DE102013020866A1

DE102013020866A1 - Kraftfahrzeugdach und Fertigungsverfahren

Info

Publication number: DE102013020866A1
Application number: DE201310020866
Authority: DE
Inventors: Steffen Reichmann; Joachim Herre; Thomas Löffler
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-07-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Kraftfahrzeugdach (10), das eine Dachhaut (1) aus einem Aluminiumbasiswerkstoff mit einer Dachöffnung (11) aufweist. Die Dachöffnung (11) ist von einem Verstärkungsrahmen (2) aus einem Aluminiumbasiswerkstoff umgeben, der die Dachhaut (1) an den Rändern der Dachöffnung (11) überlappt und mit ihr über viele Schweißpunkte (6) verbunden ist. Ferner wird ein Fertigungsverfahren für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugdach (10) offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugdach und ein Fertigungsverfahren für das Kraftfahrzeugdach.
Kraftfahrzeugdächer haben häufig großflächige Dacheinsätze wie Schiebe-Hebe-Einsätze und/oder verglaste Dachbereiche, wobei bei der Fertigung solcher Dächer ein Teil der Dachhaut entfernt werden muss. Da die Dachhaut jedoch ganz erheblich zur Gesamtsteifigkeit des Fahrzeugs beiträgt und die Dachhaut das Gewicht der Einsätze nicht ohne sichtbare Deformation tragen kann, muss die entstehende Öffnung verstärkt werden, was auch zur Anpassung des NVH-Verhaltens des Fahrzeugs wichtig ist. Bei Dächern aus Stahl ist der Einbau von Verstärkungsträgern und zusätzlich oder alternativ Verstärkungsrahmen ohne Einschränkungen möglich und erprobt. Bei Dächern aus Leichtmetall, etwa einer Aluminiumlegierung, treten beim Fügen solcher Verstärkungsrahmen an die Dachhaut mittels Durchsetzfügen und/oder Stanznieten jedoch vergleichsweise große Verformungen auf, die zu einem großen Nacharbeitsaufwand und verringerter Kundenakzeptanz führen können.
Ein Trägerrahmen für ein Dachsystem ist aus der DE 10 2005 047 390 B4 bekannt. Der Trägerrahmen dort hat jeweils zwei Längs- und zwei Querelemente, die zusammen den Rahmen bilden, wobei die Längs- und Querelemente jeweils zumindest drei Abschnitte haben, in denen sie aus unterschiedlichen Werkstoffen bzw. Werkstoffkombinationen bestehen. An ihren Verbindungsstellen überlappen sich die Bereiche und haben in dem Überlappbereich jeweils mehrere Verbindungsöffnungen, mittels denen die Bereiche miteinander durchsetzgefügt sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes verstärktes Kraftfahrzeugdach zu schaffen, das aus einem Leichtmetall besteht und das mit einem verringerten Nacharbeitsaufwand herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeugdach mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und mit einem Fertigungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen ausgeführt.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugdach weist in einer ersten Ausführungsform eine Dachhaut aus einem Aluminiumbasiswerkstoff mit einer Dachöffnung auf. Die Dachöffnung ist von einem Verstärkungsrahmen aus einem Aluminiumbasiswerkstoff umgeben, der die Dachhaut an den Rändern der Dachöffnung überlappt und mit der Dachhaut über eine Vielzahl von Schweißpunkten verbunden ist.
Beim Punktschweißen wird stets nur die zum lokalen Aufschmelzen der beteiligten Fügepartner notwendige Wärmemenge in einem sehr kurzen Zeitintervall in die Fügezone eingebracht, wodurch auch Werkstoffe mit einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit, zu denen auch Aluminium zählt, ohne nennenswerten thermischen Verzug gefügt werden können. Punktschweißen an sich ist ein etabliertes Fertigungsverfahren, das mit Industrierobotertechnik gut automatisierbar ist.
Das erfindungsgemäße Dach zeichnet sich gegenüber bekannten verstärkten Stahldächern durch ein geringes Gewicht aus und hat gegenüber durchsetzgefügten oder genieteten verstärkten Leichtmetalldächern eine verbesserte Formtreue.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Kraftfahrzeugdach ein Schiebe- oder Schiebe-Hebedach sein, wobei die Dachöffnung dazu ausgebildet ist, einen Schiebe-Dacheinsatz oder Schiebe-Hebedacheinsatz aufzunehmen. Neben den genannten Dacheinsätzen kann die Dachöffnung auch einen Faltdacheinsatz oder Glasdacheinsatz aufzunehmen.
