-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugdachmodul.
-
Im Zuge der Bemühungen, den CO2 Ausstoß von Fahrzeugen zu verringern, wird verstärkt auf die Elektrifizierung von Fahrzeugen gesetzt. Dabei wird die nötige elektrische Energie aus einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, bezogen. Um die Batterie zu laden, kann das Fahrzeug an einer Ladestation angeschlossen werden. Um die Fahrzeuge noch energieeffizienter und umweltfreundlicher zu konstruieren und um die Reichweite zu verlängern, werden zum Teil Solarzellen in die Fahrzeuge integriert, beispielsweise in ein Fahrzeugdach. Die Solarzellen können Strom erzeugen, mit dem elektrische Komponenten im Fahrzeug betrieben werden oder der in die Batterie eingespeist wird. Dabei werden die Solarzellen an einer Glasscheibe angebracht oder zwischen zwei Glasscheiben einlaminiert. Durch die Verwendung von Glasscheiben erhöht sich jedoch das Fahrzeuggewicht, was sich wiederum negativ auf den Energieverbrauch auswirkt.
-
Die
DE 198 52 383 B4 beschreibt ein Dachmodul für ein Fahrzeug. In dem Dachmodul ist ein Solarelement integriert. Das Solarelement umfasst ein Substrat in Form einer Glas- oder Kunststoffscheibe, auf das Solarzellen auflaminiert werden. Zum Schutz der Solarzellen ist eine Abdeckung aus Plexiglas vorgesehen.
-
Die
DE 10 2015 102 616 B3 beschreibt ein einer Fahrzeugdachöffnung zugeordnetes Deckelelement. Das Deckelelement umfasst einen Rahmen, an dem ein transparentes Panel angeordnet ist. Der Rahmen umfasst einen Einleger aus Papierwabe, an dem beidseitig eine Decklage aus Polyurethan angeordnet ist.
-
Die
DE 101 01 770 A1 beschreibt allgemein ein Solarmodul. Das Solarmodul umfasst ein Trägerbauteil, auf dem Solarzellen angeordnet sind. Zumindest eine Frontseite des Solarmoduls besteht aus transparentem Polyurethan. Eine von dem Trägerbauteil weggerichtete Fläche der Solarzellen sowie ein angrenzender Teil der Außenfläche des Trägerbauteils, der nicht von den Solarzellen abgedeckt ist, sind vollständig mit der transparenten Polyurethanschicht 1 überzogen.
-
Die
DE 10 2005 038 735 A1 beschreibt eine Solareinheit, die beispielsweise an einem Fahrzeugdach befestigt werden kann. Die Solarzelleneinheit umfasst ein Solarzellenmodul, dessen Außenseite von einer Glasdeckschicht vollständig bedeckt ist.
-
Die
US 2015/0136207 A1 beschreibt ein Dachmodul mit einem integrierten Solarzellenmodul. Dabei sind Solarzellen zwischen zwei thermoplastischen Lagen eingebettet, wobei die thermoplastischen Lagen aus Polyurethan gebildet sein können. Insbesondere sind eine von der Lage weggerichtete Fläche der Solarzellen sowie ein an die Solarzellen angrenzender Teil vollständig mit einer Polyurethanschicht überzogen.
-
Die
EP 2 878 519 A1 offenbart eine Fahrzeugdachstruktur mit einem Solarzellenmodul, das auf einer Außenseite Strukturbauteils angeordnet ist, wobei eine von der Außenfläche des Strukturbauteils weggerichtete Fläche des Solarzellenmoduls von einer Abdeckung aus Polycarbonat vollständig bedeckt ist.
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugdachmodul bereitzustellen, das zur Erzeugung von elektrischer Energie beitragen kann und gleichzeitig besonders leicht ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeugdachmodul, aufweisend ein Dachstrukturbauteil mit mindestens einer Außenfläche und zumindest ein Solarzellenmodul, das auf einem Teil der Außenfläche des Dachstrukturbauteils angeordnet ist, wobei eine von der Außenfläche des Dachstrukturbauteils weggerichtete Fläche des Solarzellenmoduls sowie ein angrenzender Teil der Außenfläche, welcher nicht von dem zumindest einen Solarzellenmodul abgedeckt ist, vollständig mit einer transparenten Polyurethan-Schicht überzogen ist, wobei die Polyurethan-Schicht über einen seitlich abgerundeten Rand des Fahrzeugdachmoduls hinweg in eine Seitenfläche des Dachstrukturbauteils übergeht.
