EP4326547A1 - Bauteil und verfahren zur herstellung eines bauteils - Google Patents

Bauteil und verfahren zur herstellung eines bauteils

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EP4326547A1
EP4326547A1 EP22723352.5A EP22723352A EP4326547A1 EP 4326547 A1 EP4326547 A1 EP 4326547A1 EP 22723352 A EP22723352 A EP 22723352A EP 4326547 A1 EP4326547 A1 EP 4326547A1
Authority
EP
European Patent Office
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component
shielding
layer
composite
approximately
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.)
Pending
Application number
EP22723352.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Eberhardt
Silvio Koch
Robert Witzgall
Harri Dittmar
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.)
ElringKlinger AG
Original Assignee
ElringKlinger 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 ElringKlinger AG filed Critical ElringKlinger AG
Publication of EP4326547A1 publication Critical patent/EP4326547A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a component and a method for producing a component.
  • the object of the present invention is to provide a component which is as stable as possible and has optimized electromagnetic compatibility.
  • the component is preferably suitable for use in a vehicle, for example for use in an electric vehicle.
  • the component preferably comprises a basic element which comprises at least one composite element or is formed from it.
  • the component includes a shielding element for electrical and/or electromagnetic shielding of the component.
  • the shielding element preferably serves to shield the component from electrical and/or electromagnetic influences, for example from the outside.
  • the shielding element serves to increase the electromagnetic compatibility (EMC) of the component.
  • Electromagnetic compatibility preferably refers to the ability of a technical device, for example a housing that contains the component, not to disturb other devices through undesirable electrical or electromagnetic effects or to be disturbed by other devices. For example, faults in battery modules can lead to arcing effects and/or electrical flashovers, which can cause holes in metallic components. This does not meet safety regulations.
  • the shielding element comprises or is formed from one or more foils, for example one or more metal foils.
  • the shielding element is connected to the base element.
  • the shielding element and the base element are connected to one another in a materially bonded and/or force-fitting and/or form-fitting manner.
  • the basic element is a carrier element.
  • the base element is preferably flat and/or at least approximately plate-shaped.
  • the component forms part of a housing, for example part of a battery housing.
  • the shielding element is arranged on an outside facing away from an interior of a housing. In this way, the interior of the housing can be protected against interference from electrical and/or electromagnetic effects.
  • Each of the composite elements described in more detail below is preferably formed from a material which comprises two or more materials connected to one another, with the composite element having different material properties than the individual materials.
  • LWRT low-weight reinforced thermoplastic
  • At least one of the at least one composite element comprises or is formed from a polymer matrix material and a fiber material, preferably a continuous fiber material and/or a long fiber material.
  • the basic element comprises a plurality of composite elements
  • the plurality of composite elements are composite elements that are different from one another.
  • the composite elements have different polymer matrix materials and/or different fiber materials, for example with regard to the type of fiber material and/or the fiber length.
  • a “continuous fiber material” is preferably a fiber material in which 90% or more, in particular 95% or more, of the fibers have a length of approximately 40 mm or more, preferably approximately 50 mm or more.
  • a “long-fiber material” is preferably a fiber material in which 90% or more, in particular 95% or more, of the fibers have a length of approximately 1 mm or more and/or approximately 50 mm or less.
  • the fiber material includes glass fibers or is formed from glass fibers.
  • the fiber material comprises or is formed from aramid fibers and/or carbon fibers.
  • the composite element can be produced from a fiber material pre-impregnated with the polymer matrix material, the fiber material being in particular completely or partially impregnated with the polymer matrix material.
  • the fiber material contained in the composite element comprises or is formed from a fabric and/or a non-crimp fabric.
  • a woven fabric is preferably a textile fabric which preferably consists of at least two thread systems, warp and weft.
  • the at least two thread systems are arranged in a pattern, for example they cross each other at an angle of at least approximately 90°.
  • an angle between two or more thread systems is at least approximately 30° and/or at most approximately 90°, for example at least approximately 30°, at least approximately 45°, at least approximately 60° or at least approximately 90°.
  • a non-crimp fabric is preferably a fabric which is formed from one or more layers of stretched threads running parallel.
  • the threads are usually fixed at the crossing points of the threads.
  • the fixation takes place in particular either by material connection or mechanically by friction and/or form fit.
  • scrims there are the following types of scrims: monoaxial or unidirectional scrims created by fixing a group of parallel threads; biaxial scrims, in which two sets of parallel threads are fixed in the direction of two axes; multi-axial scrims, in which several groups of parallel threads are fixed in the direction of different axes.
  • the threads or thread systems preferably comprise or are formed from one or more fibers.
  • the threads or thread systems are formed from one or more fiber bundles, for example so-called rovings.
  • the proportion of fibers in at least one of the at least one composite element is approximately 70% by weight or more, in particular approximately 80% by weight or more, based on a total mass of the respective composite element.
  • the proportion of fibers in at least one of the at least one composite element is approximately 95% by weight or less, for example approximately 92% by weight or less, based on the total mass of the respective composite element.
  • the composite element is free of adhesion promoters. This preferably results in only partial impregnation of the fiber material with the polymer matrix material. As a result, the composite element has improved impact properties in particular.
  • the composite element preferably forms an organic sheet.
  • the polymer matrix material is a thermoplastic polymer material.
  • An "adhesive-free" composite element preferably contains no substances which are intended to create a physical and/or chemical bond at an interface of immiscible substances.
  • the composite element is free from silanes, for example aminosilanes.
  • the organic sheet is reversibly deformable.
  • the organo sheet can be used several times.
  • fibers can slide under load and are not held in a fixed position. In this way, in particular, additional energy can be absorbed, which can also be dissipated, for example, by friction effects.
  • forces can be reliably conducted from the fibers of the respective fiber material into the polymer matrix material and/or from the polymer matrix material into the fibers.
  • Composite elements free of adhesion promoters can be and/or are formed, for example, as an organo sheet.
  • Organic sheets are particularly suitable for multi-layer structures, such as sandwich elements. For example, asymmetrical sandwich elements are and/or are being formed.
  • the sandwich element can replace commonly used metal components.
  • Composite elements that are free of adhesion promoters can be produced using the same processes and/or in the same systems as composite elements that contain adhesion promoters. As a result, conversion measures in the plants are unnecessary when the process is changed.
  • the composite element has an energy absorption of 100% or more.
  • the energy absorption is determined, for example, using a puncture test according to DIN EN ISO 6603-2.
  • the adhesion promoter-free composite element in the form of an organo sheet preferably cannot be punctured according to the penetration test according to DIN EN ISO 6603-2.
  • Thermoplastic polymer matrix materials have the particular advantage over thermoset polymer materials that they have an increased elongation at break compared to other polymer materials.
  • an energy absorption capacity of composite elements that comprise a thermoplastic polymer matrix material is increased by up to a factor of 10 compared to the energy absorption capacity of composite elements that comprise a thermoset polymer matrix material.
  • the energy absorption capacity of a composite element which is adhesion promoter-free and comprises a thermoplastic polymer matrix material is preferably greater by a factor of 3 or more and/or 4 or less than the energy absorption capacity of a composite element which comprises an adhesion promoter and comprises a thermoplastic polymer matrix material.
  • the shielding element comprises or is formed from aluminum or an aluminum alloy.
  • the shielding element preferably has an average thickness of approximately 0.02 mm or more, in particular approximately 0.4 mm or more, for example approximately 0.5 mm or more.
  • the shielding element has an average thickness of approximately 1.2 mm or less, for example 1.0 mm or less.
  • the shielding element has an average thickness in a range from approximately 0.02 mm to approximately 0.05 mm.
  • the thickness is preferably defined along a direction running at least approximately perpendicular to a main plane of extension of the component.
  • the average thickness preferably refers to an average material thickness.
  • the shielding element is fixed to the base element via a connecting element of the component and/or by means of a connecting element of the component.
  • the connecting element is an adhesive layer and/or adhesive layer.
  • the connecting element comprises a first polymer material or is formed from it.
  • a first polymer material is preferably used for the connecting element, which has a melting point which is reduced by approximately 10% or more, in particular by approximately 20% or more, for example by approximately 30% or more. is higher than a melting point of a polymer matrix material contained in one or all of the composite elements.
  • the connecting element comprises or is formed from a first polymer material, with the first polymer material preferably comprising or being formed from a thermoplastically processable polymer material.
  • thermoplastically processable polymer material comprises or is formed from a statistical copolymer, for example a random copolymer polypropylene.
  • a copolymer is preferably a polymer consisting of two or more different types of monomer units.
  • the dissimilar monomer units are randomly distributed in polymer chains.
  • a PP-R polypropylene random copolymer
  • a copolymer of propylene and ethylene is used as the first polymer material.
  • the first polymer material is a low-melting polymer material.
  • a melting point of the first polymeric material is about 140°C or less, for example about 135°C or less.
  • the melting point of the first polymeric material is about 110°C or more, for example about 120°C or more.
  • a composite element comprising or formed from the corresponding homopolymer is used in combination with the connecting element comprising or formed from the random copolymer.
  • a composite member is used in which a polypropylene homopolymer is used as the polymer matrix material.
  • the polypropylene homopolymer has a melting point of about 164°C.
  • the component is part of a housing of a battery module, for example a cover element of a battery module.
  • the component is preferably part of a housing of a battery cell, for example a cover element of a battery cell.
  • the component is a vehicle underbody or a part thereof.
  • the component forms a paneling of a vehicle underbody or a part thereof.
  • the basic element is a sandwich element which comprises a first layer element, a second layer element and a core element, the core element being arranged between the first layer element and the second layer element.
  • the first sheet member comprises or is formed from a first composite member.
  • the first layer element is an adhesion promoter-free composite element, for example an organo sheet.
  • the first layer element is preferably arranged on a side of the sandwich element facing a compressive load.
  • the second layer element comprises or is formed from a second composite element.
  • the second composite element preferably comprises endless fibers arranged parallel to one another.
  • the second composite element is a unidirectional fiber tape.
  • the core element comprises or is formed from a third composite element.
  • the third composite element is, for example, a direct long fiber reinforced thermoplastic material (so-called “Direct Long Fiber Thermoplastic” (DLFT) material).
  • a direct long-fiber-reinforced thermoplastic material is preferably a long-fiber-reinforced material that is and/or is produced in a direct process.
  • direct processes for the production of long-fiber-reinforced, thermoplastic components the use of energy-intensive and cost-intensive intermediate stages (semi-finished products) is dispensed with.
  • a molding composition which is to be processed into the finished component by pressing or injection molding is preferably produced immediately before it is processed.
  • the fiber content, additives and the polymer matrix material can be variably defined and the resulting material can be optimally adjusted with regard to its later application.
  • the base element is a sandwich element which comprises or is formed from a separating layer element, a first layer element and a second layer element, the separating layer element being arranged between the first layer element and the second layer element.
  • the sandwich element preferably comprises a third layer element and/or a fourth layer element.
  • the third layer element is arranged, for example, on a side of the first layer element that faces away from the separating layer element.
  • the fourth layer element is arranged, for example, on a side of the second layer element that faces away from the separating layer element.
  • the separating layer element is preferably a film, in particular a film which is essentially impermeable to diffusion.
