WO2025252372A1 - Fahrzeugscheibenanordnung mit reversibel formveränderbarer aussenkontur - Google Patents

Fahrzeugscheibenanordnung mit reversibel formveränderbarer aussenkontur

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WO2025252372A1
WO2025252372A1 PCT/EP2025/062305 EP2025062305W WO2025252372A1 WO 2025252372 A1 WO2025252372 A1 WO 2025252372A1 EP 2025062305 W EP2025062305 W EP 2025062305W WO 2025252372 A1 WO2025252372 A1 WO 2025252372A1
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WO
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window
vehicle
disc
arrangement
elements
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PCT/EP2025/062305
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English (en)
French (fr)
Inventor
Muhammed Nasuh ALTIN
Stefan Hertel
Sophia VON SALM-HOOGSTRAETEN
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Saint Gobain Sekurit France SAS
Original Assignee
Saint Gobain Sekurit France SAS
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Publication date
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D35/00—Vehicle bodies characterised by streamlining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J1/00—Windows; Windscreens; Accessories therefor
    • B60J1/008—Windows; Windscreens; Accessories therefor of special shape, e.g. beveled edges, holes for attachment, bent windows, peculiar curvatures such as when being integrally formed with roof, door, etc.
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J3/00—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles
    • B60J3/04—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles adjustable in transparency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D37/00—Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements
    • B62D37/02—Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements by aerodynamic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J1/00—Windows; Windscreens; Accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a vehicle window arrangement with a reversibly shape-changing outer contour.
  • Possible solutions include improving vehicle aerodynamics, which can lead to improved vehicle handling and/or increased energy efficiency, and consequently, increased vehicle range.
  • spoilers for motor vehicles are known in the prior art. These are used to influence airflow and increase downforce at higher speeds, resulting in greater driving stability and more stable cornering.
  • spoilers are generally disadvantageous in terms of energy or fuel consumption, as they increase drag and thus the required energy.
  • variable spoilers have been developed that can be adjusted in position and/or angle while driving.
  • Other vehicles have been equipped with retractable spoilers, which can be deployed manually or automatically to optimize their use.
  • For braking purposes it is also known to dynamically change the angle of attack of spoilers and use them as an air brake.
  • To stabilize and assist cornering it is known, particularly in sports cars, to install deployable flap spoilers.
  • vehicle windows which can cover relatively large areas of vehicles as roof, side, or rear windows, such as panoramic roofs, remain unused for such or similar applications, particularly for the use of variable, mechanical-dynamic devices, elements, uses, and purposes.
  • the object of the present invention is therefore to provide a vehicle window arrangement, in particular for a roof, rear and/or side window of a vehicle, which can be used to improve or extend the vehicle's characteristics or functionalities, in particular for optimizing aerodynamics, energy saving and/or energy generation, and which optionally creates the possibility of harmonizing an aesthetic appearance and design with the desired properties and functionalities.
  • a vehicle window arrangement comprising at least one first window with a main outer surface F1, which is exposed to the external environment and an inner surface F2, which faces a vehicle interior.
  • at least the first disc of the vehicle disc assembly has at least one polymorphic area, preferably with one or more movable form elements, wherein the first disc and/or the form elements are functionally connected to one or more actuators and thereby a reversibly shape-changing outer contour of the first disc is formed in the polymorphic area.
  • the vehicle window assembly separates a vehicle interior from the external environment and is designed, in particular, as a roof, rear, and/or side window of a vehicle, for example, a passenger car.
  • a polymorphic area is provided in at least one surface section of the first window of the vehicle window assembly, in which the outer contour, i.e., the shape, form, and/or structure of the window surface facing the external environment in the assembled state, is reversibly modifiable.
  • the first window itself is designed to be shape-changeable in its outer surface (F1) within the polymorphic area, or the shape change of the outer contour is achieved by one or more movable form elements arranged within the polymorphic area.
  • An embodiment of the polymorphic area in which both the window surface itself is designed to be shape-changeable, at least in its outer surface, and in which one or more movable form elements are additionally arranged, is also included according to the invention.
  • This shape-changing outer contour is achieved in particular by actuating the first pane in the polymorphic region and/or by actuating movable form elements, which are optionally, but preferably, provided and arranged in the polymorphic region of the pane.
  • This reversibly shape-changing outer contour of the pane surface advantageously makes it possible to utilize the window surfaces of a vehicle formed by the vehicle window arrangement according to the invention, at least partially, for improving vehicle characteristics, for example, for improved aerodynamics and/or energy efficiency, or additionally or alternatively for energy generation.
  • the outer contour of the vehicle window assembly is the outer surface facing outwards in the installed state, i.e., the (overall) exterior of the respective window, and is defined in particular by the surface exposed to the environment.
  • the outer surface F1 and/or the movable form elements are formed.
  • the provided actuators for example by lifting, pushing, pulling and/or rotating, can reversibly effect precise movement and positioning, in particular of the first disc and/or form elements, and thereby an advantageous reversible change in the shape of the outer contour of the disc arrangement.
  • an actuator preferably comprises at least one electromechanical drive, for example, an electric actuator motor, which is used to generate reversible motion of the first disk and/or the movable form elements.
  • electromechanical drive for example, an electric actuator motor
  • Pneumatic or hydraulic drive elements are also conceivable.
  • actuators also include mechanical/physical actuating elements and motion devices, such as telescopic pins, telescopic rails, joints, eccentrics, etc., which convert the energy into the desired directed and targeted reversible motion and the resulting reversible change in the outer contour.
  • movable form elements are essentially understood to be dimensionally stable, movably arranged and/or mounted elements, which may, for example, be designed as wing elements or flaps, and which are functionally connected to an actuator according to the invention.
  • the form elements are thus essentially rigid in themselves and are movably mounted, for example, with a moving element, such as a joint, pivot joint or ball joint, telescopic elements such as telescopic pins, with one or more cables, etc., or within a rail, which in turn may, for example, be connected to an electromechanical, pneumatic or hydraulic drive (motor).
  • the movable forming elements are particularly preferably made of glass.
  • the forming elements can also be made of known glass-like rigid plastics, such as polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyurethane (PU), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and/or mixtures thereof.
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PU polyurethane
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • polystyrene polyamide
  • polyester polyvinyl chloride and/or mixtures thereof.
  • the design elements can be formed with identical or different, regular and/or irregular geometric shapes, surfaces, and cross-sections. This allows for a high degree of variability in the design and, in particular, in the possibilities for spatial configuration and adaptation to the desired functionality.
  • the polymorphic area in which the reversible shape change of the outer contour of the vehicle windscreen assembly can be effected, can be provided in at least a partial area of the windscreen.
  • the polymorphic area can also be essentially the entire surface, possibly with the exception of an edge and/or mounting area, for example, to ensure the necessary secure and stable attachment of the vehicle windscreen assembly to a vehicle body.
  • the polymorphic area can cover between 5% and 95% of the windscreen surface (in plan view).
  • a polymorphic area can be formed in an edge region, possibly in sections, of the windscreen assembly.
  • several polymorphic areas can be formed, which can be adjacent to each other or separated from one another.
  • the actuation for the reversible shape change of the outer contour can occur in the different polymorphic areas either dependently or independently of each other. This further increases the variability of the divisibility and adaptability of the shape-changing outer contour with regard to providing different and/or improved functionalities with the vehicle window arrangement, and/or improving vehicle characteristics under different conditions and requirements.
  • the vehicle window arrangement comprises a second window with an outer surface F3 facing the first window and a main inner surface F4 exposed to the vehicle interior, wherein the second window is optionally functionally connected to one or more actuators.
  • the functional connection of the second window to one or more actuators can be configured alternatively or additionally to the functional connection of the first window and/or the form elements to one or more actuators.
  • the functional connection can each be established and configured independently.
  • the second window can be fixed and
  • the second disc can be a fixed, mounted disc and optionally serve, for example, as a carrier for actuators (drive unit and/or actuating elements/motion devices) and/or movable form elements.
  • the second disc can advantageously be itself actuated and, for example, reversibly displaceable relative to the first disc.
  • the first pane, the second pane and/or the movable form elements are preferably transparent, for example made of glass or glass-like plastics such as polycarbonate (PC) or polymethyl methacrylate (PMMA).
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • “transparent” means that the overall transmission of the vehicle window assembly to visible light preferably has a transmittance of more than 50% and, in particular, more than 60%, for example, more than 70%.
  • the measurement of light transmission is carried out according to ISO 9050:2003.
  • “opaque” means a light transmission (measured according to ISO 9050:2003) of less than 30%, preferably less than 20%, most preferably less than 5%, and in particular less than 0.1%.
  • the first windscreen, the second windscreen, the shaped elements, and/or the actuators are functionally connected to one or more sensors and/or a control unit.
  • Sensors can be, for example, temperature, speed, acceleration, pressure, gyroscope, angle, light, proximity, ultrasonic, and/or air mass sensors, although this list is not exhaustive.
  • the use of sensors enables the shape-changing adjustment of the outer contour of the vehicle windscreen assembly in the polymorphic range, for example, the alignment of one or more shaped elements such as flaps or wing elements, advantageously also in real time.
  • the necessary, and as immediate as possible, adjustment of the outer contour can be made, for example, to a current driving situation, in order to achieve, for example, the best possible handling and/or optimal aerodynamics.
  • the control unit could be, for example, the on-board computer of a vehicle.
  • the actuators, sensors, and/or the control unit, as well as the functionally connected elements are equipped with the necessary connections (e.g., to a power supply), cables, and links to communicate with each other in order to provide and ensure their respective functions, up to and including the reversible change in the outer contour of the vehicle window assembly.
  • These can be, for example, electrical cables, wires, or wireless connections.
  • Suitable designs for connections, cables, and links, for example, for power supply or for providing functional connections and communication, are generally known to those skilled in the art.
  • the functional connection and integration of sensors and/or a control system improves the efficiency of the vehicle disc arrangement according to the invention and enables and improves the automation of the provision and function of the reversible shape-changing outer contour and the thereby achievable, advantageously adaptable, properties of a vehicle, such as improved aerodynamic behavior.
