DE102007042277A1

DE102007042277A1 - Dachkonstruktion einer Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102007042277A1
Application number: DE102007042277A
Authority: DE
Inventors: Axel Dr.-Ing. Grüneklee; Lothar Dr.-Ing. Patberg; Kai Dipl.-Ing. Schmitz; Alfred Dipl.-Ing. Lösch; Ralf Stegmeyer
Original assignee: ThyssenKrupp Drauz Nothelfer GmbH; ThyssenKrupp Steel AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-07
Also published as: US20100259073A1; DE102007042277B4; CN101795928A; CN101795928B; WO2009030730A1; US8215708B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, bei welcher der seitliche Dachbereich (1) eine Außenhaut (2), einen äußeren Dachrahmen (3) und einen inneren Dachrahmen (4) aufweist, wobei der äußere Dachrahmen (3) unterhalb der Außenhaut (2) und der innere Dachrahmen (4) unterhalb des äußeren Dachrahmens (3) angeordnet ist und die Außenhaut (2), der äußere Dachrahmen (3) und der inne (5) aufweisen, über welchen die Außenhaut (2), der äußere und der innere Dachrahmen (3, 4) miteinander verbunden sind und welcher zur Aufnahme einer Klebeschicht (8) für ein Dachmodul mit einem Dachmodulrahmen (6) ausgebildet ist. Die Aufgabe, eine Unfall optimierte Kraftfahrzeugkarosserie vorzuschlagen, welche mit geringem Aufwand ein Abreißen des Dachmoduls verhindert, wird dadurch gelöst, dass der äußere Dachrahmen (3) der Karosserie als Verblockungselement für den Dachmodulrahmen (6) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, bei welcher der seitliche Dachbereich eine Außenhaut, einen äußeren Dachrahmen und einen inneren Dachrahmen aufweist, wobei der äußere Dachrahmen unterhalb der Außenhaut und der innere Dachrahmen unterhalb des äußeren Dachrahmens angeordnet ist und die Außenhaut, der äußere Dachrahmen und der innere Dachrahmen einen gemeinsamen Schweißflansch aufweisen, über welchen die Außenhaut, der äußere und der innere Dachrahmen miteinander verbunden sind und welcher zur Aufnahme einer Klebeschicht für ein Dachmodul mit einem Dachmodulrahmen ausgebildet ist.
Über Dachmodule werden in Kraftfahrzeugen unterschiedliche Funktionen eines Kraftfahrzeugdachs gewährleistet. Häufig ist die Karosserie des Kraftfahrzeugs für die Aufnahme von Dachmodulen spezifisch ausgebildet. Über einen Dachmodulrahmen wird die Steifigkeit des Kraftfahrzeugdachs gewährleistet, obwohl unterschiedlichste Funktionen erfüllt werden. Die Dachmodulrahmen sind meist über Klebeverbindungen mit der Karosserie verbunden, so dass die Karosserie entsprechende Klebestellen zur Verfügung stellen muss. Die Festigkeit der hier verwendeten Klebeverbindung erreicht im allgemeinen nicht die einer lasergelöteten Verbindung. Lasergelötete Verbindungen werden häufig bei konventionellen Dächern verwendet, wobei die Dachaußenhaut mit der Karosserie lasergelötet wird. Lasergelötete Dächer haben zwar keinen Dachmodulrahmen, aber meistens ein bis drei Querstreben, um die Steifigkeit zu gewährleisten. Die Karosserie muss dann zur Aufnahme der Dachquerträger ausgebildet sein. Bei geklebten Dachmodulen besteht prinzipiell die Gefahr, dass die Klebenaht des Dachmodulrahmens mit der Karosserie bricht und das Dachmodul vom Kraftfahrzeug abreißt. Ein Abreißen des Dachs ist aber zu vermeiden, da dann die Gesamtsteifigkeit der Fahrgastzelle deutlich sinkt und deren Eigenschaften bei einer Unfall bedingten Verformung sich deutlich verschlechtert. Um ein Abreißen des Dachmoduls und damit eine Verringerung der Festigkeit der Fahrgastzelle im Falle eines Unfalls zu verhindern ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 54 773 A1 bekannt, am Dachmodul ein Sicherungselement vorzusehen, in welches der seitliche Dachrahmen der Fahrzeugkarosserie im Falle eines seitlichen Aufpralls eintaucht und ein Abreißen des Dachmoduls verhindert. Das Anbinden des Sicherungselements an das Dachmodul ist aber arbeitsaufwendig. Darüber hinaus erschweren die Sicherungselemente den Einsatz eines zur Versteifung notwendigen Dachmodulrahmens. Zusätzlich wäre eine Steigerung der Flexibilität des Einsatzes der Karosserie in dem Sinne wünschenswert, dass die Karosserie unabhängig davon, ob ein Dachmodul oder ein konventionelles Dach eingesetzt werden soll, bereits bei der Bestellung des Kraftfahrzeuges feststeht. Bisher sind die Karosserien spezifisch an den Einsatz konventioneller Dächer oder Dachmodule ausgebildet, so dass erst mit Bestellung des Kraftfahrzeugs der Rohbau beginnen kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Unfall-optimierte Kraftfahrzeugkarosserie vorzuschlagen, welche mit geringem Aufwand ein Abreißen des Dachmoduls verhindert.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, dass der äußere Dachrahmen der Karosserie als Verblockungselement für den Dachmodulrahmen ausgebildet ist.
