WO2019214901A1 - Hybrides stahl-kunststoffgehäuse für leistungselektronik - Google Patents

Hybrides stahl-kunststoffgehäuse für leistungselektronik Download PDF

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WO2019214901A1
WO2019214901A1 PCT/EP2019/059490 EP2019059490W WO2019214901A1 WO 2019214901 A1 WO2019214901 A1 WO 2019214901A1 EP 2019059490 W EP2019059490 W EP 2019059490W WO 2019214901 A1 WO2019214901 A1 WO 2019214901A1
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WO
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hybrid component
component according
metal sheet
dynamic
hybrid
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PCT/EP2019/059490
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lothar Patberg
Fabian Schongen
Vanessa Wieschalla
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0007—Casings
    • H05K9/0049—Casings being metallic containers

Definitions

  • the invention relates to a hybrid component, in particular a housing or a housing part, in the metal / plastic composite, the at least one electromagnetic radiation, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields shielding metal sheet and at least one on the metal sheet cohesively and / or positively applied thermoplastic , thermosetting or elastomeric plastic layer, characterized in that the hybrid component has a screen factor S (v) of 1.00 to 120.00 dB in a dynamic, magnetic field or a dynamic electromagnetic field with a frequency v of 0.001 to 1000 kHz wherein the screen factor S (v) is determined from the quotient of the field strength measured at the location of the sink with or without hybrid element between sink and source. Furthermore, the present invention relates to a method for producing the hybrid component and its use.
  • corresponding lightweight components in a vehicle body serve as crash-relevant structural components, such as a B-pillar, a bumper or a side impact beam.
  • One approach to achieving such lightweight components is to combine different materials together.
  • materials which have the abovementioned properties are to be provided with further functions, for example with the property of shielding against electromagnetic radiation, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • US 2007/0134452 A1 discloses, for example, a container which can be used in rail vehicles or motor vehicles. It is made of shielding metal and contains a plastic insert. The metal container has an edge at the opening which is bent over to fix the plastic insert.
  • WO 2008/008693 A2 discloses a cover plate which contains a metal sheet and a plastic layer and is used to shield electromagnetic radiation.
  • EP 2 597 740 A1 discloses a material for shielding cables through which electrical current flows against electromagnetic radiation. The advantage of this material is that it is flexible and therefore the sheathed cable also remains flexible.
  • a hybrid component in particular a housing or a housing part, which in addition to advantageous mechanical properties and good processability, in particular for producing complicated and / or detailed forms, and especially a high Shielding against electromagnetic radiation, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields.
  • a corresponding hybrid component is to be provided which can replace materials known to the person skilled in the art, for example aluminum diecasting.
  • a hybrid component in the metal / plastic composite the at least one electromagnetic radiation, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields shielding metal sheet and at least one on the metal sheet cohesively and / or positively applied thermoplastic, thermosetting or elastomeric Plastic layer, characterized in that the hybrid component has a screen factor S (v) of 1.00 to 120.00 dB in a dynamic magnetic field or a dynamic electromagnetic field with a frequency v of 0.001 to 1000 kHz, wherein the Umbrella factor S (v) is determined from the quotient of the field strength measured at the location of the sink with or without hybrid element situated between the sink and the source.
  • the objects are transformed by the inventive method for producing a hybrid component, wherein a suitably designed hybrid component in the, preferably three-dimensional shape of the hybrid component, preferably by deep drawing or roll forming, and by the inventive use of the hybrid component as a housing or housing part for at least an electronic component, a battery, a DC / DC converter, an inverter, photovoltaic, circuit boards, power supply equipment, an electrical machine or a part thereof, electrical or electronic equipment, medical equipment, in control cabinets, in server rooms or as server racks, in PC cases, in the aerospace industry, for power electronics or an electronic conductor.
  • electromagnetic radiation, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields shielding metal sheet may in principle have any known to those skilled composition which causes a high shielding against the above-mentioned radiation or said fields.
  • the metal sheet according to the invention preferably has the following composition (in each case in% by weight)
  • Carbon (C) is present in an amount of 0.001 to 2, 1 wt .-%, preferably 0.001 to 0.800 wt .-%, more preferably 0.002 to 0.700 wt .-%, most preferably 0.002 to 0.650 wt .-%, before ,
  • Manganese (Mn) is present in an amount of 0.001 to 30.00 wt%, preferably 0.01 to 25.00 wt%, more preferably 0.1 to 23.00 wt%.
  • Silicon (Si) is in an amount of 0.001 to 8.00 wt .-%, preferably 0.001 to 4.00 wt .-%, particularly preferably 0.01 to 3.5 wt .-%, most preferably 0.02 to 3.4 wt .-%, before.
  • Aluminum (AI) is in an amount of 0.01 to 4.00 wt .-%, preferably 0.01 to 2.00 wt .-%, particularly preferably 0.02 to 1.8 wt .-%, very particularly preferably 0.02 to 1.6 wt .-%, before.
  • Chromium (Cr) is present in an amount of from 0.001 to l, 00 wt .-%, preferably 0.01 to 0.5 wt .-%, particularly preferably 0.01 to 0.4 wt .-%, before.
  • the metal sheet used according to the invention may have one or more alloying elements from the following group comprising As, B, Cu, Ni, Mo, Ti, V, S, P and Sn.
  • the present invention therefore preferably relates to the hybrid component according to the invention, wherein the metal sheet used comprises at least one alloying element selected from the group consisting of As, B, Cu, Ni, Mo, Ti, V, S,
  • the said additional alloying elements are present, they are furthermore preferably present in the amounts mentioned below.
  • Unavoidable impurities in the sense of the present invention are, for example, 0, N, Nb or Sb.
  • the production of the metal sheet used according to the invention can be carried out by methods known to the person skilled in the art.
  • a hot strip or a cold strip more preferably as a coil or as a board, are used.
  • the metal sheet used in accordance with the invention has a microstructure comprising 0 to 100% by weight, preferably 5 to 95% by weight, ferrite, 0 to 95% by weight, preferably 0 to 60% by weight, of bainite , 0 to 20 wt .-%, preferably 5 to 20 wt .-% pearlite, 0 to 100 wt .-%, preferably 3 to 35 wt .-%, martensite or up to 100 wt .-% martensite, 0 to 20 Wt .-%, preferably 2 to 15 wt .-%, retained austenite and optionally carbides, the sum in each case 100 wt .-% results.
  • the metal sheet used according to the invention has particularly good mechanical properties, in particular with regard to yield strength, ductility, tensile strength and / or elongation at break.
  • the metal sheet used according to the invention contains no austenitic structure.
  • this means that the metal sheet used according to the invention has a microstructure which preferably contains less than 8% by weight austenite, particularly preferably less than 5% by weight, very particularly preferably less than 2% by weight , The absence of austenite enables the good shielding properties of the present invention. It has surprisingly been found that the presence of austenite worsens the shielding properties, so that preferably no austenite is present in the metal sheet used according to the invention.
  • the metal sheet used according to the invention has, for example, a yield strength of 100 to 1900 MPa.
  • the metal sheet used according to the invention has, for example, a tensile strength of at least 200 MPa, preferably at least 400 MPa, more preferably at least 750 MPa.
  • the metal sheet used according to the invention has, for example, an elongation at break A80 of 2 to 45%.
  • the metal sheet used according to the invention has a particle size of 2 to 200 ⁇ m, preferably 2 to 100 ⁇ m, particularly preferably 5 to 30 ⁇ m.
  • this grain size preferred according to the invention contributes to improving the magnetic properties.
  • the hybrid component according to the invention may also have a metal sheet of another metal, for example of magnesium or aluminum.
  • the hybrid component according to the invention in particular the housing or housing part, has at least one thermoplastic, thermoset or elastomeric plastic layer bonded on the metal sheet in a material-locking and / or form-fitting, in particular materially bonded, manner.
  • cohesively means that the metal sheet and the plastic layer are held together by atomic or molecular forces, so that the two components can only be separated by destruction.
  • positive locking means that the metal sheet and the plastic layer in their shapes are adapted to each other so that they hold together, but the two components can be separated without destruction.
  • the at least one thermoplastic plastic is preferably selected from the group consisting of polyolefins, polyamides (PA), polycarbonates (PC), thermoplastic polyesters, thermoplastic polyurethanes (PU), polysulfides (PS), polyether ether ketones (PEEK), polyarylene, aromatic polyesters, Polyaramids, polyaramid fibers, heterocyclic polymers, liquid crystal polymers (LCP Liquid Crystalline Polymers), fluoropolymers, perfluorooxyalkanes, polyphenylenes, functionalized variants of said polymers and mixtures thereof.
  • polyolefins which can be used according to the invention are selected from the group consisting of acrylonitrile-butadiene-styrenes (ABS), polymethyl (meth) acrylates (PM (M) A), polyethylenes (PE), polypropylenes (PP), polystyrenes (PS), polyvinyl chlorides (PVC) and mixtures thereof.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrenes
  • PM (M) A polymethyl (meth) acrylates
  • PE polyethylenes
  • PP polypropylenes
  • PS polystyrenes
  • PVC polyvinyl chlorides
  • polyesters which can be used according to the invention are selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polylactates (PLA) and mixtures thereof.
  • polyaramides which can be used according to the invention are selected from the group consisting of poly-m-phenylene isophthalamide (PMI), polyaramid fibers and mixtures thereof.
  • heterocyclic polymers which can be used according to the invention are selected from the group consisting of polyimides, polybenzimidazoles, polyetherimides and mixtures thereof.
