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Title:
HYBRID COMPONENT HAVING A TEMPERATURE-CONTROL SPACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/105845
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hybrid component, in particular as a wall of an energy storage unit, comprising a metal part and a plastic part, wherein the metal part and the plastic part are interlockingly and/or frictionally connected to each other and/or integrally bonded to each other, characterized in that the hybrid component has at least one temperature-control space for conducting a heat-carrying or cold-carrying medium therethrough. The invention further relates to a method for producing a hybrid component of this type.

Inventors:
KALEMBA, Dieter (Kantstrasse 60, Velbert, 42553, DE)
SCHONGEN, Fabian (Erlenweg 28, Kempen, 47906, DE)
GRUNDEN, Philipp (Mündelheimer Str. 59, Duisburg, 47259, DE)
PATBERG, Lothar (Friesenstraße 35, Moers, 47445, DE)
WALTER, Andreas (Zillertalstraße 142, Bochum, 44807, DE)
FERKEL, Hans (Karlsruher Straße 87, Mülheim, 45478, DE)
Application Number:
EP2018/082231
Publication Date:
June 06, 2019
Filing Date:
November 22, 2018
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP STEEL EUROPE AG (Kaiser-Wilhelm-Straße 100, Duisburg, 47166, DE)
THYSSENKRUPP AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
International Classes:
H01M10/6556; F01D25/14; G06F1/20
Foreign References:
FR2090342A11972-01-14
EP1858614A12007-11-28
EP2661784A22013-11-13
DE102011002415A12012-07-05
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Hybridbauteil (1 ) insbesondere als Wandung einer Energiespeichereinheit, aufwei- send eine Metall-Komponente (2) und eine Kunststoff-Komponente (3), wobei die Me- tall-Komponente (2) und die Kunststoff-Komponente (3) formschlüssig und/oder kraft- schlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeich- net, dass das Hybridbauteil (1 ) mindestens einen Temperierraum (4) zur Durchleitung eines wärmeführenden oder kälteführenden Mediums aufweist.

2. Hybridbauteil (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Metall-Komponente (2) zumindest in ei- nem Kontaktbereich zur Kunststoff-Komponente (3) eine modifizierte Oberfläche oder eine Kunststoffkoppelschicht aufweist.

3. Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch den min- destens einen Temperierraum (4) ein gasförmiges oder flüssiges oder festes Medium oder eine Dispersion leitbar ist.

4. Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Temperierraum (4) durch einen Kanal in der Kunststoff-Komponente (3) oder durch einen in der Kunststoff-Komponente (3) eingebetteten Wärmeleiter gebildet wird.

5. Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der Kunst- stoff-Komponente (3) zugewandte erste Oberfläche der Metall-Komponente (2) eine Wellenform aufweist und/oder eine der Metall-Komponente (2) zugewandte zweite Oberfläche der Kunststoff-Komponente (3) eine Wellenform aufweist und der Tempe- rierraum (4) zwischen der ersten und zweiten Oberfläche gebildet ist.

6. Hybridbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hybridbauteil (1 ) eine weitere Kunststoff-Komponente (7) und eine weitere Metall-Komponente (6) aufweist, wobei die Kunststoff-Komponente (3) und die weitere Kunststoff-Komponente (7) zwi- schen der Metall-Komponente (2) und der weiteren Metall-Komponente (6) angeord- net sind und der mindestens eine Temperierraum (4) zumindest teilweise zwischen einer wellenförmigen ersten Oberfläche der Kunststoff-Komponente (3) und einer wellenförmigen zweiten Oberfläche der weiteren Kunststoff-Komponente (7) gebildet ist.

7. Hybridbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hybridbauteil (1 ) eine weitere Metall-Komponente (6) aufweist, wobei die Kunststoffkomponente (3) in Form von Abstandshaltern (3‘, 7‘) zwischen der Metall-Komponente (2) und der weiteren Metall-Komponente (6) angeordnet ist und der mindestens eine Temperierraum (4) zwischen der Metall-Komponente (2) und der weiteren Metall-Komponente (6) gebil det ist.

8. Hybridbauteil (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hybridbauteil (1 ) ein weiteres Bauteil (5) aufweist und der mindestens eine Temperierraum (4) zwischen einer wellenförmigen Oberfläche der Kunststoff-Komponente (3) und dem weiteren Bauteil (5) gebildet ist.

9. Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hybridbau- teil (1 ) Schlauchanschlüsse und/oder Halterungen und/oder versteifende Elemente und/oder Anschläge und/oder Rastelemente und/oder Stützelemente aufweist.

10. Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der Kunst- stoff-Komponente (3) abgewandte Oberfläche der Metall-Komponente (2) verzinkt ist.

