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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Dach, das eine Öffnung aufweist.
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Bei
Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen in Kombinationsbauart,
Großraumlimousinen,
Geländewagen,
Sport Utility Vehicles, Sport Activity Vehicles oder dergleichen,
sind Dachsysteme möglich,
die gegenüber
herkömmlichen
Schiebedächern
oder Ausstelldächern
eine deutlich größere Dachöffnung aufweisen.
Derartige Dachsysteme schwächen
die tragende Dachstruktur und reduzieren folglich die Gesamtsteifigkeit
der Fahrzeugkarosserie. Damit stellt sich je nach Betriebszustand
des Fahrzeugs ein "Karosseriezittern" ein, das bei bekannten
Fahrzeugen mit großen
Dachöffnungen durch
Versteifungen in der Blechstruktur der Karosserie minimiert wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, Lösungen
aufzuzeigen, durch die bei Fahrzeugen mit einer Dachöffnung das
Karosseriezittern in kostengünstiger
und gewichtssparender Weise minimiert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs
1 oder 10 gelöst.
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Kerngedanke
der Erfindung nach Anspruch 1 ist es hierbei, gezielt in den Hohlraum
im Bereich einer hinteren Karosseriesäule des Kraftfahrzeuges ein
Schaumverbundteil einzubringen, das aus einem Grundkörper und
einer außenseitigen
Auflage aus einem Schaummaterial besteht. Die Auflage überdeckt zumindest
einen Teil der Oberfläche
des Grundkörpers.
Das Schaumverbundbauteil wird bei der Herstellung der Rohkarosserie
des Fahrzeugs im Bereich der hinteren Karosseriesäule einge bracht. Durch
nachfolgenden Temperatureintrag, bevorzugt während des Lackiervorgangs der
Karosserie, expandiert das Schaummaterial, so dass das Schaumverbundbauteil
nunmehr den Hohlraum im Bereich der hinteren Säule zumindest abschnittsweise
ausfüllt.
Hierdurch kommt es zu einer signifikanten Erhöhung der Karosseriesteifigkeit
im Heckbereich des Fahrzeugs, mit einer deutlichen Reduzierung des
Karosseriezitterns.
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Die
Schaumverbundbauteile werden bei den genannten Fahrzeugarten in
die C-Säulen
und/oder die D-Säulen
eingebracht, im unteren, mittleren und/oder oberen Abschnitt der
Säulen.
Unter Säule wird
hierbei der gesamte Karosseriepfosten verstanden, also auch derjenige
Bereich der Säule,
der sich unterhalb der Brüstungslinie
des Fahrzeugs fortsetzt. Die Einbringung der Schaumverbundbauteile
erfolgt bevorzugt symmetrisch in der linken und rechten Hälfte der
Karosserie des Fahrzeugs.
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Durch
die Erfindung wird ein vorhandener Hohlraum dazu genutzt, die Karosserie
auszusteifen, ohne gewichtserhöhenden
Eingriff in die Blechstruktur der Fahrzeugkarosserie. Werden zusätzlich Modifikationen
an der Blechstruktur vorgenommen, so kann der Umfang der erforderlichen
Maßnahmen
in der Blechstruktur deutlich reduziert werden. Somit ergibt sich
infolge der Erfindung eine beträchtliche
Gewichtseinsparung.
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Zwar
ist es aus der
DE 42
03 460 A1 und der
DE
198 12 288 C1 allgemein bekannt, zur Verbesserung der Energieabsorption
im Crashfall und zur Erhöhung
der Karosseriesteifigkeit in ein Hohlprofil einer Kraftfahrzeugkarosserie
ein Schaumverbundbauteil einzubringen, das aus einem Grundkörper mit einer
außenseitigen
Schicht aus einem Schaummaterial besteht, wobei der Grundkörper durch
einen temperaturaktivierten Schäumvorgang
im Hohlraum fixiert wird. Dem Stand der Technik ist jedoch nicht entnehmbar,
dass durch eine Platzierung von Schaumverbundbauteilen in Knotenbereichen
der hinteren Säulen
bei Fahrzeugen mit großen
Dachöffnungen
das Problem des Karosseriezitterns gelöst werden kann, indem durch
den Einsatz der Schaumverbundbauteile die Mikrobewegungen in den
Knotenbereichen reduziert werden.