  • the present invention therefore preferably relates to the hybrid component according to the invention, wherein the at least one thermoplastic plastic is selected from the group consisting of polyolefins, preferably polyethylene (PE), polypropylene (PP), polybutylene (PB) and polyisobutylene (PIB), particularly preferably PE, Polyamides (PA), polycarbonates (PC), thermoplastic polyesters, thermoplastic polyurethanes (PU), polysulfides (PS), polyether ether ketones (PEEK), polyarylene, aromatic polyesters, polyaramides, polyaramid fibers, heterocyclic polymers, liquid crystal polymers (LCP Liquid Crystalline Polymers) , Fluoropolymers, Perfluorooxyalkanes, polyphenylenes, functionalized variants of said polymers and mixtures thereof, preferably a compound having at least two of said polymers, more preferably at least one polyolefin and at least one polyamide.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PB polybuty
  • the at least one thermosetting plastic selected from the group consisting of epoxy resins (EP), urea-formaldehyde resins (UF), phenol-formaldehyde resins (PF), melamine-formaldehyde resins (MF), melamine / phenol formaldehydes (MPF), thermosetting Polyesters (PES), polyurethanes (PUR), unsaturated polyesters (UP), partially crosslinked (bi-stage) thermosetting polymers, functionalized variants of the polymers mentioned and mixtures thereof.
  • the present invention therefore preferably relates to the hybrid component according to the invention, wherein the at least one thermosetting plastic is selected from the group consisting of epoxy resins (EP), urea-formaldehyde resins (UF), phenol-formaldehyde resins (PF), melamine-formaldehyde resins (MF), melamine / Phenol formaldehydes (MPF), thermosetting polyesters (PES), polyurethanes (PUR), unsaturated polyesters (UP), partially crosslinked (bi-stage) thermosetting polymers, functionalized variants of said polymers and mixtures thereof.
  • the at least one thermosetting plastic is selected from the group consisting of epoxy resins (EP), urea-formaldehyde resins (UF), phenol-formaldehyde resins (PF), melamine-formaldehyde resins (MF), melamine / Phenol formaldehydes (MPF), thermosetting polyesters (PES), polyurethanes (P
  • the partially cross-linked (bi-stage) polymers are finally given their final properties by chemically, thermally and / or photolytically initiated polymerization.
  • the at least one elastomeric plastic selected from the group consisting of natural rubbers (NR), silicone rubbers (SIR), silicone butadiene rubbers (SBR), polyvinyl butyrals (PVB), polyisobutylenes (PIB), isoprene rubbers (IR ), Ethylene vinyl acetates (EVA), ethylene-propylene-diene rubbers (EPDM), ethylene-propylene copolymers (EPM), ethylene-ethyl acrylate copolymers (E / EA), chloroprene rubbers (CR), butadiene rubbers (BR ), Acrylonitrile / methyl methacrylates (A / MMA), butyl rubbers (IIR), styrene-butadiene styrenes (SBS), polyether block amides (PEBA), functionalized variants, and mixtures thereof.
  • NR natural rubbers
  • SIR silicone rubbers
  • SBR silicone butadiene rubbers
  • the present invention therefore preferably relates to the hybrid component according to the invention, wherein the at least one elastomeric plastic is selected from the group consisting of natural rubbers (NR), silicone rubbers (SIR), silicone butadiene rubbers (SBR), polyvinyl butyrals (PVB), polyisobutylenes (PIB), isoprene rubbers (IR), ethylene vinyl acetates (EVA), ethylene-propylene-diene rubbers (EPDM), ethylene-propylene copolymers (EPM), ethylene-ethyl acrylate copolymers (E / EA), chloroprene rubbers (CR), butadiene rubbers (BR), acrylonitrile / methyl methacrylates (A / MMA), butyl rubbers (IIR), styrene-butadiene styrenes (SBS), polyether block amides (PEBA), functionalized variants, and mixtures thereof.
  • NR natural rubbers
  • the cohesive application of the at least one thermoplastic, thermosetting or elastomeric plastic layer on the metal sheet can in principle be carried out according to all methods known to the person skilled in the art.
  • the application is carried out by continuous or batch processes, wherein steel strips and / or sheets can be processed.
  • suitable processes according to the invention are injection molding, thermal pressing, extruding, laminating, calendering or gluing. Such methods are known per se to the person skilled in the art and described in WO 2015/032623 A1.
  • the present invention relates to the hybrid component according to the invention, wherein the side of the metal sheet, on which the thermoplastic, thermosetting or elastomeric plastic layer is applied, has a surface which improves adhesion of the plastic layer.
  • the metal sheet may be subjected to a corresponding surface treatment.
  • the surface treatment may in particular be a plasma treatment, plasma coating, corona treatment or the application of a layer, in particular a primer layer, in a coil coating, dip or drop coating process.
  • the metal sheet used according to the invention can be used uncoated.
  • the metal sheet used according to the invention is used coated in a preferred embodiment.
  • Corresponding coatings which protect against corrosion in particular, are known per se to a person skilled in the art and are, for example, inorganic coatings such as metals or ceramics or organic coatings based on polymers.
  • the present invention therefore preferably relates to the hybrid component according to the invention which contains a metal sheet which has a surface coating.
  • the coating can be applied to the metal sheet used according to the invention in general by all methods known to the person skilled in the art, for example electrolytic coating, hot dip method or vapor deposition.
  • the coating can be present on one or both sides. If the metal sheet present in the shielding hybrid component according to the invention is provided with a corresponding surface coating and used, it is advantageously better protected against corrosion.
  • the at least one metal sheet of the hybrid component according to the invention has, for example, a thickness in the range of 0.1 to 2.5 mm, preferably 0.1 to 1.0 mm, particularly preferably in the range of 0.1 to 0.5 mm.
  • the cohesive applied to the metal sheet thermoplastic, thermosetting or elastomeric plastic layer may rather be slightly thinner. It has, for example, a thickness in the range of 0.01 to 1.2 mm, preferably 0.05 to 1.0 mm, particularly preferably in the range of 0.05 to 0.4 mm.
  • the hybrid component according to the invention in particular a housing or a housing part, has good mechanical properties, devices which are located in the interior of the hybrid component can be effectively protected against mechanical influences. Furthermore, it is possible by means of the hybrid component according to the invention to protect devices which are located inside the hybrid component effectively against liquid operating media, dust, soiling. Due to the shielding effect of the hybrid component according to the invention, on the one hand, the interior of the hybrid component can be protected against disturbing electromagnetic fields from the outside. Furthermore, the environment can also be protected by the hybrid component according to the invention from electromagnetic fields that originate from the interior.
  • hybrid component according to the invention is a weight saving compared to comparable aluminum housings, a higher shielding against aluminum or plastic housings without heating effects, less space compared to plastic housings, improved crash properties and improved rigidity, possibility of functional integration by connection of functional elements to the plastic layer, possibility of mass connection or Surge dissipation.
  • thermoplastic, thermosetting or elastomeric plastic layer (coupling layer) of the hybrid component according to the invention further consists in the fact that it can be reliably connected to a large number of other plastics without application of adhesive.
  • the energy of the plastic melt is used to activate the surface of the coupling layer and produce the material bond. After cooling the melt is a perfect bond between the coupling layer and the molded plastic.
  • the molded plastic may not only be thermoplastic material but also thermoset plastic and / or a plastic material in the field of elastomers.
  • the work steps to be carried out at the location of an automobile manufacturer or component supplier for producing a three-dimensionally shaped hybrid component can be considerably reduced.
  • the automobile manufacturer or component supplier has the Hybrid component according to the invention in particular the possibility of producing a three-dimensionally shaped hybrid component by the following process steps:
  • An advantageous embodiment of the hybrid component according to the invention is characterized in that the plastic layer (coupling layer) does not cover the entire surface of the metal sheet on which it is applied, but partially.
  • This embodiment is particularly useful when the hybrid component to be produced, for example, should only partially have a strength and / or stiffness-increasing rib structure made of plastic.
  • One or more larger surface areas of the metal sheet, which should not have a rib structure after completion of the hybrid component, can thus remain uncoated during the coating of the metal sheet with the at least one thermoplastic or duroplastic plastic layer (coupling layer). This saves material costs and contributes to an optimized weight saving with sufficient strength or stiffness properties and good shielding effect.
  • thermoplastic, thermosetting or elastomeric plastic layer is made double, wherein between the two plastic layers, in particular a thermoplastic, foam layer is arranged. It has been found that the intermediate arrangement of a, in particular thermoplastic, foam layer can contribute significantly to the weight reduction of the hybrid component with constant strength and rigidity.
  • the plastic layer (coupling layer) of the hybrid component according to the invention is partially coated with at least one organic sheet.
  • its metal sheet may also be coated with at least one organic sheet on its side facing away from the plastic layer (coupling layer).
  • the organic sheet may be coated on its side facing away from the metal sheet with at least one second metal sheet.
  • the second metal sheet may be externally coated with a thermoplastic or thermosetting plastic layer, which is also formed as a coupling layer for cohesive, adhesive-free connection at least one made of plastic or manufactured structural body.
  • the metal sheet is coated on its side facing away from the plastic layer with a second thermoplastic or thermosetting plastic layer, which is also designed as a coupling layer for cohesive, adhesive-free connection at least one made of plastic or manufactured structural body.
  • a second thermoplastic or thermosetting plastic layer which is also designed as a coupling layer for cohesive, adhesive-free connection at least one made of plastic or manufactured structural body.
  • the second plastic layer (coupling layer), the surface of the metal sheet on which it is applied cover the whole area or partially.
  • the partial coating of the metal sheet by the second plastic layer is expedient, for example, if the hybrid component to be produced on the corresponding side of the metal sheet only partially a rib structure made of plastic, which is bonded without adhesive over the partial coupling layer to the metal sheet materially.
  • a further advantageous embodiment of the hybrid component according to the invention is that the second plastic layer is coated on its side facing away from the metal sheet with a second metal sheet.
  • the second metal sheet may be coated in a further embodiment on its side facing away from the second plastic layer side with a third thermoplastic or thermosetting plastic layer as a coupling layer.
  • a third thermoplastic or thermosetting plastic layer as a coupling layer.
  • the respective plastic layer serving as a coupling layer is provided with a peelable protective film.
  • the protective film protects the surface of the coupling layer during the transport of the hybrid component and optionally also during the molding of the hybrid component.
