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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Anbringen eines flächigen Versteifungselements an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 12.
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Aus der
DE 101 40 475 A1 ist ein plattenförmiges Bauteil bekannt, welches an der Bodengruppe eines Personenkraftwagens zu deren Versteifung befestigt ist. Das Bauteil besteht aus einem ersten Blechteil und einem zweiten Blechteil, wobei das erste Blechteil eine Anzahl von topfförmigen Erhebungen aufweist. Diese habe eine Höhenerstreckung von mindestens etwa 12 mm und sind über ihre Böden mit dem zweiten Blechteil verschweißt. Die zwischen dem ersten und zweiten Blechteil eingeschlossenen Luftkammern können dabei als Hitzeschild bzw. Isolator wirken. Generell wird das plattenförmige Bauteil im Bereich der Bodengruppe eines Kraftfahrzeugs von innen angeordnet.
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Aus der
DE 198 60 005 A1 ist ein flächiges Strukturelement bekannt, das sich aus zwei plattenförmigen Bauteilen zusammensetzt, die jeweils mit aus der Ebene der Bauteile vorspringenden Erhebungen versehen sind. Die Bauteile sind entlang ihrer aufeinander zuweisenden Erhebungen miteinander verbunden, wodurch sich ein torsions- und biegesteifes Strukturelement ergibt.
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Aus der
DE 102 32 842 A1 ist eine Bodenversteifungsstruktur an einem Kraftfahrzeug bekannt, die zwei beidseitig des Kraftfahrzeugs angeordnete Längsträger aufweist, die vom Vorderwagen ausgehend und das Antriebsaggregat unterstützend höhenversetzt nach unten unter das Bodenblech der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs geführt sind. Dabei erstreckt sich jeder Längsträger schräg nach außen durchgängig bis in den hinteren Bereich der Fahrgastzelle in die unmittelbare Nähe eines Schwellers und eines hinteren Bodenquerträgers.
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Aus der
DE 101 22 157 A1 ist eine Unterflurverkleidung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die im montierten Zustand einen Kraftfahrzeugboden von unten her abdeckt. Hierbei sind an einer dem Fahrzeugboden abgewandten Außenseite der Unterflurverkleidung wenigstens in Unterflurverkleidungs-Teilbereichen eine Vielzahl von voneinander beabstandeten dellenartigen Vertiefungen ausgebildet. Diese dellenartige Vertiefungen bewirken eine Verbesserung des C
W-Wertes des Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 196 43 010 A1 ist ein Bodenblech für den rückwärtigen Bereich einer Kraftfahrzeugkarosserie bekannt. Das Bodenblech weist im Bereich der Radgehäuse jeweils eine Einbuchtung auf, welche durch eine auf dem Bodenblech befestigte Bodenverstärkung größerer Blechdicke als der übrige Bereich des Bodenblechs abgedeckt und mit einem Schweißrand versehen ist, durch den sie mit dem Radgehäuse und einem Hinterrahmen verschweißt ist. Hierdurch lässt sich eine vereinfachte Anbindung des Bodenblechs an die Radgehäuse bei ausreichender Festigkeit gewährleisten.
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Schließlich ist aus der
DE 102 15 911 A1 ein Bauteil aus Metallblech, insbesondere aus Karosserieblech, bekannt, das eine Versteifungszone aufweist, in der das Bauteil mit einer steifigkeitserhöhenden Wölbstrukturierung versehen ist. Randseitig weist das Bauteil lokal begrenzte Anschlusszonen auf, die zur Anbindung des Bauteils an weitere Baugruppen dienen. Das Bauteil kann beispielsweise in einem Heckboden oder in einem Boden unter einem Fondsitz über der Hinterachse eingesetzt werden und dort der Versteifung der Karoserie dienen.
