DE102021130364A1

DE102021130364A1 - Transparente komposit-karosserieplatten mit lokalisierter strukturverstärkung für kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102021130364A1
Application number: DE102021130364.8A
Authority: DE
Inventors: Bradley A. Newcomb; Julien P. Mourou; Giles D. Bryer; Joung Min Choi; Thomas S. Prevost
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2022-07-07
Also published as: CN114714869A; US20220212449A1; US11919276B2

Abstract

Vorgestellt werden mehrschichtige Verbundplatten für Kraftfahrzeuge, Verfahren zur Herstellung/Verwendung solcher Platten und Kraftfahrzeuge mit transparenten Verbunddachplatten, die örtlich begrenzte Verstärkungsmerkmale aufweisen. Eine mehrschichtige Verbundplatte in Sandwichbauweise enthält eine oder mehrere Außenschichten, die jeweils ein transparentes starres Material enthalten, eine oder mehrere Verbindungsschichten, die jeweils ein transparentes Klebematerial enthalten, und eine oder mehrere strukturelle Verstärkungsschichten, die jeweils ein faserverstärktes Polymermaterial enthalten. Jede strukturelle Verstärkungsschicht kann direkt mit einer Verbindungsschicht und/oder Außenschicht verbunden sein. Die Verbundplatte kann auch eine oder mehrere IR-reflektierende Schichten, eine oder mehrere lichtabsorbierende Sonnenschutzschichten und eine oder mehrere isolierende Low-k-Schichten enthalten. Die mehrschichtige Karosserieplatte hat ein Grundrissprofil, die einzelnen Schichten erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Länge und Breite der Grundrissfläche, während die Fasern in jeder strukturellen Verstärkungsschicht auf einen oder mehrere diskrete Bereiche innerhalb des Grundrissprofils beschränkt sind.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Karosserieteile für Kraftfahrzeuge. Genauer gesagt, Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf transparente Dachplatten für Moonroof- und Panoramadach-Baugruppen von Kraftfahrzeugen.
Die meisten aktuellen Serienfahrzeuge, wie z. B. das moderne Automobil, sind auf einer starren Fahrzeugkarosserie aufgebaut - entweder als Body-on-Frame- oder als Unibody-Konstruktion - mit einem Innenraum, in dem die Fahrzeuginsassen Platz finden und geschützt sind. Bei Kraftfahrzeugen sind die Türen auf der Fahrer- und Beifahrerseite beweglich an der Backbord- und Steuerbordseite der Karosserie angebracht, um einen kontrollierten Zugang zum Fahrgastraum und eine seitliche Sicht durch die zugehörigen Türfenster zu ermöglichen. Ein Heckfenster oder eine Heckscheibe dichtet den hinteren Teil des Fahrgastraums ab, ermöglicht aber dennoch die Sicht nach hinten. Zwischen den vorderen A-Säulen der Fahrzeugkarosserie ist eine Windschutzscheibe angebracht, die ein aerodynamisch geformtes Fenster darstellt, durch das der Fahrer die Fahrbahn sehen kann, während sie gleichzeitig das unerwünschte Eindringen von Wind, Regen und Schmutz verhindert. Moderne Windschutzscheiben, Seiten- und Heckscheiben sowie Glasdächer bestehen in der Regel aus einer Verbundglaskonstruktion, die aus einem mehrschichtigen Aufbau mit einer Kunststoffzwischenschicht, in der Regel aus Polyvinylbutyral (PVB) oder Ethylen-Vinylacetat (EVA), besteht, die zwischen zwei oder mehr gebogene Scheiben aus gehärtetem Glas laminiert ist.
BESCHREIBUNG
Vorgestellt werden mehrschichtige Verbundplatten für Kraftfahrzeuge, Verfahren zur Herstellung und Verwendung solcher Platten sowie Kraftfahrzeuge, die mit transparenten Verbunddachplatten mit selektiv angeordneten Verstärkungselementen ausgestattet sind. Als Beispiel wird ein strukturelles transparentes Verbunddach mit lokalisierten undurchsichtigen Verstärkungsabschnitten vorgestellt, z. B. für ein Panorama-Glasdach für Kraftfahrzeuge. Das transparente Verbunddach kann eine laminierte Sandwich-Konstruktion mit drei oder mehr Schichten sein, darunter: eine oder mehrere kratzfeste Außenschichten; eine oder mehrere thermoplastische oder duroplastische faserverstärkte Polymerschichten (FRP); eine oder mehrere optische Verbindungsschichten; eine oder mehrere Infrarot (IR)-reflektierende Schichten; eine oder mehrere feste, lichtabsorbierende Sonnenschutzschichten; eine oder mehrere elektrisch isolierende Low-k-Beschichtungsschichten; und/oder eine oder mehrere chemisch gehärtete oder Kalknatronglasschichten. Die Reihenfolge, die Einzel- und Gesamtdicken und die jeweiligen Inhalte der Schichten können variiert werden, z. B. in Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung der Mehrschichtverbundplatte.
Die strukturelle Integrität und Transparenz der Verbundplatte kann durch den Inhalt und die Zusammensetzung der Verstärkungsfasern gesteuert werden, die in die FRP-Schicht(en) des mehrschichtigen Aufbaus der Platte eingebracht werden. Die tragenden Aspekte eines transparenten Verbunddaches können beispielsweise durch die lokale und gerichtete Anwendung von Fasern mit hohem Volumenanteil in einer vorgefertigten Fasergewebematte (Preform), einem multidirektionalen, vorimprägnierten (Prepreg) Aufbau oder unidirektional angebrachten Fasertauen bestimmt werden, was durch die Optimierung des Lastpfades mittels Finite-Elemente-Kontrolle ermittelt wird. Das transparente Verbunddach kann ein dreiteiliges Laminat sein, das im Wesentlichen aus drei Lagen besteht, oder es kann im Wesentlichen aus fünf, neun, zehn oder elf Lagen bestehen. Die vorgenannten Verbundplatten tragen dazu bei, die Sicht der Insassen zu verbessern und gleichzeitig den von den Insassen wahrgenommenen Raum zu vergrößern, ohne die strukturelle Integrität des Daches zu beeinträchtigen oder das zulässige Gesamtgewicht des Fahrzeugs zu erhöhen.
Bei Fahrzeugdächern kann die Fahrzeugkarosserie mit einer optimierten Dachträgerstruktur versehen werden, um die transparente Dachplatte aus Verbundwerkstoff darunter zu halten. Die Dachträgerstruktur besteht aus länglichen, seitlich beabstandeten Dachseitenholmen und seitlich länglichen, längs beabstandeten vorderen und hinteren Dachträgern. Die gegenüberliegenden Enden der Dachträger sind an den Innenseiten der Dachseitenschienen befestigt, um gemeinsam einen Dachfensterrahmen mit einer zentralen Öffnung zu bilden. Die Dachplatte wird fest auf dem Dachfensterrahmen montiert, um die zentrale Öffnung abzudecken. Herkömmliche Verstärkungsbögen quer zum Fahrzeug, die zwischen den vorderen und hinteren Dachträgern angeordnet sind, können aus der Dachtragstruktur entfernt und durch die lokalisierten GFK-Verstärkungsabschnitte innerhalb der Laminat-Verbunddachplatte ersetzt werden. Die Fasern mit hohem Volumenanteil können innerhalb des mehrschichtigen Laminatverbundes so angeordnet werden, dass jede interne, lokalisierte FRP-Verstärkung zu einem rautenförmigen Gitterbereich, einem U-förmigen Planbereich und anderen Planprofilen mit symmetrischen, asymmetrischen, einfachen und komplexen Formen und Mustern isoliert ist. Diese Grundrissbereiche haben mindestens zwei in Längsrichtung verlängerte Seitenschienensegmente, die durch ein oder mehrere quer ausgerichtete Querträgersegmente miteinander verbunden sind.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf mehrschichtige Verbundplattenstrukturen in Sandwichbauweise, einschließlich Verfahren zur Herstellung und Verwendung solcher Plattenstrukturen. In einem Beispiel wird eine mehrschichtige Karosserieplatte für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Außenschicht hergestellt, die ganz oder teilweise aus einem optisch transparenten, starren Material besteht. Mindestens eine Verbindungsschicht ist entweder direkt oder indirekt mit der Außenschicht verbunden und besteht ganz oder teilweise aus einem transparenten Klebematerial. Die mehrschichtige Karosserieplatte umfasst auch mindestens eine strukturelle Verstärkungsschicht, die direkt oder indirekt an der/den Verbindungsschicht(en) und der/den Außenschicht(en) befestigt ist. Die strukturelle Verstärkungsschicht umfasst ein faserverstärktes Polymermaterial. Die mehrschichtige Karosserieplatte hat ein Grundrissprofil, dessen Länge und Breite eine Grundrissfläche definieren. Die einzelnen Schichten des Karosserieblechs können sich im Wesentlichen über die gesamte Länge und Breite des Karosserieblechs erstrecken. Im Gegensatz dazu sind die Fasern innerhalb jeder strukturellen Verstärkungsschicht auf einen oder mehrere diskrete Bereiche innerhalb der Grundfläche der Platte beschränkt. Die vorgestellten Blechstrukturen können in jedes logisch relevante Bauteil eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden und sind sowohl für automobile als auch für nicht-automobile Anwendungen verwendbar.