  • the outer contour in the polymorphic region is designed to be reversibly shape-adaptive to flow, radiation, and/or temperature.
  • the main outer surface F1 of the first disk and/or the shape elements in the polymorphic region can be designed to be reversibly shape-adaptive to flow, radiation, and/or temperature.
  • Flow-, radiation- and/or temperature-adaptive means that the outer contour, i.e., the outer shape, form and/or structure in the polymorphic area of the first pane of the vehicle window assembly, is adjustable, particularly with regard to these parameters, for example, current or expected driving and/or environmental conditions, such as solar radiation, air currents, wind conditions, driving wind, for example, when a vehicle is cornering or driving straight ahead or during a braking process.
  • current or expected driving and/or environmental conditions such as solar radiation, air currents, wind conditions, driving wind, for example, when a vehicle is cornering or driving straight ahead or during a braking process.
  • Vehicle windscreen arrangement is the first windscreen, the second windscreen and/or the
  • Shape elements are moved from a starting position by one or more actuators, into Steps or stepless, (reversibly) transferable to at least one functional end position.
  • the outer contour of the vehicle window assembly in the polymorphic area can be formed by one or more actuators from an initial position, in steps, gradually or continuously steplessly, transferable to at least one functional end position.
  • the first windscreen is a movable windscreen with rigid and flexible sections, at least in the polymorphic area (P).
  • the rigid sections are formed by shaped elements, preferably made of glass, and a hinge area made of flexible hinge material is formed between at least two shaped elements, i.e., the rigid sections.
  • the shaped elements are bonded to the hinge material in at least one connecting section.
  • the first windscreen is reversibly movable with the shaped elements, at least from a first initial position to an end position.
  • the movable shaped elements are part of the first windscreen, and the windscreen can be reversibly transformed into different shapes (configurations) of the outer contour by actuation with the shaped elements.
  • the shaped elements are thus bonded to the hinge material, resulting in a permanent connection.
  • the shaped elements are spaced apart from each other by the hinge area, movably arranged, and, upon actuation, are designed to pivot, for example, in a hinge-like manner.
  • the joint material can contain or consist of, for example, polypropylene (PP), polyacrylate, polyethylene (PE), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyacetate resin, acrylate, fluorinated ethylene propylene, polyvinyl fluoride and/or ethylene tetrafluoroethylene, or a copolymer or mixture thereof.
  • the joint material can be used as a thermoplastic film or as a flexible carrier film in the manufacture of the disc assembly.
  • the form elements are made of glass, for example, flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass, aluminosilicate glass, or alternatively, the aforementioned glass-like plastics. Shaped elements can also be made of tempered safety glass or laminated glass, if necessary.
  • the shaped elements and/or the flexible joint area of the disc assembly are transparent.
  • either the shaped elements are transparent or the flexible joint areas are made of a transparent joint material.
  • both the shaped elements and the joint areas are transparent, resulting in a preferably completely transparent disc assembly.
  • transparent means that the overall transmission of visible light preferably exceeds 50% and, in particular, exceeds 60%, for example, 70%.
  • transparent disc arrangement means to be transparent enough to achieve the desired or necessary transparency for the respective intended use.
  • opaque means a light transmission of less than 10%, preferably less than 5%, and in particular 0%. The measurement of light transmission can be carried out according to ISO 9050:2003.
  • Rigid form elements within a self-supporting disk, as described above, with rigid and flexible areas, are provided to give the disk assembly according to the invention the necessary strength.
  • the shape and design of the form elements essentially determine the appearance and at least partially the shapes and possible configurations of the reversibly deformable outer contour.
  • the form elements can advantageously be selected to suit a desired design and a potentially desired or predetermined functional end position and outer contour.
  • An adaptation or selection of the specific design of the form elements used for the disk assembly can advantageously also be carried out simultaneously with regard to necessary or required safety aspects and standards, for example, in the material selection, thickness, and dimensions, as well as the arrangement of the form elements within the disk assembly and the desired possible deformations of the outer contour.
  • the form elements of the disk assembly can therefore, for example, They may consist of the same or different materials, independently of each other.
  • the first disk is designed, at least in the polymorphic region, as a reversibly deformable thin glass disk.
  • Such thin glass disks are movable, in particular flexible, and can, by actuation, form a reversibly shape-changing outer contour, for example, an aerodynamically advantageous structure, such as dimples (indentations like those on a golf ball surface) or grooves or ribs, similar to the riblets of sharkskin described above.
  • the outer contour can be completely seamless and closed to the external environment, so that no moisture or dirt can penetrate.
  • Such thin glass disks suitable for applications according to the invention, which are flexible, highly stable, and essentially fatigue-free, can be drawn and produced, for example, in a known manner using a down-drawing process from the liquid glass melt.
  • a thin glass pane has a thickness of 0.05 mm to 1.1 mm, preferably 0.1 mm to 0.7 mm, for example 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm or 0.6 mm.
  • the first pane can, in one embodiment, also be formed from several thin glass panes arranged one above the other and bonded together, for example, by adhesive bonding, such as with an optically transparent adhesive.
  • the thin glass panes can have the same or different shapes, surface areas, dimensions, and/or thicknesses.
  • such composites of thin glass panes, also called thin glass compounds can increase stability while maintaining adjustable flexibility to create reversible shape changes in the outer contour.
  • a movable pane with rigid and flexible areas as described above, can also be formed from a reversibly deformable thin glass pane with rigid areas formed by shaped elements, preferably made of thin glass or a thin glass compound, applied to it.
  • grooves, ribs, flaps, wings, splitters, spoilers, and dimples are arranged and/or reversibly formed in the outer contour within the polymorphic area.
  • Such (structural) elements of the outer contour formed, for example, by movable mold elements, can advantageously serve as flow-guiding elements to improve the aerodynamics of a vehicle.
  • solar cells are arranged in a positionally adjustable manner, preferably in or on movable form elements.
  • solar cells can be integrated into or arranged on movable form elements.
  • these can be arranged in a vehicle windscreen arrangement in the roof of a vehicle, whereby the generated electrical current could be fed directly into the consumer circuit, so that, in particular, the charging capacity of a battery or accumulator can be conserved during driving, which also advantageously contributes to an increase in the range of electric vehicles.
  • the energy generated by the solar cells can be used to charge the battery or, in cold temperatures, to heat the battery. Due to the adjustability and tracking of the position of the solar cells in the vehicle windscreen arrangement, especially with regard to solar radiation, even improved energy generation can occur when the vehicle is parked. With electric cars, this allows the battery to be charged independently of a charging station, for example, and advantageously accelerated.
  • a second pane is provided, wherein this is a single-pane safety glass commonly used in the automotive sector or a laminated pane, for example consisting of an outer pane (facing the first pane), an inner pane and an intermediate layer arranged between them, for example made of a polyvinyl butyral (PVB) film.
  • PVB polyvinyl butyral
  • the first disc of the vehicle disc assembly has through-holes in the polymorphic area, for example, slots or holes extending substantially perpendicular to the surface, for movable form elements.
  • a carrier for arranging movable form elements preferably a second disc
  • the first disc and the carrier i.e., for example, the second disc
  • the movement of the form elements can be effected, for example, by one or more actuators and elements, such as telescopic elements like telescopic pins or webs, or by connected cables, floating bearings, fixed bearings, eccentrics, etc., whereby a wide variety of mechanical, electromechanical, and physical components are available to those skilled in the art for realizing the movement for the reversible change of the outer contour.
  • actuators and elements such as telescopic elements like telescopic pins or webs, or by connected cables, floating bearings, fixed bearings, eccentrics, etc.
  • Another possibility is, for example, the use of coils in the elements to be moved, which repel or attract each other depending on their configuration.
  • the first and/or second disc can be moved perpendicularly and/or parallel to each other by one or more actuators, such as a single or multiple actuators.
  • This can effect the movement, positioning, and/or alignment of movable form elements, such as extending and/or opening flaps, within the polymorphic area.
  • the feedthroughs are preferably protected from the elements, such as the ingress of rainwater, by known measures, such as the use of suitable seals, sealing lips, etc.
  • the outer contour of the first pane of the vehicle window assembly according to the invention can advantageously have at least a partially bionic surface structure in the polymorphic region, and preferably be reversibly convertible into a bionic surface structure.
  • a bionic surface structure is understood to be a structure that has been developed through the analysis of and modeled on naturally grown structures. The design, for example of the shape elements, The first disk with its main outer surface F1 and any surface structures formed on or with it are optimized for the respective loads, forces, stresses and functions, so that they can then exhibit particularly good stability properties or special, improved functional properties.
  • the vehicle windscreen assembly can have an opaque cover print, particularly on the first or second windscreen.
  • the cover print can be applied to the main outer surface (F1), the inner surface (F2) of the first windscreen, and/or to the outer surface (F3) and/or the main inner surface (F4) of the second windscreen, especially in a peripheral region of the polymorph area.
  • This can, for example, serve to mask actuators or other functional elements, thus improving the overall aesthetic appearance of the vehicle windscreen assembly.
  • a cover print for example, a black enamel print known in the automotive sector, can conventionally serve to protect adhesives, components, and parts from UV radiation.
  • Masking and cover prints, as well as their production in vehicle windscreen manufacturing, are known to those skilled in the art.
  • Figure 1 shows a schematic top view of an exemplary embodiment of the vehicle window arrangement according to the invention as a built-in vehicle roof window;
  • Figures 1a, 1b each show a cross-sectional view of the vehicle disc arrangement from Figure 1 at the section line X-X';
  • Figure 2 shows a schematic top view of another embodiment of the vehicle disc arrangement according to the invention with a section-wise polymorph area
  • Figures 2a-2c each show a cross-sectional view of the vehicle disc arrangement from Figure 2 at the section line Y-Y';
  • Figure 3 shows an oblique top view of a further embodiment of the vehicle window arrangement according to the invention with bionic surface structure as a vehicle roof window;
  • Figure 4 shows a microscopic image of a section of shark skin
  • Figure 5 shows a schematic oblique top view of an alternative bionic
  • Figure 1 shows a schematic top view of an exemplary embodiment of the vehicle window arrangement 100 according to the invention as a built-in vehicle roof window, and Figures 1a and 1b each show a cross-sectional view of the vehicle window arrangement 100 at section line XX' from Figure 1.
