GEGENSTAND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil, ein System umfassend ein Faserverbundbauteil und eine Auswerteeinheit, sowie eine Batteriestruktur umfassend ein Faserverbundbauteil.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Im Zuge der steigenden Nachfrage nach modernen Energiespeicherungskonzepten, insbe- sondere im Bereich der Elektrofahrzeuge, werden immer größere Energiespeichereinheiten, insbesondere Batteriepakete und Batterien mit möglichst hoher Energiedichte, verbaut. Kommt es zur unkontrollierten Freisetzung der in den Batterien enthaltenen Chemikalien und Energie kann das zu katastrophalen Bränden führen. Unter anderem kann ein solcher Vorgang durch eine mechanische Beschädigung der Batterien ausgelöst werden. Zunehmend werden Batteriekästen aus Faserverbundmaterial verwendet, da diese gegenüber Metallen bei der Kombination der Anforderungen an Brandschutz, Crashsicherheit, Isolation und Leichtbau Vorteile aufweisen. Durch ihren typischen lagenbasierten Aufbau und die prozessbedingt zeit- gleiche Herstellung von Material und daraus bestehendem Bauteil bieten Faserverbundwerk- stoffe im Vergleich zu Metallen viel bessere Anpassungsmöglichkeiten an die spezifischen Anforderungen des Bauteils.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Faserverbundbauteile bekannt, mit welchen besser dem obigen Anforderungsprofil entsprochen werden kann, insbesondere, indem diese unter- schiedliche Funktionalitäten, wie z. B. eine flammhemmende Wirkung, in technischen Gegen- ständen verwirklichen.

Die US 2005/0170238 A1 offenbart beispielsweise ein Batteriegehäuse, das aus einer schwer- entflammbaren Polymerzusammensetzung aus High-Density-Polyethylen gebildet wird, wel- che eine Glasfaserverstärkung und einen feuerbeständigen Zusatzstoff umfassen kann. Bei der Herstellung wird der feuerbeständige Zusatzstoff in der Schmelze mit dem zu schützenden Polyethylen vermischt und im Anschluss die Masse in die gewünschte Form gepresst. Die US 2020/0152926 A1 beschreibt einen Deckel für ein Batteriepack eines Elektrofahrzeugs mit einem Rahmen, der aus einem Schichtverbund besteht. Eine erste Schicht des Verbunds umfasst eine sogenannte „Schertafel“, die eine faserverstärkte Verbundschicht aufweist, wel- che einer Scherverformung bei einem Aufprall entgegenwirken soll. Als separates Element umfasst der Schichtverbund eine feuer- und abrasionsbeständige zweite Funktionsschicht, die auf der Schertafel abgeschieden wird und die der Batterie zugewandt ist, wenn die Schertafel mit dem Rahmen des Fahrzeugs verbunden ist.

Zwar können mit den oben beschriebenen Faserverbundbauteilen Bauteile durch äußere Be- einträchtigungen wie Flammaktivität oder mechanische Belastungen besser geschützt wer- den, allerdings ist in vielen Anwendungen, insbesondere im Bereich der Batterietechnik, dieser Schutz unzureichend und bei einer mechanischen Beeinträchtigung des Bauteils können er- hebliche Sicherheitsrisiken - beispielsweise durch Freisetzung der Batteriematerialien - ent- stehen.

AUFGABE

Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung daher darin, ein Fa- serverbundbauteil bereitzustellen, mit welchem die oben beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden werden können, und welches die Sicherstellung des Schutzes eines mit dem Bauteil geschützten Gegenstands, wie z. B. einer Batterie, insbesondere im laufenden Betrieb, ermöglicht oder vereinfacht. Durch dieses sollen insbesondere Wartungs- stopps und gegebenenfalls notwendige Demontagearbeiten vermieden werden und dadurch Aufwand und Kosten des Schutzes möglichst gering gehalten werden.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Faserverbundbauteil, das insbeson- dere zum Schutz von Bauteilen gegen mechanische Belastungen geeignet ist, und das fol- gende Komponenten aufweist a) einen Faserwerkstoff, vorzugsweise in Form einer textilen Lage, b) ein Matrixmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundbauteil weiterhin c) ein Sensorelement aufweist, wobei das Sensorelement vorzugsweise eine elektrisch leitfähige Struktur ist, die gegenüber dem Faserwerkstoff isoliert ist.

Zur sprachlichen Vereinfachung wird im Folgenden jeweils auf „einen“ Faserwerkstoff und/oder „ein“ Matrixmaterial und/oder „ein“ Additiv und/oder „ein“ Sensorelement und/oder „einen“ Leiter und/oder „einen“ elektrischen Leiter und/oder „eine“ elektrisch leitfähige Struktur und/oder „einen“ Funktionsbereich, und/oder „ein“ Matrixmaterial und/oder „einen“ Konzentra- tionsgradienten Bezug genommen. Hierunter ist jedoch keine zahlenmäßige Beschränkung zu verstehen. Im Folgenden ist die Verwendung des Singulars stets so auszulegen, dass es sich auch um „ein oder mehrere“ der jeweiligen Komponente handeln kann.

Unter einem „Faserverbundbauteil“ wird ein Werkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Ma- terialien verstanden, der andere Werkstoffeigenschaften besitzt als seine einzelnen Kompo- nenten und der als Bestandteil eines technischen Gegenstands dienen kann. Ein solcher Be- standteil kann beispielsweise eine Platte oder ein Gehäuse einer Maschine sein. Von dem Begriff „Faserverbundbauteil“ sind jedoch sinngemäß auch Faserverbundbauteile umfasst, die einen technischen Gegenstand per se bilden können. Das Faserverbundbauteil umfasst min- destens einen Faserwerkstoff und ein Matrixmaterial. Bei dem erfindungsgemäßen Faserver- bundbauteil handelt es sich vorzugsweise um einen glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) oder einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK).

Ein „Sensorelement“ ist ein Bestandteil einer Sensoreinrichtung, dessen Eigenschaftsände- rung(en) (z. B. Änderung des Widerstands oder Leitfähigkeit) von den weiteren Elementen der Sensoreinrichtung, insbesondere der Auswerteeinheit, erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Eine Sensoreinrichtung ist ein technisches Bauteil, das bestimmte phy- sikalische oder chemische Eigenschaften und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umge- bung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Sie besteht mindestens aus einem Sensorelement, welches erfindungsgemäß in dem Faserverbundbauteil angeordnet ist, und einer Auswerteeinheit. Sie kann noch weitere Elemente, wie eine Signalausgabe und/oder ein Steuersystem umfassen.

Durch die Sensoreinrichtung kann ermittelt werden, ob eine Beeinträchtigung der Integrität des Faserverbundbauteils vorliegt. In einem einfachen Fall ist das Sensorelement beispielsweise ein elektrisch Leiter, der Teil eines geschlossenen Stromkreises aus elektrischem Leiter und Auswerteeinheit ist. Die Auswerteeinheit kann, muss aber nicht Teil des Faserverbundbauteils sein. Sie kann beispielsweise auch nur über Kontaktierungselemente mit dem elektrischen Leiter verbunden sein. Bei einer mechanischen Beeinträchtigung des Faserverbundbauteils, beispielsweise durch Steinschlag, kann das Bauteil samt dem darin angeordneten elektrischen Leiter abknicken, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird. Hierdurch kann auf die Integrität des Faserverbundbauteils geschlossen werden.

Für die Überprüfung der Integrität eignen sich alle Messgrößen, mit welchen auf den mecha- nischen Zustand des Faserverbundbauteils rückgeschlossen werden kann. Die Messgröße, beispielsweise eine bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaft (physikalisch z. B. Wärmemenge, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schallfeldgrößen, Helligkeit, Beschleunigung oder chemisch z. B. pH-Wert, lonenstärke, elektrochemisches Potential) und/oder die stoffli- che Beschaffenheit der Umgebung wird von der Sensoreinrichtung qualitativ und/oder quanti- tativ erfasst. Die dadurch erhaltenen Messgrößen können im Gegensatz zu dem oben be- schriebenen „einfachen Fall“, auch eine deutlich komplexere Analyse des Zustands des Fa- serverbundbauteils ermöglichen. Insbesondere, wenn verschiedene Messgrößen ermittelt und zur Beurteilung des Zustands herangezogen werden.

Ein Sensorelement kann beispielsweise von einem oder mehreren piezoelektrischen Senso- relementen (piezoelektrische Keramiken und einkristalline Materialien), Leitern, insbesondere optischen Leitern wie Lichtwellenleitern oder elektrischen Leitern wie elektrisch leitfähigen Strukturen (z. B. elektrisch leitfähiger Draht, leitfähige Faser, oder auch eine mit einem leitfä- higem Druckmedium gedruckte Leiterbahn), gebildet werden. Vorzugsweise ist das Messprin- zip der Sensoreinrichtung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem mechanischem, thermoelektrischem, resistivem, piezoelektrischem, kapazitivem, induktivem, optischem, akus- tischem und magnetischem Messprinzip. Beispiele für Sensoreinrichtungen sind Thermoele- mente, Druck- und Lichtsensoren sowie Widerstands- oder Leitfähigkeitssensoren.

Vorzugsweise ist das Sensorelement teilweise, vorzugsweise vollständig, innerhalb der Bau- teilgrenzen des Faserverbundbauteils angeordnet. In einer anderen bevorzugten Ausfüh- rungsform ist das Sensorelement auf der Oberfläche des Faserverbundbauteils angeordnet.

Vorzugsweise umfasst das Faserverbundbauteil vollumfänglich die Sensoreinrichtung.

Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung innerhalb der Bauteilgrenzen des Faserverbundbau- teils angeordnet. In anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Sensoreinrichtung auf der Oberfläche des Faserverbundbauteils angeordnet. Das Faserverbundbauteil ist vorzugsweise integral, d.h. einstückig, also monolithisch, ausge- staltet. Besonders bevorzugt wird das Faserverbundbauteil bei seiner Herstellung durch ein- stückige Aushärtung erhalten.

„Faserwerkstoffe“ sind Materialien, die lineare, fadenähnliche Gebilde aufweisen oder aus die- sen bestehen, welche wiederum vorzugsweise Teile einer komplexeren Flächenstruktur wie einem Gewebe, einem Vlies, einem Gelege oder einer Maschenware sind.

Das Matrixmaterial des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils dient zur zumindest teilwei- sen, vorzugsweise vollständigen Einbettung des Faserwerkstoffes und optional auch zur zu- mindest teilweisen, vorzugsweise vollständigen Einbettung des Sensorelementes und/oderei- nes optionalen Additivs und/oder optional zum zumindest teilweisen, vorzugsweise vollständi- gen Lösen eines optionalen Additivs. Es hält die Fasern des Faserwerkstoffes in ihrer Position und überträgt und verteilt Spannungen zwischen ihnen. Es ist vorzugsweise ein Polymerma- terial, insbesondere ein duromeres Polymermaterial. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein aus einem Harz und einem Härter hergestelltes Polymermaterial. Bei der Herstellung wer- den vorzugsweise Beschleuniger, Aktivatoren und Trennmittel eingesetzt, die dann im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Teil des Matrixmaterials sind.

Eine „elektrisch leitfähige Struktur“ kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiger Draht, eine leitfähige Faser, beispielsweise eine Carbonfaser, eine mit einem leitfähigen Druckmedium gedruckte Leiterbahn oder eine elektrisch leitfähige Lage, wie beispielsweise eine elektrisch leitfähige Folie oder eine elektrisch leitfähige Faserstrukturlage, wie eine elektrisch leitfähige Textillage, z. B. eine Carbonfaserlage, sein. Das Sensorelement kann auch von mehreren elektrisch leitfähigen Strukturen gebildet werden, die einzeln mit der Auswerteeinheit verbun- den werden können. In Kombination mit einem flächenfüllenden Verlauf der elektrisch leitfähi- gen Strukturen ermöglicht dies eine genaue Ermittlung der beschädigten Stelle des Bauteils, so dass je nach Bauteil eine Beurteilung über die Notwendigkeit des Austauschs oder der trotz Beschädigung weiteren sicheren Verwendung möglich ist. Analog kann solche eine „flächen- füllende“ Erfassung des Faserverbundbauteilzustands auch mit anderen Sensorelementen er- folgen. In der Folge wird beispielhaft auf die Möglichkeiten zur elektrischen Isolation einer elektrisch leitfähigen Struktur (als besonders vorteilhafte Ausführung) Bezug genommen. Na- türlich sind entsprechende Ausführungen auch mit anderen Leitern, insbesondere elektrischen Leitern, analog möglich. Die elektrischen Isolatoren, die zur Isolation der elektrisch leitfähigen Struktur, im Rahmen der Erfindung genutzt werden können, weisen vorzugsweise einen hohen spezifischen Wider- stand auf, beispielsweise im Bereich von 10 ⁷ — 10 ¹⁶ Ω·cm. Das Matrixmaterial des erfindungs- gemäßen Verbundbauteils kann beispielsweise die Isolation der elektrisch leitfähigen Struktur bewirken, sofern es zumindest im Bereich, der die leitfähige Struktur umgibt, keine leitfähigen Zusätze wie Metallteilchen oder elektrisch leitfähige Polymere aufweist. Bevorzugt wird eine Isolation durch eine teilweise, vorzugsweise vollständige Ummantelung der elektrisch leitfähi- gen Struktur, beispielsweise mit einem Kunststoffmaterial, erzielt. Die leitfähige Struktur kann auch auf einem isolierenden Trägermaterial, wie beispielsweise einer Folie, aufgebracht und von einem weiteren isolierenden Trägermaterial bedeckt sein. Das Trägermaterial kann bei- spielsweise auch ein textiles Flächengebilde des Fasermaterials sein, welches aus einem nichtleitenden Material besteht. Falls das Trägermaterial leitend ist, so muss die elektrisch leitfähige Struktur, beispielsweise durch eine Ummantelung, gegenüber dem Trägermaterial elektrisch isoliert sein. Es können auch isolierende Schichten in das Trägermaterial einge- bracht werden, zwischen denen die elektrisch leitfähige Struktur angeordnet ist. Eine Isolie- rung kann auch dadurch erfolgen, dass die elektrisch leitfähige Struktur zwischen Faserlagen angeordnet ist, die selbst elektrisch isolierend sind.