  • the separator sheet member preferably comprises or is formed from one or more of the following materials: polyolefin, e.g. polypropylene, thermoplastic elastomer, ethylene propylene diene rubber.
  • An element is preferably referred to as “diffusion-tight”, in particular an element which has an Sd value of 1500 m or more. The Sd value is determined in particular in accordance with DIN 4108-3 (10/2018).
  • An improved seal can also be formed by the separating layer element during processing, for example production and/or assembly of the component.
  • the component has improved cooling behavior and/or optimized resistance to mechanical stresses.
  • the component is a semi-finished product and/or is manufactured inline.
  • the first sheet member comprises or is formed from a first composite member.
  • the first sheet member includes a nonwoven material and a fibrous material.
  • the first sheet element is a non-woven polypropylene material which has a glass fiber core.
  • the second layer element preferably comprises a non-woven material, for example in particular a polyester, for example polyethylene terephthalate, or a polyolefin, for example polypropylene or mixtures thereof. It can be advantageous if the second layer element is fiber-free.
  • the third layer element is, for example, a film made from a fleece material.
  • the fourth sheet member is a scrim material and/or an adhesive material.
  • a scrim material is preferably a woven material, such as a gauze material.
  • One or more of the following elements may have a non-combustible and/or fire-retardant component or be designed to be completely non-combustible and/or fire-retardant: the shielding element; and/or the first sheet member; and/or the second sheet element; and/or the separator sheet element; and/or the third sheet element; and/or the fourth sheet member.
  • the third layer element and/or the fourth layer element are, for example, outer layers.
  • the third layer element and/or the fourth layer element serve to functionalize the component, for example with regard to one or more of the following properties and/or functions: sealing, acoustics, bonding.
  • the shielding element comprises a plurality of foils, for example is designed as a foil package.
  • a number of foils can vary depending on the requirements placed on the component, for example in relation to temperature and/or electromagnetic compatibility.
  • the multiple foils are not flat.
  • the plurality of foils have regularly arranged elevations and/or depressions in directions running perpendicularly to a main extension plane of the respective foil.
  • the multiple foils each have regularly arranged bulges.
  • the component is preferably recyclable and/or suitable for end-of-life recycling.
  • the present invention also relates to a method for producing a component.
  • the invention is based on the object of providing a method by means of which a component which is as stable as possible can be produced as simply as possible and which has optimized electromagnetic compatibility.
  • this object is achieved by a method according to the independent method claim.
  • a component according to the invention can be produced with the method according to the invention.
  • a basic element is preferably provided which comprises at least one composite element or is formed from it.
  • the method also includes fixing a shielding element for electrical and/or electromagnetic shielding of the component on the base element, the shielding element comprising or being formed from one or more foils, for example one or more metal foils.
  • the shielding element is fixed to the base element in a material-to-material and/or form-fitting and/or force-fitting manner.
  • the shielding element is fixed to the base element via a connecting element, with a material of the connecting element, for example a first polymer material, preferably being melted and/or melted on by means of a heating device, for example an infrared heating device, which in particular creates a material connection between the first material of the connecting element and the composite element of the base element and a bond between the material Material of the connecting element and the shielding element is formed.
  • a heating device for example an infrared heating device
  • the shielding element is coated with a connecting element and pressed directly behind.
  • the shielding element can preferably also be detached from the base element again, for example in a recycling process.
  • the shielding element is heated, for example on one side from a side facing away from the base element, by means of a heating device until the connecting element becomes low-viscosity, but the base element has essentially unchanged properties. Subsequently and/or during this time, the shielding element is preferably detached from the base element.
  • the shielding element is preferably removed in a low-viscosity state by means of a suction device, for example a vacuum suction device, for example sucked off. In this way, end-of-life recycling can take place.
  • a suction device for example a vacuum suction device, for example sucked off.
  • Low viscosity preferably means a viscosity h of the corresponding material in the heated state, for example at approximately 145° C. to approximately 150° C., of approximately 0.8 mPa ⁇ s to approximately 10 mPa ⁇ s.
  • thermoplastic material is applied to the at least one composite element of the base element, for example by injection molding or pressing.
  • the basic element is trimmed.
  • the shielding element comprises a plurality of foils, the plurality of foils being heated together, in particular together with the base element, and the plurality of foils and in particular the base element being formed as a composite. In this way, the component can be manufactured online.
  • the shielding element is attached to the base element by one or more of the following techniques:
  • rivets and/or gluing; and/or staples; and or
  • Joining for example toxing and/or flanging.
  • the component can be manufactured offline.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective illustration of a battery module which contains an embodiment of a component which contains a base element and a shielding element, the shielding element being formed by a metal foil;
  • FIG. 2 shows a detail of a schematic sectional view of the component from FIG. 1 through a plane running parallel to a main plane of extent of the component;
  • 3 shows a detail of a schematic sectional illustration of a further embodiment of a component, in which the basic element is or comprises a sandwich element, the sandwich element comprising a first layer element, a second layer element and a core element arranged between the first layer element and the second layer element;
  • Fig. 4 shows a section of a schematic sectional view of a further embodiment of a component, in which the base element comprises a first layer element and a second layer element, which are separated from one another by a separating layer element, the separating layer element comprising or being formed from a film, for example made of a polymer material is; and
  • Fig. 5 is a schematic perspective view of another
  • Embodiment of a component in which the shielding element comprises a plurality of foils is a component in which the shielding element comprises a plurality of foils.
  • a component designated as a whole by 100 is shown in FIG.
  • the component 100 preferably forms part of a housing 102 of a battery module 104, for example a battery box.
  • component 100 forms a cover element 106 of battery module 104.
  • the component 100 preferably comprises a base element 108 which comprises at least one (exactly one in the present case) composite element 110 or is formed therefrom.
  • the component 100 includes a shielding element 112 for electrical and/or electromagnetic shielding.
  • the shielding element 112 is preferably used to shield an interior of the battery module 104 from electrical and/or electromagnetic influences, for example from the outside.
  • the shielding element 112 improves electromagnetic compatibility of the component 100 and/or the battery module 104 as a whole.
  • the electromagnetic compatibility preferably describes the ability of a technical device, for example the housing 102, which contains the component 100, not to disturb other devices through unwanted electrical or electromagnetic effects or to be disturbed by other devices.
  • the shielding element 112 comprises or is formed from one or more foils 114, for example one or more metal foils 115.
  • the shielding element 112 is connected to the base element 108 .
  • the shielding element 112 and the base element 108 are connected to one another in a materially bonded and/or force-fitting and/or form-fitting manner.
  • the base element 108 preferably forms a carrier element 116 for the shielding element 112.
  • the base element 108 is preferably flat and/or at least approximately plate-shaped.
  • the shielding element 112 is on an outside of the housing 102 that faces away from an interior of the housing 102 is arranged. In this way, the interior of the housing 102 and in particular the components contained therein can be protected against interference from electrical and/or electromagnetic effects.
  • the battery module 104 is particularly suitable for use in a vehicle (not shown in the drawing), for example an electric vehicle.
  • a part of a housing of one or more battery cells of the battery module 104 is formed by a component.
  • the cover element of one or more battery cells is formed by a component 100 (not shown in the drawing).
  • an underbody (not shown in the drawing) of the vehicle is partially or completely formed by a component 100 .
  • the component 100 forms a paneling of a vehicle underbody or a part thereof.
  • the composite member 110 includes or is formed from a polymeric matrix material and a fibrous material.
  • the fiber material is preferably a continuous fiber material and/or a long fiber material.
  • a “continuous fiber material” is preferably a fiber material in which 90% or more, in particular 95% or more, of the fibers have a length of approximately 40 mm or more, preferably approximately 50 mm or more.
  • a “long-fiber material” is preferably a fiber material in which 90% or more, in particular 95% or more, of the fibers have a length of approximately 1 mm or more and/or approximately 50 mm or less.
  • the fiber material preferably comprises glass fibers or is formed from glass fibers.
  • the fiber material comprises or is formed from aramid fibers and/or carbon fibers.
  • a homopolymer for example a polypropylene homopolymer, is used as the polymer matrix material.
  • LWRT low-weight reinforced thermoplastic
  • the composite element 110 can be produced from the fiber material pre-impregnated with the polymer matrix material, the fiber material being in particular completely or partially impregnated with polymer matrix material.
  • the fiber material contained in the composite element 110 comprises or is formed from a fabric and/or a scrim.
  • a woven fabric is preferably a textile fabric which preferably consists of at least two thread systems, warp and weft.
  • the at least two thread systems are arranged in a pattern, for example they cross each other at an angle of at least approximately 90°.
  • an angle between two or more thread systems is at least approximately 30° and/or at most approximately 90°, for example at least approximately 30°, at least approximately 45°, at least approximately 60° or at least approximately 90°.
  • the threads or thread systems preferably comprise or are formed from one or more fibers.
  • the threads or thread systems are formed from one or more fiber bundles, for example so-called rovings.
  • the proportion of fibers in the composite element 110 is approximately 70% by weight or more, in particular approximately 80% by weight or more, based on a total mass of the composite element 110 .
  • the proportion of fibers in the composite element 110 is approximately 95% by weight or less, for example approximately 92% by weight or less, based on the total mass of the composite element 110.
  • the shielding element 112 comprises or is formed from aluminum or an aluminum alloy.
  • the shielding element 112 preferably has an average thickness of approximately 0.02 mm or more, in particular approximately 0.4 mm or more, for example approximately 0.5 mm or more.
  • the shielding element 112 has an average thickness of approximately 1.2 mm or less, in particular 1.0 mm or less.
  • the shielding element 112 has an average thickness in a range from approximately 0.02 mm to approximately 0.05 mm.
  • the thickness is preferably defined along a direction running at least approximately perpendicular to a main plane of extension of component 100 .
  • the average thickness preferably designates an average material thickness of the respective element.
  • the shielding element 112 is fixed to the base element 108 via a connecting element 118 of the component 100 .
  • the connecting element 118 is, for example, an adhesive layer and/or adhesive layer.
  • the connecting element 118 comprises or is formed from a first polymer material.
  • a first polymer material is preferably used for the connecting element 118, which has a melting point that is approximately 10% or more, in particular approximately 20% or more, for example approximately 30% or more, higher than a melting point of a polymer matrix material of the composite element 110.
  • the first polymer material of the connecting element 118 comprises or is formed from a thermoplastically processable polymer material.
  • the thermoplastically processable polymer material comprises or is formed from a statistical copolymer, for example a random copolymer polypropylene.
  • a copolymer is preferably a polymer consisting of two or more different types of monomer units. For example, in a random copolymer, the dissimilar monomer units are randomly distributed in polymer chains.
  • the first polymer material is a low-melting polymer material.
  • a melting point of the first polymeric material is about 140°C or less, for example about 135°C or less.
  • the melting point of the first polymeric material is about 110°C or more, for example about 120°C or more.
  • a random copolymer is used as the first polymer material and the corresponding homopolymer is used as the polymer matrix material of the composite element 110 .
  • a PP-R polypropylene random copolymer has proven to be particularly suitable as the random copolymer.
  • a copolymer of propylene and ethylene is used as the first polymeric material of the connecting element 118 .
  • the shielding element 112 is preferably fixed to the base element 108 in order to produce the component 100 .
