DE102004003328B4 - Verfahren zum Herstellen eines gewölbten Karosserieelements mit Solarzellen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines in mindestens einer Richtung gewölbten Karosserieelements (10) für ein Fahrzeug, wobei auf eine Seite des Karosserieelements eine erste Schmelzklebefolie (16) aufgelegt wird, auf die erste Schmelzklebefolie ein flächiger Verbund aus mehreren planen Solarzellen (18A, 18B, 18C) aufgelegt wird, auf den Solarzellenverbund eine zweite Schmelzklebefolie (20) aufgelegt wird, mittels einer Matrize (24) Druck auf die zweite Schmelzklebefolie ausgeübt wird, und der so gebildete Folienverbund einer Wärmebehandlung erzogen wird, um den Solarzellenverbund mit dem Karosserieelement zu laminieren, und nach dem Laminieren die Matrize (24) abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Solarzellenverbund Druck ausübende Oberfläche der Matrize aus ebenen Flächen (28A, 28B, 28C) zusammengesetzt ist, die im Schnitt entlang der Wölbungsrichtung als ein die Wölbung des Karosserieelements (10) nachbildender Polygonzug (26) ausgebildet sind, um eine die Wölbung des Karosserieelements nachbildende, im Schnitt entlang der Wölbungsrichtung polygonzugartige Anordnung der Solarzellen (18A, 18B, 18C) nach dem Laminieren zu...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mindestens in einer Richtung gewölbten Karosserieelements für ein Fahrzeug mit Solarzellen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Transparente Karosserieelemente, insbesondere die Form von Glasscheiben im Dachbereich, z.B. in Form von Solardeckeln, mit an der Unterseite angebrachten Solarzellen, sind im Fahrzeugbereich seit längerem bekannt. Dabei werden die Solarzellen als flächiger Verbund üblicherweise zwischen der Unterseite der Scheibe und einem Abdeckelement zwischen Schmelzklebefolien einlaminiert, siehe z.B. DE 197 16 389 C1 , DE 101 27 847 A1 , DE 199 37 221 C1 , oder DE 198 13 324 A1 .
  • Ein Herstellungsverfahren für eine gewölbte Scheibe ist in der EP 0 221 287 B1 beschrieben, wo die Herstellung eines Solardeckels mit einer gewölbten Scheibe beschrieben ist, wobei ein flächiger Solarzellenverbund zwischen zwei Schmelzklebefolien zwischen der Unterseite der Scheibe und einem entsprechend gewölbten Träger einlaminiert wird. Während des Laminationsvorgangs werden die Solarzellen und die Schmelzklebefolien durch äußeren mechanischen Druck auf den Träger und die Glasscheibe der Wölbung des Gesamtverbunds angepasst. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Solarzellen während des Laminationsvorgangs und auch danach durch die Wirkung des gewölbten Trägers entsprechend der Wölbung der Scheibe und des Trägers gebogen sind, was zu einer erhebliche Bruchgefahr der Solarzellen führen kann.
  • Ein Herstellungsverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der JP 03-204979 A bekannt.
  • In der CH 683730 A5 ist ein Verfahren zum Herstellen eines photovoltaischen Solarmoduls für ein Fahrzeug beschrieben, wobei in eine vorgekrümmte Frontglasscheibe zunächst Klebertropfen gegeben werden und darauf die Solarzellen gedrückt werden, und wobei, um ein Zerbrechen der Zellen beim Eindrücken zu verhindern, die Zellen mit der Rückseite ganzflächig auf einer geeigneten Stützfläche der Zellenhalterung aufliegen sollen.
  • In der WO 03/069682 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen eines gekrümmten Solarmoduls beschrieben, wobei kristalline Solarzellen mit einer Dicke von 200 μm oder weniger auf einer gekrümmten dünnen Metallplatte befestigt werden.
  • Aus der DE 102 18 198 C1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Solarmoduls für ein Kraftfahrzeugdach bekannt, wobei zur Herstellung eines Glas-Solarzellen-Laminats ein Laminator mit konkav gewölbter Heizplatte und Deckel mit einem Diaphragma verwendet wird.
