DE102008011266A1

DE102008011266A1 - Fahrzeugkarosserieelement sowie Fahrzeug mit einem solchen

Info

Publication number: DE102008011266A1
Application number: DE200810011266
Authority: DE
Inventors: Jialin Dr.-Ing. Shen
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2008-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkarosserie, umfassend eine Anzahl von Karosserieelementen, von denen mindestens ein Karosserieelement in einer Sandwichstruktur-Bauweise aus verschiedenen Schichten gebildet ist. Erfindungsgemäß ist zumindest eine Schicht mit abgeschlossenen Hohlräumen versehen, in welchen ein Vakuum herrscht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugkarosserieelement, das in einer Sandwichstruktur-Bauweise aus verschiedenen Schichten gebildet ist, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Fahrzeugkarosserieelement.
Aus der US 4 950 534 A1 ist ein Karosseriebauteil für ein Fahrzeugdach bekannt, an dessen Innenseite eine aus drei Lagen gebildete Anordnung befestigt ist. Dabei ist eine wärmeisolierende Lage zwischen einer ersten und einer zweiten reflektierenden Lage angeordnet. Die wärmeisolierende Lage ist aus einem Polymerschaum gebildet.
Weiterhin ist aus der DE 10 252 475 A1 eine in zweischaliger Bauweise gefertigte Kraftfahrzeugkarosserie, deren Schalen (Innen- und Außenseite) aus Kunststoff vorgefertigt sind, bekannt. Zur Realisierung einer festen Verbindung zwischen der Innenschale und der Außenschale ist ein Hohlraum zwischen Innenschale und Außenschale zumindest bereichsweise mit einem selbst aushärtenden Kunststoff- und/oder Metallschaum, wie Aluminiumschaum, ausgeschäumt. Durch die Verwendung der Schäume soll die Weiterleitung von Vibrationen und Schall in die Fahrgastzelle unterbunden bzw. maßgeblich vermindert werden. Ebenso soll als Nebeneffekt eine Wärmeisolierung der Fahrgastzelle erzielt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugkarosserieelement sowie ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkarosserie anzugeben, welche insbesondere gut wärmeisolierend ausgebildet und einfach realisierbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Fahrzeugkarosserieelement sowie einem Fahrzeug gelöst, welche die im Anspruch 1 und 5 angegebenen Merkmale aufweisen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Karosserieelement ist in einer Sandwichstruktur-Bauweise aus verschiedenen Schichten gebildet. Erfindungsgemäß ist zumindest eine Schicht mit abgeschlossenen Hohlräumen versehen, in welchen ein Vakuum herrscht. Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst eine Anzahl von Karosserieelementen, von denen mindestens eines als erfindungsgemäßes Karosserieelement ausgestaltet ist.
Vakuum bezeichnet den Zustand eines Fluids in einem Volumen bei einem Druck, der deutlich geringer ist als der Atmosphärendruck bei Normalbedingungen. Insbesondere ist ein sog. Grobvakuum geeignet, d. h. ein Druck von weniger als 300 hPa, niedrigerer Drücke sind jedoch vorteilhafter, insbesondere ein sog. Feinvakuum von weniger als 1 hPa.
Dadurch ist eine Wärmeleitfähigkeit der Karosserieelemente deutlich reduzierbar, so dass ein Aufheizen eines Fahrgastraumes bei hohen Außentemperaturen bzw. eine Abgabe einer Wärme bei niedrigen Außentemperaturen zumindest vermindert wird. Hieraus ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Betrieb einer Klimaanlage bzw. einer Fahrzeugheizung einschränkbar ist, so dass sich ein Kraftstoffverbrauch und somit eine Schadstoffemission verringert. Auch ist ein Geräuschkomfort erhöhbar, da gleichzeitig eine erhöhte Schallisolation erzielt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Schnittdarstellung eines in Sandwichstruktur-Bauweise gebildeten Karosserieelementes,
2 schematisch eine Schnittdarstellung einer mit Hohlräumen versehenen Schicht, und
3 schematisch Schnittdarstellung einer Fahrzeugscheibe.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines in Sandwichstruktur-Bauweise gebildeten Karosserieelementes 1. 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer mit Hohlräumen 2 versehenen Schicht 3 und 3 eine Schnittdarstellung einer Fahrzeugscheibe 4. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der drei Figuren näher erläutert.
Erfindungsgemäß umfasst eine nicht näher dargestellte Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeuges eine Anzahl von Karosserieelementen 1, die insbesondere zur Erzielung einer guten Wärmeisolation, aber auch zum Erreichen einer erhöhten Schallisolation in der dargestellten Sandwichstruktur-Bauweise aus verschiedenen Schichten 3 bis 6 gebildet sind.
Bei den Karosserieelementen 1 handelt es sich insbesondere um einen Fahrzeugrahmen, ein Fahrzeugdach und/oder eine oder mehrere Fahrzeugtüren. Zur Herstellung dieser ist eine Schicht 4 als "Außenhaut" des Karosserieelementes 1 vorgesehen, wobei diese insbesondere aus Metall gebildet ist. Die „Außenhaut" 4 kann direkt als äußere Begrenzung einer mit Hohlräumen 2 versehenen Schicht 3 angeordnet sein.
In alternativer Weise ist unter der Schicht 4 eine insbesondere aus Kunststoff gefertigte Schicht 5 mittels stoff-, form- und/oder kraftschlüssiger Verbindungstechniken angeordnet.
Um einen geringen Wärmeübergangskoeffizienten des Karosserieelementes 1 zu erreichen, so dass lediglich ein geringer Temperaturausgleich zwischen einer Fahrgastzelle des Fahrzeuges und deren Umgebung stattfindet, schließt sich an die Schicht 5 die Schicht 3 an, die erfindungsgemäß mit abgeschlossenen Hohlräumen 2 versehen ist, in denen Vakuum herrscht. Eine sehr gute Wärmeisolierung erhält man bei einem Vakuum von 10^–1 bis 10^–3 mbar.