In einer noch weiteren Ausführungsform kann mit einem vorderen und/oder hinteren Querholm des Verstärkungsrahmens ein Verstärkungsquerträger durch eine Vielzahl Schweißpunkte, Nieten und/oder Durchsetzfügepunkte verbunden sein. Die genannten Fügearten beschränken die Erfindung jedoch nicht, vielmehr können auch andere nichtgenannte Fügeverfahren zum Einsatz kommen, wenn erkannt wird, dass der Verstärkungsrahmen und der Verstärkungsquerträger nur eine geringe Neigung zu thermischem Verzug haben. Der Verstärkungsquerträger stellt die notwendige Steifigkeit auf Höhe des Daches bereit, was unter Anderem bei einem Seitencrash wichtig ist.
Darüber hinaus kann mit einem linken und/oder rechten Längsholm des Verstärkungsrahmens ein Verstärkungslängsträger verbunden sein, der sich bevorzugt um einen Eckbereich des Verstärkungsrahmens herum bis zu einem der Querholme des Verstärkungsrahmens erstreckt. Der Verstärkungslängsträger ist mit dem jeweiligen Längsholm des Verstärkungsrahmens, bevorzugt auch mit dem Eckbereich, durch eine Vielzahl Schweißpunkte, Nieten und/oder Durchsetzfügepunkte verbunden.
Ferner kann der Verstärkungslängsträger eine oder mehrere in Querrichtung abstehende Zunge(n) oder Lasche(n) aufweisen, die auf der Dachhaut anliegt/anliegen. Über die Zunge(n) oder Lasche(n) kann der Verstärkungsrahmen auf einer größeren Auflagefläche mit der Dachhaut verbunden werden, was zu einer besseren Krafteinleitung beiträgt. Zudem helfen die Zunge(n) oder Lasche(n) beim Einsetzen des Verstärkungsrahmens in die Dachöffnung, da sie einen Tiefenanschlag bereitstellen.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann in einem oder mehreren der Eckbereiche des Verstärkungsrahmens ein Verstärkungsbauteil angeordnet sein, das mit dem Verstärkungslängsträger und/oder dem Verstärkungsquerträger und dem Verstärkungsrahmen durch eine Vielzahl Schweißpunkte, Nieten und/oder Durchsetzfügepunkte verbunden ist. Es ist dabei vorgesehen, dass alle „Lagen”, die in dem Eckbereich zusammentreffen und sich überlappen miteinander verbunden sind, wobei neben den genannten Fügearten bei geringer Verzugsneigung der Bauteile auch noch andere Fügearten anwendbar sind.
Die Schweißpunkte, mit denen der Verstärkungsrahmen mit der Dachhaut verbunden ist, können in Umfangsrichtung der Dachöffnung in vorbestimmten Abständen vorliegen, wobei die Abstände nicht gleichmäßig sein müssen, sondern vielmehr an die lokale Belastung angepasst werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann der Verstärkungslängsträger, der Verstärkungsquerträger und/oder das Verstärkungsbauteil eine kraftflussgerechte Verrippung und/oder Versickung aufweisen. Hierbei können der Verstärkungsquerträger und der Verstärkungslängsträger etwa im Wesentlichen parallel zu ihrer Längsachse verrippt oder versickt sein.
Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugdach umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen der Dachhaut und des Verstärkungsrahmens,
b) Einsetzen des Verstärkungsrahmens in den Dachöffnung der Dachhaut, sodass der Verstärkungsrahmen einen Rand der Dachöffnung überlappt,
c) durch Punktschweißen Verbinden des Verstärkungsrahmens mit der Dachhaut an einer Vielzahl vorbestimmter Schweißpunkte.

Das Verfahren ist gut automatisierbar und kann mittels gängiger Punktschweißtechnik ausgeführt werden, wobei bei der Bestimmung der Schweißparameter, beispielsweise Stromstärkeverläufe, Schutzgastyp, Gasvolumenströme etc., Erfahrungen aus dem Bau von Aluminiumkarosserien verwendet werden können.