  • Aus der US 3,565,719 ist ein Verfahren zur Herstellung eines gekrümmten Solarmoduls beschrieben, wobei die in einem entfernbaren Träger gehalterten Solarzellen in eine Klebstoffschicht gedrückt werden, um die Solarzellen mit einem dann permanenten Träger zu verbinden, und wobei der Verbindungsdruck mittels einer evakuierbaren Tasche erzeugt wird.
  • Aus der DE 33 00 622 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines planaren Solarmoduls bekannt, wobei die Vorrichtung eine obere Heizplatte aufweist, die in vertikaler Richtung bewegbar und durch Anschläge bzw. den zu pressenden Schichtkörper kippbar ist, wodurch die Pressplatten der oberen Heizplatte in einer unteren Heizplatte ein Trapez bilden.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein gewölbtes Karosserieelement für ein Fahrzeug mit einem Solarzellenverbund zu schaffen, wobei die Bruchgefahr der Solarzelle möglichst gering gehalten werden soll.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Dabei ist vorteilhaft, dass dadurch, dass die auf den Solarzellenverbund Druck ausübende Oberfläche der Matrize aus ebenen Flächen zusammengesetzt ist, die im Schnitt entlang der Wölbungsrichtung als ein die Wölbung des Karosserieelements nachbildender Polygonzug ausgebildet sind, nach dem Laminieren eine Anordnung der Solarzellen erreicht werden kann, welche die Wölbung des Karosserieelements nachbildet und im Schnitt entlang der Wölbungsrichtung polygonzugartig ist, wodurch eine Biegebelastung der einzelnen Solarzellen trotz Nachbildung der Wölbung des Karosserieelements vermieden werden kann. Dadurch kann die Bruchgefahr der Solarzellen während des Herstellungsverfahrens stark verringert werden.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten einzigen Zeichnung beispielhaft näher erläutert, welche eine Querschnittansicht einer gewölbten Scheibe während des Auflaminierens eines Solarzellenverbunds in einem Laminator zeigt.
    •
  • Gemäß der einzigen Figur wird eine in mindestens einer Richtung gewölbte Scheibe 10 auf eine gewölbte Matrize 12 aufgelegt, deren konkave Oberfläche sich an die konvexe Außenfläche der Scheibe 10 anschmiegt, um die Scheibe 10 während des Laminationsvorgangs abzustützen. Die Matrize 12 ist auf der Heizplatte 14 eines Laminators angeordnet, um mittels Wärmeleitung über die Matrize 12 die Scheibe 10 und die darauf aufgelegten Folien zu beheizen.
  • Auf die konkave Innenseite der Scheibe 10 wird eine erste Schmelzklebefolie 16 aufgelegt, auf welche dann ein flächiger Verbund aus mehreren Solarzellen 18A, 18B, 18C aufgelegt wird. Auf den Verbund der Solarzellen 18A, 18B, 18C wird eine zweite Schmelzklebefolie 20 aufgelegt, auf welche wiederum eine vorzugsweise nicht transparente Deckfolie 22 aufgelegt wird.
  • Auf den auf diese Weise gebildeten Folienverbund wird schließlich eine Matrize 24 aufgelegt, deren Oberfläche aus einer Mehrzahl von ebenen Flächen zusammengesetzt ist, die im Schnitt entlang der Wölbungsrichtung der Glasscheibe 10 als ein die Wölbung der Glasscheibe 10 nachbildender Polygonzug 26 ausgebildet sind. In der Figur sind diese ebenen Flächen des Polygonzugs 26 mit 28A, 28B bzw. 28C bezeichnet. Im gezeigten Beispiel sind die einzelnen ebenen Flächen, 28A, 28B bzw. 28C so bemessen, dass sie jeweils einer einzigen der Solarzellen zugeordnet sind, um während des Laminationsvorgangs auf diese zugeordnete Solarzelle 18A, 18B bzw. 18C Druck auszuüben. Dabei ordnet sich jede Solarzelle 18 im wesentlichen parallel zu der zugeordneten ebenen Fläche 28A, 28B bzw. 28C an. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Schmelzklebefolien 16 und 20 durch die Temperatureinwirkung während des Aufheizens durch die Heizplatte 14 schmelzen und eine zähflüssige Konsistenz annehmen. Während des Laminationsvorgangs vernetzen bzw. vulkanisieren die Schmelzklebefolien 16 und 20 allmählich, wodurch die Solarzellen 18A, 18B, 18C schließlich in der in der Figur gezeigten Position, in welcher sie im wesentlichen parallel zu der jeweiligen ebenen Fläche 28a, 28B bzw. 28C der Matrize 24 angeordnet sind, fixiert werden.
