DE102022001024A1 - Kraftfahrzeugstrukturbauteil - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil (1), insbesondere ein Dachfenster eines Kraftfahrzeugs, mit einem Mehrschichtverbund (2) aus mindestens drei flächig aufeinander angeordneten, miteinander verbundenen, transparent und/oder transluzent gestalteten Einzelschichten (3, 4, 5), wobei eine erste Einzelschicht (3) des Mehrschichtverbunds (2) das Kraftfahrzeugstrukturbauteil (1) zu einer Umgebung (6) hin begrenzt, wobei eine dritte Einzelschicht (5) des Mehrschichtverbunds (2) von der besagten Umgebung (6) abgewandt ist und einen vom Kraftfahrzeugstrukturbauteil (1) zumindest abschnittsweise begrenzten Fahrgastraum (7) begrenzt, wobei eine zweite Einzelschicht (4) des Mehrschichtverbunds (2) sandwichartig zwischen der ersten Einzelschicht (3) und der dritten Einzelschicht (5) angeordnet ist. Wesentlich ist, dass die erste Einzelschicht (3) aus einem transparenten Kunststoff wie Polycarbonat oder Silikatglas aufweist oder aus Polycarbonat oder Silikatglas realisiert ist, die zweite Einzelschicht (4) einen transluzenten Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff aufweist oder aus einem Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff realisiert ist und die dritte Einzelschicht (5) Polycarbonat aufweist oder aus Polycarbonat realisiert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Der Einsatz von transluzenten bzw. transparenten Dachsystemen in Kraftfahrzeugen ist mit thermischen Herausforderungen verbunden. Aufgrund einer starken Erwärmung durch Sonneneinstrahlung können am und insbesondere an einer Innenseite eines solchen Dachsystems relativ hohe Temperaturen entstehen, wodurch dort thermisch empfindliche Materialien sowie thermisch empfindliche EIE-Komponenten (Elektrik/Elektronik-Komponenten) derzeit nur eingeschränkt oder überhaupt nicht verwendet werden können.
  • Ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil der eingangs genannten Art ist beispielsweise in der EP 3 083 230 B1 beschrieben. Es besitzt einen Mehrschichtverbund aus miteinander verbundenen Einzelschichten, wobei eine Zwischenschicht aus einem Aerogel-Verbundwerkstoff besteht oder zumindest einen solchen aufweist. Aerogel-Verbundwerkstoffe sind beispielsweise in der DE 196 34 109 A1 beschrieben.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil der eingangsgenannten Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der Beschreibung.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil, insbesondere ein Dachfenster eines Kraftfahrzeugs, bereitzustellen, das einen Mehrschichtverbund aufweist, der aus mindestens drei flächig aufeinander angeordneten, miteinander verbundenen, transparent und/oder transluzent gestalteten Einzelschichten ausgestattet ist. Der Mehrschichtverbund hat eine erste Einzelschicht, die das Kraftfahrzeugstrukturbauteil zu einer Umgebung hin begrenzt, eine dritte Einzelschicht, die von der besagten Umgebung abgewandt ist und einen vom Kraftfahrzeugstrukturbauteil zumindest abschnittsweise begrenzten Fahrgastraum begrenzt sowie eine zweite Einzelschicht, die sandwichartig zwischen der ersten Einzelschicht und der dritten Einzelschicht angeordnet ist. Wesentlich ist, dass die erste Einzelschicht Polycarbonat oder Silikatglas aufweist oder aus Polycarbonat oder Silikatglas realisiert ist, die zweite Einzelschicht einen transluzenten Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff aufweist oder aus einem Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff realisiert ist und die dritte Einzelschicht Polycarbonat aufweist oder aus Polycarbonat realisiert ist. Damit ist ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil, insbesondere ein Dachfenster eines Kraftfahrzeugs oder eine Komponente für ein Glasdach eines Kraftfahrzeugs, mit verbesserten thermischen Dämmeigenschaften bereitgestellt, welches auch bei starker Sonneneinstrahlungen und/oder relativ hohen Umgebungstemperaturen hohe Temperaturen im Bereich des Mehrschichtverbunds, insbesondere im Bereich einer zum Fahrgastraum hin orientierten Innenfläche der dritten Einzelschicht (Dachinnenseite), verhindert. Die guten Dämmeigenschaften des Kraftfahrzeugstrukturbauteils werden hierbei insbesondere vom für die zweite Einzelschicht verwendeten Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff realisiert. Das hat den Vorteil, dass dort Materialien und/oder Elektrik/Elektronik-Komponenten, sogenannte E/E-Komponenten, ohne die Gefahr einer thermischen Beschädigung angeordnet und verwendet werden können. Zudem kann das Kraftfahrzeugstrukturbauteil durch die Verwendung eines Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoffs einfach und kostengünstig gefertigt werden.