  • the shielding element 112 is cohesively fixed to the base element 108, for example by and/or via the connecting element 118.
  • a material of the connecting element 118 for example a first polymer material, is preferably melted and/or melted on by means of a heating device.
  • a Material connection between the material of the connecting element 118 and the composite element 110 of the base element 108 and a material connection between the material of the connecting element 118 and the shielding element 112 are formed.
  • An infrared heating device for example infrared radiators, is used as the heating device.
  • the shielding element 112 can preferably also be detached from the base element 108 again, for example in a recycling process.
  • the shielding element 112 is heated by means of the heating device, for example on one side from a side facing away from the base element 108, until the connecting element 118 becomes low-viscosity, but the base element 108 has essentially unchanged properties.
  • the shielding element 112 is preferably detached from the base element 108.
  • the shielding element 108 is preferably removed in a low-viscosity state by means of a suction device, for example a vacuum suction device, for example sucked off.
  • a suction device for example a vacuum suction device, for example sucked off.
  • Low viscosity preferably means a viscosity h of the corresponding element in the heated state, for example at approximately 145° C. to approximately 150° C., of approximately 0.8 mPas to approximately 10 mPas.
  • a further embodiment of a component 100 shown in FIG. 3 differs in terms of structure and function essentially as a result from the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 that the base element 108 comprises a plurality of composite elements 110.
  • the base element 108 comprises or is a sandwich element 120 .
  • the sandwich element 120 preferably comprises a first layer element 122, a second layer element 124 and a core element 126 arranged between the first layer element 122 and the second layer element 124.
  • a first composite material 110 in the form of an organic sheet 128 is preferably used as the first layer element 122 .
  • an asymmetrical sandwich element 120 is and/or is formed, in which materials that are different from one another are used as the first layer element 122 and as the second layer element 124 .
  • the first composite element 110 can be free of adhesion promoters. For example, only a partial impregnation of the fiber material with the polymer matrix material takes place. As a result, the first composite element 110 has, in particular, improved impact properties.
  • the polymer matrix material is preferably a thermoplastic polymer material.
  • the "primerless" composite member 110 preferably does not contain any substances intended to form a close physical and/or chemical bond at an immiscible interface.
  • the first composite element 110 is free from silanes, for example aminosilanes.
  • the organo sheet 128 is reversibly deformable. In this way, the organo sheet 128 can be used several times. If the fiber material is not completely impregnated, fibers can slide under load and are not held in a fixed position. In this way, in particular, additional energy can be absorbed, which can also be dissipated, for example, by friction effects.
  • forces can be reliably conducted from the fibers of the respective fiber material into the polymer matrix material and/or from the polymer matrix material into the fibers.
  • Composite elements 110 that are free of adhesion promoters can be produced using the same methods and/or in the same systems as composite elements 110 that contain adhesion promoters. As a result, conversion measures in the plants are unnecessary when the process is changed.
  • the first composite element 110 has an energy absorption of 100% or more.
  • the energy absorption is determined, for example, using a puncture test according to DIN EN ISO 6603-2.
  • the adhesion promoter-free first composite element 110 in the form of an organic sheet 128 preferably cannot be punctured according to the through-material test according to DIN EN ISO 6603-2.
  • Thermoplastic polymer matrix materials have the particular advantage over thermoset polymer materials that they have an increased elongation at break compared to other polymer materials.
  • an energy absorption capacity of the first composite element 110 comprising a thermoplastic polymer matrix material is im Compared to the energy absorption capacity of composite elements 110, which comprise a thermosetting polymer matrix material, increased up to a factor of 10.
  • the energy absorption capacity of the adhesion promoter-free first composite element 110 is preferably greater by a factor of 3 or more and/or 4 or less than the energy absorption capacity of a composite element 110, which comprises an adhesion promoter and comprises a thermoplastic polymer matrix material.
  • thermoplastic material is applied to the at least one composite element 110 of the base element 108, for example by injection molding or pressing.
  • the basic element 108 is trimmed.
  • the first layer element 122 is preferably arranged on a side of the component 100 facing a compressive load.
  • the first layer element 122 is arranged on a side of the sandwich element 120 facing the shielding element 112 .
  • the second layer element 124 comprises a second composite element 110 or is formed from it.
  • the second composite element 110 is a composite element 110 which comprises continuous fibers arranged parallel to one another.
  • the second sheet member 124 is a unidirectional fiber (UD) tape.
  • the core element 126 comprises a third composite element 110 or is formed therefrom.
  • the third Composite element 110 is, for example, a direct long fiber reinforced thermoplastic material (so-called “Direct Long Fiber Thermoplastic” (DLFT) material).
  • DLFT Direct Long Fiber Thermoplastic
  • a direct long-fiber-reinforced thermoplastic material is preferably a long-fiber-reinforced material that is and/or is produced in a direct process.
  • direct processes for the production of long-fiber-reinforced, thermoplastic components the use of energy-intensive and cost-intensive intermediate stages (semi-finished products) is dispensed with.
  • the molding composition which is to be processed into the finished component by pressing or injection molding, is produced, for example, immediately before it is processed.
  • the fiber content, additives and the polymer matrix material can be variably defined and the material can thus be optimally matched to its later application.
  • FIG. 3 essentially corresponds to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • a further embodiment of a component 100 shown in FIG. 4 differs from the embodiment shown in FIG.
  • the separating layer element 130 is preferably a film, in particular an essentially diffusion-tight film.
  • the separator sheet member 130 includes or is formed from one or more of the following materials: polyolefin, such as polypropylene, thermoplastic elastomer, ethylene propylene diene rubber.
  • An element is preferably referred to as “diffusion-tight”, in particular an element which has an Sd value of 1500 m or more. The Sd value is determined in particular in accordance with DIN 4108-3 (10/2018).
  • the separating layer element 130 can also be used to form an improved seal during processing, for example production and/or assembly of the component.
  • the component 100 has an improved cooling behavior and/or an optimized resistance to mechanical stresses due to the separating layer element 130 .
  • the sandwich element 120 comprises a third layer element 132 and/or a fourth layer element 134 .
  • the third layer element 132 is preferably arranged on a side of the first layer element 122 facing away from the separating layer element 130 .
  • the fourth layer element 134 is arranged on a side of the second layer element 124 that faces away from the separating layer element 130 .
  • the component 100 is a semi-finished product and/or is manufactured inline.
  • the first sheet member 122 includes or is formed from a first composite member 110 .
  • the first sheet member 122 includes a nonwoven material and a fibrous material.
  • the first sheet member 122 is a nonwoven polypropylene material having a fiberglass core.
  • the second layer element 124 preferably comprises a fleece material, in particular comprises a polyester, for example polyethylene terephthalate, or a polyolefin, for example polypropylene or mixtures thereof. It can be advantageous if the second layer element 124 is fiber-free.
  • the third layer element 132 is, for example, a foil made of a fleece material.
  • the fourth sheet member 134 is a scrim material and/or an adhesive material.
  • a scrim material is preferably a woven material, such as a gauze material.
  • One or more of the following may include a non-combustible and/or flame retardant component or may be configured to be entirely non-combustible and/or flame retardant: the shielding member 112; and/or the first sheet member 122; and/or the second sheet member 124; and/or the separator sheet member 130; and/or the third sheet element 132; and/or the fourth layer element 134.
  • the third layer element 132 and/or the fourth layer element 134 serve to functionalize the component 100, for example with regard to one or more of the following properties and/or functions: sealing, acoustics, bonding.
  • FIG. 4 essentially corresponds to the embodiment shown in FIG. 3 in terms of structure and function, so that reference is made to the description thereof.
  • a further embodiment of a component 100 shown in FIG. 5 differs from the embodiment shown in FIGS.
  • the shielding element 112 comprises three foils 114.
  • the number of foils 114 can vary.
  • the plurality of foils 114 include or are formed from an aluminum alloy.
  • the multiple foils 114 are not flat and have, for example, regularly arranged elevations and/or depressions in directions running perpendicular to a main plane of extension of the respective foil 114 .
  • the plurality of foils 114 each have regularly arranged bulges.
  • the plurality of foils 114 are processed together with the base element 108 partially or completely in an online process.
  • the plurality of foils 114 are heated together with the base element 108 and then and/or during this time are formed together as a composite.
  • the component 100 is partially or completely processed in an offline method.
  • the shielding element 112 in the form of the foil pack 136 is fixed to the base element 108 by one or more of the following methods:
  • rivets and/or gluing; and/or staples; and or
  • FIG. 5 corresponds essentially to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in terms of structure and function, so that reference is made to their description in this respect.
  • a component with a reduced weight can be formed which is insulating on the inside and shielding on the outside.
  • a lightweight battery cover can be formed which is insulating on the inside and shielding on the outside.

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Abstract

Um ein Bauteil, vorzugsweise ein Bauteil für ein Fahrzeug, bereitzustellen, welches möglichst stabil ist und eine optimierte elektromagnetische Verträglichkeit aufweist, wird ein Bauteil vorgeschlagen, welches ein Grundelement, das zumindest ein Kompositelement umfasst oder daraus gebildet ist, und ein Abschirmungselement zur elektrischen und/oder elektromagnetischen Schirmung des Bauteils umfasst, wobei das Abschirmungselement eine oder mehrere Folien, beispielsweise eine oder mehrere Metallfolien, umfasst oder daraus gebildet ist und mit dem Grundelement verbunden ist.

Description

Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines Bauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil bereitzu stellen, welches möglichst stabil ist und eine optimierte elektromagnetische Verträglichkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das Bauteil ist vorzugsweise zur Verwendung in einem Fahrzeug, beispiels weise zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug, geeignet.
Vorzugsweise umfasst das Bauteil ein Grundelement, welches zumindest ein Kompositelement umfasst oder daraus gebildet ist.
Insbesondere umfasst das Bauteil ein Abschirmungselement zur elektrischen und/oder elektromagnetischen Schirmung des Bauteils.
Das Abschirmungselement dient vorzugsweise einer Abschirmung des Bauteils vor elektrischen und/oder elektromagnetischen Einflüssen, beispielsweise von außen.
Insbesondere dient das Abschirmungselement einer Erhöhung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) des Bauteils.
Die elektromagnetische Verträglichkeit bezeichnet vorzugsweise die Fähigkeit eines technischen Geräts, beispielsweise eines Gehäuses, welches das Bauteil enthält, andere Geräte nicht durch unerwünschte elektrische oder elektro magnetische Effekte zu stören oder durch andere Geräte gestört zu werden. Beispielsweise kann es bei Störfällen in Batteriemodulen zu Lichtbogeneffekten und/oder elektrischen Überschlägen kommen, wodurch Löcher in metallischen Komponenten entstehen können. Dies erfüllt nicht die Sicherheitsvorschriften.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Abschirmungselement eine oder mehrere Folien, beispielsweise eine oder mehrere Metallfolien, umfasst oder daraus gebildet ist.
So kann im Vergleich zu Bauteilen mit zusätzlichen Metallvolumenteilen Gewicht und Bauraum eingespart werden.
Das Abschirmungselement ist mit dem Grundelement verbunden.
Beispielweise sind das Abschirmungselement und das Grundelement stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden.
Beispielsweise ist das Grundelement ein Trägerelement.