Es hat sich gezeigt, dass der äußere Dachrahmen, welcher in Verbindung mit dem inneren Dachrahmen häufig als Seitenholm bezeichnet wird, derart als Verblockungselement genutzt werden kann, so dass bei einem Aufprall eine Verblockung mit dem seitlichen Dachmodulrahmen entsteht und ein Abreißen des Dachmoduls verhindert wird. Da der äußere Dachrahmen der Fahrzeugkarosserie als Verblockungselement genutzt wird, ist ein Sicherungselement am Dachmodul nicht mehr notwendig und der Arbeitsaufwand zur Herstellung einer im Dachbereich Unfall-optimierten Fahrzeugkarosserie wird deutlich verringert. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass über die geometrische Querschnittsform des äußeren Dachrahmens das Verhalten der Karosserie im Falle eines Seitenaufpralls gezielt gesteuert werden kann.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Karosserie erstreckt sich ein Teil des äußeren Dachrahmens der Karosserie oberhalb des Schweißflansches, wobei ein zum Schweißflansch abfallender Bereich des äußeren Dachrahmens einen Winkel von mehr als 45° zur Ebene des Schweißflansches einnimmt. Diese Ausgestaltung des äußeren Dachrahmens stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, den äußeren Dachrahmen als Verblockungselement auszubilden. Im Falle eines seitlichen Aufpralls wird durch diese Ausführung verhindert, dass der äußere Dachrahmen sich am Dachmodulrahmen vorbeischiebt und die Verbindung Karosserie und Dachmodulrahmen gelöst wird. Das Abreißen des Dachmoduls wird damit verhindert.
Gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Karosserie wird das Unfallverhalten der Karosserie weiter dadurch verbessert, dass der höchste Punkt des sich oberhalb des Schweißflansches erstreckenden Teils des äußeren Dachrahmens einen Vertikalabstand zum Schweißflansch von mindestens 40% des Vertikalabstands zwischen dem höchsten Punkt der Außenhaut und dem Schweißflansch aufweist.
Die Verblockung des äußeren Dachrahmens mit dem Dachmodulträger kann dadurch verstärkt werden, dass der Winkel eines zum Schweißflansch abfallenden Bereichs des äußeren Dachrahmens mehr als 90° zur Ebene des Schweißflansches beträgt und einen Hinterschnitt mit dem Schweißflansch bildet. Hierdurch wird erreicht, dass der äußere Dachrahmen sich bei einer Deformation der Karosserie zusammen mit der Außenhaut und dem Dachmodulrahmen verkrallt, so dass eine besonders sichere Verblockung zwischen dem Dachmodulrahmen und der Karosserie erzeugt wird.
Gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Karosserie wird der sich über den Schweißflansch erstreckende Bereich des äußeren Dachrahmens durch ein zusätzliches, mit dem äußeren Dachrahmen form-, kraft- oder stoffschlüssig verbundenes Blockelement gebildet. Dieses Blockelement kann beispielsweise durch ein entsprechend angepasstes und aufgeschweißtes Blech realisiert werden. Über das zusätzliche Blockelement können insbesondere Karosserien, welche keine Sicherungsmaßnahmen für ein Dachmodul aufweisen, in Bezug auf deren Verformungseigenschaften im Falle eines Unfalls optimiert werden.
Vorzugsweise nimmt die Außenhaut einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Karosserie in einem zum Schweißflansch abfallenden Bereich einen Winkel zur Senkrechten von 1° bis 10° ein. Dieser Winkel ermöglicht, dass die Karosserie sowohl für ein Dachmodul als auch für ein lasergelötetes Dach eingesetzt werden kann. Über den Winkel wird zusätzlich gewährleistet, dass einerseits eine Kante zwischen lasergelötetem Dach und Karosserie entsteht, die ein Einlaufen des Laserlots zwischen die Kontaktfläche Dachhaut und Karosserie und ein Entgasen des Laserlots ermöglicht, so dass eine saubere Laserlotnaht entsteht. Andererseits können bei dieser Ausgestaltung der Karosserie Dachmodule einfacher während der Endmontage eingesetzt werden.