Weitere Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Kraftfahrzeuge, die mit transparenten Verbundplatten mit selektiv angeordneten Verstärkungsmerkmalen ausgestattet sind. Wie hierin verwendet, können die Begriffe „Fahrzeug“ und „Kraftfahrzeug“ austauschbar und synonym verwendet werden, um jede relevante Fahrzeugplattform einzuschließen, wie z. B. Personenkraftwagen (ICE, BEV, HEV, FEV, Brennstoffzelle, voll- und teilautonome Fahrzeuge usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Raupenfahrzeuge, Geländewagen und All-Terrain-Fahrzeuge (ATV), Motorräder, landwirtschaftliche Geräte, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge, Elektrofahrräder („E-Bikes“), usw. In einem Beispiel umfasst ein Kraftfahrzeug eine Fahrzeugkarosserie mit einem Fahrgastraum, mehrere an der Karosserie montierte Räder und andere standardmäßige Originalausrüstungen. Eine Antriebsmaschine, die in Form einer Motorbaugruppe (z. B. für Verbrennungsmotor-Antriebsstränge), eines elektrischen Fahrmotors (z. B. für vollelektrische Fahrzeug-Antriebsstränge) oder sowohl einer Motorbaugruppe als auch eines Fahrmotors (z. B. für Hybrid-Elektrofahrzeug-Antriebsstränge) ausgeführt sein kann, treibt selektiv eines oder mehrere der Räder an, um das Fahrzeug anzutreiben.
Um die Diskussion des obigen Beispiels fortzusetzen, umfasst das Fahrzeug auch eine mehrschichtige Karosserieplatte, die an der Fahrzeugkarosserie angebracht ist und mindestens einen Teil des Fahrgastraums abdeckt. Die mehrschichtige Karosserieplatte umfasst eine äußere Schicht, die ein transparentes, starres Material enthält, und eine Verbindungsschicht, die an der äußeren Schicht befestigt ist und ein transparentes Klebematerial enthält. Eine strukturelle Verstärkungsschicht, die an der Verbindungsschicht und der Außenschicht befestigt ist, enthält ein faserverstärktes Polymermaterial. Die mehrschichtige Karosserieplatte hat ein Grundrissprofil mit einer Grundfläche, die einzelnen Schichten erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Länge und Breite der Grundfläche, während die Fasern in der strukturellen Verstärkungsschicht auf einen diskreten Bereich innerhalb der Grundfläche beschränkt sind.
Bei allen offengelegten Platten, Verfahren und Fahrzeugen kann eine Reflektorschicht direkt an einer Seite einer Verbindungsschicht angebracht werden. Die Reflektorschicht wird ganz oder teilweise aus einem IR-reflektierenden Material gebildet. Das IR-reflektierende Material kann ein metallisches Material (z. B. partikelförmiges Silber (Ag), Gold (Au), Kupfer (Cu), Aluminium (Al) usw.) und/oder ein dielektrisches Material (z. B. TiO₂, SiO₂ , usw.) umfassen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Sonnenschutzschicht direkt auf einer Seite einer Verbindungsschicht anzubringen, z. B. auf der der Reflektorschicht gegenüberliegenden Seite. Die Sonnenschutzschicht wird ganz oder teilweise aus einem festen, sichtbares (VIS) und IR-Licht absorbierenden Material gebildet. Das lichtabsorbierende Material kann ein elektrochromes polymerdispergiertes Flüssigkristallmaterial (PDLC) und/oder ein elektrochromes Material auf Indiumzinnoxidbasis (ITO) sein. Das transparente starre Material der äußeren Schicht(en) kann eine kratzfeste Hartbeschichtung enthalten, während das transparente Klebematerial der Verbindungsschicht(en) ein optisches Haftmittel aus Ethylen-Vinylacetat oder Polyvinylbutyral enthalten kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das FRP-Material der strukturellen Verstärkungsschicht(en) eine in eine duroplastische oder thermoplastische Matrix eingebrachte Faservorform enthält.
Bei allen offengelegten Platten, Verfahren und Fahrzeugen kann eine optionale Low-k-Schicht, z. B. indirekt durch eine Verbindungsschicht, an der Sonnenschutzschicht angebracht werden. Die Low-k-Schicht wird ganz oder teilweise aus einem dielektrischen Material mit einer relativ kleinen Dielektrizitätskonstante (z. B. klein im Vergleich zur Dielektrizitätskonstante von Siliziumdioxid) gebildet. Optional kann die mehrschichtige Verbundplatte eine zweite Verbindungsschicht, die direkt oder indirekt mit der Low-k-Schicht verbunden ist, und eine zweite Reflektorschicht, die direkt oder indirekt mit der zweiten Verbindungsschicht verbunden ist, enthalten. Eine optionale zweite strukturelle Verstärkungsschicht mit dem FRP-Material kann direkt oder indirekt an der zweiten Reflektorschicht befestigt werden. Diese zusätzliche strukturelle Verstärkungsschicht ist auf denselben diskreten Bereich bzw. dieselben diskreten Bereiche innerhalb des Plangebiets beschränkt.
Bei allen offengelegten Platten, Verfahren und Fahrzeugen kann die mehrschichtige Verbundplatte im Wesentlichen aus elf Schichten bestehen, die nacheinander wie folgt gestapelt werden: eine Außenschicht, eine strukturelle Verstärkungsschicht, eine Verbindungsschicht, eine Reflektorschicht, eine weitere Verbindungsschicht, eine Sonnenschutzschicht, eine weitere Verbindungsschicht, eine weitere Reflektorschicht, eine Low-k-Schicht, eine zusätzliche Verbindungsschicht und eine weitere strukturelle Verstärkungsschicht. Eine Verbindungsschicht und/oder eine Reflektorschicht kann aus dem vorgenannten Aufbau entfernt werden, um 9- und 10-schichtige Konfigurationen zu bilden. Eine mehrschichtige Verbundplatte kann im Wesentlichen aus zehn Schichten bestehen, die nacheinander wie folgt gestapelt werden: eine Außenschicht, eine Reflektorschicht, eine Verbindungsschicht, eine Sonnenschutzschicht, eine strukturelle Verstärkungsschicht, eine weitere Verbindungsschicht, eine weitere Reflektorschicht, eine weitere Verbindungsschicht, eine Low-k-Schicht und eine weitere Außenschicht.
Bei allen offengelegten Systemen, Verfahren und Fahrzeugen kann die Mehrschichtverbundplatte im Wesentlichen aus drei Schichten (Glas-FRP-Glas) oder im Wesentlichen aus fünf Schichten (Glas-Bond-FRP-Bond-Glas) bestehen. Bei fünfschichtigen Konstruktionen wird die erste Verbindungsschicht direkt an der ersten Außenschicht und der strukturellen Verstärkungsschicht befestigt und zwischen diesen eingefügt. In diesem Fall umfasst die mehrschichtige Verbundplatte ein zweites Außenschichtmaterial und eine zweite Verbindungsschicht, die direkt an der zweiten Außenschicht und der strukturellen Verstärkungsschicht angebracht und zwischen diesen eingefügt ist. Bei den drei- und fünfschichtigen Konfigurationen umfasst das transparente starre Material der beiden Außenschichten ein chemisch gehärtetes Glas oder ein Kalknatronglas, das transparente Klebematerial der beiden Verbindungsschichten ein optisches Verbindungsmittel auf EVA- oder PVB-Basis und das FRP-Material der mittleren Verstärkungsschicht eine in einer duroplastischen oder thermoplastischen Matrix eingebettete Faservorform.
Die obige Zusammenfassung stellt nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt dieser Offenbarung dar. Vielmehr werden die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung von anschaulichen Beispielen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden. Darüber hinaus schließt diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale ein.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs mit einem Beispiel für ein mehrschichtiges transparentes Verbunddach mit internen FRP-Verstärkungen gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine schematische Seitenansicht eines ausgewählten Ausschnitts eines repräsentativen 11-lagigen laminierten transparenten Verbunddaches mit lokalisierten FRP-Verstärkungen in Übereinstimmung mit Aspekten der offengelegten Konzepte.
3 ist eine schematische Seitenansicht eines ausgewählten Ausschnitts eines repräsentativen 10-lagigen laminierten transparenten Verbunddaches mit lokalisierten FRP-Verstärkungen in Übereinstimmung mit Aspekten der offengelegten Konzepte.
4 ist eine schematische Seitenansicht eines ausgewählten Ausschnitts eines repräsentativen 5-lagigen laminierten transparenten Verbunddaches mit lokalisierten FRP-Verstärkungen in Übereinstimmung mit Aspekten der offengelegten Konzepte.
5 ist eine schematische Seitenansicht eines ausgewählten Ausschnitts eines repräsentativen dreischichtigen laminierten transparenten Verbunddaches mit lokalisierten FRP-Verstärkungen in Übereinstimmung mit Aspekten der offengelegten Konzepte.
6-13 sind erhöhte, perspektivische Darstellungen von repräsentativen Fahrzeugdachbaugruppen, die verschiedene repräsentative Grundrissprofile für die lokalisierten FRP-Verstärkungen von transparenten Verbundstoff-Dachpaneelen in Übereinstimmung mit Aspekten der offenbarten Konzepte hervorheben. Repräsentative Ausführungsformen dieser Offenbarung sind als nicht einschränkende Beispiele in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen abdecken, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie zum Beispiel von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Beispiele der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hier im Detail beschrieben, wobei diese Ausführungsformen als Beispiel für die offengelegten Prinzipien und nicht als Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung dienen. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Beschränkungen, die z. B. in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Zusammenfassung“, „Beschreibung der Zeichnungen“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht ausdrücklich in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch insgesamt, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung noch auf andere Weise. Darüber hinaus sind die hier besprochenen Zeichnungen möglicherweise nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu Lehrzwecken. Daher sind die in den Abbildungen dargestellten spezifischen und relativen Abmessungen nicht als einschränkend zu verstehen.
Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv; die Wörter „jeder“ und „alle“ bedeuten „jeder und alle“; und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „habend“ und deren Permutationen bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung wie „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ und dergleichen hier im Sinne von „bei, nahe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder einer beliebigen logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können sich richtungsbezogene Adjektive und Adverbien wie „vorn“, „hinten“, „innen“, „außen“, „steuerbord“, „backbord“, „vertikal“, „horizontal“, „nach oben“, „nach unten“, „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“ usw. auf ein Kraftfahrzeug beziehen, z. B. auf die Vorwärtsfahrt eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug auf einer horizontalen Fahrfläche betrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Nummern auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 eine perspektivische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als Limousinenfahrzeug dargestellt ist. Das dargestellte Kraftfahrzeug 10 - hier auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der neuartige Merkmale der vorliegenden Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Umsetzung der vorliegenden Konzepte in einer Panorama-„Glasdach“-Anordnung auch als eine beispielhafte Anwendung einiger der hier offengelegten neuen Konzepte verstanden werden. Es versteht sich von selbst, dass Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung auf andere Fahrzeugkarosserieteile angewendet werden können, in jeden logisch relevanten Kraftfahrzeugtyp eingebaut werden können und sowohl für automobile als auch für nicht-automobile Anwendungen umgesetzt werden können. Darüber hinaus werden hier nur ausgewählte Komponenten der Kraftfahrzeuge und Karosserieteile gezeigt und im Detail beschrieben. Nichtsdestotrotz können die im Folgenden beschriebenen Fahrzeuge und Karosserieteile zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere verfügbare periphere Komponenten enthalten, um die verschiedenen Funktionen dieser Offenbarung auszuführen.
Das Kraftfahrzeug 10 von 1 weist eine Fahrzeugkarosserie 12 auf, die auf einem starren Fahrzeugrahmen 20 aufgebaut ist, z.B. als Body-on-Frame oder als Unibody-Konstruktion in einer Drei-Box-Konfiguration. Die vorderen und hinteren Räder 11 sind mit dem Fahrzeugrahmen 20 verbunden, z. B. über einzelne Eckbaugruppen. Um das Fahrzeug anzutreiben, werden die Laufräder 11 von einer Antriebsmaschine 18 angetrieben, bei der es sich um eine Verbrennungsmotorbaugruppe und/oder einen oder mehrere elektrische Traktionsmotoren handeln kann. Hinter einem vorderen Abteil (z. B. Motorraum) und vor einem hinteren Abteil (z. B. Kofferraum oder Batteriefach) befindet sich ein innerer Fahrgastraum 16 der Fahrzeugkarosserie 10, in dem die Fahrzeuginsassen Platz finden und geschützt sind. Eine starre Dachstruktur 14 begrenzt im Allgemeinen den oberen Bereich des Fahrgastraums 16 und schützt den Fahrer und die Fahrgäste vor Regen, Schnee, ultraviolettem (UV-)Licht und anderen Elementen. Gemäß dem gezeigten Beispiel besteht die Dachstruktur 14 im Allgemeinen aus seitlich beabstandeten Dachträgern 22, die mit in Längsrichtung beabstandeten vorderen und hinteren Kopfstücken verbunden sind. Die Dachschienen 22 und die Dachsockel bieten gemeinsam eine darunter liegende Stütze für eine transparente Dachplatte 24 (herkömmliche, quer verlaufende Verstärkungsbögen können aus der Dachstützstruktur entfernt werden). Die Dachstruktur 14, einschließlich der Schienen 22, der Streben und der Dachplatte 24, erstreckt sich über und quer zur oberen Begrenzung des Fahrgastraums 16. Wie in der Abbildung dargestellt, ist die transparente Dachplatte 24 als „Panoramadach“ ausgeführt, da sie sich über die gesamte Länge des Fahrzeugdachs in Längsrichtung erstreckt und somit den Fahrzeuginsassen einen weitgehend ungehinderten Blick durch die Oberseite des Fahrzeugs 10 ermöglicht.
In 1 ist eine vergrößerte, perspektivische Darstellung der Fahrzeugdachstruktur 14 eingefügt, um einen detaillierteren Blick auf die strukturelle transparente Verbunddachplatte 24 zu ermöglichen. In der Draufsicht hat die Verbunddachplatte 24 acht im Wesentlichen transparente Abschnitte 26, die durch einen rautenförmigen, gitterförmigen Verstärkungsabschnitt 28 getrennt sind, der lichtdurchlässig oder undurchsichtig ist. Anzahl, Form, Größe und Anordnung der transparenten Abschnitte 26 und der undurchsichtigen/lichtdurchlässigen Abschnitte 28 können von den in den Zeichnungen gezeigten variiert werden, ohne den beabsichtigten Anwendungsbereich dieser Offenbarung zu verlassen. Eine optionale Sensorfarm 30 kann sich an einem vorderen Ende der Dachstruktur 14 befinden und, falls gewünscht, in die Dachplatte 24 eingebettet sein. Die Sensorfarm 30 kann eine Reihe von Sensorvorrichtungen umfassen, darunter eine oder mehrere Digitalkameras, Radarsender/-empfänger, LiDAR-Phased-Array und Lasersender, Rückspiegelkamera usw. Ein elektrischer Kabelbaum 32 für die Sensorfarm 30 kann in einem Bereich mit hohem Faseranteil in der Dachverbundplatte 24 verlaufen, um die Kabel vor den Insassen und Passanten zu verbergen.
Wie im Folgenden näher erläutert wird, hat die transparente Verbunddachplatte 24 einen laminierten, sandwichartigen Aufbau mit orthotropen Eigenschaften und einer Optimierung des Lastpfades, die durch lokalisierte FRP-Verstärkungsmerkmale ermöglicht wird. Die strukturelle Integrität und der Gesamtgrad der optischen Transparenz der Verbundplatte kann durch den Inhalt und die Anordnung der Verstärkungsfasern gesteuert werden, die in die GFK-Schicht oder -Schichten des mehrschichtigen Aufbaus der Platte integriert sind. Die Optimierung des Belastungspfades bei begrenzter Transparenz der Platte kann beispielsweise durch eine FRP-Verbundschicht mit folgenden Merkmalen erreicht werden: eine seitliche Breite der FRP-Schicht von weniger als 80-100 mm und eine vertikale Gesamtdicke der FRP-Schicht von etwa 0,25 mm bis etwa 4,75 mm; ein lokaler hoher Volumenanteil (V_f) der Fasern von etwa 0,5; eine Gesamtbreite der Verstärkungsfasern, die geringer ist als ein durchschnittlicher Pupillenabstand (z.B. etwa 52 mm); und eine optische Transparenz der FRP-Region(en) von weniger als etwa 5 %. Zumindest bei einigen Ausführungsformen ist die vertikale Gesamtdicke der laminierten Verbundplatte über die Länge und Breite der Platte im Wesentlichen konstant. Ebenso ist die vertikale Gesamtdicke einer FRP-Verbundschicht entlang der Länge und Breite der Platte im Wesentlichen konstant; die Fasern innerhalb der FRP-Verbundschicht sind jedoch in einem oder mehreren diskreten Bereichen lokalisiert und daher nicht an jeder Stelle entlang der Länge und Breite der Platte vorhanden.
2 zeigt schematisch ein erstes Beispiel einer strukturellen transparenten Verbundplatte 124, die für die Fahrzeugdachplatte 24 von 1 verwendet werden kann. Gemäß dem dargestellten Beispiel ist die Verbundplatte 124 (hier auch als „Karosserieplatte“ oder „Dachplatte“ für Kraftfahrzeuganwendungen bezeichnet) eine mehrschichtige sandwichartige Konstruktion, die aus mindestens elf (11) Schichten besteht: einer obersten Außenschicht 140; einem Paar struktureller Verstärkungsschichten 142A und 142B; vier Verbindungsschichten 144A, 144B, 144C und 144D; einem Paar Reflektorschichten 146A und 146B; einer Sonnenschutzschicht 148, und einer isolierenden Low-k-Schicht 150. Zumindest in einigen Ausführungsformen sind alle elf der vorgenannten Schichten deckungsgleich und erstrecken sich somit im Wesentlichen über die Gesamtheit der anderen Schichten. Alternativ dazu können eine oder mehrere ausgewählte Schichten der offengelegten mehrschichtigen Verbundplattenstrukturen unterschiedliche Formen, Größen und/oder Positionen einnehmen. Es sollte auch beachtet werden, dass jede Bezugnahme auf „erste“, „zweite“, „dritte“ usw. in der Beschreibung und den Ansprüchen nicht per se eine serielle oder numerische Einschränkung darstellt, sondern stattdessen zur Unterscheidung oder leichteren Identifizierung der verschiedenen Mitglieder einer Gruppe dienen kann.
