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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil aufweisend einen Mehrschichtverbund aus mindestens drei flächig aufeinander angeordneten, miteinander verbundenen Einzelschichten, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeugstrukturbauteil.
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Aus der
DE 10 2021 003 730 A1 ist ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeugstrukturbauteil bekannt, wobei zumindest eine der Einzelschichten des Mehrschichtverbunds eine Komfortfunktion aufweisen soll.
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Aus der
DE 10 2008 011 266 A1 ist ein Kraftfahrzeugkarosserieelement bekannt, umfassend eine Anzahl von Karosserieelementen, von denen mindestens eines eine Sandwichstrukturbauweise aus verschiedenen Schichten aufweist. Zumindest eine der Schicht ist dabei mit einem abgeschlossenen Hohlraum versehen, in dem ein Vakuum herrscht. Hierdurch soll ein Fahrzeugkarosserieelement geschaffen werden, welches insbesondere gut wärmeisolierend ausgebildet und einfach zu realisieren ist.
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Generell bringt die Entwicklung des Trends zu großen transluzenten bzw. transparenten Dachsystemen in der Automobilindustrie thermische Herausforderungen an die Materialien sowie Komponenten im Bereich des Dachs mit sich. Aufgrund der Erwärmung durch die Sonneneinstrahlung entstehend dabei hohe Temperaturen unter einer Glasfläche, weshalb thermisch anfällige Materialien sowie EIE-Komponenten im Dachbereich nur beschränkt einsetzbar sind. Eine erforderliche thermische Dämmung in Zusammenhang mit einer gleichbleibend hohen Kratzbeständigkeit ist bei Glasfestdächern mit heutigen Materialien nicht realisierbar.
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Aus diesem Grund werden im Bereich von Dachsystemen vor allem sogenannte VSG-Scheiben (Verbundsicherheitsglas) mit einer Low-Emissivity-Beschichtung verwendet. Nachteil eines derartigen Aufbaus ist jedoch eine vergleichsweise schlechte Wärmedämmung eines Fahrgastraums durch das Verbundglas sowie ein vergleichsweise hohes Gewicht und insbesondere auch hohe Kosten durch die Low-Emissivity-Beschichtung.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein mehrschichtiges Kraftfahrzeugstrukturbauteil anzugeben, welches sowohl optimierte Wärmedämmeigenschaften als auch eine vergleichsweise hohe Kratzbeständigkeit aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugstrukturbauteil besitzt dabei einen Mehrschichtverbund aus zumindest drei flächig aufeinander angeordneten und miteinander verbundenen Einzelschichten, wobei eine erste Einzelschicht des Mehrschichtverbunds das Kraftfahrzeugstrukturbauteil zu einer Umgebung des Kraftfahrzeugstrukturbauteils hin begrenzt, wobei eine dritte Einzelschicht des Mehrschichtverbunds von der besagten Umgebung abgewandt ist und zumindest abschnittsweise einen Fahrgastraum begrenzt und wobei eine zweite Einzelschicht des Mehrschichtverbunds sandwichartig zwischen der ersten Einzelschicht und der dritten Einzelschicht angeordnet ist. Erfindungsgemäß sind dabei alle drei Einzelschichten lichtdurchlässig, wobei die zweite Einzelschicht ein transluzentes Hybrid-Aerogel aufweist und wobei die erste Einzelschicht ein Silikatglas aufweist oder als solches ausgebildet ist. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugstrukturbauteils liegt somit darin, dass die vergleichsweise hohe Kratzbeständigkeit durch die Verwendung von Silikatglas in der ersten, das heißt äußeren, Einzelschicht erhalten bleibt. Hinzu kommt eine optimierte thermische Dämmung durch das Hybrid-Aerogel. In Betracht kommen hier insbesondere Hybrid-Aerogele welche zum einen transluzent sind und zum anderen eine gummiartige Struktur aufweisen, um so die Kräfte, welche in den umliegenden Schichten generiert werden aufzunehmen. Hierfür kommen Silica-Hybrid-Aerogele in Frage, welchen während der Herstellung Kunststoffe, wie Polydimethylsiloxane, Pektine oder andere Werkstoffe, die einen ähnlichen Effekt haben, beigemischt werden. Der Grundwerkstoff des Hybridaerogel ist üblicherweise Silizium. Diesem werden zum Beispiel die zuvor genannten Kunstoffe vor dem Sol-Gel-Verfahren beigemischt. Ziel der Hybridisierung ist es die mechanischen Eigenschaften des Aerogels zu verbessern. Ein Ideales Resultat ist ein gummiartiges Hybridaerogel, welches die Kräfte welche bei einer thermischen Ausdehnung der umgebenden Schichten entstehen aufnehmen kann, ohne dadurch beschädigt zu werden. Aufgrund eines vergleichsweise niedrigen E-Moduls des Aerogels entstehen keine Spannungen zwischen der ersten Einzelschicht aus Silikatglas und der dritten Einzelschicht, wodurch beispielsweise keine Schubspannungen durch eine thermische Ausdehnung der ersten Einzelschicht auf die dritte Einzelschicht übertragen werden. Hierdurch können insbesondere eine Formstabilität des Kraftfahrzeugstrukturbauteils erhalten werden, wobei eine mechanische Festigkeit nicht durch thermisch induzierte Spannungen reduziert wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugstrukturbauteils weist die dritte Einzelschicht Polycarbonat auf oder ist aus Polycarbonat ausgebildet. Hierdurch kann eine deutliche Gewichtseinsparung im Vergleich zu einer Verbundglasscheibe erreicht werden, was insbesondere im Automobilbau von großem Vorteil ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugstrukturbauteils, ist dieses als Dachfenster eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Hierdurch lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugstrukturbauteil vergleichsweise große Dachfenster realisieren, die trotzdem eine hohe Wärmedämmung, ein Gefühl von Freiheit und zugleich ein geringes Gewicht aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Kraftfahrzeugstrukturbauteil anzugeben, wodurch die zuvor in Bezug auf das Kraftfahrzeugstrukturbauteil beschriebenen Vorteile auch auf das Kraftfahrzeug übertragen werden können.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugstrukturbauteil.