Vorzugsweise ist das Grundelement eben und/oder zumindest näherungsweise plattenförmig ausgebildet.
Es kann Vorgehen sein, dass das Bauteil einen Teil eines Gehäuses, beispielsweise einen Teil eines Batteriegehäuses bildet.
Günstig kann es sein, wenn das Abschirmungselement an einer einem Innenraum eines Gehäuses abgewandten Außenseite angeordnet ist. So kann der Innenraum des Gehäuses vor Störungen durch elektrische und/oder elektromagnetische Effekte geschützt werden.
Jedes der nachfolgend näher beschriebenen Kompositelemente ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, welches zwei oder mehrere miteinander verbundenen Materialien umfasst, wobei das Kompositelement andere Werkstoffeigenschaften aufweist als die einzelnen Materialen. Im Folgenden werden teilweise Merkmale und/oder Eigenschaften eines Kompositelements (Singular) beschrieben. Die entsprechende Beschreibung gilt in Ausführungsformen, in welchen das Grundelement mehrere Kompositelemente umfasst, für eines, mehrere oder sämtliche der mehreren Kompositelemente.
Beispielsweise ist denkbar, dass ein Low Weight Reinforced Thermoplastics (LWRT), ein verstärkter Thermoplast mit einem geringen Gewicht, als Kompositelement verwendet wird.
Vorteilhaft kann es sein, wenn zumindest eines des zumindest einen Kompositelements ein Polymermatrixmaterial und ein Fasermaterial, vorzugsweise ein Endlosfasermaterial und/oder ein Langfasermaterial, umfasst oder daraus gebildet ist.
In Ausführungsformen, in welchen das Grundelement mehrere Komposit elemente umfasst, kann vorgesehen sein, dass die mehreren Kompositelemente voneinander verschiedene Kompositelemente sind.
Beispielsweise weisen die Kompositelemente voneinander verschiedene Polymermatrixmaterialien und/oder voneinander verschiedene Fasermaterialien, beispielsweise in Bezug auf die Art des Fasermaterials und/oder die Faserlänge, auf.
Ein "Endlosfasermaterial" ist vorzugsweise ein Fasermaterial, dessen Fasern zu 90 % oder mehr, insbesondere zu 95 % oder mehr, eine Länge von ungefähr 40 mm oder mehr, vorzugsweise von ungefähr 50 mm oder mehr, aufweisen.
Ein "Langfasermaterial" ist vorzugsweise ein Fasermaterial, dessen Fasern zu 90 % oder mehr, insbesondere zu 95 % oder mehr, eine Länge von ungefähr 1 mm oder mehr und/oder von ungefähr 50 mm oder weniger aufweisen. Beispielsweise umfasst das Fasermaterial Glasfasern oder ist aus Glasfasern gebildet.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Fasermaterial Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern umfasst oder daraus gebildet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass das Kompositelement aus einem mit dem Polymermatrixmaterial vorimprägnierten Fasermaterial hergestellt ist, wobei das Fasermaterial insbesondere vollständig oder teilweise mit dem Polymermatrixmaterial imprägniert ist.
Günstig kann es sein, wenn das in dem Kompositelement enthaltene Faser material ein Gewebe und/oder ein Gelege umfasst oder daraus gebildet ist.
Ein Gewebe ist vorzugsweise ein textiles Flächengebilde, welches vorzugsweise aus mindestens zwei Fadensystemen, Kette und Schuss, besteht.
Insbesondere sind die mindestens zwei Fadensysteme mustermäßig angeordnet, beispielsweise kreuzen sie sich unter Einschluss eines Winkels von zumindest näherungsweise 90°.
Insbesondere dann, wenn das in dem Kompositelement enthaltene Fasermaterial ein Gelege umfasst oder daraus gebildet ist, kann vorgesehen sein, dass ein Winkel zwischen zwei oder mehr Fadensystemen mindestens ungefähr 30° und/oder höchstens ungefähr 90° beträgt, beispielsweise zumindest näherungsweise 30°, zumindest näherungsweise 45°, zumindest näherungsweise 60° oder zumindest näherungsweise 90°.
Ein Gelege ist vorzugsweise ein Flächengebilde, welches aus einer oder mehreren Lagen parallel verlaufender gestreckter Fäden gebildet ist. An Kreuzungspunkten der Fäden werden die Fäden üblicherweise fixiert. Die Fixierung erfolgt insbesondere entweder durch Stoffschluss oder mechanisch durch Reibung und/oder Formschluss. Es existieren beispielsweise folgende Arten von Fadengelegen: monoaxiale oder unidirektionale Fadengelege, die durch das Fixieren einer Schar von parallelen Fäden entstehen; biaxiale Fadengelege, bei denen zwei Scharen von parallelen Fäden in Richtung von zwei Achsen fixiert werden; multiaxiale Fadengelege, bei welchen mehrere Scharen aus parallelen Fäden in Richtung verschiedener Achsen fixiert sind.
Die Fäden oder Fadensysteme umfassen vorzugsweise eine oder mehrere Fasern oder sind daraus gebildet. Beispielsweise sind die Fäden oder Fadensysteme aus einem oder mehreren Faserbündeln, beispielsweise sogenannten Rovings, gebildet.
Günstig kann es sein, wenn ein Anteil der Fasern in zumindest einem des zumindest einen Kompositelements ungefähr 70 Gew.-% oder mehr, insbesondere ungefähr 80 Gew.-% oder mehr, bezogen auf eine Gesamtmasse des jeweiligen Kompositelements beträgt.
Insbesondere beträgt der Anteil der Fasern in zumindest einem des zumindest einen Kompositelements ungefähr 95 Gew.-% oder weniger, beispielsweise ungefähr 92 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des jeweiligen Kompositelements.
Günstig kann es sein, wenn das Kompositelement haftvermittlerfrei ist. Vorzugsweise erfolgt hierdurch ausschließlich eine teilweise Imprägnierung des Fasermaterials mit dem Polymermatrixmaterial. Hierdurch weist das Kompositelement insbesondere verbesserte Impact-Eigenschaften auf.
Vorzugsweise bildet das Kompositelement ein Organoblech. Das Polymermatrixmaterial ist in einer besonderes bevorzugten haftvermittler freien Ausführungsform ein thermoplastisches Polymermaterial. Ein "haftvermittlerfreies" Kompositelement enthält vorzugsweise keine Substanzen, welche dafür vorgesehen sind, an einer Grenzfläche unmischbarer Stoffe eine physikalische und/oder chemische Bindung herzustellen.
Insbesondere ist das Kompositelement frei von Silanen, beispielsweise Aminosilanen.
Beispielsweise ist das Organoblech reversibel verformbar. So kann das Organoblech mehrfach verwendet werden.
Durch eine unvollständige Imprägnierung können Fasern in einem Belastungs fall nachgleiten und werden nicht in einer festen Position gehalten. Hierdurch kann insbesondere zusätzliche Energie aufgenommen werden, welche beispielsweise durch Reibungseffekte zusätzlich abgetragen werden kann.
Insbesondere können Kräfte zuverlässig von den Fasern des jeweiligen Fasermaterials in das Polymermatrixmaterial geleitet werden und/oder von dem Polymermatrixmaterial in die Fasern.
Im Vergleich dazu verhindert eine vollständige Imprägnierung der Fasern typischerweise ein Nachgleiten bei Belastung, so dass im Vergleich zu Strukturen, deren Fasern nicht vollständig imprägniert sind, weniger Energie aufgenommen wird und/oder die Struktur reißt.
Haftvermittlerfreie Kompositelemente können beispielsweise als Organoblech ausgebildet werden und/oder sein. Organobleche eignen sich insbesondere für mehrlagige Strukturen, beispielsweise Sandwichelemente. Beispielsweise sind und/oder werden asymmetrische Sandwichelemente ausgebildet.
Beispielsweise kann das Sandwichelement üblicherweise verwendete Metallbauteile ersetzen. Haftvermittlerfreie Kompositelemente können nach denselben Verfahren und/oder in denselben Anlagen hergestellt werden wie Kompositelemente, welche Haftvermittler enthalten. Hierdurch sind bei einer Verfahrensumstellung Umbaumaßnahmen bei den Anlagen entbehrlich.
Beispielsweise weist das Kompositelement eine Energieaufnahme von 100 % oder mehr auf. Die Energieaufnahme wird beispielsweise gemäß einem Durchstoßversuch nach DIN EN ISO 6603-2 bestimmt. Das haftvermittlerfreie Kompositelement in Form eines Organoblechs lässt sich vorzugsweise gemäß dem Durch stoffversuch nach DIN EN ISO 6603-2 nicht durchstoßen.
Thermoplastische Polymermatrixmaterialien haben gegenüber duroplastischen Polymermaterien insbesondere den Vorteil, dass sie im Vergleich zu anderen Polymermaterialien eine erhöhte Bruchdehnung aufweisen.
Beispielsweise ist ein Energieaufnahmevermögen von Kompositelementen, welche ein thermoplastisches Polymermatrixmaterial umfasst, im Vergleich zum Energieaufnahmevermögen von Kompositelementen, welche ein duroplastisches Polymermatrixmaterial umfassen, bis zu einem Faktor 10 erhöht.
Das Energieaufnahmevermögen eines Kompositelements, welches haftvermittlerfrei ist und ein thermoplastisches Polymermatrixmaterial umfasst, ist vorzugsweise um einen Faktor von 3 oder mehr und/oder 4 oder weniger größer als das Energieaufnahmevermögen eines Kompositelements, welches einen Haftvermittler umfasst und ein thermoplastisches Polymermatrixmaterial umfasst.
Insbesondere für eine optimierte Abschirmwirkung kann es günstig sein, wenn das Abschirmungselement Aluminium oder eine Aluminium-Legierung umfasst oder daraus gebildet ist. Vorzugsweise weist das Abschirmungselement eine durchschnittliche Dicke von ungefähr 0,02 mm oder mehr, insbesondere von ungefähr 0,4 mm oder mehr, beispielsweise von ungefähr 0,5 mm oder mehr, auf.
Insbesondere weist das Abschirmungselement eine durchschnittliche Dicke von ungefähr 1,2 mm oder weniger, beispielsweise 1,0 mm oder weniger, auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Abschirmungselement eine durchschnittliche Dicke in einem Bereich von ungefähr 0,02 mm bis ungefähr 0,05 mm aufweist.
Die Dicke ist vorzugsweise entlang einer zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Bauteils verlaufenden Richtung definiert.
Die durchschnittliche Dicke bezeichnet vorzugsweise eine durchschnittliche Material stärke.
Es kann vorgesehen sein, dass die durchschnittliche Dicke des Abschirmungs elements abhängig von einer zu erreichenden elektromagnetischen Verträg lichkeit gewählt wird. Je höher die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit des Bauteils, desto größer wird die durchschnittliche Dicke des Abschirmungselements eingestellt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Abschirmungselement über ein Verbindungselement des Bauteils und/oder mittels eines Verbindungselements des Bauteils an dem Grundelement festgelegt ist. Beispielsweise ist das Verbindungselement eine Klebeschicht und/oder Haftschicht.