Die strukturelle transparente Verbundplatte 124 kann im Wesentlichen aus den elf abgebildeten Schichten bestehen, die von oben nach unten in der in 2 dargestellten Reihenfolge angeordnet sind. In diesem Fall können zusätzliche Merkmale und Schichten in die Verbundplatte 124 eingearbeitet werden, solange diese Ergänzungen die Lastpfadoptimierung und die optischen Transparenzmerkmale der Mehrschichtkonstruktion nicht wesentlich beeinträchtigen. Es ist weiterhin denkbar, dass die Verbundplatte 124 mehr oder weniger Schichten als die oben genannten elf Schichten umfasst. Beispielsweise können eine oder beide der Reflektorschichten 146A, 146B entfernt werden, eine oder mehrere der Verbindungsschichten 144A-144D können entfernt werden und/oder die Außenschicht 140 kann entfernt werden. Beispiele für zusätzliche oder alternative Schichten können einzeln, gemeinsam oder in beliebiger Kombination eine Fensterheizstreifenschicht („Defroster“), eine Blendschutzschicht, chemisch gehärtete oder Kalknatronglasschichten, eine zweite Außenschicht, die der obersten Außenschicht 140 gegenüberliegt und als unterste Schicht fungiert, usw. umfassen. Es sollte beachtet werden, dass die Verwendung des Begriffs „Schicht“ in der Beschreibung und den Ansprüchen einschließt, aber nicht notwendigerweise erfordert, dass ein bestimmtes Segment der Verbundkonstruktion eine durchgehende Platte ist oder sich anderweitig über die gesamte Platte erstreckt.
Mit weiterem Bezug auf 2 sind die oberste Außenschicht 140 und die zweite strukturelle Verstärkungsschicht 142B in paralleler, beabstandeter Anordnung als die äußersten Schichten der Verbundplatte 124 positioniert, so dass sie zwischen den verbleibenden neun Plattenschichten eingebettet sind. Gemäß der dargestellten Architektur ist die erste strukturelle Verstärkungsschicht 142A zwischen der obersten Außenschicht 140 und der ersten Verbindungsschicht 144A angeordnet und direkt mit diesen verbunden. In gleicher Weise ist die erste Reflektorschicht 146A zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsschicht 144A, 144B eingefügt und direkt mit diesen verbunden, während die Sonnenschutzschicht 148 zwischen der zweiten und der dritten Verbindungsschicht 144B, 144C eingefügt und direkt mit diesen verbunden ist. Die zweite Reflektorschicht 146B befindet sich zwischen der dritten Verbindungsschicht 144C und der Low-k-Schicht 150 und ist direkt mit diesen verbunden. Die Low-k-Schicht 150 ist über die vierte Verbindungsschicht 144D mit der Innenfläche der zweiten strukturellen Verstärkungsschicht 142B verbunden. In einer 11-Schicht-Konfiguration kann die Verbundplatte 124 eine Gesamtdicke von etwa 1,5 mm bis etwa 15,5 mm oder, zumindest in einigen Ausführungsformen, von etwa 2,25 mm bis etwa 12 mm haben. Es ist denkbar, dass die Reihenfolge der abgebildeten Schichten von der in den Zeichnungen gezeigten Reihenfolge abweicht, ohne dass der beabsichtigte Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung berührt wird.
Um einen funktionellen UV- und Kratzschutz zu gewährleisten, kann die oberste Außenschicht 140 der Verbundplatte 124 ganz oder teilweise aus einem starren, aber transparenten Material bestehen. Dieses transparente, starre Material kann eine verschleißfeste und kratzfeste Hartbeschichtung mit einer Dicke von einigen Mikrometern bis etwa 0,1 mm aufweisen. In einem konkreteren Beispiel ist die äußere Schicht 140 eine harte Silikonbeschichtung mit einer Folie, die zwischen einer Poly(methylmethacrylat)-Platte (PMMA) und einer transparenten Polycarbonatplatte (PC) eingeschlossen ist. Alternativ kann die oberste Außenschicht 140 auch eine Klarlackfolie sein, die eine optisch transparente, kratzfeste „Klasse A“-Oberfläche bietet.
Vier optische Verbindungsschichten 144A-144D dienen dazu, die einzelnen Schichten der 11-lagigen Verbundplatte 124 miteinander zu verbinden, ohne die optischen Eigenschaften der Platte 124 zu beeinträchtigen. Jede Verbindungsschicht 144A-144D kann ganz oder teilweise aus einem transparenten Klebematerial bestehen, das beispielsweise eine Transparenz von mindestens 75-90 % aufweist. Dieses transparente Klebematerial kann ein duroplastisches optisches Haftmittel aus Ethylen-Vinylacetat (EVA) oder ein thermoplastisches optisches Haftmittel aus Polyvinylbutyral (PVB) enthalten. Die Verbindungsschichten 144A-144D können jeweils eine individuelle Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 1 mm oder, in zumindest einigen Ausführungsformen, etwa 0,8 mm haben, so dass die Gesamtdicke der optischen Verbindung etwa 3,2 mm oder weniger beträgt. Eine oder mehrere der Verbindungsschichten 144A-144D können in eine oder mehrere der strukturellen Verstärkungsschichten 142A, 142B integriert sein.
Die beiden Reflektorschichten 146A, 146B tragen dazu bei, die thermische Belastung der Fahrgastzelle 16 und gleichzeitig der Insassen des Fahrzeugs 10 durch Strahlung zu mindern, wobei die Diskussion über die strukturelle transparente Verbundplatte 124 von 2 fortgesetzt wird. Jede Reflektorschicht 146A, 146B kann ganz oder teilweise aus einem Infrarot (IR)-reflektierenden Material gebildet werden, das beispielsweise einen Reflexionsgrad von mindestens 65-85% aufweist. Dieses IR-reflektierende Material kann ein metallisches Material (z. B. eine Aluminium-, Gold- oder Silberschicht) und/oder ein dielektrisches Material (z. B. Oxide von Titan, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Scandium und Niob) umfassen. Optional können Pigmente und Farbstoffe, wie z. B. der kerbabsorbierende Farbstoff Epolight™, als Additiv in einer Polymermatrix für das IR-reflektierende Material verwendet werden. Die Reflektorschichten 146A, 146B können jeweils eine individuelle Dicke von etwa 75 bis etwa 150 Nanometern (nm) oder, zumindest in einigen Ausführungsformen, etwa 100 nm haben, so dass die Gesamtdicke des IR-Reflektors etwa 200 nm oder weniger beträgt. Jede IR-Reflektorschicht 146A, 146B kann eine PET-Folie mit einer niedrig emittierenden, silberbasierten Sputterbeschichtung sein.
Die mittlere Schicht der mehrschichtigen Verbundplatte 124 ist eine Sonnenschutzschicht 148, die selektiv für maximale Lichtabsorption sorgt. Die Sonnenschutzschicht 148 von 2 kann ganz oder teilweise aus einem festen, sichtbares (VIS) Licht absorbierenden und IR-Licht absorbierenden Material gebildet werden. Dieses lichtabsorbierende Festkörpermaterial kann ein elektrochromes polymerdispergiertes Flüssigkristallmaterial (PDLC) und/oder ein elektrochromes Material auf Indiumzinnoxidbasis (ITO) umfassen. PDLCs sind beispielsweise Flüssigkristalldispersionen in einer Polymermatrix; diese Filme können durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Wechselfeldes zwischen einem undurchsichtigen und einem transparenten Zustand umgeschaltet werden. Die Sonnenschutzschicht 148 kann eine Gesamtdicke von etwa 0,05 mm bis etwa 0,15 mm oder, zumindest in einigen Ausführungsformen, etwa 0,1 mm haben. Bei der Sonnenschutzschicht 148 kann es sich um eine feste EC-Folie (z. B. zur Verringerung visueller Blendung oder zur weiteren IR-Kontrolle) mit einer Dampfsperre handeln.
An einer nach innen weisenden Oberfläche der zweiten Reflektorschicht 146B ist eine optionale Low-k-Beschichtung 150 angebracht, nämlich eine Zwischenschicht aus transparentem dielektrischem Material mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante (z. B. einem k-Wert von etwa 3,6 oder weniger). Die Low-k-Schicht 150 kann als isolierendes Dielektrikum fungieren, das die Insassen des Fahrgastraums 16 von elektrisch leitenden Elementen innerhalb der Verbundplatte 124 trennt, wie z. B. dem Magnetfeld, das zum Betrieb der Sonnenschutzschicht 148 verwendet wird. Darüber hinaus kann die Low-k-Schicht 150 dazu beitragen, die aus dem Fahrgastraum eines Fahrzeugs entweichende Wärmemenge zu verringern und gleichzeitig ausreichend transparent zu bleiben, um die optische Transparenz der Platte 124 nicht zu beeinträchtigen. Diese Low-k-Schicht 150 kann eine Dicke von etwa 75 nm bis etwa 125 nm oder, zumindest in einigen Ausführungsformen, von etwa 100 nm haben. Optionale Konfigurationen können die Low-k-Beschichtung 150 aus dem Laminatstapel vollständig entfernen.
An den gegenüberliegenden Ober- und Unterseiten der Verbundplatte 124 von 2 befinden sich äußere und innere strukturelle Verstärkungsschichten 142A bzw. 142B, die die strukturelle Steifigkeit und das lokale Transparenzniveau der Platte bestimmen. Jede Verstärkungsschicht 142A, 142B ist ganz oder teilweise als faserverstärkter Polymerverbundstoff (FRP) mit einem in eine Polymermatrix eingebetteten Faserfüllstoff ausgebildet. Das FRP-Material kann beispielsweise eine Vorform aus Fasergewebe enthalten, die in eine duroplastische oder thermoplastische Matrix eingebettet ist, um gemeinsam eine örtliche Opazität oder eine Transparenz auf Schichtebene von beispielsweise nicht mehr als etwa 5-20 % zu erreichen. FRP-Fasermaterialien können aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Basaltfasern und/oder anderen geeigneten Verstärkungsfasern bestehen, die unidirektional, bidirektional oder multidirektional angeordnet sein können. Die Faserzusammensetzung kann gewebt oder verdichtet und anschließend zu einer allgemein flachen Matte oder einem Roving geschnitten werden. Der FRP-Verbundwerkstoff kann optional einen oder mehrere Zusatzstoffe und eine schützende Hartbeschichtung enthalten. Diese strukturellen Verstärkungsschichten 142A, 142B können jeweils eine individuelle Dicke von etwa 1 mm bis etwa 3 mm oder, zumindest in einigen Ausführungsformen, etwa 2 mm haben, so dass die Gesamtdicke des FRP-Verbundmaterials etwa 4 mm oder weniger beträgt. Es gibt Möglichkeiten, bei denen eine eingebettete Glasfaser als strukturelle Verstärkung fungieren kann und gleichzeitig eine hohe Transparenz aufweist (z. B. bis zu 80 % transparent in einigen Fällen).