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Des
weiteren sind aus der
EP
0 697 956 B1 Schaumverbundbauteile zum Ausfüllen von
Karosseriehohlräumen
bekannt. Die bekannten Schaumverbundbauteile unterscheiden sich
jedoch grundlegend von den erfindungsgemäß eingesetzten Schaumverbundbauteilen,
da die Schaumverbundbauteile gemäß der
EP 0 697 956 B1 einen
schäumbaren
Kern beinhalten, der von einem Träger außenseitig eingefasst ist. Der
Träger
kann in einem Karosseriehohlraum fixiert werden, so dass beim nachfolgenden temperaturaktivierten
Aufschäumen
das Schaummaterial in einen definierten Bereich des Hohlraums austreten
kann. Durch das Ausschäumen
von Karosseriehohlräumen
mit Schaumverbundbauteilen gemäß der
EP 0 697 956 B1 soll
in erster Linie verhindert werden, dass die Luftsäule im Karosseriehohlraum
in Schwingung versetzt werden kann. Aufgrund der großen Schaumdicken,
des hohen Aufschäumgrades
und der geringen Festigkeit des Schaummaterials kommt es bei der
bekannten Lösung
zu keiner nennenswerten Steifigkeitserhöhung.
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Bevorzugt
wird das Schaumverbundbauteil in einen Knotenbereich der hinteren
Säule eingebracht,
um eine besonders effiziente Versteifung der Karosseriestruktur
zu erzielen. Je nach Gestaltung der Karosseriestruktur füllt das
Schaumverbundbauteil dabei überwiegend
nur den Knotenbereich aus oder es ragt zusätzlich in den Hohlraum der
hinteren Säule
und/oder in zumindest einen Hohlraum eines angrenzenden Strukturbauteils
hinein.
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Unter
Knotenbereich ist im Zusammenhang mit der Erfindung derjenige Bereich
zu verstehen, in dem die hintere Säule an einen weiteren tragenden Bestandteil
der Fahrzeugkarosserie angrenzt.
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 10 wird in den Hohlraum im Bereich einer hinteren
Säule ein Schaumverbundbauteil
eingebracht, dessen Grundkörper
zumindest auf einer Seite mit einem temperaturaktivierbaren Schaummaterial
versehen ist. Im Unterschied zur erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 1 füllt das
Schaumverbundbauteil nicht den gesamten Hohlraum oder einen überwiegenden
Teil des Hohlraums im Bereich der hinteren Säule aus, sondern wird nur mit
einem Teilbereich der Innenseite des Hohlraums verbunden. Hierdurch
wird bei nur geringer Gewichtserhöhung und bei niedrigen Herstellkosten
eine sehr wirkungsvolle Versteifung der Karosserie erreicht und
das Karosseriezittern minimiert.
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Zwar
ist es aus der
US 5,213,391
A1 bekannt, ein erstes Strukturbauteil mit einem Flansch, der
außenseitig
ein Schaummaterial trägt,
mit einem zweiten Strukturbauteil zu verbinden, indem durch das
Aufschäumen
des Schaummaterials der Hohlraum zwischen dem Flansch des ersten
Strukturbauteils und dem zweiten Strukturbauteil ausgefüllt wird. Durch
diese Art der Verbindung wird sowohl die Karosseriesteifigkeit erhöht als auch
eine Schallisolierung erreicht. Die bekannte Lösung unterscheidet sich in
ihrer Ausführung
deutlich von der vorliegenden Erfindung und geht zudem von einer
völlig
andersartigen Problemstellung aus.
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Der
Grundkörper
besteht bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial, das in kostengünstiger
Weise in einem Spritz- oder Gussverfahren hergestellt wird, mit
an den Hohlraum der Fahrzeugkarosserie angepasster Geometrie. Zur
Erhöhung
der Steifigkeit bei geringem Gewicht und bei einfacher Herstellbarkeit
ist der Grundkörper
in vorteilhafter Weise mit einer Verrippung versehen. Bevorzugt
kommt ein glasfaserverstärkter
Kunststoff zum Einsatz.
