DE102015000866A1

DE102015000866A1 - Dachplatte für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015000866A1
Application number: DE102015000866.8A
Authority: DE
Inventors: Udo Mildner; Lothar Teske
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-01-24
Filing date: 2015-01-24
Publication date: 2016-07-28
Also published as: GB201521209D0; CN105818865A; US9834253B2; US20160214651A1; GB2534671A

Abstract

Eine Dachplatte für die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs umfasst einen plattenförmigen Kunststoffkörper und einen entlang eines Randes (2, 3, 4) des Kunststoffkörpers endlos umlaufenden metallischen Rahmen (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dachplatte, insbesondere für die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs.
In dem Bemühen, das Gewicht und über dieses auch den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen zu senken, ist bereits für diverse herkömmlicherweise aus Metall gefertigte Bauteile einer Kraftfahrzeugkarosserie vorgeschlagen worden, diese aus Kunststoff zu fertigen. Ein Vorschlag für eine Dachplatte, die großenteils aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist, ist zum Beispiel aus DE 10 2008 032 334 A1 bekannt. Diese im Schnitt zumindest in Fahrzeugquerrichtung im Wesentlichen ebene Dachplatte ist entlang ihrer seitlichen Kanten von horizontalen Flanschen zweier flankierender Dachlängsträger unterstützt und an den Flanschen sowie an seitlichen Flanken der Dachlängsträger durch Klebstoffraupen fixiert.
Da Kunststoffe im Allgemeinen eine erheblich stärkere thermische Ausdehnung aufweisen als Metalle, unterscheidet sich das Ausdehnungsverhalten dieser herkömmlichen Dachplatte deutlich von dem der metallischen Längsträger, an denen sie befestigt ist. Es treten daher an den Klebstoffraupen erhebliche Kompressions- und Scherkräfte auf, die im Laufe der Zeit zum Aufreißen der Klebverbindung führen können.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Dachplatte für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei der, obwohl sie weitgehend aus Kunststoff besteht, die Gefahr des Aufreißens einer Klebverbindung zu einer weitgehend metallischen Karosserie minimiert ist.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst, indem die Dachplatte einen plattenförmigen Kunststoffkörper und einen entlang eines Randes des Kunststoffkörpers endlos umlaufenden metallischen Rahmen umfasst. Dieser Rahmen behindert die thermische Ausdehnung des Kunststoffkörpers bei hoher Temperatur, so dass die Ausdehnung der gesamten Dachplatte im Wesentlichen der einer metallischen Dachplatte entspricht. Aufgrund seiner endlos umlaufenden Struktur kann der Rahmen erhebliche Kräfte des Kunststoffkörpers aufnehmen.
Der Rahmen kann durch Einbettung in den Kunststoffkörper vor Beschädigung geschützt sein, außerdem erleichtert es das Verkleben der Dachplatte an umgebenden Trägern der Karosserie, wenn der Rahmen nicht freiliegt und die mit dem Klebstoff in Kontakt kommende Oberfläche der Dachplatte einheitlich aus Kunststoff besteht.
Der Rahmen kann durch einen Draht gebildet sein, der vorzugsweise einen kantenlosen Querschnitt aufweisen sollte, um eine lokale Konzentration der zwischen Kunststoffkörper und Rahmen auftretenden Spannungskräfte und eine eventuell daraus resultierende Schädigung des Kunststoffkörpers zu vermeiden.
Der Kunststoffkörper kann insbesondere zwei übereinanderliegend aneinander befestigte Komponenten umfassen, zwischen denen der Rahmen eingelegt ist. Bei diesen Komponenten kann es sich z. B. um plattenförmige Zuschnitte handeln; eine der Komponenten kann aber auch durch entlang des Randes des Kunststoffkörpers umlaufende Stege gebildet sein, die eine den Rahmen aufnehmende Nut aufweisen.
Um eine hohe Belastbarkeit der Dachplatte zu gewährleisten, können eine oder mehrere der Komponenten aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
Um einer Deformation des Rahmens unter der Einwirkung einer thermischen Spannung entgegen zu wirken, können Verbindungsdrähte eine Öffnung des Rahmens kreuzen und an ihren zwei Enden an dem Rahmen befestigt sein.