  • Auf diese Weise sind die Solarzellen 18A, 18B, 18C nach dem Laminieren krümmungsfrei bzw. biegespannungsfrei in die Schmelzklebefolien 16 bzw. 20 zwischen der Scheibe 10 und der Deckfolie 22 eingebettet, wobei die Solarzellen 18A, 18B, 18C eine polygonzugartige Anordnung einnehmen, welche die Wölbung der Scheibe 10 nachbildet. Jede einzelne Solarzelle 18 ist dabei eben und flach, d.h. nicht gekrümmt, ausgebildet.
  • Bei den Schmelzklebefolien 16, 20 handelt es sich vorzugsweise um EVA-Folien.
  • Während des Laminationsvorgangs wird der Folienverbund im Laminator evakuiert, um Lufteinschlüsse und damit eine Beeinträchtigung der optischen Qualität des Laminats zu vermeiden. Gleichzeitig wird auf die Matrize 24 ein zu der Scheibe 10 hin wirkender Druck ausgeübt, um die Solarzellen 18A, 18B, 18C in die gezeigte polygonzugartige Anordnung zu bringen. Nach dem Ende des Laminationsvorgangs wird die Matrize 24 nach oben abgehoben.
  • Die in der Figur gezeigte Scheibe kann zusätzlich zu der Krümmung in der Richtung des dargestellten Querschnitts auch in der Richtung senkrecht dazu gekrümmt sein (d.h. in einer Richtung senkrecht zu der Papierebene). In diesem Fall ist die Matrize 24 auch in der Richtung senkrecht zu der gezeigten Querschnittsrichtung im Querschnitt entlang der zweiten Wölbungsrichtung als ein die Wölbung der Scheibe 10 in diese zweite Richtung nachbildender Polygonzug ausgebildet (d.h. die ebenen Flächen 28A usw. sind im Schnitt als entsprechender Polygonzug ausgebildet). Als Ergebnis wird beim Laminationsvorgang erreicht, dass die Solarzellen 18A, 18B, 18C auch in dieser zweiten Wölbungsrichtung polygonzugartig angeordnet sind, um die Wölbung der Scheibe 16 in dieser zweiten Richtung nachzubilden.
  • In dem in der Figur gezeigten Beispiel sind die ebenen Flächen 28A, 28B und 28C der Matrize 24 so ausgebildet, dass sie jeweils einer einzelnen der Solarzellen 18A, 18B, 18C zugeordnet sind und nur auf diese Druck ausüben. Bei abgewandelten Ausführungsformen ist es jedoch unter Umständen auch denkbar, die ebenen Flächen der Matrize so zu gestalten, dass sie jeweils mehreren benachbarten Solarzellen zugeordnet sind und auf diese Druck ausüben. Nach dem Laminieren liegen dann diese einer bestimmten der ebenen Flächen zugeordneten benachbarten Solarzellen im wesentlichen in einer Ebene.
  • Bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform sind die Solarzellen 18A, 18B, 18C auf der konkaven Innenseite der Scheibe 10 angeordnet. Grundsätzlich wäre es jedoch auch denkbar, die Solarzellen 18A, 18B, 18C auf der konvexen Außenseite der Scheibe 10 anzuordnen, wobei in diesem Fall die den Druck ausübende Oberfläche der Matrize konkav, d.h. als konkaver Polygonzug, ausgebildet sein muss.
  • Bei der Scheibe 10 handelt es sich vorzugsweise um eine mindestens teilweise transparente Scheibe aus Glas oder Kunststoff, die mindestens einen Teil eines Fahrzeugdaches bildet. Dabei kann die Scheibe 10 einen Teil eines verstellbaren Deckels für eine Dachöffnung oder einen karosseriefest eingebauten Deckel bilden.
  • Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht auf die Herstellung einer Scheibe für den Dachbereich beschränkt. So kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Lamination eines Solarzellenverbunds auf ein anderes Karosserieelement verwendet werden, beispielsweise auf eine Heckscheibe, eine Motorhaube, eine Heckklappe oder einen Spoiler. Falls die Solarzellen auf die Außenseite des Karosserieelements auflaminiert werden, muß das Karosserieelement auch nicht transparent sein.
    • 10
    Scheibe
    12
    Matrize
    14
    Heizplatte
    16
    Schmelzklebefolie
    18A,18B,18C
    Solarzellen
    20
    Schmelzklebefolie
    22
    Deckfolie
    24
    Matrize
    26
    Polygonzug-Schnitt von 24
    28A,28B,28C
    ebene Flächen von 24, im Schnitt

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen eines in mindestens einer Richtung gewölbten Karosserieelements (10) für ein Fahrzeug, wobei auf eine Seite des Karosserieelements eine erste Schmelzklebefolie (16) aufgelegt wird, auf die erste Schmelzklebefolie ein flächiger Verbund aus mehreren planen Solarzellen (18A, 18B, 18C) aufgelegt wird, auf den Solarzellenverbund eine zweite Schmelzklebefolie (20) aufgelegt wird, mittels einer Matrize (24) Druck auf die zweite Schmelzklebefolie ausgeübt wird, und der so gebildete Folienverbund einer Wärmebehandlung erzogen wird, um den Solarzellenverbund mit dem Karosserieelement zu laminieren, und nach dem Laminieren die Matrize (24) abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Solarzellenverbund Druck ausübende Oberfläche der Matrize aus ebenen Flächen (28A, 28B, 28C) zusammengesetzt ist, die im Schnitt entlang der Wölbungsrichtung als ein die Wölbung des Karosserieelements (10) nachbildender Polygonzug (26) ausgebildet sind, um eine die Wölbung des Karosserieelements nachbildende, im Schnitt entlang der Wölbungsrichtung polygonzugartige Anordnung der Solarzellen (18A, 18B, 18C) nach dem Laminieren zu erzielen.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Laminieren eine Deckfolie (22) zwischen die zweite Schmelzklebefolie (20) und die Matrize (24) eingelegt wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzklebefolien (16, 20) von EVA-Folien gebildet werden.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass während das Laminierens die von den Solarzellen (18A, 18B, 18C) weg weisende Seite des Karosserieelements (10) von einer sich an die Wölbung des Karosserieelements anschmiegenden Matrize (12) abgestützt wird.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminieren in einem Laminator mit einer Heizplatte (14) ausgeführt wird.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (16, 20, 22) und die Solarzellen 18A, 18B, 18C) auf die konkave Seite des Karosserieelements (10) gelegt werden und die Matrizenoberfläche (28A, 28B, 28C) konvex geformt ist.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (16, 20, 22) und die Solarzellen (18A, 18B, 18C) auf die nach innen weisende Seite des Karosserieelements (10) gelegt werden.
  8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen (18A, 18B, 18C) nach dem Laminieren krümmungfrei in die Schmelzklebefolien (16, 20) eingebettet sind.
  9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede ebene Fläche (28A, 28B, 28C) der auf die Solarzellen (18A, 18B, 18C) Druck ausübenden Matrize (24) so bemessen ist, um Druck auf eine einzige Solarzelle auszuüben.
  10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieelement (10) in zwei zueinander senkrechte Richtungen gewölbt ist, wobei die auf die Solarzellen (18A, 18B, 18C) Druck ausübende Oberfläche der Matrize (24) im Schnitt entlang beider Wölbungsrichtungen als ein die jeweilige Wölbung des Karosserieelements nachbildender Polygonzug ausgebildet ist.
  11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Karosserieelement um eine gewölbte, mindestens teilweise transparente Scheibe (10) aus Glas oder Kunststoff handelt.
  12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Karosserieelement (10) um mindestens einen Teil des Fahrzeugdaches handelt.
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