1 1. .Hybridbauteil (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metall-Kom- ponente zumindest in einem Kontaktbereich zur Kunststoff-Komponente eine modifi- zierte Oberfläche und/oder eine Kunststoffkoppelschicht aufweist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis

10, wobei die Kunststoff-Komponente (3) durch thermisches Pressen oder Kunst- stoffspritzguss oder Fließpressen mit einem Kern oder Fließpressen mit einem Einle- ger geformt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Kunststoff-Komponente (3) durch Laminieren mit der Metall-Komponente (2) verbunden wird.

14. Verfahren zur Herstellung einer Hybridbauteils (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis

1 1 , wobei die Kunststoff-Komponente (3) mit der Metall-Komponente (2) verbunden wird und der mindestens eine Temperierraum (4) anschließend durch lokal fokussier- te elektromagnetische Strahlung im Inneren der Kunststoff-Komponente (3) erzeugt wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils (1 ) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Metall-Komponente (2) durch Blechumformung hergestellt wird.

Description:
BESCHREIBUNG

Titel

Hybridbauteil mit Temperierraum

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridbauteil insbesondere als Wandung einer Ener- giespeichereinheit, aufweisend eine Metall-Komponente und eine Kunststoff-Komponente, wobei die Metall-Komponente und die Kunststoff-Komponente formschlüssig und/oder kraft- schlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Derartige Hybridbauteile sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Durch die Verbindung einer Metall-Komponente und einer Kunststoff-Komponente lassen sich die Vorteile beider Materialen, insbesondere die relativ hohe Festigkeit des Me- talls und die gute Formbarkeit des Kunststoffs miteinander kombinieren. Bei der Verwendung in einer technischen Vorrichtung, in der es zu lokaler Wärmentwicklung kommt, ist es häufig notwendig, eine zusätzliche Komponente zur Temperaturkontrolle anzubringen. Für die Ab- wärme, die beim Laden und beim Betrieb einer Energiespeichereinheit anfällt, wird die Tem- peraturkontrolle dagegen häufig in die Wandung oder in stabilisierende Stützelemente inte- griert. Aus der DE 10 201 1 002 415 A1 ist beispielsweise eine Temperierplatte für eine gal vanische Zelle bekannt, die optional einen Kanal zum Führen eines Temperiermittels aufwei- sen kann. Die Temperierplatte ist dabei zumindest abschnittsweise aus einem Kunststoff- compound gebildet, welcher ein Additiv zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit enthält. Der Nachteil eines derartigen Bauteils liegt in der relativ geringen Festigkeit und Belastbarkeit des Kunststoffmaterials.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein temperierbares Bau- teil mit hoher Formstabilität bereitzustellen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Hybridbauteil insbesondere als Wandung einer Energie- speichereinheit vorgeschlagen, aufweisend eine Metall-Komponente und eine Kunststoff- Komponente, wobei die Metall-Komponente und die Kunststoff-Komponente formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei das Hy- bridbauteil mindestens einen Temperierraum zur Durchleitung eines wärmeführenden oder kälteführenden Mediums aufweist.

Bei dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil ist der Temperierraum entweder durch einen Ka nal oder Hohlraum im Inneren der Kunststoff-Komponente gebildet oder ist zwischen der Metall- und der Kunststoff-Komponente angeordnet, so dass jede der beiden Komponenten jeweils einen Teil der Begrenzung des Temperierraums darstellen. Der so gebildete Tempe- rierraum dient dazu, Wärme zu transportieren, wobei der Wärmefluss entweder zu dem Hy- bridbauteil hin oder von ihm weg gerichtet sein kann. Zu diesem Zweck wird durch den Temperrierraum ein wärmeführendes oder kälteführendes Medium geleitet. Der Begriff „Durchleiten“ ist hier so aufzufassen, dass das Medium entweder durch den Temperraum transportiert wird oder, beispielsweise in Form eines festen Wärmeträgers den Temperier- raum ausfüllt und der Wärmetransport über die Wärmeleitung im Medium erreicht wird. Erfin- dungsgemäß bevorzugt weist das Hybridbauteil eine Mehrzahl solcher Temperierräume auf. Mit dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil lässt sich eine Wandung, ein Gehäuse oder stabi- lisierende Stützelemente für eine technische Vorrichtung realisieren. Durch den, direkt in das Hybridbauteil integrierten Temperierraum lässt sich das Hybridbauteil bei Vorrichtungen mit sich erwärmenden Komponenten direkt am Ort der lokalen Erwärmung für einen Tempera- turausgleich einsetzen. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise leichtere und kompaktere Bauformen erzielen. Mögliche Anwendungen für das erfindungsgemäße Hybridbauteil sind neben Wandungen für Energiespeichereinheiten auch Gehäuse für elektrische Maschinen, Innenraumkühlungen für Fahrzeuge, Werkzeugmaschinen, Kühlcontainer, Sattelauflieger, Leitstände, Aufzüge oder Wohncontainer.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Metall-Komponente zumin- dest in einem Kontaktbereich zur Kunststoff-Komponente eine modifizierte Oberfläche und/oder eine Kunststoffkoppelschicht auf. Über die modifizierte Oberfläche oder die Kunst- stoffkoppelschicht ist die Metall-Komponente form- und/oder stoffschlüssig mit der Kunst- stoff-Komponente verbunden.