Wie der Rahmen selber sind auch die Verbindungsdrähte vorzugsweise zwischen die Komponenten, insbesondere zwischen zwei plattenförmige Zuschnitte eingelegt.
Die Verbindungsdrähte können ein Geflecht oder ein Gitter bilden, das vorzugsweise die Öffnung des Rahmens gleichmäßig ausfüllt.
Wenn an Kreuzungspunkten des Geflechts oder Gitters die sich kreuzenden Drähte aneinander befestigt sind, kann ein großer Teil der bei Erwärmung der Dachplatte auftretenden Spannung bereits vom Gitter aufgenommen und der Rahmen auf diese Weise entlastet werden.
Um den zur Befestigung an der Fahrzeugkarosserie dienenden Klebstoff aufzunehmen, kann eine Klebstoffnut sich entlang wenigstens eines Teils des Randes der Dachplatte erstrecken.
Eine Klebstoffnut mit geeignetem, sowohl nach unten als auch jeweils zum Rand der Dachplatte hin offenen Querschnitt kann auf zweckmäßige Weise erhalten werden, wenn eine untere der oben erwähnten übereinanderliegend aneinander befestigten Komponenten eine kleinere Kantenlänge als die obere Komponente hat.
Um die Belastbarkeit der Dachplatte zu verbessern, kann sie durch sich in Querrichtung erstreckende Rippen verstärkt sein. Diese Rippen können im Laufe der Fertigung der Dachplatte als separates Bauteil an den plattenförmigen Kunststoffkörper angefügt werden.
Zweckmäßigerweise können jeweils mehrere dieser Rippen in einem Querspriegel von kammartigem Querschnitt einteilig verbunden sein.
Des weiteren kann die Fertigung der Dachplatte dadurch effektiviert werden, dass die Rippen Sprossen eines leiterförmigen Bauelements bilden, dessen Holme sich entlang seitlicher Kanten der Dachplatte erstrecken. Auch die Holme können zur Begrenzung der Klebstoffnut dienen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Dachplatte von oben;
2 eine Ansicht der Dachplatte von unten;
3 eine auseinandergezogene Ansicht von Komponenten, aus denen die Dachplatte zusammengefügt ist;
4 Schritte der Fertigung der Dachplatte;
5 einen Querschnitt durch einen seitlichen Randbereich der Dachplatte;
6 einen Querschnitt durch einen vorderen Randbereich der Dachplatte und einen Dachquerträger einer Fahrzeugkarosserie, an dem die Dachplatte montiert ist; und
7 einen Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung durch einen zentralen Bereich der Dachplatte.
1 zeigt die erfindungsgemäße Dachplatte 1 in einer Ansicht von oben. Der Rand der Dachplatte 1 umfasst eine in Bezug auf die Einbaulage der Dachplatte in einem Fahrzeug vordere Kante 2, die vorgesehen ist, um an die Oberkante einer Frontscheibe anzugrenzen, eine Hinterkante 3, die an eine Heckscheibe angrenzen kann oder, wie im hier gezeigten Fall, leicht ausgeschnitten ist, um die Oberkante einer Heckklappe aufzunehmen, sowie Längskanten 4. Die Oberseite der Dachplatte 1 ist sowohl in Längs- als auch in Querrichtung leicht konvex gewölbt. Die Wölbung begrenzt den Druck, den die Dachplatte 1 bei Erwärmung entlang ihres Randes auf benachbarte Bauteile des Fahrzeugs ausüben kann. An der in 2 sichtbaren Unterseite der Dachplatte 2 erstrecken sich nach unten vorspringende Stege 5, 6 entlang der Kanten 2, 3, 4. Gruppen von Rippen 7 verlaufen quer über die Unterseite der Dachplatte 1, von einer Längskante 4 zur anderen.
3 zeigt Komponenten, aus denen die Dachplatte 1 schichtweise zusammengesetzt ist. Zu diesen Komponenten gehört, von oben nach unten, ein oberer Zuschnitt 8 aus einem faserverstärkten Kunststoff, eine durchbrochene Metallstruktur 9, ein unterer Zuschnitt 10 aus faserverstärktem Kunststoff, sowie ein leiterförmiges Bauelement 11, bei dem zwei Holme der Leiterstruktur durch die in Längsrichtung orientierten Stege 6 gebildet sind und die Stege 5 und die Rippen 7 ähnlich den Sprossen einer Leiter die Stege 6 miteinander verbinden.
Die Metallstruktur 9 umfasst einen Rahmen 12, hier durch einen endlos umlaufenden kräftigen Draht mit kreisrundem Querschnitt gebildet ist, sowie ein Geflecht oder Gitter 13 aus dünneren Drähten 14, deren Enden jeweils am Rahmen 12 durch Punktschweißung oder dergleichen befestigt sind. Bei dem in 3 gezeigten Geflecht 13 erstrecken sich die Drähte 14 jeweils geradlinig und kreuzen einander im rechten Winkel. An den Kreuzungspunkten können die Drähte 14 aneinander befestigt sein, zum Beispiel durch Schweißung, Lötung oder gegenseitiges Umschlingen.