Günstig kann es sein, wenn das Verbindungselement ein erstes Polymer material umfasst oder daraus gebildet ist. Vorzugsweise wird für das Verbindungselement ein erstes Polymermaterial verwendet, welches einen Schmelzpunkt aufweist, der um ungefähr 10 % oder mehr, insbesondere um ungefähr 20 % oder mehr, beispielsweise um ungefähr 30 % oder mehr, höher ist als ein Schmelzpunkt eines in einem oder sämtlichen der Kompositelemente enthaltenen Polymermatrixmaterials.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement ein erstes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist, wobei vorzugsweise das erste Polymermaterial ein thermoplastisch verarbeitbares Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist.
Insbesondere umfasst das thermoplastisch verarbeitbare Polymermaterial ein statistisches Copolymer, beispielsweise ein Random Copolymer Polypropylen, oder ist daraus gebildet.
Ein Copolymer ist vorzugsweise ein Polymer, welches aus zwei oder mehreren verschiedenartigen Monomereinheiten besteht. Beispielsweise sind in einem statistischen Copolymer die verschiedenartigen Monomereinheiten zufällig in Polymerketten verteilt.
Als Random Copolymer hat sich ein PP-R (Polypropylen Random Copolymer) als besonders geeignet erwiesen. Beispielsweise wird ein Copolymerisat aus Propylen und Ethylen als erstes Polymermaterial verwendet.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Polymermaterial ein niedrig schmelzendes Polymermaterial ist. Beispielsweise beträgt ein Schmelzpunkt des ersten Polymermaterials ungefähr 140 °C oder weniger, beispielsweise ungefähr 135 °C oder weniger.
Insbesondere beträgt der Schmelzpunkt des ersten Polymermaterials ungefähr 110 °C oder mehr, beispielsweise ungefähr 120 °C oder mehr.
Vorzugsweise wird in Kombination mit dem Verbindungselement, welches das statistische Copolymer umfasst oder daraus gebildet ist, ein Kompositelement verwendet, welches das entsprechende Homopolymer umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise wird ein Kompositelement verwendet, in welchem ein Polypropylen-Homopolymer als Polymermatrixmaterial verwendet wird. Das Polypropylen-Homopolymer weist beispielsweise einen Schmelzpunkt von ungefähr 164 °C auf.
Günstig kann es sein, wenn das Bauteil ein Teil eines Gehäuses eines Batteriemoduls, beispielsweise eine Deckelement eines Batteriemoduls, ist.
Ergänzend oder alternativ ist das Bauteil vorzugsweise ein Teil eines Gehäuses einer Batteriezelle, beispielsweise ein Abdeckelement einer Batteriezelle.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Bauteil ein Fahrzeugunterboden oder ein Teil davon ist. Beispielsweise bildet das Bauteil eine Verkleidung eines Fahrzeugunterbodens oder einen Teil davon.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Grundelement ein Sandwichelement ist, welches ein erstes Lagenelement, ein zweites Lagenelement und ein Kern element umfasst, wobei das Kernelement zwischen dem ersten Lagenelement und dem zweiten Lagenelement angeordnet ist.
Vorzugsweise umfasst das erste Lagenelement ein erstes Kompositelement oder ist daraus gebildet. Insbesondere ist das erste Lagenelement ein haftvermittlerfreies Kompositelement, beispielsweise ein Organoblech.
Das erste Lagenelement ist in einem montierten Zustand vorzugsweise an einer einer Druckbelastung zugewandten Seite des Sandwichelements angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn das zweite Lagenelement ein zweites Kompositelement umfasst oder daraus gebildet ist. Vorzugsweise umfasst das zweite Kompositelement parallel zueinander angeordnete Endlosfasern. Beispielsweise ist das zweite Kompositelement ein unidirektionales Faser- Tape. Vorteilhaft kann es sein, wenn das Kernelement ein drittes Kompositelement umfasst oder daraus gebildet ist. Das dritte Kompositelement ist beispielsweise ein direktes langfaserverstärktes thermoplastisches Material (sogenanntes "Direct Long Fibre Thermoplastic" (DLFT)-Material).
Bei einem direkten langfaserverstärkten thermoplastischen Material handelt es sich vorzugsweise um ein langfaserverstärktes Material, welches in einem Direkt-Verfahren hergestellt ist und/oder wird. Bei Direkt-Verfahren zur Herstellung langfaserverstärkter, thermoplastischer Bauteile wird insbesondere auf die Verwendung von energie- und kostenintensiven Zwischenstufen (Halbzeugen) verzichtet. Eine Formmasse, welche durch Pressen oder Spritzgießen zum fertigen Bauteil verarbeitet werden soll, wird vorzugsweise unmittelbar vor ihrer Verarbeitung hergestellt. Dabei können der Fasergehalt, Additive und das Polymermatrixmaterial variabel festgelegt und damit der resultierende Werkstoff optimal im Hinblick auf seine spätere Anwendung abgestimmt werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Grundelement ein Sandwichelement ist, welches ein Trennlagenelement, ein erstes Lagenelement und ein zweites Lagenelement umfasst oder daraus gebildet ist, wobei das Trennlagenelement zwischen dem ersten Lagenelement und dem zweiten Lagenelement angeordnet ist. Vorzugsweise umfasst das Sandwichelement ein drittes Lagenelement und/oder ein viertes Lagenelement. Das dritte Lagenelement ist beispielsweise an einer dem Trennlagenelement abgewandten Seite des ersten Lagenelements angeordnet. Das vierte Lagenelement ist beispielsweise an einer dem Trennlagenelement abgewandten Seite des zweiten Lagenelements angeordnet.
Vorzugsweise ist das Trennlagenelement eine, insbesondere im Wesentlichen diffusionsdichte, Folie. Das Trennlagenelement umfasst vorzugsweise eines oder mehrere der folgenden Materialien oder ist daraus gebildet: Polyolefin, beispielsweise Polypropylen, thermoplastisches Elastomer, Ethylen-Propylen- Dien-Kautschuk. Als "diffusionsdicht" wird vorzugsweise ein Element bezeichnet, insbesondere ein Element, welches einen Sd-Wert von 1500 m oder mehr aufweist. Der Sd- Wert wird insbesondere gemäß DIN 4108-3 (10/2018) bestimmt.
Durch das Trennlagenelement kann eine verbesserte Abdichtung auch während einer Verarbeitung, beispielsweise einer Herstellung und/oder Montage des Bauteils, ausgebildet werden. Beispielsweise weist das Bauteil durch das Trennlagenelement ein verbessertes Abkühlverhalten und/oder eine optimierte Beständigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen auf.
Beispielsweise ist denkbar, dass das Bauteil ein Halbzeug ist und/oder Inline gefertigt wird.
Vorzugsweise umfasst das erste Lagenelement ein erstes Kompositelement oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst das erste Lagenelement ein Vliesmaterial und ein Fasermaterial. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Lagenelement ein Polypropylen-Vliesmaterial, welches einen Glasfaserkern aufweist.
Das zweite Lagenelement umfasst vorzugsweise ein Vliesmaterial, beispielsweise umfasst insbesondere einen Polyester, beispielsweise Polyethylenterephthalat, oder ein Polyolefin, beispielsweise Polypropylen oder Mischungen daraus. Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Lagenelement faserfrei ist.
Das dritte Lagenelement ist beispielsweise eine Folie aus einem Vliesmaterial.
Beispielsweise ist das vierte Lagenelement ein Scrim-Material und/oder ein Klebematerial. Ein Scrim-Material ist vorzugsweise ein Gewebematerial, beispielsweise ein Gaze-Material. Eines oder mehrere der folgenden Elemente können einen nichtbrennenden und/oder brandhemmenden Bestandteil aufweisen oder vollständig nichtbrennend und/oder brandhemmend ausgebildet sein: das Abschirmungselement; und/oder das erste Lagenelement; und/oder das zweite Lagenelement; und/oder das Trennlagenelement; und/oder das dritte Lagenelement; und/oder das vierte Lagenelement.
Das dritte Lagenelement und/oder das vierte Lagenelement sind beispielsweise Außenschichten. Insbesondere dienen das dritte Lagenelement und/oder das vierte Lagenelement einer Funktionalisierung des Bauteils, beispielsweise im Hinblick auf eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften und/oder Funktionen: Dichtung, Akustik, Klebung.
Es kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Abschirmungselement mehrere Folien umfasst, beispielsweise als Folienpaket ausgebildet ist. Eine Folienanzahl kann je nach Anforderungen an das Bauteil, beispielsweise in Bezug auf Temperatur und/oder elektromagnetische Verträglichkeit, variieren.
Es kann vorgesehen sein, dass die mehreren Folien nicht eben ausgebildet sind. Beispielsweise weisen die mehreren Folien regelmäßig angeordnete Erhebungen und/oder Vertiefungen in senkrecht zu einer Haupterstreckungs ebene der jeweiligen Folie verlaufenden Richtungen auf.
Beispielsweise weisen die mehreren Folien jeweils regelmäßig angeordnete Wölbungen auf.
Das Bauteil ist vorzugsweise recyclebar und/oder für ein End-of-Life-Recycling geeignet. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem ein möglichst stabiles Bauteil möglichst einfach herstellbar ist, welches eine optimierte elektromagnetische Verträg lichkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst.
Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein erfindungs gemäßes Bauteil hergestellt werden.
Vorzugsweise wird ein Grundelement bereitgestellt, welches zumindest ein Kompositelement umfasst oder daraus gebildet ist.
Das Verfahren umfasst insbesondere ferner ein Festlegen eines Abschirmungs elements zur elektrischen und/oder elektromagnetischen Schirmung des Bauteils an dem Grundelement, wobei das Abschirmungselement eine oder mehrere Folien, beispielsweise eine oder mehrere Metallfolien, umfasst oder daraus gebildet ist.
Beispielsweise wird das Abschirmungselement stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Grundelement festgelegt.
Günstig kann es sein, wenn das Abschirmungselement über ein Verbindungs element an dem Grundelement festgelegt wird, wobei vorzugsweise ein Material des Verbindungselements, beispielsweise ein erstes Polymermaterial, mittels einer Heizeinrichtung, beispielsweise einer Infrarotheizeinrichtung, angeschmolzen und/oder aufgeschmolzen wird, wodurch insbesondere ein Stoffschluss zwischen dem ersten Material des Verbindungselements und dem Kompositelement des Grundelements und ein Stoffschluss zwischen dem Material des Verbindungselements und dem Abschirmungselement gebildet wird.
Beispielsweise wird das Abschirmungselement mit einem Verbindungselement beschichtet und direkt hinterpresst.
Vorzugsweise kann das Abschirmungselement auch wieder von dem Grundelement gelöst werden, beispielsweise in einem Recycling prozess.
Insbesondere wird das Abschirmungselement, beispielsweise einseitig von einer dem Grundelement abgewandten Seite, mittels einer Heizeinrichtung erwärmt, bis das Verbindungselement niederviskos wird, das Grundelement aber im Wesentlichen unveränderte Eigenschaften aufweist. Anschließend und/oder währenddessen wird vorzugsweise das Abschirmungselement von dem Grundelement gelöst.
Zum Lösen des Abschirmungselements von dem Grundelement wird vorzugsweise das Abschirmungselement in einem niederviskosen Zustand mittels einer Saugvorrichtung, beispielsweise einer Vakuumsaugvorrichtung, entfernt, beispielsweise abgesaugt. So kann ein End-of-Life-Recycling erfolgen.
