EP3718164A1 - Hybridbauteil mit temperierraum - Google Patents

Hybridbauteil mit temperierraum

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Publication number
EP3718164A1
EP3718164A1 EP18812095.0A EP18812095A EP3718164A1 EP 3718164 A1 EP3718164 A1 EP 3718164A1 EP 18812095 A EP18812095 A EP 18812095A EP 3718164 A1 EP3718164 A1 EP 3718164A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
plastic
hybrid
metal
metal component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18812095.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Kalemba
Fabian Schongen
Philipp Grunden
Lothar Patberg
Andreas Walter
Hans Ferkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3718164A1 publication Critical patent/EP3718164A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid component in particular as a wall of an energy storage unit, comprising a metal component and a plastic component, wherein the metal component and the plastic component are positively and / or non-positively and / or materially connected to each other.
  • Such hybrid components are known from the prior art in various embodiments.
  • a metal component and a plastic component By combining a metal component and a plastic component, the advantages of both materials, in particular the relatively high strength of the metal and the good plasticity of the plastic can be combined.
  • the temperature control that occurs during charging and operation of an energy storage unit is often integrated in the wall or in stabilizing support elements.
  • a temperature control plate for a galvanic cell is known, which can optionally have a channel for guiding a temperature control medium.
  • the tempering plate is at least partially formed from a plastic compound which contains an additive for increasing the thermal conductivity.
  • the disadvantage of such a component lies in the relatively low strength and load capacity of the plastic material.
  • a hybrid component is proposed in particular as a wall of an energy storage unit, comprising a metal component and a plastic component, wherein the metal component and the plastic component are positively and / or non-positively and / or materially connected to each other, where the hy- Bridging part has at least one tempering for the passage of a heat-carrying or cold-carrying medium.
  • the tempering is formed either by a Ka channel or cavity in the interior of the plastic component or is disposed between the metal and the plastic component, so that each of the two components each represent a part of the boundary of the temperature.
  • the tempering space thus formed serves to transport heat, wherein the heat flow can be directed either towards or away from the hybrid component.
  • a heat-conducting or cold-conducting medium is passed through the tempering space.
  • passing through is to be understood here as meaning that the medium is either transported through the tempering space or, for example in the form of a solid heat carrier, fills the tempering space and the heat transport is achieved via the heat conduction in the medium.
  • the hybrid component preferably has a plurality of such temperature control chambers.
  • a wall, a housing or stabilizing supporting elements for a technical device can be realized.
  • the hybrid component can be used for temperature compensation in devices with components that heat up directly at the location of the local heating.
  • advantageously lighter and more compact designs can be achieved.
  • Possible applications for the hybrid component according to the invention in addition to walls for energy storage units and housings for electrical machines, interior cooling for vehicles, machine tools, refrigerated containers, semi-trailers, control rooms, elevators or living containers.
  • the metal component has a modified surface and / or a plastic coupling layer at least in a contact region to the plastic component.
  • the metal component is positively and / or materially bonded to the plastic component via the modified surface or the plastic coupling layer.
  • a modified surface according to the invention is the result of a surface treatment.
  • the surface treatment may be a plasma treatment, plasma coating, corona treatment or the application of a layer.
  • the application of a layer can be carried out using any method known to the person skilled in the art and suitable for the layer and for the surface of the metal component, preferably by means of a method selected from the group consisting of or consisting of gas phase separation, spraying, painting, dipcoating , Melt dipping, slot nozzle coating, knife coating, dip coating, spray coating, roll coating, galvanizing, thermal spraying, coil coating, grip coating and powder coating.
  • the modified surface ie the interface of the metal component or contact surface, is a surface which improves the adhesion of the plastic component.
  • the surface of the metal component is modified so as to ensure better adhesion of the plastic component compared to a surface without this modification.
  • the modified surface is a cleaned surface.
  • the purification is carried out by a method known to the person skilled in the art.
  • the modified surface is detectable as an interface (contact surface) of the metal component, which may also be formed as a boundary layer.
  • the modified surface in this alternative is not a metal surface or phase which in all properties is identical to that of the metal component.
  • a detectable interface to be assigned to the metal component is present on the metal component which, due to a modification brought about by the modification, has properties other than an untreated sheet metal surface.
  • cleaning ie the removal of impurities, does not correspond to an improvement in the surface, since the cleaning does not result in any modification of the interface and thus there is no detectable, modified surface.
  • a layer which improves the adhesion of the plastic component is applied to the metal component directly or to a modified surface as described above.
  • the metal component is preferably brought into contact with an aqueous conversion composition which contains zinc, manganese and phosphorus pentoxide, at least in a contact region to the plastic component.
  • aqueous conversion composition can be carried out by methods known to the person skilled in the art, preferably by means of a process selected from the group consisting of syringes, slot die coating, doctor blade layers, dip coating, spray coating, roll coating and coil coating. Subsequently, the liquid film produced therewith is dried, so that a layer is formed.
  • a plastic coupling layer is applied as an alternative or in addition to the modified surface and / or to the conversion composition.
  • the application of the plastic coupling layer can be carried out by any method known to the person skilled in the art and suitable for the layer and for the surface of the metal component, preferably by means of a method selected from the group described above for layers.
  • the plastic coupling layer is called Polymer film applied to the optionally pretreated as described above, metal component te. The metal component and the polymer film, which forms the plastic coupling layer, are optionally heated individually or together, brought together and placed on each other and pressed together.
  • the polymer film used is a thermoplastic or a mixture of thermoplastics selected from the group consisting of or consisting of: polypropylene (PP), polyamide (PA), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), thermoplastic elastomer and compounds of these plastics, wherein polyamide, polyethylene or mixtures thereof are preferred.
  • a compound is a composition comprising a polymer or a combination of at least 2 polymers (as polyblend and / or copolymer) and further substances selected from the group consisting of or consisting of: fillers, reinforcing agents, additives, stabilizers , Initiators and antioxidants.
  • the plastic coupling layer on the metal component contains a reaction product of polyamide, maleic anhydride grafted polyethylene and reactive polymer, and optionally also the said starting materials and optionally fillers, unused initiators and / or peroxides, antioxidants, or consists thereof.
  • the plastic coupling layer on the metal component has a thickness between 0.005 and 2.0 mm, preferably 0.005 and 1.5 mm, 0.005 and 1.0 mm, particularly preferably between 0.02 and 2.0 mm, preferably 0, 02 and 1, 5 mm, 0.02 and 1, 0 mm, 0.005 and 1, 0 mm, 0.02 and 1, 0 mm, 0.01 and 1, 0 mm, in particular 0.02 and 0.5 mm , preferably between 0.03 and 0.2 mm.
  • a gaseous or liquid or solid medium or a dispersion is passed through the at least one tempering.
  • this means that a gaseous or liquid or solid medium or a dispersion through the tempering is affordably bar or is located therein, so that the tempering comprises a gaseous or liquid solid medium or a dispersion or contains or contains ,
  • the medium either absorbs heat on the walls of the tempering space or delivers it to the walls, the transport of the heat through the tempering space taking place either by heat conduction or by transport of the medium itself.