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Aus der
EP 0 466 513 A2 geht ein mehrschichtiges Dämpfungselement für einen Radkasten hervor, welches eine Stahlabdeckplatte umfasst, die mit einem Radgehäuse verschweißt ist. Auf der Stahlabdeckplatte ist eine Gummibeschichtung und auf dieser ein Plattenelement vorgesehen. Nachdem das Dämpfungselement an dem Radkasten angebracht ist, wird das Bauteil auf eine Temperatur über 100°C aufgeheizt. Dabei schmilzt oder erweicht das Plattenelement und die Gummibeschichtung, wodurch die Stahldeckplatte, die Gummibeschichtung, das Plattenelement und das Radgehäuse eng miteinander verbunden bzw. verklebt werden.
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Aus der
DE 101 63 035 A1 geht ein Dämpfungsbelag hervor, welcher aus einer Dämpfungsschicht aus einem viskoelastischen Material und einer festen, dehnsteifen Abdeckung aus Metall besteht. Auf der der Abdeckung abgewandten Seite der Dämpfungsschicht sind Klebestellen vorgesehen, die mit einer Abdeckfolie abgedeckt sind. Zum Anbringen des Dämpfungsbelags an einem zu entdröhnenden Karosserieblech wird die Abdeckfolie abgezogen und der Dämpfungsbelag auf das Karosserieblech aufgelegt. Eine kraftschlüssige Verbindung des Dämpfungsbelages mit dem zu entdröhnenden Blech erfolgt über die Klebestellen. Bei einer Erwärmung des Dämpfungsbelags über eine bestimmte Temperatur hinaus wird ein in der Dämpfungsschicht enthaltenes Treibmittel aktiviert, was zu eine Expansion der Dämpfungsschicht führt, welche Vertiefungen und Rillen in dem Karosserieblech vollständig ausfüllt, wodurch nicht nur eine kraftschlüssige, sondern vor allem auch eine formschlüssige Verbindung des Dämpfungsbelags mit dem Karosserieblech hergestellt wird.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Kraftfahrzeug eingangs erwähnter Art eine verbesserte Ausführungsform einer Anbindung eines flächig an einer Karosserie des Kraftfahrzeuges angeordneten Versteifungselementes anzugeben, welches insbesondere einen konstruktiven Zusatznutzen aufweist.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei einem Personenkraftwagen, ein flächig ausgebildetes und fest mit einer Karosserie verbundenes Versteifungselement über eine dauerelastische Klebeverbindung an einem schwingungskritischen Bereich der Karosserie mit dieser zu verbinden. Hierdurch wird ein sandwichartiger Verbund geschaffen, der eine erhöhte Steifigkeit und eine verbesserte Dämpfungswirkung für bestimmte (tiefere) Frequenzen aufweist. Gleichzeitig erzeugt die elastische Klebeverbindung für andere (höhere) Frequenzen eine verbesserte Dämpfungswirkung. Das erfindungsgemäße Versteifungselement erfüllt demnach zwei Aufgaben. Zum einen versteift es die Karosserie in den schwingungskritischen Bereichen und dämpft zum anderen die dort entstehenden Schwingungen.
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Die Klebeverbindung weist zumindest eine Kleberaupe auf, die entlang eines bestimmten Layouts verläuft. Das Layout bzw. der Verlauf der Kleberaupe ist dabei beispielsweise an akustischen Berechnungen ausgerichtet, wodurch eine möglichst große Dämpfung des schwingungskritischen Bereichs der Karosserie erreicht werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist das Versteifungselement zumindest einen der Karosserie zugewandten Abstandsbuckel auf, der während der Montage des Versteifungselementes an der Karosserie eine Positionierhilfe bildet und die Karosserie berührt. Der zumindest eine Abstandsbuckel erleichtert somit die Montage des Versteifungselementes an der Karosserie, wodurch Vorteile hinsichtlich der Fertigungszeit und den Fertigungskosten erzielt werden können. Insbesondere erleichtern die Abstandsbuckel auch eine maschinelles Anordnen des Versteifungselementes. In fertiggestelltem Zustand wird durch eine Volumenzunahme der Klebeverbindung ein Abheben des Versteifungselementes von der Karosserie erreicht, so dass keine unangenehmen Geräusche zwischen Abstandsbuckel und Karosserie entstehen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Klebeverbindung so ausgebildet, dass sie durch ein kathodisches Tauchlackieren der Karosserie aktivierbar ist, wobei die Klebeverbindung bei der Aktivierung außerdem eine Volumenzunahme von ca. 10 bis 20% erfahren kann. Das Versteifungselement wird somit vor dem kathodischen Tauchlackieren am schwingungskritischen Bereich der Karosserie positioniert, wobei zwischen dem Versteifungselement und der Karosserie die Klebeverbindung angeordnet ist. Je nach Fertigungsablauf kann die Klebeverbindung dabei karosserieseitig und/oder versteifungselementseitig aufgetragen werden. Durch die Aktivierung während des Tauchlackierens und die damit verbundene Volumenzunahme der Klebeverbindung wird ein Abheben des Versteifungselements von der Karosserie erreicht, wobei die Volumenzunahme so groß ist, dass zumindest einer vorzugsweise alle Abstandsbuckel von der Karosserie abheben und dadurch eine Gefahr von Kontaktgeräuschen minimiert wird. Gleichzeitig ist der Abhebegrad vorzugsweise so bemessen, dass er sich günstig auf die Schwingungsdämpfung auswirkt.