Unter "niederviskos" ist vorzugsweise eine Viskosität h des entsprechenden Materials in erwärmtem Zustand, beispielsweise bei ungefähr 145 °C bis ungefähr 150 °C, von ungefähr 0,8 mPa-s bis ungefähr 10 mPa-s zu verstehen.
Günstig kann es sein, wenn ein thermoplastisches Material auf das zumindest eine Kompositelement des Grundelements aufgebracht wird, beispielsweise durch Spritzgießen oder Pressen.
Beispielsweise wird das Grundelement besäumt. So kann eine optimierte Kantendichtheit ausgebildet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Abschirmungselement mehrere Folien umfasst, wobei die mehreren Folien gemeinsam aufgeheizt werden, insbesondere gemeinsam mit dem Grundelement, und dass die mehreren Folien und insbesondere das Grundelement als Verbund umgeformt werden. So kann eine Online-Fertigung des Bauteils erfolgen.
Beispielsweise wird das Abschirmungselement durch eine oder mehrere der folgenden Techniken an dem Grundelement festgelegt:
Nieten; und/oder Kleben; und/oder Tackern; und/oder
Fügen, beispielsweise Toxen und/oder Einbördeln.
Durch die genannten Techniken kann eine Offline-Fertigung des Bauteils erfolgen.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegen stand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls, welches eine Ausführungsform eines Bauteils enthält, das ein Grundelement und ein Abschirmungselement enthält, wobei das Abschirmungselement durch eine Metallfolie gebildet ist;
Fig. 2 einen Ausschnitt einer schematischen Schnittdarstellung des Bauteils aus Fig. 1 durch eine parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Bauteils verlaufende Ebene; Fig. 3 einen Ausschnitt einer schematischen Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Bauteils, bei welcher das Grundelement ein Sandwichelement ist oder umfasst, wobei das Sandwichelement ein erstes Lagenelement, ein zweites Lagenelement und ein zwischen dem ersten Lagenelement und dem zweiten Lagenelement angeordnetes Kernelement umfasst;
Fig. 4 einen Ausschnitt einer schematischen Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Bauteils, bei welcher das Grundelement ein erstes Lagenelement und ein zweites Lagenelement umfasst, welche durch ein Trennlagenelement voneinander getrennt sind, wobei das Trennlagenelement eine Folie, beispielsweise aus einem Polymermaterial, umfasst oder daraus gebildet ist; und
Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform eines Bauteils, bei welcher das Abschirmungsele ment mehrere Folien umfasst.
Gleiche oder funktional Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In Fig. 1 ist ein als Ganzes mit 100 bezeichnetes Bauteil gezeigt. Das Bauteil 100 bildet vorzugsweise einen Bestandteil eines Gehäuses 102 eines Batteriemoduls 104, beispielsweise einer Batteriebox. Insbesondere bildet das Bauteil 100 ein Deckelement 106 des Batteriemoduls 104.
Vorzugsweise umfasst das Bauteil 100 ein Grundelement 108, welches zumindest ein (vorliegend genau ein) Kompositelement 110 umfasst oder daraus gebildet ist.
Insbesondere umfasst das Bauteil 100 ein Abschirmungselement 112 zur elektrischen und/oder elektromagnetischen Schirmung. Das Abschirmungselement 112 dient vorzugsweise einer Abschirmung eines Innenraums des Batteriemoduls 104 vor elektrischen und/oder elektromagnetischen Einflüssen, beispielsweise von außen.
Insbesondere verbessert das Abschirmungselement 112 eine elektromagne tische Verträglichkeit des Bauteils 100 und/oder des Batteriemoduls 104 als Ganzem.
Die elektromagnetische Verträglichkeit bezeichnet vorzugsweise die Fähigkeit eines technischen Geräts, beispielsweise des Gehäuses 102, welches das Bauteil 100 enthält, andere Geräte nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte zu stören oder durch andere Geräte gestört zu werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Abschirmungselement 112 eine oder mehrere Folien 114, beispielsweise eine oder mehrere Metallfolien 115, umfasst oder daraus gebildet ist.
Das Abschirmungselement 112 ist mit dem Grundelement 108 verbunden. Beispielweise sind das Abschirmungselement 112 und das Grundelement 108 stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden.
Das Grundelement 108 bildet vorzugsweise ein Trägerelement 116 für das Abschirmungselement 112.
Vorzugsweise ist das Grundelement 108 eben und/oder zumindest näherungs weise plattenförmig ausgebildet.
Günstig kann es sein, wenn das Abschirmungselement 112 an einer einem Innenraum des Gehäuses 102 abgewandten Außenseite des Gehäuses 102 angeordnet ist. So können der Innenraum des Gehäuses 102 und insbeson dere darin enthaltene Komponenten vor Störungen durch elektrische und/oder elektromagnetische Effekte geschützt werden.
Das Batteriemodul 104 eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem (zeichnerisch nicht dargestellten) Fahrzeug, beispielsweise einem Elektrofahrzeug.
Ergänzend oder alternativ zu einer Ausbildung des Gehäuses 102 eines Batteriemoduls 104 teilweise oder vollständig durch ein Bauteil 100 kann vorgesehen sein, dass ein Teil eines Gehäuses einer oder mehrerer Batteriezellen des Batteriemoduls 104 durch ein Bauteil gebildet sind. Beispielsweise ist das Abdeckelement einer oder mehrerer Batteriezellen durch ein Bauteil 100 gebildet (zeichnerisch nicht dargestellt).
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass ein (zeichnerisch nicht dargestellter) Unterboden des Fahrzeugs (ein Fahrzeugunterboden) teilweise oder vollständig durch ein Bauteil 100 gebildet ist. Beispielsweise bildet das Bauteil 100 eine Verkleidung eines Fahrzeugunterbodens oder einen Teil davon.
Vorzugsweise umfasst das Kompositelement 110 ein Polymermatrixmaterial und ein Fasermaterial oder ist daraus gebildet. Das Fasermaterial ist vorzugsweise ein Endlosfasermaterial und/oder ein Langfasermaterial.
Ein "Endlosfasermaterial" ist vorzugsweise ein Fasermaterial, dessen Fasern zu 90 % oder mehr, insbesondere zu 95 % oder mehr, eine Länge von ungefähr 40 mm oder mehr, vorzugsweise von ungefähr 50 mm oder mehr, aufweisen.
Ein "Langfasermaterial" ist vorzugsweise ein Fasermaterial, dessen Fasern zu 90 % oder mehr, insbesondere zu 95 % oder mehr, eine Länge von ungefähr 1 mm oder mehr und/oder von ungefähr 50 mm oder weniger aufweisen. Vorzugsweise umfasst das Fasermaterial Glasfasern oder ist aus Glasfasern gebildet.
Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Fasermaterial Aramidfasern und/oder Kohlenstofffasern umfasst oder daraus gebildet ist.
Gemäß der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform wird beispielsweise ein Homopolymer, beispielsweise ein Polypropylen- Homopolymer als Polymermatrixmaterial verwendet.
Beispielsweise ist auch denkbar, dass ein Low Weight Reinforced Thermoplastics (LWRT), ein verstärkter Thermoplast mit einem geringen Gewicht, als Kompositelement 110 verwendet wird.
Es kann vorgesehen sein, dass das Kompositelement 110 aus dem mit dem Polymermatrixmaterial vorimprägnierten Fasermaterial hergestellt ist, wobei das Fasermaterial insbesondere vollständig oder teilweise mit Polymermatrix material imprägniert ist.
Günstig kann es sein, wenn das in dem Kompositelement 110 enthaltene Fasermaterial ein Gewebe und/oder ein Gelege umfasst oder daraus gebildet ist.
Ein Gewebe ist vorzugsweise ein textiles Flächengebilde, welches vorzugsweise aus mindestens zwei Fadensystemen, Kette und Schuss, besteht.
Insbesondere sind die mindestens zwei Fadensysteme mustermäßig angeordnet, beispielsweise kreuzen sie sich unter Einschluss eines Winkels von zumindest näherungsweise 90°.
Insbesondere dann, wenn das in dem Kompositelement 110 enthaltene Fasermaterial ein Gelege umfasst oder daraus gebildet ist, kann vorgesehen sein, dass ein Winkel zwischen zwei oder mehr Fadensystemen mindestens ungefähr 30° und/oder höchstens ungefähr 90° beträgt, beispielsweise zumindest näherungsweise 30°, zumindest näherungsweise 45°, zumindest näherungsweise 60° oder zumindest näherungsweise 90°.
Die Fäden oder Fadensysteme umfassen vorzugsweise eine oder mehrere Fasern oder sind daraus gebildet. Beispielsweise sind die Fäden oder Fadensysteme aus einem oder mehreren Faserbündeln, beispielsweise sogenannten Rovings, gebildet.
Günstig kann es sein, wenn ein Anteil der Fasern in dem Kompositelement 110 ungefähr 70 Gew.-% oder mehr, insbesondere ungefähr 80 Gew.-% oder mehr, bezogen auf eine Gesamtmasse des Kompositelements 110 beträgt.
Insbesondere beträgt der Anteil der Fasern in dem Kompositelement 110 ungefähr 95 Gew.-% oder weniger, beispielsweise ungefähr 92 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmasse des Kompositelements 110.
Insbesondere für eine optimierte Abschirmwirkung kann es günstig sein, wenn das Abschirmungselement 112 Aluminium oder eine Aluminium-Legierung umfasst oder daraus gebildet ist.
Vorzugsweise weist das Abschirmungselement 112 eine durchschnittliche Dicke von ungefähr 0,02 mm oder mehr, insbesondere von ungefähr 0,4 mm oder mehr, beispielsweise von ungefähr 0,5 mm oder mehr, auf.
Insbesondere weist das Abschirmungselement 112 eine durchschnittliche Dicke von ungefähr 1,2 mm oder weniger, insbesondere 1,0 mm oder weniger, auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Abschirmungselement 112 eine durchschnittliche Dicke in einem Bereich von ungefähr 0,02 mm bis ungefähr 0,05 mm aufweist. Die Dicke ist vorzugsweise entlang einer zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Bauteils 100 verlaufenden Richtung definiert.
Die durchschnittliche Dicke bezeichnet vorzugsweise eine durchschnittliche Material stärke des jeweiligen Elements.
Es kann vorgesehen sein, dass die durchschnittliche Dicke des Abschirmungs elements 112 abhängig von einer zu erreichenden elektromagnetischen Verträglichkeit gewählt wird. Je höher die Anforderungen an die elektromagne tische Verträglichkeit des Bauteils 100, desto größer wird die durchschnittliche Dicke des Abschirmungselements 112 eingestellt und/oder gewählt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Abschirmungselement 112 über ein Verbindungselement 118 des Bauteils 100 an dem Grundelement 108 festgelegt ist. Das Verbindungselement 118 ist beispielsweise eine Klebeschicht und/oder Haftschicht.