  • the medium can be air which flows through the temperature-control chamber and supplies or dissipates heat at the contact surface to the plastic or metal component. According to the invention, it is preferably a liquid medium which is moved by a pump through the tempering space.
  • the medium is a solid material with high thermal conductivity, so that the transport of heat takes place via heat conduction.
  • the at least one tempering space is formed by a channel in the plastic component or by a heat conductor embedded in the plastic component.
  • the tempering is completely formed in the plastic component.
  • the good plasticity of the plastic can be utilized in the production process for this purpose, and then the molded plastic component with the tempering space can be connected to the metal component.
  • the geometric shape of the tempering space can be adapted to the requirements of the manufacturing process, as well as be designed to realize the most effective heat transfer. If the temperature chamber is a channel through which a liquid or gaseous medium flows, a desirable flow behavior can also be generated by the shape of the channel, for example by providing as little resistance as possible to the flow through a straight channel course becomes.
  • a first surface of the metal component facing the plastic component has a wave form and / or a second surface of the plastic component facing the metal component has a wave form and the temperature control space is between the first and second surface formed.
  • the tempering space can advantageously be produced particularly easily, since it is formed essentially by a simple shaping of one or both components and the subsequent joining together of the two components.
  • the wave-shaped first surface of the metal component is arranged on a planar surface of the plastic component, so that between the wave profile and the straight profile several channel-shaped cavities result, which function as tempering chambers.
  • the metal component is a wave-shaped metal plate.
  • Suitable metals are aluminum, magnesium and, preferably, steel materials.
  • the wave-shaped metal plate is a corrugated steel sheet.
  • the metal plate has a thickness between 0.2 and 6.0 mm, in particular between 0.2 and 4.0 mm, 0.2 and 2.0 mm, 0.2 and 1.5 mm, preferably 0.3 and 6.0 mm, 0.3 and 4.0 mm, 0.3 and 2.0 mm, 0.3 and 1.5 mm, 0.3 and 1.2 mm, preferably between 0.4 and 6, 0 mm, 0.4 and 4.0 mm, 0.4 and 2.0 mm, 0.4 and 1, 5 mm, 0.4 and 1, 0 mm.
  • the plastic component has a wave-shaped profile and is arranged on a flat surface of the metal component.
  • Another possibility which is preferred according to the invention consists in the fact that both the metal and the plastic components are in the form of undulating plates, the wave crests of the metal component being connected to the oppositely curved crests of the plastics material. Material component are connected so that the tempering between the corresponding, opposing wave troughs are formed.
  • the connection is preferably cohesive, wherein the metal surface is additionally provided with a plastic coupling layer.
  • the hybrid component on a further plastic component and a further metal component, wherein the plastic component and the further plastic component between the metal component and the further metal component are arranged and the At least one tempering space is at least partially formed between a wave-shaped first surface of the plastic component and a wave-shaped second surface of the further plastic component.
  • the hybrid component consists of a total of four components, wherein the two plastic components are arranged between the metal components and are preferably connected to them in a materially bonded manner.
  • a first surface of the plastic component facing away from the metal component is wave-shaped and faces a likewise undulating second surface of the other plastic component.
  • the wave crests of the two plastic surfaces are materially bonded, so that the wave troughs lying opposite one another form channels which act as tempering chambers.
  • This arrangement can advantageously be produced by arranging two identical metal-plastic hybrid structures mirror-image-to-each other and integrally joining them. It is also conceivable that a single metal-plastic hybrid structure with corrugated plastic surface is folded so that two wave crests lie on each other and are connected.
  • the hybrid component to a further metal component, wherein the plastic component in the form of spacers between the metal component and the further metal component is arranged and the at least one tempering between the metal component and the further metal component is formed.
  • the two metal components are preferably in the form of steel plates or sheets, and the plastic component is preferably in the form of columns or beams disposed between the metal components.
  • a temperature control is at least partially limited by one or both metal components, so that, through the tempering passed medium is advantageously directly in contact with the metal component and the heat transfer to the medium is thus particularly efficient.
  • the hybrid component has a further component and the at least one tempering space is formed between a wave-shaped surface of the plastic component and the further component.
  • the tempering space or preferably a plurality of tempering spaces is formed in this way between the concave recesses of the Weilenförmigen plastic surface and, the plastic surface facing surface of the component.
  • Additional plastic elements can advantageously be injection-molded and / or molded directly onto the hybrid component in the manufacturing process.
  • a connection for the inlet and return line of the medium conducted through the temperature control room can be integrated directly into the hybrid component via the hose connections.
  • a plastic component facing away from the surface of the metal component is galvanized.
  • the galvanizing advantageously produces not only additional corrosion protection but also increased heat radiation.
  • Another object of the invention is a method for producing a hybrid component described above, wherein the plastic component is formed by thermal pressing or plastic injection molding or extrusion molding with a core or extrusion with a depositor.
  • the plastic is preferably a thermoplastic such as, for example, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polyamides (PA), polyactate (PLA), polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET) , Polyurethane (PU), Polyphenylsulfide (PPS), Polysulfone (PSU), Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polystyrene (PS), Polyetheretherketone (PEEK), Polyvinylchloride (PVC) or any mixtures of these plastics.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • PA polyamides
  • PLA polyactate
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • PC poly
  • duroplastic plastics are also possible.
  • Other possible materials are high-performance plastics for applications at higher temperatures such as polyaryls, aromatic polyesters (polyarylates) and polyamides (polyaramides) such as poly-m-phenyleneisophthalamide (PMI), heterocyclic polymers such as polyimides, polybenzimidazoles and polyetherimide, polyetherimides, polybenzimidazoles (PBI), aromatic polyamides Basis of poly-m-phenyleisophthalamide (PMI), polyaramid fibers, liquid crystal polymers (LCP Liquid Crystalline Polymers), fluoropolymers, perfluoroalkoxylalkane (PFA), polyphenylenes etc.
  • Denkar are also compounds in which base polymers are heat and / or additives or rendered electrically conductive or otherwise functionalized.
  • the plastic component is connected by lamination with the metal component.
  • Another object of the invention is a method for producing a hybrid component described above, wherein the plastic component is connected to the metal component and the at least one tempering is subsequently generated by locally focused ge electromagnetic radiation in the interior of the plastic component.
  • the shaping of the plastic component prior to connection to the metal component can be carried out particularly easily.
  • only a plastic plate can be used as the starting material, in which, after being connected to the metal component, the tempering chambers are produced with focused laser beams.
  • the metal component is produced by sheet metal forming. This process step can be combined with all the aforementioned embodiments of the production process.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a hybrid component according to the invention.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a hybrid component according to the invention.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a hybrid component according to the invention.
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of a hybrid component according to the invention.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of a hybrid component according to the invention.
  • FIG. 6 shows a sixth exemplary embodiment of a hybrid component according to the invention.
