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DE-102024210035-B4 - Verfahren zur Herstellung eines Transportmittels mit einem Substrat und einer Leiterstruktur

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Abstract

Das vorliegende Schutzrecht betrifft ein Transportmittel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Transportmittels (1), insbesondere einer Flugdrohne. Das Verfahren zur Herstellung eines Transportmittels (1) ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Bildung eines tiefziehfähigen Substrats (11a) mit einer zumindest bereichsweise flexiblen Leiterstruktur, Tiefziehen des Substrats gemeinsam mit der Leiterstruktur in einen Formkörper (11b), wobei durch das Tiefziehen in dem Formkörper Aufnahmeeinrichtungen (13, 15) für einen oder mehrere Motoren und/oder ein oder mehrere Energiespeicherelemente und/oder Elektronikkomponenten (16, 17) gebildet werden, Einsetzen von einem oder mehreren Motoren und/oder einem oder mehreren Energiespeicherelementen und/oder Elektronikkomponenten in die durch das Tiefziehen gebildeten Aufnahmeeinrichtungen des Formkörpers, sowie Kontaktieren des/der Motoren und/oder Energiespeicherelemente und/oder Elektronikkomponenten mit Elementen der Leiterstruktur.

Inventors

  • Erik Jung

Assignees

  • Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein

Dates

Publication Date
20260507
Application Date
20241016

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Transportmittels (1), insbesondere einer Flugdrohne, mit einem oder mehreren Motoren (2, 3, 4, 5), insbesondere elektrischen Motoren, und einer Energiespeichereinheit (6, 7, 8, 9) sowie einer elektronischen Steuereinheit (10), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Bildung eines tiefziehfähigen Substrats (11a) mit einer zumindest bereichsweise flexiblen Leiterstruktur (12), Tiefziehen des Substrats gemeinsam mit der Leiterstruktur in einen Formkörper (11b), wobei durch das Tiefziehen in dem Formkörper Aufnahmeeinrichtungen (13, 14, 15) für einen oder mehrere Motoren und/oder ein oder mehrere Energiespeicherelemente und/oder Elektronikkomponenten (16, 17) gebildet werden, Einsetzen von einem oder mehreren Motoren und/oder einem oder mehreren Energiespeicherelementen und/oder Elektronikkomponenten in die durch das Tiefziehen gebildeten Aufnahmeeinrichtungen des Formkörpers, sowie Kontaktieren des/der Motoren und/oder Energiespeicherelemente und/oder Elektronikkomponenten mit Elementen, insbesondere Kontakten (18, 19), der Leiterstruktur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass wenigstens ein Schaltungsträger (10a) mit Elektronikkomponenten (16, 17) vor oder nach dem Tiefziehen auf das tiefziehfähige Substrat (11a) aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass der Schaltungsträger (10a) vor oder nach dem Tiefziehen mit Kontakten der Leiterstruktur (12) kontaktiert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass durch das Einsetzen des oder der Motoren (2, 3, 4, 5) und/oder der Energiespeicherelemente (6, 7, 8, 9) und/oder der Elektronikkomponenten (16, 17) in die Aufnahmeeinrichtungen (13, 14, 15) des Formkörpers (11b) selbsttätig eine elektrische Verbindung zu Kontakten der Leiterstruktur (12) hergestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass durch das Tiefziehen mechanische