Eine modifizierte Oberfläche im Sinne der Erfindung ist das Ergebnis einer Oberflächenbe- handlung. Bei der Oberflächenbehandlung kann es sich um eine Plasmabehandlung, Plas- mabeschichtung, Koronabehandlung oder das Aufträgen einer Schicht handeln. Das Auftra- gen einer Schicht kann mit jedem dem Fachmann bekannten und für die Schicht und für die Oberfläche der Metall-Komponente geeigneten Verfahren durchgeführt werden, bevorzugt mittels eines Verfahrens ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus Gas- phasenabscheidung, Spritzen, Lackieren, Tauchlackierung, Schmelztauchen, Schlitzdüsen- beschichten, Rakelbeschichten, Tauchbeschichten, Sprühbeschichten, Walzbeschichten, Galvanisierten, thermisches Spritzen, Coil Coating, Gripp Coating und Pulverbeschichten. Aufgrund der oben genannten Oberflächenbehandlung oder Aufträgen einer Schicht ist die modifizierte Oberfläche, also die Grenzfläche der Metall-Komponente oder Kontaktfläche, eine die Haftung der Kunststoff-Komponente verbessernde Oberfläche. Die Oberfläche der Metall-Komponente liegt so modifiziert vor, dass sie im Vergleich zu einer Oberfläche ohne diese Modifikation, eine bessere Haftung der Kunststoff-Komponente gewährleistet.

In einer Alternative ist die modifizierte Oberfläche eine gereinigte Oberfläche. Die Reinigung erfolgt mit einem dem Fachmann bekannten Verfahren.

In einer weiteren Alternative ist die modifizierte Oberfläche als Grenzfläche (Kontaktfläche) der Metall-Komponente, die auch als Grenzschicht ausgebildet sein kann, nachweisbar. Bei der modifizierten Oberfläche handelt es sich in dieser Alternative nicht um eine Metalloberflä- che bzw. Phase die in allen Eigenschaften identisch zu jener der Metall-Komponente ist. Vielmehr liegt eine der Metall-Komponente zuzuordnende, nachweisbare Grenzfläche auf der Metall-Komponente vor, welche aufgrund einer durch geführten Modifikation andere Ei- genschaften aufweist als eine nichtbehandelte Metallblechoberfläche. Eine Reinigung, also das Entfernen von Verunreinigungen, entspricht in dieser Alternative nicht einer Verbesse- rung der Oberfläche, da durch die Reinigung keine Modifikation der Grenzfläche stattfindet und somit auch keine nachweisbare, modifizierte Oberfläche vorliegt.

In einer Ausführung wird auf die Metall-Komponente, unmittelbar oder auf eine wie oben be- schriebene modifizierte Oberfläche, eine die Haftung der Kunststoff-Komponente verbes- sernde Schicht aufgetragen. Bevorzugt wird dazu die Metall-Komponente zumindest in ei- nem Kontaktbereich zur Kunststoff-Komponente mit einer wässerigen Konversionszusam- mensetzung in Kontakt gebracht, die Zink, Mangan und Phosphorpentoxid enthält.

Das Aufträgen der wässrigen Konversionszusammensetzung kann mit dem Fachmann be- kannten Verfahren durchgeführt werden, bevorzugt mittels eines Verfahrens ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus Spritzen, Schlitzdüsenbeschichten, Rakelbe- schichten, Tauchbeschichten, Sprühbeschichten, Walzbeschichten und Coil Coating. An- schließend wird der hiermit hergestellte Flüssigkeitsfilm aufgetrocknet, sodass eine Schicht ausgebildet wird.