Der Abstand und die Ausrichtung der Fasern innerhalb jeder FRP-Verbundschicht kann verwendet werden, um den Grad der optischen Transparenz der Verbundplatte 124 anzupassen. Als nicht einschränkendes Beispiel führt eine GFK-Struktur mit einem hohen Faservolumenanteil zu einer geringeren optischen Gesamttransparenz, während eine GFK-Struktur mit einem geringeren Faservolumenanteil zu einer höheren Gesamttransparenz führt. Bei Verwendung eines lokalen hohen Volumenanteils von etwa 0,5 mit einer Gesamtbreite, die geringer ist als ein durchschnittlicher Faserpupillenabstand (z.B. etwa 50-100 mm), können die strukturellen Verstärkungsschichten 142A, 142B eine optische Transparenz von weniger als 5% erreichen. Darüber hinaus kann das Material der Verbundmatrix so ausgewählt werden, dass es den gewünschten Grad der Transparenz beeinflusst. So würde beispielsweise eine PMMA-Matrix eine größere optische Transparenz bieten als eine duroplastische Harzmatrix, die deutlich weniger Transparenz bieten würde.
In die strukturellen Verstärkungsschichten 142A, 142B können Zusatzstoffe eingearbeitet werden, um den UV-Abbau der faserverstärkten Verbundmatrix zu minimieren oder anderweitig zu verhindern. Ultraviolettabsorber wirken als eine Art Lichtstabilisator, der mit den Chromophoren um die Absorption von UV-Strahlung konkurriert. Absorber wandeln schädliche UV-Strahlung in harmlose Infrarotstrahlung oder Wärme um, die durch die Polymermatrix abgeleitet wird. Einige Beispiele für UV-Absorber sind unter anderem Ruß, Rutil-Titanoxid, Hydroxybenzophenon, Hydroxyphenylbenzotriazol, Oxanilide für Polyamide, Benzophenone für PVC sowie Benzotriazole und Hydroxyphenyltriazine für Polycarbonat. Zu den weiteren Additiven, die dazu beitragen, den UV-Abbau zu verhindern, gehören Quencher, die dazu dienen, angeregte Zustände von Chromophoren durch einen Energietransferprozess in den Grundzustand zurückzuführen. Nickel-Löschmittel sind ein handelsüblicher Typ, der bei der Folienherstellung verwendet wird. Hindered Amine Light Stabilizers (HALS) sind thermische Langzeitstabilisatoren, die freie Radikale, die während der Photooxidation eines Kunststoffs entstehen, einfangen und so den Photoabbauprozess begrenzen. Absorber, Quencher und HALS funktionieren alle nach unterschiedlichen Mechanismen; daher können sie zu synergistischen UV-absorbierenden Additiven kombiniert werden. So können beispielsweise Benzotriazole mit HALS kombiniert werden, um pigmentierte Systeme vor dem Ausbleichen und Farbveränderungen zu schützen.
Die Verstärkungsschichten 142A, 142B fungieren als lokalisierte opake oder transluzente Verstärkungen für die transparente Verbundplatte 124. Insbesondere hat die Verbundplatte 124 ein Grundrissprofil - in 2 durch den Pfeil A_PV- in der Draufsicht dargestellt mit einer Grundrissfläche, die durch die Querbreite und die Länge der Platte in Längsrichtung definiert ist. Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Grundriss“ so definiert werden, dass er eine zweidimensionale Ansicht (z. B. eine orthografische Projektion) eines dreidimensionalen Objekts von vertikal oben gesehen umfasst. Unter gemeinsamer Bezugnahme auf die Inspektionsansicht von 1 und die Seitenansicht von 2 erstrecken sich die Außenschicht 140, die Verbindungsschichten 144A-144D, die Reflektorschichten 146A, 146B, die Sonnenschutzschicht 148 und die Low-k-Schicht 150 im Wesentlichen über die gesamte Länge und Breite der Grundrissfläche und sind somit deckungsgleich mit dem Grundrissprofil der Verbundplatte 124. Die strukturellen Verstärkungsschichten 142A, 142B hingegen sind auf einen oder mehrere diskrete Bereiche innerhalb der Grundrissfläche der Platte beschränkt (z. B. Verstärkungsabschnitt 28 in 1). Mit anderen Worten, die Verstärkungslagen 142A, 142B erstrecken sich nicht über die gesamte Länge und/oder die gesamte Breite der Planfläche; vielmehr ist jede Verstärkungslage 142A, 142B auf einen bestimmten Bereich oder bestimmte Bereiche der Plattenstruktur begrenzt. Gemäß dem in 1 dargestellten Beispiel kann jede der Verstärkungslagen 142A, 142B ein rautenförmiges Gittermuster aufweisen. Dieses Gittermuster kann komplementär zu einer optimierten Dachreling-Trägerstruktur einer Fahrzeugkarosserie sein, die die Verbundplatte bei der Montage am Fahrzeug abstützt. Es ist denkbar, dass die Verstärkungsschichten 142A, 142B alternative Formen, Größen und Positionen annehmen, einschließlich anderer gewünschter Formen und Muster, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die beschrieben.
zeigt ein zweites Beispiel einer transparenten Verbundplatte 224, die z. B. als Karosserie- oder Dachplatte verwendet werden kann. Obwohl sie sich im Aussehen unterscheidet, ist vorgesehen, dass alle oben unter Bezugnahme auf die Verbundplatte 124 von 2 beschriebenen Merkmale und Optionen einzeln oder in beliebiger Kombination in die Verbundplatten 224, 324 und 424 der 3-5 eingebaut werden können und umgekehrt. Gemäß dem gezeigten Beispiel ist die Verbundplatte 224 eine mehrschichtige Sandwich-Konstruktion, die aus mindestens zehn (10) Schichten besteht: oberste und unterste Außenschicht 240A bzw. 240B; eine zentrale strukturelle Verstärkungsschicht 242; drei Verbindungsschichten 244A, 244B und 244C; ein Paar Reflektorschichten 246A und 246B; eine Sonnenschutzschicht 248; und eine Low-k-Schicht 250. Jede der vorgenannten Schichten kann jede der oben beschriebenen Eigenschaften in Bezug auf die entsprechende(n) Schicht(en) in 2 annehmen. Ähnlich wie in der Architektur von 2 sind alle 10 der oben genannten Schichten zusammenhängend und haben im Wesentlichen die gleiche Länge und Breite. Die in der strukturellen Verstärkungsschicht 242 enthaltenen Fasern sind jedoch auf einen oder mehrere ausgewählte Bereiche beschränkt und haben daher im Vergleich zu den Verbundschichten eine andere Form und andere Abmessungen.
Die strukturelle transparente Verbundplatte 224 kann im Wesentlichen aus den zehn abgebildeten Schichten bestehen, die in der in 3 dargestellten Reihenfolge von oben nach unten angeordnet sind. Die oberste und die unterste äußere Schicht 240A, 240B sind in paralleler, beabstandeter Anordnung als die äußersten Schichten der Verbundplatte 224 angeordnet, so dass die übrigen acht Plattenschichten sandwichartig dazwischen liegen. Gemäß dem dargestellten Aufbau ist die erste Reflektorschicht 246A zwischen der obersten Außenschicht 240A und der ersten Verbindungsschicht 244A angeordnet und direkt mit diesen verbunden. Die Sonnenschutzschicht 248 ist zwischen der ersten Verbindungsschicht 244A und einer nach außen weisenden Fläche der zentralen strukturellen Verstärkungsschicht 242 angeordnet und direkt mit dieser verbunden. Die zweite Reflektorschicht 246B ist über die zweite Verbindungsschicht 244B an einer nach innen gerichteten Oberfläche der zentralen strukturellen Verstärkungsschicht 242 und über die dritte Verbindungsschicht 244C an einer nach außen gerichteten Oberfläche der Low-k-Schicht 250 angeklebt. Die Low-k-Schicht 250 ist zwischen der untersten Außenschicht 240B und der dritten Verbindungsschicht 244C angeordnet und direkt daran befestigt.
4 zeigt ein drittes, nicht einschränkendes Beispiel einer strukturellen, transparenten Verbundplatte 324, die als Karosserie- oder Dachplatte für ein Kraftfahrzeug, wie das Fahrzeug 10 von 1, verwendet werden kann. Wie oben erwähnt, kann die Verbundplatte 324 alle Merkmale und Optionen aufweisen, die oben und unten in Bezug auf die anderen repräsentativen Verbundplatten 124, 224, 424 beschrieben sind, und umgekehrt. In diesem Beispiel ist die Verbundplatte 324 eine mehrschichtige Sandwichkonstruktion, die aus mindestens fünf (5) Schichten besteht: der obersten und der untersten Außenschicht 340A bzw. 340B, einer zentralen strukturellen Verstärkungsschicht 342 und zwei Verbindungsschichten 344A und 344B, die jeweils eine Fläche der zentralen strukturellen Verstärkungsschicht 342 mit einer der Außenschichten 340A und 340B verbinden.