Rasteinrichtungen oder Vorstufen von Rasteinrichtungen zur Fixierung von einem oder mehreren Motoren (2, 3, 4, 5) und/oder einem oder mehreren Energiespeicherelementen (6, 7, 8, 9) und/oder Elektronikkomponenten (16, 17) gebildet werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass durch das Tiefziehen federnde Kontakten (18, 19) zur elektrischen Kontaktierung von Elementen der Leiterstruktur (12) mit einem oder mehreren Motoren (2, 3, 4, 5) und/oder einem oder mehreren Energiespeicherelementen (6, 7, 8, 9) und/oder Elektronikkomponenten (16, 17) gebildet werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass vor dem Tiefziehen auf dem tiefziehfähigen Substrat (11a) oder in der Tiefziehform wenigstens bereichsweise ein oder mehrere Verstärkungselemente (18) angeordnet werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass beim Tiefziehen durch bereichsweises Ausdünnen des tiefziehfähigen Substrats Sollbruchstellen und/oder Filmgelenke (19) des Formkörpers (11b) ausgebildet werden und dass nach dem Tiefziehen die Sollbruchstellen gebrochen werden und/oder Filmgelenke gebogen werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass nach dem Tiefziehen mit einem abtragenden Verfahren, insbesondere Laser- oder Wasserstrahlschneiden, Bereiche aus dem Formkörper ausgeschnitten werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch gekennzeichnet , dass in das tiefziehfähige Substrat (11a) vor dem Tiefziehen Ausschnitte eingebracht werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , dass das Tiefziehen bei Temperaturen unterhalb von 180 Grad Celsius, insbesondere zwischen 80 Grad Celsius und 180 Grad Celsius, erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet , dass nach dem Einsetzen in die Aufnahmeeinrichtungen (13, 14, 15) des Formkörpers (11b) einer oder mehrere Motoren (2, 3, 4, 5) und/oder eine oder mehrere Energiespeicherelemente (6, 7, 8, 9) und/oder Elektronikkomponenten (16, 17) mit dem Formkörper (11b) verklebt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , dadurch gekennzeichnet , dass nach dem Einsetzen in die Aufnahmeeinrichtungen (13, 14, 15) des Formkörpers (11b) einer oder mehrere Motoren (2, 3, 4, 5) und/oder eine oder mehrere Energiespeicherelemente (6, 7, 8, 9) und/oder Elektronikkomponenten (16, 17) mit Elementen der Leiterstruktur (12) des Formkörpers mittels eines Lotwerkstoffs und/oder eines leitfähigen Klebers elektrisch kontaktiert werden oder bestehende Kontaktierungen mittels eines Lotwerkstoffs und/oder eines leitfähigen Klebers gesichert werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet , dass auf das tiefziehfähige Substrat (11a) vor dem Tiefziehen Elektronikkomponenten (16, 17) aufgebracht und diese mit Elementen der Leiterstruktur (12) elektrisch verbunden werden und/oder dass eine oder mehrere Ausnehmungen des Formkörpers (11b) wenigstens teilweise mit einem Hartschaum (20) ausgefüllt werden.
  15. Transportmittel (1), insbesondere Flugdrohne, mit einem oder mehreren Motoren (2, 3, 4, 5), insbesondere elektrischen Motoren, und einer Energiespeichereinheit (6, 7, 8, 9) sowie einer elektronischen Steuereinheit, gekennzeichnet durch einen Formkörper, der die vorgenannten Elemente trägt und als Tiefziehkörper mit einer vor dem Tiefziehen aufgebrachten Leiterstruktur gestaltet ist.