  • the first window 1 is designed as a window 1 with rigid and flexible areas, wherein the rigid areas are formed by inherently rigid form elements 1a, 1b (3) which are connected to each other via flexible joint areas 1c.
  • the form elements 1a and 1b (3) are, in the illustrated embodiment, merely exemplary square-shaped and arranged congruently on both sides of a flexible plate made of hinge material, thus forming, together with the hinge areas 1c, the main outer surface F1 and the inner surface F2 of the first disk 1.
  • Telescopic elements 5, for example telescopic pins, and/or webs are arranged as mechanical actuators on a second disk 2, which serves as a support. These actuators allow movement of the disk 1, in particular alignment of the form elements 1a, 1b (3), and thus an overall change in the shape of the disk's outer contour.
  • the mechanical actuators 5 As shown in the top view of the vehicle disc assembly 100, the elements can be arranged in the joint areas 1c, between the form elements 1a, 1b (3), but depending on requirements and the desired movement to be generated, they can also be arranged additionally or alternatively in the rigid areas, i.e., in the installed position below the form elements 1a, 1b (3).
  • Figure 1a shows the cross-section in a substantially planar initial position of the vehicle disc assembly 100 in the polymorphic area P.
  • Figure 1b shows a cross-section XX' of the vehicle disc assembly 100 after an actuation has taken place, with double arrows indicating, by way of example, a movement or direction of movement.
  • a groove structure can be formed in the outer contour of the vehicle disc assembly 100 in the direction of travel of the vehicle, which can have an advantageous effect on the aerodynamics.
  • the first disk 1 can further be configured in polymorph region P with solar cells (not shown), which can be integrated or embedded, for example, on or between the form elements 1a, 1b (3) and the joint material.
  • the disk 1 with the form elements 1a can, for example, be advantageously moved and oriented depending on the solar radiation, so that improved or faster energy generation can be achieved with the solar cells, even when the vehicle is stationary and parked. This is particularly interesting for electric vehicles, which can achieve a greater range through this measure.
  • Figure 2 shows a schematic top view of another embodiment of the vehicle window assembly 100 according to the invention as a built-in vehicle roof window with a sectioned polymorphic area P in the rear area of the vehicle window assembly 100, facing the rear of the vehicle.
  • the movable form elements 3 (3a, 3b, 3c) are, by way of example, designed as rectangular flaps arranged in rows relative to one another.
  • the form elements 3a when installed in the vehicle, form the rearmost row of the form elements 3 in the polymorphic area P.
  • the form elements 3 (3a, 3b, 3c) are movably arranged and fastened on a second window 2 by means of joints 7 and actuating elements 5, for example, with telescopic pins or webs 5 in a preferred embodiment.
  • the form elements 3 When actuated, the form elements 3 can be guided at least partially through the first window 1 by means of a passage 6 and, for example, positioned so that the form elements act as air guide elements, like a Spoilers can be used. It is also possible that the movable form elements 3 are additionally mounted on rotatable bearings and functionally connected to a corresponding actuator.
  • Figures 2a-2c each show a cross-sectional view along section line YY' of the vehicle disc assembly 100 shown in Figure 2.
  • the movable form elements 3 designed as flaps
  • the form elements 3 lie flat on the surface F1 of the first disc 1.
  • the form elements 3 (3a, 3b, 3c) have a rectangular geometry in the top view and are arranged offset from one another. It is also generally possible for the flaps to overlap each other in a scale-like manner. Possible movements, or directions of movement, of the parts of the vehicle disc assembly 100 are indicated by double arrows.
  • the second disc 2 can be moved downwards relative to the first disc 1, for example, by a drive, such as an electric actuator 8.
  • all form elements 3 (3a, 3b, 3c) can be moved simultaneously, shifted downwards, and positioned, for example, by a joint 7. This is shown in Figure 2a.
  • the form elements 3 can also, additionally or alternatively, be functionally connected to other mechanical elements such as motion devices, actuators like cables, floating bearings, fixed bearings, eccentrics, rails, etc., and/or, if necessary, to further drives, and thus be movably configured within the vehicle disc assembly 100. It is also possible that the actuation of two or more form elements 3 is achieved via a mechanism that is interlocked with each other. Methods for providing such functional connections between actuators and movable form elements 3 (3a, 3b, 3c) are known to those skilled in the art.
  • the polymorphic area P is provided on the main outer surface F1 with a frame-like opaque cover print 4, which, among other things, can mask an actuator 8 arranged underneath and thus contribute to a visually appealing appearance.
  • the vehicle disc assembly 100 in particular the first disc 1, the second disc 2, the movable form elements 3 and/or actuators, can furthermore be functionally connected to one or more sensors and/or a control unit (not shown). It is possible, for example, that individual, several, or all form elements 3 (3a, 3b, 3c), i.e., individual flaps or flap groups, such as a rear row of the four form elements 3a shown, are controlled and moved via actuators, as indicated in Figure 2c.
  • the efficiency and/or variability of the reversibly shape-changing outer contour of a vehicle disc assembly can be increased by using sensors and/or one or more control units.
  • the vehicle disc arrangement 100 according to the invention can be increased.
  • the form elements 3a as a series of flaps arranged towards the rear of a vehicle, could, for example, be controlled together and positioned to support a brake curtain.
  • the form elements 3 can be moved and adjusted in staggered, predefined steps or continuously to provide a continuously adjustable, reversible, shape-changing outer contour.
  • Figure 3 shows an oblique top view of a further embodiment of the vehicle window assembly 100 according to the invention, featuring a bionic surface structure as an end position of the shape-changing outer contour in the polymorphic area P as a vehicle roof window, which is modeled on the placoid scales of sharkskin.
  • the bionic surface structure is generated in the first window 1 as crescent-shaped protrusions, forming a bionic shape BF, by actuation. These then form an actuated, shape-changing end position of the outer contour in the outwardly facing main outer surface F1.
  • the window 1 can be designed as a reversibly flexible and deformable thin glass sheet.
  • FIG 3a shows a cross-section A-A' and Figure 3b a cross-section B-B', in each of which the actuated end position with the bionic forms BF is shown as a placoid-like elevation with dashed lines.
  • the dimensions of the bionic forms can be roughly based on the size of natural shark skin. For example, in the bionic structure BF, the lengths L1 and L2 can be approximately 130 pm, and the height H approximately 250 pm. However, these dimensions are merely exemplary and not limiting.
  • the designs with a thin glass disc as disc 1 are not limited to reversibly shape-changing outer contours with bionic surface structures in the actuated end position, but other structures, for example, aerodynamically advantageous ones such as those resembling a golf ball surface with so-called dimples, can also be reversibly generated, which can enable advantageous flow behavior.
  • Figure 4 shows a section of a microscopic image of shark skin with placoid scales.
  • the tips of shark placoid scales point backwards and do not create drag when the animals move through the water.
  • An additional The grooved structure of the scales creates many small water vortices, which further reduce friction when swimming quickly.
  • Figure 5 shows a schematic oblique top view of another possible bionic surface structure of a vehicle windscreen assembly 100 according to the invention, in which a simplified groove structure of placoid scales (see Fig. 4) of shark skin is replicated by movable form elements 3 in an end position of the shape-changing outer contour.
  • the reversibly generated bionic outer contour can advantageously reduce flow resistance and increase energy efficiency.
  • the movable form elements 3 can, for example, analogous to the embodiments shown in Figures 2a-2c, be arranged essentially perpendicular to the surface extent of the vehicle windscreen assembly 100 through slot-like openings 6 (not shown here) in the first windscreen 1 and be movable (extendable) on a support, for example the second windscreen 2 or a support structure, such as on a movable grid.
  • the individual form elements 3 are designed as trapezoidal flaps in the outer contour shown, i.e. in the outwardly directed shape and form, which together in an offset arrangement result in a riblet-like (groove) structure and an outer contour with advantageous flow properties.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibenanordnung (100), umfassend mindestens eine erste Scheibe (1) mit einer Hauptaußenfläche (F1), die zur äußeren Umgebung exponiert ist und einer Innenfläche (F2) die einem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugscheibenanordnung (100) mindestens einen Polymorphbereich (P), bevorzugt mit einem oder mehreren beweglichen Formelementen (2), aufweist, wobei die erste Scheibe (1) und/oder die beweglichen Formelemente (2) funktionell mit einem oder mehreren Aktuatoren verbunden sind und im Polymorphbereich (P) hierdurch eine reversibel formveränderbare Außenkontur ausgebildet ist.

Description

Fahrzeugscheibenanordnung mit reversibel formveränderbarer Außenkontur
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibenanordnung mit einer reversibel formveränderbaren Außenkontur.
Die Entwicklung von Fahrzeugen, insbesondere Elektroautos, deren Sicherheits- und Funktionsverbesserung, sowie eine allgemeine Erhöhung der Energieeffizienz ist insbesondere auch vor dem Hintergrund der zunehmend im Markt geforderten Nachhaltigkeit von besonders hohem Interesse.
