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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbauteil nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2007 040 011 A1 beschrieben, eine Verwendung von netzartig angeordneten, elektrisch leitfähigen Fasern, die in ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff integriert sind, bekannt. Die elektrisch leitfähigen Fasern können aus Kohlefasern oder aus metallischen Fasern bestehen. Im Falle einer Beschädigung des Bauteils ändert sich die Leitfähigkeit der Fasern, sodass diese als Sensoren zur Detektion einer Beschädigung des Bauteils dienen können. Das Bauteil kann zwei oder mehr laminierte Schichten mit derartigen elektrisch leitfähigen Fasern aufweisen, wobei die elektrisch leitfähigen Fasern der Schichten sich netzartig kreuzen. Es werden unterschiedliche elektrische Eigenschaften der elektrisch leitfähigen Fasern genutzt. Dazu zählen der ohmsche Widerstand der Fasern und piezoresistive, elektromagnetische und kapazitive Eigenschaften. Diese Eigenschaften dienen zur Überwachung der Fertigung des Bauteils, der Montage des Bauteils und zur Überprüfung auf Beschädigungen während des Einsatzes beispielsweise in einem Kraftfahrzeug.
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In der
DE 10 2008 036 101 A1 werden ein textiles Material und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Das industriell gefertigte textile Material weist mindestens eine elektrisch leitende Struktur in Form mindestens eines Musters, insbesondere in Form einer Antenne, auf.
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Aus der
DE 20 2007 016 670 U1 ist eine Verbundkonstruktion einer Antenne und eines Gehäuses bekannt. Das Gehäuse besteht aus mehreren Hauptschichten. Wenigstens ein Antennenmodul wird vor dem Ausformen des Gehäuses auf der Oberfläche der Hauptschichten angeordnet, sodass sich eine integrale Konstruktion nach dem Ausformen des Gehäuses selbsttätig ergibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Fahrzeugbauteil und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeugbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeugbauteil aus einem Faserverbundkunststoff weist zumindest einen elektrisch leitfähigen Bereich und zumindest einen elektrisch isolierenden Bereich auf, wobei der elektrisch leitfähige Bereich derart ausgebildet ist, dass er eine Antennenstruktur zum Empfangen und/oder Senden einer elektromagnetischen Strahlung oder eine elektrische Massestruktur bildet und/oder wobei der elektrisch isolierende Bereich derart ausgebildet ist, das das Fahrzeugbauteil für eine elektromagnetische Strahlung durchlässig ist.
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Diese Ausbildung des Fahrzeugbauteils ermöglicht eine Erschließung neuer Einbauräume für Antennen von Fahrzeugen, da diese Antennen oder die für die jeweilige Antenne benötigte elektrische Masse im aus einem Faserverbundkunststoff gefertigten Fahrzeugbauteil integriert ist oder die Antenne an dem Fahrzeugbauteil anzuordnen ist, wobei elektromagnetische Strahlung, welche die Antenne aussendet oder empfangen soll, nicht durch das Fahrzeugbauteil abgeschirmt wird, da in dem Bauteil durch den elektrisch isolierenden Bereich eine so genannte Antennenzone ausgebildet ist, welche für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist.
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Dabei erfolgen diese Integration der Antenne oder der elektrischen Masse und/oder die Ausbildung der Antennenzone in einem gemeinsamen Arbeitsgang mit der Herstellung des Fahrzeugbauteils. Im Fall der Ausbildung der Antenne oder der elektrischen Masse im Fahrzeugbauteil ist es ermöglicht, die Antenne bzw. die elektrische Masse derart in das Fahrzeugbauteil zu integrieren, dass sie an einem fertiggestellten Fahrzeug nicht sichtbar ist.