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Der
Grundkörper
ist so ausgeführt,
dass er nach dem Einsetzen in den Hohlraum diesen zumindest abschnittsweise
ausfüllt.
Daher bestimmt die Festigkeit und die Steifigkeit des Grundkörpers die erreichbare
Versteifung der hinteren Säule
maßgeblich.
Daher ist der Grundkörper
hinsichtlich seines Materials und seiner Gestaltung entsprechend
stabil auszuführen.
Der Grundkörper
selbst kann aus Vollmaterial bestehen, als Hohlkörper ausgebildet sein, Verrippungen
aufweisen, einstückig
ausgebildet oder aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sein etc.
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Der
Grundkörper
kann auch aus einem metallischen Werkstoff bestehen und als Metallblech, Strangprofil,
Gussbauteil oder dergleichen ausgeführt sein. Insbesondere bei
der Erfindung nach Anspruch 10 bietet sich die Verwendung eines
Metallbleches an.
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Infolge
der an den Hohlraum angepassten Geometrie des Grundkörpers ergibt
sich ein nur sehr geringer Abstand zwischen dem Grundkörper und den
Innenwänden des
Hohlraums. Dieser kleine Freiraum zwischen dem Grundkörper und
der Innenwand wird vom Schaummaterial überbrückt. Die geringe Schichtdicke
des Schaummaterials ermöglicht
die Übertragung
hoher Druck-, Zug- und Scherkräfte. Das
Schaummaterial stellt damit eine hoch belastbare stoffschlüssige Verbindung
zwischen dem Grundkörper
und der Innenwand des Hohlraums her, wirkt also als „Klebematerial", das den Freiraum
zwischen Grundkörper
und Innenwand selbsttätig
und vollständig
ausfüllt.
Das Schaummaterial erfährt
bei der temperaturaktivierten Expansion eine vergleichsweise geringe
Volumenerhöhung
von beispielsweise 60 bis 100 %. Bei den verwendeten Schaummaterialien handelt
es sich um sogenannte „Strukturschäume", die im expandierten
und ausgehärteten
Zustand eine sehr hohe Steifigkeit aufweisen und damit in der Lage sind,
die Mikrobewegungen der Struktur, die für das Karosseriezittern verantwortlich
sind, zu reduzieren. Im Gegensatz hierzu ergibt sich bei den sogenannten „Akustikschäumen", die zur Minimierung
der Schallausbreitung in Karosseriehohlräume eingebracht werden, keine
nennenswerte Versteifung der Struktur.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Mögliche Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend
näher erläutert. Es
zeigt:
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1a, 1b perspektivische
Ansichten auf eine Rohkarosserie eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
mit Schaumverbundbauteilen im Bereich einer C- und D-Säule, mit
Blickrichtung von der Rückseite
bzw. der Vorderseite des Fahrzeugs,
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2 eine
Ansicht auf die Innenseite der Karosserie von 1a, 1b,
mit Blickrichtung von der Fahrzeugmitte,
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3 eine
perspektivische Ansicht auf ein Schaumverbundbauteil, zur Anbringung
im Bereich des unteren Endabschnittes der C-Säule des Kraftfahrzeuges,
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4 eine
der 3 entsprechende Darstellung eines Schaumverbundbauteils,
zur Anbringung im mittleren Bereich der C-Säule,
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5 und 6 eine
der 3 entsprechende Darstellung eines Schaumverbundbauteils, zur
Anbringung im oberen Bereich der C-Säule,
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7 eine
der 3 entsprechende Darstellung eines Schaumverbundbauteils
zur Anbringung im oberen Bereich der D-Säule und
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8 eine
der 3 entsprechende Darstellung eines Schaumverbundbauteils
mit einem Grundkörper
aus Metallblech, zur Anbringung im unteren Bereich der D-Säule.