Möglichkeiten hierfür liegen zum Beispiel in der Verbesserung der Aerodynamik der Fahrzeuge, die zu einer Verbesserung der Fahrzeugeigenschaften und/oder einer Erhöhung der Energieeffizienz und daraus resultierend auch einer Erhöhung der Reichweite der Fahrzeuge führen kann. Im Stand der Technik sind zum Beispiel Spoiler für Kraftfahrzeuge bekannt, die zur Beeinflussung der Luftströmung eingesetzt und zur Erhöhung des Anpressdrucks bei höheren Geschwindigkeiten verwendet werden, wodurch sich eine höhere Fahrstabilität und stabilere Kurvenlage ergeben kann. In Bezug auf den Energie- oder Kraftstoffverbrauch sind Spoiler jedoch in der Regel ungünstig, da sie den Luftwiderstand erhöhen und damit auch den notwendigen Energiebedarf. Ein Kompromiss zwischen Energieeffizienz und stabilisierenden Sicherheitselement zu schaffen, wurden variable Spoiler entwickelt, die während der Fahrt in ihrer Position und/oder im Winkel verstellbar sind. Andere Fahrzeuge wurden mit ausfahrbaren Spoilern versehen, die manuell oder automatisiert herausfahrbar angebracht sind, um diesen optimal zu nutzen. Zu Bremszwecken ist es weiterhin bekannt den Anstellwinkel von Spoilern dynamisch zu verändern und diesen als Luftbremse zu nutzen. Zur Stabilisierung und Unterstützung von Kurvenfahrten ist es insbesondere bei Sportwagen bekannt, aufstellbare Klappenspoiler zu verbauen.
Ein weiterer Ansatz eine Verbesserung von technischen Eigenschaften zu erzielen, ist das Erforschen und Anwenden biologischer Systeme, hinsichtlich der Biomechanik und Funktionsmorphologie. Dies unter anderem als sogenannter „Bottom-up-Prozess“ in der Abstraktions-Bionik, bei dem nach Abstrahieren eines erkannten Prinzips eines biologischen Systems, dieses in technische Anwendungen umgesetzt wird. Im umgekehrten „Top-Down Prozess“ werden, nachdem ein technisches Problem definiert wurde, nach Analogien in der Natur gesucht und für eine Umsetzung für eine Lösung des technischen Problems analysiert. Ein Beispiel für Bottom-up-Prozesse, ist die Entdeckung, dass die Hautschuppen von Haien feine Längsriefen (engl. Riblets) besitzen, die alle in Strömungsrichtung verlaufen. Dietrich W. Bechert von der Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt in Berlin erkannte das Potential für die technische Anwendung. Er untersuchte den Einfluss unterschiedlichsten Rillenmustern auf den Strömungswiderstand. Durch das Verständnis der physikalischen Funktionsweise der Rillenstrukturen wurde es möglich, gezielt eine Optimierung von Rillenstrukturen für verschiedene technische Anwendungen durchzuführen. 1996 wurde dann beispielweise in einem Versuch 700 m2 einer Riblet-Folie der Firma M3 auf einen Airbus A320 geklebt. Ein Testflug ergab einen um 1 ,5 % geringeren Treibstoffverbrauch. Die Folien waren aber unter Einsatzbedingungen nicht ausreichend haltbar und nachfolgend wurden beispielsweise Lackierungen mit Riblet-Effekt entwickelt, die zusätzlich eine Anti-Fouling Funktion aufweisen.
Bisher werden solche oder ähnliche Vorrichtungen oder Elemente, wie sie vorstehend beispielhaft beschrieben wurden, lediglich im Bereich der Fahrzeug-Karosserie vorgesehen und realisiert. Fahrzeugscheiben jedoch, die als Dach, Seiten- oder Heckscheiben relativ große Flächen an Fahrzeugen einnehmen können, wie beispielsweise bei Panoramadächern, bleiben bisher für eine solche oder ähnliche, insbesondere für den Einsatz variabler, mechanisch-dynamischer Einrichtungen, Elemente, Verwendungen und Zwecke ungenutzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Fahrzeugscheibenanordnung, insbesondere für eine Dach- Heck und/oder Seitenscheibe eines Fahrzeugs, bereitzustellen, die für die Verbesserung oder Erweiterung der Fahrzeugeigenschaften oder -funktionalitäten, insbesondere für eine Optimierung der Aerodynamik, der Energieeinsparung und/oder der Energiegewinnung nutzbar ist, und die Möglichkeiten schafft gegebenenfalls zusätzlich ein ästhetisches Erscheinungsbild und Design mit den gewünschten Eigenschaften und Funktionalitäten in Einklang zu bringen.
Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Fahrzeugscheibenanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß wird eine Fahrzeugscheibenanordnung, umfassend mindestens eine erste Scheibe mit einer Hauptaußenfläche F1 , die zur äußeren Umgebung exponiert ist und einer Innenfläche F2, die einem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, bereitgestellt, wobei mindestens die erste Scheibe der Fahrzeugscheibenanordnung mindestens einen Polymorphbereich, bevorzugt mit einem oder mehreren beweglichen Formelementen, aufweist, wobei die erste Scheibe und/oder die Formelemente funktionell mit einem oder mehreren Aktuatoren verbunden sind und im Polymorphbereich hierdurch eine reversibel formveränderbare Außenkontur der ersten Scheibe ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibenanordnung trennt einen Fahrzeuginnenraum von der äußeren Umgebung ab und ist, insbesondere als Dach- Heck und/oder Seitenfenster eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftwagens ausgestaltet. In mindestens einem Flächenabschnitt der ersten Scheibe der Fahrzeugscheibenanordnung ist dabei erfindungsgemäß ein Polymorphbereich vorgesehen, in dem die äußere Kontur (Außenkontur), also die im montierten Zustand zur äußeren Umgebung gerichtete Form, Gestalt und/oder Struktur der Scheibenfläche, reversibel veränderbar ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist also im Polymorphbereich die erste Scheibe selber in ihrer Außenfläche (F1) formveränderbar ausgebildet, oder die Formänderung der Außenkontur wird durch ein oder mehrere innerhalb des Polymorphbereichs angeordnete, bewegliche Formelemente erzielt. Auch eine Ausgestaltung des Polymorphbereichs in dem sowohl die Scheibenfläche selber mindestens in ihrer Außenfläche formveränderbar ausgebildet ist, als auch zusätzlich ein oder mehrere bewegliche Formelemente angeordnet sind, ist erfindungsgemäß umfasst. Diese formveränderbare Außenkontur wird hierbei insbesondere durch Aktuierung der ersten Scheibe im Polymorphbereich und/oder durch Aktuierung von beweglichen Formelementen, die optional aber bevorzugt im Polymorphbereich der Scheibe vorgesehen und angeordnet sind, erzielt. Durch diese reversibel formveränderbare Außenkontur der Scheibenfläche ist es vorteilhafterweise möglich, die durch die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibenanordnung gebildeten Fensterflächen eines Fahrzeugs, mindestens teilweise für die Verbesserung der Fahrzeugeigenschaften, beispielsweise für eine verbesserte Aerodynamik und/oder der Energieeffizienz, oder zusätzlich oder alternativ für eine Energiegewinnung nutzbar zu machen.
Die Außenkontur der Fahrzeugscheibenanordnung, ist die im montierten Zustand in Einbaulage nach außen gerichtete Außenseite, also das (Gesamt-) Exterieur des jeweiligen Fensters, und wird insbesondere durch die zur Umgebung exponierte Außenfläche F1 und/oder die beweglichen Formelemente ausgebildet. Hierbei kann durch die vorgesehenen Aktuatoren, beispielsweise durch Heben, Schieben, Ziehen und/oder Drehen reversibel eine präzise Bewegung und Positionierung, insbesondere der ersten Scheibe und/oder von Formelementen und dadurch eine vorteilhafte reversible Formveränderung der Außenkontur der Scheibenanordnung bewirkt werden.
Aktuatoren als technische Baueinheiten und Antriebselemente zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung durch Konvertierung von Energie und/oder Signalen sind grundsätzlich bekannt. Bevorzugt umfasst ein Aktuator erfindungsgemäß mindestens einen elektromechanischen Antrieb, beispielsweise einen elektrischen Stellmotor, der zur Erzeugung einer reversiblen Bewegung der ersten Scheibe und/oder der beweglichen Formelemente eingesetzt wird. Auch pneumatische oder hydraulische Antriebselemente sind denkbar. Aktuatoren umfassen neben einem Antrieb, beispielsweise einem Motor, auch mechanische/physikalische Stellglieder und Bewegungseinrichtungen, wie Teleskopstifte, Teleskopschienen, Gelenke, Excenter, etc., die die Energie in die gewünschte gerichtete und gezielte reversible Bewegung und dadurch erzeugte reversible Formänderung der Außenkontur umsetzen.
Unter beweglichen Formelementen werden im Sinne der Erfindung im Wesentlichen in sich formstabile, beweglich angeordnete und/oder gelagerte Elemente verstanden, die beispielsweise als Flügelelemente oder Klappen ausgestaltet sein können, welche entsprechend der Erfindung funktionell mit einem Aktuator verbunden sind. In sich sind die Formelemente also im Wesentlichen starr ausgebildet und beispielsweise mit einem Bewegungselement, beispielsweise mit einem Gelenk, Drehgelenk oder Kugelgelenk, Teleskopelementen, wie Teleskopstiften, mit einem oder mehreren Seilzügen, etc. oder innerhalb einer Schiene beweglich gelagert angeordnet, die wiederum beispielsweise mit einem elektromechanischen, -pneumatischen oder - hydraulischen Antrieb (Motor) verbunden sein können.
Die beweglichen Formelemente sind erfindungsgemäß besonders bevorzugt aus Glas ausgebildet. In weiteren bevorzugten Ausgestaltungen können die Formelemente aber auch aus bekannten glasähnlichen starren Kunststoffen, wie Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyurethan (PU), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemischen davon, ausgebildet sein. Die Formelemente können mit gleichen oder unterschiedlichen, regelmäßigen und/oder unregelmäßigen geometrischen Formen, Flächen und Querschnitten ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine große Variabilität für das Design und insbesondere auch für die Möglichkeiten in der räumlichen Ausgestaltung und Anpassung an die gewünschte Funktionalität.