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Zweckmäßig ist das Versteifungselement als Blechformteil ausgebildet. Blechformteile lassen sich kostengünstig und in nahezu beliebiger Form herstellen und sind dadurch an konstruktive Besonderheiten des Unterbodens einfach anpassbar. Darüber hinaus kann durch entsprechende Formgebung, beispielsweise durch das Einformen von Versteifungssicken, ein geeignet steifes Element erzeugt werden, wovon sowohl die statische als auch die dynamische Karosseriesteifigkeit profitieren. Der Begriff „geeignet” bezieht sich hier auf die Art und Position von Versteifungsmaßnahmen, auch im Hinblick auf die beabsichtigte Dämpfungswirkung.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist das Versteifungselement eine an den Unterboden des Kraftfahrzeugs angepasste Form auf. Hierdurch wird eine zweite Tragebene erzeugt, welche beispielweise im Wesentlichen parallel und oberhalb zum Unterboden des Kraftfahrzeugs verläuft, gleichzeitig jedoch auf statische und/oder dynamische Besonderheiten des Unterbodens Rücksicht nimmt. Die von oben am Unterboden angeordneten Versteifungselemente bieten darüber hinaus den Vorteil, dass eine Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs nicht verringert wird und dadurch die Geländetauglichkeit des Kraftfahrzeugs unbeeinträchtigt erhalten bleibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zum Anbringen eines flächigen Versteifungselements an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs anzugeben. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 vorgeschlagen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Ansicht auf einen Unterboden eines Kraftfahrzeugs von oben mit erfindungsgemäßen Versteifungselementen,
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2a bis 2c verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Versteifungselements,
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3 einen Querschnitt in einem schwingungskritischen Bereich der Karosserie mit einem Versteifungselement, im Montagezustand des Versteifungselements,
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4 einen Querschnitt ähnlich dem in 3, jedoch in fertiggestelltem Zustand.
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Entsprechend 1 weist ein teilweise dargestellter Unterboden 1 eines im übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeuges eine Ersatzradmulde 2 sowie eine Vielzahl von eingeprägten Versteifungssicken 3 auf, welche dem Unterboden 1 eine erforderliche Steifigkeit verleihen. An bestimmten Stellen des Unterbodens 1, insbesondere an schwingungskritischen Stellen, ist zumindest ein flächiges Versteifungselement 4 fest mit Karosserie, hier dem Unterboden 1, verbunden. Dabei ist das Versteifungselement 4 bevorzugt von einer der Fahrbahn abgewandten Seite her am Unterboden 1 angeordnet und über eine dauerelastische Klebeverbindung 11 (helle Linien im Bereich des Versteifungselementes 4) mit dem schwingungskritischen flächigen Bereich der Karosserie verbunden. Die Anordnung von der der Fahrbahn abgewandten Seite her bietet dabei hinsichtlich möglicher Korrosionsprozesses erhebliche Vorteile.
