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Es wird ein Sonnendach für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Das Sonnendach ist in einem Dachrahmen angeordnet. Das Sonnendach weist eine transparente Lichtleiterplatte, die mindestens in einem Teilbereich einer Dachöffnung angeordnet ist, auf. Die Lichtleiterplatte weist Randseiten auf, wobei Licht mindestens einer Lichtquelle auf mindestens eine der Randseiten der Lichtleiterplatte ausgerichtet ist.
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Dazu ist aus der Druckschrift
DE 103 43 778 A1 ein Lichtdach für Kraftfahrzeuge zur Aufhellung des Fahrzeuginnenraums bekannt. Das Lichtdach weist ein oder mehrere Lichteinkoppel-, Lichtleit- und Lichtauskoppelsysteme zur großflächigen Erhellung des Fahrzeuginnenraums auf. Dazu umfassen die Lichteinkoppelsysteme mindestens eine transparente Fläche auf der Außenfläche der Fahrzeugkarosserie zur Aufnahme der einfallenden Lichtstrahlen des Umgebungslichtes und die Lichtleitsysteme mindestens einen flächigen Lichtleiter im Bereich des Dachhimmels. Die Lichtauskoppelsysteme sind zumindest zum überwiegenden Teil im Dachhimmel angeordnet und in die Lichtleitsysteme eingebettet oder in Kontakt mit diesen angeordnet.
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Die Lichteinkopplungssysteme sind jedoch teilweise örtlich getrennt von den Lichtauskopplungssystemen und den Lichtleitersystemen vorgesehen und an Außenflächen der Karosserie fixiert. Somit ist das bekannte Lichtdach für Kraftfahrzeuge nicht geeignet, in bisherigen Dachöffnungen, die für Schiebedächer und Hub-Schiebedächer vorgesehen sind, eingesetzt zu werden. Es ist vielmehr beabsichtigt, ohne jede schaltbare Lichtquelle eine Erhellung des Innenraums für Kraftfahrzeuge zu schaffen und ein Lichtdach bereitzustellen und Licht für den Innenraum des Kraftfahrzeugs ungesteuert und in einfacher Weise an die Umgebungshelle und die Umgebungsfarbtönung anzupassen.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung vorhandene Dachöffnungen eines Fahrzeugs zu nutzen, um zusätzlich zu den bisherigen Möglichkeiten von Hub- und Schiebedächern eine Innenraumbeleuchtung zu schaffen, die es ermöglicht, nach Einsetzen der Dämmerung und Dunkelheit unter der Nutzung der vorhandenen Dachkonstruktionen eine verbesserte Ausleuchtung des Innenraums unter Vermeidung von Spiegelungen und Blendwirkungen in Bezug auf einen Fahrer bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Mit einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Sonnendach für ein Kraftfahrzeug geschaffen. Das Sonnendach ist in einem Dachrahmen angeordnet. Das Sonnendach weist eine transparente Lichtleiterplatte, die mindestens in einem Teilbereich einer Dachöffnung angeordnet ist, auf. Die Lichtleiterplatte weist Randseiten auf. Licht mindestens einer schaltbaren Lichtquelle ist auf mindestens eine der Randseiten der Lichtleiterplatte ausgerichtet. Die transparente Lichtleiterplatte ist in dem Dachrahmen mindestens teilweise verschiebbar angeordnet und weist in ihrem Volumen verteilte lichtstreuende Nanopartikel auf.
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Dieses Sonnendach hat den Vorteil, dass es vorhandene Kinematik und vorhandene Positionen im Dachrahmen nutzen kann und eine zusätzliche Funktion bereitstellt, nämlich dass bei umgebender Dunkelheit, wie beispielsweise bei Tunnelfahrten oder bei Nachtfahrten, dieses Sonnendach eine blendfreie Innenbeleuchtung ermöglicht, so dass auf die Installation von speziellen Leuchtmitteln im Frontbereich und im Heckbereich des Fahrzeugs verzichtet werden kann. Außerdem wird mit dem Sonnendach die Möglichkeit gegeben, eine großflächige Beleuchtung des Innenraums des Fahrzeugs bereitzustellen, indem nicht nur teilweise die Öffnung im Dachrahmen für das Sonnendach benutzt wird, sondern die gesamte Öffnung als Innenbeleuchtung für den Innenraum des Fahrzeugs bereitgestellt wird.
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Aufgrund der Eigenschaften derartiger Lichtleiterplatten mit im Volumen verteilten lichtstreuenden Nanopartikeln ist es möglich, eine ungehinderte Sicht nach draußen durch das Sonnendach zu ermöglichen, da die Nanopartikel im unbeleuchtetem Zustand kein Licht streuen und auch die Sicht auf die Umgebung nicht verzerren.