Die zentrale strukturelle Verstärkungsschicht 342 kann eine Dicke von ca. 1 mm bis ca. 6 mm oder, zumindest bei einigen Konfigurationen, von ca. 2 bis 4 mm haben und kann eine FRP-Verbundstruktur mit einem trockenen Gewebekern oder alternativ ein multidirektionales vorimprägniertes (Prepreg) Laminat umfassen. Jede Außenschicht 340A und 340B kann ein chemisch gehärtetes Glas oder eine Kalknatronglasschicht mit einer individuellen Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 2,1 mm sein, was eine Gesamtglasdicke von etwa 1,0 mm bis etwa 2,2 mm und eine Gesamtplattendicke von etwa 5 mm bis etwa 9,8 mm ergibt. Die strukturellen Verstärkungs-, Außen- und Verbindungsschichten können sich untereinander und mit der Platte 324 decken. Die in der strukturellen Verstärkungsschicht 342 enthaltenen Fasern sind jedoch auf einen oder mehrere ausgewählte Bereiche beschränkt. Die strukturelle transparente Verbundplatte 324 kann im Wesentlichen aus den fünf abgebildeten Schichten bestehen, die in der in 4 dargestellten Reihenfolge von oben nach unten angeordnet sind.
5 zeigt ein viertes, nicht begrenztes Beispiel einer transparenten Verbundplatte 424, die beispielsweise als Karosserie- oder Dachplatte für ein Automobil verwendet werden kann. In diesem Beispiel ist die Verbundplatte 424 eine mehrschichtige Sandwich-Konstruktion, die aus mindestens drei (3) Schichten besteht: der obersten und der untersten Außenschicht 440A bzw. 440B und einer zentralen strukturellen Verstärkungsschicht 442, die zwischen den Außenschichten 440A und 440B liegt und direkt mit diesen verbunden ist. Ähnlich wie bei der Architektur von 4 kann jede Außenschicht 440A und 440B von 5 ein chemisch gehärtetes Glas, ein gehärtetes Glas, ein Kalk-Natron-Glas, ein Alkali-Aluminosilikat-Folienglas usw. mit einer individuellen Dicke von etwa 0,7 mm bis etwa 2,1 mm umfassen, was zu einer Gesamtglasdicke von etwa 1,4 mm bis etwa 2,2 mm und einer Gesamtplattendicke von etwa 3,4 mm bis etwa 8,2 mm führt. Die einzelnen Schichten können miteinander und mit der Platte flächengleich sein, während die Fasern in der strukturellen Verstärkungsschicht auf einen oder mehrere ausgewählte Bereiche beschränkt sind. Die strukturelle transparente Verbundplatte 424 kann im Wesentlichen aus den drei abgebildeten Schichten bestehen, die in der in 5 dargestellten Reihenfolge von oben nach unten angeordnet sind.
Für jede der offengelegten Platten, Fahrzeuge und Verfahren kann eine strukturverstärkende FRP-Faserschicht jeden geeigneten Fasertyp verwenden, einschließlich: Kohlenstofffasern, Glasfasern, Basaltfasern, Kevlarfasern, Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht, Spinnenseidenfasern, Polypropylenfasern, Borfasern oder eine Kombination davon. Als weitere Option kann der Faservolumenanteil lokal hoch sein, so dass er einem strukturellen Verbundwerkstoff ähnelt (z. B. mit einem lokalen Faservolumenanteil von bis zu 70 Vol.-%), kann jedoch global weniger als 1 Vol. Die Faserorientierung kann durch unidirektionale Faserstränge, gespreizte Stränge, Bänder, unidirektionale Gewebe unter Verwendung von Methoden zur Platzierung von Strängen oder einer beliebigen Kombination davon hergestellt werden. Es ist auch möglich, Gewebe mit herkömmlichen gewebten oder ungekräuselten Stoffen zu weben, wie z. B. Glattgewebe, Köper, Harnischsatins, quasiisotrope Gelege usw.
Bei allen offengelegten Platten, Fahrzeugen und Verfahren kann es wünschenswert sein, die k-arme Schicht/Beschichtung von der mehrlagigen Laminatverbundstruktur zu entfernen. Eine weitere Option ist, dass offengelegte GFK-Schichten als faserverstärkter Verbundwerkstoff mit einer Polycarbonatmatrix und einer PMMA-Schicht (z. B. mit UV-Absorbern und/oder UV-Stabilisatoren), die mit einer Silikon-Hartbeschichtung (z. B. für Kratzfestigkeit) beschichtet ist, aufgebaut sein können. Alternativ kann der faserverstärkte Verbundwerkstoff aus Fasern in einer Acrylmatrix (z. B. mit UV-Stabilisatoren und/oder UV-Absorbern) bestehen, die dann mit einer harten Beschichtung versehen wird. Optional kann der faserverstärkte Verbundwerkstoff eine Polycarbonat-, Nylon- oder Acrylmatrix ohne Hartbeschichtung verwenden.
6-13 sind vergrößerte, perspektivische Darstellungen repräsentativer Fahrzeugdachbaugruppen mit entsprechenden strukturellen, transparenten Verbundstoff-Dachplatten mit ausgeprägten, lokalisierten Verstärkungsabschnitten. Wie oben beschrieben, enthält jedes mehrschichtige Karosserieblech eine oder mehrere strukturelle Verstärkungsschichten, die ganz oder teilweise aus einem FRP-Material mit hohem Faservolumenanteil hergestellt sind. Jede strukturelle Verstärkungslage begrenzt die darin enthaltenen Fasern auf eine vordefinierte Topografie, um einen diskreten Planansichtsbereich innerhalb des Planansichts-Profils des Laminataufbaus zu definieren. Auf diese Weise fungieren diese Verbunddachplatten als tragende Strukturen mit orthotropen Eigenschaften und maximaler optischer „Panorama“-Transparenz. Obwohl sie sich im Aussehen unterscheiden, können alle Merkmale und Optionen, die in Bezug auf das Verbunddachpaneel 524 von 6 beschrieben wurden, einzeln oder in beliebiger Kombination in die Verbunddachpaneele 624, 724, 824, 924, 1024, 1124 und 1224 von 7-13 integriert werden und umgekehrt. In gleicher Weise kann jede der in 6-13 dargestellten mehrschichtigen laminierten Dachplattenkonstruktionen jede der in 2-5 dargestellten und beschriebenen strukturellen transparenten Verbundplattenkonstruktionen übernehmen.
Zunächst wird in 6 ein Beispiel für eine Fahrzeugdachstruktur 514 gezeigt, die eine strukturelle transparente Verbunddachplatte 524 mit selektiv angeordneten internen Verstärkungsmerkmalen für erhöhte strukturelle Integrität und verbesserte optische Transparenz verwendet. Die beiden Schichten des mehrschichtigen Verbundstoff-Dachpaneels 524, die in dieser Ansicht am besten zu erkennen sind, sind die transparente, aber starre oberste Außenschicht 540 und die äußerste (oder einsame) strukturelle GFK-Verstärkungsschicht 542. Der allgemein mit 528 bezeichnete Grundrissbereich ist durch die in der strukturellen Verstärkungsschicht 540 enthaltenen Fasern innerhalb des Grundrissprofils der Verbundplatte definiert. Ähnlich wie der Verstärkungsabschnitt 28 in 1 ist der Planbereich 528 in 6 lichtdurchlässig oder undurchsichtig und in einem rautenförmigen Gittermuster angeordnet, das zahlreiche im Wesentlichen transparente Abschnitte abgrenzt, die sich vertikal durch die Dachplatte 524 erstrecken. In diesem speziellen Beispiel besteht der Grundrissbereich 528 im Allgemeinen aus verschiedenen sich kreuzenden Schienen und Querträgern, einschließlich eines Paars seitlich beabstandeter Seitenschienen 560 und 562, die sich entlang der Längsrichtung des mehrschichtigen Karosserieblechs 524 erstrecken. Drei quer verlaufende Querträger 564, 566 und 568 erstrecken sich zwischen den Seitenschienen 560, 562 und verbinden diese. Wie aus der Erörterung der 6-13 ersichtlich wird, können Anzahl, Form, Größe und Anordnung der Seitenschienen und Querträger von den in den Zeichnungen gezeigten abweichen.
Die Backbord- und Steuerbord-Seitenschienen 560 und 562 des Grundrissbereichs 528 sind im Allgemeinen parallel zueinander und jeweils an den gegenüberliegenden linken und rechten Seiten der mehrschichtigen Verbunddachplatte 524 angeordnet. Die repräsentativen Seitenholme 560, 562 von 6 haben längliche, gekrümmte Formen (sowohl in der Draufsicht als auch in der Seitenansicht; sie sind spiegelbildlich zueinander dargestellt), die sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Dachblechs 524 in Längsrichtung erstrecken. Jeder der drei Querträger 564, 566, 568 ist in Bezug auf die Seitenschienen 560, 562 schräg abgewinkelt, z. B. indem er in einem Winkel von etwa 15-85 Grad von einer oder beiden Schienen absteht. Der erste und der zweite Querträger 564, 566 schneiden sich in der Mitte der Verbunddachplatte 524 und bilden ein X-förmiges Muster. Im Gegensatz dazu ist ein dritter Querträger 568 in Längsrichtung von den anderen Querträgern 564, 566 beabstandet und in der Nähe des hinteren Endes der Platte 524 angeordnet. Der dritte Querträger 568 umfasst einen linken (ersten) abgewinkelten Querträgerabschnitt 568A und einen rechten (zweiten) abgewinkelten Querträgerabschnitt 568B, die von den jeweiligen Seitenschienen 560, 562 vorstehen und sich in der Mitte der Verbunddachplatte 524 schneiden, um ein V-förmiges Muster zu bilden. Nach vorne ragende Backbord- und Steuerbord-Winkelverlängerungen 570 bzw. 572 ragen in einem schrägen Winkel von den Seitenschienen 560, 562 ab und enden am vorderen Ende der Platte 524. Der Grundrissbereich 528 der strukturellen Verstärkungsschicht(en) 542 ist zwar nicht einzeln gekennzeichnet, enthält aber verschiedene andere Abzweigungen, Verlängerungen und abgewinkelte Querträgersegmente.