Diese Schicht 3 ist vorzugsweise als Wabenkern, als gelochter Massivkern, als Massivstegkern oder als Strukturkern, insbesondere geschäumter Strukturkern, mit in den Hohlräumen 2 herrschendem Vakuum ausgeführt. Gemäß einer sinnvollen Weiterführung der Erfindung ist die Schicht 3 aus einem porösen Schaum gebildet, in dessen Poren Vakuum herrscht. Durch reduzierte Porengrößen wird eine gute Wärmeisolierwirkung auch bei gröberem Vakuum (Grobvakuum) erreicht. Zur Bildung der Schicht 5 bieten sich insbesondere Materialien mit geringen Wärmeübergangskoeffizienten an, um eine weitere Reduzierung des Wärmeüberganges zwischen der Fahrgastzelle und deren Umgebung zu erzielen.
Die Sandwichstruktur wird auf der einem Innenraum der Fahrgastzelle zugewandten Seite mittels einer weiteren Schicht 6, die wiederum vorzugsweise aus Kunststoff gebildet ist, abgeschlossen. Um das in den Hohlräumen 2 der zwischen den Schichten 5 und 6 angeordneten Schicht 3 notwendige Vakuum zu ermöglichen, bilden die Schichten 5 und 6 ein luftdicht verschlossenes Gehäuse.
Bei den Karosserieelementen 1 handelt es sich im Weiteren um einen Fahrzeugunterboden, der in der gleichen wie der zuvor beschriebenen Art und Weise in der Sandwichstruktur-Bauweise hergestellt wird. Als Unterschied ist festzuhalten, dass die Schicht 4, d. h. die "Außenhaut", des Fahrzeugunterbodens vorzugsweise aus einer faserverstärkten Verbundplatte gebildet ist.
Durch die Anwendung der Sandwichstruktur-Bauweise ist es möglich, die Schicht 4, d. h. die "Außenhaut", der Karosserieelemente 1 mechanisch weniger stabil und daraus folgend mit geringerem Materialeinsatz herzustellen. Die erforderliche Stabilität wird durch den Verbund mit den weiteren Schichten 3, 5, 6 erzielt. Die erhöhte Steifigkeit ermöglicht zusätzlich eine verbesserte Dämmeigenschaft gegen Körperschall. Da sich die verwendeten Materialien zur Realisierung der Sandwichstruktur-Bauweise durch ein geringes Gewicht auszeichnen, ist in vorteilhafter Weise ein geringeres Gesamtgewicht der Karosserieelemente 1 im Vergleich zu einer üblichen Bauweise erzielbar, so dass ein Fahrzeuggewicht und somit ein Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges verringerbar ist.
Da moderne Fahrzeuge meist sehr große Glasflächen aufweisen, durch welche beispielsweise ein schneller Wärmeeintrag in die Fahrgastzelle durch einfallendes Sonnenlicht verursacht wird, ist weiterhin eine wärmeisolierende Konstruktion von Fahrzeugscheiben 7 gemäß 3 vorteilhaft. Diese sind vorzugsweise ebenfalls in einer Sandwichstruktur-Bauweise aus verschiedenen Schichten 8, 9 gebildet, wobei die Schichten 8, 9 insbesondere aus Glas und/oder aus thermoplastischem Kunststoff, wie z. B. Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat, gebildet sind.
Die Fahrzeugscheiben 7 sind insbesondere als Vakuum-Scheiben ausgeführt, wobei zwischen den Schichten 8, 9 ein Hohlraum 2 angeordnet ist, in welchem Vakuum herrscht. Somit wird in vorteilhafter Weise ein geringer Wärmeübergangskoeffizient der Fahrzeugscheiben 7 erzielt. Zu einer Erhöhung der Stabilität können zusätzlich Abstandhalter 10 zwischen den Schichten 8, 9 angeordnet sein. Gemäß einer sinnvollen Weiterbildung der Erfindung ist an den Fahrzeugscheiben 7 an einer nach außen gerichteten Seite, hier insbesondere an der Schicht 8, eine Reflexionsschicht 11 aufgebracht, so dass Teile der Licht- und/oder Wärmestrahlung reflektiert werden und somit wiederum ein geringerer Wärmeeintrag in die Fahrgastzelle erzielt wird. Auch hier gilt, verkleinerter Raum reduziert den Vakuumbedarf. Wenn man zwischen Schicht 8 und 9 mit Aerogelschaum (z. B. Nanogel von Cabot) füllt, kann ein deutlich geringeres Vakuum die gleiche Wärmeisolierwirkung erzielen.
Gemäß einer nicht näher dargstellten Ausgestaltung der Erfindung können die Karosserieelemente 1 einschließlich der Fahrzeugscheiben 7 aus mehr oder weniger als den dargestellten Schichten 3 bis 6, 8, 9 gebildet sein, so dass deren Eigenschaften an eine jeweilige Verwendungsart und einen jeweiligen Verwendungsort des Fahrzeuges anpassbar sind.
Zu einer weiteren Verbesserung des Klimas in der Fahrgastzelle sind gemäß einer nicht näher dargestellten Weiterbildung der Erfindung ein oder mehrere Sonnenblenden derart ausgebildet und angeordnet, dass von außen auf die Fahrgastzelle treffende Wärme- und/oder Lichtstrahlung in elektrische Energie umwandelbar ist. Mit dieser gewonnen elektrischen Energie ist eine Klimaanlage des Fahrzeuges betreibbar, so dass bei hohen Außentemperaturen eine zusätzliche Kühlung erzielbar ist. Die Aktivierung der Klimaanlage ist weiterhin über eine Zeitprogrammierfunktion ausführbar, so dass zu einem vorwählbaren Zeitpunkt vor Fahrtantritt die Kühlung der Fahrgastzelle möglich ist. Alternativ ist die gewonnene elektrische Energie speicherbar und bei einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug zum Antrieb verwendbar.
Die Sonnenblenden können dabei als Solarzelle ausgebildet oder Solarzellen sind auf einer den Fahrzeugfenstern 7 zugewandten Seite an diesen angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich sind die Sonnenblenden als thermoelektrische Elemente ausgeführt oder thermoelektrische Elemente sind auf diesen angeordnet, wobei auf der den Fahrzeugfenstern 7 zugewandten Seite eine hohe Absorption der Wärmestrahlung erzielbar ist.
Zusammenfassend ist es mittels der Erfindung möglich, eine für Fahrzeuginsassen angenehme Fahrzeugtemperatur und durch den verminderten Kühlbedarf eine Einsparung von Kraftstoff und somit eine Verringerung des Schadstoffausstoßes zu erzielen. Weiterhin ist durch die gleichzeitig erreichte Schallisolation ein verbessertes Geräuschverhalten des Fahrzeugs möglich.