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In diesem Zusammenhang werden unter lichtstreuenden Nanopartikeln Partikel verstanden, die einen Durchmesser zwischen 10 und 200 Nanometern aufweisen und das auftreffende Licht weitgehend isotrop streuen. Es werden vorzugsweise farblose Partikel mit einem Brechungsindex, der sich von dem Lichtleitermaterial um 0,06 ≤ Δn ≤ 0,4 unterscheidet, gewählt, die im Volumen der Lichtleiterplatte verteilt sind. Derartige Nanopartikel können zusätzlich von einer Hüllschicht umgeben sein, die der Einbettung in ein Lichtleitermaterial dient. Durch die Einbettung der lichtstreuenden Nanopartikel in eine Lichtleiterplatte ergibt sich ein Material, das im unbeleuchteten Zustand durchsichtig ist, während es bei einer Lichteinkopplung über Randseiten der Lichtleiterplatte eine effektive flächige Lichtabstrahlung zeigt. Dabei kann die Lichtabstrahlung verstärkt werden, indem eine der einander gegenüberliegenden Plattenseiten sowie die Randseiten, die keine Lichteinkopplung aufweisen, mit reflektierenden Schichten versehen werden.
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In einer Ausführungsform kann die Lichtleiterplatte in einem ersten Teil des Sonnendaches ein Hub- und Schiebedach bilden und in einem weiteren Teil des Sonnendaches eine schaltbare Innenraumbeleuchtung des Fahrzeugs sein.
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Für eine farbige Innenraumbeleuchtung kann die Lichtquelle auch als farbige Lichtquelle ausgebildet sein und beispielsweise mit lichtemittierenden Farbdioden ausgestattet sein. Andererseits ist es auch möglich, die transparente Lichtleiterplatte farbig zu tönen, um beispielsweise einen Mindestsonnenschutz zu erreichen. Auch ist es möglich, die Außenseite des Sonnendaches mit Sonnenschutzmustern zu versehen, um den Innenraum vor zu intensiver Sonnenstrahlung zu schützen. Derartige auf die Außenseite der Lichtleiterplatte aufgebrachte strukturierte oder gemusterte Beschichtungen können eine teilweise oder auch vollständig verspiegelnde Schicht aufweisen, so dass für die Innenraumbeleuchtung die Wirkung der Nanopartikel der Lichtleiterplatte verstärkt wird.
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Anstelle einer strukturierten oder gemusterten Verspiegelungsbeschichtung kann auch eine teildurchlässige Verspiegelungsschicht auf der gesamten Außenseite der Lichtleiterplatte aufgebracht sein, so dass einerseits beim Einschalten der Lichtquelle der zur Außenseite gestreute Anteil der Lichtstreuung durch die Nanopartikel teilweise in den Innenraum reflektiert wird und andererseits der Blick nach Draußen weder verzerrt noch eingeschränkt ist. Dieses wird dadurch erreicht, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die Oberflächen der Lichtleiterplatte vollkommen eben und glatt bei Verspiegelungen bleiben.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass zwischen der Lichtquelle und der Randseite der Lichtleiterplatte ein lichtleitender Lichtleiter angeordnet sein kann. Mit Hilfe eines derartigen Lichtleiters ist es möglich, die Lichtquellen beabstandet von dem Sonnendach zu positionieren und dennoch eine verlustarme Einkopplung des Lichts der Lichtquelle in eine der Randseiten der Lichtleiterplatte zu ermöglichen.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass in einer Ausführungsform die lichtstreuenden Nanopartikel homogen in dem Volumen der Lichtleiterplatte angeordnet sind. Mit einer derartigen homogenen Anordnung wird ein gleichmäßiges Ausleuchten und Aufleuchten der Lichtleiterplatte erreicht, wenn die Lichtquellen eingeschaltet sind.
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Andererseits ist es auch möglich, die Lichtleiterplatte aus Plattenstücken zusammenzusetzen und mit unterschiedlichen Konzentrationen der Nanopartikel im Volumen der Plattenstücke stoffschlüssig zusammenzufügen. In einer derartigen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass Randbereiche der Lichtleiterplatte eine höhere Konzentration von lichtstreuenden Nanopartikeln aufweisen, als ein an den Randbereich angrenzender Mittenbereich, der eine geringere Konzentration von Nanopartikeln im Volumen aufweist. Damit ist der Vorteil verbunden, dass der Rand ähnlich einer indirekten Beleuchtung vom Mittenbereich abgehoben ist, wobei es auch möglich ist, diesen mit hoher Konzentration an Nanopartikeln angereicherten Randbereich als Beleuchtungsquelle für den Mittenbereich einzusetzen. Dazu ist es jedoch dann von Vorteil, auch den Randbereich komplett bis auf die Kontaktfläche des Randbereichs mit der Lichtleiterplatte im Mittenbereich zu verspiegeln.