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Die 1a, 1b zeigen
eine Rohkarosserie eines Fahrzeugs in perspektivischer Gesamtansicht,
während
in 2 nur der hintere Bereich der Karosserieseitenstruktur
des Fahrzeugs dargestellt ist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich
um ein Sport Utility Vehicle mit einer C-Säule 1, einer D-Säule 2, einem
Dachseitenträger 3,
einer hinteren inneren Seitenwand 4, einem unteren Fensterspriegel 5,
einem Türbegrenzungsspriegel 14 und
einem hinteren Bodenquerträger 6.
Die genannten Strukturbauteile 1 bis 6 und 14 begrenzen
einen hinteren Türausschnitt 7,
einen hinteren Fensterausschnitt 8 sowie einen Ausschnitt 9 für eine Heckklappe.
Die Dachseitenträger 3 und
ein hinterer Dachquerträger 10 begrenzen heckseitig
eine Dachstruktur eines in seiner Gesamtheit mit 15 bezeichneten
Daches. Das Dach 15 weist eine große Dachöffnung 16 auf, die
ein großflächiges verlagerbares
Dachelement, wie zum Beispiel einen Schiebedachdeckel, aufnimmt.
Alternativ kann die Dachöffnung 16 wenigstens
zwei verlagerbare Dachelemente aufnehmen. Im Bereich an die Dachöffnung 16 schließt sich
heckseitig ein feststehendes Dachblech 17 an.
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Im
Bereich der C-Säule 1 und
der D-Säule 2 sind
Schaumverbundbauteile 30, 40, 50, 60, 70 und 80 angeordnet,
wie in der Übersicht
der 1a, 1b und 2 dargestellt.
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Jedes
der Schaumverbundbauteile 30 bis 80 besteht aus
einem Grundkörper 32, 42, 52, 62, 72 bzw. 82.
Auf den Außenflächen der
Grundkörper 32 bis 82 ist
zumin dest abschnittsweise eine vergleichsweise dünne Auflage 33a und 33b, 43, 53a und 53b, 63a und 63b, 73a und 73b bzw. 83 eines
Schaummaterials aufgebracht.
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Die
in den 3 bis 7 dargestellten Grundkörper 32 bis 72 bestehen
aus einem glasfaserverstärkten
Kunststoffmaterial und weisen mit Ausnahme des Grundkörpers 32 jeweils
eine Mehrzahl von Rippen 11 auf. Während der vom Schaumverbundbauteil 30 auszufüllende Hohlraum
vergleichsweise klein ist (Spaltmaß ca. 10 bis 15 mm) und der
Grundkörper 32 daher
als Vollmaterial ausgeführt
werden kann, sind die Grundkörper 42 bis 72 nur
als verrippte Bauteile herstellbar. Hierbei sind die Auflagen 43, 53a und 53b, 63a und 63b sowie 73a und 73b des
Schaummaterials jeweils im Bereich der nicht verrippten Außenflächen der
Grundkörper 42 bis 72 aufgebracht.
Die Auflagen 53a und 53b, 63a und 63b sowie 73a und 73b befinden
sich dabei an gegenüberliegenden
Seiten der Schaumverbundbauteile 50, 60 bzw. 70,
so dass sich die Schaumverbundbauteile 50, 60 bzw. 70 nach
dem Aufschäumen des
Schaummaterials an gegenüberliegenden
Seiten des betreffenden Karosseriehohlraums abstützen, sich mit dem Aufschäumen im
Hohlraum sozusagen verspreizen, somit also eine besonders wirkungsvolle
Aussteifung des Hohlraums erzeugen. Wie ersichtlich, ist es für eine signifikante
Aussteifung der Karosseriehohlräume
bereits ausreichend, dass die Auflagen 43, 53a und 53b, 63a und 63b sowie 73a und 73b nur
an einem Teil der Außenflächen des Schaumverbundbauteils 40 bis 70 angebracht
sind, die Außenflächen also
nicht vollflächig überdecken.
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Gleiches
gilt auch für
das Schaumverbundbauteil 40, wobei die zeichnerische Darstellung
gemäß 4 lediglich
die Auflage 43 im glattflächigen Bereich der „Vorderseite" des Schaumverbundbauteils 40 zeigt.