In einer weiteren Ausführung wird alternativ oder zusätzlich zu der modifizierten Oberfläche und/oder zu der Konversionszusammensetzung eine Kunststoffkoppelschicht aufgetragen. Das Aufträgen der Kunststoffkoppelschicht kann mit jedem dem Fachmann bekannten und für die Schicht und für die Oberfläche der Metall-Komponente geeigneten Verfahren durch- geführt werden, bevorzugt mittels eines Verfahrens ausgewählt aus der Gruppe wie oben für Schichten beschrieben. In einer bevorzugten Alternative wird die Kunststoffkoppelschicht als Polymerfilm auf die, gegebenenfalls wie oben beschrieben vorbehandelte, Metall-Komponen- te aufgetragen. Die Metall-Komponente und der Polymerfilm, der die Kunststoffkoppelschicht bildet, werden gegebenenfalls einzeln oder zusammen erhitzt, zusammengeführt und anein- ander gelegt sowie miteinander verpreßt. In einer Alternative wird als Polymerfilm ein ther- moplastischer Kunststoff oder eine Mischung aus thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus: Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), thermoplastisches Elastomer und Compounds dieser Kunststoffe, wobei Polyamid, Polyethylen oder deren Mischungen bevor- zugt sind. Im Sinne der Erfindung ist ein Compound eine Zusammensetzung enthaltend ein Polymer oder eine Kombination von mindestens 2 Polymeren (als Polyblend und/oder Copo- lymer) sowie weitere Stoffe ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus: Füll- stoffe, Verstärkungsstoffe, Additive, Stabilisatoren, Initiatoren und Antioxidantien. In einer Alternative enthält die Kunststoffkoppelschicht auf der Metall-Komponente ein Reaktionspro- dukt aus Polyamid, Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polyethylen und Reaktivpolymer, sowie gegebenenfalls noch die genannten Edukte und gegebenenfalls Füllstoffe, nicht verbrauchte Initiatoren und/oder Peroxide, Antioxidantien, oder besteht daraus. Die Kunststoffkoppel- schicht auf der Metall-Komponente weist eine Dicke zwischen 0,005 und 2,0 mm, bevorzugt 0,005 und 1 ,5 mm, 0,005 und 1 ,0 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,02 und 2,0 mm, bevorzugt 0,02 und 1 ,5 mm, 0,02 und 1 ,0 mm, 0,005 und 1 ,0 mm, 0,02 und 1 ,0 mm, 0,01 und 1 ,0 mm, insbesondere 0,02 und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,03 und 0,2 mm auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist durch den mindestens einen Temperierraum ein gasförmiges oder flüssiges oder festes Medium oder eine Dispersi- on (heterogenes Gemisch) geleitet. Im Sinne der Erfindung bedeutet dies, dass ein gasförmi- ges oder flüssiges oder festes Medium oder eine Dispersion durch den Temperierraum leist bar ist oder sich darin befindet, also das der Temperierraum ein gasförmiges oder flüssiges festes Medium oder eine Dispersion aufweist bzw. beinhaltet oder enthält. Das Medium nimmt an den Wänden des Temperierraums entweder Wärme auf oder gibt diese an die Wände ab, wobei der Transport der Wärme durch den Temperieraum entweder durch Wär- meleitung oder durch einen Transport des Mediums selbst vor sich geht. Bei dem Medium kann es sich im einfachsten Falle um Luft handeln, die durch den Temperierraum strömt und an der Kontaktfläche zur Kunststoff- oder Metall-Komponente Wärme zu- oder abführt. Erfin- dungsgemäß bevorzugt handelt es sich um ein flüssiges Medium, das durch eine Pumpe durch den Temperierraum bewegt wird. Denkbar ist auch, dass es sich bei dem Medium um ein festes Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit handelt, so dass der Transport der Wärme über Wärmeleitung stattfindet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der mindestens eine Temperierraum durch einen Kanal in der Kunststoff-Komponente oder durch einen in der Kunststoff-Komponente eingebetteten Wärmeleiter gebildet. In dieser Ausführungsform ist der Temperierraum vollständig in der Kunststoff-Komponente gebildet. Vorteilhafterweise lässt sich im Herstellungsprozess dafür die gute Formbarkeit des Kunststoffs ausnutzen und die geformte Kunststoff-Komponente mit dem Temperierraum anschließend mit der Metall- Komponente verbinden. Die geometrische Form des Temperierraums kann dabei sowohl an die Erfordernisse des Herstellungsprozesses angepasst sein, als auch darauf ausgerichtet sein, einen möglichst effektiven Wärmeübertrag zu realisieren. Handelt es sich bei dem Tem- perierraum um einen Kanal, durch den ein flüssiges oder gasförmiges Medium strömt, kann außerdem durch die Form des Kanals ein wünschenswertes Strömungsverhalten erzeugt werden, indem beispielsweise durch einen geraden Kanalverlauf dem Durchfluss ein mög- lichst geringer Widerstand entgegen