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Schließlich kann das Sonnendach auch Strukturen von Mustern oder Symbolen mit unterschiedlichen Konzentrationen der lichtstreuenden Nanopartikel gegenüber dem umgebenden Lichtleiterplattenmaterial aufweisen. Dazu können die Muster in entsprechende Aussparungen in der Lichtleiterplatte eingeklebt sein oder in entsprechende Muster der Lichtleiterplatte beim Herstellen der Lichtleiterplatte eingebracht sein.
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Bei gleichmäßig und homogen verteilten Lichtleiterpartikeln auf der Lichtleiterplatte ergibt sich für den Innenbereich ein Beleuchtungsschirm, der bei Dunkelheit oder in der Abenddämmerung oder in der Nacht auch automatisch eingeschaltet werden kann und gleichmäßig den Innenraum des Fahrzeugs ausleuchtet.
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Das Sonnendach kann auch in zwei Teile aufgeteilt werden mit einem fixen und festen Teil, der als Innenbeleuchtung ausgelegt ist, und einem beweglichen Teil, der als Hub- und Schiebedach dient. Beide Teile und Bereiche können mit Nanopartikeln ausgestattet sein. Selbst das Hub- und Schiebedach kann Lichtquellen aufweisen, die mit dem Schiebedach angekippt werden können, jedoch wird bevorzugt die Lichtquelle in dem Dachrahmen zu integrieren, da üblicherweise die Innenraumbeleuchtung bei geöffnetem Sonnendach zumindest tagsüber nicht erforderlich ist und bei Dunkelheit bzw. bei Nacht davon ausgegangen werden kann, dass das Hub- und Schiebedach geschlossen ist und somit die in dem Dachrahmen angeordneten Lichtquellen nun ihr Licht auf die Randseiten der geschlossenen Lichtleiterplatte abgeben können, falls ein Aufleuchten der Innenbeleuchtung gefordert ist.
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Ein Kraftfahrzeug, das mit einem derartigen Sonnendach ausgestattet ist, hat den Vorteil, dass einerseits Komponenten eingespart werden können und andererseits die Gestaltungsfreiheit des Innenraums für den Designer vergrößert ist.
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Ausführungsformen werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs mit Sonnendach;
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Innenraums des Kraftfahrzeugs gemäß 1;
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3 zeigt mit 3A eine schematische Untersicht auf das Sonnendach gemäß 1 und mit 3B einen schematischen Längsschnitt entlang der Schnittlinie A-A in 3A;
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs mit Sonnendach gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs mit Sonnendach gemäß einer dritten Ausführungsform;
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs mit Sonnendach gemäß einer vierten Ausführungsform;
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7 zeigt mit 7A eine schematische Untersicht auf das Sonnendach gemäß 6 und mit 7B einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A in 7A.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuginnenraums 28 mit Sonnendach 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Sonnendach 1 ist durchsichtig und in einem Dachrahmen 6 schiebbar angeordnet. In geschlossenem Zustand deckt das Sonnendach 1 eine Dachöffnung 9 im Dachbereich des Fahrzeugs 5 mit Hilfe einer Lichtleiterplatte 7 aus einem PMMA (Polymethylmethacryl) Kunststoff ab, der eine vordere Randseite 10, seitliche Randseiten 11 und 12 und eine Heckrandseite 13 aufweist. Die Lichtleiterplatte 7 weist in ihrem Volumen verteilte Nanopartikel auf, die einen mittleren Durchmesser zwischen 10 bis 200 Nanometern aufweisen und von den Randseiten 10 bis 13 einfallendes Licht isotrop streuen.