Günstig kann es sein, wenn das Verbindungselement 118 ein erstes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist. Vorzugsweise wird für das Verbindungselement 118 ein erstes Polymermaterial verwendet, welches einen Schmelzpunkt aufweist, der um ungefähr 10 % oder mehr, insbesondere ungefähr 20 % oder mehr, beispielsweise um ungefähr 30 % oder mehr, höher ist als ein Schmelzpunkt eines Polymermatrixmaterials des Kompositelements 110.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das erste Polymermaterial des Verbindungselements 118 ein thermoplastisch verarbeitbares Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist.
Vorzugsweise umfasst das thermoplastisch verarbeitbare Polymermaterial ein statistisches Copolymer, beispielsweise ein Random Copolymer Polypropylen, oder ist daraus gebildet. Ein Copolymer ist vorzugsweise ein Polymer, welches aus zwei oder mehreren verschiedenartigen Monomereinheiten besteht. Beispielsweise sind in einem statistischen Copolymer die verschiedenartigen Monomereinheiten zufällig in Polymerketten verteilt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste Polymermaterial ein niedrig schmelzendes Polymermaterial ist. Beispielsweise beträgt ein Schmelzpunkt des ersten Polymermaterials ungefähr 140 °C oder weniger, beispielsweise ungefähr 135 °C oder weniger.
Insbesondere beträgt der Schmelzpunkt des ersten Polymermaterials ungefähr 110 °C oder mehr, beispielsweise ungefähr 120 °C oder mehr.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als erstes Polymermaterial ein Random Copolymer und als Polymermatrixmaterial des Kompositelements 110 das entsprechende Homopolymer verwendet.
Als Random Copolymer hat sich ein PP-R Polypropylen Random Copolymer als besonders geeignet erwiesen. Beispielsweise wird ein Copolymerisat aus Propylen und Ethylen als erstes Polymermaterial des Verbindungselements 118 verwendet.
Zur Herstellung des Bauteils 100 wird das Abschirmungselement 112 vorzugsweise an dem Grundelement 108 festgelegt.
Insbesondere wird das Abschirmungselement 112 stoffschlüssig, beispielsweise durch und/oder über das Verbindungselement 118, an dem Grundelement 108 festgelegt.
Vorzugsweise wird ein Material des Verbindungselements 118, beispielsweise ein erstes Polymermaterial, mittels einer Heizeinrichtung angeschmolzen und/oder aufgeschmolzen. Insbesondere durch das Anschmelzen und/oder Aufschmelzen des Materials des Verbindungselements 118 wird ein Stoffschluss zwischen dem Material des Verbindungselements 118 und dem Kompositelement 110 des Grundelements 108 und ein Stoffschluss zwischen dem Material des Verbindungselements 118 und dem Abschirmungselement 112 gebildet.
Als Heizeinrichtung wird beispielsweise eine Infrarotheizeinrichtung, beispielsweise Infrarot-Strahler, verwendet.
Vorzugsweise kann das Abschirmungselement 112 auch wieder von dem Grundelement 108 gelöst werden, beispielsweise in einem Recycling prozess.
Insbesondere wird das Abschirmungselement 112, beispielsweise einseitig von einer dem Grundelement 108 abgewandten Seite, mittels der Heizeinrichtung erwärmt, bis das Verbindungselement 118 niederviskos wird, das Grundelement 108 aber im Wesentlichen unveränderte Eigenschaften aufweist.
Nach und/oder während der Erwärmung des Verbindungselements 118 wird vorzugsweise das Abschirmungselement 112 von dem Grundelement 108 gelöst.
Zum Lösen des Abschirmungselements 112 von dem Grundelement 108 wird vorzugsweise das Abschirmungselement 108 in einem niederviskosen Zustand mittels einer Saugvorrichtung, beispielsweise einer Vakuumsaugvorrichtung, entfernt, beispielsweise abgesaugt.
Unter "niederviskos" ist vorzugsweise eine Viskosität h des entsprechenden Elements in erwärmtem Zustand, beispielsweise bei ungefähr 145 °C bis ungefähr 150 °C, von ungefähr 0,8 mPa-s bis ungefähr 10 mPa-s zu verstehen.
Ein in Fig. 3 dargestellte weitere Ausführungsform eines Bauteils 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform, dass das Grundelement 108 mehrere Kompositelemente 110 umfasst.
Günstig kann es sein, wenn das Grundelement 108 ein Sandwichelement 120 umfasst oder ist. Das Sandwichelement 120 umfasst vorzugsweise ein erstes Lagenelement 122, ein zweites Lagenelement 124 und ein zwischen dem ersten Lagenelement 122 und dem zweiten Lagenelement 124 angeordnetes Kernelement 126.
Vorzugsweise wird als erstes Lagenelement 122 ein erstes Kompositmaterial 110 in Form eines Organoblechs 128 verwendet.
Beispielsweise ist und/oder wird ein asymmetrisches Sandwichelement 120 ausgebildet, bei welchem voneinander verschiedene Materialien als erstes Lagenelement 122 und als zweites Lagenelement 124 verwendet werden.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das erste Kompositelement 110 haftvermittlerfrei ist. Beispielsweise erfolgt so ausschließlich eine teilweise Imprägnierung des Fasermaterials mit dem Polymermatrixmaterial. Hierdurch weist das erste Kompositelement 110 insbesondere verbesserte Impact-Eigenschaften auf.
Vorzugsweise ist das Polymermatrixmaterial in einer besonderes bevorzugten haftvermittlerfreien Ausführungsform ein thermoplastisches Polymermaterial.
Das "haftvermittlerfreie" Kompositelement 110 enthält vorzugsweise keine Substanzen, welche dafür vorgesehen sind, an einer Grenzfläche unmischbarer Stoffe eine enge physikalische und/oder chemische Bindung herzustellen. Beispielsweise ist das erste Kompositelement 110 frei von Silanen, beispielsweise Aminosilanen.
Beispielsweise ist das Organoblech 128 reversibel verformbar. So kann das Organoblech 128 mehrfach verwendet werden. Durch eine unvollständige Imprägnierung des Fasermaterials können Fasern in einem Belastungsfall nachgleiten und werden nicht in einer festen Position gehalten. Hierdurch kann insbesondere zusätzliche Energie aufgenommen werden, welche beispielsweise durch Reibungseffekte zusätzlich abgetragen werden kann.
Insbesondere können Kräfte zuverlässig von den Fasern des jeweiligen Fasermaterials in das Polymermatrixmaterial geleitet werden und/oder von dem Polymermatrixmaterial in die Fasern.
Im Vergleich dazu verhindert eine vollständige Imprägnierung der Fasern typischerweise ein Nachgleiten bei Belastung, so dass im Vergleich zu Strukturen, deren Fasern nicht vollständig imprägniert sind, weniger Energie aufgenommen wird und/oder die Struktur reißt.
Haftvermittlerfreie Kompositelemente 110 können nach denselben Verfahren und/oder in denselben Anlagen hergestellt werden wie Kompositelemente 110, welche Haftvermittler enthalten. Hierdurch sind bei einer Verfahrensumstellung Umbaumaßnahmen bei den Anlagen entbehrlich.
Beispielsweise weist das erste Kompositelement 110 eine Energieaufnahme von 100 % oder mehr auf. Die Energieaufnahme wird beispielsweise gemäß einem Durchstoßversuch nach DIN EN ISO 6603-2 bestimmt. Das haftvermittlerfreie erste Kompositelement 110 in Form eines Organoblechs 128 lässt sich gemäß dem Durchstoffversuch nach DIN EN ISO 6603-2 vorzugsweise nicht durchstoßen.
Thermoplastische Polymermatrixmaterialien haben gegenüber duroplastischen Polymermaterien insbesondere den Vorteil, dass sie im Vergleich zu anderen Polymermaterialien eine erhöhte Bruchdehnung aufweisen.
Beispielsweise ist ein Energieaufnahmevermögen des ersten Kompositele- ments 110, welches ein thermoplastisches Polymermatrixmaterial umfasst, im Vergleich zum Energieaufnahmevermögen von Kompositelementen 110, welche ein duroplastisches Polymermatrixmaterial umfassen, bis zu einem Faktor 10 erhöht.
Das Energieaufnahmevermögen des haftvermittlerfreien ersten Kompositele- ments 110, welches ein thermoplastisches Polymermatrixmaterial umfasst, ist vorzugsweise um einen Faktor von 3 oder mehr und/oder 4 oder weniger größer als das Energieaufnahmevermögen eines Kompositelements 110, welches einen Haftvermittler umfasst und ein thermoplastische Polymermatrixmaterial umfasst.
Günstig kann es sein, wenn ein thermoplastisches Material auf das zumindest eine Kompositelement 110 des Grundelements 108 aufgebracht wird, beispielsweise durch Spritzgießen oder Pressen.
Beispielsweise wird das Grundelement 108 besäumt.
So kann eine optimierte Kantendichtheit ausgebildet werden.
Das erste Lagenelement 122 ist in einem montierten Zustand vorzugsweise an einer einer Druckbelastung zugewandten Seite des Bauteils 100 angeordnet. Beispielsweise ist das erste Lagenelement 122 an einer dem Abschirmungs element 112 zugewandten Seite des Sandwichelements 120 angeordnet.
Günstig kann es sein, wenn das zweite Lagenelement 124 ein zweites Kompositelement 110 umfasst oder daraus gebildet ist. Beispielsweise ist das zweite Kompositelement 110 ein Kompositelement 110, welches parallel zueinander angeordnete Endlosfasern umfasst. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Lagenelement 124 ein unidirektionales Faser- Tape (UD-Tape).
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Kernelement 126 ein drittes Kompositelement 110 umfasst oder daraus gebildet ist. Das dritte Kompositelement 110 ist beispielsweise ein direktes langfaserverstärktes thermoplastisches Material (sogenanntes "Direct Long Fibre Thermoplastic" (DLFT)-Material).
Bei einem direkten langfaserverstärkten thermoplastischen Material handelt es sich vorzugsweise um ein langfaserverstärktes Material, welches in einem Direkt-Verfahren hergestellt ist und/oder wird. Bei Direkt-Verfahren zur Herstellung langfaserverstärkter, thermoplastischer Bauteile wird insbesondere auf die Verwendung von energie- und kostenintensiven Zwischenstufen (Halbzeugen) verzichtet. Die Formmasse, die durch Pressen oder Spritzgießen zum fertigen Bauteil verarbeitet werden soll, wird beispielsweise unmittelbar vor ihrer Verarbeitung hergestellt. Dabei können der Fasergehalt, Additive und das Polymermatrixmaterial variabel festgelegt und damit der Werkstoff optimal auf seine spätere Anwendung abgestimmt werden.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 3 dargestellte weitere Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 4 dargestellte weitere Ausführungsform eines Bauteils 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform, dass das Sandwichelement 120 ein Trennlagenelement 130 als Kernelement 126 umfasst.
Vorzugsweise ist das Trennlagenelement 130 eine, insbesondere im Wesentlichen diffusionsdichte, Folie. Beispielsweise umfasst das Trennlagen element 130 eines oder mehrere der folgenden Materialien oder ist daraus gebildet: Polyolefin, beispielsweise Polypropylen, thermoplastisches Elastomer, Ethylen- Propylen- Dien- Kautschuk. Als "diffusionsdicht" wird vorzugsweise ein Element bezeichnet, insbesondere ein Element, welches einen Sd-Wert von 1500 m oder mehr aufweist. Der Sd- Wert wird insbesondere gemäß DIN 4108-3 (10/2018) bestimmt.