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Selbstverständlich ist die Anordnung des Versteifungselementes 4 nicht auf den Unterboden 1 beschränkt, sondern kann auch in anderen schwingungskritischen Karosseriebereichen angebracht werden.
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Zur Erhöhung der Karosseriesteifigkeit sind an herkömmlichen Unterböden 1 unter anderem angeschweißte oder montierte Karosserieversteifungen angeordnet, die den Karosserierohbau gezielt an Schwachstellen versteifen. Bekannt sind hierbei beispielsweise Blechdoppler oder Hutprofile, die am Unterboden 1 hart- oder steifgeklebt oder fest verschweißt sind und im wesentlichen nur zur Versteifung dienen und dabei bauraumintensiv sind. Derartige Karosserieversteifungen sind jedoch montageaufwändig, schwer, teuer sowie bauraumintensiv. Die erfindungsgemäße Lösung schlägt daher vor, das zumindest eine flächige Versteifungselement 4 mit besonders schwingungskritischen Bereichen der Karosserie dauerelastisch zu verkleben und dadurch neben einer Versteifung der Karosserie zusätzlich eine Dämpfungswirkung auf die schwingungskritischen Bereiche zu erreichen. Hierzu sind die Versteifungselemente 4 geeignet steif ausgebildet und können zur Erhöhung der Eigensteifigkeit zusätzlich Versteifungssicken 5 aufweisen.
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Die Versteifungselemente 4 sind dabei vorzugsweise als Blechformteile ausgebildet oder aus einer Aluminium- oder Stahllegierung hergestellt. Die Ausbildung als Blechformteil bietet den Vorteil einer kostengünstigen und qualitativ hochwertigen Herstellung, wobei denkbar ist, dass das Versteifungselement 4 in einem Arbeitsgang geformt und gestanzt werden kann. Durch die Anordnung der Versteifungselemente 4 von einer Innenseite der Karosserie her, können zudem Korrosionsprozesse besser kontrolliert werden.
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Die Klebeverbindung 11, mit welcher die Versteifungselemente 4 mit der Karosserie verklebt werden, sind dabei nicht vollflächig ausgeführt, sondern weisen zumindest eine Kleberaupe 6 auf, die entlang eines vorbestimmten Layouts verläuft. Das vorbestimmte Layout kann dabei beispielsweise mittels vorangegangener akustischer Berechnungen ermittelt werden und gewährleistet eine besonders schwingungsdämpfende Anordnung des Versteifungselementes 4 an der Karosserie. Vorzugsweise ist darüber hinaus die Klebeverbindung 11 temperaturbeständig und/oder wasserbeständig. Diese Eigenschaften gewährleisten eine sichere Verbindung zwischen Versteifungselement 4 und Karosserie auch bei widrigen klimatischen Bedingungen.
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Um das Versteifungselement 4 während des Montagevorganges einfach und exakt an der Karosserie zu positionieren, weist dieses zumindest einen der Karosserie, hier dem Unterboden 1, zugewandten Abstandsbuckel 7 auf, der als Positionierhilfe dient und die Karosserie berührt (vgl. 3 und 4). Vor dem Positionieren des Versteifungselementes 4 an der Karosserie, beispielsweise am Unterboden 1, wird die Klebeverbindung 11 in Form der zumindest einen Kleberaupe 6 auf die Karosserie und/oder auf das Versteifungselement 4 aufgetragen. Zusätzlich zur Kleberaupe 6 ist das Versteifungselement 4 über zumindest zwei voneinander beabstandete Schweißpunkte 8, 8' mit der Karosserie, hier dem Unterboden 1, verschweißt (vgl. 4). Die Schweißpunkte 8 und 8' dienen dabei der Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Versteifungselement 4 und der Karosserie, die für ein anschließendes kathodisches Tauchlackieren erforderlich ist. Gleichzeitig fixieren die beiden Schweißpunkte 8, 8' das Versteifungselement 4 während dem Tauchlackieren an der Karosserie.