Description

Für die autonome Überwachung von Einrichtungen wie beispielsweise Hochspannungsleitungen werden in zunehmendem Maß autonom bewegliche Transportmittel wie unbemannte Luftfahrzeuge (Drohnen) verwendet. Solche Luftfahrzeuge tragen dann Sensoren und Kommunikationseinheiten, um Sensordaten wie Kamerabilder zu versenden und Steuerinformationen zu erhalten. Die Luftfahrzeuge benötigen zudem Motoren, Energiespeicherelemente sowie eine Steuerung. Die Herstellung solcher autonomen Transportmittel ist wegen der hohen geforderten Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit bei einer hohen und variablen Belastung, der die Transportmittel ausgesetzt sind, noch aufwändig und teuer. Deshalb werden verschiedene Anstrengungen unternommen, um sowohl an den Komponenten zu sparen als auch die Herstellung zu vereinfachen. Dabei soll in vielen Fällen ein Kompromiss zwischen leichter Bauart, Stabilität und Flexibilität gefunden werden. Grundsätzlich sind bereits technische Möglichkeiten bekannt, Elektronikkomponenten auf flexiblen Trägern anzuordnen und dabei auch Leiterbahnen in solche Träger mit zu integrieren. Solche flexiblen Komponenten sind beispielsweise aus dem Patentdokument WO 2011/ 000580 A1 und aus der EP 1926 355 B1 bereits bekannt. Aus dem Dokument US 2012 / 0056041 A1 ist eine Flugdrohne mit einem Rahmenteilen und an diesen montierten Antriebseinheiten bekannt, wobei die Rahmenteile als Leiterplatten ausgebildet sind. Aus dem Dokument CN 1 17 885 932 A ist eine Flugdrohne mit einem minimierten Energieverbrauch bekannt, deren Rumpf teilweise aus einer Leierplatte gebildet ist und die teilweise mittels aus einer Solarzelle gewonnenen Energie betrieben wird. Aus der Druckschrift US 2010 / 0120273 A1 ist eine Flugdrohne bekannt, bei der eine Leiterplatte einen Teil des Flugkörpers bildet. Aus der Druckschrift US 2017 / 0088205 A1 ist ein Roboter mit mehreren steifen Leiterplatten bekannt, die über einen mittels eines Aktuators faltbaren Leiterplattenabschnitt verbunden sind. Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein möglichst vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Transportmitteln zu schaffen, die robust und zuverlässig sind. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Unteransprüche stellen mögliche Implementierungen der Erfindung vor. Somit bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Transportmittels, insbesondere einer Flugdrohne, mit einem oder mehreren Motoren, insbesondere elektrischen Motoren, und einer Energiespeichereinheit sowie einer elektronischen Steuereinheit, mit folgenden Verfahrensschritten:Bildung eines tiefziehfähigen Substrats mit einer zumindest bereichsweise flexiblen Leiterstruktur,Tiefziehen des Substrats gemeinsam mit der Leiterstruktur in einen Formkörper, wobei durch das Tiefziehen in dem Formkörper Aufnahmeeinrichtungen für einen oder mehrere Motoren und/oder ein oder mehrere Energiespeicherelemente und/oder Elektronikkomponenten gebildet werden, Einsetzen von einem oder mehreren Motoren und/oder einem oder mehreren Energiespeicherelementen und/oder Elektronikkomponenten in die durch das Tiefziehen gebildeten Aufnahmeeinrichtungen des Formkörpers, sowie Kontaktieren des/der Motoren und/oder Energiespeicherelemente und/oder Elektronikkomponenten mit Elementen, insbesondere Kontakten, der Leiterstruktur. Durch das Tiefziehen des Substrats gemeinsam mit der Leiterstruktur wird einerseits ein Formkörper gebildet, der eine frei gewählte Form haben kann, die beispielsweise den geforderten mechanischen Stabilitätskriterien für das Transportmittel entspricht. Solche Formen weisen oft U-Profile oder in einer oder mehreren Richtungen gekrümmte Profile oder L- Profile auf, die bei geringem Gewicht eine extrem hohe Stabilität erreichen. Gleichzeitig kann der so gebildete 3-dimensionale Formkörper in jedem beliebigen Bereich seiner Oberfläche mit einer Leiterstruktur versehen sein. Solche Bereiche können nach dem Tiefziehen beispielsweise so schwierig zugänglich sein, dass Leiterstrukturen zu diesem Zeitpunkt kaum noch an der betreffenden Stelle angeordnet werden könnten. Es kann auch eine Folie, die eine Leiterstruktur trägt, mit dem tiefziehfähigen Substrat verbunden sein und durch die Verbindung mit dem Substrat mechanisch stabilisiert werden und ihre Festigkeit erlangen. Die tiefziehfähigen Substrate weisen in vielen Fällen Kunststoffschichten mit Erweichungstemperaturen unter 100 Grad Celsius oder unter 90 Grad Celsius auf, bei denen der Tiefziehprozess stattfinden kann. Als Materialien für die tiefziehfähigen Substrate können beispielsweise PMMA (Polymethylmetacrylate) oder Polycarbonate, jedoch auch andere Kunststoffe eigesetzt werden. Das tiefziehfähige Substrat kann in einigen Fällen auch nur bereichsweise zum Tiefziehen erwärmt werden. Der Tiefziehprozess kann beispielweise bei Temperaturen unterhalb von 200 Grad, insbesondere unterhalb von 180 Grad Celsius durchgeführt werden.