  • a complex cleaning of the coupling layer surface of contaminants such as oil or grease omitted.
  • the protective film as a drawing film can improve the sliding properties of the hybrid component in uniforms.
  • the hybrid component according to the invention has a screen factor S (v) of 1.00 to 120.00 dB, preferably 10.00 to 120.00 dB in a dynamic, magnetic field or a dynamic electromagnetic field with at a frequency v of 0.001 to 1000 kHz, preferably 0, 1 to 400 kHz, particularly preferably 0, 1 to 200 kHz, on.
  • the present invention relates to the hybrid component of the invention, wherein screen factor S (v) according to the equation of formula (I) where U 2 (v) is the voltage induced in the second coil, l v) the current flowing in the first coil and lio (v) the current in the first coil and U 20 (v) is the voltage in the second coil Coil, each without introduced sample, are.
  • the shielding factor S (v) is preferably determined by measuring the voltage U 2 (v) in a second coil induced by a current I v) in a first coil while interposing a sample of the shielding monolithic material between the first and the second coil is located and the coils are at a distance of at most 40 mm.
  • the screen factor S (v) is particularly preferably calculated according to the equation of the formula (I)
  • U 2 (v) is the voltage induced in the second coil
  • l v) the current flowing in the first coil
  • lio (v) the current in the first coil
  • U 20 (v) is the voltage in the second coil
  • the screen attenuation S (v) of the hybrid component according to the invention is determined by a method, comprising at least the following steps:
  • the hybrid component according to the invention can in principle take any form that can be imagined by the person skilled in the art.
  • the hybrid component according to the invention is a housing or a housing part.
  • housing parts are according to the invention covers, covers, trays, flaps, frames, compartments, brackets, cabinet carcasses, partitions or partitions.
  • the inventively preferred housing or housing parts are in particular those for at least one electronic component, a battery, a DC / DC converter, an inverter, photovoltaic, circuit boards, devices for the power supply, an electrical machine or a part thereof, electrical or electronic equipment, medical Devices, in control cabinets, in server rooms or as server racks, in PC enclosures, in the aerospace industry, for power electronics or an electronic conductor.
  • the present invention also relates to a method for producing a hybrid component according to the invention, wherein a suitably designed, at least predominantly, flat hybrid component is formed into the, preferably three-dimensional, shape of the hybrid component, preferably by deep drawing, roll forming or bending.
  • the present invention also relates to a method for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in the metal / plastic composite, wherein a hybrid component according to the invention is used, wherein the plastic layer formed as a coupling layer by injection molding, compression molding, extrusion or thermal pressing a three-dimensional plastic structural body is integrally formed materially.
  • the hybrid component according to the invention enables the production of a three-dimensional molded hybrid component of metal and plastic with a structural body, preferably rib body, made of plastic without application of adhesive. This significantly simplifies the production of the hybrid component.
  • the hybrid component is formed into a three-dimensional shape before molding of the structural body.
  • the uniforms is preferably carried out by deep drawing or roll forming.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the at least predominantly flat hybrid component is formed by means of a forming tool having at least one integrated Spritzg discernkavmaschine and at least one opening into the Spritzg discernkavtician injection molding.
  • This refinement offers the possibility of reducing the number of process steps for producing the hybrid component according to the invention, in that the forming of the at least predominantly flat hybrid component or hybrid component blank and the injection molding of the coupling layer for producing the structural body, preferably ribbed body, are carried out in the same process step.
  • the at least predominantly flat hybrid component is formed by means of a forming tool which has a profile with at least one integrated cavity for pressing and three-dimensional shaping of a plastic mass.
  • This variant also offers the possibility of reducing the number of process steps for producing the hybrid component according to the invention by forming the hybrid component or hybrid component blank and compressing the plastic mass to produce the structural body, preferably ribbed body, on the coupling layer in the same process step.
  • the at least predominantly flat hybrid component is formed by roll forming, wherein during or after the forming of the hybrid component, a rotatable, wheel-shaped tool is used to press the structural body, and the tool with a profile having at least one cavity is provided for pressing and three-dimensional shapes of a plastic mass.
  • At least one integral flange is formed on the hybrid component according to the invention, which has the thermoplastic layer formed as a coupling layer, wherein the plastic layer another as metal / plastic composite executed hybrid component or an organic sheet is added by welding.
  • the hybrid component according to the invention which has the thermoplastic layer formed as a coupling layer, wherein the plastic layer another as metal / plastic composite executed hybrid component or an organic sheet is added by welding.
  • designed as half-shells hybrid components can be inexpensively assembled into a hollow channel or closed profile.
  • the welded joint of as Half shells formed hybrid components or the organo sheet with a single hybrid component can be produced, for example, by thermal compression, friction welding, spot welding, ultrasonic welding, etc.
  • the present invention also relates to the method for shielding electromagnetic radiation, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields, wherein source and / or sink are at least partially surrounded by a hybrid component according to the invention, in particular a housing or housing part.
  • the source and / or sink of the electromagnetic radiation, the dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields is at least partially surrounded by the hybrid component according to the invention at least partially.
  • a partial surrounding is useful or necessary, for example, if the source and / or sink must be accessible during operation, for example, by supply and / or discharge and / or operation.
  • the source and / or sink is completely surrounded by the hybrid component according to the invention. Details and preferred embodiments, which have been mentioned to the hybrid component according to the invention, should also be applied here accordingly.
  • the present invention also relates to the use of the hybrid component according to the invention for shielding electromagnetic radiation, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields.
  • Electromagnetic, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields are intentionally or unwillingly generated by the use and operation of certain magnetic, electrical or electronic devices.
  • the hybrid component according to the invention can advantageously as a housing or housing part for at least one electronic component, a battery, a DC / DC converter, an inverter, photovoltaic, circuit boards, devices for the power supply, an electrical machine or a part thereof, electrical or electronic equipment, medical Devices, in control cabinets, in server rooms or as server racks, in PC enclosures, in the aerospace industry, for power electronics or an electronic conductor.
  • the present invention therefore furthermore relates to the use of the hybrid component according to the invention as a housing or housing part for at least one electronic component, a battery, a DC / DC converter, an inverter, photovoltaics, printed circuit boards, devices for the power supply, an electrical machine or a part thereof , electrical or electronic equipment, medical equipment, in control cabinets, in server rooms or as server racks, in PC cases, in the aerospace industry, for power electronics or an electronic conductor.
  • the present invention also relates to a housing or housing part for at least one electronic component, a battery, a DC / DC converter, an inverter, photovoltaics, circuit boards, devices for the power supply, an electrical machine or a part thereof, electrical or electronic systems, medical Devices, in cabinets, in server rooms or as server racks, in PC cases, in the aerospace industry, for power electronics or an electronic conductor, comprising at least one inventive hybrid component.
  • the housing such as a lid or bottom
  • the metal side can be used either inside or outside.
  • FIG. 1 shows a hybrid component according to the invention in the metal / plastic composite, which has an electromagnetic radiation, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields shielding metal sheet and a cohesively and / or positively applied thermoplastic, thermoset or elastomeric plastic layer on the metal sheet, wherein the metal is on the outside and the plastic layer on the inside. Plastic structure bodies are applied to the plastic layer.
  • FIG. 2 shows a hybrid component according to the invention in the metal / plastic composite, which has an electromagnetic radiation, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields shielding metal sheet and a cohesively and / or positively applied thermoplastic, thermoset or elastomeric plastic layer on the metal sheet, wherein the metal on the inside and the plastic layer are on the outside. Plastic structure bodies are applied to the plastic layer.
  • FIG. 3 shows a hybrid component according to the invention in the metal / plastic composite.
  • the lid and bottom are designed as the hybrid components according to Figures 1 or 2.
  • An electrolytically galvanized metal sheet of DP1000 grade 1 mm thick is coated with a film of polyamide-polyethylene compound having a thickness of 50 ⁇ m.
  • the material thus obtained is then formed by deep drawing into a hybrid component. At this component, the shield is determined at different frequencies. The values obtained are shown in Table 1.
  • hybrid components according to the invention combine good mechanical characteristics and high shielding against electromagnetic radiation, dynamic or static electrical and / or dynamic or static magnetic fields, so that advantageous three-dimensionally shaped hybrid components can be produced as housing or housing parts.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridbauteil, insbesondere ein Gehäuse oder ein Gehäuseteil, im Metall/Kunststoffverbund, das mindestens ein elektromagnetische Strahlung, dynamische oder statische elektrische und/oder dynamische oder statische magnetische Felder abschirmendes Metallblech und mindestens eine auf dem Metallblech stoffschlüssig und/oder formschlüssig aufgebrachte thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil einen Schirmfaktor S(ν) von 1,00 bis 120,00 dB bei einem dynamischen, magnetischen Feld odereinem dynamischen, elektromagnetischen Feld mit einer Frequenz v von 0,001 bis zu 1000 kHz aufweist, wobei der Schirmfaktor S(ν) aus dem Quotient der Feldstärke gemessen am Ort der Senke mit bzw. ohne zwischen Senke und Quelle befindlichem Hybridbauteil bestimmt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Hybridbauteils und dessen Verwendung.

Description

Hybrides Stahl-Kunststofijgehäuse für Leistungselektronik
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Hybridbauteil, insbesondere ein Gehäuse oderein Gehäuseteil, im Metall/Kunststoffverbund, das mindestens ein elektromagnetische Strahlung, dynamische oder statische elektrische und/oder dynamische oder statische magnetische Felder abschirmendes Metallblech und mindestens eine auf dem Metallblech stoffschlüssig und/oder formschlüssig aufgebrachte thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil einen Schirmfaktor S(v) von 1,00 bis 120,00 dB bei einem dynamischen, magnetischen Feld oder einem dynamischen, elektromagnetischen Feld mit einer Frequenz v von 0,001 bis zu 1000 kHz aufweist, wobei der Schirmfaktor S(v) aus dem Quotient der Feldstärke gemessen am Ort der Senke mit bzw. ohne zwischen Senke und Quelle befindlichem Hybridbauteil bestimmt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Hybridbauteils und dessen Verwendung.
