drei Einlegeteile 313, 314, 316 als Stromschienen zum Leiten eines dreiphasigen Wechselstroms verwendet.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines halbfertigen Bauteils für ein Kraftfahrzeug. Das hier dargestellte halbfertige Bauteil ähnelt dem in 3 beschriebenen Bauteil, wobei das halbfertige Bauteil hier ohne die Schutzschicht dargestellt ist. Es ist also die Schale 300 mit bereits eingelegten Einlegeteilen 302, 306, 308 gezeigt.
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Dadurch sind die Einlegeteile 302, 306, 308 und ihre Anordnung innerhalb der Aufnahmestrukturen 400, 402, 404 der Schale 300 sichtbar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Aufnahmestruktur 400 als Wabenstruktur realisiert, die zum einen Wände entsprechend einem Umriss des eingelegten Einlegeteils 302 und zum anderen optional eine Mehrzahl von Verstärkungsrippen 406 ausformt. Die Wände umgeben somit einen Aufnahmebereich zum Einlegen des jeweiligen Einlegteils auf. Die Verstärkungsrippen 406 erstrecken sich optional über einen Abschnitt der Schale 300 in dem kein Einlegeteil 302, 306, 308 eingelegt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel formen die Aufnahmestrukturen 400, 402, 404 jeweils Aufnahmebereiche zum Aufnehmen der Einlegeteile 302, 306, 308 und Verstärkungsrippen 406, 408 aus. So sind zwischen Aufnahmebereichen der Aufnahmestruktur 400 und der weiteren Aufnahmestruktur 402 die Mehrzahl von Verstärkungsrippen 406 und zwischen Aufnahmebereichen der weiteren Aufnahmestruktur 402 und der dritten Aufnahmestruktur 404 die Mehrzahl von weiteren Verstärkungsrippen 408 angeordnet.
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Die Einlegeteile 302, 304, 306 weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich optional einen jeweils aufgeweiteten Kopf 410, 412, 414 auf, der über einen geraden oder gebogenen Verbindungsabschnitt mit jeweils einem Befestigungsabschnitt 318, 320, 322 verbunden ist. Die Köpfe 410, 412, 414 sind in einer Reihe auf einer ersten Seite der Schale 300 angeordnet. Die Befestigungsabschnitte 318, 320, 322 sind in einer Reihe auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Schale 300 angeordnet.
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Um die Einlegeteile 302, 304, 306 in ihrer Position zu halten, weisen die Aufnahmestrukturen 400, 402, 404 gemäß einem Ausführungsbeispiel jeweils mindestens ein Halteelement 416 auf, wobei gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel pro Aufnahmestrukturen 400, 402, 404 zwei gegenüberliegende Halteelemente 416 verwendet werden. Die Halteelemente 416 sind jeweils als ein sich von einer Wand der Aufnahmestruktur in einen jeweiligen Aufnahmebereich hineinerstreckenden Vorsprung realisiert, unter den das jeweilige Einlegeteil 302, 304, 306 hindurchgeführt oder eingeclipst werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Aufnahmestrukturen 400, 402, 404 jeweils mindestens ein Zentrierelement 418 auf, das sich orthogonal von einem Boden der Schale 300 wegerstreckt und durch eine Durchgangsöffnung des jeweiligen Einlegeteils 302, 304, 306 geführt werden kann. Das gezeigte Zentrierelement 418 ist beispielhaft rechteckig ausgeführt, kann jedoch eine beliebige Querschnittsform aufweisen.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Schale 300 für ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug. Die hier dargestellte Schale 300 wird zum Herstellen des in 3 dargestellten Bauteils verwendet. Wie in 4 gezeigt, können Einlegeteile, hier beispielhaft drei Einlegeteile in die Schale 300 eingelegt werden, bevor in einem weiteren Druckvorgang eine Schließschicht aufgebracht wird, wie sie in 3 gezeigt ist.
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Somit ist die Schale 300 mit den Aufnahmestrukturen 400, 402, 404 dargestellt, die jeweils zumindest eine Seitenwand 500, 502, 504 zum Ausformen eines Aufnahmebereichs 506, 508, 510 zum Aufnehmen des jeweiligen Einlegeteils aufweisen.
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Die optionalen Verstärkungsrippen 406, 408 formen eine Wabenstruktur aus, die sich zwischen den Aufnahmebereichen 506, 508, 510 erstreckt.