Der Polymorphbereich in dem die reversible Formveränderung der Außenkontur der Fahrzeugscheibenanordnung bewirkt werden kann, kann mindestens in einem flächigen Teilabschnitt der Scheibe vorgesehen werden. Der Polymorphbereich kann auch im Wesentlichen vollflächig, ggf. bis auf einen Rand- und/oder Halte- Befestigungsbereich, beispielsweise zur erforderlichen, sicheren und stabilen Befestigung der Fahrzeugscheibenanordnung an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen werden. Beispielsweise kann der Polymorphbereich zwischen 5 % bis 95 % der Scheibenfläche (in Draufsicht) einnehmen. Es ist andererseits aber auch möglich, dass ein Polymorphbereich in einem Randbereich, ggf. abschnittsweise, der Scheibe der Fahrzeugscheibenanordnung ausgebildet ist. Es können im Weiteren auch mehrere Polymorphbereiche ausgebildet sein, die angrenzend zueinander oder voneinander getrennt angeordnet sein können. Die Aktuierung zur reversiblen Formveränderung der Außenkontur kann dabei in den verschiedenen Polymorphbereichen abhängig oder unabhängig voneinander erfolgen. Dies vergrößert noch einmal die Variabilität der Einsteilbarkeit und Anpassbarkeit der formveränderlichen Außenkontur im Hinblick auf die Bereitstellung verschiedener und/oder verbesserter Funktionalitäten mit der Fahrzeugscheibenanordnung, und/oder die Verbesserung von Fahrzeugeigenschaften unter verschiedenen Bedingungen und Anforderungen hierdurch.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Fahrzeugscheibenanordnung umfasst diese eine zweite Scheibe mit einer Außenfläche F3, die der ersten Scheibe zugewandt ist, und einer Hauptinnenfläche F4, die zum Fahrzeuginnenraum exponiert ist, wobei die zweite Scheibe optional funktionell mit einem oder mehreren Aktuatoren verbunden ist. Die funktionelle Verbindung der zweiten Scheibe zu einem oder mehreren Aktuatoren kann alternativ oder zusätzlich zu der funktionellen Verbindung der ersten Scheibe und/oder der Formelemente zu einem oder mehreren Aktuatoren ausgebildet sein. Die funktionelle Verbindung kann dabei jeweils unabhängig voneinander hergestellt und ausgebildet sein. Die zweite Scheibe kann also in einer Ausgestaltung eine fest und unbeweglich verbaute (montierte) Scheibe sein und optional beispielsweise als Träger für Aktuatoren (Antriebseinheit und/oder Stellglieder /Bewegungseinrichtungen) und/oder bewegliche Formelemente dienen. Alternativ kann die zweite Scheibe in einer bevorzugten Ausgestaltung vorteilhafterweise selber aktuierbar und, beispielsweise in Relation zur ersten Scheibe, reversibel verschiebbar gelagert und angeordnet sein.
Die erste Scheibe, die zweite Scheibe und/oder die beweglichen Formelemente sind bevorzugt transparent, beispielsweise aus Glas oder glasartigen Kunststoffen wie Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA), ausgebildet.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet "transparent", dass die Gesamttransmission der Fahrzeugscheibenanordnung für sichtbares Licht bevorzugt eine Durchlässigkeit von mehr als 50% und insbesondere von mehr als 60%, beispielsweise mehr als 70%, aufweist. Die Messung der Lichttransmission erfolgt dabei nach ISO 9050:2003. "Opak" bedeutet im Sinne der Erfindung eine Lichttransmission (gemessen nach ISO 9050:2003) von weniger als 30 %, bevorzugt weniger als 20 %, besonders bevorzugt weniger als 5 % und insbesondere weniger 0,1 %.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Fahrzeugscheibenanordnung sind die erste Scheibe, die zweite Scheibe, die Formelemente und/oder die Aktuatoren funktionell mit einem oder mehreren Sensoren und/oder einer Steuereinheit verbunden. Sensoren können beispielsweise, Temperatur-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs-, Druck-, Gyroskop-, Winkel-, Licht-, Näherungs-, Ultraschallsensoren und/oder Luftmassenmesser sein, wobei die Aufzählung nur beispielhaft und nicht abschließend ist. Der Einsatz von Sensoren ermöglicht die formverändernde Einstellung der Außenkontur der Fahrzeugscheibenanordnung im Polymorphbereich, beispielsweise die Ausrichtung von einem oder mehreren Formelementen, wie Klappen oder Flügelelemente, vorteilhafterweise auch in Echtzeit. Somit kann die erforderliche, möglichst unmittelbare Anpassung der Außenkontur, beispielsweise an eine aktuelle Fahrsituation erfolgen, um hierdurch zum Beispiel ein bestmögliches Fahrverhalten und/oder eine optimale Aerodynamik zu erzielen.
Die Steuereinheit kann zum Beispiel der Bordcomputer eines Fahrzeugs sein. Es ist selbstverständlich, dass die Aktuatoren, Sensoren und/oder die Steuereinheit sowie die damit funktionell verbundenen Elemente, mit den notwendigen Anschlüssen (beispielsweise an eine Stromversorgung), Leitungen und Verbindungen versehen sind, um miteinander zu kommunizieren, um die jeweilige Funktion, bis zur reversiblen Formveränderung der Außenkontur der Fahrzeugscheibenanordnung, bereitzustellen und zu gewährleisten. Dies können zum Beispiel elektrische Leitungen, Drähte oder auch drahtlose Verbindungen sein. Geeignete Ausgestaltungen für Anschlüsse, Leitungen und Verbindungen, beispielsweise zur Stromversorgung oder zur Bereitstellung der funktionellen Verbindung und Kommunikation sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
Die funktionelle Anbindung und Integration von Sensoren und/oder einer Steuerung verbessert die Effizienz der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung und ermöglicht und verbessert die Automatisierung der Bereitstellung und Funktion der reversiblen formveränderbaren Außenkontur und der damit erzielbaren, vorteilhaft anpassbaren, Eigenschaften eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel eines verbesserten aerodynamischen Verhaltens.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist die Außenkontur im Polymorphbereich strömungs-, strahlungs- und/oder temperaturadaptiv reversibel formveränderbar ausgebildet. Beispielsweise kann dabei die Hauptaußenfläche F1 der ersten Scheibe und/oder die Formelemente im Polymorphbereich strömungs-, strahlungs- und/oder temperaturadaptiv reversibel formveränderbar ausgebildet sein.
Strömungs-, strahlungs- und/oder temperaturadaptiv bedeutet, dass die Außenkontur also die äußere Form, Gestalt und/oder die Struktur im Polymorphbereich der ersten Scheibe der Fahrzeugscheibenanordnung insbesondere in Bezug auf diese Parameter, beispielsweise auf aktuell vorliegende oder zu erwartende Fahr- und/oder Umgebungsbedingungen, wie Sonneneinstrahlung Luftströmungen, wie Windverhältnisse, Fahrtwind, beispielsweise bei Kurven- oder Geradeausfahrt eines Fahrzeugs oder bei einem Bremsvorgang, einstellbar ist.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Fahrzeugscheibenanordnung ist die erste Scheibe, die zweite Scheibe und/oder die
Formelemente durch einen oder mehrere Aktuatoren aus einer Ausgangslage, in Stufen oder stufenlos, (reversibel) in mindestens in eine funktionelle Endlage überführbar. Mit anderen Worten kann hierdurch die Außenkontur der Fahrzeugscheibenanordnung im Polymorphbereich durch einen oder mehrere Aktuatoren aus einer Ausgangslage, in Stufen, graduell oder durchgehend stufenlos, in mindestens in eine funktionelle Endlage überführbar ausgebildet sein.
In einer anderen Ausgestaltung der Fahrzeugscheibenanordnung ist vorgesehen, dass erste Scheibe zumindest im Polymorphbereich (P) eine in sich bewegliche Scheibe mit starren und flexiblen Bereichen ist, wobei die starren Bereiche durch Formelemente, bevorzugt aus Glas, ausgebildet sind und zwischen mindestens zwei Formelementen, also den starren Bereichen, ein Gelenkbereich aus flexiblem Gelenkmaterial ausgebildet ist und die Formelemente mindestens in einem Verbindungsabschnitt stoffschlüssig mit dem Gelenkmaterial verbunden sind, wobei die erste Scheibe mit den Formelementen reversibel, mindestens von einer ersten Ausgangslage in eine Endlage beweglich ist. Mit anderen Worten sind in dieser Ausführungsform die beweglichen Formelemente Bestandteil der ersten Scheibe und diese kann mit den Formelementen durch Aktuierung reversibel in verschiedene Formen (Konfigurationen) der Außenkontur überführt werden. Die Formelemente werden also stoffschlüssig mit dem Gelenkmaterial verbunden, so dass sich eine nicht-lösbare Verbindung ergibt. Die Formelemente werden sind dabei durch den Gelenkbereich voneinander beabstandet, beweglich angeordnet und bei Aktuierung beispielsweise scharnierartig, schwenkbar ausgebildet.
Das Gelenkmaterial kann beispielsweise Polypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Acrylat, fluorinierte Ethylen-Propylen, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen- Tetrafluorethylen, oder ein Copolymer oder Gemisch davon enthalten oder daraus bestehen Das Gelenkmaterial kann als thermoplastische Folie oder als flexible Trägerfolie bei der Herstellung der Scheibenanordnung eingesetzt werden.
Die Formelemente sind beispielsweise aus Glas ausgebildet, beispielsweise aus Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas, Alumino-Silikat- Glas oder alternativ aus den bereits genannten glasartigen Kunststoffen. Die Formelemente können gegebenenfalls auch aus Einscheibensicherheitsglas oder aus einem Glasverbund bestehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Formelemente und/oder der flexible Gelenkbereich der Scheibenanordnung transparent sind. Es ist also beispielsweise möglich, dass entweder die Formelemente transparent sind oder die flexiblen Gelenkbereiche aus einem transparenten Gelenkmaterial ausgebildet sind. In einer bevorzugten Alternative sind beide, Formelemente und Gelenkbereiche transparent, so dass sich bevorzugt eine insgesamt transparente Scheibenanordnung ergibt.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet "transparent", dass die Gesamttransmission für sichtbares Licht bevorzugt eine Durchlässigkeit von mehr als 50% und insbesondere von mehr als 60%, beispielsweise mehr als 70%, aufweist. Mit „transparente Scheibenanordnung“, „transparentem Formelement“ und „transparentem Gelenkbereich“, etc. ist somit gemeint, dass diese derart transparent sind, dass die gewünschte oder notwendige Durchsicht für die jeweilige beabsichtigte Verwendung erzielt wird. Entsprechend bedeutet "opak" eine Lichttransmission von weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 % und insbesondere 0%. Die Messung der Lichttransmission kann dabei nach ISO 9050:2003 erfolgen.