  • FIG. 7 shows a seventh exemplary embodiment of a hybrid component according to the invention.
  • FIG. 8 shows an eighth embodiment of a hybrid component according to the invention.
  • FIG. 9 shows an alternative to the design of a temperature control room.
  • FIG. 10 shows a further alternative to the design of a temperature control room.
  • FIG. 1 schematically shows a first exemplary embodiment of a hybrid component 1 according to the invention.
  • the hybrid component 1 consists of a metal component 2, preferably a steel sheet, on which a plastic component 3 is arranged in the form of a plastic layer and connected to it in a material-locking manner.
  • the metal surface may additionally be provided with a plastic coupling layer.
  • the tempering chambers 4 are formed by a plurality of channels running in the plastic component 3, which channels have a circular cross-section in the illustrated embodiment. Also conceivable are other cross-sectional shapes, wherein the shape and size of the cross section should be based on the fact that the channels during the Her- io
  • the process of shaping can be well shaped and, on the other hand, the respective heat-transporting or cold-transporting medium can be easily guided through the channels.
  • the medium can either flow in gaseous or liquid form through the channels or be embedded in the channels in the form of a good heat-conducting solid.
  • FIG. 2 schematically shows a second exemplary embodiment of a hybrid component 1 according to the invention.
  • the hybrid component 1 consists of a wave-shaped metal component 2, which is arranged on a plastic component 3.
  • the wave-shaped metal component 2 is in the contact areas with the plastic component 3 with this materially connected and the surface of the metal component 2 can be additionally provided for this purpose with a plastic coupling layer.
  • the tempering 4 are formed by the cavities, which form the spaces between the metal and the plastic component 3, 4.
  • FIG. 3 schematically shows a third exemplary embodiment of a hybrid component 1 according to the invention.
  • the hybrid component 1 here consists of a wave-shaped metal component 2 and also a wave-shaped plastic component 3, which are arranged in mirror image to each other and are connected to the contact surfaces cohesively.
  • the metal component 2 is a steel sheet which may have a plastic coupling layer at least at the contact surface to the plastic component 3.
  • the tempering chambers 4 are formed by the channels, which result from the wave forms of the two components 2, 3.
  • FIG. 4 schematically shows a fourth exemplary embodiment of a hybrid component 1 according to the invention.
  • a wave-shaped plastic component 3 is arranged on a flat metal component 2 and connected to it at the contact points by means of a plastic coupling layer cohesively.
  • the channels result, analogous to Figure 2, from the spaces between the metal and the plastic component 2, 3rd
  • FIG. 5 schematically shows a fifth exemplary embodiment of a hybrid component 1 according to the invention.
  • the plastic component 3 has here on the upper side a wavy contour, on top of which a metal component 2 is applied.
  • the metal component 2 has a plastic coupling layer at least at the contact points to the plastic component 3 and is connected to the plastic component 3 in a materially bonded manner.
  • the tempering 4 are formed by the concave indentations of the Weil-shaped contour, which include 2 channel-shaped cavities with the metal component.
  • FIG. 6 schematically shows a sixth exemplary embodiment of a hybrid component 1 according to the invention.
  • the plastic component 3 is here arranged on the metal component 2 and bonded to it in a material-locking manner.
  • connection can be achieved, for example, simply by applying the plastic component 3 to the metal component 2 by lamination.
  • the metal component 2 additionally has a plastic coupling layer for this purpose.
  • the side facing away from the metal component 2 of the plastic component 3 has a wavy contour, which rests against a component 5, that between the contact points channel-shaped gaps arise, which act as tempering 4.
  • the temperature chambers 4 are partially bounded by a surface of the component 5, so that a medium conducted through the temperature control chambers 4 can advantageously absorb or release heat directly on the component 5.
  • FIG. 7 schematically shows a seventh exemplary embodiment of a hybrid component 1 according to the invention.
  • the hybrid component 1 is here formed by two metal components 2, 6 and two plastic components 3, 7, wherein the two plastic components 3, 7 between the metal components 2, 6 and arranged with them by means of a plastic coupling layer are connected cohesively.
  • the two plastic components 3, 7 each have on their, the respective metal component 2, 6 facing away from a wel- lenförmige contour and are connected to each other at the contact points cohesively, so that channels are formed between the indentations of the two wavy contours , which act as a tempering 4.
  • FIG. 8 schematically shows an eighth embodiment of a hybrid component 1 according to the invention.
  • the hybrid component 1 here consists of two metal components 2, 6, which are so spaced over spacers 3 ', 7' made of plastic, that form a plurality of juxtaposed channels between the two metal components 2, 6 through the spacers. 3 ', 7' are separated from each other.
  • the plastic component 3 is formed in this embodiment of the spacers 3 ', T and the Tempe- riersammlung 4 of the running between the metal components 2, 6 channels.
  • This embodiment can be produced in a simple manner by arranging the spacers 3 ', 7' made of plastic in a first production step on the metal components 2, 6 and integrally connected to them, wherein the metal components 2, 6 for this purpose have a plastic coupling layer over which the connection between metal and plastic can be improved.
  • the metal component 2 with the spacers T is mirror-inverted to the metal component 3 with the spacers. stand holders 3 'arranged and the spacers 3', 7 'materially connected to each other at their contact points.
  • FIG. 9 schematically shows an alternative to the design of a temperature control chamber 4.
  • the hybrid component 1 here consists of a wave-shaped metal component 2 and a further, likewise wave-shaped metal component 2 ', which are arranged in mirror images of one another and are connected to one another in a material-locking manner at the contact surfaces.
  • the metal component 2 is a steel sheet which may have a plastic coupling layer at least at the contact surface to the further metal component 2 '.
  • the temperature control chambers 4 are formed by the channels, which result from the wave forms of the two components 2, 2 '.
  • FIG. 10 schematically illustrates a further alternative to the design of a temperature-controlled space 4.
  • a wave-shaped metal component 2 ' is arranged on a flat metal component 2 and with it at the contact points by means of a

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridbauteil insbesondere als Wandung einer Energiespeichereinheit, aufweisend eine Metall-Komponente und eine Kunststoff-Komponente, wobei die Metall-Komponente und die Kunststoff-Komponente formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil mindestens einen Temperierraum zur Durchleitung eines wärmeführenden oder kälteführenden Mediums aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hybridbauteils.