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Die Schale 300 weist einen Boden auf, auf den die Aufnahmestrukturen 400, 402, 404, hier insbesondere die Seitenwände 500, 502, 504 und die Verstärkungsrippen 406, 408 aufgedruckt sind. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird nach Einlegen der Einlegteile die Schließlicht auf die Seitenwände 500, 502, 504 und die Verstärkungsrippen 406, 408 aufgedruckt, jedoch nicht auf Wabenabschnitte, die durch benachbarte de Verstärkungsrippen 406, 408 ausgeformt werden.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 600 zum Herstellen eines Bauteils. Das Verfahren 600 ist oder einzelne Schritte des Verfahrens 600 sind dabei beispielsweise unter Verwendung einer Druckervorrichtung durchführbar, wie sie beispielsweise in 2 beschrieben wurde.
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Das Verfahren 600 umfasst einen Schritt 602 des Druckens einer Schale, wobei eine erste Seite der Schale mit einer Aufnahmestruktur für das Einlegeteil gedruckt wird, einen Schritt 604 des Einlegens des mindestens einen Einlegeteils in die Aufnahmestruktur und einen Schritt 606 des Druckens einer das Einlegeteil zumindest teilweise bedeckenden Schließschicht auf die erste Seite der Schale, um die Schale zu schließen. Bezogen auf das anhand der 3 bis 5 beschriebene Ausführungsbeispiel werden im Schritt 604 drei separate Einlegeteile eingelegt.
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Lediglich optional umfasst das Verfahren 600 einen Schritt 608 des Aufheizens des mindestens einen Einlegeteils, um eine Temperatur des Einlegeteils an eine Temperatur eines im Schritt des Druckens der Schließschicht auf das Einlegeteil aufgedruckten Materials anzupassen. Abhängig von einem Material des Einlegeteils erfolgt dies auf eine geeignete Weise. Beispielsweise wird das Einlegeteil durch Bestromen während des Schrittes 606 des Druckens der Schließschicht durchgeführt. Dies eignet sich, wenn das Einlegeteil aus Metall gefertigt ist. Alternativ dazu wird das Einlegeteil vor dem Schritt 604 des Einlegens vorgeheizt, beispielsweise in einem Ofen. Dies eignet sich beispielsweise, wenn Einlegeteil aus Kunststoff oder Keramik gefertigt ist. Weiterhin alternativ wird im Schritt 608 des Aufheizens eine Innentemperatur eines Fertigungsraumes für das Bauteil gegenüber einer Umgebungstemperatur erhöht.
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Im Schritt 602 des Druckens wird die Schale mit einer geeignet ausgeformten Aufnahmestruktur gedruckt. Beispielsweise umfasst eine solche Aufnahmestruktur zumindest eine Seitenwand zum Ausformen eines Aufnahmebereichs zum Aufnehmen des Einlegeteils. Weiterhin optional wird im Schritt 602 des Druckens die Schale mit der Aufnahmestruktur gedruckt, die mindestens ein Halteelement, wie den in 4 gezeigten Steg oder das gezeigte Zentrierelement, aufweist, die zum Halten des Einlegeteils geeignet sind. Die Aufnahmestruktur wird dabei beispielsweise zumindest abschnittsweise als Wabenstruktur gedruckt. Zusätzlich zu Seitenwänden zum Formen des Aufnahmebereichs werden optional eine Mehrzahl von Verstärkungsrippen ausgeformt, die sich beispielsweise über einen außerhalb des Aufnahmebereichs erstreckenden Abschnitt eines Bodens der Schale erstrecken.
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Je nach Anzahl der einzulegenden Einlegeteile werden im Schritt 602 des Druckens mehrere Aufnahmestrukturen gedruckt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 606 des Druckens der Schließschicht Material zum Ausformen der Schließschicht ausschließlich auf das eingelegte Einlegeteil oder die eingelegten Einlegeteile sowie auf Elemente der Aufnahmestruktur gedruckt, sodass das Einlegeteil und auch optional weitere Einlegeteile von der Schließschicht bedeckt sind und fixiert werden.