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Durch die Ausbildung der Antenne oder der elektrischen Masse in dem Fahrzeugbauteil oder durch die Möglichkeit der Anordnung der Antenne an dem aus Faserverbundkunststoff ausgebildeten Fahrzeugbauteil sind keine Antennen beispielsweise in Scheiben des Fahrzeugs oder in anderen Bereichen des Fahrzeugs erforderlich, sodass Kosten- und Gewichtsvorteile zu erzielen sind. Die Antenne oder die elektrische Masse und/oder die Antennenzone sind in dem Fahrzeugbauteil derart auszubilden, dass keine unerwünschte Geräuschentwicklung auftritt und dass das Fahrzeugbauteil erforderliche Anforderungen bezüglich eines Verhaltens bei Kollisionen des Fahrzeugs erfüllt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine erste Ausführungsform eines Fahrzeugbauteils in Draufsicht,
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2 schematisch eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Fahrzeugbauteils, und
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3 schematisch eine zweite Ausführungsform eines Fahrzeugbauteils in Draufsicht.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 3 zeigen zwei Ausführungsformen eines Fahrzeugbauteils 1 aus einem Faserverbundkunststoff in Draufsicht. Die 2 zeigt eine Schnittdarstellung der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Fahrzeugbauteils 1. Das Fahrzeugbauteil 1 kann aus einer Schicht ausgebildet sein oder, wie in 2 für das erste Ausführungsbeispiel dargestellt, aus einer Mehrzahl miteinander verbundener Schichten.
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Das Fahrzeugbauteil 1 weist zumindest einen elektrisch leitfähigen Bereich 2 und zumindest einen elektrisch isolierenden Bereich 3 auf, in den hier dargestellten Beispielen eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Bereichen 3. Eine derartige Faserstruktur des Fahrzeugbauteils 1 wird auch als Hybridgewebelage bezeichnet, da die Gewebelage, welche den elektrisch leitfähigen Bereich 2 und den elektrisch isolierenden Bereich 3, d. h. den elektrisch nicht leitfähigen Bereich, aufweist, aus unterschiedlichen Fasern ausgebildet ist.
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Eine Struktur der jeweiligen Bereiche 2, 3 kann während eines Verfahrens zur Herstellung des Fahrzeugbauteils 1 an jeweilige Erfordernisse angepasst werden. So kann beispielsweise der elektrisch leitfähige Bereich 2, welcher in den Figuren schraffiert dargestellt ist, als eine zusammenhängende Fläche ausgebildet werden, wie in 3 dargestellt, oder als eine Struktur mit darin eingelagerten elektrisch isolierenden Bereichen 3, wie in den 1 und 2 dargestellt. Das Fahrzeugbauteil 1 kann aus lediglich einer Schicht ausgebildet werden oder, wie in 2 dargestellt, aus einer Mehrzahl von Schichten. Bei einem derartigen mehrschichtigen Fahrzeugbauteil 1 kann der elektrisch leitfähige Bereich 2 sich über mehrere Schichten erstrecken oder es können mehrere elektrisch leitfähige Bereiche 2 in mehreren Schichten ausgebildet werden oder der elektrisch leitfähige Bereich 2 beschränkt sich, wie in 2 dargestellt, auf lediglich eine Schicht. Bei einem derartigen Schichtverbund kann eine ganze Schicht als leitfähiger Bereich 2 ausgebildet sein oder der elektrisch leitfähige Bereich 2 ist als ein Teilbereich einer der Schichten ausgebildet, wie in den Figuren dargestellt.
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Der elektrisch leitfähige Bereich 2 ist derart ausgebildet, dass er eine Antennenstruktur zum Empfangen und/oder Senden einer elektromagnetischen Strahlung oder eine elektrische Massestruktur bildet. Alternativ oder zusätzlich ist der elektrisch isolierende Bereich 3 derart ausgebildet, dass das Fahrzeugbauteil 1 für eine elektromagnetische Strahlung durchlässig ist, sodass in dem Fahrzeugbauteil 1 eine so genannte Antennenzone ausgebildet ist. Eine derartige Antennenzone ermöglicht es, eine Antenne an dem Fahrzeugbauteil 1 anzuordnen, wobei von der Antenne abgestrahlte elektromagnetische Strahlung und/oder von der Antenne zu empfangende elektromagnetische Strahlung das Fahrzeugbauteil 1 über die in diesem ausgebildete Antennenzone durchdringt, d. h. eine Abschirmung der Antenne durch das Fahrzeugbauteil 1 ist auf diese Weise verhindert.