Um die geforderten Festigkeiten für den äußeren und/oder inneren Dachrahmen bei möglichst geringem Gewicht zu gewährleisten, besteht vorzugsweise der äußere und/oder innere Dachrahmen aus einem hoch- oder höchstfesten Stahl. Insbesondere eine Stahllegierung vom Typ 22MnB5 (Borstahl) weist besonders herausragende Festigkeitseigenschaften in Bezug auf die Verwendung für den äußeren und/oder inneren Dachrahmen der Fahrzeugkarosserie auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Karosserie werden die hohen Anforderungen bezüglich der Steifigkeit der Karosserie und deren Verformungsstabilität dadurch erreicht, dass die Blechdicken 0,8 bis 2 mm für den äußeren und/oder inneren Dachrahmen der Karosserie betragen. Durch die Verwendung hoch- bzw. höchstfester Stahlguten, wie beispielsweise 22MnB5, können trotz der Blechdicken hohe Verformungssteifigkeiten bei geringem Gewicht erzielt werden.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Karosserie dadurch vorteilhaft ausgestaltet werden, dass der Schweißflansch mindestens 15 mm breit ist. Diese Mindestbreite gewährleistet einerseits, dass die Außenhaut, der äußere Dachrahmen und der innere Dachrahmen im seitlichen Dachbereich der Karosserie durch ein konventionelles Punktschweißen miteinander verbunden werden kann, andererseits wird eine ausreichende Fläche zur Aufbringung der Klebeschicht für das Verkleben des Dachmoduls mit der Fahrzeugkarosserie bereitgestellt.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die erfindungsgemäße Karosserie auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachfolgenden Patentansprüche und andererseits auf die Beschreibung dreier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Karosserie in einer schematischen Schnittansicht,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel in einer schematischen Schnittansicht mit einem Hinterschnitt bildenden äußeren Dachrahmen und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Karosserie mit einem zusätzlichen Verblockungselement für den äußeren Dachrahmen in einer schematischen Schnittansicht.
1 zeigt nun in einer schematischen Schnittansicht den seitlichen Dachbereich 1 eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Karosserie. Diese weist eine Außenhaut 2, einen äußeren Dachrahmen 3 sowie einen inneren Dachrahmen 4 auf. Die Außenhaut 2, der äußere Dachrahmen 3 und der innere Dachrahmen 4 sind über einen Schweißflansch 5 miteinander verbunden. Die Außenhaut ist typischerweise ein sehr dünnes Blech mit einer Wandstärke von etwa 0,7 mm, wohingegen der äußere Dachrahmen 3 und der innere Dachrahmen 4 vorwiegend aus hoch- oder höchstfesten Werkstoffen, beispielsweise einer Stahllegierung vom Typ 22MnB5 hergestellt wird und bei Blechdicken von 0,8 mm bis 2 mm die für die Karosserie notwendige Festigkeit bereitstellt.
Der äußere Dachrahmen 3, welcher zusammen mit dem inneren Dachrahmen 4 den Seitenholm der Karosserie bilden, ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Verblockungselement ausgebildet, welcher bei einer Deformation durch eine Kraft in Pfeilrichtung, d. h. bei einem seitlichen Aufprall, mit dem Dachmodulrahmen 6 des Dachmoduls 7 verblockt.
Es gibt eine Vielzahl an Möglichkeiten den äußeren Dachrahmen 3 als Verblockungselement auszubilden, wobei insbesondere das Verformungsverhalten bzw. das Verblockungsverhalten über die geometrische Form des äußeren Dachrahmens 3 beeinflusst werden kann. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich beispielsweise ein Teil des äußeren Dachrahmens 3 oberhalb des Schweißflansches 5, insbesondere oberhalb der Klebeschicht 8, mit welchem das Dachmodul 7 über den Dachmodulrahmen an der Karosserie befestigt ist. Dieser Teil des äußeren Dachrahmens 3 weist einen zum Schweißflansch 5 abfallenden Bereich 3a auf, welcher mit dem Schweißflansch einen Winkel α von mehr als 45° einnimmt. Zusätzlich ist der Abstand des höchsten Punkts des äußeren Dachrahmens so gewählt, dass der Vertikalabstand zum Schweißflansch 5 mehr als 40% des Vertikalabstands zwischen dem höchsten Punkt der Außenhaut und dem Schweißflansch beträgt, so dass die Verblockung des äußeren Dachrahmens 3 mit dem Dachmodulrahmen 6 besonders gut abgesichert wird.