Vorzugsweise weist das Matrixmaterial mit Ausnahme eines optional eingebundenen Additivs und des eingebundenen Faserwerkstoffs eine im Wesentlichen homogene chemische Zusam- mensetzung auf, d. h. dass Stoffgrenzen, mit Ausnahme des optional eingebundenen Additivs und des eingebundenen Fasermaterials, gar nicht oder nur zu benachbarten Bereichen des Faserverbundbauteils vorliegen.

Die räumlichen Dimensionen des Faserverbundbauteils selbst sind im Rahmen der Erfindung nicht eingeschränkt. Das Faserverbundbauteil kann vorzugsweise eine Platte, wie z. B. eine Brandschutzplatte, sein. Vorzugsweise ist das Faserverbundbauteil monolithisch ausgestaltet oder eine Faserverbundsandwichplatte, d. h. ein plattenförmiges Bauteil in Sandwichbau- weise. Bei einer Sandwichbauweise werden Werkstoffe mit verschiedenen Eigenschaften in Schichten zu einem Bauteil oder Halbzeug zusammengesetzt. In der Regel umfasst eine Sandwichplatte kraftaufnehmende feste, äußere Deckschichten, die durch einen relativ wei- chen, leichten, Kernwerkstoff auf Abstand gehalten werden. Der Kern besteht vorzugsweise aus Vollmaterial (z. B. Polyethylen, Balsaholz), Schaumstoff (z. B. Hartschaum, Metall- schaum), Dämmmaterial (z. B. Hartschaum, Mineralwolle) oder Wabengitter (z. B. Papier, Pappe, Metall, Kunststoff). Er überträgt auftretende Schubkräfte und stützt die äußeren Deck- schichten. Bei einer Faserverbundsandwichplatte wird zumindest eine der Schichten, in der Regel eine der Deckschichten, aus einem Faserverbund gebildet. Vorzugsweise sind alle äu- ßeren Deckschichten aus einem Faserverbund. Bevorzugt weist zumindest eine, vorzugs- weise alle Deckschichten eine wellenförmige Struktur auf.

Das Faserverbundbauteil kann auch Poren umfassen, d. h. Luft- und/oder Gaseinschlüsse, die jedoch vorzugsweise nicht mehr als 5 Vol.-% des Gesamtvolumens des Faserverbundbau- teils ausmachen.

Durch die Integration eines optionalen Additivs, welches eine Stoffeigenschaft hervorruft oder beeinflusst, wird ein Faserverbundbauteil mit erhöhter struktureller Integrität und verbesserter mechanischer Stabilität erhalten, das gleichzeitig eine weitere Funktionalität, wie beispiels- weise eine flammschützende Aktivität, aufweist. Durch einen Konzentrationsgradienten des Additivs kann das räumliche Profil der Stoffeigenschaften für die spezifische Anwendung des Faserverbundbauteils angepasst werden, ohne hierfür eine komplexe Bauteilstruktur zu benö- tigen, welche einen erhöhten Fertigungsaufwand erfordert. Beispielsweise können Flamm- schutzadditive in einem Teilabschnitt des unten näher definierten Funktionsbereichs aggre- giert werden, der besonders feuergefährdet oder hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist.

Das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil ermöglicht, beispielsweise durch Messung der Leitfähigkeit (oder des Widerstands) zwischen Punkten, insbesondere den Endpunkten, einer elektrisch leitfähigen Struktur, eine einfache Überwachung, ob das Bauteil beschädigt worden ist. Bei einer hinreichend starken Beschädigung z. B. durch ein eindringendes Objekt oder eine starke lokale Schlagbelastung wird die leitfähige Struktur beschädigt oder durchtrennt und so- mit fällt im Falle der Messung der elektrischen Leitfähigkeit über eine Auswerteeinheit, die an Kontaktierungspunkte der leitfähigen Struktur angeschlossen wird, die Leitfähigkeit deutlich ab, was einen Rückschluss auf eine Beschädigung zulässt. Sofern ein anderes Sensorelement eingesetzt wird, kann auch eine alternative Messgröße zur Bestimmung einer Beschädigung herangezogen werden. Beispiele hierfür sind Sensorelemente von induktiven Sensoren oder auch faseroptischen Sensoren, z. B. Spulen oder Glasfasern. Ein weiteres Beispiel ist ein Nei- gungswinkelmesser, der eine Beeinträchtigung der Bauteilstruktur durch eine Änderung des Neigungswinkels nachweisen kann.

Die Überwachung kann sowohl während der Verwendung des Bauteils als auch vorher oder nachher erfolgen. Das Faserverbundbauteil ermöglicht somit auch die (zerstörungsfreie) Schadensüberwachung während dessen bestimmungsgemäßer Verwendung. Hierdurch kön- nen die Nachteile der üblicherweise verwendeten Überprüfungsverfahren (Sichtkontrolle, Durchstrahlprüfung (beispielsweise Röntgen), Ultraschallprüfung, Wirbelstrom prüfung, Far- beindringverfahren) vermieden werden. Insbesondere kann hierdurch ein Dauerbetrieb ge- währleistet und die höchstmöglichen Sicherheitsanforderungen mit einem derartigen Faser- verbundbauteil erfüllt werden.

Wartungsstopps und eine gegebenenfalls notwendige Demontage sind nicht mehr nötig, oder sie sind aufgrund der eingesetzten Messtechnik mit geringerem Aufwand und Kosten verbun- den. Die Schadensüberwachung mit Hilfe eines Leiters, z. B. in Form einer elektrisch leitfähi- gen Struktur, kann besonders einfach und effizient durchgeführt werden und ist gleichzeitig hochsensitiv. Sie eignet sich daher insbesondere für die Verwendung in Faserverbundteilen, die in größeren Stückzahlen, beispielsweise für die Automobilindustrie, hergestellt werden sol- len.

Das Faserverbundbauteil ist in vielen seiner bestimmungsgemäßen Verwendungen hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt und weist daher vorzugsweise eine besonders ausge- prägte mechanische Beständigkeit und/oder Festigkeit auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Faserverbundbauteil daher eine nach DIN EN ISO 14125:2011-05 bestimmte Biegefestigkeit von ≥ 100 MPa, vorzugs- weise ≥ 200 MPa, bevorzugter ≥ 400 MPa, noch stärker bevorzugt ≥ 600 MPa, noch erheb- lich stärker bevorzugt ≥ 750 MPa, und am bevorzugtesten ≥ 1.000 MPa, in der Regel jedoch nicht mehr als 20.000 MPa, auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Faserverbundbauteil ein nach DIN EN ISO 14125:2011-05 bestimmtes Biege-E-Modul von ≥ 10 GPa, vorzugsweise ≥ 20 GPa, bevorzugter ≥ 30 GPa, noch stärker bevorzugt ≥ 50 GPa, noch erheblich stärker be- vorzugt ≥ 70 GPa, und am bevorzugtesten ≥ 100 GPa, in der Regel jedoch nicht mehr als 1.000 GPa, auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Faserwerkstoff zumindest ab- schnittsweise, bevorzugt vollständig, eine Flächenstruktur auf, vorzugsweise eine textile Flä- chenstruktur, die teilweise, im Wesentlichen (d. h. zu über 90 Vol.-%), oder sogar vollständig in das Matrixmaterial eingebettet ist.

Besonders bevorzugt ist die Flächenstruktur ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ge- lege, Maschenware, Gewebe, Geflechte, Vlies oder Mischungen davon. Erfindungsgemäß wird unter Vlies ein Gebilde aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern (Filamenten) oder geschnittenen Garnen jeglicher Art und jeglichen Ursprungs verstanden, die auf irgendeine Weise zu einer Faserschicht zusammengefügt und auf irgendeine Weise mitei- nander verbunden worden sind. Hiervon ausgeschlossen ist das Verkreuzen bzw. Verschlin- gen von Garnen, wie es beim Weben, Wirken, Stricken, der Spitzenherstellung, dem Flechten und der Herstellung von getufteten Erzeugnissen geschieht. Diese Definition entspricht der Norm DIN EN ISO 9092. Unter den Begriff Vliesstoff fallen erfindungsgemäß auch die Filz- stoffe. Nicht zu den Vliesstoffen gehören hingegen Folien und Papiere.

Unter Flechten wird im Sinne der Erfindung das regelmäßige Ineinanderschlingen mehrerer Stränge aus biegsamem Material verstanden. Der Unterschied zum Weben liegt darin, dass beim Flechten die Fäden nicht rechtwinklig zu der Produkthauptrichtung zugeführt werden.

Erfindungsgemäß wird unter Gewebe ein textiles Flächengebilde verstanden, das aus zwei Fadensystemen, Kette (Kettfäden) und Schuss (Schussfäden), besteht, die sich in der Sicht auf die Gewebefläche unter einem Winkel von genau oder annähernd 90° mustermäßig kreu- zen. Jedes der beiden Systeme kann aus mehreren Kett- bzw. Schussarten aufgebaut sein (z.B. Grund-, Pol- und Füllkette; Grund-, Binde- und Füllschuss). Die Kettfäden verlaufen in Längsrichtung des Gewebes, parallel zur Gewebekante, und die Schussfäden in Querrichtung, parallel zum Geweberand. Die Verbindung der Fäden zum Gewebe erfolgt vorwiegend durch Reibschluss. Damit ein Gewebe ausreichend schiebefest ist, müssen die Kett- und Schussfä- den meistens relativ dicht gewebt werden. Deshalb weisen die Gewebe bis auf wenige Aus- nahmen auch ein geschlossenes Warenbild auf. Diese Definition entspricht der Norm DIN 61100, Teil 1.

Erfindungsgemäß fallen unter die Begriffe Gewebe und Vlies auch solche textilen Materialien, die getuftet wurden. Das Tuften ist ein Verfahren, bei dem Garne mit einer durch Druckluft und/oder Strom betriebenen Maschine in ein Gewebe oder ein Vlies verankert werden.

Erfindungsgemäß werden unter Maschenware textile Stoffe verstanden, die aus Fadensyste- men durch Maschenbildung hergestellt werden. Hierunter fallen sowohl gehäkelte als auch gestrickte Stoffe.

Unter Gelege wird erfindungsgemäß ein Flächengebilde, das aus einer oder mehreren Lagen von parallel verlaufenden, gestreckten Fäden besteht, verstanden. An den Kreuzungspunkten werden die Fäden üblicherweise fixiert. Die Fixierung erfolgt entweder durch Stoffschluss oder mechanisch durch Reibung und/oder Formschluss. Bevorzugt ist das Gelege ausgewählt aus einem monoaxialen oder unidirektionalen, einem biaxialen oder multiaxialen Gelege.

Vorzugsweise weist der Faserwerkstoff eine anisotrope Struktur auf, d. h. innerhalb des erfin- dungsgemäßen Schichtverbunds weisen die Fasern, zumindest abschnittsweise, vorzugs- weise vollständig, eine bestimmte Faserorientierung auf. Hierdurch kann ein anisotropes me- chanisches Verhalten des Schichtverbunds erzeugt werden.

Bevorzugt ist der Faserwerkstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, Car- bonfasern, Keramikfasern, Basaltfasern, Borfasern, Stahlfasern, Polymerfasern wie Synthe- sefasern, insbesondere Aramid- und Nylonfasern, oder Naturfasern, insbesondere Naturpoly- merfasern. Besonders bevorzugt sind Glasfasern und Carbonfasern. Unter Naturfasern sind Fasern zu verstehen, die von natürlichen Quellen wie Pflanzen, Tieren oder Mineralien stam- men und sich ohne weitere chemische Umwandlungsreaktionen direkt einsetzen lassen. Er- findungsgemäße Beispiele hierfür sind Flachs-, Jute-, Sisal- oder Hanffasern sowie Proteinfa- sern oder Baumwolle. Erfindungsgemäß eingesetzt werden können auch Regeneratfasern, d.h. Fasern, die aus natürlich vorkommenden, nachwachsenden Rohstoffen über chemische Prozesse hergestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält oder ist das Matrixmaterial ein polymeres Matrixmaterial, das besonders bevorzugt ein oder mehrere Duromere und/oder ein oder mehrere Thermoplasten aufweist. Vorzugsweise ist das Matrixmaterial ein polymeres Matrixmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan, Polyvinylchlorid, ins- besondere Polyvinylchlorid-Hartschaum, und Phenol- und Epoxidharzen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt zumindest ein Teil, vorzugsweise der gesamte Faserwerkstoff in Form von einer, zwei oder mehreren Flächenstrukturen, vor- zugsweise in Form von textilen Lagen, im Faserverbundteil vor, die vorzugsweise im Wesent- lichen vollständig, bevorzugt vollständig, in dem Matrixmaterial eingebettet sind.

Bevorzugt sind Faserwerkstoff und Sensorelement, wie z. B. eine leitfähige Struktur, zumin- dest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig unmittelbar miteinander verbunden. Die Ver- bindung ist vorzugsweise form-, kraft-, oder stoffschlüssig oder eine Kombination der vorge- nannten. Die Verbindung kann lösbar sein, d. h. ohne Beschädigung der Bauteile wieder gelöst werden, nicht lösbar, d. h. die Bauteile können nur durch Beschädigung voneinander gelöst werden oder bedingt lösbar, d. h. nur die Hilfsfügeteile werden zerstört, aber nicht die Bauteile. Besonders bevorzugt ist eine bedingt lösbare Verbindung wie das Aufkleben. Besonders be- vorzugte Verbindungsarten sind das Sticken, Kleben oder Drucken.

Besonders bevorzugt weist der Faserwerkstoff zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollstän- dig, eine oder mehrere Flächenstrukturen, vorzugsweise in Form einer oder mehrerer textilen Lagen, auf und das Sensorelement, wie eine leitfähige Struktur, ist mit einer oder mehreren der oben beschriebenen Verbindungen auf der oder den Flächenstruktur(en) aufgebracht. Be- sonders bevorzugt ist das Sensorelement, wie die leitfähige Struktur, aufgeklebt, aufgedruckt, mittels LDS (Laser-Direkt-Strukturierten)-Verfahren aufgebracht oder mit einem Faden auf mindestens ein oder mehrerer der textilen Lagen aufgestickt. Als Verfahren zur Herstellung gedruckter leitfähiger Struktur können beispielsweise das Siebdruckverfahren, aber auch In- kjet-Verfahren oder CVD/PVD-Verfahren zum Einsatz kommen.