In einer anderen Ausführungsform kann nach dem Schritt a) der Schritt a') Bereitstellen zumindest eines Verstärkungslängsträgers und Verbinden mit zumindest einem Längsholm des Verstärkungsrahmens, zur Anlage Bringen der Zunge oder Lasche des Verstärkungslängsträgers mit der Dachhaut ausgeführt werden.
Die Zunge oder Lasche dient dabei quasi als Tiefenanschlag beim Einsetzen des Verstärkungsrahmens in die Dachöffnung. Hierdurch wird eine Fehlerquelle bei der Montage beseitigt, da der Monteur nicht auf die korrekte Tiefenpositionierung achten muss.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitende Figur dargelegt.
Der Bezug auf die Figur in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figur ist lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigt die einzige Figur eine Explosionsansicht des Kraftfahrzeugdachs.
In der Figur ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugdach 10 in einer Explosionsansicht dargestellt. Die Dachhaut 1 hat eine Dachöffnung 11, die dazu vorgesehen ist, einen Dacheinsatz, etwa ein Schiebe-Dacheinsatz, Schiebe-Hebe-Dachensatz oder Faltdacheinsatz oder Glasdacheinsatz aufzunehmen und besteht aus Aluminium oder einer Aluminium basislegierung.
Die Dachöffnung 11 ist von einem Verstärkungsrahmen 2 umgeben, der auch aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und die Dachhaut 1 im Randbereich der Dachöffnung 11 überlappt. Der Verstärkungsrahmen 2 ist an den Schweißpunkten 6 mit der Dachhaut 1 verschweißt. Hierdurch tritt in der Dachhaut 1 und dem Verstärkungsrahmen 2 bei der Fertigung weniger Verzug auf als bei Verwendung bisher üblicher Fertigungsverfahren wie Stanznieten oder Durchsetzfügen auf.
Die weiteren dargestellten Bauteile sind zwei Verstärkungslängsträger 3 und ein Verstärkungsquerträger 4 und das Verstärkungsbauteil 5; sie sind ihrerseits jeweils kraftleitend mit dem Verstärkungsrahmen 2 verbunden, um in ausgewählten Bereichen eine kraftflussgerecht dimensionierte Versteifung des Verstärkungsrahmens 2 zur Einhaltung vorbestimmter Vorgaben hinsichtlich NVH und Crashsicherheit zu erreichen. Die Verstärkungslängsträger 3 sind jeweils an den Anbindungspunkten 7 mit dem rechten Längsholm 23 und dem linken 24 Längsholm des Verstärkungsrahmens 2 verbunden, wobei bei hoher Verzugsneigung des Verstärkungsrahmens 2 bzw. des Verstärkungslängsträgers 3 auch bei dieser Verbindung Punktschweißen zum Einsatz kommen kann. Die Verstärkungslängsträger 3 erstrecken sich jeweils um einen Eckbereich E des Verstärkungsrahmens 2 herum bis zu dem hinteren Querholm 22 des Verstärkungsrahmens 2. Die Verstärkungslängsträger 3 haben jeweils in Querrichtung Q abstehende Zungen oder Laschen 3', die an einer Oberfläche der Dachhaut 1 anliegen und die bei der Fertigung dem Monteur helfen, die korrekte Tiefenpositionierung des Verstärkungsrahmens 3 in der Dachöffnung 11 zu finden und die die Kraftübertragung von der Dachhaut 1 auf den Verstärkungsrahmen 3 verbessern. Mit dem hinteren Querholm 22 des Verstärkungsrahmens 2 ist ein Verstärkungsquerträger 4 kraftleitend verbunden; wie auch bei dem Verstärkungslängsträger 3 kann hierbei je nach Verzugsneigung Punktschweißen oder eine andere Fügetechnik eingesetzt werden. Der Verstärkungsquerträger 4 trägt wesentlich dazu bei, das Dach 10 auszusteifen, um vorteilhafte Crasheigenschaften und eine hohe Tragfähigkeit des Daches zu erreichen. In einer nicht figurativ gezeigten Ausführungsform kann zusätzlich an dem vorderen Querholm 21 des Verstärkungsrahmens 2 ein Verstärkungsquerträger 4 angeordnet sein.