-
Polyurethan hat ein deutlich geringeres Gewicht als zum Beispiel Glas, sodass dadurch der Vorteil erreicht wird, dass das Fahrzeugdachmodul besonders leicht ist. Gleichzeitig ist das Solarzellenmodul durch die Polyurethan-Schicht ausreichend gegen Beschädigung und andere äußere Einflüsse geschützt, insbesondere am Rand des Solarzellenmoduls, d.h. am Übergang zum Dachstrukturbauteil.
-
Indem die Polyurethan-Schicht in eine Seitenfläche übergeht, wird eine besonders gute Oberfläche des Fahrzeugdachmoduls erreicht.
-
Des Weiteren lässt sich die Polyurethan-Schicht einfach auf das mindestens eine Solarzellenmodul aufbringen, indem beispielsweise plastifiziertes Polyurethan in einem Spritzwerkzeug, in dem das Dachstrukturbauteil und das Solarzellenmodul eingelegt sind, eingebracht wird.
-
Vorzugsweise ist das Dachstrukturbauteil ein faserverstärktes Kunststoffteil. Dadurch hat das Dachstrukturbauteil eine hohe Festigkeit. Gleichzeitig eignet sich ein faserverstärktes Kunststoffteil für Leichtbauanwendungen.
-
Vorzugsweise ist das Dachstrukturbauteil ein LFI-Bauteil. Das heißt, dass das Dachstrukturbauteil mittels Lang-Faser-Injektion hergestellt ist. Als Verstärkungsfasern dienen dabei häufig Glasfasern. Die Fasern werden beispielsweise in dem Verfahren zerschnitten, in einem speziellen Mischkopf mit dem flüssigen Polyurethan benetzt und in ein offenes Werkzeug eingetragen. Das eingetragene Polyurethan-Faser-Gemisch kann daraufhin im geschlossenen Werkzeug unter Druck zu einem Formteil verpresst werden.
-
LFI-Bauteile eignen sich besonders für den Einsatz als großflächige Strukturbauteile, wie das Dachstrukturbauteil, da sie eine besonders hohe Stabilität aufweisen.
-
Zwischen dem Dachstrukturbauteil und dem Solarzellenmodul ist vorzugsweise eine durchgängige Klebeschicht angeordnet. Durch die Klebeschicht kann die Haftung des Solarzellenmoduls an dem Dachstrukturbauteil verbessert sein. Insbesondere kann das Solarzellenmodul durch die Klebeschicht an dem Dachstrukturbauteil fixiert werden. Die Klebeschicht ist beispielsweise als Klebefolie ausgebildet.
-
Als Alternative hierzu wird das Solarzellenmodul beim Schäumen oder Spritzen zur Herstellug des Dachstrukturbauteils hinterschäumt oder hinterspritzt, sodass das Solarzellenmodul mit dem Dachstrukturbauteil verbunden ist. Eine eigene Klebeschicht kann dadurch entfallen ebenso wie ein zusätzlicher Bearbeitungsvorgang. Unter Umständen muss die Rückseite des Solarzellenmoduls aktiviert werden, um eine Haftung des flüssigen Kunststoffs zu erreichen.
-
Das Solarzellenmodul weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mindestens eine flexible Solarzellenfolie auf. Vorzugsweise umfasst das Solarzellenmodul mindestens ein flexibles Dünnschichtelement. Durch die Flexibilität kann sich das Solarzellenmodul, insbesondere die Solarzellenfolie, an eine Wölbung des Dachstrukturbauteils anpassen. Somit kann ein besonders großer Teil der Außenfläche des Dachstrukturbauteils genutzt werden, um mindestens ein Solarzellenmodul anzubringen. Eine solche Solarzellenfolie kann auch leicht beschnitten werden, d. h. die Außenränder der Folie werden durch Zuschneiden an die Kontur des Dachstrukturbauteils angepasst, was insbesondere bei nichtlinearen Rändern für zusätzliche Solarfläche und für eine optisch bessere Integration sorgt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Polyurethan-Schicht auf ihrer Außenseite, die auch die Oberseite des Fahrzeugdachmoduls bildet, strukturiert, d.h. nicht etwa glatt, sondern mit gezielt hergestellten Strukturen versehen, was durch eine entsprechende Gestaltung der Oberfläche des Werkzeugs erzeugt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Lichteinkopplung in die Polyurethan-Schicht verbessert ist und so mehr Licht zu dem Solarzellenmodul durchdringt als bei einer unstrukturierten Polyurethan-Schicht. Insbesondere ist durch die Strukturierung eine Oberfläche der Polyurethan-Schicht bei gleichbleibender Kontaktfläche mit dem Solarzellenmodul und dem Dachstrukturbauteil vergrößert. Auf diese Weise kann von dem Solarzellenmodul besonders viel elektrische Energie erzeugt werden.