Bevorzugt ist das Faserverbundbauteil plattenförmig, da eine solche Bauform zum Schutz von empfindlichen Strukturen, insbesondere Batteriestrukturen, universell einsetzbar und beson- ders leicht herstellbar ist. Die Höhe, d. h. die Dicke, der Platte ist mindestens 0,5 mm, vorzugs- weise mindestens 1 mm, noch bevorzugter mindestens 2 mm, noch stärker bevorzugt mindes- tens 3 mm, noch erheblich stärker bevorzugt mindestens 4 mm, noch wesentlich erheblich stärker bevorzugt mindestens 5 mm und am bevorzugtesten mindestens 7 mm.

Die Höhe der Platte ist vorzugsweise maximal 25 mm, bevorzugter maximal 20 mm, noch stärker bevorzugt maximal 15 mm, noch erheblich stärker bevorzugt maximal 12 mm, noch wesentlich erheblich stärker bevorzugt maximal 10 mm und am bevorzugtesten maximal 8 mm.

Die Höhe der Platte ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,5-25 mm, bevorzugter 1-20 mm, stärker bevorzugt 1-15 mm, noch erheblich stärker bevorzugt 1-10 mm, noch wesentlich er- heblich stärker bevorzugt 2-8 mm und am bevorzugtesten 2-6 mm.

Insbesondere wenn die Platte als Sandwichplatte ausgestaltet ist, ist die Höhe der Platte vor- zugsweise in einem Bereich von 3-25 mm, bevorzugter 4-20 mm.

Insbesondere wenn die Platte monolithisch ausgestaltet ist, ist die Höhe der Platte vorzugs- weise in einem Bereich von 0,5-10 mm, bevorzugter 1-4 mm. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Faserverbundbauteils wie in den Ansprü- chen und in den vorausgehenden und nachfolgenden Abschnitten definiert, als Kraftfahrzeug- bauteil, vorzugsweise als Karosseriebauteil, besonders bevorzugt als Unterbodenschutz (auch Schlagschutzplatte oder Unterfahrschutz genannt) oder Stoßfänger, oder als Batteriegehäuse, Batteriegehäuseteil, Batteriegehäuseschutz, insbesondere in Form einer Schutzplatte, Bau- werkbauteil, Verbundteil für ein Luft- und Raumfahrzeug, Schienenfahrzeugbauteil oder als Teil der vorgenannten. Bei der Verwendung als Unterfahrschutz oder Bodenplatte, insbeson- dere für Batteriegehäuse, ist es vorteilhaft, wenn sich das Sensorelement, vorzugsweise der elektrische Leiter, in der Mitte des Bauteils oder zur Innenseite hin orientiert, befindet. Zur Innenseite hin orientiert bedeutet von der Mitte aus weiter vom Unterboden entfernt angeord- net.

Weitere bevorzugte Kraftfahrzeugbauteile sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kofferraumladeböden, Armaturentafeln, Tür- und Dachverkleidungen, Unterschutzteilen, Strukturbauteilen, Radhäusern, Motorraumteilen, Brems- und Kupplungsbeläge- und -schei- ben, Schallisolierungen, Schubfelder und Dichtungen.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung als Teil eines Batteriegehäuses (das nicht zwangs- läufig Teil eines Kraftfahrzeugs sein muss), insbesondere für eine Lithiumionen-Batterie. Be- sonders bevorzugt ist das Faserverbundbauteil die Boden- oder Deckelplatte.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Faserverbundbauteil ein Teil eines Luft- oder Raumfahrzeugs, wie z.B. ein Flugzeug. Bevorzugte Teile sind in diesem Zusammenhang Heckrotorblätter, Hauptrotornabenplatten, Triebwerkbauteile, Tanks, Rumpf- strukturen, Brandschutzelemente, wie Brandschutzschichten, rotierende Teile, Turbinen- schaufeln und Tragflächen.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Faserverbundbauteil ein Bauwerkbauteil, beispielsweise für eine Windkraftanlage. Bevorzugte Teile sind in diesem Zu- sammenhang Rotorblätter für Windkraftanlagen, insbesondere die Struktur- und Außenhaut- teile der Gondel („Nacelle“), Leitungen und Rohre, Wände und Dächer.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Sensorelement, wie z. B. eine leitfähige Struktur ein, zwei oder noch mehr Kontaktierungselemente zum Anschluss einer Auswerteeinheit auf, mit welcher die Eigenschaftsänderung des Sensorelementes, z. B. die Änderung der Leitfähigkeit der leitfähigen Struktur, bestimmt werden kann. Kontaktierungsele- mente können beispielsweise Enden einer Leiterbahn oder eines elektrischen Drahtes sein, oder Kontaktierungsflächen, die bei der Herstellung des Faserverbundbauteils mit eingeführt werden (z. B. mit Enden des Leiters verbunden oder angedruckt), wobei die Kontaktierungs- flächen beispielsweise abgeklebt oder in anderer Form, beispielsweise durch eine Silikonta- sche, während der Herstellung geschützt werden und nach Fertigstellung des Bauteils wieder freigelegt werden können. Solche Kontaktierungsflächen können aus leitfähigem Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Graphit, leitfähigen Polymeren oder Metallen, be- vorzugt Kupfer-Kontaktierungsflächen, ausgewählt sein. Im Falle der elektrischen Leitfähigkeit kann die Auswerteeinheit beispielsweise ein Widerstandsmessgerät, z. B. ein Digital-Messge- rät, zur Messung des ohmschen Wderstands sein. Vorzugsweise lässt sich die Auswerteein- heit an den oder die Kontaktierungselemente über eine lösbare Verbindung, ggf. über ein zwi- schengeschaltetes Verbindungskabel mit Steckanschluss, anschließen, wobei die Kontaktie- rungselemente des Faserverbundbauteils vorzuweise selbst Teil eines Steckanschlusses sind, sodass eine Steckerverbindung zwischen Faserverbundbauteil und Verbindungskabel oder Auswerteeinheit hergestellt werden kann. Im einfachsten Fall wird das Sensorelement, wie z. B. eine elektrisch leitfähige Struktur, beispielsweise durch einen elektrisch leitfähigen Draht gebildet und die Kontaktierungselemente zum Anschluss der Auswerteeinheit sind Kon- taktierungspunkte, nämlich die Enden des Drahts. Im Falle der Beschädigung der leitfähigen Struktur, z. B. durch Einwirkung eines Objektes, wird eine Beeinträchtigung der Leitfähigkeit beobachtet. Im einfachsten Fall, registriert die Auswerteeinheit lediglich ob Strom fließt oder nicht, d. h. ob die leitfähige Struktur unterbrochen ist oder nicht. Bei einem System umfassend ein Faserverbundbauteil und eine Auswerteeinheit ist die Auswerteeinheit daher vorzugsweise derart ausgestaltet und eingerichtet, dass diese registriert, ob Strom durch das Sensorelement fließt oder nicht. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Systems aus erfindungsge- mäßem Faserverbundbauteil und einer Auswerteeinheit zur Registrierung von Beschädigun- gen des Faserverbundbauteils. Zur Bestimmung der Messgröße, z. B. elektrischer Wderstand, kann die Auswerteeinheit eine Spannungs- oder Lichtquelle und ein Messgerät, beispielsweise zur Bestimmung des Wderstands, aufweisen. Vorzugsweise kann eine drahtlose Übertragung zwischen Auswerteeinheit und weiteren Elementen der Sensoreinrichtung vorgesehen wer- den, wenn eine entsprechende Sender-Empfänger-Kombination gewählt wird (NFC, WIFI, Bluetooth, Induktion, usw.), deren Sender mit im Faserverbundbauteil integriert werden kann und die drahtlos die notwendige Energie zur Messung und Übertragung von Messwerten be- reitstellen kann.

Vorzugsweise ist der oder sind die Kontaktierungspunkte in Vertiefungen im Faserverbund- bauteil angeordnet, sodass diese geschützt vorliegen. Bei einer plattenförmigen Ausgestaltung des Faserverbundbauteils sind die Kontaktierungs- elemente vorzugsweise an den seitlichen Außenflächen angeordnet oder das Faserverbund- bauteil ist zumindest so ausgestaltet, dass eine Auswerteeinheit an die Kontaktierungsele- mente und damit das Sensorelement, wie z. B. eine elektrisch leitfähige Struktur, zerstörungs- frei wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig über die seitlichen Flächen angeschlossen werden kann. In anderen Worten ist das Faserverbundbauteil so ausgestaltet, dass dieses eine Kontaktierung über die Seitenfläche, also der Dickenseite, ermöglicht. Wie in der Ausfüh- rung der Figur 4 gezeigt, kann dies beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Kontaktierungs- elemente in einer abdeckbaren Vertiefung angeordnet sind, an die ein seitlich abführbarer Ste- ckeranschluss anschließbar ist, oder dadurch, dass ein leitfähiger Draht, insbesondere ein elektrisch leitfähiger Draht, der Teil der elektrisch leitfähigen Struktur ist, aus der Seitenfläche einer solchen Platte geführt wird (Figur 5). Durch eine seitliche Anschlussmöglichkeit können Fehldetektionen vermieden und die Integration des Faserverbundteils in größere Strukturen wie beispielsweise eine Karosserie vereinfacht werden.

Bevorzugt ist das Sensorelement ein Leiter, insbesondere ein elektrischer Leiter, z. B. in Form einer elektrisch leitfähigen Struktur, der vorzugsweise zumindest gegenüber einem Teil des Faserwerkstoffes, besonders bevorzugt gegenüber dem gesamten Faserwerkstoff, isoliert ist. Im Falle eines elektrischen Leiters handelt es sich hierbei um eine elektrische Isolation. Vor- zugsweise weist das Bauteil Faserwerkstoff in Form von Faserstrukturlagen, insbesondere in Form von textilen Lagen, auf und der Leiter ist so zwischen einzelnen Faserlagen des Bauteils eingebracht, dass dieser gegenüber angrenzenden Faserstrukturlagen, insbesondere in Form von textilen Lagen, im Bauteil isoliert ist. Besonders bevorzugt ist die leitfähige Struktur ge- genüber dem gesamten restlichen Bauteil isoliert. In der Folge wird beispielhaft auf die Mög- lichkeiten der elektrischen Isolation einer elektrisch leitfähigen Struktur (als besonders vorteil- hafte Ausführung) Bezug genommen, um das zu Grunde liegende Prinzip zu erläutern. Natür- lich sind entsprechende Ausführungen auch mit anderen Leitern, insbesondere anderen elektrischen Leitern oder auch Lichtwellenleitern, analog möglich.

Vorzugsweise wird die Isolation dadurch erzielt, dass das Faserverbundbauteil zwei oder mehr Faserflächenstrukturlagen, beispielsweise textile Faserlagen, aufweist, und die elektrisch leit- fähige Struktur so zwischen den einzelnen Faserflächenstrukturlagen des Bauteils eingebracht ist, dass diese gegenüber den angrenzenden Faserflächenstrukturlagen im Bauteil isoliert ist.

Eine Isolierung kann gegenüber angrenzenden Lagen entfallen, falls die angrenzenden, vor- zugsweise textilen Lagen, selbst elektrisch isolierend sind. Ebenfalls kann das Trägermaterial, auf welchen der Leiter aufgebracht ist, leitend sein, wenn der Leiter selbst isoliert ist. Die Isolation der leitfähigen Struktur, z. B. des elektrisch leitfähigen Drahts, kann beispiels- weise durch eine isolierende Kunststoffummantelung erfolgen.

Die Isolation der leitfähigen Struktur, kann jedoch auch durch die Verwendung eines Nichtlei- ters, z. B. Glasfasern, als vollständigen oder wesentlichen Bestandteil des Fasermaterials der zwei oder mehr angrenzenden Faserflächenstrukturlagen (d. h. vorzugsweise mehr als 70 Gew.-%, stärker bevorzugt mehr als 90 Gew.-%) erzielt werden.

Als weitere Alternative ist die leitfähige Struktur, zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, mit einem nichtleitenden Fasermaterial verbunden und/oder wird von einem sol- chen umgeben. Besonders bevorzugt liegt dieses Material in Form einer Flächenstruktur, wie beispielsweise einem Glasfaservlies oder-gewebe, vor.

Besonders bevorzugt ist die leitfähige Struktur zumindest abschnittsweise, vorzugsweise voll- ständig, zwischen zwei nichtleitenden Faserstrukturlagen, insbesondere textilen Lagen ange- ordnet, wobei die leitfähige Struktur vorzugsweise mit einer oder beider Lagen verbunden ist, insbesondere Stoff- oder kraftschlüssig, besonders bevorzugt durch Aufsticken oder Aufdru- cken, und/oder die leitfähige Struktur, z. B. in Form eines elektrischen Drahts, ist gegenüber den textilen Lagen isoliert, beispielsweise durch eine Kunststoffummantelung mit einem iso- lierenden Kunststoff.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der elektrischer Leiter, z. B. in Form einer elektrisch leitfähigen Struktur, zu mindestens 70 Gew.-%, vorzugsweise mindes- tens 80 Gew.-%, noch bevorzugter mindestens 90 Gew.-% oder sogar mindestens 95 Gew.- % oder 100 Gew.-% aus einem Material, das eine elektrische Leitfähigkeit σ unter Standard- bedingungen von ≥ 0, 1*10 ⁶ S/m, vorzugsweise ≥ 1*10 ⁶ S/m, stärker vorzuweise ≥ 2*10 ⁶ S/m, stärker bevorzugt ≥ 5*10 ⁶ S/m, noch stärker bevorzugt ≥ 1*10 ⁷ S/m, noch erheblich stärker bevorzugt ≥ 2*10 ⁷ S/m und am bevorzugtesten ≥ 3*10 ⁷ S/m, aufweist. Besonders bevorzugt ist das Material des elektrischen Leiters ein Metall, besonders bevorzugt ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Magnesium, Wolfram, Titan, Eisen oder einer Mischung und/oder Legierung der vorgenannten, insbesondere Kupfer oder Stahl. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist dieses Material ein leitfähiges Poly- mer, eine leitfähige Tinte, Graphen oder Graphit.