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Dazu können Lichtquellen in dem Dachrahmen 6 angeordnet sein, die bei Bedarf einschaltbar sind. Die Lichtleiterplatte 7 kann auch eingefärbt sein, beispielsweise mit Sonnenschutzpigmenten, um beispielsweise ultraviolettes Licht zu filtern. Andererseits ist es auch möglich, dass beim Einschalten von farbigen Lichtquellen die Nanopartikel lichtstreuend farbig aufleuchten und damit eine farbige Innenraumbeleuchtung erzeugen. Weiterhin kann die Außenfläche der Lichtleiterplatte 7 eine teildurchlässige Verspiegelungsschicht aufweisen, so dass die Leuchtwirkung der lichtstreuenden Nanopartikel durch teilweise Reflektion des gestreuten Lichts an der teildurchlässige Verspiegelungsschicht der Außenseite der Lichtleiterplatte 7 verstärkt wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Fahrzeuginnenraums 28 des Kraftfahrzeugs 5 gemäß 1 mit eingeschalteten, nicht sichtbaren Lichtquellen. Durch die lichtstreuende Wirkung der Nanopartikel 17 leuchtet nun das Sonnendach 1 im Bereich der Lichtleiterplatte 7 auf, was durch eine punktierte Fläche gekennzeichnet ist. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in der vorhergehenden Figur werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
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Somit ist in 2 lediglich zu sehen, dass hier das gesamte Sonnendach 1 als Innenbeleuchtung des Fahrzeugs 5 eingesetzt werden kann, da die Nanopartikel 17 relativ gleichmäßig im Volumen der Lichtleiterplatte 7 verteilt angeordnet sind.
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3 zeigt mit 3A eine schematische Untersicht auf das Sonnendach 1 gemäß 1. Die Lichtleiterplatte 7 wird durch das Licht 15 von Lichtquellen 14, wie lichtemittierende Dioden, die rund um die Lichtleiterplatte 7 verteilt angeordnet sind, zum Aufleuchten gebracht, indem das Licht 15 in die Randseiten 10 bis 13 der Lichtleiterplatte von dem Dachrahmen 6 aus eingekoppelt wird. Um diese Lichtleiterplatte 7 aufleuchten zu lassen, ist das Sonnendach 1, das als Hub- und Schiebedach 18, wie 3B zeigt, ausgebildet. In seiner geschlossenen Position in 3A können eingeschaltete Lichtquellen 14 ihr Licht 15 in die Randseiten 10 bis 13 der Lichtleiterplatte 7 einkoppeln.
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Die Lichtquellen 14 sind in dieser Ausführungsform farbig strahlende Leuchtdioden, deren Licht auf die Randseiten 10 bis 13 der Lichtleiterplatte ausgerichtet sind und dadurch bewirken, dass die Nanopartikel im Volumen der Lichtleiterplatte das Sonnendach 1 als flächige Innenbeleuchtung des Fahrzeugs aufleuchten lassen.
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3B zeigt einen schematischen Längsschnitt entlang der Schnittlinie A-A in 3A bei geöffnetem Hub- und Schiebedach 18. Die Lichtquellen 14 sind in dieser Stellung des Hub- und Schiebedaches 18 ausgeschaltet und in dem Dachrahmen 6 so angeordnet, dass sie bei einem Schließen des Hub- und Schiebedaches die Nanopartikel 17 in der Lichtleiterplatte 7 lichtstreuend aufleuchten lassen können. Der in 3B dargestellte schematische Längsschnitt zeigt, dass die Lichtleiterplatte 7 von einer teildurchlässigen Verspiegelungsschicht 21 auf ihrer Außenfläche 20 bedeckt ist, um die Leuchtwirkung der lichtstreuenden Nanopartikel 17 zu vergrößern.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuginnenraums 28 eines Kraftfahrzeugs 5 mit einem Sonnendach 2, das mit seiner Lichtleiterplatte 7 die Öffnung 9 im Dach des Kraftfahrzeugs 5 abdeckt. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehenden dadurch, dass die Konzentration der Nanopartikel 17 in den Randbereichen der Randseiten 10 bis 13 höher ist, als in einem Mittenbereich 26. Dieses kann durch Zusammensetzen der Lichtleiterplatte 7 aus einzelnen Plattenstücken 22, 23, 24 und 25 hergestellt werden, wobei die Plattenstücke 23, 24 und 25 aus einer transparenten Lichtleiterplatte mit einer höheren Konzentration an Nanopartikeln 17 ausgeschnitten und dann mit dem Mittenbereich 26 der Lichtleiterplatte 7 stoffschlüssig verbunden wurden.