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Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das Fahrzeugbauteil 1 aus einem aus Kohlenstofffasern ausgebildeten Faserverbundkunststoff ausgebildet ist. Diese Kohlenstofffasern sind elektrisch leitfähig und schirmen elektromagnetische Strahlung ab. Zum Ausbilden des elektrisch isolierenden Bereichs 3 als Antennenzone, welche elektromagnetische Strahlung durchlässt, werden dann beispielsweise Glasfasern verwendet. D. h. der Faserverbundkunststoff des Fahrzeugbauteils 1 weist dann Bereiche mit Kohlenstofffasern und andere Bereiche mit Glasfasern auf.
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In den hier dargestellten Beispielen ist die Antennenstruktur oder die elektrische Masse direkt im Fahrzeugbauteil 1 ausgebildet, durch den elektrisch leitfähigen Bereich 2. Eine elektrische Kontaktierung dieses elektrisch leitfähigen Bereiches 2 kann kapazitiv erfolgen oder alternativ galvanisch, d. h. durch eine direkte elektrisch leitfähige Verbindung. Hierzu ist jedoch, wenn der elektrisch leitfähige Bereich 2 nicht an der Oberfläche des Fahrzeugbauteils 1 ausgebildet ist, ein Herausführen von elektrischen Kontakten erforderlich. Dazu wird im Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugbauteils 1 mittels elektrisch leitfähiger und elektrisch isolierender, d. h. nicht leitfähiger Fasern, die in den Figuren dargestellte jeweilige Faserstruktur erzeugt. Die elektrisch leitfähigen Fasern zur Ausbildung des elektrisch leitfähigen Bereichs 2 sind beispielsweise Kohlenstofffasern und/oder Metallfasern, zum Beispiel aus Kupfer oder aus Stahl, welche elektrisch miteinander verbunden sind. Die elektrisch isolierenden Fasern sind beispielsweise Glasfasern. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrisch isolierende Bereich 3 auch aus Kunststoff ausgebildet werden, d. h. es sind reine Kunststoffbereiche möglich oder der Kunststoff, welcher eine Matrix des Faserverbundkunststoffs bildet, kann auch gezielt zur Ausbildung des elektrisch isolierenden Bereichs 3 eingesetzt werden.
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Die Fasern können zur Ausbildung dieser Faserstruktur beispielsweise durch Nähen, Stricken, Weben sowie andere Textilverfahren und Nichttextilverfahren miteinander verbunden werden. Beispielsweise können die Fasern als Gewebe, als Gelege oder durch einfache Schüttung entsprechend angeordnet werden und mit dem Kunststoff, beispielsweise einem Kunstharz, durchtränkt werden, sodass danach unter Druck und Wärme der Faserverbundkunststoff in Form des Fahrzeugbauteils 1 ausgebildet wird. Die Fasern können dabei unidirektional ausgerichtet sein oder sowohl zweidimensional als auch dreidimensional in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sein.