Starre Formelemente innerhalb einer, vorstehend beschriebenen in sich beweglichen Scheibe mit starren und flexiblen Bereichen sind dafür vorgesehen der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung die notwendige Festigkeit zu verleihen. Die Form und Ausgestaltung der Formelemente bestimmen weiterhin im Wesentlichen das Erscheinungsbild und zumindest teilweise die Formen und möglichen Konfigurationen der reversibel formveränderbaren Außenkontur. Mit anderen Worten können vorteilhafterweise die Formelemente auf ein gewünschtes Design und eine gegebenenfalls gewünschte oder vorgegebene funktionelle Endlage und Außenkontur angepasst ausgewählt werden. Eine Anpassung beziehungsweise Auswahl der konkreten Ausgestaltung der für die Scheibenanordnung eingesetzten Formelemente kann vorteilhafterweise gleichzeitig auch im Hinblick auf notwendige oder geforderte Sicherheitsaspekte und -standards erfolgen, beispielsweise in der Materialauswahl, der Dicke und der Abmessungen sowie die Anordnung der Formelemente innerhalb der Scheibenanordnung und der gewünschten möglichen Formveränderungen für die Außenkontur. Die Formelemente der Scheibenanordnung können also beispielsweise unabhängig voneinander aus gleichen oder aber auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die erste Scheibe mindestens im Polymorphbereich als eine reversibel verformbare Dünnglasscheibe ausgebildet ist. Solche Dünnglasscheiben sind beweglich, insbesondere biegsam und können durch Aktuierung, eine reversible formveränderbare Außenkontur, beispielsweise eine aerodynamisch vorteilhafte Struktur, beispielsweise mit Dimples (Vertiefungen wie bei einer Golfballoberfläche) oder mit Rillen oder Rippen, in Anlehnung an die eingangs beschriebenen Riblets einer Haifischhaut, ausbilden. Vorteilhafterweise kann die Außenkontur in diesem Fall vollständig fugenlos und zur äußeren Umgebung geschlossen ausgebildet sein, so dass keine Feuchtigkeit oder Schmutz eindringen kann. Solche, für erfindungsgemäße Anwendungen geeignete Dünnglasscheiben, die flexibel, hochstabil und im Wesentlichen ermüdungsfrei biegsam sind, können beispielsweise in bekannter Art und Weise in einem Down-Draw- Ziehprozess aus der flüssigen Glasschmelze gezogen und hergestellt werden.
Bevorzugt weist eine Dünnglasscheibe eine Dicke von 0,05 mm bis 1 ,1 mm, bevorzugt von 0,1 mm bis 0,7 mm, beispielsweise von 0,2 mm, 0,3mm, 0,4 mm 0,5 mm oder 0,6 mm auf.
Die erste Scheibe kann in einer Ausgestaltung auch aus mehreren flächig übereinander angeordneten und beispielsweise durch Klebung, beispielsweise mit einem optisch transparenten Kleber, flächig miteinander verbundenen Dünnglasscheiben ausgebildet sein. Die Dünnglasscheiben können dabei eine gleiche oder unterschiedliche Form, Flächenerstreckung, Dimensionierung und/oder die gleiche oder unterschiedliche Dicke aufweisen. Vorteilhafterweise können solche Verbünde von Dünnglasscheiben, auch Dünnglas-Compound genannt, die Stabilität bei einstellbarer Flexibilität zur Erzeugung der reversiblen Formveränderung in der Außenkontur, erhöhen. Auch kann in einer Ausgestaltung eine in sich bewegliche Scheibe, mit starren und flexiblen Bereichen, wie sie vorstehend beschrieben wurde, aus einer reversibel verformbaren Dünnglassscheibe mit starren Bereichen aus darauf aufgebrachten Formelementen, bevorzugt aus Dünnglass oder Dünnglass-Compound ausgebildet sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind im Polymorphbereich Rillen, Rippen, Klappen, Flügel, Splitter, Spoiler, Dimples in der Außenkontur, angeordnet und/oder reversibel ausbildbar. Solche, beispielsweise durch bewegliche Formelemente gebildete (Bau-)elemente der Außenkontur können beispielsweise vorteilhaft als Strömungsleitelemente zur Verbesserung der Aerodynamik eines Fahrzeugs dienen.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung ist vorgesehen, dass mindestens im Polymorphbereich, Solarzellen positionsveränderbar, bevorzugt in oder an beweglichen Formelementen, angeordnet sind. Bevorzugt können Solarzellen beispielsweise in bewegliche Formelemente integriert oder hierauf angeordnet werden. Somit ist eine weitere Verbesserung der Energiebilanz durch die Einbringung und Integration von Solarzellen, wie Dünnschicht- Solarzellen zur Energiegewinnung möglich. Bevorzugt können diese in einer Fahrzeugscheibenanordnung im Dach eines Fahrzeugs angeordnet sein, wobei der erzeugte elektrische Strom direkt in den Verbraucherkreis eingespeist werden könnte, so dass insbesondere während der Fahrt eine Ladekapazität eines Akkus oder einer Batterie geschont werden kann, was auch vorteilhaft zu einer Reichweitenvergrößerung bei Elektrofahrzeugen beiträgt. Ist das Fahrzeug beispielsweise außer Betrieb und/oder abgestellt, so kann die gewonnene Energie aus den Solarzellen zum Laden des Akkus oder bei kalten Temperaturen zum Heizen des Akkus herangezogen werden. Durch die gegebene Ausrichtbarkeit und Nachführung der Position der Solarzellen, in der Fahrzeugscheibenanordnung, insbesondere in Bezug auf die Sonneneinstrahlung kann beispielsweise im geparkten Zustand sogar eine verbesserte Energiegewinnung stattfinden. Bei Elektroautos kann so unabhängig von einer Ladesäule, beispielsweise die Aufladung der Batterie erfolgen und vorteilhafterweise beschleunigt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine zweite Scheibe vorgesehen, wobei diese ein im Automobilbereich übliches Einscheibensicherheitsglas oder eine Verbundscheibe, beispielsweise aus einer Außenscheibe (die der ersten Scheibe zugewandt ist), einer Innenscheibe und einer dazwischen angeordneten Zwischenschicht, beispielsweise hergestellt aus einer Polyvinylbutyralfolie (PVB), ist. Diese Scheibenarten sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. In einer anderen Ausführungsform, weist die erste Scheibe der Fahrzeugscheibenanordnung im Polymorphbereich Durchführungen, beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur Flächenerstreckung durchgehende Schlitze oder Löcher, für bewegliche Formelemente auf. Bevorzugt ist in dieser Ausgestaltung ein Träger zur Anordnung beweglicher Formelemente, bevorzugt eine zweite Scheibe, vorgesehen, wobei bevorzugt die erste Scheibe und der Träger, also beispielsweise die zweite Scheibe, zueinander verfahrbar ausgebildet sind. Alternativ kann die Bewegung der Formelemente, bei Aktuierung beispielsweise durch ein oder mehrere Stellglieder und - elemente, zum Beispiel Teleskopelemente, wie Teleskopstifte, -Stege oder durch verbundene Seilzüge, Loslager, Festlager, Excenter, etc. bewirkt werden, wobei hier die dem Fachmann unterschiedlichsten mechanisch, elektromechanisch, physikalischen Bauelemente zur Realisierung der Bewegung zur reversiblen Formveränderung der Außenkontur zur Verfügung stehen. Eine weitere Möglichkeit ist beispielsweise auch die Verwendung von Spulen in zu bewegenden Elementen, die sich bei unterschiedlicher Beschaltung gegenseitig abstoßen oder anziehen.
Beispielsweise kann die erste und/oder die zweite Scheibe durch einen oder mehrere Aktuatoren, beispielsweise mittels eines Stellmotors oder mehrerer Stellmotoren als Antrieb, senkrecht und/oder parallel zueinander bewegt werden. Hierdurch kann wiederum eine Bewegung, Positionierung und/oder eine Ausrichtung von beweglichen Formelementen, beispielsweise ein Herausfahren und/oder Aufstellen von Klappen, im Polymorphbereich bewirkt werden. Die Durchführungen sind dabei bevorzugt durch bekannte Maßnahmen, beispielsweise durch den Einsatz geeigneter Dichtungen, Dichtlippen etc. vor Witterungseinflüssen, beispielsweise vor einem Eindringen von Regenwasser geschützt.
Die Außenkontur der ersten Scheibe der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung kann in einer anderen bevorzugten Ausführungsform im Polymorphbereich mindestens teilweise vorteilhaft eine bionische Oberflächenstruktur aufweisen, bevorzugt reversibel in eine bionische Oberflächenstruktur überführbar sein. Unter einer bionischen Oberflächenstruktur wird vorliegend eine Struktur verstanden, die durch die Analyse natürlich gewachsener Strukturen entwickelt und dieser nachempfunden wurde. Die Ausgestaltung, beispielsweise der Formelemente, der ersten Scheibe mit ihrer Hauptaußenfläche F1 und gegebenenfalls darauf oder hiermit gebildeter Oberflächenstrukturen, werden für die jeweiligen Belastungen, Kräfte und Spannungen und Funktionen optimiert, so dass diese dann besonders gute Stabilitätseigenschaften oder besondere, verbesserte funktionelle Eigenschaften aufweisen können.