Im Bauwesen und insbesondere im Fahrzeugbau werden in hohem Maße Leichtbauteile verwendet, welche neben einem geringen Gewicht zusätzlich hohe Festigkeiten und Steifigkeiten aufweisen müssen. Häufig dienen entsprechende Leichtbauteile in einer Fahrzeugkarosserie als crashrelevante Strukturbauteile, wie etwa eine B-Säule, ein Stoßfänger oder ein Seitenaufprallträger. Ein Ansatz zur Erreichung derartiger Leichtbauteile ist, unterschiedliche Werkstoffe miteinander zu kombinieren.
Des Weiteren sollen Materialien, welche die oben genannten Eigenschaften aufweisen, mit weiteren Funktionen versehen werden, beispielsweise mit der Eigenschaft, gegen elektromagnetische Strahlung, dynamische oder statische elektrische und/oder dynamische oder statische magnetische Felder abzuschirmen. Ebenso ist in der Technik ein Trend zur Miniaturisierung zu beobachten, was wiederum erhöhte Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) stellt.
Aus dem Stand der Technik sind Materialien bzw. Vorrichtungen, in denen abschirmende Metalle mit Kunststoffschichten kombiniert werden, bereits bekannt.
US 2007/0134452 Al offenbart beispielsweise ein Behältnis, welches in Schienenfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Es ist aus abschirmend wirkendem Metall ausgebildet und enthält einen Einsatz aus Kunststoff. Der Metallbehälter weist an der Öffnung eine Kante auf, die umgebogen ist, um den Kunststoffeinsatz zu fixieren.
WO 2008/008693 A2 offenbart eine Abdeckplatte, die ein Metallblech und eine Kunststoffschicht enthält und zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung verwendet wird. EP 2 597 740 Al offenbart ein Material, um Kabel, durch die elektrischer Strom fließt, gegen elektromagnetische Strahlung abzuschirmen. Der Vorteil dieses Material ist, dass es flexibel ist und daher das ummantelte Kabel ebenfalls flexibel bleibt.
Von diesem Stand der Technik ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybridbauteil, insbesondere ein Gehäuse oder ein Gehäuseteil, bereitzustellen, welches neben vorteilhaften mechanischen Eigenschaften auch eine gute Verarbeitbarkeit, insbesondere zu Herstellung komplizierter und/oder detaillierter Formen, und vor allem eine hohe Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Strahlung, dynamischen oder statischen elektrischen und/oder dynamischen oder statischen magnetischen Feldern aufweist. Des Weiteren soll erfindungsgemäß ein entsprechendes Hybridbauteil bereitgestellt werden, das dem Fachmann bekannte Werkstoffe, beispielsweise Aluminiumdruckguss, ersetzen kann.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäße gelöst durch ein Hybridbauteil im Metall/Kunststoffverbund, das mindestens ein elektromagnetische Strahlung, dynamische oder statische elektrische und/oder dynamische oder statische magnetische Felder abschirmendes Metallblech und mindestens eine auf dem Metallblech stoffschlüssig und/oder formschlüssig aufgebrachte thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil einen Schirmfaktor S(v) von 1,00 bis 120,00 dB bei einem dynamischen, magnetischen Feld oder einem dynamischen, elektromagnetischen Feld mit einer Frequenz v von 0,001 bis zu 1000 kHz aufweist, wobei der Schirmfaktor S(v) aus dem Quotient der Feldstärke gemessen am Ort der Senke mit bzw. ohne zwischen Senke und Quelle befindlichem Hybridbauteil bestimmt wird.
Des Weiteren werden die Aufgaben durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils, wobei ein entsprechend ausgebildetes Hybridbauteil in die, bevorzugt dreidimensionale, Form des Hybridbauteils umgeformt wird, bevorzugt durch Tiefziehen oder Rollformen, und durch die erfindungsgemäße Verwendung des Hybridbauteils als Gehäuse oder Gehäuseteil für mindestens ein elektronisches Bauteil, eine Batterie, einen DC/DC Wandler, einen Wechselrichter, Photovoltaik, Leiterplatten, Vorrichtungen für die Energieversorgung, eine elektrische Maschine oder ein Teil davon, elektrische oder elektronische Anlagen, medizinische Geräten, in Schaltschränken, in Serverräumen oder als Serverracks, in PC-Gehäusen, in der Luft- und Raumfahrttechnik, für eine Leistungselektronik oder einen elektronischen Leiter, gelöst.
Das in dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil vorliegende, elektromagnetische Strahlung, dynamische oder statische elektrische und/oder dynamische oder statische magnetische Felder abschirmende Metallblech kann im Prinzip jede dem Fachmann bekannte Zusammensetzung aufweisen, die eine hohe Abschirmung gegen die oben genannte Strahlung bzw. die genannten Felder bewirkt. Bevorzugt weist das erfindungsgemäß vorliegende Metallblech die folgende Zusammensetzung (jeweils in Gew.-%)
0,001 bis 2, I C, 0,001 bis 30,00 Mn,
0,001 bis 8,00 Si,
0,01 bis 4,00 AI,
0,001 bis 1,00 Cr,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, auf.
Kohlenstoff (C) liegt in einer Menge von 0,001 bis 2, 1 Gew.-%, bevorzugt 0,001 bis 0,800 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,002 bis 0,700 Gew .-%, ganz besonders bevorzugt 0,002 bis 0,650 Gew .-%, vor.
Mangan (Mn) liegt in einer Menge von 0,001 bis 30,00 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 25,00 Gew.-%, besonders bevorzugt 0, 1 bis 23,00 Gew .-%, vor.
Silizium (Si) liegt in einer Menge von 0,001 bis 8,00 Gew.-%, bevorzugt 0,001 bis 4,00 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 3,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,02 bis 3,4 Gew.-%, vor.
Aluminium (AI) liegt in einer Menge von 0,01 bis 4,00 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 2,00 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,02 bis 1,8 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,02 bis 1,6 Gew.-%, vor.
Chrom (Cr) liegt in einer Menge von 0,001 bis l,00 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis O,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,4 Gew.-%, vor.
Neben den genannten Legierungselementen kann das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech ein oder mehrere Legierungselemente aus der folgenden Gruppe enthaltend As, B, Cu, Ni, Mo, Ti, V, S, P und Sn aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Hybridbauteil, wobei das eingesetzte Metallblech wenigstens ein Legierungselement ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus As, B, Cu, Ni, Mo, Ti, V, S,
P und Sn enthält.
Wenn die genannten zusätzlichen Legierungselemente vorliegen, so liegen sie weiter bevorzugt in den im Folgenden genannten Mengen vor.
0 bis 0,01, bevorzugt 0,001 bis 0,004 Gew.-% As und/oder
0,001 bis 0,005 Gew.-% B und/oder
0,01 bis 0,07 Gew.-% Cu und/oder
0 bis 0,3, bevorzugt 0 bis 0,01 Gew.-% Mo und/oder
0,001 bis 0,5, bevorzugt 0,001 bis 0,3 Gew.-% Ti und/oder
0 bis 0,5, bevorzugt 0,001 bis 0,2 Gew .-% V und/oder 0 bis 0,5, bevorzugt 0,001 bis 0,2 Gew.-% P und/oder
0,001 bis 0,05 Gew.-% S und/oder
0,001 bis 0,01 Gew.-% Sn.
Unvermeidbare Verunreinigungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise 0, N, Nb oder Sb.
Die Herstellung des erfindungsgemäß eingesetzten Metallblechs kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Insbesondere kann als Metallblech ein Warmband oder ein Kaltband, weiter bevorzugt als Coil oder als Platine, eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech weist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Gefüge auf enthaltend 0 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 95 Gew.-%, Ferrit, 0 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 60 Gew.-%, Bainit, 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 20 Gew.-% Perlit, 0 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 35 Gew.-%, Martensit oder bis zu 100 Gew.-% Martensit, 0 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 15 Gew.-%, Restaustenit und ggf. Karbide, wobei die Summe jeweils 100 Gew.-% ergibt. Diese bevorzugten Gefüge tragen dazu bei, dass das das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech besonders gute mechanische Eigenschaften, insbesondere bezüglich Streckgrenze, Duktilität, Zugfestigkeit und/oder Bruchdehnung aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech kein austenitisches Gefüge. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet dies, dass das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech ein Gefüge aufweist, dass bevorzugt weniger als 8 Gew.-% Austenit, besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt weniger als 2 Gew.-%, enthält. Die Abwesenheit von Austenit ermöglicht die erfindungsgemäßen guten Abschirmeigenschaften. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass das Vorhandensein von Austenit die Abschirmeigenschaften verschlechtert, so dass bevorzugt möglichst kein Austenit in dem erfindungsgemäß eingesetzten Metallblech vorliegt.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech weist beispielsweise eine Streckgrenze von 100 bis 1900 MPa auf.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech weist beispielsweise eine Zugfestigkeit von mindestens 200 MPa, bevorzugt wenigstens 400 MPa, besonders bevorzugt mindestens 750 MPa, auf.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech weist beispielsweise eine Bruchdehnung A80 von 2 bis 45% auf.
Weiter bevorzugt weist das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech eine Korngröße von 2 bis 200 pm, bevorzugt 2 bis 100 pm, insbesondere bevorzugt 5 bis 30 pm, auf. Diese erfindungsgemäß bevorzugte Korngröße trägt beispielsweise dazu bei, die magnetischen Eigenschaften zu verbessern.