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Ein derartiger Randbereich mit einer höheren Konzentration an Nanopartikeln 17 kann auch zur Beleuchtung des Mittenbereiches 26 eingesetzt werden, so dass beispielsweise lediglich zwei Leuchtdioden erforderlich sind, um in zwei gegenüberliegende Randseiten 10 und 13 oder 11 und 12 Licht einzukoppeln, das über die höhere Konzentration an lichtstreuenden Nanopartikeln nun Streulicht auf die Nanopartikel im Mittenbereich 26 richtet, die ihrerseits lichtstreuend aufleuchten. Dieser Effekt kann verstärkt werden, wenn die Plattenstücke 22, 23, 24 und 25 von einer Verspiegelungsschicht umgeben sind, die lediglich an den Berührungsflächen mit dem Mittenbereich 26 unverspiegelt bleiben, so dass der Beleuchtungseffekt durch den Mittenbereich vergrößert ist.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuginnenraums 28 eines Kraftfahrzeugs 5 mit einem Sonnendach 3 gemäß einer dritten Ausführungsform. Bei dieser dritten Ausführungsform ist die Dachöffnung 9 in einen Frontbereich 31 und einen größeren Heckbereich 32 aufgeteilt, wobei im Frontbereich 31 ein Teilbereich 8 der Lichtleiterplatte 7 fest und unbeweglich als vorderer Randbereich 30 eine Innenraumbeleuchtung 19 bildet und im Heckbereich 32 ein zweiter Teilbereich 29 der Lichtleiterplatte vorgesehen ist, der als Hub- und Schiebedach bewegt werden kann.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuginnenraums 28 eines Kraftfahrzeugs 5 mit einem Sonnendach 4 gemäß einer vierten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform sind Randbereiche 33, 34, 35 und 36 undurchsichtig beschichtet und nehmen, wie es die nächsten Figuren zeigen, Lichtquellen auf, welche in die Randseiten 10 bis 13 der Lichtleiterplatte 7 Licht einkoppeln können. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die Lichtquellen mit der Lichtleiterplatte 7 bewegt und auch betrieben werden können.
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7 zeigt mit der 7A eine schematische Untersicht auf das Sonnendach 4 gemäß 6, wobei die nichttransparente Beschichtung weggelassen ist, um die Positionen der Lichtquellen 14 zu zeigen. Die Lichtquellen 14 sind in Aussparungen 37 der mit einer unsichtbaren Beschichtung bedeckten Randbereiche 36 angeordnet und können Licht 15 in die Lichtleiterplatte 7 randseitig einkoppeln und die Nanopartikel der Lichtleiterplatte 7 lichtstreuend aufleuchten lassen.
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7B zeigt einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A der 7A durch eine Position mit einer Lichtquelle, die hier beispielsweise eine Leuchtdiode darstellt.
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Die Aussparung 37, in der die Lichtquelle 14 als Leuchtdiode angeordnet ist, kann durch ein U-Profil beispielsweise eines Aluminiumrahmens abgedeckt sein. Dabei ist es von Vorteil, wenn die abdeckenden Flächen mindestens in Richtung auf die Lichtquelle 14 eine Verspiegelung 27 aufweisen. Auch kann das Volumen 16 der Lichtleiterplatte 7 mit Nanopartikeln 17 in unterschiedlicher Konzentration aufgefüllt sein, um beispielsweise Muster oder Symbole beim Einschalten der Lichtquelle 14 aufleuchten zu lassen.
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In dieser Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Außenfläche 20 der Lichtleiterplatte 7 eine teildurchlässige Verspiegelungsschicht 21 aufweist, so dass das Aufleuchten in Pfeilrichtung B für eine Innenraumbeleuchtung des Fahrzeugs verstärkt wird und dennoch die Durchsicht in die Umgebung nicht verzerrt wird, zumal die Außenfläche 20 und die Innenfläche 38 der Lichtleiterplatte vollständig glatt und unstrukturiert bleiben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sonnendach
- 2
- Sonnendach
- 3
- Sonnendach
- 4
- Sonnendach
- 5
- Fahrzeug
- 6
- Dachrahmen
- 7
- Lichtleiterplatte
- 8
- Teilbereich
- 9
- Dachöffnung
- 10
- Randseite
- 11
- Randseite
- 12
- Randseite
- 13
- Randseite
- 14
- Lichtquelle
- 15
- Licht
- 16
- Volumen
- 17
- Nanopartikel
- 18
- Hub- und Schiebedach
- 19
- Innenraumbeleuchtung
- 20
- Außenfläche
- 21
- Verspiegelungsschicht
- 22
- Plattenstück
- 23
- Plattenstück
- 24
- Plattenstück
- 25
- Plattenstück
- 26
- Mittenbereich
- 27
- Verspiegelung
- 28
- Fahrzeuginnenraum
- 29
- Teilbereich
- 30
- Randbereich
- 31
- Frontbereich
- 32
- Heckbereich
- 33
- Randbereich
- 34
- Randbereich
- 35
- Randbereich
- 36
- Randbereich
- 37
- Aussparungen
- 38
- Innenfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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