Die Fahrzeugscheibenanordnung kann in einer bevorzugten Ausgestaltung insbesondere auf der ersten oder zweiten Scheibe einen opaken Abdeckdruck aufweisen. Der Abdeckdruck kann auf der Hauptaußenfläche (F1), der Innenfläche (F2) der ersten Scheibe und/oder auf der Außenfläche (F3) und/oder der Hauptinnenfläche (F4) der zweiten Scheibe, insbesondere in einem Randbereich des Polymorphbereichs aufgebracht sein. Dieser kann beispielsweise der Maskierung von Aktuatoren oder anderen funktionellen Elementen dienen und so das ästhetische Erscheinungsbild der Fahrzeugscheibenanordnung insgesamt verbessern. Darüber hinaus kann ein solcher Abdeckdruck, beispielsweise ein im Automobilbereich bekannter Schwarzdruck aus Emaille, in üblicher Weise dem Schutz von Verklebungen, Bauteilen und Komponenten vor UV Strahlung dienen. Maskierungen und Abdeckdrucke sowie deren Herstellung in der Fahrzeugscheiben-Herstellung sind dem Fachmann bekannt
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein, es sei denn sie sind explizit nur als Alternativen zueinander beschrieben. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmalen nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Begriffe die sich auf die Lage oder Position, wie „oben, unten, darüber, darunter, vorne, hinten, etc.“ von beschriebenen Teilen, beziehen sich jeweils auf die Einbaulage der Fahrzeugscheibenanordnung in einem Fahrzeug.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in stark vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung: Figur 1 eine schematische Draufsicht auf einer beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung als eingebaute Fahrzeugdachscheibe;
Figuren 1a, 1 b jeweils eine Querschnittsansicht der Fahrzeugscheibenanordnung aus Figur 1 an der Schnittlinie X-X';
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung mit einem abschnittsweisen Polymorphbereich;
Figur 2a-2c jeweils eine Querschnittsansicht der Fahrzeugscheibenanordnung aus Figur 2 an der Schnittlinie Y-Y';
Figur 3 eine schräge Draufsicht auf weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung mit bionischer Oberflächenstruktur als Fahrzeugdachscheibe;
Figur 4 eine mikroskopische Aufnahme eines Ausschnitts einer Haihaut und
Figur 5 eine schematische schräge Draufsicht auf eine alternative bionische
Oberflächenstruktur in Anlehnung an eine Haihaut.
Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einer beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung 100 als eingebaute Fahrzeugdachscheibe und die Figuren 1a und 1 b zeigen jeweils eine Querschnittsansicht der Fahrzeugscheibenanordnung 100 an der Schnittlinie X-X' aus der Figur 1. Die erste Scheibe 1 ist als eine Scheibe 1 mit starren und flexiblen Bereichen ausgebildet, wobei die starren Bereiche durch in sich starre Formelemente 1a, 1b (3) gebildet werden, die über flexible Gelenkbereiche 1c miteinander verbunden sind. Die Formelemente 1a und 1 b (3) sind in der gezeigten Ausgestaltung lediglich beispielhaft quadratisch geformt und deckungsgleich beidseitig auf einer flexiblen Platte aus Gelenkmaterial angeordnet und bilden so mit den Gelenkbereichen 1c die Hauptaußenfläche F1 und die Innenfläche F2 der ersten Scheibe 1. Auf einer zweiten Scheibe 2, als Träger sind Teleskopelemente 5, beispielsweise Teleskopstifte, und/oder -Stege als mechanische Stellglieder angeordnet, mittels derer durch Aktuierung eine Bewegung der Scheibe 1 , insbesondere eine Ausrichtung der Formelemente 1a, 1b (3) und damit insgesamt eine Formveränderung der Außenkontur der Scheibe erfolgen kann. Die mechanischen Stellglieder 5 können, wie in Draufsicht auf die Fahrzeugscheibenanordnung 100 in den Gelenkbereichen 1c, zwischen den Formelementen 1a, 1 b (3), aber nach Bedarf und der zu erzeugenden, gewünschten Bewegung, zusätzlich oder alternativ auch in den starren Bereichen also in Einbaulage unterhalb der Formelemente 1a, 1b (3) angeordnet sein. Die Figur 1a zeigt dabei den Querschnitt in einer im Wesentlichen flächigen Ausgangslage der Fahrzeugscheibenanordnung 100 im Polymorphbereich P. In der Figur 1b ist dagegen ein Querschnitt X-X‘ der Fahrzeugscheiben-anordnung 100 nach einer erfolgten Aktuierung gezeigt, wobei mit Doppelpfeilen beispielhaft eine Bewegung, bzw. Bewegungsrichtung, angedeutet ist. In der gezeigten Variante kann beispielsweise in Fahrtrichtung des Fahrzeugs eine Rillenstruktur in der Außenkontur der Fahrzeugscheibenanordnung 100 ausgebildet werden, die sich vorteilhaft auf die Aerodynamik auswirken kann.
Die erste Scheibe 1 kann weiterhin im Polymorphbereich P zusätzlich mit Solarzellen (nicht gezeigt) ausgebildet sein, die zum Beispiel an den Formelementen 1a (3) oder zwischen den Formelementen 1a, 1b (3) und dem Gelenkmaterial integriert, eingebettet angeordnet sein können. Die Scheibe 1 mit den Formelementen 1a kann dabei beispielsweise vorteilhaft in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung bewegt und ausgerichtet werden, so dass mit den Solarzellen eine verbesserte oder schnellere Energiegewinnung, beispielsweise auch im unbewegten, geparkten Zustand eines Fahrzeugs erzielt werden kann. Dies ist insbesondere für Elektrofahrzeuge interessant, die durch diese Maßnahme auch eine größere Reichweite realisieren können.
Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung 100 als eingebaute Fahrzeugdachscheibe mit einem abschnittsweisen Polymorphbereich P im hinteren, dem Heck des Fahrzeugs zugewandten Bereich der Fahrzeugscheibenanordnung 100. Die beweglichen Formelemente 3 (3a, 3b, 3c) sind beispielhaft als viereckige Klappen ausgestaltet, die in Reihen zueinander angeordnet sind. Die Formelemente 3a bilden in der gezeigten Ausgestaltung dabei in Einbaulage im Fahrzeug die hinterste Reihe der Formelemente 3 im Polymorphbereich P aus. Die Formelemente 3 (3a, 3b, 3c) sind mit Gelenken 7 und Stellgliedern 5, beispielsweise mit Teleskopstiften oder -Stegen 5 in einer bevorzugten Ausführung auf einer zweiten Scheibe 2 beweglich angeordnet und befestigt. Die Formelemente 3 können bei Aktuierung jeweils durch eine Durchführung 6 in der ersten Scheibe 1 mindestens teilweise durch diese hindurch geführt und in beispielsweise aufgestellt werden, so dass die Formelemente als Luftleitelemente, wie ein Spoiler, dienen können. Es ist auch möglich, dass die beweglichen Formelemente 3 zusätzlich drehbar gelagert und funktionell mit entsprechendem Aktuator verbunden sind.
Figur 2a-2c zeigen jeweils eine Querschnittsansicht an der Schnittlinie Y-Y' der in Figur 2 gezeigten Fahrzeugscheibenanordnung 100. In einer ersten Ausgangslage, die in der Figur 2a wiedergegeben ist, liegen die als Klappen ausgestalteten beweglichen Formelemente 3 beispielsweise flach auf der Oberfläche F1 der ersten Scheibe 1 auf. Lediglich beispielhaft haben die Formelemente 3 (3a, 3b, 3c) in der Draufsicht eine viereckige Geometrie und sind voneinander abgesetzt angeordnet. Es ist generell auch möglich, dass die Klappen als bewegliche Formelemente 3 einander schuppenartig überlappen. Mögliche Bewegungen, bzw. Bewegungsrichtungen der Teile der Fahrzeugscheibenanordnung 100 sind durch Doppelpfeile angedeutet. Bei Aktuierung kann durch einen Antrieb, beispielsweise durch einen elektrischen Stellmotor 8, die zweite Scheibe 2 beispielsweise in Relation zur ersten Scheibe 1 nach unten bewegt werden. Hierbei können beispielsweise alle Formelemente 3 (3a, 3b, 3c) entsprechend gleichzeitig bewegt, nach unten verlagert und beispielsweise durch ein Gelenk 7 aufgestellt werden. Dies ist in der Figur 2a wiedergegeben. Die Formelemente 3 können aber beispielsweise auch, zusätzlich oder alternativ, mit anderen mechanischen Elementen wie Bewegungseinrichtungen, Stellgliedern, wie Seilzüge, Loslager, Festlager, Excenter, Schienen, etc. und/ oder ggf. mit weiteren Antrieben, funktionell verbunden und entsprechend in der Fahrzeugscheibenanordnung 100 beweglich ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die Aktuierung von zwei oder mehreren Formelementen 3 über eine miteinander verrastete Mechanik realisiert wird. Dem Fachmann sind Möglichkeiten der Bereitstellung solcher funktionellen Verbindungen zwischen Aktuatoren und beweglichen Formelementen 3 (3a, 3b, 3c) bekannt. Der Polymorphbereich P ist auf der Hauptaußenfläche F1 rahmenartig mit einem opaken Abdeckdruck 4 versehen, der unter anderem einen darunter angeordneten Stellmotor 8 maskieren und so zu einem optisch ansprechenden Erscheinungsbild beitragen kann. Die Fahrzeugscheibenanordnung 100, insbesondere die erste Scheibe 1 , die zweite Scheibe 2, die beweglichen Formelemente 3 und/oder Aktuatoren können im Weiteren funktionell mit einem oder mehreren Sensoren und/oder einer Steuereinheit verbunden sein (nicht gezeigt). Dabei ist es möglich, dass beispielsweise einzelne, mehrere oder alle Formelemente 3 (3a, 3b, 3c), also beispielsweise Einzel-Klappen oder Klappengruppen, wie eine hintere Reihe der vier gezeigten Formelemente 3a über Aktuatoren angesteuert und bewegt werden, wie dies in der Figur 2c angedeutet ist. Insgesamt kann durch den Einsatz von Sensoren und/oder einer oder mehreren Steuereinheiten die Effizienz und/oder die Variabilität der reversibel formveränderbaren Außenkontur einer erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung 100 erhöht werden. Die Formelemente 3a als zum Heck eines Fahrzeugs angeordnete Reihe von Klappen könnten zum Beispiel gemeinsam angesteuert aufgestellt werden, um einen Bremsvorhang zu unterstützen. Die Formelemente 3 können dabei in abgesetzten vordefinierten Stufen oder aber auch kontinuierlich zur Bereitstellung einer stufenlos einstellbaren reversiblen formveränderbaren Außenkontur bewegt und eingestellt werden.