Da das erfindungsgemäße Faserverbundbauteil insbesondere in Formbauteilen für den Schutz sensibler Struktur- oder Funktionsbauteile, wie beispielsweise Batterien, eingesetzt werden kann, weist dieses vorzugsweise eine besonders ausgeprägte mechanische Bestän- digkeit aus.

Besonders bevorzugt liegt zumindest ein Teil, vorzugsweise der gesamte Faserwerkstoff in Form von einer, zwei oder mehr als zwei Faserstrukturlagen, vorzugsweise in Form von zwei textilen Lagen, im Faserverbundteil vor, wobei mindestens eine, vorzugsweise alle Faserstruk- turlagen ausgewählt sind aus Carbonfaserlagen oder Glasfaserlagen.

Um eine Beschädigung des zu schützenden Bauteils möglichst genau zu erfassen, weist der Leiter, z. B. in Form einer elektrisch leitfähigen Struktur, vorzugsweise einen komplexen geo- metrischen Verlauf auf. In der Folge wird beispielhaft auf die Möglichkeiten der räumlichen Ausgestaltung der elektrisch leitfähigen Struktur (als besonders vorteilhafte Ausführung) Be- zug genommen. Natürlich sind entsprechende Ausführungen auch mit anderen Leitern, insbe- sondere elektrischen Leitern oder Lichtwellenleitern, analog möglich.

Bevorzugt weist leitfähigen Struktur, zumindest abschnittsweise einen von einem geradlinigen Verlauf abweichenden kurvigen Verlauf innerhalb des Faserverbundbauteils, insbesondere ei- nen mäanderförmigen oder Hilbert-Kurven-förmigen Verlauf, auf. Für komplexe Verläufe der elektrisch leitfähigen Struktur kann es vorteilhaft sein, aufgedruckte oder durch Laser-Direkt- strukturierung erhaltene Leiterbahnen zu nutzen. Leiterbahn ist im Sinne der Erfindung jede elektrisch leitende Verbindung mit vorzugsweise zwei- oder mehrdimensionalem Verlauf, die durch eine Metallisierung, insbesondere elektrolytisch induzierte Metallabscheidung, erhalten wird. Der Begriff ist folglich nicht auf eine Bedeutung im Sinne der Mikroelektronik beschränkt, umfasst diese jedoch. Derartige Strukturen ermöglichen eine hohe Strukturvariabilität.

Bevorzugt wird die elektrisch leitfähige Struktur durch einen elektrisch leitfähigen Draht oder eine elektrisch leitfähige Leiterbahn gebildet, wobei die maximale Erstreckung der leitfähigen Struktur durch den maximalen Abstand zweier Punkte der leitfähigen Struktur F _E definiert ist und wobei vorzugsweise die Länge des elektrisch leitfähigen Drahts oder der Leiterbahn C _L ≥ F _E , bevorzugt C _L ≥ 2* F _E , stärker bevorzugt C _L ≥ 3* F _E , noch stärker bevorzugt C _L ≥ 5* F _E , noch erheblich stärker bevorzugt C _L ≥ 10* F _E , noch wesentlich erheblich stärker bevorzugt C _L ≥ 20* F _E und am bevorzugtesten C _L ≥ 50* F _E , ist.

Erfindungsgemäß ist der Abstand einzelner Teilabschnitte der elektrisch leitfähigen Struktur bei einem kurvenförmigen Verlauf so gewählt, dass eine hohe Detektionssensitivität erreicht wird. Bevorzugt weisen bei einem kurvenförmigen Verlauf die Kurven stets einen Maximalab- stand von 0,0002*B _E , bevorzugt 0,0001*B _E oder 5 mm, bevorzugt 2 mm, auf, wobei B _E die Faserverbundbauteilerstreckung ist, d.h. der maximale Abstand zweier Punkte des Bauteils. Hierdurch kann in den üblichen Anwendungen solcher Faserverbundbauteile insbesondere im Automobilbereiche eine Beschädigung mit ausreichender Genauigkeit detektiert wird, das heißt der Abstand der einzelnen Kurven ist derart ausgewählt, dass dieser geringer ist als der kleinste zu detektierende Schaden bzw. das kleinste zu detektierende eindringende Objekt.

Erfindungsgemäß ist der Abstand der einzelnen Abschnitte der leitfähigen Struktur, z. B. der Leiterbahnabschnitte, vorzugsweise zueinander derart gewählt, dass dieser stets geringer ist als der kleinste zu detektierende Schaden oder das kleinste zu detektierende eindringende Objekt. Entsprechend ist der Verlauf der Leiterbahnen zu wählen. Der Abstand ist beispiels- weise bevorzugt stets ≤ 10 cm, bevorzugter stets ≤ 5 cm, noch bevorzugter stets ≤ 2 cm, noch stärker bevorzugt stets ≤ 1 cm und am bevorzugtesten stets ≤ 0,5 cm, jedoch in der Regel ≥ 0,05 cm.

Um zu vermeiden, dass nur eine äußere, leichte Beschädigung des Bauteils detektiert wird, die keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Struktur und Stabilität des Faserverbund- teils hat, ist die leitfähige Struktur vorzugsweise nahezu vollständig, d. h. zu ≥ 90 Vol.-% inner- halb des Faserverbundbauteils angeordnet und/oder beabstandet zu einer oder aller Außen- flächen innerhalb des Faserverbundbauteils angeordnet. Hierdurch können Störmeldungen durch leichte Oberflächenbeschädigungen vermieden werden. Vorzugsweise sind alle Punkte der leitfähigen Struktur in einer Beabstandung von ≥ 0,1 * B _E , vorzugsweise ≥ 0,2 * B _E ZU allen Punkten einer, vorzugsweise allen, Außenflächen angeordnet, wobei B _E die Faserverbundbau- teilerstreckung ist, d. h. der maximale Abstand zweier Punkte des Bauteils. Vorzugsweise sind alle Punkte der leitfähigen Struktur mindestens 0,2 mm, vorzugsweise mindestens 0,5 mm von allen Außenflächen angeordnet. Unter „Außenfläche“ wird eine Fläche verstanden, welche nicht an einen weiteren Bereich des Faserverbundbauteils angrenzt und damit das Faserver- bundbauteil nach außen hin abgrenzt, d. h. seine Oberfläche. Bei einer quader- oder würfel- förmigen Ausgestaltung, insbesondere einer plattenförmigen Ausgestaltung des Faserver- bundbauteils, liegt die obige Beanstandung vorzugsweise gegenüber zwei oder mehr Außen- flächen vor.

Bevorzugt ist die elektrisch leitfähige Struktur aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus elektrisch leitfähigen Drähten, elektrisch leitfähige Polymeren, insbesondere in Form von elektrisch leitfähigen Fasern, elektrisch leitfähige Leiterbahnen, insbesondere gedruckten Lei- terbahnen. Beispielhaft kann es sich um eine mit einem leitfähigen Druckmedium (z. B. leitfä- hige Tinte) gedruckte Leiterbahn handeln. Besonders bevorzugt, insbesondere aufgrund der einfachen Umsetzung, ist die Verwendung eines Metalldrahts, vorzugsweise eines isolierten Metalldrahts, wobei der Metalldraht besonders bevorzugt ein Kupferdraht oder ein Kupferle- gierungsdraht ist. Vorzugsweise ist der Durchmesser eines vorzugsweise isolierten Drahtes im Bereich zwischen 0,1 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,1 mm bis 0,5 mm, am bevorzugtes- ten 0,2 bis 0,5 mm.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Faserverbundteil derart ausge- staltet, dass es mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur als Sensorelement aufweist, wo- bei durch eine zerstörungsfreie mechanische Belastung eine maximale Änderung der Leitfä- higkeit der leitfähigen Struktur von ≤ 20 %, vorzugsweise ≤ 15 %, stärker bevorzugt ≤ 10 %, noch erheblich stärker bevorzugt ≤ 5 %, und am bevorzugtesten ≤ 2 % erzielt werden kann.

Die Erfindung betrifft auch ein System umfassend ein Faserverbundbauteil mit einem Senso- relement, wie z. B. einer elektrisch leitfähigen Struktur, und einer Auswerteeinheit, mit welcher eine Eigenschaftsänderung des Sensorelementes, z. B. eine Änderung der Leitfähigkeit einer leitfähigen Struktur, bestimmt werden kann, wobei vorzugsweise Faserverbundbauteil und Auswerteeinheit über Kontaktierungselemente miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist das Faserverbundbauteil wie in den Ansprüchen definiert ausgestaltet. Bei einer plattenförmi- gen Ausgestaltung erfolgt diese Verbindung vorzugsweise über eine Außenfläche, besonders bevorzugt über die seitlichen Außenflächen. Das System aus Faserverbundbauteil und Aus- werteeinheit kann räumlich getrennt vorliegen und dauerhaft oder lösbar über eine Kontakt- vorrichtung, die an Kontaktierungselemente des Sensorelementes und der Auswerteeinheit angeschlossen wird, miteinander verbunden sein.

Die Verbindung von Sensorelement, wie z. B. elektrisch leitfähiger Struktur und Auswerteein- heit kann ganz allgemein mittelbar, beispielsweise über einen Draht als Kontaktvorrichtung, erfolgen.

Die Erfindung betrifftauch eine Batteriestruktur umfassend ein Faserverbundbauteil mit einem Sensorelement, wie einer elektrisch leitfähigen Struktur, und ein Batteriegehäuse und/oder einer Batterie, wobei das Faserverbundbauteil vorzugsweise als separates Element an einer der Außenseiten des Batteriegehäuses oder der Batterie angeordnet oder befestigt ist. Das Faserverbundbauteil kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch Teil des Batteriege- häuses sein. Ein Batteriegehäuse ist zur Aufnahme einer oder mehrerer Batterien (hierunter fallen auch Akkumulatoren), insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren geeignet, schützt diese vor mechanischen Belastungen und verhindert bei Beeinträchtigung der Batterie dauer- haft das Auslaufen und Reagieren von Batteriematerialien. Besonders bevorzugt ist das Fa- serverbundbauteil eine Schlagschutzplatte. Besonders bevorzugt, insbesondere bei platten- förmiger Ausgestaltung, ist die Batteriestruktur derart ausgestaltet, dass bei bestimmungsge- mäßer Verwendung das Faserverbundbauteil unterhalb oder oberhalb des Batteriegehäuses oder der Batterie angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Faserverbundteil so ausgestaltet wie in den Ansprüchen definiert. Die Erfindung betrifft auch eine Schlagschutzplatte, die geeignet ist, als Teil einer solchen Batteriestruktur zu fungieren. Die Erfindung betrifftauch die Verwendung einer solchen Schlagschutzplatte für den Schutz eines Batteriegehäuses oder einer Batterie. Hierdurch können Schäden durch Objekte, die gegen den Unterboden stoßen bzw. in diesen eindringen, erfasst werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Volumenverhältnis von Matrixmaterial zu Faserwerkstoff im Faserverbundbauteil 8:1 bis 1:10, vorzugsweise 5:1 bis 1:8 und besonders bevorzugt 2:1 bis 1:5.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Gewichtsverhältnis von Matrixmaterial zu Faserwerkstoff im Faserverbundbauteil 5:1 bis 1:20, vorzugsweise 3:1 bis 1:10 und besonders bevorzugt 1:1 bis 1:8.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Volumenverhältnis von Matrixmaterial zu optionalem Additiv im Faserverbundbauteil 100:1 bis 1:5, vorzugsweise 50:1 bis 1:3 und be- sonders bevorzugt 2:1 bis 1:2.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Gewichtsverhältnis von Matrixmaterial zu optionalem Additiv im Faserverbundbauteil 100:1 bis 1:10, vorzugsweise 50:1 bis 1:6 und be- sonders bevorzugt 4:1 bis 1:4.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gewichtsanteil von Faserwerkstoff an der Gesamtmasse des Faserverbundbauteils von 10 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 90 Gew.-%, bevorzugter 30 bis 85 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 40 bis 80 Gew.-%, und am bevorzugtesten 50 bis 75 Gew.-%.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gewichtsanteil von optionalem Additiv an der Gesamtmasse des Faserverbundbauteils 0,05 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 25 Gew.-%, bevorzugter 0,3 bis 15 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 1,0 bis 10 Gew.-%, und am bevorzugtesten 2,0 bis 5 Gew.-%. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Volumenverhältnis von Matrixmaterial zu Faserwerkstoff im Funktionsbereich 8:1 bis 1:15, vorzugsweise 2:1 bis 1:10 und besonders bevorzugt 1:1 bis 1:10.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Gewichtsverhältnis von Matrixmaterial zu Faserwerkstoff im Funktionsbereich 5:1 bis 1:30, vorzugsweise 2:1 bis 1:20 und besonders bevorzugt 1:1 bis 1:15.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Volumenverhältnis von Matrixmaterial zu Additiv im Funktionsbereich 100:1 bis 1:20, vorzugsweise 50:1 bis 1:6 und besonders bevor- zugt 2:1 bis 1:4.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Gewichtsverhältnis von Matrixmaterial zu Additiv im Funktionsbereich 100:1 bis 1:20, vorzugsweise 50:1 bis 1:12 und besonders bevor- zugt 4:1 bis 1:8.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gewichtsanteil von optional enthaltenem Faserwerkstoff an der Gesamtmasse des Funktionsbereichs 20 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 70 Gew.-%, bevorzugter 35 bis 65 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 30 bis 60 Gew.-%, und am bevorzugtesten 30 bis 55 Gew.-%.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gewichtsanteil von optionalem Additiv an der Gesamtmasse des Funktionsbereichs 0,1 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 30 Gew.-%, bevorzugter 0,5 bis 20 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 1,0 bis 10 Gew.-%, und am bevorzugtesten 1,0 bis 5 Gew.-%.

Die Bestimmung der Anteile von Harz, Faser und Poren erfolgt vorzugsweise wie in ISO 14127, erste Ausgabe, 2008, beschrieben.

Vorzugsweise ist das optionale Additiv in einem Funktionsbereich angeordnet. Ein Funktions- bereich ist ein Bereich, der ein Additiv mit einem Konzentrationsgradienten aufweist. Der Funk- tionsbereich weist hierdurch eine örtlich unterschiedlich stark ausgeprägte Funktionalität auf. Vorzugsweise weist der Funktionsbereich Matrixmaterial und/oder Faserwerkstoff auf. In einer anderen bevorzugten Ausführung weist der Funktionsbereich keinen Faserwerkstoff auf. Der Funktionsbereich kann auch Poren umfassen, d. h. Luft- und/oder Gaseinschlüsse, die jedoch vorzugsweise nicht mehr als 5 Vol.-% des Gesamtvolumens des Funktionsbereiches ausmachen.