gesetzt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist eine der Kunststoff-Komponen- te zugewandte erste Oberfläche der Metall-Komponente eine Wellenform auf und/oder eine der Metall-Komponente zugewandte zweite Oberfläche der Kunststoff-Komponente weist eine Wellenform auf und der Temperierraum ist zwischen der ersten und zweiten Oberfläche gebildet. Der Temperierraum lässt sich in dieser Ausführungsform vorteilhafterweise beson- ders einfach hersteilen, da er im Wesentlichen durch eine einfache Formgebung einer oder beider Komponenten und das anschließende Zusammenfügen der beiden Komponenten gebildet wird. Erfindungsgemäß bevorzugt ist die wellenförmige erste Oberfläche der Metall- Komponente an einer ebenen Oberfläche der Kunststoff-Komponente angeordnet, so sich zwischen dem Wellenprofil und dem geraden Profil mehrere kanalförmige Hohlräume erge- ben, die als Temperierräume fungieren. Besonders bevorzugt ist die Metall-Komponente eine wellenförmige Metallplatte. Als Metall kommen Aluminium-, Magnesium- und vorzugs- weise Stahlwerkstoffe in Betracht, insbesondere ist die wellenförmige Metallplatte ein wellen- förmiges Stahlblech. Die Metallplatte weist eine Dicke zwischen 0,2 und 6,0 mm, insbeson- dere zwischen 0,2 und 4,0 mm, 0,2 und 2,0 mm, 0,2 und 1 ,5 mm, bevorzugt 0,3 und 6,0 mm, 0,3 und 4,0 mm, 0,3 und 2,0 mm, 0,3 und 1 ,5 mm, 0,3 und 1 ,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,4 und 6,0 mm, 0,4 und 4,0 mm, 0,4 und 2,0 mm, 0,4 und 1 ,5 mm, 0,4 und 1 ,0 mm auf. Alternativ ist auch denkbar, dass die Kunststoff-Komponente ein wellenförmiges Profil auf- weist und an einer ebenen Oberfläche der Metall-Komponente angeordnet ist. Eine weitere erfindungsgemäß bevorzugte Möglichkeit besteht darin, dass sowohl die Metall- als auch die Kunststoff-Komponente als wellenförmig geformte Platten vorliegen, wobei die Wellenkäm- me der Metall-Komponente mit den entgegengesetzt gekrümmten Wellenkämmen der Kunst- stoff-Komponente verbunden sind, so dass die Temperierräume zwischen den entsprechen- den, einander gegenüber liegenden Wellentälern gebildet sind. Erfindungsgemäß bevorzugt ist die Verbindung stoffschlüssig, wobei die Metalloberfläche zusätzlich mit einer Kunststoff- koppelschicht versehen ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Hybridbauteil eine weitere Kunststoff-Komponente und eine weitere Metall-Komponente auf, wobei die Kunststoff-Kom- ponente und die weitere Kunststoff-Komponente zwischen der Metall-Komponente und der weiteren Metall-Komponente angeordnet sind und der mindestens eine Temperierraum zu- mindest teilweise zwischen einer wellenförmigen ersten Oberfläche der Kunststoff-Kompo- nente und einer wellenförmigen zweiten Oberfläche der weiteren Kunststoff-Komponente gebildet ist. Das Hybridbauteil besteht bei dieser Ausgestaltung aus insgesamt vier Kompo- nenten, wobei die beiden Kunststoff-Komponenten zwischen den Metall-Komponenten ange- ordnet sind und mit diesen vorzugsweise stoffschlüssig verbunden sind. Dabei ist eine, von der Metall-Komponente abgewandte erste Oberfläche der Kunststoff-Komponente wellenför- mig ausgebildet und einer ebenfalls wellenförmig ausgebildeten zweiten Oberfläche der an- deren Kunststoff-Komponente zugewandt. Die Wellenkämme der beiden Kunststoffoberflä- chen sind stoffschlüssig verbunden, so dass die, einander gegenüber liegenden Wellentäler Kanäle bilden, die als Temperierräume fungieren. Diese Anordnung lässt sich vorteilhafter- weise dadurch hersteilen, dass zwei identische Metall-Kunststoff-Hybridstrukturen spiegel- bildlich zueinander angeordnet und stoffschlüssig verbunden werden. Denkbar ist auch, dass eine einzige Metall-Kunststoff-Hybridstruktur mit gewellter Kunststoffoberfläche so gefaltet wird, dass jeweils zwei Wellenkämme aufeinander liegen und verbunden werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Hybridbauteil eine weitere Metall-Komponente auf, wobei die Kunststoffkomponente in Form von Abstandshaltern zwi- schen der Metall-Komponente und der weiteren Metall-Komponente angeordnet ist und der mindestens eine Temperierraum zwischen der Metall-Komponente und der weiteren Metall- Komponente gebildet ist. Die beiden Metall-Komponenten liegen vorzugsweise als Stahl- Platten oder -bleche vor und die Kunststoff-Komponente hat vorzugsweise die Form von Säulen oder Balken, die zwischen den Metall-Komponenten angeordnet sind. Auf diese Wei- se kann sich entweder ein einziger, zusammenhängender Temperierraum ergeben oder eine Anordnung von Kanälen, bei denen die Abstandshalter als Trennwände zwischen den einzel- nen Kanälen wirken. Bei dieser Ausführungsform ist ein Temperierraum zumindest teilweise von einer oder beiden Metall-Komponenten begrenzt, so dass ein, durch den Temperierraum geleitetes Medium vorteilhafterweise direkt mit der Metall-Komponente in Kontakt steht und die Wärmeübertragung auf das Medium dadurch besonders effizient verläuft.