Durch das Trennlagenelement 130 kann insbesondere eine verbesserte Abdichtung auch während einer Verarbeitung, beispielsweise einer Herstellung und/oder Montage des Bauteils, ausgebildet werden. Beispielsweise weist das Bauteil 100 durch das Trennlagenelement 130 ein verbessertes Abkühlverhalten und/oder eine optimierte Beständigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen auf.
Es kann vorgesehen sein, dass das Sandwichelement 120 ein drittes Lagenelement 132 und/oder ein viertes Lagenelement 134 umfasst. Das dritte Lagenelement 132 ist vorzugsweise an einer dem Trennlagenelement 130 abgewandten Seite des ersten Lagenelements 122 angeordnet. Insbesondere ist das vierte Lagenelement 134 an einer dem Trennlagenelement 130 abgewandten Seite des zweiten Lagenelements 124 angeordnet.
Beispielsweise ist denkbar, dass das Bauteil 100 ein Halbzeug ist und/oder Inline gefertigt wird.
Vorzugsweise umfasst das erste Lagenelement 122 ein erstes Kompositelement 110 oder ist daraus gebildet. Beispielsweise umfasst das erste Lagenelement 122 ein Vliesmaterial und ein Fasermaterial. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Lagenelement 122 ein Polypropylen-Vliesmaterial, welches einen Glasfaserkern aufweist.
Das zweite Lagenelement 124 umfasst vorzugsweise ein Vliesmaterial, umfasst insbesondere einen Polyester, beispielsweise Polyethylenterephthalat, oder ein Polyolefin, beispielsweise Polypropylen oder Mischungen daraus. Vorteilhaft kann es sein, wenn das zweite Lagenelement 124 faserfrei ist. Das dritte Lagenelement 132 ist beispielsweise eine Folie aus einem Vliesmaterial.
Beispielsweise ist das vierte Lagenelement 134 ein Scrim-Material und/oder ein Klebematerial. Ein Scrim-Material ist vorzugsweise ein Gewebematerial, beispielsweise ein Gaze-Material.
Eines oder mehrere der folgenden Elemente können einen nichtbrennenden und/oder brandhemmenden Bestandteil aufweisen oder vollständig nichtbrennend und/oder brandhemmend ausgebildet sein: das Abschirmungselement 112; und/oder das erste Lagenelement 122; und/oder das zweite Lagenelement 124; und/oder das Trennlagenelement 130; und/oder das dritte Lagenelement 132; und/oder das vierte Lagenelement 134.
Insbesondere dienen das dritte Lagenelement 132 und/oder das vierte Lagenelement 134 einer Funktionalisierung des Bauteils 100, beispielsweise im Hinblick auf eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften und/oder Funktionen: Dichtung, Akustik, Klebung.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 4 dargestellte weitere Ausführungsform eines Bauteils hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in Fig. 5 dargestellte weitere Ausführungsform eines Bauteils 100 unterscheidet sich hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen dadurch von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform, dass das Abschirmungselement 122 mehrere Folien 114 umfasst, beispielsweise als Folienpaket 136 ausgebildet ist. Vorliegend umfasst das Abschirmungselement 112 drei Folien 114. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann die Anzahl der Folien 114 variieren.
Beispielsweise umfassen die mehreren Folien 114 eine Aluminiumlegierung oder sind daraus gebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass die mehreren Folien 114 nicht eben ausgebildet sind und beispielsweise regelmäßig angeordnete Erhebungen und/oder Vertiefungen in senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der jeweiligen Folie 114 verlaufenden Richtungen aufweist.
Beispielsweise weisen die mehreren Folien 114 jeweils regelmäßig angeordnete Wölbungen auf.
Zur Herstellung der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform des Bauteils 100 kann vorgesehen sein, dass die mehreren Folien 114 gemeinsam mit dem Grundelement 108 teilweise oder vollständig in einem Onlineverfahren bearbeitet werden. Beispielsweise werden die mehreren Folien 114 gemeinsam mit dem Grundelement 108 erwärmt und anschließend und/oder währenddessen als Verbund gemeinsam umgeformt.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Bauteil 100 teilweise oder vollständig in einem Offl ineverfahren bearbeitet werden.
Beispielsweise wird das Abschirmungselement 112 in Form des Folienpakets 136 durch eines oder mehrere der folgenden Verfahren an dem Grundelement 108 festgelegt:
Nieten; und/oder Kleben; und/oder Tackern; und/oder
Fügen, beispielsweise Toxen und/oder Einbördeln. Im Übrigen stimmt die in Fig. 5 dargestellte weitere Ausführungsform eines Bauteils 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform überein, so dass auf deren Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Durch die zuvor beschriebenen Merkmale des Bauteils 100 kann ein Bauteil mit verringertem Gewicht ausgebildet werden, welches innen isolierend und außen abschirmend ist. Beispielsweise kann ein leichter Batteriedeckel ausgebildet werden, welcher innen isolierend und außen abschirmend ist.

Claims

Patentansprüche
1. Bauteil (100), vorzugsweise für ein Fahrzeug, wobei das Bauteil (100) Folgendes umfasst: ein Grundelement (108), welches zumindest ein Kompositelement (110) umfasst oder daraus gebildet ist; und ein Abschirmungselement (112) zur elektrischen und/oder elektromagnetischen Schirmung des Bauteils (100), wobei das Abschirmungselement (112) eine oder mehrere Folien (114), beispielsweise eine oder mehrere Metallfolien, umfasst oder daraus gebildet ist und mit dem Grundelement (108) verbunden ist.
2. Bauteil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines des zumindest einen Kompositelements (110) ein Polymermatrixmaterial und ein Fasermaterial, vorzugsweise ein Endlosfasermaterial und/oder ein Langfasermaterial, umfasst oder daraus gebildet ist.
3. Bauteil (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmungselement (112) Aluminium oder eine Aluminium- Legierung umfasst oder daraus gebildet ist.
4. Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das Abschirmungselement (112) eine durchschnittliche Dicke von ungefähr 0,02 mm oder mehr, insbesondere von ungefähr 0,4 mm oder mehr, beispielsweise von ungefähr 0,5 mm oder mehr, und/oder ungefähr 1,2 mm oder weniger, insbesondere ungefähr
1,0 mm oder weniger, aufweist.
5. Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass das Abschirmungselement (112) über ein Verbindungs element (118) des Bauteils (100) mit dem Grundelement (108) verbunden ist, wobei vorzugsweise das Verbindungselement (118) eine Klebeschicht ist.
6. Bauteil (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (118) ein erstes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist, wobei vorzugsweise ein Schmelzpunkt des ersten Polymermaterials des Verbindungselements (118) ungefähr 10 % oder mehr, insbesondere ungefähr 20 % oder mehr, beispielsweise ungefähr 30 % oder mehr, höher ist als ein Schmelzpunkt eines Polymermatrix materials zumindest eines oder sämtlicher der Kompositelemente (108).
7. Bauteil (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (118) ein erstes Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist, wobei das erste Polymermaterial ein thermoplastisch verarbeitbares Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist, und wobei vorzugsweise das thermoplastisch verarbeitbare Polymermaterial ein statistisches Copolymer, beispielsweise Random Copolymer Polypropylen, umfasst oder daraus gebildet ist.
8. Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass das Bauteil (100) ein Teil eines Gehäuses (102) eines Batteriemoduls (104), beispielsweise ein Deckelement (106) eines Batteriemoduls (104), und/oder ein Teil eines Gehäuses einer Batteriezelle, beispielsweise ein Abdeckelement einer Batteriezelle, und/oder ein Fahrzeugunterboden oder ein Teil davon ist.
9. Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass das Grundelement (108) ein Sandwichelement (120) ist, welches ein erstes Lagenelement (122), ein zweites Lagenelement (124) und ein Kernelement (126) umfasst, wobei das Kernelement (126) zwischen dem ersten Lagenelement (122) und dem zweiten Lagenele ment (124) angeordnet ist.
10. Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass das Grundelement (108) ein Sandwichelement (120) ist, welches ein Trennlagenelement (130), ein erstes Lagenelement (122) und ein zweites Lagenelement (124) umfasst oder daraus gebildet ist, wobei das Trennlagenelement (130) zwischen dem ersten Lagenelement (122) und dem zweiten Lagenelement (124) angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Sandwichelement (120) ein drittes Lagenelement (132) und/oder ein viertes Lagenelement (134) umfasst, wobei das dritte Lagenelement (132) an einer dem Trennlagenelement (130) abgewandten Seite des ersten Lagenelements (122) angeordnet ist und/oder wobei das vierte Lagenelement (134) an einer dem Trennlagenelement (130) abgewandten Seite des zweiten Lagenele ments (134) angeordnet ist.
11. Bauteil (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennlagenelement (130) eine, insbesondere eine im Wesentlichen diffusionsdichte, Folie ist und/oder dass das Trennlagenelement (130) eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst oder daraus gebildet ist: Polyolefin, beispielsweise Polypropylen, thermoplastisches Elastomer, Ethylen- Propylen- Dien- Kautschuk.
12. Bauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, dass das Abschirmungselement (112) mehrere Folien (114) umfasst, beispielsweise als Folienpaket (136) ausgebildet ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, vorzugsweise zur Herstellung eines Bauteils (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Bereitstellen eines Grundelements (108), welches zumindest ein Kompositelement (110) umfasst oder daraus gebildet ist; Festlegen eines Abschirmungselements (112) zur elektrischen und/oder elektromagnetischen Schirmung des Bauteils (100) an dem Grundelement (100), wobei das Abschirmungselement (112) eine oder mehrere Folien (114), beispielsweise eine oder mehrere Metallfolien, umfasst oder daraus gebildet ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmungselement (112) über ein Verbindungselement (118) an dem Grundelement (108) festgelegt wird, wobei vorzugsweise ein Material des Verbindungselements (118), beispielsweise ein erstes Polymermaterial, mittels einer Heizeinrichtung, beispielsweise einer Infrarotheizeinrichtung, angeschmolzen und/oder aufgeschmolzen wird, wodurch insbesondere ein Stoffschluss zwischen dem Material des Verbindungselements (118) und zumindest einem des zumindest einen Kompositelements (110) des Grundelements und ein Stoffschluss zwischen dem Material des Verbindungselements (118) und dem Abschirmungselement (112) gebildet wird.
15. Verfahren Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermoplastisches Material auf das zumindest eine Kompositelement (110) des Grundelements (108) aufgebracht wird, beispielsweise durch Spritzgießen oder Pressen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, dass das Abschirmungselement (112) mehrere Folien (114) umfasst, wobei die mehreren Folien (114) gemeinsam aufgeheizt werden, insbesondere gemeinsam mit dem Grundelement (108), und dass die mehreren Folien (114) und insbesondere das Grundelement (108) als Verbund umgeformt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekenn zeichnet, dass das Abschirmungselement (112) durch eine oder mehrere der folgenden Techniken an dem Grundelement (108) festgelegt wird:
Nieten; und/oder Kleben; und/oder Tackern; und/oder
Fügen, beispielsweise Toxen und/oder Einbördeln.
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