Der Funktionsbereich kann vorzugsweise das gesamte Kompositbauteil bilden, d. h. das Kom- positbauteil weist nur einen Bereich - den Funktionsbereich - auf, aus welchem das Kompo- sitbauteil besteht. Das Kompositbauteil kann jedoch auch weitere Bereiche, insbesondere wei- tere Funktionsbereiche, aufweisen.

Vorzugsweise besteht das Kompositbauteil ausschließlich aus Bereichen, die sowohl einen Faserwerkstoff als auch ein Matrixmaterial umfassen.

Der Funktionsbereich verleiht dem Kompositbauteil durch Bereitstellung oder Beeinflussung spezifischer Stoffeigenschaften eine für einen Anwendungszweck gewünschte Funktionalität, z. B. eine Abschirmung oder einen Brandschutz. Hierfür umfasst der Funktionsbereich ein Ad- ditiv und optional einen Faserwerkstoff und/oder optional ein Matrixmaterial oder besteht aus den vorgenannten Komponenten. Der Faserwerkstoff des Kompositbauteils ist in diesem Zu- sammenhang nicht ein Additiv im Sinne der vorliegenden Erfindung, d. h. das Additiv ist ein vom Fasermaterial verschiedener Zusatzstoff, der eine Stoffeigenschaft, insbesondere eine optische, thermische, mechanische und/oder elektromagnetische Stoffeigenschaft, in dem Funktionsbereich hervorruft oder beeinflusst.

Das Kompositbauteil kann durch ein Fügen verschiedener Werkstücke oder ein Beschichten eines Werkstücks hergestellt werden. Vorzugsweise ist das Kompositbauteil jedoch integral, d. h. einstückig, ausgestaltet. Besonders bevorzugt wird das Kompositbauteil bei seiner Her- stellung durch einstückige Aushärtung erhalten. Der Funktionsbereich kann durch ein Fügen verschiedener Werkstücke oder ein Beschichten eines Werkstücks hergestellt werden. Vor- zugsweise ist der Funktionsbereich jedoch integral, d. h. einstückig, ausgestaltet. Besonders bevorzugt wird der Funktionsbereich bei seiner Herstellung durch einstückige Aushärtung er- halten.

Vorzugsweise ist der Volumenanteil des Funktionsbereichs am Gesamtvolumen des Kompo- sitbauteils ≥ 2 Vol.-%, stärker bevorzugt ≥ 5 Vol.-%, noch stärker bevorzugt ≥ 10 Vol.-%, noch erheblich stärker bevorzugt ≥ 20 Vol.-%, noch wesentlich stärker bevorzugt ≥ 40 Vol.-%, und am bevorzugtesten ≥ 60 Vol.-%. Wie bereits beschrieben, ist das optionale Additiv eine im Kompositbauteil zusätzlich zum Fa- serwerkstoff und zum Matrixmaterial enthaltene Komponente, die eine Stoffeigenschaft des Funktionsbereiches, insbesondere eine optische, thermische, mechanische und/oder elektro- magnetische Eigenschaft, hervorruft oder beeinflusst, insbesondere verstärkt oder ab- schwächt. Das bedeutet, dass eine oder mehrere Stoffeigenschaften des Funktionsbereiches im Vergleich zu einem Bereich ohne das entsprechende Additiv neu, verstärkt oder vermindert ausgeprägt sind. Das Additiv und/oder der Faserwerkstoff sind zumindest teilweise, vorzugs- weise im Wesentlichen, in dem Matrixmaterial eingebettet. Im Wesentlichen bedeutet in die- sem Zusammenhang, dass mindestens 70 Vol.-% des Faserwerkstoffs von Matrixmaterial voll- ständig umgeben sind, vorzugsweise mindestens 75 Vol.-%, bevorzugter mindestens 80 Vol.- %, noch bevorzugter mindestens 85 Vol.-%, noch stärker bevorzugt mindestens 90 Vol.-% und am bevorzugtesten mindestens 95 Vol.-%. Ganz besonders bevorzugt sind Additiv und/oder der Faserwerkstoff vollständig in das Matrixmaterial eingebettet.

Ein Funktionsbereich weist einen Konzentrationsgradienten des Additivs auf, sodass er von- einander disjunkte Volumenelemente (d. h. Volumenelemente ohne Volumenschnittmenge) mit unterschiedlicher Konzentration des Additivs umfasst und dadurch die vom Additiv hervor- gerufene oder beeinflusste Eigenschaft in dem Funktionsbereich örtlich unterschiedlich stark ausgeprägt ist. Das Volumen der disjunkten Volumenelemente ist vorzugsweise ≥ 1 %, stärker bevorzugt ≥ 2 %, noch stärker bevorzugt ≥ 5 %, jedoch bevorzugt auch ≤ 10 % des Gesamt- volumens des Funktionsbereiches und/oder des Kompositbauteils. Ein Konzentrationsgradient bezeichnet eine vorzugsweise kontinuierliche örtliche Änderung der Konzentration des Addi- tivs innerhalb des Funktionsbereichs, vorzugsweise innerhalb des optionalen Matrixmaterials des Funktionsbereichs. Unter kontinuierlich wird ein stetiger Verlauf der Konzentrationsfunk- tion, d. h. der Konzentrationswerte des Konzentrationsgradienten, verstanden. Der Konzent- rationsgradient ist vorzugsweise vordefiniert, weist also einen durch eine während des Her- stellverfahrens getroffene Verfahrensmaßnahme vorgegebenen Verlauf der Konzentrations- werte und/oder Richtung auf. Im erfindungsgemäßen Zusammenhang wird unter Konzentra- tion die Massenkonzentration, d. h. die Masse des Additivs pro Volumeneinheit des Komposi- tbauteils, verstanden (z. B. g/L).

Die räumlichen Dimensionen der Bereiche des Kompositbauteils und des Kompositbauteils selbst sind im Rahmen der Erfindung nicht eingeschränkt. Das Kompositbauteil kann vorzugs- weise eine Platte, wie z. B. eine Brandschutzplatte, sein. Ein Bereich des Kompositbauteils kann vorzugsweise eine Schicht sein. Für diesen Fall ist das Kompositbauteil besonders be- vorzugt ein Schichtverbund oder weist einen solchen auf. Unter einer Schicht wird eine vor- zugsweise flächenhaft ausgebreitete Masse eines Stoffes oder eines Stoffgemisches verstan- den, die vorzugsweise eine Stoffgrenze zu den weiteren Bereichen des Kompositbauteils auf- weist.

Der Begriff „Stoffeigenschaften des Funktionsbereichs“ umfasst alle Stoffeigenschaften des Stoffes oder des Stoffgemisches, der oder das den Funktionsbereich bildet. Umfasst von dem Begriff sind sowohl physikalische Eigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit oder der Ausdeh- nungskoeffizient, als auch chemische Stoffeigenschaften wie Brennbarkeit oder antimikrobi- elle Wirkung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Stoffeigenschaft, die das Additiv in dem Funktionsbereich hervorruft oder welche das Additiv beeinflusst, um eine physikalische Stoffeigenschaft, vorzugsweise um eine optische, thermische, mechani- sche, akustische, elektrodynamische, thermodynamische und/oder elektromagnetische Eigen- schaft. Besonders bevorzugt ist die physikalische Stoffeigenschaft ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ausdehnungskoeffizient, Wärmekapazität, Wärmeleitung/Wärmeleitfähigkeit, Duktilität, Elastizität, Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit, Zähigkeit, Permeabilität, insbeson- dere magnetische Permeabilität, Absorptionsverhalten und Emissionsverhalten, Reflexion und Transparenz.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Stoffeigenschaft, die das Additiv in dem Funktionsbereich hervorruft oder welche das Additiv beeinflusst, um eine chemische Stoffeigenschaft. Vorzugsweise ist die chemische Stoffeigenschaft ausge- wählt aus der Gruppe bestehend aus antimikrobieller Wirkung, Brennbarkeit, Korrosionsbe- ständigkeit, Löslichkeit und Säurekonstante.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Stoffeigenschaft, die das Additiv in dem Funktionsbereich hervorruft oder welche das Additiv beeinflusst, um eine physiologische Stoffeigenschaft. Vorzugsweise ist die physiologische Stoffeigenschaft ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Geruch, Geschmack, Toxizität, insbesondere Ökotoxizität.

Besonders bevorzugt ist eine integrale Beschaffenheit des Funktionsbereichs mit einem wei- teren Bereich, besonders bevorzugt mit allen weiteren Bereichen des Kompositbauteils, d. h. eine integrale Ausgestaltung des Kompositbauteils. Das Kompositbauteil besteht vorzugsweise aus einem erfindungsgemäßen Funktionsbereich. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kompositbauteil je- doch noch weitere Bereiche, insbesondere weitere Funktionsbereiche, auf. Beispielsweise kann das Kompositbauteil zwei oder mehr erfindungsgemäße Funktionsbereiche mit unter- schiedlichen Additiven aufweisen.

Ein Konzentrationsgradient besteht aus mehreren Punkten. Die „Punkte“ des Konzentrations- gradienten repräsentieren Konzentrationswerte des Additivs in den disjunkten Volumenele- menten des Funktionsbereichs, d. h. einem Punkt, der mittig in dem Volumenelement ange- ordnet ist, wird der entsprechende Konzentrationswert des Volumenelementes zugeordnet. Durch Verbinden der Punkte mit unterschiedlicher Konzentration kann dann der räumliche Verlauf des Konzentrationsgradienten und damit dessen Länge L _k ermittelt und beispielsweise in Relation zur Bauteilerstreckung gesetzt werden.

Ein zu einem Punkt des Konzentrationsgradienten zugehöriges Volumenelement wird vor- zugsweise in einer Weise erhalten und definiert, dass ein Teil des Volumens des Komposit- bauteils (z. B. Funktionsbereich), vorzugsweise das gesamte Volumen des Kompositbauteils, in Volumenelemente gleichen Volumens (d. h. Volumenabweichungen ≤ 5 %, vorzugsweise ≤ 2 %) eingeteilt wird und die Konzentration des Additivs in den einzelnen Volumenelementen bestimmt wird. Entsprechende Verfahren zur Analyse des Additivgehalts verschiedener Addi- tive sind dem Fachmann bekannt und in üblichen Handbüchern wie z. B. im Taschenbuch der Kunststoff-Additive, 3. Auflage, Gächter, Müller, Carl Hanser Verlag, 1989, Kapitel 20, aus- führlich beschrieben. Eine Analyse kann beispielsweise durch Veraschen und/oder Auflösen von Bestandteilen erfolgen, wie in ISO 14127, erste Ausgabe, 2008 ausgeführt. Hierdurch kann der dem Punkt des Konzentrationsgradienten zugehörige Konzentrationswert ermittelt werden. Durch Vergleich der Konzentrationswerte des Additivs für die verschiedenen disjunk- ten Volumenelemente, wie z.B. Schichten oder Würfel, kann dann festgestellt werden, ob ein Konzentrationsunterschied vorhanden ist, d.h. ein Konzentrationsgradient mit zwei oder mehr Punkten vorliegt. Die Punkte, denen entsprechende Konzentrationswerte zugeordnet werden und die damit die Konzentrationen in den Volumenelementen repräsentieren, werden jeweils im Volumenschwerpunkt der Volumenelemente angeordnet. Durch Verbinden der Punkte un- terschiedlicher Konzentration wird der Konzentrationsgradient der Länge L _k erhalten. Das Ver- binden der Punkte erfolgt vorzugsweise stets von einem Punkt zum räumlich nächstkommen- den, d. h. über die kürzeste Strecke. Das Volumen eines der disjunkten Volumenelemente beträgt vorzugsweise ≥ 1/50 des Gesamtvolumens des Kompositbauteils V _KB , noch bevorzug- ter ≥ 1/20 * V _KB , noch stärker bevorzugt ≥ 1/10 * V _KB , bevorzugt jedoch auch ≤ 1/5 * V _KB . Um eine einfache und praktikable Analyse zu ermöglichen, kann das Kompositbauteil vorzugs- weise in nicht mehr als 200, vorzugsweise nicht mehr als 100, stärker bevorzugt nicht mehr als 50, noch erheblich stärker bevorzugt nicht mehr als 10 Volumenelemente gleichen Volu- mens aufgeteilt werden und von diesen die Konzentration bestimmt werden. Der Konzentrati- onsgradient ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass der Konzentrationsunterschied zweier Punkte, die entlang der Länge des Konzentrationsgradienten nacheinander auf diesem ange- ordnet sind und die unterschiedliche Volumenelemente repräsentieren, ≥ 5 % beträgt, bevor- zugter ≥ 10 %, noch stärker bevorzugt ≥ 15 %, noch erheblich stärker bevorzugt ≥ 20 %, be- zogen auf den jeweils höheren Konzentrationswert. Dies gilt vorzugsweise für alle benachbar- ten Konzentrationspunkte eines Konzentrationsgradienten. Der Konzentrationsgradient weist vorzugsweise ausschließlich Punkte mit einer Konzentration des Additivs > 0 auf und/oder der Funktionsbereich umfasst nur Volumenelemente, die Additiv aufweisen.

Vorzugsweise ist der Konzentrationswert des Volumenelementes mit der höchsten Konzent- ration geteilt durch den Konzentrationswert des Volumenelementes mit der kleinsten Konzent- ration ≥ 2, vorzugsweise ≥ 5, noch stärker bevorzugt ≥ 10, noch erheblich stärker bevorzugt

≥ 20 und am bevorzugtesten ≥ 30 und/oder deren Punktabstand ≥ 0,01 * B _E , bevorzugt

≥ 0,05 * B _E .