Description

BESCHREIBUNG
Titel
Hybridbauteil mit Temperierraum
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridbauteil insbesondere als Wandung einer Ener- giespeichereinheit, aufweisend eine Metall-Komponente und eine Kunststoff-Komponente, wobei die Metall-Komponente und die Kunststoff-Komponente formschlüssig und/oder kraft- schlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Derartige Hybridbauteile sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Durch die Verbindung einer Metall-Komponente und einer Kunststoff-Komponente lassen sich die Vorteile beider Materialen, insbesondere die relativ hohe Festigkeit des Me- talls und die gute Formbarkeit des Kunststoffs miteinander kombinieren. Bei der Verwendung in einer technischen Vorrichtung, in der es zu lokaler Wärmentwicklung kommt, ist es häufig notwendig, eine zusätzliche Komponente zur Temperaturkontrolle anzubringen. Für die Ab- wärme, die beim Laden und beim Betrieb einer Energiespeichereinheit anfällt, wird die Tem- peraturkontrolle dagegen häufig in die Wandung oder in stabilisierende Stützelemente inte- griert. Aus der DE 10 201 1 002 415 A1 ist beispielsweise eine Temperierplatte für eine gal vanische Zelle bekannt, die optional einen Kanal zum Führen eines Temperiermittels aufwei- sen kann. Die Temperierplatte ist dabei zumindest abschnittsweise aus einem Kunststoff- compound gebildet, welcher ein Additiv zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit enthält. Der Nachteil eines derartigen Bauteils liegt in der relativ geringen Festigkeit und Belastbarkeit des Kunststoffmaterials.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein temperierbares Bau- teil mit hoher Formstabilität bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Hybridbauteil insbesondere als Wandung einer Energie- speichereinheit vorgeschlagen, aufweisend eine Metall-Komponente und eine Kunststoff- Komponente, wobei die Metall-Komponente und die Kunststoff-Komponente formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei das Hy- bridbauteil mindestens einen Temperierraum zur Durchleitung eines wärmeführenden oder kälteführenden Mediums aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil ist der Temperierraum entweder durch einen Ka nal oder Hohlraum im Inneren der Kunststoff-Komponente gebildet oder ist zwischen der Metall- und der Kunststoff-Komponente angeordnet, so dass jede der beiden Komponenten jeweils einen Teil der Begrenzung des Temperierraums darstellen. Der so gebildete Tempe- rierraum dient dazu, Wärme zu transportieren, wobei der Wärmefluss entweder zu dem Hy- bridbauteil hin oder von ihm weg gerichtet sein kann. Zu diesem Zweck wird durch den Temperrierraum ein wärmeführendes oder kälteführendes Medium geleitet. Der Begriff „Durchleiten“ ist hier so aufzufassen, dass das Medium entweder durch den Temperraum transportiert wird oder, beispielsweise in Form eines festen Wärmeträgers den Temperier- raum ausfüllt und der Wärmetransport über die Wärmeleitung im Medium erreicht wird. Erfin- dungsgemäß bevorzugt weist das Hybridbauteil eine Mehrzahl solcher Temperierräume auf. Mit dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil lässt sich eine Wandung, ein Gehäuse oder stabi- lisierende Stützelemente für eine technische Vorrichtung realisieren. Durch den, direkt in das Hybridbauteil integrierten Temperierraum lässt sich das Hybridbauteil bei Vorrichtungen mit sich erwärmenden Komponenten direkt am Ort der lokalen Erwärmung für einen Tempera- turausgleich einsetzen. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise leichtere und kompaktere Bauformen erzielen. Mögliche Anwendungen für das erfindungsgemäße Hybridbauteil sind neben Wandungen für Energiespeichereinheiten auch Gehäuse für elektrische Maschinen, Innenraumkühlungen für Fahrzeuge, Werkzeugmaschinen, Kühlcontainer, Sattelauflieger, Leitstände, Aufzüge oder Wohncontainer.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Metall-Komponente zumin- dest in einem Kontaktbereich zur Kunststoff-Komponente eine modifizierte Oberfläche und/oder eine Kunststoffkoppelschicht auf. Über die modifizierte Oberfläche oder die Kunst- stoffkoppelschicht ist die Metall-Komponente form- und/oder stoffschlüssig mit der Kunst- stoff-Komponente verbunden.
Eine modifizierte Oberfläche im Sinne der Erfindung ist das Ergebnis einer Oberflächenbe- handlung. Bei der Oberflächenbehandlung kann es sich um eine Plasmabehandlung, Plas- mabeschichtung, Koronabehandlung oder das Aufträgen einer Schicht handeln. Das Auftra- gen einer Schicht kann mit jedem dem Fachmann bekannten und für die Schicht und für die Oberfläche der Metall-Komponente geeigneten Verfahren durchgeführt werden, bevorzugt mittels eines Verfahrens ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus Gas- phasenabscheidung, Spritzen, Lackieren, Tauchlackierung, Schmelztauchen, Schlitzdüsen- beschichten, Rakelbeschichten, Tauchbeschichten, Sprühbeschichten, Walzbeschichten, Galvanisierten, thermisches Spritzen, Coil Coating, Gripp Coating und Pulverbeschichten. Aufgrund der oben genannten Oberflächenbehandlung oder Aufträgen einer Schicht ist die modifizierte Oberfläche, also die Grenzfläche der Metall-Komponente oder Kontaktfläche, eine die Haftung der Kunststoff-Komponente verbessernde Oberfläche. Die Oberfläche der Metall-Komponente liegt so modifiziert vor, dass sie im Vergleich zu einer Oberfläche ohne diese Modifikation, eine bessere Haftung der Kunststoff-Komponente gewährleistet.
In einer Alternative ist die modifizierte Oberfläche eine gereinigte Oberfläche. Die Reinigung erfolgt mit einem dem Fachmann bekannten Verfahren.
In einer weiteren Alternative ist die modifizierte Oberfläche als Grenzfläche (Kontaktfläche) der Metall-Komponente, die auch als Grenzschicht ausgebildet sein kann, nachweisbar. Bei der modifizierten Oberfläche handelt es sich in dieser Alternative nicht um eine Metalloberflä- che bzw. Phase die in allen Eigenschaften identisch zu jener der Metall-Komponente ist. Vielmehr liegt eine der Metall-Komponente zuzuordnende, nachweisbare Grenzfläche auf der Metall-Komponente vor, welche aufgrund einer durch geführten Modifikation andere Ei- genschaften aufweist als eine nichtbehandelte Metallblechoberfläche. Eine Reinigung, also das Entfernen von Verunreinigungen, entspricht in dieser Alternative nicht einer Verbesse- rung der Oberfläche, da durch die Reinigung keine Modifikation der Grenzfläche stattfindet und somit auch keine nachweisbare, modifizierte Oberfläche vorliegt.
In einer Ausführung wird auf die Metall-Komponente, unmittelbar oder auf eine wie oben be- schriebene modifizierte Oberfläche, eine die Haftung der Kunststoff-Komponente verbes- sernde Schicht aufgetragen. Bevorzugt wird dazu die Metall-Komponente zumindest in ei- nem Kontaktbereich zur Kunststoff-Komponente mit einer wässerigen Konversionszusam- mensetzung in Kontakt gebracht, die Zink, Mangan und Phosphorpentoxid enthält.
Das Aufträgen der wässrigen Konversionszusammensetzung kann mit dem Fachmann be- kannten Verfahren durchgeführt werden, bevorzugt mittels eines Verfahrens ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus Spritzen, Schlitzdüsenbeschichten, Rakelbe- schichten, Tauchbeschichten, Sprühbeschichten, Walzbeschichten und Coil Coating. An- schließend wird der hiermit hergestellte Flüssigkeitsfilm aufgetrocknet, sodass eine Schicht ausgebildet wird.