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In anderen Worten ausgedrückt wird die Schale, die auch als Unterschale bezeichnet wird, mittels 3D-Druck im Schritt 602 des Druckens erstellt und dann wird der Prozess kurz pausiert. Im Schritt 604 des Einlegens wird das Einlegeteil, beziehungsweise werden die Stromschienen in die gedruckte Schale eingelegt und anschließend wird der Druckvorgang mit dem Schritt 606 des Druckens der Schließschicht fortgesetzt, sodass die Schale geschlossen wird. Lediglich optional werden die metallischen Einlegeteile im Schritt 606 des Aufheizens auf eine Temperatur gebracht. Je nach Wärmeleitkoeffizient des eingelegten Materials wird dabei ein geeignetes Verfahren zum Aufheizen ausgewählt werden. Bei Einlegeteilen mit guter Wärmeleitung, wie beispielsweise bei metallischen Teilen, wird die Temperatur ziemlich schnell wieder abgeben. Da der Druckprozess relativ lange dauert, wird die Erwärmung oder die Temperatur während des gesamten Druckprozesses möglichst konstant gehalten. Dies erfolgt beispielsweise durch eine Bestromung der metallischen Einlegeteile während des Druckprozesses. Bei Einlegeteilen mit schlechterer Wärmeleitung ist es beispielsweise ausreichend, die Temperatur mittels Vorheizens beispielsweise unter Verwendung eines Ofens zu erreichen. Diese Temperatur sollte wiederum während des gesamten Verfahrens 600 möglichst konstant sein. Eine andere Möglichkeit ist es, das Verfahren 600 unter erhöhter Umgebungstemperatur durchzuführen, beispielsweise mittels eines 3D-Druckers mit integrierter Heizkammer oder in einer Heizkammer integriert.
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7 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Bauteils 118 für ein Kraftfahrzeug. Das hier dargestellte Bauteil 118 entspricht beispielsweise dem in 3 beschriebenen Bauteil 118 und ist lediglich beispielhaft um 180° gedreht dargestellt, sodass die Schienenelemente 313, 314, 316 sichtbar dargestellt sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist zudem die stufenartige Form der Schienenelemente 313, 314, 316 verdeutlicht. Zudem weist die Schale 300 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Löchern 700 auf, die beispielsweise als Durchgangsöffnungen oder alternativ als Vertiefungen realisiert sind. Beispielsweise handelt es sich dabei um Befestigungsöffnungen.
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Bezugszeichen
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- 100
- Kraftfahrzeug
- 102
- elektrischer Achsantrieb
- 104
- elektrische Maschine
- 106
- Getriebeeinrichtung
- 108
- Stromrichter
- 110
- Energieversorgungseinrichtung
- 112
- Kondensator
- 114
- Mehrzahl von Schaltern
- 116
- elektrische Leitungen
- 118
- Bauteil
- 200
- Druckervorrichtung
- 202
- Fertigungsraum
- 204
- Steuereinheit
- 206
- Druckeinrichtung
- 208
- Einlegeeinrichtung
- 210
- erstes Ansteuersignal
- 212
- zweites Ansteuersignal
- 300
- Schale
- 302
- Einlegeteil
- 304
- Schließschicht
- 306
- weiteres Einlegeteil
- 308
- drittes Einlegeteil
- 310
- Randbereich
- 312
- Randbereich
- 313
- Schienenelement
- 314
- weiteres Schienenelement
- 316
- drittes Schienenelement
- 318
- Befestigungsabschnitt
- 320
- weiterer Befestigungsabschnitt
- 322
- dritter Befestigungsabschnitt
- 324
- Durchgangsöffnung
- 326
- weitere Durchgangsöffnung
- 328
- dritte Durchgangsöffnung
- 330
- Noppen
- 332
- Fixierabschnitt
- 334
- Fixierabschnitt
- 400
- Aufnahmestruktur
- 402
- weitere Aufnahmestruktur
- 404
- dritte Aufnahmestruktur
- 406
- Verstärkungsrippen
- 408
- weitere Verstärkungsrippen
- 410
- Kopf
- 412
- weiterer Kopf
- 414
- dritter Kopf
- 416
- Halteelement
- 418
- Zentrierelement
- 500
- Seitenwand
- 502
- weitere Seitenwand
- 504
- dritte Seitenwand
- 506
- Aufnahmebereich
- 508
- weiterer Aufnahmebereich
- 510
- dritter Aufnahmebereich
- 600
- Verfahren zum Herstellen eines Bauteils
- 602
- Schritt des Druckens einer Schale
- 604
- Schritt des Einlegens
- 606
- Schritt des Druckens einer Schließschicht
- 608
- Schritt des Aufheizens
- 700
- Löcher