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Volumenelement, das durch einen Punkt repräsentiert wird, durch eine Schicht einer Dicke D erhalten und definiert, die jeweils vom Kompositbauteil beispielsweise durch Fräsen abgetragen wird und deren Konzentration im Anschluss bestimmt wird. Die Volumina der abgetragenen Schichten sind im Wesentlichen gleich (d.h. Volumenabweichungen ≤ 5 %, vorzugsweise ≤ 2 %). Durch Vergleich der Konzent- rationen des Additivs für die verschiedenen abgetragenen Schichten, d.h. der disjunkten Vo- lumenelemente, kann dann festgestellt werden, ob ein Konzentrationsunterschied vorhanden ist, d.h. ein Konzentrationsgradient vorliegt. Die Dicke D einer gemessenen Schicht beträgt vorzugsweise ≤ 1/3 der Konzentrationsgradientenlänge, stärker bevorzugt ≤ 1/5, noch stärker bevorzugt ≤ 1/10 und am bevorzugtesten ≤ 1/20 bevorzugt ist jedoch auch D ≥ 1/100 der Kon- zentrationsgradientenlänge. Das Volumen einer Schicht beträgt vorzugsweise ≥ 1/50 des Ge- samtvolumens des Kompositbauteils V _KB , noch bevorzugter ≥ 1/20 * V _KB , noch stärker bevor- zugt ≥ 1/10 * V _KB , bevorzugt jedoch auch ≤ 1/5 * V _KB . Vorzugsweise ist die Schichtdichte

≥ 0,5 mm, bevorzugter ≥ 0,1 mm, noch bevorzugter ≥ 3 mm, noch bevorzugter ≥ 5 mm, bevor- zugt aber auch ≤ 5 cm. Vorzugsweise ist die Schichtdichte D ≥ 0,0001 * B _E , vorzugsweise D ≥ 0,0004 * B _E , bevorzugter D ≥ 0,0006 * B _E , stärker bevorzugt D ≥ 0,0008 * B _E , noch stärker bevorzugt D ≥ 0,001 * B _E , noch erheblich stärker bevorzugt D ≥ 0,005 * B _E , und am bevorzug- testen D ≥ 0,01 * B _E , bevorzugt ist jedoch auch D≤ 0,01 * B _E . Der Konzentrationsgradient ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass der Konzentrationsunter- schied zweier Punkte, die entlang der Länge des Konzentrationsgradienten nacheinander auf diesem angeordnet sind und die unterschiedliche Volumenelemente repräsentieren, ≥ 5 % be- trägt, bevorzugter ≥ 10 %, noch stärker bevorzugt ≥ 15 %, noch erheblich stärker bevorzugt ≥ 20 %, bezogen auf den jeweils höheren Konzentrationswert. Dies gilt vorzugsweise für alle benachbarten Konzentrationspunkte eines Konzentrationsgradienten.

Ein Konzentrationsgradient kann beispielsweise aus 10 Konzentrationswerten gebildet wer- den, die die Konzentration von 10 abgetragenen Schichten mit einer Dicke der jeweiligen Schicht von 1 mm repräsentieren, wobei die jeweiligen Punkte, die eine Konzentration in der jeweiligen Schicht repräsentieren, stets einen Konzentrationsunterschied von mindestens 20 % aufweisen. Die oben beschriebene schichtweise Abtragung zur Bestimmung des Kon- zentrationsgradienten eignet sich insbesondere bei plattenförmigen Kompositbauteilen, wie Brandschutzplatten.

Insbesondere bei komplexen Strukturen oder wenn der Funktionsbereich klein im Verhältnis zum Kompositbauteil ist, kann der Gradient auch dadurch erhalten und definiert werden, dass würfelförmige Elemente aus dem Kompositbauteil ausgeschnitten werden, deren Kantenlänge vorzugsweise ≤ 1/3 der Konzentrationsgradientenlänge ist, stärker bevorzugt ≤ 1/5, noch stär- ker bevorzugt ≤ 1/10 und am bevorzugtesten ≤ 1/20, bevorzugt ist die Kantenlänge jedoch auch ≥ 1/100 der Konzentrationsgradientenlänge. Die Volumina der Würfel sind im Wesentli- chen gleich (d.h. Volumenabweichungen ≤ 5 %, vorzugsweise ≤ 2 %). Das Volumen eines Würfels beträgt vorzugsweise ≥ 1/50 des Gesamtvolumens des Kompositbauteils V _KB , noch bevorzugter ≥ 1/20 * V _KB , noch stärker bevorzugt ≥ 1/10 * V _KB bevorzugt jedoch auch ≤ 1/5 * V _KB . Vorzugsweise ist die Kantenlänge der jeweiligen Würfel ≥ 0,5 mm, bevorzugter ≥ 1 mm, noch bevorzugter ≥ 3 mm, noch bevorzugter ≥ 5 mm, bevorzugt aber auch ≤ 5 cm. Vorzugsweise ist die Kantenlänge des Würfels ≥ 0,0001 * B _E , vorzugsweise ≥ 0,0004 * B _E , be- vorzugter ≥ 0,0006 * B _E , stärker bevorzugt ≥ 0,0008 * B _E , noch stärker bevor- zugt ≥ 0,001 * B _E , noch erheblich stärker bevorzugt ≥ 0,005 * B _E , und am bevorzugtes- ten ≥ 0,01 * B _E , bevorzugt ist die Kantenlänge jedoch auch ≤ 0,01 * B _E . Ein Konzentrations- gradient kann beispielsweise aus 10 Konzentrationswerten gebildet werden, die die Konzent- ration von 10 ausgeschnittenen Würfeln mit einer Kantenlänge von 1 mm repräsentieren, wo- bei die jeweiligen in der Mitte des Würfels angeordneten Punkte, die eine Konzentration in dem jeweiligen Würfel repräsentieren, stets einen Konzentrationsunterschied von mindestens 20 % aufweisen. Der Konzentrationsgradient ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass der Konzentrationsunter- schied zweier Punkte, die entlang der Länge des Konzentrationsgradienten nacheinander auf diesem angeordnet sind und die unterschiedliche Volumenelemente repräsentieren, ≥ 5 % be- trägt, bevorzugter ≥ 10 %, noch stärker bevorzugt ≥ 15 %, noch erheblich stärker bevorzugt ≥ 20 %, bezogen auf den jeweils höheren Konzentrationswert. Dies gilt vorzugsweise für alle benachbarten Konzentrationspunkte eines Konzentrationsgradienten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steigen oder fallen die Konzentrations- werte des Konzentrationsgradienten entlang dessen räumlichen Verlaufs, d.h. seiner Länge L _k , zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, kontinuierlich. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Konzentrationsgradient über mehr als 10 %, vor- zugsweise über mehr als 20 %, noch bevorzugter über mehr als 40 %, noch stärker bevorzugt über mehr als 60 %, und am bevorzugtesten über mehr als 75 % seiner Länge L _k einen konti- nuierlichen Verlauf der Konzentrationswerte auf. Durch einen kontinuierlichen Verlauf der Kon- zentrationswerte des Konzentrationsgradienten werden Segregationseffekte sowie Sollbruch- stellen innerhalb des Funktionsbereichs vermieden und dadurch die Festigkeit und Beständig- keit des Materials erhöht.

In einer bevorzugten Ausführung weist der Konzentrationsgradient über seine Länge L _k zu- mindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, einen monoton steigenden Verlauf der Konzentrationswerte auf, d.h. dass jeder Messpunkt eine höhere Konzentration als der vor- hergehende aufweist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist der Konzentrati- onsgradient über seine Länge L _k zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, einen monoton fallenden Verlauf auf, d.h. dass jeder Messpunkt eine niedrigere Konzentration als der vorhergehende aufweist.

Der Konzentrationsgradient weist über seine Länge L _k einen Verlauf der Konzentrationswerte auf, der zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus linear zunehmend, stufenweise zunehmend, stufenweise abnehmend, nicht- linear zunehmend, linear abnehmend, exponentiell abnehmend, exponentiell zunehmend und nicht-linear abnehmend.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kompositbauteil eine maximale Bauteilerstreckung B _E auf, welche durch den maximalen Abstand zweier Punkte des Bauteils definiert ist und der Konzentrationsgradient weist eine Länge L _k auf, wobei L _k ≥ 0,05 * B _E , vor- zugsweise L _k ≥ 0,2 * B _E , bevorzugter L _k ≥ 0,3 * B _E , stärker bevorzugt L _k ≥ 0,4 * B _E , noch stär- ker bevorzugt L _k ≥ 0,6 * B _E , und am bevorzugtesten L _k ≥ 0,75 * B _E , ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Funktionsbereich eine maxi- male Funktionsbereichserstreckung FB _E auf, welche durch den maximalen Abstand zweier Punkte des Funktionsbereichs definiert ist und der Konzentrationsgradient weist eine Länge L _k auf, wobei L _k ≥ 0,05 * FB _E , vorzugsweise L _k ≥ 0,2 * FB _E , bevorzugter L _k ≥ 0,3 * FB _E , stärker bevorzugt L _k ≥ 0,4 * FB _E , noch stärker bevorzugt L _k ≥ 0,6 * FB _E , und am bevorzugtesten L _k ≥ 0,75 * FB _E , ist.

Durch eine möglichst ausgedehnte Erstreckung des vorzugsweise kontinuierlichen Konzent- rationsgradienten wird ein möglichst gleichförmiger Übergang zwischen den Zonen verschie- dener Konzentrationen des Additivs erreicht. Das Kompositbauteil weist daher eine erhöhte strukturelle Integrität und Festigkeit auf.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kompositbauteil um eine Platte, wie z.B. eine Brand- schutzplatte. Für diesen Fall verläuft der Konzentrationsgradient vorzugsweise entlang der Höhe H _B der Platte. Vorzugsweise weist der Konzentrationsgradient, insbesondere für diesen Fall, eine Länge L _k auf, wobei L _k ≥ 0,05 * H _B , vorzugsweise L _k ≥ 0,2* H _B , bevorzugter L _k ≥ 0,3 * H _B , stärker bevorzugt L _k ≥ 0,4 * H _B , noch stärker bevorzugt L _k ≥ 0,6 * H _B , und am be- vorzugtesten L _k ≥ 0,75* H _B , ist. In anderen bevorzugten Ausführungen verläuft der Konzentra- tionsgradient entlang der Länge L _B der Platte. Vorzugsweise weist der Konzentrationsgradient, insbesondere für diesen Fall, eine Länge L _k auf, wobei L _k ≥ 0,001 * L _B , vorzugsweise L _k ≥ 0,004 * L _B , bevorzugter L _k ≥ 0,006 * L _B , stärker bevorzugt L _k ≥ 0,008 * L _B , noch stärker be- vorzugt L _k ≥ 0,012 * L _B , und am bevorzugtesten L _k ≥ 0,015 * L _B , ist. In anderen beispielhaften Ausführungen verläuft der Konzentrationsgradient entlang der Breite B _B der Platte. Vorzugs- weise weist der Konzentrationsgradient, insbesondere für diesen Fall, eine Länge L _K auf, wo- bei L _k ≥ 0,001 * B _B , vorzugsweise L _k ≥ 0,004 * B _B , bevorzugter L _k ≥ 0,006 * B _B , stärker bevor- zugt L _k ≥ 0,008 * B _B , noch stärker bevorzugt L _k ≥ 0,01 * B _B , und am bevorzugtesten L _k ≥ 0,012 * B _B . In obigen Ausführungen weist der Konzentrationsgradient vorzugsweise aus- schließlich Punkte mit einer Konzentration des Additivs > 0 auf, d. h. der Verlauf der Konzent- rationswerte ist vollständig entlang des räumlichen Verlaufs des Gradienten von Null verschie- den, und/oder der Funktionsbereich und optional das Kompositbauteil sind einstückig, vor- zugsweise einstückig ausgehärtet, ausgestaltet. Auch Kombinationen der obigen bevorzugten Ausführungen, bei denen der Konzentrationsgradient jeweils eine Komponente entlang 2 oder 3 der Plattenachsen (Länge, Breite, Höhe) hat, sind möglich und bevorzugt.

Der Konzentrationsgradient weist vorzugsweise mindestens drei Punkte mit unterschiedlichen Konzentrationswerten auf, vorzugsweise mindestens fünf Punkte, noch bevorzugter mindes- tens zehn Punkte, noch stärker bevorzugt mindestens 20 Punkte und am stärksten bevorzugt mindestens 50 Punkte, wobei diese Punkte vorzugsweise gleichförmig beabstandet sind. Der Konzentrationsgradient ist dann vorzugsweise so ausgestaltet, dass der Konzentrationsunter- schied zweier Punkte, die entlang der Länge des Konzentrationsgradienten nacheinander auf diesem angeordnet sind und die unterschiedliche Volumenelemente repräsentieren, ≥ 5 % be- trägt, bevorzugter ≥ 10 %, noch stärker bevorzugt ≥ 15 %, noch erheblich stärker bevorzugt ≥ 20 %, bezogen auf den jeweils höheren Konzentrationswert. Dies gilt vorzugsweise für alle benachbarten Konzentrationspunkte eines Konzentrationsgradienten. Besonders bevorzugt weist in diesem Fall der Konzentrationsgradient eine der oben definierten Längen L _k in Rela- tion zur Bauteilerstreckung B _E und/oder zur Funktionsbereichserstreckung FB _E und/odereinen der oben genannten Verläufe auf. Vorzugsweise ist keiner der Konzentrationspunkte, die den Gradienten bilden, innerhalb des optionalen Faserwerkstoffs angeordnet.

Vorzugsweise ist der Konzentrationsgradient vollständig innerhalb des Funktionsbereiches an- geordnet und besonders bevorzugt entspricht der Konzentrationsgradient der Funktionsbe- reichserstreckung FB _E .

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Verlauf der Konzentrations- werte des Konzentrationsgradienten mindestens zwei unterschiedlich geartete Teilbereiche auf. Beispielsweise kann der Verlauf der Konzentrationswerte des Konzentrationsgradienten zunächst linear abnehmen und im Anschluss stufenweise ansteigen. Hierdurch können im Kompositbauteil komplexe Konzentrationsverläufe verwirklicht werden. Vorzugsweise weist der Konzentrationsgradient Teilbereiche unterschiedlicher Steigung auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Konzentrationsgradient einen Punkt höchster Konzentration C _max und einen Punkt niedrigster Konzentration C _min auf, wobei C _max /C _min ≥ 2, vorzugsweise ≥ 5, noch stärker bevorzugt ≥ 10, noch erheblich stärker bevor- zugt ≥ 20 und am bevorzugtesten ≥ 30, ist. Durch ein entsprechend starkes Gefälle der Kon- zentrationswerte kann ein hoher lokaler Unterschied in der Ausprägung der durch das Additiv hervorgerufenen oder beeinflussten Stoffeigenschaft in der Funktionsschicht erzielt werden.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Punkt höchster Konzentration C _max und der Punkt niedrigster Konzentration C _min des Konzentrationsgradienten einen minimalen Abstand L _Cmax->min aufweisen, wobei L _Cmax->min ≥ 0,05 * B _E , vorzugsweise L _Cmax->min ≥ 0,2 * B _E , bevorzugter L _Cmax->min ≥ 0,3 * B _E , stärker bevorzugt L _Cmax->min ≥ 0,4 * B _E , noch stärker bevorzugt L _Cmax->min ≥ 0,5 * B _E .