-
Die Strukturierung sollte so ausgeführt sein, dass die Rauigkeit Rz im Bereich von mindestens 10-20 µm liegt, was einer feinen Satinierung entspricht.
-
Alternativ weist die Strukturierung eine Vielzahl von Prismen auf. Mittels einer Prismenstruktur kann Licht besonders gut in die Polyurethan-Schicht eingekoppelt werden.
-
Das Dachstrukturbauteil kann einen umschäumten oder umspritzten Einleger aufweisen, der eine geringere Dichte hat als die angrenzende Umschäumung oder Umspritzung. Auf diese Weise kann bei der Herstellung des Dachstrukturbauteils LFI-Material eingespart werden, wodurch das Dachstrukturbauteil besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Darüber hinaus wird das Gewicht des Dachstrukturbauteils durch den Einleger zusätzlich reduziert.
-
Gemäß einer Ausführungsform weist der Einleger eine Wabenstruktur auf oder ist ein Schaumkern. Dadurch wird erreicht, dass der Einleger eine möglichst geringe Dichte hat, gleichzeitig aber möglichst stabil ist. Der Einleger kann mittels Spritzens oder Schäumens hergestellt sein. Die Waben verlaufen vorzugsweise vertikal bezogen auf den im Fahrzeug eingebauten Zustand des Dachmoduls.
-
In dem Dachstrukturbauteil kann mindestens ein Befestigungselement integriert sein, welches ausgebildet ist, um das Fahrzeugmodul einfach an einer Fahrzeugkarosserie oder ein Anbauteil am Dachstrukturbauteil zu befestigen. Des Weiteren kann zum Beispiel ein Dachhimmel über das mindestens eine Befestigungselement besonders einfach an dem Dachstrukturbauteil montiert werden, insbesondere mittels einer Clipverbindung.
-
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Dachhimmelgewebe direkt auf eine Innenseite des Dachstrukturbauteils aufgebracht sein. Zum Beispiel kann die Innenseite des Dachstrukturbauteils beflockt sein.
-
Gemäß einer bevorzugten Variante sind elektrische Leitungen zur Kontaktierung des Solarzellenmoduls in dem Dachstrukturbauteil integriert, insbesondere eingekapselt. Dadurch sind die elektrischen Leitungen vor Beschädigung geschützt und die Kontaktierung des Solarzellenmoduls ist besonders einfach. Beispielsweise sind die elektrischen Leitungen durch das Dachstrukturbauteil hindurchgeführt und zumindest teilweise mit Polyurethan umspritzt.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform steht das Solarzellenmodul gegenüber der Außenfläche des Dachstrukturbauteils vor und die Polyurethan-Schicht gleicht einen Höhensprung zwischen dem Solarzellenmodul und dem angrenzenden Dachstrukturbauteil aus. Auf diese Weise erhält das Fahrzeugdachmodul eine glatte Oberfläche ohne Kanten, an denen sich Schmutz ablagern könnte.
-
Die Polyurethan-Schicht füllt vorzugsweise am Rand des Dachstrukturbauteils Absätze im Dachstrukturbauteil aus. Dadurch werden mehrere Vorteile erreicht: Zum einen ist die Kontaktfläche zwischen dem Dachstrukturbauteil und der Polyurethan-Schicht ausreichend, um eine zuverlässige Haftung der Polyurethanschicht an dem Dachstrukturbauteil zu gewährleisten. Zum anderen ergibt sich dadurch ein Labyrintheffekt, insbesondere ist ein Weg von einer Außenseite des Dachstrukturbauteils bis zum Solarzellenmodul verlängert, sodass keine Feuchtigkeit zum Solarzellenmodul durchdringen kann. Auf diese Weise ist die Haltbarkeit des Fahrzeugdachmoduls verbessert.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 schematisch einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Fahrzeugdachmodul und
- - 2 einen Teilschnitt durch ein Fahrzeugdach mit dem Fahrzeugdachmodul nach 1.