  • Weitere Vorteile des angegebenen Kraftfahrzeugstrukturbauteils ergeben sich unter anderem durch die Verwendung von Polycarbonat für die erste Einzelschicht, die dadurch optisch ansprechend realisierbar ist. Die Verwendung von Silikatglas für die erste Einzelschicht ist wegen der dadurch erzielbaren Kratzbeständigkeit ebenfalls vorteilhaft. Der für die zweite Einzelschicht verwendete Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff bietet zusätzlich zu seinen bevorzugten thermischen Dämmeigenschaften Vorteile beim Fügen/Verbinden der Einzelschichten des Mehrschichtverbunds, da aufgrund seines relativ geringen E-Moduls und der zusätzlichen Elastizität keine Spannungen zwischen den Einzelschichten des Mehrschichtverbunds, insbesondere der ersten, äußeren Einzelschicht und der dritten, inneren Einzelschicht, aufgebaut werden. Beispielsweise werden bei einer thermisch bedingten Ausdehnung des Mehrschichtverbunds Schubspannungen nicht zwischen der ersten, äußeren Einzelschicht und der dritten, inneren Einzelschicht übertragen, sondern sozusagen vom Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff kompensiert. Dadurch bleibt das Kraftfahrzeugstrukturbauteil bzw. der Mehrschichtverbund formstabil. Weiterhin wird durch die Verwendung von Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff gegenüber herkömmlichen, aus beispielsweise VSG-Scheiben (Verbundsicherheitsglas) realisierten Kraftfahrzeugstrukturbauteilen Gewicht eingespart.
  • Der Begriff „transparent“ kann im Sinne von „vollständig lichtdurchlässig“ verwendet werden, beispielsweise in der Art, dass man durch eine transparente Komponente hindurchblicken und dahinter befindliche Gegenstände praktisch unverändert erkennen kann. Der Begriff „transluzent“ kann im Unterschied dazu im Sinnen von „partiell lichtdurchlässig oder teillichtdurchlässig“ verwendet werden.
  • Zweckmäßig ist, wenn die erste Einzelschicht dünner gestaltet ist als die zweite Einzelschicht und/oder die dritte Einzelschicht. Dadurch ist eine bevorzugte Ausführungsform des Kraftfahrzeugstrukturbauteils angegeben, wobei durch eine relativ dünn gestaltete erste Einzelschicht das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugstrukturbauteils relativ geringgehalten werden kann.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn eine vierte Einzelschicht des Mehrschichtverbunds sandwichartig zwischen der ersten Einzelschicht und der zweiten Einzelschicht angeordnet ist, wobei die vierte Einzelschicht durch eine Kunststoff-Folie oder eine Splitterschutz-Folie realisiert ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die vierte Einzelschicht dünner gestaltet ist als die erste Einzelschicht und/oder die zweite Einzelschicht und/oder die dritte Einzelschicht. Durch die Integration einer derartigen vierten Einzelschicht kann das Kraftfahrzeugstrukturbauteil mit einer Splitterschutzfunktion realisiert werden, wodurch im Versagensfall Splitter des Kraftfahrzeugstrukturbauteils zusammengehalten und im Fahrgastraum befindliche Personen geschützt werden.
  • Zweckmäßig ist, wenn der Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff als ein Aerogel-Thermoplast-Verbund ausgeführt ist. Dabei kann die Aerogelkomponente als Elastomer-Verbundwerkstoff (z.B. mit Silizium, Bor, bzw. aus einem Hartstof....) ausgelegt sein. Übergeordnet handelt sich z.B. um ein Compund: eine Matrix aus einem transparenten Kunststoff wie z.B. PC oder PMMA, darin eingebettet mit möglichst hohem Anteil die Aerogelkugeln. Weiterhin kann der Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff als Grundwerkstoff reines Aerogel, beispielsweise Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Boroxid oder andere Grundstoffe, und weiterhin einen anderen Werkstoff, insbesondere einen Kunststoffwerkstoff, beispielsweise Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA), aufweisen. Weiterhin kann der Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff als Grundstoff reines Aerogel, beispielsweise aus Silizium oder andere Grundstoffe, und weiterhin Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) aufweisen. Aerogel ist zweckmäßigerweise eine Art „Stoffzustand“. Aerogel ist weiter zweckmäßigerweise eine hochporöse Form eines Stoffes mit Poren im Nanometerbereich. zweckmäßigerweise wird dadurch die Luft sehr gut eingeklemmt und eine Wärmeleitung über Konvektion unterbunden. Das führt zweckmäßigerweise zu einem Isolationseffekt. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass der Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff durch compoundieren (Verfahren, bei dem geschmolzene Polymere mit Zusätzen gemischt werden) von Aerogel mit einem Kunststoff gefertigt wird, in Frage kommt zum Beispiel Polycarbonate (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) mit Aerogel. Dabei werden die Materialeigenschaften der Ausgangswerkstoffe zweckmäßigerweise miteinander kombiniert.
  • Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die zweite Einzelschicht eine Dichtlippe aufweist oder bildet, die zum fluiddichten Abdichten des Kraftfahrzeugstrukturbauteils eingerichtet ist. Zweckmäßigerweise kann das Kraftfahrzeugstrukturbauteil anhand der Dichtlippe gegenüber einem weiteren Kraftfahrzeugstrukturbauteil eines Kraftfahrzeugs fluiddicht abgedichtet werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Dichtlippe an einem Rand des Kraftfahrzeugstrukturbauteils angeordnet ist und denselben beispielsweise vollständig einfasst. Zweckmäßigerweise kann die Dichtlippe integral mit der zweiten Einzelschicht realisiert und beispielsweise aus dem Werkstoff der zweiten Einzelschicht gefertigt sein, insbesondere aus einem Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff. Alternativ kann die Dichtlippe bezüglich der zweiten Einzelschicht separat ausgeführt und beispielsweise als Einlegeformteil bereitgestellt sein. Die Dichtlippe kann einen integrierten Wasserabweiser aufweisen oder einen solchen bilden. Durch die Integration einer Dichtlippe in die zweite Einzelschicht können Herstellkosten eingespart werden.
  • Die vorliegende Erfindung beruht optional auf dem weiteren 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.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • 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.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
  • Dabei zeigen, jeweils schematisch:
    • 1 ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer stark vereinfachten Schnittansicht und
    • 2 ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in einer stark vereinfachten Schnittansicht.
  • Die 1 und 2 zeigen bevorzugte Ausführungsformen für ein im Gesamten mit der Bezugsziffer 1 bezeichnetes Kraftfahrzeugstrukturbauteil, welches beispielsweise durch ein Dachfenster eines hier nicht illustrierten Kraftfahrzeugs realisiert sein kann. Das Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1 besitzt einen Mehrschichtverbund 2 aus mindestens drei flächig aufeinander angeordneten und miteinander verbundenen Einzelschichten 3, 4, 5. Die Einzelschichten 3, 4, 5 sind transparent und/oder transluzent gestalteten, d.h. für sichtbares Licht vollständig oder zumindest teilweise durchlässig, so dass beispielswiese Sonnenlicht weitestgehend ungehindert durch sie hindurchgelangen und einen Fahrgastraum 7 beleuchten kann bzw. sodass ein im Fahrgastraum 7 befindlicher Fahrgast durch das Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1 hindurch eine Umgebung 6 beobachten kann. In 1 und 2 ist ersichtlich, dass eine als erste Einzelschicht 3 bezeichnete Außenschicht des Mehrschichtverbunds 2 das Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1 zur Umgebung 6 hin begrenzt. Wenn eine Außenschicht aus Polycarbonat verwendet wird, dann wird typischerweise zur Erhöhung der Kratzbeständigkeit diese nach außen hin zusätzlich mit einer Kratzfestbeschichtung beschichtet. Die erste Einzelschicht 3 kann beispielsweise aus Polycarbonat oder Silikatglas gefertigt sein, wodurch sie optisch ansprechend und/oder relativ kratzbeständig ist. Der Mehrschichtverbund 2 weist weiterhin eine als dritte Einzelschicht 5 bezeichnete Innenschicht auf, die von der besagten Umgebung 6 abgewandt ist und den vom Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1 zumindest abschnittsweise begrenzten Fahrgastraum 7 begrenzt. Die dritte Einzelschicht 5 kann ebenfalls aus Polycarbonat realisiert sein, um optisch ansprechend zu wirken. Weiterhin ist eine zweite Einzelschicht 4 des Mehrschichtverbunds 2, die man auch als Zwischenschicht bezeichnen könnte, sandwichartig zwischen der ersten Einzelschicht 3 und der dritten Einzelschicht 5 angeordnet und beispielsweise aus einem transluzenten Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff realisiert, welcher die thermischen Dämmeigenschaften des Kraftfahrzeugstrukturbauteils 1 verbessert. Das Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1 gemäß 1 besitzt zudem eine mit Bezugsziffer 9 bezeichnete Splitterschutz-Folie.