Die Komponenten 8 bis 11 werden zur fertigen Dachplatte 1 verbunden, indem, wie in 4a) bis f) gezeigt, zunächst der Zuschnitt 8, dann die Metallstruktur 9, der Zuschnitt 10 und das Bauelement 11 in ein Formwerkzeug-Unterteil 15 eingelegt, und zwischen dem Unterteil 15 und einem Oberteil 16 aneinander gepresst und erhitzt werden, um die Kunststoffmatrix der Zuschnitte 8, 10 zu erweichen und in den Zwischenräumen zwischen den Drähten des Geflechts 13 miteinander zum Verschmelzen zu bringen. Wenn auf diese Weise eine innige Verbindung der Kunststoffanteile der Zuschnitte 8, 10 und des leiterförmigen Bauelements 11 erreicht ist, werden die Teile 15, 16 des Formwerkzeugs wieder voneinander getrennt, und die fertige Dachplatte 1 kann entnommen werden.
5 zeigt die auf diese Weise erhaltene Struktur der Dachplatte 1 anhand eines Schnitts in Fahrzeugquerrichtung durch eine Längskante 4. In 4 sind Grenzlinien zwischen den Zuschnitten 8, 10 und dem Bauelement 11 eingezeichnet, um die Herkunft des Kunststoffmaterials der Dachplatte 1 aus diesen verschiedenen ursprünglichen Komponenten deutlich zu machen; in der Praxis sollte die Verschmelzung der Komponenten 8, 10, 11 zweckmäßigerweise so innig sein, dass eine solche Grenzlinie in einem realen Schnitt nicht mehr eindeutig auszumachen ist.
Entlang der Kante 4 erstreckt sich eine nach unten und zur Seite offene Klebstoffnut 17, die vorgesehen ist, um eine Klebstoffraupe zur Befestigung der Dachplatte 1 an einen (nicht dargestellten) Längsträger aufzunehmen, der sich in an sich bekannter Weise über einer Tür des Fahrzeugs erstreckt und die Spitzen von A-, B- und C-Säulen verbindet. Ein sich oberhalb der Klebstoffnut 17 erstreckender Randsteg 18 der Dachplatte 1 ist hier ausschließlich durch den ursprünglichen oberen Zuschnitt 8 gebildet. Eine die Klebstoffnut 17 zur Fahrzeugmitte hin begrenzende seitliche Flanke 19 entstammt einem der seitlichen Stege 6 des leiterförmigen Bauelements 11. Der kräftige Draht des Rahmens 12 ist von oben in den Steg 6 eingepresst; der Steg 6 kann zu diesem Zweck von Anfang an mit einer nach oben offenen Nut versehen sein.
Der Zuschnitt 10 ist hier so bemessen, dass sein Rand jeweils den Rahmen 12 von innen berührt. Denkbar wäre auch, wie in 5 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet, den Zuschnitt 10 so zu dimensionieren, dass er zusammen mit dem Rahmen 12 in die Nut des Steges 6 hineingedrückt wird und sich bis zur Flanke 19 erstreckt.
Unter dem Druck des Formwerkzeugs sind die Rippen 7 an ihrer Oberseite mit dem Zuschnitt 10 verschmolzen, und beide Zuschnitte 8, 10 sind jeweils in Zwischenräume 20 zwischen den Drähten 14 des Geflechts 13 eingepresst und dort innig miteinander verschmolzen.
Der Aufbau der Dachplatte 1 an Vorder- und Hinterkante 2, 3 ist ähnlich dem der Längskanten 4, wie in 6 für die Vorderkante 2 gezeigt. Der Rahmen 12 ist hier in einer Nut an der Oberseite des Querstegs 5 eingepresst, und der Quersteg 5 ist seinerseits innerhalb und außerhalb des Rahmens 12 mit den Zuschnitten 8, 10 verschmolzen. Ein stählerner Querträger 21 der Fahrzeugkarosserie, der sich zwischen den oberen Enden von zwei (nicht dargestellten) A-Säulen erstreckt, unterstützt über eine Klebstoffraupe 22 die Vorderkante 2 der Dachplatte 1 sowie eine Oberkante der Frontscheibe 23.
7 zeigt einen Schnitt in Karosserielängsrichtung durch einen zentralen Bereich der Dachplatte 1. Die Schnittebene verläuft quer zu einer Gruppe der Rippen 7. Die Rippen 7 bilden die Zähne des kammförmigen Querschnitts eines Spriegels 24 aus faserverstärktem Kunststoff, der seinerseits eine Leitersprosse in dem leiterförmigen Bauelement 11 bildet. Ein Rückenabschnitt 25 des kammförmigen Querschnitts ist entlang einer gestrichelten Linie mit dem Zuschnitt 10 verschmolzen. Die neutrale Faser der Dachplatte 1 verläuft im Wesentlichen entlang der Drähte 14, zwischen den Zuschnitten 8, 10. Die weit von der neutralen Faser entfernten Rippen 7 tragen daher erheblich zur Biegesteifigkeit der Dachplatte 1 bei.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Bezugszeichenliste