Figur 3 zeigt eine schräge Draufsicht auf weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung 100 mit einer bionischen Oberflächenstruktur als eine Endlage der formveränderbaren Außenkontur im Polymorphbereich P als Fahrzeugdachscheibe, die den Placoid-Schuppen einer Haifischhaut nachempfunden ist. Die bionische Oberflächenstruktur wird dabei in der ersten Scheibe 1 als sichelartige Erhebungen als bionische Form BF durch Aktuierung erzeugt. Diese bilden dann entsprechend in der nach außen gerichteten Hauptaußenfläche F1 eine aktuierte, formveränderte Endlage der Außenkontur aus. Die Scheibe 1 kann dabei als reversibel biegsame und verformbare Dünnglassheibe ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass innerhalb der ersten Scheibe 1 zur äußeren Umgebung keine Fugen oder Öffnungen, wie Durchführungen 6 (siehe Figuren 2, 2a-2c) ausgebildet sind. Weitere Maßnahmen zur sicheren Abdichtung der Fahrzeugscheibenanordnung 100 sind daher nicht erforderlich. Die Figur 3a zeigt einen Querschnitt A-A‘ und die Figur 3b einen Querschnitt B-B‘ in denen jeweils die aktuierte Endlage mit den bionischen Formen BF als placoidartige Erhebung gestrichelt gezeigt ist. Die Dimensionierung der bionischen Formen kann sich dabei grob in der Größenordnung der natürlichen Haifischhaut orientieren. So kann zum Beispiel in der bionischen Struktur BF, die Längen L1 ca 130 pm, L2 ca. 250 pm und die Höhe H 40 pm betragen. Diese Bemaßung ist jedoch lediglich beispielhaft und nicht einschränkend. Die Ausgestaltungen mit einer Dünnglascheibe als Scheibe 1 sind dabei auch nicht auf reversible formveränderbare Außenkonturen mit bionischen Oberflächenstrukturen in aktuierter Endlage beschränkt, sondern es können auch andere, beispielsweise aerodynamisch vorteilhafte Strukturen, beispielsweise in der Art einer Golfballoberfläche mit sogenannten Dimples reversibel erzeugbar sein, die eine vorteilhaftes Strömungsverhalten ermöglichen können.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt einer mikroskopischen Bildaufnahme einer Haihaut mit Placoidschuppen. Die Spitzen der Placoidschuppen von Haien weisen nach hinten und bilden keinen Strömungswiderstand, wenn sich die Tiere im Wasser bewegen. Durch eine zusätzliche Rillenstruktur der Schuppen entstehen viele kleine Wasserwirbel, die die Reibungswirkung beim schnellen Schwimmen weiter verringern.
Figur 5 zeigt einen Ausschnitt als schematische schräge Draufsicht auf eine andere mögliche bionische Oberflächenstruktur einer erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibenanordnung 100, bei der durch bewegliche Formelemente 3 in einer Endlage der formveränderbaren Außenkontur eine vereinfachte Rillenstruktur von Placoidschuppen (siehe Fig. 4) einer Haihaut nachgebildet ist. Die reversibel erzeugbare bionische Außenkontur, kann dabei vorteilhafterweise den Strömungswiderstand verringern und die Energieeffizienz erhöhen. Die beweglichen Formelemente 3 können dabei beispielsweise, analog zu den in Figuren 2a-2c gezeigten Ausführungen im Wesentlichen senkrecht zur Flächenerstreckung der Fahrzeugscheibenanordnung 100 durch schlitzartige Durchführungen 6 (hier nicht gezeigt) in der ersten Scheibe 1 verfahrbar (herausfahrbar) auf einem Träger, beispielsweise der zweiten Scheibe 2 oder einer Trägerstruktur, wie auf einem verfahrbar gelagertem Gitter, angeordnet sein. Die einzelnen Formelemente 3 sind dabei in der gezeigten Außenkontur, also in der nach außen gerichteten Form und Gestalt, als trapezförmige Klappen ausgebildet, die in einer versetzten Anordnung zusammen eine Riblet-artige (Rillen-)Struktur und eine Außenkontur mit vorteilhaften Strömungseigenschaften ergeben.
Bezugszeichenliste
100 Fahrzeugscheibenanordnung
1 erste Scheibe
1a, 1 b starre Bereiche (Formelement 3 der ersten Scheibe)
1c flexibler Gelenkbereich
2 zweite Scheibe (Träger)
3 bewegliches Formelement
3a-3d bewegliches Formelement
4 Maskierung/Abdeckdruck
5 Teleskopelement/ Stellglied (Bewegungseinrichtung, Aktuator)
6 Durchführung (beispielsweise durchgehender Schlitz in Scheibe 1)
7 Gelenk/bewegliche Halterung für Formelement
8 Stellmotor (Antrieb, Aktuator)
BF bionische Formeinheit
P Polymorphbereich
F1 Hauptaußenfläche der ersten Scheibe, zur äußeren Umgebung exponiert
F2 Innenfläche der ersten Scheibe zum Fahrzeuginnenraum gerichtet
F3 Außenfläche der zweiten Scheibe zur ersten Scheibe gerichtet
F4 Hauptinnenfläche der zweiten Scheibe zum Fahrzeuginnenraum exponiert
A-A‘ Querschnitt
B-B’ Querschnitt
X-X‘ Querschnitt
Y-Y‘ Querschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugscheibenanordnung (100), umfassend mindestens eine erste Scheibe (1) mit einer Hauptaußenfläche (F1), die zur äußeren Umgebung exponiert ist und einer Innenfläche (F2) die einem Fahrzeuginnenraum zugewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (1) mindestens einen Polymorphbereich (P), bevorzugt mit einem oder mehreren beweglichen Formelementen (2), aufweist, wobei die erste Scheibe (1) und/oder die beweglichen Formelemente (2) funktionell mit einem oder mehreren Aktuatoren verbunden sind und im Polymorphbereich (P) hierdurch eine reversibel formveränderbare Außenkontur ausgebildet ist.
2. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Scheibe (2) umfasst mit einer Außenfläche (F3), die der ersten Scheibe (1) zugewandt ist, und einer Hauptinnenfläche (F4), die zum Fahrzeuginnenraum exponiert ist, wobei die zweite Scheibe (2) optional funktionell mit einem oder mehreren Aktuatoren verbunden ist.
3. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (1), die zweite Scheibe (2), die beweglichen Formelemente (3) und/oder Aktuatoren funktionell mit einem oder mehreren Sensoren und/oder einer Steuereinheit verbunden sind.
4. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur im Polymorphbereich (P) strömungs-, strahlungs- und/oder temperaturadaptiv reversibel formveränderbar ausgebildet ist.
5. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (1), die zweite Scheibe (2) und/oder die Formelemente (3) durch einen oder mehrere Aktuatoren aus einer Ausgangslage, in vordefinierten Stufen oder -stufenlos, reversibel in mindestens in eine funktionelle Endlage überführbar ist.
6. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass im Polymorphbereich (P) , Rillen, Rippen, Klappen, Flügel, Splitter, Spoiler, Dimples in der Außenkontur angeordnet und/oder reversibel ausbildbar sind.
7. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass im Polymorphbereich (P) mindestens teilweise eine bionische Oberflächenstruktur als reversibel formveränderbare Außenkontur ausgebildet oder ausbildbar ist.
8. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (1) zumindest im Polymorphbereich (P) eine in sich bewegliche Scheibe mit starren und flexiblen Bereichen ist, wobei die starren Bereiche (1a, 1 b) durch Formelemente (3), bevorzugt aus Glas, ausgebildet sind und zwischen mindestens zwei Formelementen (1a, 1b, 3) ein Gelenkbereich (1c) aus flexiblem Gelenkmaterial ausgebildet ist und die Formelemente (1a, 1b, 3) mindestens in einem Verbindungsabschnitt stoffschlüssig mit dem Gelenkmaterial verbunden sind, wobei die erste Scheibe (1) mit den Formelementen (1a, 1 b, 3) reversibel mindestens von einer ersten Ausgangslage in eine Endlage beweglich ist.
9. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass erste Scheibe (1) mindestens im Polymorphbereich (P) als eine reversibel biegsame Dünnglasscheibe oder durch zwei oder mehr flächig miteinander verbundenen Dünnglasscheiben ausgebildet ist.
10. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnglasscheibe eine Dicke von 0,05 mm bis 1 ,1 mm, bevorzugt von 0,1 mm bis 0,7 mm, aufweist.
11 . Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass im Polymorphbereich (P), Solarzellen positionsveränderbar, bevorzugt in oder an den beweglichen Formelementen, angeordnet sind.
12. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Scheibe (2) ein Einscheibensicherheitsglas oder eine Verbundscheibe ist.
13. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (1) im Polymorphbereich Durchführungen (7) für bewegliche Formelente (3) aufweist, wobei die Formelemente (3) an oder auf einem Träger, bevorzugt auf einer zweiten Scheibe (2), angeordnet sind.
14. Fahrzeugscheibenanordnung (100) nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (1) und der Träger, bevorzugt die zweite Scheibe (2) zueinander in eine oder mehrere Raumrichtungen verfahrbar ausgebildet sind.
15. Fahrzeugscheibenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hauptaußenfläche (F1), der Innenfläche (F2) der ersten Scheibe (1) und/oder auf der Außenfläche (F3) und/oder der Hauptinnenfläche (F4) der zweiten Scheibe (2) ein opaker Abdeckdruck aufgebracht ist.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3228156A (en) * 1960-07-08 1966-01-11 Daimler Benz Ag Window arrangement in vehicles
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CN112478003A (zh) * 2019-09-12 2021-03-12 法拉利公司 具有后扰流板和调节后扰流板作用的可动偏转板的汽车

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