-
1 zeigt schematisch einen Teilschnitt durch ein Fahrzeugdachmodul 10. Das Fahrzeugdachmodul 10 weist ein Dachstrukturbauteil 12, ein Solarzellenmodul 14 und eine Polyurethan-Schicht 16 auf.
-
Das Dachstrukturbauteil 12 ist ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, insbesondere ein LFI-Bauteil, das mit Glasfasern verstärkt ist. Alternativ kann das Dachstrukturbauteil 12 mittels RTM-Technologie hergestellt sein. Solche Materialien werden besonders häufig für Leichtbauanwendungen genutzt, bei denen eine hohe Festigkeit gefordert wird. Beim RTM-Verfahren werden lang- und Endlosfasern über das Harzinjektionsverfahren in ein flächiges Bauteil integriert. Verstärkungsfasern werden in einem Werkzeug in Form eines konturnahem Preforms eingelegt. Nach dem Schließen des Werkzeugs wird Harz injiziert, welches die Faserlagen durchströmt.
-
Hinsichtlich des Gewichts des Dachstrukturbauteils 12 ist es vorteilhaft, einen Einleger 18 in das Dachstrukturbauteil 12 zu integrieren. Der Einleger 18 kann umschäumt oder umspritzt sein und eine geringere Dichte haben als die Umschäumung oder Umspritzung. Insbesondere kann der Einleger 18 eine geringere Dichte haben als der zur Herstellung des Dachstrukturbauteils 12 verwendete faserverstärkte Kunststoff. Um den Einleger 18 besonders leicht zu konstruieren, kann dieser eingeschlossene Hohlräume aufweisen, beispielsweise eine Wabenstruktur, oder kann ein Schaumkern sein, d.h. ein ausgehärteter Schaum.
-
Das Solarzellenmodul 14 ist auf einer Außenfläche 20 des Dachstrukturbauteils 12 angeordnet. Die Außenfläche 20 des Dachstrukturbauteils 12 bildet einen Teil der Außenhaut eines Fahrzeugs. Beispielsweise kann das Solarzellenmodul 14 auf das Dachstrukturbauteil 12 aufgeklebt sein. Zu diesem Zweck kann zwischen dem Dachstrukturbauteil 12 und dem Solarzellenmodul 14 eine Klebeschicht, insbesondere eine Klebefolie, angeordnet sein. Die Klebeschicht kann auch dazu dienen, das Solarzellenmodul 14 vollflächig an dem Dachstrukturbauteil 12 zu fixieren, bevor die Polyurethan-Schicht 16 aufgetragen wird.
-
Das Solarzellenmodul 14 ist als Solarfolie ausgebildet, insbesondere umfasst das Solarzellenmodul 14 ein flexibles Dünnschichtmodul. Durch die Flexibilität kann sich das Solarzellenmodul 14 an die Geometrie des Dachstrukturbauteils 12 anpassen.
-
Die Fläche des Solarzellenmoduls 14, die von der Außenfläche 20 des Dachstrukturbauteils 12 weggerichtet ist, ist vollständig mit der transparenten Polyurethan-Schicht 16 überzogen. Zusätzlich ist ein angrenzender Teil 19 der Außenfläche 20 des Dachstrukturbauteils 12, der nicht von dem zumindest einen Solarzellenmodul 14 abgedeckt ist, von der Polyurethan-Schicht 16 überzogen.
-
Die Polyurethan-Schicht 16 dient dazu, das Solarzellenmodul 14 vor Beschädigung zu schützen. Zusätzlich kann die Polyurethan-Schicht 16 dazu dienen, das Solarzellenmodul 14 an dem Dachstrukturbauteil 12 zu fixieren. Dazu wird das Dachstrukturbauteil 12 zusammen mit dem Solarzellenmodul 14 in ein Werkzeug eingelegt. Im Bereich über dem Solarzellenmodul 14 und dem angrenzenden Bereich des Dachstrukturbauteils 12 weist das Werkzeug in geschlossenem Zustand einen Hohlraum auf, der mit Polyurethan gefüllt wird. Dabei haftet das Polyurethan an dem Dachstrukturbauteil 12, sodass das Solarzellenmodul 14 zusammen mit der Polyurethan-Schicht 16 an dem Dachstrukturbauteil 12 fixiert ist.