Anstelle eines Metallblechs aus Stahlwerkstoff kann das erfindungsgemäße Hybridbauteil auch ein Metallblech aus einem anderen Metall aufweisen, beispielsweise aus Magnesium oder Aluminium aufweisen. Das erfindungsgemäße Hybridbauteil, insbesondere das Gehäuse oder Gehäuseteil, weist mindestens eine auf dem Metallblech stoffschlüssig und/oder formschlüssig, insbesondere stoffschlüssig, aufgebrachte thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht auf.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet„stoffschlüssig“, dass das Metallblech und die Kunststoffschicht durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden, so dass sich die beiden Komponenten nur durch Zerstörung trennen lassen.„Formschlüssig“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass das Metallblech und die Kunststoffschicht in ihren Formen so aufeinander angepasst sind, dass sie aneinander halten, aber die beiden Komponenten auch ohne Zerstörung getrennt werden können.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist der mindestens eine thermoplastische Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden (PA), Polycarbonaten (PC), thermoplastischen Polyestern, thermoplastischen Polyurethanen (PU), Polysulfiden (PS), Polyetheretherketonen (PEEK), Polyarylen, aromatischen Polyestern, Polyaramiden, Polyaramid-Fasern, heterocyclischen Polymeren, Flüssigkristallpolymeren (LCP Liquid Crystalline Polymers), Fluorpolymeren, Perfluoroxyalkanen, Polyphenylenen, funktionalisierten Varianten der genannten Polymere und Mischungen davon.
Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare Polyolefine sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylnitril- Butadien-Styrolen (ABS), Polymethyl(meth)acrylaten (PM(M)A), Polyethylenen (PE), Polypropylenen (PP), Polystyrolen (PS), Polyvinylchloriden (PVC) und Mischungen davon.
Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare Polyester sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenterephthalat (PET), Polylactaten (PLA) und Mischungen davon.
Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare Polyaramide sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly-m- phenylenisophthalamid (PMI), Polyaramid-Fasern und Mischungen davon.
Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare heterocyclische Polymere sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyimiden, Polybenzimidazolen, Polyetherimiden und Mischungen davon.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Hybridbauteil, wobei der mindestens eine thermoplastische Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, bevorzugt Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polybutylen (PB) und Polyisobutylen (PIB), besonders bevorzugt PE, Polyamiden (PA), Polycarbonaten (PC), thermoplastischen Polyestern, thermoplastischen Polyurethanen (PU), Polysulfiden (PS), Polyetheretherketonen (PEEK), Polyarylen, aromatischen Polyestern, Polyaramiden, Polyaramid-Fasern, heterocyclischen Polymeren, Flüssigkristallpolymeren (LCP Liquid Crystalline Polymers), Fluorpolymeren, Perfluoroxyalkanen, Polyphenylenen, funktionalisierten Varianten der genannten Polymere und Mischungen davon, bevorzugt ein Compound aufweisend mindestens zwei der genannten Polymere, besonders bevorzugt mindestens ein Polyolefin und mindestens ein Polyamid.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist der mindestens eine duroplastische Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen (EP), Harnstoff-Formaldehydharzen (UF), Phenol-Formaldehydharzen (PF), Melamin- Formaldehydharzen (MF), Melamin/Phenol-Formaldehyden (MPF), duroplastischen Polyestern (PES), Polyurethanen (PUR), ungesättigten Polyestern (UP), teilvernetzten (bi-stage) duroplastische Polymere, funktionalisierten Varianten der genannten Polymere und Mischungen davon.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Hybridbauteil, wobei der mindestens eine duroplastische Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen (EP), Harnstoff- Formaldehydharzen (UF), Phenol-Formaldehydharzen (PF), Melamin-Formaldehydharzen (MF), Melamin/Phenol- Formaldehyden (MPF), duroplastischen Polyestern (PES), Polyurethanen (PUR), ungesättigten Polyestern (UP), teilvernetzten (bi-stage) duroplastische Polymere, funktionalisierten Varianten der genannten Polymere und Mischungen davon.
Die teilvernetzten (bi-stage) Polymere erhalten ihre finalen Eigenschaften abschließend durch chemisch, thermisch und/oder photolytisch initiierte Polymerisation.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist der mindestens eine elastomere Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuken (NR), Silicon-Kautschuken (SIR), Silicon-Butadien-Kautschuken (SBR), Polyvinylbutyralen (PVB), Polyisobutylenen (PIB), Isopren-Kautschuken (IR), Ethylenvinylacetaten (EVA), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken (EPDM), Ethylen-Propylen-Copolymeren (EPM), Ethylen-Ethylacrylat- Copolymeren (E/EA), Chloropren-Kautschuken (CR), Butadien-Kautschuken (BR), Acrylnitril/Methylmethacrylaten (A/MMA), Butylkautschuken (IIR), Styrol- Butadien-Styrolen (SBS), Polyether-Block-Amiden (PEBA), funktionalisierten Varianten und Mischungen davon.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Hybridbauteil, wobei der mindestens eine elastomere Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuken (NR), Silicon-Kautschuken (SIR), Silicon-Butadien-Kautschuken (SBR), Polyvinylbutyralen (PVB), Polyisobutylenen (PIB), Isopren-Kautschuken (IR), Ethylenvinylacetaten (EVA), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken (EPDM), Ethylen-Propylen-Copolymeren (EPM), Ethylen-Ethylacrylat- Copolymeren (E/EA), Chloropren-Kautschuken (CR), Butadien-Kautschuken (BR), Acrylnitril/ Methylmethacrylaten (A/MMA), Butylkautschuken (IIR), Styrol-Butadien-Styrolen (SBS), Polyether-Block-Amiden (PEBA), funktionalisierten Varianten und Mischungen davon. Für alle genannten, erfindungsgemäß einsetzbaren Polymere gilt, dass diese ebenfalls als Mischungen, Compounds sowie als entsprechende Polymere, die durch Zuschlagstoffe funktionalisiert sind, eingesetzt werden können. Geeignete Zuschlagstoffe sind dem Fachmann an sich bekannt.
Das stoffschlüssige Aufbringen der mindestens einen thermoplastischen, duroplastischen oder elastomeren Kunststoffschicht auf dem Metallblech kann im Prinzip nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Bevorzugt erfolgt das Aufbringen durch kontinuierliche oder diskontinuierliche Verfahren, wobei Stahlbänder und/oder Tafeln verarbeitet werden können. Beispielhaft seinen Verfahren genannt unter Verwendung einer Plattenpresse, einer Laminieranlage, eines Kalanders, einer Doppelbandpresse oder einer Bandbeschichtungsanlage. Erfindungsgemäß geeignete Verfahren sind demnach Spitzguss, thermisches Pressen, Fließpressen, Laminieren, Kalandrieren oder Kleben. Solche Verfahren sind dem Fachmann an sich bekannt und in WO 2015/032623 Albeschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße Hybridbauteil, wobei die Seite des Metallblechs, auf welcher die thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht aufgebracht ist, eine die Haftung der Kunststoffschicht verbessernde Oberfläche aufweist. Um eine solche Oberfläche zu erhalten, kann das Metallblech einer entsprechenden Oberflächenbehandlung unterworfen werden. Bei der Oberflächenbehandlung kann es sich insbesondere um eine Plasmabehandlung, Plasmabeschichtung, Coronabehandlung oder das Aufträgen einer Schicht, insbesondere einer Haftvermittlerschicht, in einem Coil-Coating- , Dip- oder Dropcoating-Verfahren handeln.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech kann unbeschichtet eingesetzt werden. Das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech wird in einer bevorzugten Ausführungsform beschichtet eingesetzt. Entsprechende, insbesondere vor Korrosion schützende Beschichtungen, sind dem Fachmann an sich bekannt und sind zum Beispiel anorganische Beschichtungen wie Metalle oder Keramiken oder organische Beschichtungen auf Polymerbasis.
Bevorzugt werden metallische Beschichtungen basierend auf Zink oder Aluminium oder Zinklegierungen oder Aluminiumlegierungen in Kombination mit Silizium und/oder Magnesium eingesetzt. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Hybridbauteil, welches ein Metallblech enthält, welches eine Oberflächenbeschichtung aufweist. Die Beschichtung kann auf das erfindungsgemäß eingesetzte Metallblech im Allgemeinen nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise elektrolytische Beschichtung, Schmelztauchverfahren oder Aufdampfen. Die Beschichtung kann ein- oder beidseitig vorliegen. Wird das in dem erfindungsgemäßen abschirmenden Hybridbauteil vorliegende Metallblech mit einer entsprechenden Oberflächenbeschichtung versehen und verwendet, ist es vorteilhafterweise besser gegen Korrosion geschützt.
Das mindestens eine Metallblech des erfindungsgemäßen Hybridbauteils hat beispielsweise eine Dicke im Bereich von 0, 1 bis 2,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 1,0 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0, 1 bis 0,5 mm. Die auf dem Metallblech stoffschlüssig aufgebrachte thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht kann dagegen eher etwas dünner ausgebildet sein. Sie besitzt beispielsweise eine Dicke im Bereich von 0,01 bis 1,2 mm, vorzugsweise 0,05 bis 1,0 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 0,4 mm.
In seitens der Anmelderin durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, dass ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil, dessen Metallblech und Kunststoffschicht Dicken in den genannten Bereichen aufweisen, im Tiefungsversuch nach Erichsen bei Raumtemperatur gut tiefziehfähig ist. Die als Koppelschicht dienende thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht fließt beim Tiefziehen des erfindungsgemäßen Hybridbauteils mit dem Metallblech mit und verliert dabei seine Haftung nicht. Aufgrund der vorliegenden guten Verarbeitbarkeit ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Hybridbauteil auch in komplizierten und/oder detaillierten Formen vorliegen kann.