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Entsprechend der 1 weist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1, welches beispielsweise als Dachfenster 2 eines Kraftfahrzeugs 3 ausgebildet sein kann, einen Mehrschichtverbund 4 aus zumindest drei flächig aufeinander angeordneten und miteinander verbundenen Einzelschichten 5, 6, 7 auf, wobei eine erste Einzelschicht 5 des Mehrschichtverbunds 4 eine das Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1 zu einer Umgebung 8 des Kraftfahrzeugstrukturbauteils 1 hin begrenzende Außendeckschicht bildet und wobei eine dritte Einzelschicht 7 des Mehrschichtverbunds 4 von der besagten Umgebung 8 abgewandt ist und eine, einem vom Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1 zumindest abschnittsweise begrenzten Fahrgastraum 9 zugewandte Innendeckschicht bildet. Die zweite Einzelschicht 6 des Mehrschichtverbunds 4 ist dabei sandwichartig zwischen der ersten Einzelschicht 5 und der dritten Einzelschicht 7 angeordnet.
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Erfindungsgemäß sind nun alle drei Einzelschichten 5, 6, 7 lichtdurchlässig, wobei die zweite Einzelschicht 6 zugleich eine transluzentes Hybrid-Aerogel aufweist. Ein derartiges Hybrid-Aerogel besitzt dabei eine hohe Wärmedämmung und schafft dadurch im Fahrgastraum 9 im Vergleich zu einem reinen Verbundglassystem ein angenehmes Raumklima. Die erste Einzelschicht 5 weist ein Silikatglas auf, welches aufgrund seiner hohen Kratzbeständigkeit langfristig einen optisch hohen Anspruch erfüllt. Hierfür kommen Silica-Hybrid-Aerogele in Frage, denen während der Herstellung Kunststoffe, wie Polydimethylsiloxane, Pektine oder andere Werkstoffe, die einen ähnlichen Effekt haben, vor dem Sol-Gel-Verfahren beigemischt werden. Der Grundwerkstoff des Hybridaerogel ist üblicherweise Silizium. Ein Ideales Resultat ist ein gummiartiges Hybridaerogel, welches die Kräfte welche bei einer thermischen Ausdehnung der umgebenden Schichten entstehen aufnehmen kann, ohne dadurch beschädigt zu werden.
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Durch den vergleichsweise geringen E-Modul der zweiten Einzelschicht 6 entstehen keine Spannungen, beispielsweise durch eine thermische Ausdehnung der aus Silikatglas ausgebildeten ersten Einzelschicht 5, zwischen dieser und der dritten Einzelschicht 7, da die zweite Einzelschicht 6 mit dem Hybrid-Aerogel aufgrund des niedrigen E-Moduls diese Schubspannungen nicht weiterleitet. Hierdurch bleibt auch die Formstabilität des Mehrschichtverbunds 4 insgesamt erhalten und die mechanische Festigkeit wird nicht nur thermisch induzierte Spannungen reduziert.
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Die dritte Einzelschicht 7 weist vorzugsweise Polycarbonat auf oder ist aus einem derartigen Polycarbonat hergestellt bzw. ausgebildet, wodurch im Vergleich zur Verwendung eines doppelten Glasaufbaus bei einer Verbundglasscheibe eine deutliche Gewichtsreduzierung erreichbar ist. Dies ist insbesondere beim Einbau in Kraftfahrzeugen 3, insbesondere auch bei Elektro- und Hybridfahrzeugen von großem Vorteil.
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Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1 ein gewichtsoptimiertes und hinsichtlich der Wärmedämmeigenschaften optimiertes Dachfenster 2 geschaffen werden, welches aufgrund der aus Silikatglas ausgebildeten ersten Einzelschicht 5 zugleich äußerst kratz- bzw. generell witterungsbeständig ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102021003730 A1 [0002]
- DE 102008011266 A1 [0003]