In einer weiteren Ausführung wird alternativ oder zusätzlich zu der modifizierten Oberfläche und/oder zu der Konversionszusammensetzung eine Kunststoffkoppelschicht aufgetragen. Das Aufträgen der Kunststoffkoppelschicht kann mit jedem dem Fachmann bekannten und für die Schicht und für die Oberfläche der Metall-Komponente geeigneten Verfahren durch- geführt werden, bevorzugt mittels eines Verfahrens ausgewählt aus der Gruppe wie oben für Schichten beschrieben. In einer bevorzugten Alternative wird die Kunststoffkoppelschicht als Polymerfilm auf die, gegebenenfalls wie oben beschrieben vorbehandelte, Metall-Komponen- te aufgetragen. Die Metall-Komponente und der Polymerfilm, der die Kunststoffkoppelschicht bildet, werden gegebenenfalls einzeln oder zusammen erhitzt, zusammengeführt und anein- ander gelegt sowie miteinander verpreßt. In einer Alternative wird als Polymerfilm ein ther- moplastischer Kunststoff oder eine Mischung aus thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus: Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), thermoplastisches Elastomer und Compounds dieser Kunststoffe, wobei Polyamid, Polyethylen oder deren Mischungen bevor- zugt sind. Im Sinne der Erfindung ist ein Compound eine Zusammensetzung enthaltend ein Polymer oder eine Kombination von mindestens 2 Polymeren (als Polyblend und/oder Copo- lymer) sowie weitere Stoffe ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus: Füll- stoffe, Verstärkungsstoffe, Additive, Stabilisatoren, Initiatoren und Antioxidantien. In einer Alternative enthält die Kunststoffkoppelschicht auf der Metall-Komponente ein Reaktionspro- dukt aus Polyamid, Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polyethylen und Reaktivpolymer, sowie gegebenenfalls noch die genannten Edukte und gegebenenfalls Füllstoffe, nicht verbrauchte Initiatoren und/oder Peroxide, Antioxidantien, oder besteht daraus. Die Kunststoffkoppel- schicht auf der Metall-Komponente weist eine Dicke zwischen 0,005 und 2,0 mm, bevorzugt 0,005 und 1 ,5 mm, 0,005 und 1 ,0 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,02 und 2,0 mm, bevorzugt 0,02 und 1 ,5 mm, 0,02 und 1 ,0 mm, 0,005 und 1 ,0 mm, 0,02 und 1 ,0 mm, 0,01 und 1 ,0 mm, insbesondere 0,02 und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,03 und 0,2 mm auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist durch den mindestens einen Temperierraum ein gasförmiges oder flüssiges oder festes Medium oder eine Dispersi- on (heterogenes Gemisch) geleitet. Im Sinne der Erfindung bedeutet dies, dass ein gasförmi- ges oder flüssiges oder festes Medium oder eine Dispersion durch den Temperierraum leist bar ist oder sich darin befindet, also das der Temperierraum ein gasförmiges oder flüssiges festes Medium oder eine Dispersion aufweist bzw. beinhaltet oder enthält. Das Medium nimmt an den Wänden des Temperierraums entweder Wärme auf oder gibt diese an die Wände ab, wobei der Transport der Wärme durch den Temperieraum entweder durch Wär- meleitung oder durch einen Transport des Mediums selbst vor sich geht. Bei dem Medium kann es sich im einfachsten Falle um Luft handeln, die durch den Temperierraum strömt und an der Kontaktfläche zur Kunststoff- oder Metall-Komponente Wärme zu- oder abführt. Erfin- dungsgemäß bevorzugt handelt es sich um ein flüssiges Medium, das durch eine Pumpe durch den Temperierraum bewegt wird. Denkbar ist auch, dass es sich bei dem Medium um ein festes Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit handelt, so dass der Transport der Wärme über Wärmeleitung stattfindet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der mindestens eine Temperierraum durch einen Kanal in der Kunststoff-Komponente oder durch einen in der Kunststoff-Komponente eingebetteten Wärmeleiter gebildet. In dieser Ausführungsform ist der Temperierraum vollständig in der Kunststoff-Komponente gebildet. Vorteilhafterweise lässt sich im Herstellungsprozess dafür die gute Formbarkeit des Kunststoffs ausnutzen und die geformte Kunststoff-Komponente mit dem Temperierraum anschließend mit der Metall- Komponente verbinden. Die geometrische Form des Temperierraums kann dabei sowohl an die Erfordernisse des Herstellungsprozesses angepasst sein, als auch darauf ausgerichtet sein, einen möglichst effektiven Wärmeübertrag zu realisieren. Handelt es sich bei dem Tem- perierraum um einen Kanal, durch den ein flüssiges oder gasförmiges Medium strömt, kann außerdem durch die Form des Kanals ein wünschenswertes Strömungsverhalten erzeugt werden, indem beispielsweise durch einen geraden Kanalverlauf dem Durchfluss ein mög- lichst geringer Widerstand entgegen gesetzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist eine der Kunststoff-Komponen- te zugewandte erste Oberfläche der Metall-Komponente eine Wellenform auf und/oder eine der Metall-Komponente zugewandte zweite Oberfläche der Kunststoff-Komponente weist eine Wellenform auf und der Temperierraum ist zwischen der ersten und zweiten Oberfläche gebildet. Der Temperierraum lässt sich in dieser Ausführungsform vorteilhafterweise beson- ders einfach hersteilen, da er im Wesentlichen durch eine einfache Formgebung einer oder beider Komponenten und das anschließende Zusammenfügen der beiden Komponenten gebildet wird. Erfindungsgemäß bevorzugt ist die wellenförmige erste Oberfläche der Metall- Komponente an einer ebenen Oberfläche der Kunststoff-Komponente angeordnet, so sich zwischen dem Wellenprofil und dem geraden Profil mehrere kanalförmige Hohlräume erge- ben, die als Temperierräume fungieren. Besonders bevorzugt ist die Metall-Komponente eine wellenförmige Metallplatte. Als Metall kommen Aluminium-, Magnesium- und vorzugs- weise Stahlwerkstoffe in Betracht, insbesondere ist die wellenförmige Metallplatte ein wellen- förmiges Stahlblech. Die Metallplatte weist eine Dicke zwischen 0,2 und 6,0 mm, insbeson- dere zwischen 0,2 und 4,0 mm, 0,2 und 2,0 mm, 0,2 und 1 ,5 mm, bevorzugt 0,3 und 6,0 mm, 0,3 und 4,0 mm, 0,3 und 2,0 mm, 0,3 und 1 ,5 mm, 0,3 und 1 ,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,4 und 6,0 mm, 0,4 und 4,0 mm, 0,4 und 2,0 mm, 0,4 und 1 ,5 mm, 0,4 und 1 ,0 mm auf. Alternativ ist auch denkbar, dass die Kunststoff-Komponente ein wellenförmiges Profil auf- weist und an einer ebenen Oberfläche der Metall-Komponente angeordnet ist. Eine weitere erfindungsgemäß bevorzugte Möglichkeit besteht darin, dass sowohl die Metall- als auch die Kunststoff-Komponente als wellenförmig geformte Platten vorliegen, wobei die Wellenkäm- me der Metall-Komponente mit den entgegengesetzt gekrümmten Wellenkämmen der Kunst- stoff-Komponente verbunden sind, so dass die Temperierräume zwischen den entsprechen- den, einander gegenüber liegenden Wellentälern gebildet sind. Erfindungsgemäß bevorzugt ist die Verbindung stoffschlüssig, wobei die Metalloberfläche zusätzlich mit einer Kunststoff- koppelschicht versehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Hybridbauteil eine weitere Kunststoff-Komponente