Da das erfindungsgemäße Hybridbauteil, insbesondere ein Gehäuse oder ein Gehäuseteil, gute mechanische Eigenschaften aufweist, können Vorrichtungen, die sich im Inneren des Hybridbauteils befinden, effektiv gegen mechanische Einwirkungen geschützt werden. Des Weiteren ist es durch das erfindungsgemäße Hybridbauteil möglich, Vorrichtungen, die sich im Inneren des Hybridbauteils befinden, effektiv gegen flüssige Betriebsmedien, Staub, Verschmutzungen, zu schützen. Durch die abschirmende Wirkung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils kann zum einen das Innere des Hybridbauteils gegen störende elektromagnetische Felder von außen geschützt werden. Des Weiteren kann auch die Umwelt durch das erfindungsgemäße Hybridbauteil vor elektromagnetischen Feldern, die aus dem Inneren hervorgehen, geschützt werden. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Hybridbauteils sind eine Gewichtseinsparung gegenüber vergleichbaren Aluminiumgehäusen, eine höhere Abschirmung gegenüber Aluminium- oder Kunststoffgehäusen ohne Erwärmungseffekte, geringerer Bauraum gegenüber Kunststoffgehäusen, verbesserte Crasheigenschaften sowie verbesserte Steifigkeit, Möglichkeit einer Funktionsintegration durch Anbindung von Funktionselementen an die Kunststoffschicht, Möglichkeit einer Massenanbindung bzw. Überspannungsableitung.
Die Funktion der thermoplastischen, duroplastischen oder elastomeren Kunststoffschicht (Koppelschicht) des erfindungsgemäßen Hybridbauteils besteht des Weiteren darin, dass sich diese mit einer Vielzahl von anderen Kunststoffen zuverlässig, ohne Aufbringen von Klebstoff, stoffschlüssig verbinden lässt. Im Spritzgussprozess wird hierzu beispielsweise die Energie der Kunststoffschmelze genutzt, um die Oberfläche der Koppelschicht zu aktivieren und den Stoffschluss herzustellen. Nach Abkühlung der Schmelze liegt ein perfekter Verbund zwischen der Koppelschicht und dem angespritzten Kunststoff vor. Bei dem angespritzten Kunststoff kann es sich nicht nur um thermoplastischen Kunststoff, sondern auch um duroplastischen Kunststoff und/oder um einen Kunststoff aus dem Bereich der Elastomere handeln. Weiterhin ist es möglich, durch Plasma- oder Coronavorbehandlung vor dem Spritzgießprozess die Koppelschichtoberfläche zusätzlich zu aktivieren, um das Spektrum der einsetzbaren Kunststoffe zu erweitern. Mit dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil lassen sich die am Standort eines Automobilherstellers bzw. Bauteilzulieferers auszuführenden Arbeitsschritte zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils erheblich reduzieren. Beispielsweise hat der Automobilhersteller bzw. Bauteilzulieferer mit dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil insbesondere die Möglichkeit, ein dreidimensional geformtes Hybridbauteil durch folgende Prozessschritte herzustellen:
1. Platinen- oder bandförmiges Hybridbauteil konfektionieren (Zuschneiden);
2. Zugeschnittenes Hybridbauteil zu einem Umformwerkzeug mit integriertem Spritzgießaggregat transportieren und einlegen;
3. Uniformen und Hinterspritzen des Hybridbauteilzuschnitts in einem Schritt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (Koppelschicht) die Seite des Metallblechs, auf welcher sie aufgebracht ist, nicht vollflächig, sondern partiell bedeckt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das herzustellende Hybridbauteil beispielsweise nur partiell eine festigkeits- und/oder steifigkeitserhöhende Rippenstruktur aus Kunststoff aufweisen soll. Ein oder mehrere größere Flächenbereiche des Metallblechs, die nach Fertigstellung des Hybridbauteils keine Rippenstruktur aufweisen sollen, können somit beim Beschichten des Metallblechs mit der mindestens einen thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht (Koppelschicht) unbeschichtet bleiben. Dies spart Materialkosten und trägt zu einer optimierten Gewichtseinsparung bei ausreichenden Festigkeits- bzw. Steifigkeits-eigenschaften und guter Abschirmwirkung bei.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils besteht darin, dass die thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht doppelt ausgeführt ist, wobei zwischen den beiden Kunststoffschichten eine, insbesondere thermoplastische, Schaumstoffschicht angeordnet ist. Es hat sich gezeigt, dass die Zwischenanordnung einer, insbesondere thermoplastischen, Schaumstoffschicht deutlich zur Gewichtsreduzierung des Hybridbauteils bei gleichbleibender Festigkeit und Steifigkeit beitragen kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kunststoffschicht (Koppelschicht) des erfindungsgemäßen Hybridbauteils partiell mit mindestens einem Organoblech beschichtet. Hierdurch kann die Festigkeit und Steifigkeit des herzustellenden Hybridbauteils bei gleichbleibendem oder sogar vermindertem Gesamtgewicht deutlich verbessert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann nach einerweiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils auch dessen Metallblech auf seiner der Kunststoffschicht (Koppelschicht) abgewandten Seite mit mindestens einem Organoblech beschichtet sein. Auch durch diese Ausgestaltung kann die Festigkeit und Steifigkeit des herzustellenden Hybridbauteils bei gleichbleibendem oder sogar vermindertem Gesamtgewicht und gleichbeliebender oder sogar gesteigerter Abschirmwirkung deutlich erhöht werden. Dabei kann nach einerweiteren Ausgestaltung das Organoblech auf seiner dem Metallblech abgewandten Seite mit mindestens einem zweiten Metallblech beschichtet sein. Aus einem solchen Hybridbauteil lassen sich besonders leichte und zugleich sehr feste und steife Hybridbauteile mit entsprechend abschirmender Wirkung hersteilen, insbesondere dann, wenn das Organoblech nach einer bevorzugten Ausgestaltung Kohlenstofffasern enthält. Zudem kann in weiterer Ausgestaltung das zweite Metallblech außenseitig mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht beschichtet sein, die ebenfalls als Koppelschicht zur stoffschlüssigen, klebstofflosen Anbindung mindestens eines aus Kunststoff hergestellten oder herzustellenden Strukturkörpers ausgebildet ist. Aus einem derart ausgestalteten erfindungsgemäßen Hybridbauteil lassen sich vorteilhaft, ohne einen Auftrag von Klebstoff, Hybridbauteile hersteilen, die beidseitig aus Kunststoff hergestellte Strukturkörper, insbesondere Rippenkörper aufweisen.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils besteht darin, dass das Metallblech auf seiner der Kunststoffschicht abgewandten Seite mit einer zweiten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht beschichtet ist, die ebenfalls als Koppelschicht zur stoffschlüssigen, klebstofflosen Anbindung mindestens eines aus Kunststoff hergestellten oder herzustellenden Strukturkörpers ausgebildet ist. Auch aus einem solchen erfindungsgemäßen Hybridbauteil lassen sich ohne Auftrag von Klebstoff Hybridbauteile hersteilen, die beidseitig aus Kunststoff hergestellte Strukturkörper, insbesondere Rippenkörper aufweisen. Dabei kann die zweite Kunststoffschicht (Koppelschicht) die Seite des Metallblechs, auf welcher sie aufgebracht ist, vollflächig oder partiell bedecken. Die partielle Beschichtung des Metallblechs durch die zweite Kunststoffschicht ist zum Beispiel zweckmäßig, wenn das herzustellende Hybridbauteil auf der entsprechenden Seite des Metallblechs nur partiell eine Rippenstruktur aus Kunststoff aufweist, die ohne Klebstoff über die partielle Koppelschicht an das Metallblech stoffschlüssig angebunden ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils besteht darin, dass die zweite Kunststoffschicht auf ihrer dem Metallblech abgewandten Seite mit einem zweiten Metallblech beschichtet ist. Das zweite Metallblech kann dabei in weiterer Ausgestaltung auf seiner der zweiten Kunststoffschicht abgewandten Seite mit einer dritten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht als Koppelschicht beschichtet sein. Auch mit derart ausgestalteten erfindungsgemäßen Hybridbauteilen lassen sich leichtgewichtige Hybridbauteile mit hoher Festigkeit und Steifigkeit und einer entsprechenden abschirmenden Wirkung kostengünstig hersteilen. Das Gleiche gilt für eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils, bei welcher die zweite Kunststoffschicht vollflächig oder partiell mit mindestens einem Organoblech beschichtet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils ist die jeweilige als Koppelschicht dienende Kunststoffschicht mit einer abziehbaren Schutzfolie versehen. Die Schutzfolie schützt die Oberfläche der Koppelschicht während des Transportes des Hybridbauteils sowie gegebenenfalls auch während des Ilmformens des Hybridbauteils. Hierdurch kann vor dem Anformen von Kunststoffstrukturen, beispielsweise Kunststoffrippen, ein aufwendiges Reinigen der Koppelschichtoberfläche von Verschmutzungen wie Öl oder Fett entfallen. Zudem kann die Schutzfolie als Ziehfolie die Gleiteigenschaften des Hybridbauteils beim Uniformen verbessern. Das erfindungsgemäße Hybridbauteil weist einen Schirmfaktor S(v) von 1,00 bis 120,00 dB, bevorzugt 10,00 bis 120,00 dB bei einem dynamischen, magnetischen Feld oder einem dynamischen, elektromagnetischen Feld mit bei einer Frequenz v von 0,001 bis 1000 kHz, bevorzugt 0, 1 bis 400 kHz, insbesondere bevorzugt 0, 1 bis 200 kHz, auf.
Weiter bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße Hybridbauteil, wobei Schirmfaktor S(v) nach der Gleichung der Formel (I)
Figure imgf000013_0001
bestimmt wird, wobei U2(v) die in der zweiten Spule induzierte Spannung, l^v) der in der ersten Spule fließende Strom und lio(v) der Strom in der ersten Spule und U20(v) die Spannung in der zweiten Spule, jeweils ohne eingebrachte Probe, sind.
Der Schirmfaktor S(v) wird bevorzugt ermittelt, indem die Spannung U2(v) in einer zweiten Spule, die durch einen Strom l^v) in einer ersten Spule induziert wird, gemessen wird, während sich eine Probe des abschirmenden monolithischen Materials zwischen der ersten und der zweiten Spule befindet und sich die Spulen in einem Abstand von höchstens 40 mm befinden.