Für andere Anwendungen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, dass zwar ein Gradient im Funktionsbereich besteht, aber die lokalen Konzentrationsunterschiede beschränkt sind. In ei- ner anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist C _max /C _min daher ≤ 2, vorzugs- weise ≤ 5, noch stärker bevorzugt ≤ 10, noch erheblich stärker bevorzugt ≤ 20 und am bevor- zugtesten ≤ 30.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist C _max /C _min in einem Bereich zwischen 1 ,5 - 50, vorzugsweise 3 - 30, noch stärker bevorzugt 5 - 25, noch erheblich stärker bevorzugt 5 - 20 und am bevorzugtesten 7 - 15.

In den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen weist das Kompositbauteil be- sonders bevorzugt eine maximale Bauteilerstreckung B _E auf, welche durch den maximalen Abstand zweier Punkte des Bauteils definiert ist und der Konzentrationsgradient weist vor- zugsweise eine Länge L _k auf, wobei L _k ≥ 0,05 * B _E , vorzugsweise L _k ≥ 0,2 * B _E , bevorzugter L _k ≥ 0,3 * B _E , stärker bevorzugt L _k ≥ 0,4 * B _E , noch stärker bevorzugt L _k ≥ 0,6 * B _E , und am be- vorzugtesten L _k ≥ 0,75 * B _E , ist.

Bevorzugt ist der Konzentrationsgradient so ausgebildet, dass an einer der mehreren oder allen Oberflächen des Kompositbauteils eine erhöhte Additivkonzentration vorliegt, die zum Inneren hin abnimmt oder vice versa.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft der Konzentrationsgradient da- her zumindest abschnittsweise parallel oder in Verlängerung zu einer Orthogonalprojektion einer der äußeren Flächen des Funktionsbereichs, besonders bevorzugt nimmt in diesem Fall die Konzentration des Additivs zumindest abschnittsweise, vorzugsweise durchgängig in Rich- tung einer der Außenflächen zu. Eine Orthogonalprojektion ist im erfindungsgemäßen Sinne eine Abbildung eines Punkts auf einer Ebene, die eine der äußeren Flächen des Komposit- bauteils bildet, sodass die Verbindungslinie zwischen dem Punkt und seinem Abbild mit dieser Ebene einen rechten Winkel bildet. Das Abbild hat dann von allen Punkten der Ebene den kürzesten Abstand zum Ausgangspunkt.

Bevorzugt ist der Konzentrationsgradient derart ausgebildet, dass der Punkt der höchsten Konzentration des Gradienten C _max auf oder in der unmittelbaren Nähe, d.h. in einer Beanstan- dung von höchsten 0,1 * B _E , ZU allen Punkten der nächstkommenden Außenfläche angeordnet ist. Unter „Außenfläche“ wird eine Fläche verstanden, welche nicht an einen weiteren Bereich des Kompositbauteils angrenzt und damit das Kompositbauteil nach außen hin abgrenzt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Funktionsbereich zwei oder mehr Konzentrationsgradienten auf, wobei die zwei oder mehr Konzentrationsgradienten vorzugs- weise derart ausgebildet sind, dass die Konzentration des Additivs in Richtung derselben Au- ßenfläche zunimmt.

Da das Additiv oftmals zur Steuerung einer Stoffeigenschaft dient, die in besonderem funktio- neilen Zusammenhang mit den Außenflächen steht, ist eine derartige Anordnung besonders bevorzugt. Beispielsweise kann das Additiv zur Verbesserung der Schlagfestigkeit dienen und liegt daher besonders bevorzugt an oder in der Nähe einer der Außenflächen kumuliert vor. Besonders bevorzugt ist diese Ausführung insbesondere auch dann, wenn das Additiv nach Einbringung in das Kompositbauteil noch einer weiteren thermischen Behandlung, wie z.B. eine Karbonisierung, unterworfen werden soll.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Konzentrationsgradient derart ausge- bildet, dass der Punkt der höchsten Konzentration mittig im Bauteil angeordnet ist, d.h. in einer Beabstandung ≥ 0,1* B _E , vorzugsweise ≥ 0,2 * B _E , ZU der nächstkommenden oder allen Au- ßenflächen. Bei einer quader- oder würfelförmigen Ausgestaltung des Bauteils liegt die obige Beanstandung vorzugsweise gegenüber zwei oder mehr Außenflächen vor.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Funktionsbereich ein Brand- schutzbereich und weist für diesen Zweck als Additiv ein Flammschutzmittel auf, das die Brennbarkeit der Funktionsschicht reduziert.

Allgemein und in diesem Fall besonders bevorzugt ist das Flammschutzmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus halogenierten und/oder stickstoffbasierten Flammschutzmitteln, anorganischen Flammschutzmitteln wie Graphitsalzen, Aluminiumtrihydroxid, Antimontrioxid, Ammoniumpolyphosphat, Aluminiumdiethylphosphinat, Mica, Muskovit, Guanidinen, Triazi- nen, Sulfaten, Boraten, Cyanuraten, Salzen davon und Mischungen davon.

Der Funktionsbereich kann - ebenso wie die optionalen anderen Bereiche - weitere Additive aufweisen. Insbesondere kann der Funktionsbereich mehrere unterschiedliche Additive auf- weisen, die unterschiedliche, vorzugsweise kontinuierliche, Konzentrationsgradienten aufwei- sen.

In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist das optionale Additiv ganz allgemein ausge- wählt aus der Gruppe bestehend aus Antioxidantien, Licht-, insbesondere UV-Stabilisatoren, Weichmachern, Schäumungsmitteln, elektrischen Leitern, Wärmeleitern, Farbstoffen, Füllstof- fen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wie Schlagzäh-Modifizieren oder Gummi- oder Thermoplastpartikeln sowie Mischungen der vorgenannten.

Das Additiv kann im Matrixmaterial gelöst oder dispergiert vorliegen. Sofern es dispergiert vor- liegt, so ist es vorzugsweise in Form eines Pulvers, von Flocken, Tubes oder Mischungen der vorgenannten Formen enthalten.

Sofern es sich bei dem Additiv um ein Flammschutzmittel handelt, so ist dieses vorzugsweise aus der Gruppe der aktiven, d.h. kühlenden, Flammschutzmittel oder aus der Gruppe der pas- siven, d.h. dämmenden, Flammschutzmittel ausgewählt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Flammschutzmittel um ein intumeszierendes Flammschutzmittel.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt das gesamte im Faserverbundbau- teil befindliche Additiv in dem Funktionsbereich im Wesentlichen, d.h. zu ≥ 70 Gew.-%, vor- zugsweise ≥ 80 Gew.-%, noch bevorzugter≥ 90 Gew.-%, und am bevorzugtesten vollständig, in einem räumlich begrenzten ersten Teilabschnitt des Funktionsbereichs vor. Dieser erste Teilabschnitt schließt vorzugsweise mindestens eine Außenfläche des Faserverbundbauteils zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, ein. Wenn das Faserverbundbauteil mehr als einen Funktionsbereich aufweist, dann bezieht sich der oben genannte Gewichtsan- teil sowie die nachfolgend genannten Volumenanteile vorzugsweise auf einen oder mehr als einen Funktionsbereich.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung macht das Volumen V _T1 des ersten Teil- abschnitts, in welchem sich das Additiv des Funktionsbereichs im Wesentlichen befindet, ei- nen erheblichen Teil des Gesamtvolumens des Funktionsbereichs V _FB aus. Bevorzugt ist V _T1 ≥ 0,1 * V _FB , bevorzugter V _T1 ≥ 0,3 * V _FB , noch stärker bevorzugt V _T1 ≥ 0,5 * V _FB , noch stär- ker bevorzugt V _T1 ≥ 0,7 * V _FB und am bevorzugtesten V _T1 ≥ 0,9 * V _FB .

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die bevorzugt mit obiger bevorzugter Ausführung kombiniert ist, weist der Funktionsbereich einen zweiten Teilabschnitt auf, in dem sich kein Additiv befindet. Das Volumen V _T2 dieses zweiten Teilabschnitts ist vorzugsweise V _T2 ≤ 0,7 * V _FB , bevorzugter V _T2 ≤ 0,5 * V _FB , stärker bevorzugt V _T2 ≤ 0,3 * V _FB , noch stärker be- vorzugt V _T2 ≤ 0,2 * V _FB und am bevorzugtesten V _T2 ≤ 0,1 * V _FB .

In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform ist das gesamte im Faserverbund- bauteil befindliche Additiv im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, in dem Funktionsbe- reich angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Volumen V _T1 des Teilabschnitts, in welchem sich das Additiv des Funktionsbereichs im Wesentlichen befindet, gering im Ver- hältnis zum Gesamtvolumen des Faserverbundbauteils V _FB . Bevorzugt ist V _T1 ≤ 0,7 * V _FB , be- vorzugter V _T1 ≤ 0,5 * V _FB , stärker bevorzugt V _T1 ≤ 0,3 * V _FB , noch stärker bevorzugt V _T1 ≤ 0,2 * V _FB und am bevorzugtesten V _T1 ≤ 0,1 * V _FB .

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die bevorzugt mit obiger bevorzugter Ausführung kombiniert ist, weist der Funktionsbereich einen zweiten Teilabschnitt auf, in dem sich kein Additiv befindet. Das Volumen V _T2 dieses zweiten Teilabschnitts ist vorzugsweise V _T2 ≥ 0,1 * V _FB , bevorzugter V _T2 ≥ 0,2 * V _FB , stärker bevorzugt V _T2 ≥ 0,3 * V _FB , noch stärker be- vorzugt V _T2 ≥ 0,5 * V _FB und am bevorzugtesten V _T2 ≥ 0,7 * V _FB .

Vorzugsweise bildet das Volumen des Funktionsbereiches mehr als 50 % des Volumens des Faserverbundbauteils, stärker bevorzugt mehr als 65 %, noch stärker bevorzugt mehr als 75 %, noch erheblich stärker bevorzugt mehr 90 % und am bevorzugten mehr als 95 % oder sogar 100 %. Für diese Fälle ist das Faserverbundbauteil besonders bevorzugt einstückig, vorzugsweise einstückig ausgehärtet, ausgestaltet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung macht das Volumen V _T1 des ersten Teil- abschnitts, in welchem sich das Additiv des Funktionsbereichs im Wesentlichen befindet, ei- nen erheblichen Teil des Gesamtvolumens des Faserverbundbauteils V _KB aus. Bevorzugt ist V _T1 ≥ 0,1 * V _KB , bevorzugter V _T1 ≥ 0,3 * V _KB , noch stärker bevorzugt V _T1 ≥ 0,5 * V _KB , noch stär- ker bevorzugt V _T1 ≥ 0,7 * V _KB und am bevorzugtesten V _T1 ≥ 0,9 * V _KB . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die bevorzugt mit obiger bevorzugter Ausführung kombiniert ist, weist der Funktionsbereich einen zweiten Teilabschnitt auf, in dem sich kein Additiv befindet. Das Volumen V _T2 dieses zweiten Teilabschnitts ist vorzugsweise V _T2 ≤ 0,7 * V _KB , bevorzugter V _T2 ≤ 0,5 * V _KB , stärker bevorzugt V _T2 ≤ 0,3 * V _KB , noch stärker be- vorzugt V _T2 ≤ 0,2 * V _KB und am bevorzugtesten V _T2 ≤ 0,1 * V _KB .

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Volumen V _T1 des Teilabschnitts, in welchem sich das Additiv des Funktionsbereichs im Wesentlichen befindet, gering im Ver- hältnis zum Gesamtvolumen des Faserverbundbauteils V _KB . Bevorzugt ist V _T1 ≤ 0,7 * V _KB , be- vorzugter V _T1 ≤ 0,5 * V _KB , stärker bevorzugt V _T1 ≤ 0,3 * V _KB , noch stärker bevorzugt V _T1 ≤ 0,2 * V _KB und am bevorzugtesten V _T1 ≤ 0,1 * V _KB .

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die bevorzugt mit obiger bevorzugter Ausführung kombiniert ist, weist der Funktionsbereich einen zweiten Teilabschnitt auf, in dem sich kein Additiv befindet. Das Volumen V _T2 dieses zweiten Teilabschnitts ist vorzugsweise V _T2 ≥ 0,1 * V _KB , bevorzugter V _T2 ≥ 0,2 * V _KB , stärker bevorzugt V _T2 ≥ 0,3 * V _KB , noch stärker be- vorzugt V _T2 ≥ 0,5 * V _KB und am bevorzugtesten V _T2 ≥ 0,7 * V _KB .

Vorzugsweise bildet das Volumen des Funktionsbereiches mehr als 50 % des Volumens des Faserverbundbauteils, stärker bevorzugt mehr als 65 %, noch stärker bevorzugt mehr als 75 %, noch erheblich stärker bevorzugt mehr als 90 % und am bevorzugtesten mehr als 95 %. Für diesen Fall ist das Faserverbundbauteil besonders bevorzugt einstückig, vorzugsweise einstückig ausgehärtet, ausgestaltet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Funktionsbereich nur Volumenab- schnitte mit Additiv auf, d.h. V _T1 = V _FB und/oder das Faserverbundbauteil besteht aus dem Funktionsbereich, d.h. V _FB = V _KB .