Der Verstärkungslängsträger 3 und der Verstärkungsquerträger 4 sind in dem Eckbereich E ferner untereinander über das Verstärkungsbauteil 5 kraftleitend verbunden. Hierdurch wird nicht nur eine erhöhte Steifigkeit in Längs- und Querrichtung, sondern auch eine verbesserte Torsionssteifigkeit des Daches erreicht.
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 102005047390 B4 [0003]

Claims

Kraftfahrzeugdach (10), das eine Dachhaut (1) aus einem Aluminiumbasiswerkstoff mit einer Dachöffnung (11) aufweist, wobei die Dachöffnung (11) von einem Verstärkungsrahmen (2) aus einem Aluminiumbasiswerkstoff umgeben ist, der die Dachhaut (1) an den Rändern der Dachöffnung (11) überlappt und mit der Dachhaut (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsrahmen (2) über eine Vielzahl von Schweißpunkten (6) mit der Dachhaut (1) verbunden ist.
Kraftfahrzeugdach (10) nach Anspruch 1, wobei das Kraftfahrzeugdach (10) ein Schiebe- oder Schiebe-Hebe-Dach ist und die Dachöffnung (11) dazu ausgebildet ist, einen Schiebe-Dacheinsatz oder Schiebe-Hebe-Dacheinsatz aufzunehmen.
Kraftfahrzeugdach (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem vorderen (21) und/oder einem hinteren (22) Querholm des Verstärkungsrahmens (2) ein Verstärkungsquerträger (4) durch eine Vielzahl Schweißpunkte (6), Nieten und/oder Durchsetzfügepunkte verbunden ist.
Kraftfahrzeugdach (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem linken (24) und/oder rechten (23) Längsholm des Verstärkungsrahmens (2) ein Verstärkungslängsträger (3) verbunden ist, der sich bevorzugt um einen Eckbereich (E) des Verstärkungsrahmens (2) herum bis zu einem der Querholme (21, 22) des Verstärkungsrahmens (2) erstreckt, und wobei der Verstärkungslängsträger (3) zumindest mit dem jeweiligen Längsholm (23, 24) des Verstärkungsrahmens (2), bevorzugt auch mit dem Eckbereich (E) durch eine Vielzahl Schweißpunkte (6), Nieten und/oder Durchsetzfügepunkte verbunden ist.
Kraftfahrzeugdach (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungslängsträger (3) zumindest eine in Querrichtung (Q) abstehende Zunge oder Lasche (3') aufweist, die auf der Dachhaut (1) anliegt.
Kraftfahrzeugdach (10) nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Eckbereich (E) des Verstärkungsrahmens (2) ein Verstärkungsbauteil (5) vorliegt, das mit dem Verstärkungslängsträger (3) und/oder dem Verstärkungsquerträger (4) und dem Verstärkungsrahmen (2) durch eine Vielzahl Schweißpunkte (6), Nieten und/oder Durchsetzfügepunkte verbunden ist.
Kraftfahrzeugdach (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißpunkte (6), mit denen der Verstärkungsrahmen (2) mit der Dachhaut (1) verbunden ist, in Umfangsrichtung (U) der Dachöffnung (11) in vorbestimmten Abständen vorliegen.
Kraftfahrzeugdach (10) nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungslängsträger (3), der Verstärkungsquerträger (4) und/oder das Verstärkungsbauteil (5) eine kraftflussgerechte Verrippung und/oder Versickung aufweisen.
Fertigungsverfahren für ein Kraftfahrzeugdach (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen der Dachhaut (1) und des Verstärkungsrahmens (2), b) Einsetzen des Verstärkungsrahmens (2) in die Dachöffnung (11) der Dachhaut (1), sodass der Verstärkungsrahmen (2) einen Rand der Dachöffnung (11) überlappt, c) durch Punktschweißen Verbinden des Verstärkungsrahmens (2) mit der Dachhaut an vorbestimmten Schweißpunkten (6).
Fertigungsverfahren nach Anspruch 9, wobei nach dem Schritt a) der Schritt a') Bereitstellen zumindest eines Verstärkungslängsträgers (3) und Verbinden mit zumindest einem Längsholm (23, 24) des Verstärkungsrahmens (2), zur Anlage Bringen der Zunge oder Lasche (3') des Verstärkungslängsträgers (3) mit der Dachhaut (1) ausgeführt wird.