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Vor diesem Ausbilden durch Druck und Wärme und/oder vor einem Laminieren mehrerer Schichten des Fahrzeugbauteils 1 können auch gezielt elektrisch leitfähige Fasern unterbrochen oder die elektrisch leitfähig miteinander verbundenen Fasern gezielt getrennt werden, sodass die durch den elektrisch leitfähigen Bereich 2 ausgebildete Antenne gezielt auf eine oder mehrere Frequenzen abgestimmt werden kann. Bei dem mehrschichtigen Fahrzeugbauteil 1 kann die als Hybridgewebelage ausgebildete Schicht, welche auch den elektrisch leitfähigen Bereich 2 enthält, beispielsweise an einer Oberfläche des Fahrzeugbauteils 1 ausgebildet werden, d. h. an einer Außenseite des Fahrzeugbauteils 1, wie in 2 dargestellt, oder an einer Innenseite des Fahrzeugbauteils 1. Der elektrisch leitfähige Bereich 2 kann jedoch beispielsweise auch in einer der inneren Schichten des Fahrzeugbauteils 1 ausgebildet werden, wenn eine ausreichende Durchlässigkeit der äußeren Schichten für elektromagnetische Strahlung sichergestellt ist. Durch die Schichten aus elektrisch isolierenden Fasern kann eine ausreichende Dicke und Steifigkeit des Fahrzeugbauteils 1 erreicht werden. Sollte dies allein durch Glasfasern nicht erreicht werden können, so können zur Erhöhung der Steifigkeit des Fahrzeugbauteils 1 auch Keramik und/oder Aramidfasern eingebracht werden.
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Das Fahrzeugbauteil 1 ist beispielsweise ein Fahrzeugdach aus so genanntem Sichtcarbon. D. h. das Fahrzeugbauteil 1 weist eine sichtbare Carbonoptik auf. Durch gezielt eingebrachte elektrisch leitfähige Fasern und elektrisch isolierende Fasern kann hier die Carbonoptik erhalten werden und es kann die Antennenfunktion durch das Einbringen der Antenne oder der elektrischen Masse für die Antenne als elektrisch leitfähiger Bereich 2 mittels der Kohlenstofffasern oder Metallfasern und/oder durch das gezielte Ausbilden zumindest eines elektrisch isolierenden Bereichs 3 mittels elektrisch isolierender Fasern sichergestellt werden.
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Diese Ausbildung des Fahrzeugbauteils 1 ermöglicht eine Erschließung neuer Einbauräume für Antennen von Fahrzeugen, da diese Antennen oder die für die jeweilige Antenne benötigte elektrische Masse im aus einem Faserverbundkunststoff gefertigten Fahrzeugbauteil 1 integriert ist oder die Antenne an dem Fahrzeugbauteil 1 anzuordnen ist, wobei elektromagnetische Strahlung, welche die Antenne aussendet oder empfangen soll, nicht durch das Fahrzeugbauteil 1 abgeschirmt wird, da in dem Fahrzeugbauteil 1 durch den elektrisch isolierenden Bereich 3 eine so genannte Antennenzone ausgebildet ist, welche für elektromagnetische Strahlung durchlässig ist.
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Dabei erfolgen diese Integration der Antenne oder der elektrischen Masse und/oder die Ausbildung der Antennenzone in einem gemeinsamen Arbeitsgang mit der Herstellung des Fahrzeugbauteils 1. Im Fall der Ausbildung der Antenne oder der elektrischen Masse im Fahrzeugbauteil 1 ist die Antenne bzw. die elektrische Masse derart in das Fahrzeugbauteil 1 integrierbar, dass sie an einem fertiggestellten Fahrzeug nicht sichtbar ist. Durch die Ausbildung der Antenne oder der elektrischen Masse in dem Fahrzeugbauteil 1 oder durch die Möglichkeit der Anordnung der Antenne an dem aus Faserverbundkunststoff ausgebildeten Fahrzeugbauteil 1 sind keine Antennen beispielsweise in Scheiben des Fahrzeugs oder in anderen Bereichen des Fahrzeugs erforderlich, sodass Kosten- und Gewichtsvorteile zu erzielen sind. Die Antenne oder die elektrische Masse und/oder die Antennenzone sind in dem Fahrzeugbauteil 1 derart auszubilden, dass keine unerwünschte Geräuschentwicklung auftritt und dass das Fahrzeugbauteil 1 erforderliche Anforderungen bezüglich eines Verhaltens bei Kollisionen des Fahrzeugs erfüllt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007040011 A1 [0002]
- DE 102008036101 A1 [0003]
- DE 202007016670 U1 [0004]