7 zeigt ein weiteres Beispiel einer Fahrzeugdachstruktur 614, die ein strukturelles, transparentes Verbundstoff-Dachpaneel 624 verwendet, das mit selektiv angeordneten internen Verstärkungsmerkmalen hergestellt wird, um eine erhöhte strukturelle Integrität und verbesserte optische Transparenz zu gewährleisten. Ähnlich wie in der Ansicht von 6 sind in der Ansicht von 7 die oberste Außenschicht 640 und die äußerste strukturelle Verstärkungsschicht 642 am ehesten sichtbar. Die in der strukturellen Verstärkungsschicht 640 enthaltenen Fasern definieren einen diskreten Grundrissbereich 628 innerhalb des Grundrissprofils der Verbundplatte. Der Grundrissbereich 628 in 7 ist lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig und in einem fünfeckigen Muster angeordnet, das zahlreiche im Wesentlichen transparente Abschnitte abgrenzt, die sich vertikal durch die Dachplatte 624 erstrecken. Vergleichbar mit dem Beispiel von 6 umfasst der Grundrissbereich 628 von 7 ein Paar seitlich beabstandeter Seitenschienen 660 und 662, die sich entlang der Längsrichtung des mehrschichtigen Dachpaneels 624 erstrecken. Drei quer verlaufende Querträger 664, 666 und 668 erstrecken sich zwischen den beiden Seitenschienen 660, 662 und verbinden diese. In einer alternativen Konfiguration kann der dritte Querträger 668 aus der Topographie der Verstärkungsstruktur eliminiert und optional durch einen einzelnen Querträgerabschnitt (z. B. einen links abgewinkelten Querträgerabschnitt 668A) ersetzt werden, der zum hinteren Ende des Dachblechs 624 hin verschoben werden kann.
Die fahrer- und beifahrerseitigen Schienen 660 bzw. 662 des Grundrissbereichs 628 verlaufen im Allgemeinen parallel zueinander und befinden sich auf der linken (Backbord) bzw. rechten (Steuerbord) Seite des mehrschichtigen Verbunddaches 624. Die beiden repräsentativen Seitenschienen 660, 662 haben langgestreckte, gekrümmte Formen, die in 7 spiegelbildlich zueinander dargestellt sind und sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Dachblechs 624 in Längsrichtung erstrecken. Die seitliche Breite jeder Schiene 660, 662 variiert entlang der vorderen und hinteren Länge der Platte 624. Die vorderen Kanten der Schienen 660, 662 können an der vorderen Windschutzscheibe des Fahrzeugs beginnen und an diese angrenzen, während die hinteren Kanten der Schienen 660, 662 an der hinteren Scheibe des Fahrzeugs enden und an diese angrenzen können.
Mit weiterem Bezug auf 7 befindet sich der erste Querträger 664 in der Nähe des vorderen Endes der Verbunddachplatte 624 und hat ein allgemein U-förmiges Profil in der Draufsicht, das sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Platte 624 erstreckt. Zwischen dem ersten und dem dritten Querträger 664, 668 befindet sich ein zweiter Querträger 666, der im Wesentlichen orthogonal zu den Seitenholmen 660, 662 verläuft. Dieser Querträger 666 hat eine längliche, geradlinige Form, die sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Verbunddachplatte 624 erstreckt. Im Gegensatz zum zweiten Querträger 666 ist der dritte Querträger 668 in Bezug auf die Seitenholme 660, 662 schräg gestellt. Der dritte Querträger 668 ist in Längsrichtung sowohl vom ersten als auch vom zweiten Querträger 664, 666 beabstandet und befindet sich in einem zentralen Bereich der Topografie der Platte 524. Ähnlich wie der Querträger 568 umfasst der dritte Querträger 668 von 7 einen linken (ersten) abgewinkelten Querträgerabschnitt 668A und einen rechten (zweiten) abgewinkelten Querträgerabschnitt 668B, die von den jeweiligen Seitenschienen 660, 662 vorstehen und sich entlang einer Längsmittellinie der Verbunddachplatte 624 schneiden, um ein V-förmiges Muster zu definieren. Gewölbte Querträgerverlängerungen 670 und 672 ragen in schrägen Winkeln von den Seitenholmen 660, 662 und schneiden sich mit allen drei Querträgern 664, 666, 668. Der Grundrissbereich 628 ist zwar nicht ausdrücklich gekennzeichnet oder beschrieben, kann aber zusätzliche Schienen, Abzweigungen, Verlängerungen, Querträger und Querträgersegmente enthalten.
8 zeigt ein weiteres Beispiel einer Fahrzeugdachstruktur 714, die eine strukturelle, transparente Dachplatte 724 aus Verbundwerkstoff verwendet, die mit selektiv angeordneten inneren Verstärkungsmerkmalen hergestellt ist. Wie bei allen oben beschriebenen mehrschichtigen Verbundplatten umfasst die Dachplatte 724 in 8 mindestens eine Außenschicht 740 und mindestens eine strukturelle Verstärkungsschicht 742. Die in der oder den strukturellen Verstärkungsschicht(en) 740 enthaltenen Fasern definieren einen diskreten Grundrissbereich (lokalisierte Topologie) 728 innerhalb des Grundrissprofils der Verbunddachplatte 724. In diesem Fall ist der Grundrissbereich 728 lichtdurchlässig oder undurchsichtig und in einem U-förmigen Muster angeordnet, das von einer dreieckigen Querträgeranordnung überlagert wird. Der Grundrissbereich 728 in 8 trennt vier im Wesentlichen transparente Abschnitte, die sich durch das Dachblech 724 erstrecken.
Der Grundrissbereich 728 von 8 umfasst oder besteht im Wesentlichen aus fünf sich kreuzenden Segmenten: erste und zweite Seitenschienen 760 und 762, die sich entlang der Längsrichtung des mehrschichtigen Karosserieblechs 724 erstrecken; und drei Querstreben 764, 766 und 768, die sich über die seitliche Breite des mehrschichtigen Karosserieblechs 724 erstrecken und zwischen den beiden Seitenschienen 760, 762 angeordnet sind und diese verbinden. Die Seitenholme 760 und 762 verlaufen im Allgemeinen parallel zueinander und befinden sich jeweils an den gegenüberliegenden linken und rechten Seiten der mehrschichtigen Verbunddachplatte 724. Der erste Querträger 764 befindet sich am vorderen Ende der Verbunddachplatte 724 und hat ein gekrümmtes Grundrissprofil, das sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Platte 724 erstreckt. Der zweite Querträger 766 ist in Bezug auf die Seitenschienen 760, 762 schräg abgewinkelt und umfasst einen ersten und einen zweiten abgewinkelten Querträgerabschnitt (nicht einzeln gekennzeichnet), die jeweils von einer entsprechenden Seitenschiene 760, 762 abstehen und sich schneiden, um ein V-förmiges Muster zu bilden. Der dritte Querträger 768 ist in Längsrichtung vom vorderen Ende der Platte 724 beabstandet und im Wesentlichen orthogonal zu den Seitenschienen 760, 762 ausgerichtet. Bei alternativen Konfigurationen kann der dritte Querträger 768 aus dem diskreten Grundrissbereich 728 entfernt werden, so dass der V-förmige zweite Querträger 766 übrig bleibt. Optional können sowohl der zweite als auch der dritte Querträger 766, 768 weggelassen werden, so dass die U-förmige Geometrie des ersten Querträgers 764 übrig bleibt, der sich mit den Seitenschienen 760, 762 kreuzt.
9 zeigt eine weitere repräsentative Fahrzeugdachstruktur 814, die eine strukturelle, transparente Dachplatte aus Verbundwerkstoff 824 verwendet. Die Dachplatte 824 aus Verbundwerkstoff kann strukturell der Dachplatte 724 aus 8 entsprechen, außer dass die Dachplatte 824 aus 9 einen faserdefinierten Grundrissbereich 828 aufweist, der im Wesentlichen aus vier sich kreuzenden Segmenten besteht: einem ersten und einem zweiten Seitenholm 860 und 862, die sich entlang der Längsrichtung der mehrschichtigen Karosserieplatte 824 erstrecken, und zwei Querstreben 864 und 866, die sich über die seitliche Breite der mehrschichtigen Karosserieplatte 824 erstrecken und zwischen den beiden Seitenholmen 860 und 862 angeordnet sind und diese verbinden. Darüber hinaus können die Seitenholme 860 und 862 mit den Seitenholmen 760 und 762 identisch sein, und der Querträger 864 kann mit dem Querträger 764 identisch sein. Im Gegensatz dazu kann der zweite Querträger 866 jedoch eine ähnliche Form, eine ähnliche Größe und/oder eine ähnliche Ausrichtung wie der dritte Querträger 768 haben, jedoch näher am vorderen Ende der Platte 824 und dem ersten Querträger 864 angeordnet sein.