Auf der nicht sichtbaren glattflächigen „Rückseite" des Schaumverbundbauteils 40,
gegenüberliegend
zu den „vorderseitigen" Rippen 11a bis 11c,
ist ebenfalls eine Auflage aus Schaummaterial vorgesehen. Analog
ist gegenüberliegend
zur „vorderseitigen" Auflage 43 an
der „Rückseite" des Schaumverbundbauteils 40 eine
versteifende Verrippung vorgesehen. Mit anderen Worten sind die
glattflächigen
Auflagebereiche für
das Schaummaterial und die Verrippungen bevorzugt wechselseitig
an gegenüberliegenden „Vorder-
und Rückseiten" der Schaumverbundbauteile
vorgesehen.
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Allen
Schaumverbundbauteilen 30 bis 70 ist gemeinsam,
dass sie Auflagen 33a und 33b, 43, 53a und 53b, 63a und 63b, 73a und 73b aufweisen,
die auf wenigstens zwei unterschiedliche Außenflächen der Schaumverbundbauteile 30 bis 70 aufgebracht sind.
Bevorzugt befinden sich die Auflagen 33a und 33b, 43, 53a und 53b, 63a und 63b, 73a und 73b auf gegenüberliegenden
Außenflächen der
Schaumverbundbauteile 30 bis 70, wie anschaulich
anhand der 3 bis 7 dargestellt.
Damit ist, wie bereits oben erläutert,
mit der Abstützung
des expandierten Schaummaterials an gegenüberliegenden Innenwänden des
Hohlraums eine wirkungsvolle Aussteifung des Hohlraums gegeben.
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Beispielhaft
sind an den Grundkörpern 32, 62 und 72 stiftartige
Befestigungseinrichtungen 12 dargestellt, mit denen das
Schaumverbundbauteil 30 an der Karosseriestruktur vorläufig angeordnet
werden kann, bevor es nach der Expansion des Schaummaterials endgültig in
der Karosseriestruktur fixiert ist. Gleichwirkend sind am Grundkörper 52 des Schaumverbundbauteils 50 Aufnahmebohrungen 13 vorgesehen,
die zur Positionierung des Schaumverbundbauteils 50 in
nicht dargestellte karosserieseitige Aufnahmestifte eingreifen.
Grundsätzlich
kann die Befestigung auch über
Rastnasen, Haken etc. erfolgen.
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Der
Grundkörper 82 des
Schaumverbundteils 80 besteht aus einem Metallblech, bei
dem auf nur einer Seite eine Auflage 83 aus Schaummaterial aufgebracht
ist.
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Entsprechend
der unterschiedlichen Anbringungsorte sind die einzelnen Schaumverbundbauteile 30 bis 80 unterschiedlich
gestaltet.
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So
weist das Schaumverbundbauteil 30 einen langgestreckten
Grundkörper 32 auf,
der mit einem ersten verbreiterten Abschnitt 35 im Bereich
der inneren Seitenwand 4 anliegt, während der obere Abschnitt 36 sich
in den an der Seitenwand 4 anliegenden Säulenabschnitt
der C-Säule 1 hinein
erstreckt.
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Das
Schaumverbundbauteil 40 füllt den Hohlraum aus, der im
Knotenbereich der C-Säule 1 mit
dem Fensterspriegel 5 und dem Türbegrenzungsspriegel 14 besteht.
Dementsprechend hat das Schaumverbundbauteil 40 eine etwa
L-förmige
Gestalt, mit zwei breiten, kurzen Schenkeln 45 und 46, die über Rippen 11a und 11b zusätz lich versteifend miteinander
verbunden sind.
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Die
Schaumverbundbauteile 50 und 60 sind an der Innen-
bzw. der Außenseite
der Rohkarosserie, im Knotenbereich zwischen C-Säule 1 und Dachseitenträger 3 angeordnet.
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Das
längliche
Schaumverbundbauteil 50 erstreckt sich im wesentlichen
nur im Inneren des Dachseitenträgers 3,
verläuft
also in seiner Einbaulage etwa in Längsrichtung des Fahrzeugs.