1: Karosserieelement
2: Hohlraum
3 bis 6: Schicht
7: Fahrzeugscheibe
8: Schicht
9: Schicht
10: Abstandhalter
11: Reflexionsschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4950534 A1 [0002]
- DE 10252475 A1 [0003]

Claims

Karosserieelement (1) eines Fahrzeuges, welches in einer Sandwichstruktur-Bauweise aus verschiedenen Schichten (3 bis 6, 8, 9) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schicht (3) mit abgeschlossenen Hohlräumen (2) versehen ist, in welchen ein Vakuum herrscht.
Karosserieelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) als Wabenkern, als gelochter Massivkern, als Massivstegkern oder als Strukturkern ausgebildet ist, wobei in den Hohlräumen (2) Vakuum herrscht.
Karosserieelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) aus einem porösen Schaum gebildet ist, wobei in den Poren des Schaumes Vakuum herrscht.
Karosserieelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieelement (1) ein Fahrzeugrahmen, ein Fahrzeugdach, ein Fahrzeugunterboden, ein oder mehrere Fahrzeugtüren und/oder eine Fahrzeugscheibe (7) ist.
Fahrzeug mit einer Fahrzeugkarosserie, umfassend eine Anzahl von Karosserieelementen (1), von denen mindestens eines als Karosserieelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (8, 9) der Fahrzeugscheiben (7) aus Glas und/oder aus thermoplastischem Kunststoff gebildet sind, wobei in einem zwischen den Schichten angeordneten Hohlraum (2) Vakuum herrscht.
Fahrzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an den Fahrzeugscheiben (7) an einer nach außen gerichteten Seite eine Reflexionsschicht (11) aufgebracht ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Sonnenblenden derart ausgebildet und angeordnet sind, dass Licht und/oder Wärme in elektrische Energie umwandelbar ist, wobei die elektrische Energie speicherbar und/oder zum Betrieb einer Klimaanlage verwendbar ist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenblenden als thermoelektrische Elemente und/oder als Solarzelle ausgebildet sind oder dass thermoelektrische Elemente und/oder Solarzellen auf den Sonnenblenden angeordnet sind.