10 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Fahrzeugdachstruktur 914, die ein strukturelles, transparentes Verbundstoffdach 924 verwendet. Die Verbunddachplatte 924 von 10 hat eine Verstärkungsschicht mit einem faserdefinierten Grundrissbereich 928, der acht Segmente umfasst oder im Wesentlichen aus ihnen besteht: erste und zweite Seitenschienen 960 und 962, die sich entlang der Längsrichtung des mehrschichtigen Karosserieblechs 924 erstrecken; vier Querstreben 964, 966, 968 und 970, die sich über die seitliche Breite des mehrschichtigen Karosserieblechs 924 erstrecken und zwischen den beiden Seitenschienen 960, 962 angeordnet sind und diese miteinander verbinden; und zwei nach hinten abgewinkelte Verlängerungen 972 und 974, die in einem schrägen Winkel von den Seitenschienen 960, 962 abstehen und am hinteren Ende des Blechs 924 enden. Ähnlich wie bei den Dachpaneelen 724 und 824 können die Seitenholme 960 und 962 von 10 mit den Seitenholmen 760, 860 und 762, 862 von 8 und 9 identisch sein. In gleicher Weise kann der Querträger 964 mit den Querträgern 764 und 864 und der Querträger 966 mit dem Querträger 866 strukturell identisch sein. Der dritte Querträger 968 hingegen ist zwischen dem zweiten und vierten Querträger 966 und 970 eingefügt und umfasst zwei abgewinkelte Querträgerabschnitte, die in schrägen Winkeln von den Seitenholmen 960 und 962 abstehen und sich mit dem Querträger 970 schneiden, um ein dreieckiges Profil zu bilden. Die abgewinkelten Verlängerungen 972 und 974 kreuzen sich ebenfalls mit dem Querträger 970 und bilden ein gleichschenklig-trapezförmiges Profil.
11 zeigt eine Fahrzeugdachstruktur 1014, die eine strukturelle, transparente Dachplatte 1024 aus Verbundwerkstoff verwendet. Die Verbunddachplatte 1024 von 11 weist eine Verstärkungsschicht mit einem faserdefinierten Grundrissbereich 1028 auf, der sechs Segmente umfasst oder im Wesentlichen aus ihnen besteht: Erste und zweite Seitenschienen 1060 und 1062, die sich entlang der Längsrichtung des mehrschichtigen Karosserieblechs 1024 erstrecken; zwei Querstreben 1064 und 1066, die sich über die Breite des mehrschichtigen Karosserieblechs 1024 erstrecken und zwischen den beiden Seitenschienen 1060, 1062 angeordnet sind und diese miteinander verbinden; und zwei nach vorne ragende, abgewinkelte Verlängerungen 1068 und 1070, die in schrägen Winkeln von den Seitenschienen 1060, 1062 abstehen und am vorderen Ende des Blechs 1024 enden. Wie oben erwähnt, können die in 11 dargestellten Schienen, Querträger und Verlängerungen jedes der Merkmale und Optionen annehmen, die oben in Bezug auf die in 6-10, 12 und 13 dargestellten Schienen, Querträger und Verlängerungen beschrieben wurden. In einer alternativen Konfiguration kann der zweite Querträger 1066 aus der Topographie der Verstärkungsstruktur 1028 entfernt werden.
12 zeigt eine Fahrzeugdachstruktur 1114, die eine strukturelle, transparente Dachplatte aus Verbundwerkstoff 1124 verwendet. Die Verbunddachplatte 1124 von 12 weist eine Verstärkungsschicht mit einem faserdefinierten Grundrissbereich 1128 auf, der fünf Segmente umfasst oder im Wesentlichen aus ihnen besteht: erste und zweite Seitenschienen 1160 und 1162, die sich entlang der Längsrichtung des mehrschichtigen Karosserieblechs 1124 erstrecken; ein Querträger 1164, der sich über die Breite des mehrschichtigen Karosserieblechs 1124 entlang der vorderen Kante des Blechs 1124 erstreckt und die beiden Seitenschienen 1160, 1162 verbindet; und zwei nach hinten vorspringende abgewinkelte Verlängerungen 1166 und 1168, die sich über die gesamte Länge des Blechs 1124 erstrecken, in schrägen Winkeln vom Querträger 1164 abstehen und am hinteren Ende des Blechs 1124 enden.
13 zeigt eine Fahrzeugdachstruktur 1214, die ein strukturelles transparentes Verbunddachblech 1224 verwendet. Eine oder mehrere innere Verstärkungsschicht(en) des Verbundstoff-Dachpaneels 1224 definieren einen Grundrissbereich 1228, der im Wesentlichen aus drei Segmenten besteht: zwei seitlich beabstandete, längliche Seitenholme 1260 und 1262, die sich über die gesamte Länge des mehrschichtigen Karosseriepaneels 1224 in Längsrichtung erstrecken, und ein Querbalken 1264, der sich über die gesamte Breite des mehrschichtigen Karosseriepaneels 1224 entlang der Vorderkante des Paneels 1224 erstreckt und die beiden Seitenholme 1260, 1262 verbindet. Die optionale Konfiguration ermöglicht eine modifizierte A-Säulen-Konstruktion, die eine Vergrößerung der vorderen Windschutzscheibe bei gleichzeitiger Verschiebung des vorderen Kopfteils nach hinten entlang der Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie ermöglicht.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden ausführlich unter Bezugnahme auf die abgebildeten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die genaue Konstruktion und die hierin offengelegten Zusammensetzungen beschränkt; alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen im Rahmen der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus schließen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale ein.

Claims

Mehrschichtige Karosserieplatte für ein Kraftfahrzeug, wobei die mehrschichtige Karosserieplatte Folgendes umfasst: eine äußere Schicht, die ein transparentes starres Material enthält; und eine strukturelle Verstärkungsschicht, die an der äußeren Schicht angebracht ist, wobei die strukturelle Verstärkungsschicht ein faserverstärktes Polymermaterial (FRP) enthält, das Fasern enthält, wobei die mehrschichtige Karosserieplatte ein Grundrissprofil mit einem Grundrissbereich mit einer Länge und Breite aufweist, wobei sich die äußere und die strukturelle Verstärkungsschicht im Wesentlichen über die gesamte Länge und Breite des Grundrissbereichs erstrecken, wobei die in der strukturellen Verstärkungsschicht enthaltenen Fasern in einem diskreten Bereich innerhalb des Grundrissbereichs lokalisiert sind.
Mehrschichtige Karosserieplatte nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Verbindungsschicht, die an der äußeren Schicht befestigt ist und ein transparentes Klebematerial enthält; und eine Reflektorschicht, die direkt an einer ersten Seite der Verbindungsschicht angebracht ist und ein Infrarot (IR)-reflektierendes Material enthält.
Mehrschichtige Körperplatte nach Anspruch 2, wobei das IR-reflektierende Material ein metallisches Material und/oder ein dielektrisches Material enthält.
Mehrschichtige Körperplatte nach Anspruch 2 umfasst ferner eine Sonnenschutzschicht, die direkt an einer zweiten Seite der Verbindungsschicht gegenüber der ersten, an der Reflektorschicht befestigten Seite angebracht ist, wobei die Sonnenschutzschicht ein festes, sichtbares (VIS) Licht absorbierendes Material enthält.
Mehrschichtige Körperplatte nach Anspruch 4, wobei das feste, VIS-Licht absorbierende Material ein elektrochromes Flüssigkristallmaterial in Polymerdispersion (PDLC) und/oder ein elektrochromes Material auf Indiumzinnoxidbasis (ITO) enthält.
Mehrschichtige Karosserieplatte nach Anspruch 4, die ferner eine an der Sonnenschutzschicht angebrachte Schicht mit niedrigem K-Wert umfasst, die ein dielektrisches Material mit einer relativ kleinen Dielektrizitätskonstante enthält.
Mehrschichtige Karosserieplatte nach Anspruch 6, die ferner umfasst: eine zweite Verbindungsschicht, die das transparente Klebematerial enthält und an der Low-k-Schicht befestigt ist; und eine zweite Reflektorschicht, die das Infrarot (IR)-reflektierende Material enthält und direkt an der zweiten Verbindungsschicht angebracht ist.
Mehrschichtige Karosserieplatte nach Anspruch 7, die ferner eine zweite strukturelle Verstärkungsschicht umfasst, die an der zweiten Reflektorschicht angebracht ist und ein FRP-Material enthält, wobei die zweite strukturelle Verstärkungsschicht in demselben diskreten Bereich innerhalb der Grundfläche angeordnet ist.
Mehrschichtige Karosserieplatte nach Anspruch 8, die ferner eine dritte und eine vierte Verbindungsschicht umfasst, die jeweils das transparente Klebematerial enthalten, wobei die Schichten der mehrschichtigen Karosserieplatte nacheinander wie folgt gestapelt sind: die Außenschicht, die strukturelle Verstärkungsschicht, die dritte Verbindungsschicht, die Reflektorschicht, die Verbindungsschicht, die Sonnenschutzschicht, die zweite Verbindungsschicht, die zweite Reflektorschicht, die Low-k-Schicht, die vierte Verbindungsschicht und die zweite strukturelle Verstärkungsschicht.
Mehrschichtige Karosserieplatte nach Anspruch 1, wobei das transparente starre Material eine kratzfeste harte Beschichtung enthält, das transparente Klebematerial ein optisches Verbindungsmittel aus Ethylen-Vinylacetat (EVA) oder Polyvinylbutyral (PVB) enthält und das FRP-Material eine in eine duroplastische oder thermoplastische Matrix eingebrachte Vorform aus Fasergewebe enthält.