und eine weitere Metall-Komponente auf, wobei die Kunststoff-Kom- ponente und die weitere Kunststoff-Komponente zwischen der Metall-Komponente und der weiteren Metall-Komponente angeordnet sind und der mindestens eine Temperierraum zu- mindest teilweise zwischen einer wellenförmigen ersten Oberfläche der Kunststoff-Kompo- nente und einer wellenförmigen zweiten Oberfläche der weiteren Kunststoff-Komponente gebildet ist. Das Hybridbauteil besteht bei dieser Ausgestaltung aus insgesamt vier Kompo- nenten, wobei die beiden Kunststoff-Komponenten zwischen den Metall-Komponenten ange- ordnet sind und mit diesen vorzugsweise stoffschlüssig verbunden sind. Dabei ist eine, von der Metall-Komponente abgewandte erste Oberfläche der Kunststoff-Komponente wellenför- mig ausgebildet und einer ebenfalls wellenförmig ausgebildeten zweiten Oberfläche der an- deren Kunststoff-Komponente zugewandt. Die Wellenkämme der beiden Kunststoffoberflä- chen sind stoffschlüssig verbunden, so dass die, einander gegenüber liegenden Wellentäler Kanäle bilden, die als Temperierräume fungieren. Diese Anordnung lässt sich vorteilhafter- weise dadurch hersteilen, dass zwei identische Metall-Kunststoff-Hybridstrukturen spiegel- bildlich zueinander angeordnet und stoffschlüssig verbunden werden. Denkbar ist auch, dass eine einzige Metall-Kunststoff-Hybridstruktur mit gewellter Kunststoffoberfläche so gefaltet wird, dass jeweils zwei Wellenkämme aufeinander liegen und verbunden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Hybridbauteil eine weitere Metall-Komponente auf, wobei die Kunststoffkomponente in Form von Abstandshaltern zwi- schen der Metall-Komponente und der weiteren Metall-Komponente angeordnet ist und der mindestens eine Temperierraum zwischen der Metall-Komponente und der weiteren Metall- Komponente gebildet ist. Die beiden Metall-Komponenten liegen vorzugsweise als Stahl- Platten oder -bleche vor und die Kunststoff-Komponente hat vorzugsweise die Form von Säulen oder Balken, die zwischen den Metall-Komponenten angeordnet sind. Auf diese Wei- se kann sich entweder ein einziger, zusammenhängender Temperierraum ergeben oder eine Anordnung von Kanälen, bei denen die Abstandshalter als Trennwände zwischen den einzel- nen Kanälen wirken. Bei dieser Ausführungsform ist ein Temperierraum zumindest teilweise von einer oder beiden Metall-Komponenten begrenzt, so dass ein, durch den Temperierraum geleitetes Medium vorteilhafterweise direkt mit der Metall-Komponente in Kontakt steht und die Wärmeübertragung auf das Medium dadurch besonders effizient verläuft.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Hybridbauteil ein weiteres Bauteil auf und der mindestens eine Temperierraum ist zwischen einer wellenförmigen Ober- fläche der Kunststoff-Komponente und dem weiteren Bauteil gebildet. Der Temperierraum oder vorzugsweise eine Mehrzahl von Temperierräumen wird auf diese Weise zwischen den konkaven Einbuchtungen der weilenförmigen Kunststoffoberfläche und der, der Kunststoffo- berfläche zugewandten Oberfläche des Bauteils gebildet. So wird auf besonders einfache Weise ein Temperierraum für das Bauteil zur Verfügung gestellt, bei dem der Temperierraum vorteilhafterweise teilweise von dem Bauteil begrenzt wird, so dass ein, durch den Tempe- rierraum geleitetes Medium besonders effektiv Wärme von dem Bauteil aufnehmen oder an es abgeben kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Hybridbauteil Schlauchan- schlüsse und/oder Halterungen und/oder versteifende Elemente und/oder Anschläge und/oder Rastelemente und/oder Stützelemente auf. Zusätzliche Elemente aus Kunststoff können vorteilhafterweise beim Herstellungsprozess direkt an das Hybridbauteil angespritzt und/oder angeformt werden. Über die Schlauchanschlüsse lässt sich vorteilhafterweise ein Anschluss für die Ein- und Rückleitung des, durch den Temperierraum geleiteten Mediums direkt in das Hybridbauteil integrieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine der Kunststoff-Komponente abgewandte Oberfläche der Metall-Komponente verzinkt. Die Verzinkung erzeugt vorteilhaf- terweise neben einem zusätzlichen Korrosionsschutz auch eine erhöhte Wärmeabstrahlung.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen Hybridbauteils, wobei die Kunststoff-Komponente durch thermisches Pressen oder Kunststoffspritzguss oder Fließpressen mit einem Kern oder Fließpressen mit einem Einleger geformt wird. Bei dem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um einen thermo- plastischen Kunststoff wie beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polyactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephtha- lat (PET), Polyurethan (PU), Polyphenylsulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyvinylchlorid (PVC) oder beliebige Mischungen dieser Kunststoffe. Möglich sind auch duroplastische Kunststoffe, Elastomere sowie thermoplastische Elastomere. Weitere mögliche Materialen sind Hochleis- tungskunststoffe für Anwendungen bei höheren Temperaturen wie Polyaryle, Aromatische Polyester (Polyarylate) und Polyamide (Polyaramide) wie Poly-m-phenylenisophthalamid (PMI), Heterocyclische Polymere wie Polyimide, Polybenzimidazole und Polyetherimid, Poly- etherimide, Polybenzimidazole (PBI), Aromatische Polyamide auf Basis von Poly-m-phenyle- nisophthalamid (PMI), Polyaramid-Fasern, Flüssigkristallpolymere (LCP Liquid Crystalline Polymers), Fluorpolymere, Perfluoralkoxylalkan (PFA), Polyphenylene etc. Denkar sind auch Verbindungen in denen Basis-Polymere durch Zuschlagstoffe wärme- und/oder elektrisch leitfähig gemacht oder anderweitig funktionalisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kunststoff-Komponente durch Laminieren mit der Metall-Komponente verbunden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen Hybridbauteils, wobei die Kunststoff-Komponente mit der Metall-Komponente verbunden wird und der mindestens eine Temperierraum anschließend durch lokal fokussier- te elektromagnetische Strahlung im Inneren der Kunststoff-Komponente erzeugt wird. Da- durch wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Formgebung der Kunststoffkomponente vor dem Verbinden mit der Metall-Komponente besonders einfach erfolgen kann. Im einfachsten Fall kann beispielsweise lediglich eine Kunststoffplatte als Ausgangsmaterial verwendet wer- den, in der nach dem Verbinden mit der Metall-Komponente die Temperierräume mit fokus- sierten Laserstrahlen erzeugt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Me- tall-Komponente durch Blechumformung hergestellt. Dieser Verfahrensschritt ist mit allen vorgenannten Ausgestaltungen der Herstellungsverfahren kombinierbar.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnun- gen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen an- hand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausfüh- rungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung. Die Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfin- dung.
Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung.
Die Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung.
Die Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung.
Die Figur 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfin- dung.
Die Figur 7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung. Die Figur 8 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung. Die Figur 9 zeigt eine Alternative zur Ausgestaltung eines Temperierraums.
Die Figur 10 zeigt eine weitere Alternative zur Ausgestaltung eines Temperierraums.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen ver- sehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In der Figur 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Hybridbauteil 1 aus einer Metall-Komponente 2, vorzugsweise einem Stahlblech, auf der eine Kunststoff-Kompo- nente 3 in Form einer Kunststoffschicht angeordnet und mit dieser stoffschlüssig verbunden ist. Die Metalloberfläche kann dafür zusätzlich mit einer Kunststoffkoppelschicht versehen sein. Die Temperierräume 4 werden durch mehrere, in der Kunststoff-Komponente 3 verlau- fende Kanäle gebildet, die in der abgebildeten Ausführung einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Denkbar sind auch andere Querschnittsformen, wobei sich die Form und Größe des Querschnitts daran orientieren sollte, dass sich die Kanäle zum einen während des Her- io
Stellungsprozesses gut formen lassen und sich zum anderen das jeweilige wärmetransportie- rende oder kältetransportierende Medium gut durch die Kanäle leiten lässt. Das Medium kann entweder in gasförmiger oder flüssiger Form durch die Kanäle strömen oder in Form ei- nes gut wärmeleitenden Feststoffs in den Kanälen eingebettet sein.
In der Figur 2 ist schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Hybridbauteil 1 aus einer wellenförmig geformten Metall-Komponente 2, die auf einer Kunststoff-Komponente 3 angeordnet ist. Die wellenförmige Metall-Komponente 2 ist in den Kontaktbereichen mit der Kunststoff-Komponente 3 mit dieser stoffschlüssig verbunden und die Oberfläche der Metall- Komponente 2 kann dafür zusätzlich mit einer Kunststoffkoppelschicht versehen sein. Die Temperierräume 4 werden von den Hohlräumen geformt, die die Zwischenräume zwischen der Metall- und der Kunststoff-Komponente 3, 4 bilden.
In der Figur 3 ist schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Das Hybridbauteil 1 besteht hier aus einer wellenförmigen Me- tall-Komponente 2 und einer ebenfalls wellenförmigen Kunststoff-Komponente 3, die spiegel- bildlich zueinander angeordnet sind und an den Kontaktflächen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Bei der Metall-Komponente 2 handelt es sich um ein Stahlblech, das zumin- dest an der Kontaktfläche zur Kunststoff-Komponente 3 eine Kunststoffkoppelschicht aufwei- sen kann. Die Temperierräume 4 werden von den Kanälen gebildet, die sich durch die Wel- lenformen der beiden Komponenten 2, 3 ergeben.
In der Figur 4 ist schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Hier ist eine wellenförmig gestaltete Kunststoff-Komponente 3 an einer flachen Metall-Komponente 2 angeordnet und mit ihr an den Kontaktstellen mit Hilfe einer Kunststoffkoppelschicht stoffschlüssig verbunden. Die Kanäle ergeben sich, analog zu Figur 2, aus den Zwischenräumen zwischen der Metall- und der Kunststoff-Komponente 2, 3.
In der Figur 5 ist schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Die Kunststoff-Komponente 3 weist hier an der Oberseite eine wellenförmige Kontur auf, auf die oben eine Metall-Komponente 2 aufgebracht ist. Die Me- tall-Komponente 2 weist zumindest an den Kontaktstellen zur Kunststoff-Komponente 3 eine Kunststoffkoppelschicht auf und ist mit der Kunststoff-Komponente 3 stoffschlüssig verbun- den. Die Temperierräume 4 werden von den konkaven Einbuchtungen der weilenförmigen Kontur gebildet, die mit der Metall-Komponente 2 kanalförmige Hohlräume einschließen. In der Figur 6 ist schematisch ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Die Kunststoff-Komponente 3 ist hier auf der Metall-Komponen- te 2 angeordnet und mit ihr stoffschlüssig verbunden. Eine solche Verbindung lässt sich bei- spielsweise einfach dadurch erreichen, dass die Kunststoff-Komponente 3 durch Laminieren auf die Metall-Komponente 2 aufgebracht wird. Vorzugsweise weist die Metall-Komponente 2 dafür zusätzlich eine Kunststoffkoppelschicht auf. Die der Metall-Komponente 2 abgewandte Seite der Kunststoff-Komponente 3 weist eine wellenförmige Kontur auf, die so an einem Bauteil 5 anliegt, dass zwischen den Kontaktstellen kanalförmige Zwischenräumen entste- hen, die als Temperierräume 4 fungieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Tem- perierräume 4 teilweise von einer Oberfläche des Bauteils 5 begrenzt, so dass ein durch die Temperierräume 4 geleitetes Medium vorteilhafterweise Wärme direkt am Bauteil 5 aufneh- men oder abgeben kann.
In der Figur 7 ist schematisch ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Das Hybridbauteil 1 wird hier von zwei Metall-Komponenten 2, 6 und zwei Kunststoff-Komponenten 3, 7 gebildet, wobei die beiden Kunststoff-Komponenten 3, 7 zwischen den Metall-Komponenten 2, 6 angeordnet und mit ihnen mit Hilfe einer Kunst- stoffkoppelschicht stoffschlüssig verbunden sind. Die beiden Kunststoff-Komponenten 3, 7 weisen jeweils an ihrer, der jeweiligen Metall-Komponente 2, 6 abgewandten Seite eine wel- lenförmige Kontur auf und sind an den Kontaktstellen miteinander stoffschlüssig verbunden, so dass zwischen den Einbuchtungen der beiden wellenförmigen Konturen Kanäle gebildet sind, die als Temperierraum 4 fungieren.