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Hybridbauteil ein weiteres Bauteil auf und der mindestens eine Temperierraum ist zwischen einer wellenförmigen Ober- fläche der Kunststoff-Komponente und dem weiteren Bauteil gebildet. Der Temperierraum oder vorzugsweise eine Mehrzahl von Temperierräumen wird auf diese Weise zwischen den konkaven Einbuchtungen der weilenförmigen Kunststoffoberfläche und der, der Kunststoffo- berfläche zugewandten Oberfläche des Bauteils gebildet. So wird auf besonders einfache Weise ein Temperierraum für das Bauteil zur Verfügung gestellt, bei dem der Temperierraum vorteilhafterweise teilweise von dem Bauteil begrenzt wird, so dass ein, durch den Tempe- rierraum geleitetes Medium besonders effektiv Wärme von dem Bauteil aufnehmen oder an es abgeben kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Hybridbauteil Schlauchan- schlüsse und/oder Halterungen und/oder versteifende Elemente und/oder Anschläge und/oder Rastelemente und/oder Stützelemente auf. Zusätzliche Elemente aus Kunststoff können vorteilhafterweise beim Herstellungsprozess direkt an das Hybridbauteil angespritzt und/oder angeformt werden. Über die Schlauchanschlüsse lässt sich vorteilhafterweise ein Anschluss für die Ein- und Rückleitung des, durch den Temperierraum geleiteten Mediums direkt in das Hybridbauteil integrieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine der Kunststoff-Komponente abgewandte Oberfläche der Metall-Komponente verzinkt. Die Verzinkung erzeugt vorteilhaf- terweise neben einem zusätzlichen Korrosionsschutz auch eine erhöhte Wärmeabstrahlung.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen Hybridbauteils, wobei die Kunststoff-Komponente durch thermisches Pressen oder Kunststoffspritzguss oder Fließpressen mit einem Kern oder Fließpressen mit einem Einleger geformt wird. Bei dem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um einen thermo- plastischen Kunststoff wie beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polyactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephtha- lat (PET), Polyurethan (PU), Polyphenylsulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyvinylchlorid (PVC) oder beliebige Mischungen dieser Kunststoffe. Möglich sind auch duroplastische Kunststoffe, Elastomere sowie thermoplastische Elastomere. Weitere mögliche Materialen sind Hochleis- tungskunststoffe für Anwendungen bei höheren Temperaturen wie Polyaryle, Aromatische Polyester (Polyarylate) und Polyamide (Polyaramide) wie Poly-m-phenylenisophthalamid (PMI), Heterocyclische Polymere wie Polyimide, Polybenzimidazole und Polyetherimid, Poly- etherimide, Polybenzimidazole (PBI), Aromatische Polyamide auf Basis von Poly-m-phenyle- nisophthalamid (PMI), Polyaramid-Fasern, Flüssigkristallpolymere (LCP Liquid Crystalline Polymers), Fluorpolymere, Perfluoralkoxylalkan (PFA), Polyphenylene etc. Denkar sind auch Verbindungen in denen Basis-Polymere durch Zuschlagstoffe wärme- und/oder elektrisch leitfähig gemacht oder anderweitig funktionalisiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kunststoff-Komponente durch Laminieren mit der Metall-Komponente verbunden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen Hybridbauteils, wobei die Kunststoff-Komponente mit der Metall-Komponente verbunden wird und der mindestens eine Temperierraum anschließend durch lokal fokussier- te elektromagnetische Strahlung im Inneren der Kunststoff-Komponente erzeugt wird. Da- durch wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Formgebung der Kunststoffkomponente vor dem Verbinden mit der Metall-Komponente besonders einfach erfolgen kann. Im einfachsten Fall kann beispielsweise lediglich eine Kunststoffplatte als Ausgangsmaterial verwendet wer- den, in der nach dem Verbinden mit der Metall-Komponente die Temperierräume mit fokus- sierten Laserstrahlen erzeugt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Me- tall-Komponente durch Blechumformung hergestellt. Dieser Verfahrensschritt ist mit allen vorgenannten Ausgestaltungen der Herstellungsverfahren kombinierbar.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnun- gen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen an- hand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausfüh- rungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung. Die Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfin- dung.

Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung.

Die Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung.

Die Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung.

Die Figur 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfin- dung.

Die Figur 7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung. Die Figur 8 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel eines Hybridbauteils gemäß der Erfindung. Die Figur 9 zeigt eine Alternative zur Ausgestaltung eines Temperierraums.

Die Figur 10 zeigt eine weitere Alternative zur Ausgestaltung eines Temperierraums.

Ausführungsformen der Erfindung

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen ver- sehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In der Figur 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Hybridbauteil 1 aus einer Metall-Komponente 2, vorzugsweise einem Stahlblech, auf der eine Kunststoff-Kompo- nente 3 in Form einer Kunststoffschicht angeordnet und mit dieser stoffschlüssig verbunden ist. Die Metalloberfläche kann dafür zusätzlich mit einer Kunststoffkoppelschicht versehen sein. Die Temperierräume 4 werden durch mehrere, in der Kunststoff-Komponente 3 verlau- fende Kanäle gebildet, die in der abgebildeten Ausführung einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Denkbar sind auch andere Querschnittsformen, wobei sich die Form und Größe des Querschnitts daran orientieren sollte, dass sich die Kanäle zum einen während des Her- io

Stellungsprozesses gut formen lassen und sich zum anderen das jeweilige wärmetransportie- rende oder kältetransportierende Medium gut durch die Kanäle leiten lässt. Das Medium kann entweder in gasförmiger oder flüssiger Form durch die Kanäle strömen oder in Form ei- nes gut wärmeleitenden Feststoffs in den Kanälen eingebettet sein.

In der Figur 2 ist schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Hybridbauteil 1 aus einer wellenförmig geformten Metall-Komponente 2, die auf einer Kunststoff-Komponente 3 angeordnet ist. Die wellenförmige Metall-Komponente 2 ist in den Kontaktbereichen mit der Kunststoff-Komponente 3 mit dieser stoffschlüssig verbunden und die Oberfläche der Metall- Komponente 2 kann dafür zusätzlich mit einer Kunststoffkoppelschicht versehen sein. Die Temperierräume 4 werden von den Hohlräumen geformt, die die Zwischenräume zwischen der Metall- und der Kunststoff-Komponente 3, 4 bilden.

In der Figur 3 ist schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Das Hybridbauteil 1 besteht hier aus einer wellenförmigen Me- tall-Komponente 2 und einer ebenfalls wellenförmigen Kunststoff-Komponente 3, die spiegel- bildlich zueinander angeordnet sind und an den Kontaktflächen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Bei der Metall-Komponente 2 handelt es sich um ein Stahlblech, das zumin- dest an der Kontaktfläche zur Kunststoff-Komponente 3 eine Kunststoffkoppelschicht aufwei- sen kann. Die Temperierräume 4 werden von den Kanälen gebildet, die sich durch die Wel- lenformen der beiden Komponenten 2, 3 ergeben.

In der Figur 4 ist schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Hier ist eine wellenförmig gestaltete Kunststoff-Komponente 3 an einer flachen Metall-Komponente 2 angeordnet und mit ihr an den Kontaktstellen mit Hilfe einer Kunststoffkoppelschicht stoffschlüssig verbunden. Die Kanäle ergeben sich, analog zu Figur 2, aus den Zwischenräumen zwischen der Metall- und der Kunststoff-Komponente 2, 3.

In der Figur 5 ist schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Die Kunststoff-Komponente 3 weist hier an der Oberseite eine wellenförmige Kontur auf, auf die oben eine Metall-Komponente 2 aufgebracht ist. Die Me- tall-Komponente 2 weist zumindest an den Kontaktstellen zur Kunststoff-Komponente 3 eine Kunststoffkoppelschicht auf und ist mit der Kunststoff-Komponente 3 stoffschlüssig verbun- den. Die Temperierräume 4 werden von den konkaven Einbuchtungen der weilenförmigen Kontur gebildet, die mit der Metall-Komponente 2 kanalförmige Hohlräume einschließen. In der Figur 6 ist schematisch ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Die Kunststoff-Komponente 3 ist hier auf der Metall-Komponen- te 2 angeordnet und mit ihr stoffschlüssig verbunden. Eine solche Verbindung lässt sich bei- spielsweise einfach dadurch erreichen, dass die Kunststoff-Komponente 3 durch Laminieren auf die Metall-Komponente 2 aufgebracht wird. Vorzugsweise weist die Metall-Komponente 2 dafür zusätzlich eine Kunststoffkoppelschicht auf. Die der Metall-Komponente 2 abgewandte Seite der Kunststoff-Komponente 3 weist eine wellenförmige Kontur auf, die so an einem Bauteil 5 anliegt, dass zwischen den Kontaktstellen kanalförmige Zwischenräumen entste- hen, die als Temperierräume 4 fungieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Tem- perierräume 4 teilweise von einer Oberfläche des Bauteils 5 begrenzt, so dass ein durch die Temperierräume 4 geleitetes Medium vorteilhafterweise Wärme direkt am Bauteil 5 aufneh- men oder abgeben kann.