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Das
T-förmige
Schaumverbundbauteil 60 hingegen ist im Hohlraum zwischen
den Außenseiten von
Dachseitenrahmen 3 und C-Säule 1 einerseits und
einer nicht dargestellten äußeren Seitenwand andererseits
angeordnet. Dabei füllt
der leicht entgegen der Fahrtrichtung nach hinten geneigte Schenkel 65 des
Schaumverbundbauteils 60 den Hohlraum im Bereich der C-Säule 1 aus.
Die in Einbaulage etwa horizontal verlaufenden Abschnitte 66a und 66b des Schaumverbundbauteils 60 verlaufen
hingegen entlang des Dachseitenträgers 3, wobei der
längere
Abschnitt 66b im Bereich hinter der C-Säule 1 (bezogen auf
die Fahrtrichtung) angeordnet ist.
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Abweichend
von der zeichnerischen Darstellung der 6 kann das
Schaumverbundbauteil 60 auch ohne horizontal verlaufende
Abschnitte 66a und 66b ausgebildet sein, je nach
den Erfordernissen der zu Grunde liegenden Rohkarosserie.
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Die Öffnung 64 im
Schaumverbundbauteil 60 stellt einen Freiraum für eine an
der Karosserie angeordnete, nicht dargestellte Spreizmutter zur
Verfügung. Ähnliche Öffnungen 74 und 84 sind
auch an den Schaumverbundbauteilen 70 und 80 vorgesehen.
Grundsätzlich
können
die Schaumverbundbauteile 30 bis 80 mit einer
oder mehreren Durchgangsöffnungen
versehen sein, beispielsweise zu folgenden Zwecken: Befestigung
des Schaumverbundbauteils oder benachbarter Bauteile, Schaffung
von Montagefreiräumen,
Gewährleistung
des Zu- und Abflusses für
die KTL (Kataphorese-Tauch-Lackierung), Schaffung von Zugangsmöglichkeiten
für die
Hohlraumkonservierung etc.
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Das
Schaumverbundbauteil 70 ist ebenfalls etwa L-förmig, mit
einem kurzen, breiten Schenkel 75, der in den Dachquerträger 10 hineinragt
und mit einem langen Schenkel 76, der in Richtung der D-Säule 2 verläuft.
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Das
Schaumverbundbauteil 80 weicht in seiner Ausführung von
den Schaumverbundbauteilen 30 bis 70 ab, da es
einen Grundkörper 82 aus
einem tiefgezogenen Metallblech aufweist. Außerdem hat es eine im wesentlichen
flächige
Struktur und liegt mit seiner Auflage 83 lediglich an einer
Seite des Hohlraumes an, ohne an die gegenüberliegende Wandung des Hohlraums
anzugrenzen.
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Das
Schaumverbundbauteil 80 ist L-förmig ausgeführt, mit einem ersten Schenkel 85,
der in Einbaulage entlang des Bodenquerträgers 6 verläuft, und
einem zweiten Schenkel 86, der sich in Richtung der D-Säule 2 erstreckt.
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Die
Einheit aus Schaumverbundbauteil 80 und Bodenquerträger 6/D-Säule 2 stellt
ein „Sandwichbauteil" mit der Materialfolge
Metall – Schaum – Metall
dar. Das Schaumverbundbauteil 80 besteht beispielsweise
aus einem Stahlblech mit einer Dicke von 2 mm und einem Schaummaterial
mit einer Dicke von 5 bis 6 mm.
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Die
Einbringung des Schaumverbundbauteils 80 in die Rohkarosserie
des Fahrzeugs erfolgt wie nachstehend beschrieben: Der Grundkörper 82 weist
drei kreisrunde Verprägungen 87 auf,
die den Abstand des Grundkörpers 82 gegenüber der
Rohkarosserie vorgeben und damit die Breite des Spalts bestimmen,
der nachfolgend vom Schaummaterial ausgefüllt wird. Die Position des
Grundkörpers 82 in den
beiden anderen Raumrichtungen wird durch zwei karosserieseitige
Stifte festgelegt, die in korrespondierende Aufnahmeöffnungen 87 des
Grundkörpers 82 eingreifen.
Um die Soll-Position des Grundkörpers 82 während des
Aufschäumens
zu fixieren, wird der Grundkörper 82 über die
Verprägungen 87 mittels
Punktverschweißung
an die Rohkarosserie geheftet.