In der Figur 8 ist schematisch ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Das Hybridbauteil 1 besteht hier aus zwei Metall-Komponenten 2, 6, die über Abstandshalter 3‘, 7‘ aus Kunststoff so beabstandet sind, dass sich zwischen den beiden Metall-Komponenten 2, 6 mehrere nebeneinander angeordnete Kanäle bilden, die durch die Abstandshalter 3‘, 7‘ voneinander getrennt sind. Die Kunststoff-Komponente 3 wird bei diesem Ausführungsbeispiel von den Abstandshaltern 3‘, T gebildet und die Tempe- rierräume 4 von den zwischen den Metall-Komponenten 2, 6 verlaufenden Kanälen. Diese Ausführungsform lässt sich in einfacher Weise hersteilen, indem die Abstandshalter 3‘, 7‘ aus Kunststoff in einem ersten Herstellungsschritt auf den Metall-Komponenten 2, 6 ange- ordnet und mit ihnen stoffschlüssig verbunden werden, wobei die Metall-Komponenten 2, 6 dafür eine Kunststoffkoppelschicht aufweisen, über die sich die Verbindung zwischen Metall und Kunststoff verbessern lässt. In einem zweiten Herstellungsschritt wird die Metall-Kompo- nente 2 mit den Abstandshaltern T spiegelbildlich zu der Metall-Komponente 3 mit den Ab- standshaltern 3‘ angeordnet und die Abstandshalter 3‘, 7‘ an ihren Kontaktstellen stoff- schlüssig miteinander verbunden.
In der Figur 9 ist schematisch eine Alternative zur Ausgestaltung eines Temperierraums 4 abgebildet. Das Hybridbauteil 1 besteht hier aus einer wellenförmigen Metall-Komponente 2 und einer weiteren, ebenfalls wellenförmigen Metall-Komponente 2', die spiegelbildlich zuein- ander angeordnet sind und an den Kontaktflächen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Bei der Metall-Komponente 2 handelt es sich um ein Stahlblech, das zumindest an der Kontaktfläche zur weiteren Metall-Komponente 2' eine Kunststoffkoppelschicht aufweisen kann. Die Temperierräume 4 werden von den Kanälen gebildet, die sich durch die Wellenfor- men der beiden Komponenten 2, 2' ergeben.
In der Figur 10 ist schematisch eine weitere Alternative zur Ausgestaltung eines Temperier- raums 4 abgebildet. Hier ist eine wellenförmig gestaltete Metall-Komponente 2' an einer fla- chen Metall-Komponente 2 angeordnet und mit ihr an den Kontaktstellen mit Hilfe einer
Kunststoffkoppelschicht stoffschlüssig verbunden. Die Kanäle ergeben sich, analog zu Figur 9, aus den Zwischenräumen zwischen den Komponenten 2, 2'.
Bezugszeichenliste
1 Hybridbauteil
2 Metall-Komponente
3 Kunststoff-Komponente
4 Temperierraum
5 weiteres Bauteil
6 weitere Metall-Komponente
7 weitere Kunststoff-Komponente
3‘ Abstandshalter
T Abstandshalter

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Hybridbauteil (1 ) insbesondere als Wandung einer Energiespeichereinheit, aufwei- send eine Metall-Komponente (2) und eine Kunststoff-Komponente (3), wobei die Me- tall-Komponente (2) und die Kunststoff-Komponente (3) formschlüssig und/oder kraft- schlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeich- net, dass das Hybridbauteil (1 ) mindestens einen Temperierraum (4) zur Durchleitung eines wärmeführenden oder kälteführenden Mediums aufweist.
2. Hybridbauteil (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Metall-Komponente (2) zumindest in ei- nem Kontaktbereich zur Kunststoff-Komponente (3) eine modifizierte Oberfläche oder eine Kunststoffkoppelschicht aufweist.
3. Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch den min- destens einen Temperierraum (4) ein gasförmiges oder flüssiges oder festes Medium oder eine Dispersion leitbar ist.
4. Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Temperierraum (4) durch einen Kanal in der Kunststoff-Komponente (3) oder durch einen in der Kunststoff-Komponente (3) eingebetteten Wärmeleiter gebildet wird.
5. Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der Kunst- stoff-Komponente (3) zugewandte erste Oberfläche der Metall-Komponente (2) eine Wellenform aufweist und/oder eine der Metall-Komponente (2) zugewandte zweite Oberfläche der Kunststoff-Komponente (3) eine Wellenform aufweist und der Tempe- rierraum (4) zwischen der ersten und zweiten Oberfläche gebildet ist.
6. Hybridbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hybridbauteil (1 ) eine weitere Kunststoff-Komponente (7) und eine weitere Metall-Komponente (6) aufweist, wobei die Kunststoff-Komponente (3) und die weitere Kunststoff-Komponente (7) zwi- schen der Metall-Komponente (2) und der weiteren Metall-Komponente (6) angeord- net sind und der mindestens eine Temperierraum (4) zumindest teilweise zwischen einer wellenförmigen ersten Oberfläche der Kunststoff-Komponente (3) und einer wellenförmigen zweiten Oberfläche der weiteren Kunststoff-Komponente (7) gebildet ist.
7. Hybridbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hybridbauteil (1 ) eine weitere Metall-Komponente (6) aufweist, wobei die Kunststoffkomponente (3) in Form von Abstandshaltern (3‘, 7‘) zwischen der Metall-Komponente (2) und der weiteren Metall-Komponente (6) angeordnet ist und der mindestens eine Temperierraum (4) zwischen der Metall-Komponente (2) und der weiteren Metall-Komponente (6) gebil det ist.
8. Hybridbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hybridbauteil (1 ) ein weiteres Bauteil (5) aufweist und der mindestens eine Temperierraum (4) zwischen einer wellenförmigen Oberfläche der Kunststoff-Komponente (3) und dem weiteren Bauteil (5) gebildet ist.
9. Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hybridbau- teil (1 ) Schlauchanschlüsse und/oder Halterungen und/oder versteifende Elemente und/oder Anschläge und/oder Rastelemente und/oder Stützelemente aufweist.
10. Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der Kunst- stoff-Komponente (3) abgewandte Oberfläche der Metall-Komponente (2) verzinkt ist.
1 1. .Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metall-Kom- ponente zumindest in einem Kontaktbereich zur Kunststoff-Komponente eine modifi- zierte Oberfläche und/oder eine Kunststoffkoppelschicht aufweist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis
10, wobei die Kunststoff-Komponente (3) durch thermisches Pressen oder Kunst- stoffspritzguss oder Fließpressen mit einem Kern oder Fließpressen mit einem Einle- ger geformt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Kunststoff-Komponente (3) durch Laminieren mit der Metall-Komponente (2) verbunden wird.
14. Verfahren zur Herstellung einer Hybridbauteils (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis
1 1 , wobei die Kunststoff-Komponente (3) mit der Metall-Komponente (2) verbunden wird und der mindestens eine Temperierraum (4) anschließend durch lokal fokussier- te elektromagnetische Strahlung im Inneren der Kunststoff-Komponente (3) erzeugt wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils (1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Metall-Komponente (2) durch Blechumformung hergestellt wird.
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