  • Die in 2 illustrierte, weitere Ausführungsform des Kraftfahrzeugstrukturbauteils 1 unterschiedet sich gegenüber der in 1 illustrierten Ausführungsform des Kraftfahrzeugstrukturbauteils 1 lediglich durch ein als Dichtlippe 8 bezeichnetes Dichtmittel. Die Dichtlippe 8 ist exemplarisch integral mit der zweiten Einzelschicht 4 ausgeführt, d.h. die zweite Einzelschicht 4 und die Dichtlippe 8 bilden eine monolithische Baueinheit. Die Dichtlippe 8 ist zum fluiddichten Abdichten des Kraftfahrzeugstrukturbauteils 1 eingerichtet, beispielsweise gegenüber einem nicht illustrierten, weiteren Kraftfahrzeugstrukturbauteil eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Dichtlippe 8 an einem Rand des Kraftfahrzeugstrukturbauteils 1 angeordnet ist und denselben beispielsweise vollständig einfasst. Die Dichtlippe 8 kann einen integrierten Wasserabweiser aufweisen oder einen solchen bilden. Das Kraftfahrzeugstrukturbauteil 1 gemäß 2 besitzt zudem eine mit Bezugsziffer 9 bezeichnete Splitterschutz-Folie.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3083230 B1 [0003]
    • DE 19634109 A1 [0003]

Claims (5)

  1. Kraftfahrzeugstrukturbauteil (1), insbesondere ein Dachfenster eines Kraftfahrzeugs, - mit einem Mehrschichtverbund (2) aus mindestens drei flächig aufeinander angeordneten, miteinander verbundenen, transparent und/oder transluzent gestalteten Einzelschichten (3, 4, 5), - wobei eine erste Einzelschicht (3) des Mehrschichtverbunds (2) das Kraftfahrzeugstrukturbauteil (1) zu einer Umgebung (6) hin begrenzt, - wobei eine dritte Einzelschicht (5) des Mehrschichtverbunds (2) von der besagten Umgebung (6) abgewandt ist und einen vom Kraftfahrzeugstrukturbauteil (1) zumindest abschnittsweise begrenzten Fahrgastraum (7) begrenzt, - wobei eine zweite Einzelschicht (4) des Mehrschichtverbunds (2) sandwichartig zwischen der ersten Einzelschicht (3) und der dritten Einzelschicht (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Einzelschicht (3) Polycarbonat (PC) oder Silikatglas oder Polymetmethylacylat (PMMA) oder transparente Thermoplaste oder transparente Duroplaste, insbesondere Acrylate, aufweist oder aus Polycarbonat (PC) oder Silikatglas oder Polymetmethylacylat (PMMA) oder einem transparenten Thermoplast oder einem transparenten Duroplast, insbesondere Acrylate, realisiert ist, - die zweite Einzelschicht (4) einen transluzenten Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff aufweist oder aus einem Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff realisiert ist und - die dritte Einzelschicht (5) Polycarbonat oder Polymetmethylacylat (PMMA) oder transparente Kunststoffe, insbesondere Thermoplaste und/oder Duroplaste, aufweist oder aus Polycarbonat oder Polymetmethylacylat (PMMA) oder einem transparenten Kunststoff, insbesondere einem Thermoplast und/oder einem Duroplast, realisiert ist.
  2. Kraftfahrzeugstrukturbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Einzelschicht (3) dünner gestaltet ist als die zweite Einzelschicht (4) und/oder die dritte Einzelschicht (5).
  3. Kraftfahrzeugstrukturbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - eine vierte Einzelschicht des Mehrschichtverbunds (2) sandwichartig zwischen der ersten Einzelschicht (3) und der zweiten Einzelschicht (4) angeordnet ist, - wobei die vierte Einzelschicht durch eine Kunststoff-Folie oder eine Splitterschutz-Folie realisiert ist, und/oder - die vierte Einzelschicht dünner gestaltet ist als die erste Einzelschicht (3) und/oder die zweite Einzelschicht (4) und/oder die dritte Einzelschicht (5).
  4. Kraftfahrzeugstrukturbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Aerogel-Kunststoff-Verbundwerkstoff aufweist oder realisiert ist aus: - einem Aerogel-Elastomer-Verbundwerkstoff oder Aerogel-Thermoplast-Verbund, oder - als Grundstoff Aerogel, beispielsweise aus Siliziumdioxid und/oder Aluminiumoxid und/oder Boroxid oder andere Grundstoffe, wie Hartstoffe, und/oder mit einem anderen Werkstoff, insbesondere einem Kunststoffwerkstoff, beispielsweise Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA), oder - als Grundstoff Aerogel, beispielsweise aus Siliziumdioxid, Boroxid und/oder andere Hartstoffe, die zweckmäßigerweise über einen Solgeltrocknungsprozess zu einem Aerogeol herstellbar sind, oder - als Grundstoff Aerogel, oder - als Grundstoff Aerogel, beispielsweise aus Silizium oder andere Grundstoffe, und Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA).
  5. Kraftfahrzeugstrukturbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die zweite Einzelschicht (4) eine Dichtlippe (8) aufweist oder bildet, die zum fluiddichten Abdichten des Kraftfahrzeugstrukturbauteils (1) eingerichtet ist.
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