Um ein möglichst flexiblen Einsatz der Fahrzeugkarosserie zu gewährleisten kann der Winkel β zwischen der Außenhaut im seitlichen Dachbereich der Karosserie in einem zum Schweißflansch 5 abfallenden Bereich 2a 1° bis 10° zur Senkrechten betragen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel β 2° bis 8°. Um ein Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit in den Zwischenbereich zwischen seitlichem Dachbereich der Karosserie 1 und dem Dachmodulrahmen zu verhindern, ist eine Dichtung 9 gegebenenfalls in Verbindung mit einer Dichtmasse vorgesehen, welche zwischen der Außenhaut 2 und der Außenhaut des Dachmoduls 7 angebracht ist.
In 2 ist nun ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Karosserie eines Kraftfahrzeugs dargestellt, welche im seitlichen Dachbereich einen äußeren Dachrahmen 3 aufweist, welcher im zum Schweißflansch 5 abfallenden Bereich 3a einen Winkel von mehr als 90° zur Ebene des Schweißflansches einnimmt und einen Hinterschnitt zum Schweißflansch bildet. Dieser Hinterschnitt gewährleistet, wie bereits ausgeführt, eine weitere Absicherung der Verblockung des Dachmodulrahmens durch Verkrallen des äußeren Dachrahmens 3 mit dem Dachmodulrahmen 6 im Falle einer Deformation aufgrund eines Unfalls.
Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Karosserie weist entgegen dem bisher dargestellten Ausführungsbeispiel ein zusätzliches Verblockungselement 10 auf, welches die Verblockung bei der Deformation im Falle eines Unfalls bzw. eines seitlichen Aufpralls des seitlichen Dachbereichs mit dem Dachmodulrahmen 6 gewährleistet und ein Abreißen des Dachmoduls hierdurch wirkungsvoll verhindert wird. Über die geometrische Form des Verblockungselementes 10 kann sehr einfach auf die Verformungseigenschaften der Karosserie Einfluss genommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10254773 A1 [0002]

Claims

Karosserie eines Kraftfahrzeuges, bei welcher der seitliche Dachbereich (1) eine Außenhaut (2), einen äußeren Dachrahmen (3) und einen inneren Dachrahmen (4) aufweist, wobei der äußere Dachrahmen (3) unterhalb der Außenhaut (2) und der innere Dachrahmen (4) unterhalb des äußeren Dachrahmens (3) angeordnet ist und die Außenhaut (2), der äußere Dachrahmen (3) und der innere Dachrahmen (4) einen gemeinsamen Schweißflansch (5) aufweisen, über welchen die Außenhaut (2), der äußere und der innere Dachrahmen (3, 4) miteinander verbunden sind und welcher zur Aufnahme einer Klebeschicht (8) für ein Dachmodul mit einem Dachmodulrahmen (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Dachrahmen (3) der Karosserie als Verblockungselement für den Dachmodulrahmen (6) ausgebildet ist.
Karosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des äußeren Dachrahmens (3) der Karosserie sich oberhalb des Schweißflanschs (5) erstreckt, wobei ein zum Schweißflansch (5) abfallender Bereich (3a) des äußeren Dachrahmens einen Winkel von mehr als 45° zur Ebene des Schweißflansches (5) einnimmt.
Karosserie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der höchste Punkt (3b) des sich oberhalb des Schweißflansches erstreckende Teils des äußeren Dachrahmens (3) der Karosserie einen Vertikalabstand zum Schweißflansch (5) von mindestens 40% des Vertikalabstands zwischen dem höchsten Punkt der Außenhaut (2) und dem Schweißflansch (5) aufweist.
Karosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel eines zum Schweißflansch (5) abfallenden Bereichs (3a) des äußeren Dachrahmens (3) mehr als 90° zur Ebene des Schweißflansches (5) beträgt und einen Hinterschnitt mit dem Schweißflansch (5) bildet.
Karosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sich über den Schweißflansch (5) erstreckende Bereich des äußeren Dachrahmens (3) durch ein zusätzliches, mit dem äußeren Dachrahmen (3) form-, kraft- oder stoffschlüssig verbundenes Blockelement (10) gebildet wird.
Karosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut (2) im seitlichen Dachbereich (1) der Karosserie in einem zum Schweißflansch (5) abfallenden Bereich einen Winkel zur Senkrechten von 1° bis 10° einnimmt.
Karosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere und/oder innere Dachrahmen (3, 4) aus einem hoch- oder höchstfesten Stahl besteht.
Karosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechdicken des äußeren und/oder inneren Dachrahmens (3, 4) 0,8 mm bis 2 mm betragen.
Karosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißflansch (5) mindestens 15 mm breit ist.