Besonders bevorzugt liegt das Additiv zu ≥ 70 Gew.-%, vorzugsweise ≥ 80 Gew.-%, noch be- vorzugter ≥ 90 Gew.-%, noch stärker bevorzugt≥ 95 Gew.-% und am bevorzugtesten vollstän- dig im Volumen V _FB vor.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines der vorgenannten Faserver- bundbauteile, das nachfolgende Schritte umfasst: I) Bereitstellen einer Zusammensetzung zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils in einem formgebenden Werkzeug, wie einer Pressform, umfassend oder bestehend aus a) einem Faserwerkstoff, vorzugsweise in Form einer oder mehre- rer Faserstrukturlagen, insbesondere in Form von textilen Lagen, b) einem Matrixmaterial, und c) einem Sensorelement, wie z. B. einer elektrisch leitfähigen Struk- tur, d) einem optionalen Additiv

II) Ausüben eines vorbestimmten Drucks, vorzugsweise durch Pressen, und einer vorbestimmten Temperatur auf die Zusammensetzung, um das Faserverbundbau- teil zu erhalten.

Das Sensorelement liegt vorzugsweise in Form einer auf ein Trägermaterial (z. B. Faserstruk- turlage) aufgebrachten elektrisch leitfähigen Struktur, wie einer Leiterbahn oder einem elektrisch leitfähigem Draht, vor, wobei besonders bevorzugt diese Leiterbahn oder dieser Draht vom Trägermaterial vollständig, d. h. von allen Seiten, abgedeckt wird. Die leitfähige Struktur kann in einer anderen bevorzugten Ausführungsform auch als ein teilweise oder voll- ständig mit einer elektrisch isolierenden Ummantelung versehener Draht vorliegen, der vor- zugsweise mit einem Trägermaterial verbunden sein kann. Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der leitfähigen Struktur während des Herstellprozesses in einer schützenden Hülle, wie z.B. einer Silikontasche, angeordnet, die nach dem Herstellprozess wieder entfernt werden kann.

Vorzugsweise weist die leitfähige Struktur Kontaktierungspunkte auf, die vor dem Schritt II) geschützt werden, beispielsweise durch einen Blindkontakt, und nach dem II) wieder freigelegt werden.

Schritt I) weist vorzugsweise einen, mehrere oder alle der nachfolgende Teilschritte auf: a) Verbinden einer oder mehrerer Lagen eines Faserwerkstoffes mit der leitfähi- gen Struktur, beispielsweise durch Aufsticken oder Aufdrucken, b) Bereitstellen, insbesondere Stapeln, einer oder mehrerer Lagen eines Faser- werkstoffes in einem formgebenden Werkzeug, beispielsweise unter Verwen- dung eines Roboterarms, c) Bereitstellen einer oder mehrerer Vorläuferverbindungen für ein Matrixmaterial, d) Bereitstellen eines oder mehrerer Additive, vorzugsweise gelöst in der einen oder den mehreren Vorläuferverbindungen, e) Inkontaktbringen der einen oder der mehreren Vorläuferverbindungen für ein Matrixmaterial mit dem Faserwerkstoff, vorzugsweise durch Aufträgen f) zumindest teilweises Reagieren der einen oder der mehreren Vorläuferverbin- dungen, wie beispielsweise einem System aus Harz, Härter und einem optio- nalen Trennmittel, um ein Matrixmaterial zu erhalten (=Aushärtung)

Im erfindungsgemäßen Verfahren kann ganz allgemein das Sensorelement beispiels- weise durch folgende Verfahrensmaßnahmen in das Faserverbundbauteil, insbesondere in den Funktionsbereich, eingebracht werden: i) ein Sensorelement, wie z. B. ein elektrisch leitfähiger Draht, wird auf eine oder mehrere Lagen des Faserwerkstoffs aufgestickt, aufgedruckt oder aufgeklebt, ii) ein leitfähiges Polymer wird auf eine oder mehrere Lagen des Faserwerkstoffs oder auf die ausgehärtete Matrix aufgebracht, iii) eine elektrische leitfähige Struktur wird durch Abscheidungsprozesse, insbe- sondere CVD oder PVD, auf eine der Lagen des Faserwerkstoffs oder auf die ausgehärtete Matrix abgeschieden iii) eine Leiterbahn wird durch einen Laserstrahl definiert (Laser-Direkt-Strukturie- ren).

Im erfindungsgemäßen Verfahren kann ganz allgemein das optionale Additiv durch folgende Verfahrensmaßnahmen in das Faserverbundbauteil, insbesondere den Funktionsbereich, ein- gebracht werden: i) der eingesetzte Faserstoff kann mit dem Additiv versehen werden, beispiels- weise durch Aufträgen einer Lösung des Additivs oder Aufbringen eines Addi- tivpulvers, welches optional mit einem Binder zur besseren Haftung auf dem Faserwerkstoff versehen sein kann, ii) das Additiv wird vorzugsweise in gelöster und/oder dispergierter Form in die eine oder die mehreren Vorläuferverbindungen eingebracht, iii) das Additiv wird in ein ungefülltes, oder ein teilweise oder vollständig mit der einen oder den mehreren Vorläuferverbindungen gefülltes formgebendes Werk- zeug eingebracht. Die lokale Modifikation der Stoffeigenschaften durch variierende Additiverteilung des optiona- len Additivs im Matrixmaterial kann beispielhaft erzeugt werden durch i) unterschiedliche örtliche Akkumulation des Additivs auf dem Faserstoff oder ei- nem Prepreg, der in das formgebende Werkzeug eingebracht wird, ii) Variation der Konzentration des in gelöster und/oder dispergierter Form in der einen oder den mehreren Vorläuferverbindungen vorliegenden Additivs beim Einbringen in das formgebende Werkzeug, iii) das Additiv wird vor, während oder nach der Reaktion der einen oder mehreren Vorläuferverbindungen in das zumindest teilweise gefüllte formgebende Werk- zeug lokal graduiert eingebracht.

Bevorzugt ist der vorbestimmte Druck in Schritt II) des oben definierten Verfahrens in einem Bereich von 1 bar bis 1000 bar, besonders bevorzugt von 5 bar bis 500 bar, noch stärker bevorzugt von 10 bar bis 100 bar und am bevorzugtesten von 20 bis 50 bar.

Bevorzugt ist die vorbestimmte Temperatur in Schritt II) des oben definierten Verfahrens in einem Bereich von 10° C bis 900° C, besonders bevorzugt von 15° C bis 700° C, noch stärker bevorzugt von 20° C bis 500° C und am bevorzugtesten von 25° C bis 200° C.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemä- ßen Faserverbundbauteils um ein Nasspressverfahren. Bei einem solchen werden flüssige Reaktionsharze als Vorläuferverbindungen zusammen mit Verstärkungsfasern in zweiteiligen Formen verarbeitet. Formoberteil und Formunterteil werden mittels einer Presse geschlossen.

Das Harz wird beim Nasspressprozess meist zentral oder nach einem festen Gießplan auf die Fasermatten gegossen. In diesem Schritt kann das Additiv zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit vorzugweise variierender Konzentration zugegeben werden.

Meist werden Polyurethan-, Epoxidharz- oder Polyamid-Systeme verwendet, die aus zwei oder mehreren Vorläuferverbindungen gebildet werden, die in einem speziellen Mischkopf zu einem reaktionsfähigen Flüssigkunststoff vermischt werden. Zur flächigen Applikation auf den Faser- matten werden vorzugsweise eine Breitschlitzdüse oder andere Verteilersysteme eingesetzt.

Die Fasermatten werden vorzugsweise als Faserteppiche verlegt. Ein solches Verfahren zeichnet sich durch eine besonders hohe Effizienz aus. Der Kunststoff verteilt sich durch den Schließvorgang des Werkzeugs unter dem Druck der Presse in der gesamten Form und benetzt die Verstärkungsfasern. Zeitgleich oder danach erfolgt die Aushärtung des Kunststoffes/Harzes - zumeist bei erhöhter Temperatur. Wenn der Kunststoff ausgehärtet ist, ist die Formstabilität des Bauteils gegeben und es kann nach dem Öffnen des Werkzeugs entformt werden.

Bevorzugt wird das optionale Additiv durch Beimischung in eine oder mehrere der Vorläufer- verbindungen für das Matrixmaterial in die Funktionsschicht eingebracht. Durch Variation des Additivanteils kann hierdurch bei Zuführung des Matrixmaterials in das formgebende Werk- zeug ein Konzentrationsgradient erzeugt werden.

In den Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Faserverbundbauteile können die Fasermatten zu einem sogenannten Preform vorgeformt sein, insbesondere bei erhöhter Ge- ometriekompIexität.

BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Auf ein Trägermaterial aus einem Glasvlies (beliebiges Flächengewicht), wird mäanderförmig ein isolierter Kupferdraht als Leiter (Durchmesser 0,4 mm) aufgestickt. Als Stichabstand für das Besticken werden 6 mm gewählt. Für die Detektion von Beschädigungen mit einem Durch- messer x muss der Abstand der Leiter zueinander x-1 mm betragen, so dass Beschädigungen sicher erkannt werden können. Der Abstand des Kupferdrahts zum Rand des Glasvlieses be- trägt rundum 50 mm, so dass das fertige Bauteil auf das Endmaß besäumt werden kann, ohne den Draht zu beschädigen. An die Enden der Leiterbahn werden Kontaktierungselemente, nämlich Kupferplättchen mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Dicke von 3 mm ange- lötet. Die Kontakte werden von beiden Seiten mittels Polyestervlieseinlagen isoliert. Es wird ein Stapel aus 4 Carbonfasergelegen und Trägermaterial mit dem Leiter (Glasvlies mit Kup- ferdraht) und einerweiteren Lage Glasvlies (Reihenfolge: Carbonfasergelege/Carbonfaserge- lege/Glasvlies/Glasvlies mit Kupferdraht/Carbonfasergelege/Carbonfasergelege) übereinan- dergelegt und im Nasspressverfahren unter Verwendung eines Epoxidharzes als Matrixwerk- stoff zu einem Faserverbundbauteil verpresst. Nach Aushärten des Bauteils werden die Kon- taktierungsflächen mittels eines spanenden Verfahrens (Bohren, Fräsen) wieder freigelegt. Die so freigelegten Kontaktstellen können dann mittels Federstiften elektrisch kontaktiert wer- den.

FIGUREN LISTE

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren angegebenen Ausfüh- rungsbeispiele näher erläutert.

Kurzbeschreibung:

Fig. 1 zeigt einen Lagenstapel für ein Faserverbundbauteil mit einem elektrischen Leiter.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Faserverbundbauteil, in welchem ein isolierter elektrisch leitfähi- ger Draht angeordnet ist und die Kontaktierung über Kontaktierungselemente in gebohrten Vertiefungen erfolgen kann.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Faserverbundbauteil, in welchem ein isolierter elektrisch leitfähi- ger Draht angeordnet ist und die Kontaktierung über seitliche Kontaktierungselemente erfol- gen kann.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Faserverbundbauteil, in welchem ein isolierter elektrisch leitfähi- ger Draht angeordnet ist und die Kontaktierung über Kontaktierungselemente in gefrästen Ver- tiefungen/Ausklinkungen erfolgen kann.

Fig. 5 zeigt schematisch ein Faserverbundbauteil, in welchem ein isolierter elektrisch leitfähi- ger Draht angeordnet ist und die Kontaktierungselemente sich außerhalb des Bauteils befin- den

Ausführliche Beschreibung:

Fig. 1 zeigt schematisch einen Aufbau eines Faserverbundbauteils (1). Auf dem isolierenden Trägermaterial (2), ist ein elektrischer Leiter (3) mit mäanderförmigem Verlauf und zwei Kon- taktierungspunkten (4) an den Enden des Leiters aufgebracht und darüber eine weitere Schicht isolierendes Material (5) angeordnet. Das System aus Trägermaterial, elektrischem Leiter und Materialisolierschicht ist in eine Abfolge von textilen Lagen (6) eingebettet, die wie- derrum von einem Matrixmaterial umgeben werden (nicht dargestellt).

Fig. 2 zeigt schematisch, wie die vollständig in einem Faserverbundbauteil (1) eingebetteten Kontaktierungselemente (4) des Leiters (3) in gebohrten Vertiefungen (7) von einer der Bau- teilaußenseiten freigelegt und so kontaktiert werden können, um das durch den Leiter gebil- dete Sensorelement (3) mit einer Auswerteeinheit (nicht gezeigt) zu verbinden. Die Vertiefung kann mit einem Deckelement (nicht gezeigt) verschlossen werden, um die Kontaktierungsele- mente zu schützen.

Fig. 3 zeigt schematisch, wie die Kontaktierungselemente (4) des in einem Faserverbundbau- teil (1) eingebetteten Leiters (3) so platziert werden können, dass sie von einer Seitenfläche (8) des Bauteils angeschnitten und so ohne zusätzliche Bohrung direkt kontaktiert werden können, um das durch den Leiter gebildete Sensorelement mit der Auswerteeinheit (nicht ge- zeigt) zu verbinden. So wird vermieden, dass Bauraum oberhalb des Faserverbundbauteils für die Kontaktierung mit der Auswerteeinheit (nicht gezeigt) benötigt wird.

Fig. 4 zeigt schematisch, wie die vollständig innerhalb des Faserverbundbauteils (1) eingebet- teten Kontaktierungspunkte (4) des Leiters (3) durch gefräste Vertiefungen/Ausklinkungen (9) freigelegt und so von der Seitenfläche (8) kommend kontaktiert werden können, um das durch den Leiter gebildeten Sensorelement mit der Auswerteeinheit (nicht gezeigt) zu verbinden. So wird vermieden, dass Bauraum oberhalb des Faserverbundbauteils für die Kontaktierung mit der Auswerteeinheit benötigt wird.

Fig. 5 zeigt schematisch, wie wenigstens eines der Enden des Leiters (3) direkt über eine Seitenfläche (8) des Faserverbundbauteils (1) nach außen geführt werden kann, so dass sich die Kontaktierungselemente (4) außerhalb des Bauteils befinden und dort kontaktiert werden können, um das durch den Leiter gebildete Sensorelement mit der Auswerteeinheit (nicht ge- zeigt) zu verbinden.

Bezugszeichen

1 Faserverbundbauteil

2 Trägermaterial

3 elektrischer Leiter

4 Kontaktierungselemente

5 Isolationsschicht

6 Textile Lagen

7 Bohrungen für Kontaktierungselement

8 Seitenfläche

9 Vertiefungen/Ausklinkungen