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Erfindungsgemäß kann die Klebeverbindung 11 durch einen aktivierbaren Schaum gebildet sein, der im aktivierten Zustand als Dämm- und Klebeschaum wirkt und der so ausgebildet ist, dass er beim kathodischen Tauchlackieren der Karosserie aktivierbar ist, wobei die Klebeverbindung 11 bei der Aktivierung eine Volumenzunahme von ca. 10 bis 20% erfährt. Die Klebeverbindung 11 wird demnach erst beim kathodischen Tauchlackieren aktiviert und entfaltet somit erst danach ihre Klebe- bzw. Dämmwirkung. Durch die Volumenzunahme während des Aktivierens der Klebeverbindung 11 erfolgt eine leichtes Abheben des Versteifungselementes 4 von der Karosserie, wodurch die zuvor die Karosserie berührenden Abstandsbuckel 7 nunmehr von der Karosserie abheben und unangenehme Klappergeräusche vermieden werden.
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In den 2a bis 2c sind unterschiedlich Beispiele für Versteifungselemente 4 gezeigt, wobei die Versteifungselemente 4 gemäß 2a und b in einem Bodenbereich 8 und das Versteifungselement 4 gemäß 2c in einem Heckwagenbereich 9 und hier über der Ersatzradmulde 2 angeordnet sind. Zur Erhöhung der Steifigkeit der Versteifungselemente 4 weisen diese Versteifungssicken 5 auf, welche darüber hinaus vorzugsweise derart angeordnet sind, dass sie mit komplementär dazu an der Karosserie angeordneten Vertiefungen oder Erhöhungen, bzw. Sicken 3 zusammenwirken und sich so eine dichte Anlage des Versteifungselementes 4 an der Karosserie ergibt. Je nach statischer Anforderung an das Versteifungselement 4, kann dieses in statisch nicht relevanten Bereiche Ausnehmungen 10 aufweisen, wodurch zusätzlich Gewicht eingespart werden kann.
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Im Folgenden soll kurz ein Verfahren zum Anbringen eines flächigen Versteifungselementes 4 an einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges erläutert werden:
Zunächst wird in einem ersten Schritt die aktivierbare Klebeverbindung 11 in Form einer Kleberaupe 6 an einem schwingungskritischen Bereich der Karosserie, beispielsweise einem Radkasten 2, auf diese(n) und/oder auf das Versteifungselement 4 entsprechend dem vorberechneten Layout aufgebracht. Danach wird das Versteifungselement 4 am schwingungskritischen Bereich der Karosserie angeordnet, wobei mehrere am Versteifungselement 4 angeordnete und zur Karosserie gerichtete Abstandsbuckel 7 das Versteifungselement 4 relativ zur Karosserie positionieren und die Anordnung erleichtern.
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Im nächsten Verfahrenschritt wird das Versteifungselement 4 an der Karosserie über zumindest zwei voneinander entfernte Schweißpunkte 8 und 8', wie in 4 gezeigt, festgeschweißt. Nach dem Festschweißen erfolgt das kathodische Tauchlackieren der Karosserie, bei welcher die Klebeverbindung 11 aktiviert wird und soviel an Volumen zunimmt, dass zumindest einer vorzugsweise alle Abstandsbuckel 7 von der Karosserie abheben. Dieser Zustand ist gemäß 4 dargestellt.
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Nach dem kathodischen Tauchlackieren der Karosserie bewirkt die aktivierte Klebeverbindung 11 sowohl die feste Fixierung des Versteifungselementes 4 an der Karosserie und damit eine den schwingungskritischen Bereich stabilisierende Aussteifung als auch die oben beschriebene schwingungsdämpfende Wirkung in diesem Bereich.
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Durch das erfindungsgemäße Anordnen des zumindest einen Versteifungselementes 4 an schwingungskritischen Bereichen der Karosserie können somit zwei Funktionen gleichzeitig erfüllt werden. Zum einen wird der schwingungskritische Bereich verstärkt und neigt daher weniger zum Schwingen und zum anderen dämpft das über die Klebeverbindung 11 angeordnete Versteifungselement 4 die trotzdem auftretenden Schwingungen. Die schwingungsdämpfende Wirkung erstreckt sich dabei sowohl in niederfrequenten als auch in höherfrequenten Bereichen.