1: Dachplatte
2: vordere Kante
3: Hinterkante
4: Längskante
5: Steg
6: Steg
7: Rippe
8: oberer Zuschnitt
9: Metallstruktur
10: unterer Zuschnitt
11: leiterförmiges Bauelement
12: Rahmen
13: Geflecht
14: Draht
15: Formwerkzeug-Unterteil
16: Formwerkzeug-Oberteil
17: Klebstoffnut
18: Randsteg
19: Flanke
20: Zwischenraum
21: Querträger
22: Klebstoffraupe
23: Frontscheibe
24: Spriegel
25: Rückenabschnitt

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 102008032334 A1 [0002]

Claims

Dachplatte für die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs mit einem plattenförmigen Kunststoffkörper und einem entlang eines Randes (2, 3, 4) des Kunststoffkörpers endlos umlaufenden metallischen Rahmen (12).
Dachplatte nach Anspruch 1, bei der der Rahmen (12) in den Kunststoffkörper eingebettet ist.
Dachplatte nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Rahmen durch einen Draht mit kantenlosem Querschnitt gebildet ist.
Dachplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kunststoffkörper wenigstens zwei übereinanderliegend aneinander befestigte Komponenten (8, 10, 11) umfasst, zwischen denen der Rahmen (12) eingelegt ist.
Dachplatte nach Anspruch 4, bei der eine oder mehrere der Komponenten (8, 10, 11) aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
Dachplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Verbindungsdrähte (14) eine Öffnung des Rahmens (12) kreuzen und an ihren zwei Enden an dem Rahmen (12) befestigt sind.
Dachplatte nach Anspruch 6, bei der die Verbindungsdrähte (14) ein Geflecht (13) oder ein Gitter bilden.
Dachplatte nach Anspruch 7, bei der an Kreuzungspunkten des Geflechts (13) oder Gitters die sich kreuzenden Drähte (14) aneinander befestigt sind.
Dachplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Klebstoffnut (17) sich entlang wenigstens eines Teils des Randes (2, 3, 4) erstreckt.
Dachplatte nach Anspruch 9, soweit auf Anspruch 4 rückbezogen, bei der eine untere der Komponenten (10, 11) eine kleinere Kantenlänge als die obere Komponente (8) hat.
Dachplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die durch sich in Querrichtung erstreckende Rippen (7) verstärkt ist.
Dachplatte nach Anspruch 11, bei der die Rippen (7) an den plattenförmigen Kunststoffkörper (8, 10) angefügt sind.
Dachplatte nach Anspruch 12, bei der mehrere Rippen (7) in einem Querspriegel (25) mit kammartigem Querschnitt einteilig verbunden sind.
Dachplatte nach Anspruch 12 oder 13, bei der die Rippen (7) Sprossen eines leiterförmigen Bauelements (11) sind, dessen Holme sich entlang seitlicher Kanten (4) der Dachplatte (1) erstrecken.