Besonders bevorzugt wird der Schirmfaktor S(v) nach der Gleichung der Formel (I)
S(v) = 20 log ■ (I),
Figure imgf000013_0002
bestimmt, wobei U2(v) die in der zweiten Spule induzierte Spannung, l^v) der in der ersten Spule fließende Strom und lio(v) der Strom in der ersten Spule und U20(v) die Spannung in der zweiten Spule, jeweils ohne eingebrachte Probe, sind.
Weiter bevorzugt wird die Schirmdämpfung S(v) des erfindungsgemäßen Hybridbauteils durch ein Verfahren bestimmt, mindestens umfassend die folgenden Schritte:
(A) Bereitstellen einer ersten Spule S1 mit einer ersten Induktivität LI, die mit einem ersten Signalgenerator SGI und einer Einrichtung zur Strommessung l^v) zu einem ersten Stromkreis verbunden ist,
(B) Bereitstellen einer zweiten Spule S2 mit einer zweiten Induktivität L2, die mit einer Einrichtung zur Spannungsmessung U2(v) zu einem zweiten Stromkreis verbunden ist, wobei die Spulen S1 und S2 räumlich so zueinander angeordnet sind, dass sie auf der gleichen Rotationsachse liegen und zwischen ihnen ein Freiraum ausgebildet wird, (C) Einbringen einer Probe des erfindungsgemäßen Hybridbauteils in den Freiraum,
(D) Generierung einer sinusförmigen Spannung mit einer Frequenz v von 0,001 bis 1000 kHz durch den ersten Signalgenerator SG 1 in der ersten Spule Sl,
(E) Messen der Stromstärke li(v) im ersten Stromkreis,
(F) Messen der Spannung U2(v) im zweiten Stromkreis,
(G) Bestimmen des Schirmfaktors S(v) über die Gleichung der Formel (I)
S(v) = 20 log (I),
Figure imgf000014_0001
wobei lio(v) der Strom im ersten Stromkreis und U20(v) die Spannung im zweiten Stromkreis, jeweils ohne eingebrachte Probe, sind.
Das erfindungsgemäß bevorzugte Verfahren zur Bestimmung des Schirmfaktors S(v) umfassend die Schritte (A) bis (G) wird im Detail in der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 216 985.0 vom 25. September 2017 beschrieben.
Das erfindungsgemäße Hybridbauteil kann im Prinzip jede dem Fachmann vorstellbare Form annehmen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Hybridbauteil ein Gehäuse oder ein Gehäuseteil. Beispiele für Gehäuseteile sind erfindungsgemäß Deckel, Abdeckungen, Schalen, Klappen, Rahmen, Fächer, Halterungen, Schrankkorpusse, Trennwände oder Abtrennungen.
Die erfindungsgemäß bevorzugten Gehäuse oder Gehäuseteile sind insbesondere solche für mindestens ein elektronisches Bauteil, eine Batterie, einen DC/DC Wandler, einen Wechselrichter, Photovoltaik, Leiterplatten, Vorrichtungen für die Energieversorgung, eine elektrische Maschine oder ein Teil davon, elektrische oder elektronische Anlagen, medizinische Geräten, in Schaltschränken, in Serverräumen oder als Serverracks, in PC-Gehäusen, in der Luft- und Raumfahrttechnik, für eine Leistungselektronik oder einen elektronischen Leiter.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils, wobei ein entsprechend ausgebildetes, zumindest überwiegend, flaches Hybridbauteil in die, bevorzugt dreidimensionale, Form des Hybridbauteils umgeformt wird, bevorzugt durch Tiefziehen, Rollformen oder Biegen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall/Kunststoffverbund, wobei ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil verwendet wird, wobei an die als Koppelschicht ausgebildete Kunststoffschicht durch Spritzgießen, Pressformen, Fließpressen oder thermisches Pressen ein dreidimensionaler Strukturkörper aus Kunststoff stoffschlüssig angeformt wird.
Wie bereits ausgeführt, ermöglicht das erfindungsgemäße Hybridbauteil die Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils aus Metall und Kunststoff mit einem Strukturkörper, vorzugsweise Rippenkörper, aus Kunststoff ohne Auftrag von Klebstoff. Dies vereinfacht die Herstellung des Hybridbauteils deutlich.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Hybridbauteil vor dem Anformen des Strukturkörpers in eine dreidimensionale Form umgeformt. Das Uniformen wird dabei vorzugsweise durch Tiefziehen oder Rollformen ausgeführt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest überwiegend flache Hybridbauteil mittels eines Umformwerkzeuges, das mindestens eine integrierte Spritzgießkavität und mindestens einen in die Spritzgießkavität mündenden Spritzgießkanal aufweist, umgeformt wird. Diese Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, die Anzahl der Prozessschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils zu reduzieren, indem das Umformen des zumindest überwiegend flachen Hybridbauteils bzw. Hybridbauteilzuschnitts und das Hinterspritzen der Koppelschicht zur Erzeugung des Strukturkörpers, vorzugsweise Rippenkörpers, im gleichen Prozessschritt durchgeführt werden.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest überwiegend flache Hybridbauteil mittels eines Umformwerkzeuges, welches ein Profil mit mindestens einer integrierten Kavität zum Verpressen und dreidimensionalen Formen einer Kunststoffmasse aufweist, umgeformt wird. Auch diese Variante bietet die Möglichkeit, die Anzahl der Prozessschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils zu reduzieren, indem das Umformen des Hybridbauteils bzw. Hybridbauteilzuschnitts und das Verpressen der Kunststoffmasse zur Erzeugung des Strukturkörpers, vorzugsweise Rippenkörpers, auf der Koppelschicht im gleichen Prozessschritt durchgeführt werden.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das zumindest überwiegend flache Hybridbauteil durch Rollformen umgeformt wird, wobei während oder nach dem Umformen des Hybridbauteils ein rotierbares, radförmiges Werkzeug zum Pressformen des Strukturkörpers verwendet wird, und das Werkzeug mit einem mindestens eine Kavität aufweisenden Profil zum Verpressen und dreidimensionalen Formen einer Kunststoffmasse versehen ist. Mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens lassen sich insbesondere als Profilträger ausgebildete Hybridbauteile der genannten Art in Großserie effektiv hersteilen.
Nach einerweiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil mindestens ein integraler Flansch ausgebildet, der die als Koppelschicht ausgebildete thermoplastische Kunststoffschicht aufweist, wobei an die Kunststoffschicht ein weiteres als Metall/Kunststoffverbund ausgeführtes Hybridbauteil oder ein Organoblech durch Schweißen angefügt wird. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise als Halbschalen ausgebildete Hybridbauteile kostengünstig zu einem Hohlkanal oder geschlossenen Profil zusammensetzen. Entsprechendes gilt hinsichtlich einer Kombination eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils mit einem den Hohlkanal bzw. das geschlossene Profil begrenzenden Organoblech. Die Schweißverbindung der als Halbschalen ausgebildeten Hybridbauteile bzw. des Organoblechs mit einem einzelnen Hybridbauteil kann beispielsweise durch thermisches Verpressen, Reibschweißen, Punktschweißen, Ultraschallschweißen etc. erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch das Verfahren zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, dynamischen oder statischen elektrischen und/oder dynamischen oder statischen magnetischen Feldern, wobei Quelle und/oder Senke zumindest teilweise mit einem erfindungsgemäßen Hybridbauteil, insbesondere einem Gehäuse oder Gehäuseteil, umgeben sind.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Quelle und/oder Senke der elektromagnetischer Strahlung, des dynamischen oder statischen elektrischen und/oder dynamischen oder statischen magnetischen Feldern zumindest teilweise von dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil zumindest teilweise umgeben. Ein teilweises Umgeben ist beispielsweise dann sinnvoll bzw. erforderlich, wenn die Quelle und/oder Senke im Betrieb erreichbar sein muss, beispielsweise durch Zu- und/oder Ableitungen und/oder zur Bedienung. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass die Quelle und/oder Senke vollständig von dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil umgeben ist. Details und bevorzugte Ausführungsformen, die zu dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil genannt worden sind, sollen auch hier entsprechend angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, dynamischen oder statischen elektrischen und/oder dynamischen oder statischen magnetischen Feldern.
Elektromagnetische Strahlung, dynamische oder statische elektrische und/oder dynamische oder statische magnetische Felder entstehen gewollt oder nicht gewollt durch die Verwendung und den Betrieb bestimmter magnetischer, elektrischer oder elektronischer Vorrichtungen.
Das erfindungsgemäße Hybridbauteil kann vorteilhaft als Gehäuse oder Gehäuseteil für mindestens ein elektronisches Bauteil, eine Batterie, einen DC/DC Wandler, einen Wechselrichter, Photovoltaik, Leiterplatten, Vorrichtungen für die Energieversorgung, eine elektrische Maschine oder ein Teil davon, elektrische oder elektronische Anlagen, medizinische Geräten, in Schaltschränken, in Serverräumen oder als Serverracks, in PC-Gehäusen, in der Luft- und Raumfahrttechnik, für eine Leistungselektronik oder einen elektronischen Leiter, verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher des Weiteren die Verwendung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils als Gehäuse oder Gehäuseteil für mindestens ein elektronisches Bauteil, eine Batterie, einen DC/DC Wandler, einen Wechselrichter, Photovoltaik, Leiterplatten, Vorrichtungen für die Energieversorgung, eine elektrische Maschine oder ein Teil davon, elektrische oder elektronische Anlagen, medizinische Geräten, in Schaltschränken, in Serverräumen oder als Serverracks, in PC-Gehäusen, in der Luft- und Raumfahrttechnik, für eine Leistungselektronik oder einen elektronischen Leiter.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Gehäuse oder Gehäuseteil für mindestens ein elektronisches Bauteil, eine Batterie, einen DC/DC Wandler, einen Wechselrichter, Photovoltaik, Leiterplatten, Vorrichtungen für die Energieversorgung, eine elektrische Maschine oder ein Teil davon, elektrische oder elektronische Anlagen, medizinische Geräten, in Schaltschränken, in Serverräumen oder als Serverracks, in PC-Gehäusen, in der Luft- und Raumfahrttechnik, für eine Leistungselektronik oder einen elektronischen Leiter, enthaltend mindestens ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil.
Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, dass nur ein Teil des Gehäuses, beispielsweise ein Deckel oder Boden, aus dem erfindungsgemäßen Material besteht oder dieses enthält und ein weiterer Teil des Gehäuses aus einem anderen Material, beispielsweise Kunststoff, Metall und/oder Keramik besteht oder enthält. Bei dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil kann die Metallseite entweder innen oder außen eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und darstellenden Zeichnung näher erläutert:
Figuren
Die in den Figuren 1, 2 und 3 verwendeten Bezugszeichen haben die folgenden Bedeutungen:
1 Metallblech
2 Kunststoffschicht
3 Kunststoffstrukturkörper
4 Deckel
5 Boden
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil im Metall/Kunststoffverbund, das ein elektromagnetische Strahlung, dynamische oder statische elektrische und/oder dynamische oder statische magnetische Felder abschirmendes Metallblech und eine auf dem Metallblech stoffschlüssig und/oder formschlüssig aufgebrachte thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht aufweist, wobei sich das Metall an der Außenseite und die Kunststoffschicht an der Innenseite befinden. An die Kunststoffschicht sind Kunststoffstrukturkörper aufgebracht.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil im Metall/Kunststoffverbund, das ein elektromagnetische Strahlung, dynamische oder statische elektrische und/oder dynamische oder statische magnetische Felder abschirmendes Metallblech und eine auf dem Metallblech stoffschlüssig und/oder formschlüssig aufgebrachte thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht aufweist, wobei sich das Metall an der Innenseite und die Kunststoffschicht an der Außenseite befinden. An die Kunststoffschicht sind Kunststoffstrukturkörper aufgebracht.
Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridbauteil im Metall/Kunststoffverbund. Dabei sind Deckel und Boden wie die Hybridbauteile gemäß den Figuren 1 oder 2 ausgeführt. Des Weiteren gibt es einen Rahmen aus Metall (1) außen und Kunststoffschicht (2) sowie Kunststoffstrukturkörper (3) innen.
Beispiel
Ein elektrolytisch verzinktes Metallblech der Güte DP1000 mit einer Dicke von 1 mm wird mit einer Folie aus Polyamid- Polyethylen-Compound mit einer Dicke von 50 pm beschichtet. Das so erhaltene Material wird dann durch Tiefziehen in ein Hybridbauteil umgeformt. An diesem Bauteil wird die Abschirmung bei verschiedenen Frequenzen bestimmt. Die erhaltenen Werte sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1: Abschirmung S bei verschiedenen Frequenzen†
Figure imgf000018_0001
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die erfindungsgemäßen Hybridbauteile vereinen gute mechanische Kennwerte und eine hohe Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung, dynamische oder statische elektrische und/oder dynamische oder statische magnetische Felder, so dass daraus vorteilhafte dreidimensional geformte Hybridbauteile als Gehäuse oder Gehäuseteile hergestellt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Hybridbauteil im Metall/Kunststoffverbund, das mindestens ein elektromagnetische Strahlung, dynamische oder statische elektrische und/oder dynamische oder statische magnetische Felder abschirmendes Metallblech und mindestens eine auf dem Metallblech stoffschlüssig und/oder formschlüssig aufgebrachte thermoplastische, duroplastische oderelastomere Kunststoffschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil einen Schirmfaktor S(v) von 1,00 bis 120,00 dB bei einem dynamischen, magnetischen Feld oder einem dynamischen, elektromagnetischen Feld mit einer Frequenz v von 0,001 bis zu 1000 kHz aufweist, wobei der Schirmfaktor S(v) aus dem Quotient der Feldstärke gemessen am Ort der Senke mit bzw. ohne zwischen Senke und Quelle befindlichem Hybridbauteil bestimmt wird.
2. Hybridbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gehäuse oder ein Gehäuseteil ist.
3. Hybridbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht auf dem gesamten Metallblech oder nur auf einem Teil des Metallblechs stoffschlüssig und/oder formschlüssig, insbesondere stoffschlüssig, aufgebracht ist
4. Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech die folgende Zusammensetzung aufweist (jeweils in Gew.-%)
- 0,001 bis 2,1 C,
0,001 bis 30,00 Mn,
0,001 bis 8,00 Si,
- 0,01 bis 4,00 AI,
0,001 bis 1,00 Cr,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
5. Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirmfaktor S(v) des Hybridbauteils durch Detektion der Spannung U2(v) in einer zweiten Spule, die durch einen Strom ll(v) in einer ersten Spule induziert wird, während sich eine Probe des Hybridbauteils zwischen der ersten und der zweiten Spule befindet und sich die Spulen in einem Abstand von höchstens 40 mm befinden, ermittelt wird.
6. Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die thermoplastische, duroplastische oder elastomere Kunststoffschicht auf der Innenseite und/oder auf der Außenseite des Gehäuses oder des Teils des Gehäuses befindet.
7. Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht als Koppelschicht zur stoffschlüssigen, klebstofflosen Anbindung mindestens eines aus Kunststoff hergestellten oder herzustellenden Strukturkörpers ausgebildet ist.
8. Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite des Metallblechs, auf welcher die Kunststoffschicht aufgebracht ist, bevorzugt an den Stellen, an denen die Kunststoffschicht vorliegt, eine die Haftung der Kunststoffschicht verbessernde Oberfläche aufweist.
9. Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirmfaktor S(v) nach der Gleichung der Formel (I)
Figure imgf000020_0001
bestimmt wird, wobei U2(v) die in der zweiten Spule induzierte Spannung, l^v) der in der ersten Spule fließende Strom und l10(v) der Strom in der ersten Spule und U20(v) die Spannung in der zweiten Spule, jeweils ohne eingebrachte Probe, sind.
10. Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech ein Gefüge enthaltend 0 bis 100 Gew.-% Ferrit, 0 bis 95 Gew.-% Bainit, 0 bis 20 Gew.-% Perlit, 0 bis 100 Gew.-% Martensit oder bis zu 100 Gew.-% Martensit, 0 bis 20 Gew.-% Restaustenit und ggf. Karbide, wobei die Summe jeweils 100 Gew.-% ergibt, aufweist.
11. Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine thermoplastische Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden (PA), Polycarbonaten (PC), thermoplastischen Polyestern, thermoplastischen Polyurethanen (PU), Polysulfiden (PS), Polyetheretherketonen (PEEK), Polyarylen, aromatischen Polyestern, Polyaramiden, Polyaramid-Fasern, heterocyclischen Polymeren, Flüssigkristallpolymeren (LCP Liquid Crystalline Polymers), Fluorpolymeren, Perfluoroxyalkanen, Polyphenylenen, funktionalisierten Varianten der genannten Polymere und Mischungen davon.
Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine duroplastische Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharzen (EP), Harnstoff- Formaldehydharzen (UF), Phenol-Formaldehydharzen (PF), Melamin-Formaldehydharzen (MF), Melamin/Phenol-Formaldehyden (MPF), duroplastischen Polyestern (PES), Polyurethanen (PUR), ungesättigten Polyestern (UP), teilvernetzten (bi-stage) duroplastische Polymere, funktionalisierten Varianten der genannten Polymere und Mischungen davon.
13. Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elastomere Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Naturkautschuken (NR), Silicon- Kautschuken (SIR), Silicon-Butadien-Kautschuken (SBR), Polyvinylbutyralen (PVB), Polyisobutylenen (PIB), Isopren-Kautschuken (IR), Ethylenvinylacetaten (EVA), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken (EPDM), Ethylen- Propylen-Copolymeren (EPM), Ethylen-Ethylacrylat- Copolymeren (E/EA), Chloropren-Kautschuken (CR), Butadien-Kautschuken (BR), Acrylnitril/ Methylmethacrylaten (A/MMA), Butylkautschuken (IIR), Styrol- Butadien-Styrolen (SBS), Polyether-Block-Amiden (PEBA), funktionalisierten Varianten und Mischungen davon.
14. Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein entsprechend ausgebildetes Hybridbauteil in die, bevorzugt dreidimensionale, Form des Hybridbauteils umgeformt wird, bevorzugt durch Tiefziehen oder Rollformen.
15. Verfahren zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, dynamischen oder statischen elektrischen und/oder dynamischen oder statischen magnetischen Feldern, dadurch gekennzeichnet, dass Quelle und/oder Senke zumindest teilweise mit einem Hybridbauteil, insbesondere einem Gehäuse oder Gehäuseteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umgeben werden.
16. Verwendung des Hybridbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, dynamischen oder statischen elektrischen und/oder dynamischen oder statischen magnetischen Feldern.
17. Verwendung des Hybridbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Gehäuse oder Gehäuseteil für mindestens ein elektronisches Bauteil, eine Batterie, einen DC/DC Wandler, einen Wechselrichter, Photovoltaik, Leiterplatten, Vorrichtungen für die Energieversorgung, eine elektrische Maschine oder ein Teil davon, elektrische oder elektronische Anlagen, medizinische Geräten, in Schaltschränken, in Serverräumen oder als Serverracks, in PC-Gehäusen, in der Luft- und Raumfahrttechnik, für eine Leistungselektronik oder einen elektronischen Leiter.
IS. Gehäuse oder Gehäuseteil für mindestens ein elektronisches Bauteil, eine Batterie, einen DC/DC Wandler, einen Wechselrichter, Photovoltaik, Leiterplatten, Vorrichtungen für die Energieversorgung, eine elektrische Maschine oder ein Teil davon, elektrische oder elektronische Anlagen, medizinische Geräten, in Schaltschränken, in Serverräumen oder als Serverracks, in PC-Gehäusen, in der Luft- und Raumfahrttechnik, für eine Leistungselektronik oder einen elektronischen Leiter, enthaltend mindestens ein Hybridbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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