In der Figur 7 ist schematisch ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Das Hybridbauteil 1 wird hier von zwei Metall-Komponenten 2, 6 und zwei Kunststoff-Komponenten 3, 7 gebildet, wobei die beiden Kunststoff-Komponenten 3, 7 zwischen den Metall-Komponenten 2, 6 angeordnet und mit ihnen mit Hilfe einer Kunst- stoffkoppelschicht stoffschlüssig verbunden sind. Die beiden Kunststoff-Komponenten 3, 7 weisen jeweils an ihrer, der jeweiligen Metall-Komponente 2, 6 abgewandten Seite eine wel- lenförmige Kontur auf und sind an den Kontaktstellen miteinander stoffschlüssig verbunden, so dass zwischen den Einbuchtungen der beiden wellenförmigen Konturen Kanäle gebildet sind, die als Temperierraum 4 fungieren.

In der Figur 8 ist schematisch ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 1 abgebildet. Das Hybridbauteil 1 besteht hier aus zwei Metall-Komponenten 2, 6, die über Abstandshalter 3‘, 7‘ aus Kunststoff so beabstandet sind, dass sich zwischen den beiden Metall-Komponenten 2, 6 mehrere nebeneinander angeordnete Kanäle bilden, die durch die Abstandshalter 3‘, 7‘ voneinander getrennt sind. Die Kunststoff-Komponente 3 wird bei diesem Ausführungsbeispiel von den Abstandshaltern 3‘, T gebildet und die Tempe- rierräume 4 von den zwischen den Metall-Komponenten 2, 6 verlaufenden Kanälen. Diese Ausführungsform lässt sich in einfacher Weise hersteilen, indem die Abstandshalter 3‘, 7‘ aus Kunststoff in einem ersten Herstellungsschritt auf den Metall-Komponenten 2, 6 ange- ordnet und mit ihnen stoffschlüssig verbunden werden, wobei die Metall-Komponenten 2, 6 dafür eine Kunststoffkoppelschicht aufweisen, über die sich die Verbindung zwischen Metall und Kunststoff verbessern lässt. In einem zweiten Herstellungsschritt wird die Metall-Kompo- nente 2 mit den Abstandshaltern T spiegelbildlich zu der Metall-Komponente 3 mit den Ab- standshaltern 3‘ angeordnet und die Abstandshalter 3‘, 7‘ an ihren Kontaktstellen stoff- schlüssig miteinander verbunden.

In der Figur 9 ist schematisch eine Alternative zur Ausgestaltung eines Temperierraums 4 abgebildet. Das Hybridbauteil 1 besteht hier aus einer wellenförmigen Metall-Komponente 2 und einer weiteren, ebenfalls wellenförmigen Metall-Komponente 2', die spiegelbildlich zuein- ander angeordnet sind und an den Kontaktflächen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Bei der Metall-Komponente 2 handelt es sich um ein Stahlblech, das zumindest an der Kontaktfläche zur weiteren Metall-Komponente 2' eine Kunststoffkoppelschicht aufweisen kann. Die Temperierräume 4 werden von den Kanälen gebildet, die sich durch die Wellenfor- men der beiden Komponenten 2, 2' ergeben.

In der Figur 10 ist schematisch eine weitere Alternative zur Ausgestaltung eines Temperier- raums 4 abgebildet. Hier ist eine wellenförmig gestaltete Metall-Komponente 2' an einer fla- chen Metall-Komponente 2 angeordnet und mit ihr an den Kontaktstellen mit Hilfe einer

Kunststoffkoppelschicht stoffschlüssig verbunden. Die Kanäle ergeben sich, analog zu Figur 9, aus den Zwischenräumen zwischen den Komponenten 2, 2'.

Bezugszeichenliste

1 Hybridbauteil

2 Metall-Komponente

3 Kunststoff-Komponente

4 Temperierraum

5 weiteres Bauteil

6 weitere Metall-Komponente

7 weitere Kunststoff-Komponente

3‘ Abstandshalter

T Abstandshalter