-
Um die Haftung der Polyurethan-Schicht 16 an dem Dachstrukturbauteil 12 zu verbessern, weist das Dachstrukturbauteil 12 im angrenzenden Teil 19 einen Absatz 22 auf. Durch den Absatz 22 ist die Kontaktfläche zwischen dem Dachstrukturbauteil 12 und der Polyurethan-Schicht 16 erhöht. Außerdem entsteht durch den Absatz 22 ein Labyrintheffekt, sodass das Solarzellenmodul 14 besonders gut gegen eindringende Feuchtigkeit geschützt ist.
-
Um die Oberfläche des Fahrzeugdachmoduls 10 besonders randseitig glatt zu gestalten, geht die Oberfläche der Polyurethan-Schicht 16 über einen abgerundeten Rand tangential in eine Seitenfläche des Dachstrukturbauteils über. Zusätzlich gleicht die Polyurethan-Schicht 16 hier einen Höhensprung zwischen dem Dachstrukturbauteil 12 und dem Solarzellenmodul 14 aus.
-
Eine Außenseite 24 der Polyurethan-Schicht 16 kann strukturiert sein, mit einer Rauigkeit Rz im Bereich von mindestens10-20 µm.
-
um einen verbesserten Lichteinfall auf das Solarzellenmodul 14 zu erreichen. Insbesondere kann die Außenseite 24 eine Prismenstruktur aufweisen. Dadurch kann mehr Licht in die Polyurethan-Schicht 16 eingekoppelt werden als mit einer unstrukturierten Oberfläche, sodass auch mehr Licht vom Solarzellenmodul 14 in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die Strukturierung kann direkt im Werkzeug beim Einspritzen des Polyurethans ausgebildet werden.
-
Zur elektrischen Kontaktierung des Solarzellenmoduls 14 umfasst das Fahrzeugdachmodul 10 elektrische Leitungen 26. Diese sind vorteilhafterweise im Dachstrukturbauteil 12 integriert, insbesondere eingegossen.
-
2 zeigt einen Teilschnitt durch ein Fahrzeugdach, insbesondere durch ein Fahrzeugdachmodul 10. Zusätzlich zu den in Zusammenhang mit 1 bereits beschriebenen Elementen ist in 2 ein Befestigungselement 28 dargestellt. Das Befestigungselement 28 dient dazu, einen Dachhimmel 30 an dem Dachstrukturbauteil 12 zu befestigen, zum Beispiel durch Einclipsen. Das Befestigungselement 28 ist vorzugsweise in dem Dachstrukturbauteil 12 integriert, insbesondere eingegossen. Die Befestigung des Dachhimmels 30 kann dadurch besonders montagefreundlich sein. Ferner können in dem Dachstrukturbauteil 12 weitere Befestigungselemente integriert sein, die dazu dienen können, das Dachstrukturbauteil 12 an einer Fahrzeugkarosserie oder weitere Anbauteile an dem Dachstrukturbauteil 12 zu befestigen.
-
Es ist auch möglich, den Innenhimmel 32 direkt anzubringen, indem der Innenhimmel (Textil oder Folie) in das Schäumwerkzeug eingelegt wird und dann der faserverstärkte Kunststoff in das Werkzeug und damit auf die Oberseite des Innenhimmels aufgebracht wird. Damit benötigt man keine zusätzliche Befestigung und auch keinen zusätzlichen Kleber, um den Innenhimmel 32 am Fahrzeugdachmodul zu befestigen.
-
In 2 ist zu sehen, dass das Fahrzeugdachmodul Über eine Schraubverbindung am Dachrahmen befestigt ist. Alternativ hierzu kann das Dachmodul auch mit einer Fläche für eine Kleberaupe ausgebildet sein, sodass das Dachmodul von oben auf die Karosserie aufgesetzt werden kann. Der Dachrahmen ist in 2 in einer alternativen Ausführungsform Nach unten unterhalb des Dachmoduls gezogen (siehe Bezugszeichen 34). Auf diesen Rand des Dachrahmens wird dann von oben das Dachmodul aufgesetzt und aufgeklebt.
-
Das Solarzellenmodul 14 muss nicht mit einem Kleber vollflächig auf das Dachstrukturbauteil 12 aufgeklebt werden. Alternativ hierzu wird das Solarzellenmodul 14 in das Schäumwerkzeug eingelegt und hinterschäumt, sodass es ohne zusätzlichen Klebstoff unmittelbar mit dem Solarzellenmodul 14 verbunden wird. Dies ist insbesondere bei einer flexiblen Solarzellenfolie von Vorteil.
