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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Dachquerspriegel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus dem heutigen Kraftfahrzeugbau sind Dachquerspriegel bekannt, die unterhalb der Dachaußenhaut eines Kraftfahrzeugs in Fahrzeugquerrichtung verlaufen. Beispielsweise verbindet ein vorderer Dachquerspriegel die oberen Endbereiche der linken und der rechten A-Säule. Dieser vordere Dachquerspriegel kann zugleich zur Befestigung des oberen Randbereichs einer Frontscheibe dienen. Weitere Dachquerspriegel verlaufen zwischen einem linken und einem rechten Dachseitenrahmen, die die seitlichen Begrenzungen eines Fahrzeugdachs bilden. Auf diesen Dachspriegeln ruht die Dachaußenhaut des Fahrzeugs, die das eigentliche Fahrzeugdach ausbildet.
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Aus der
DE 10 2012 019 480 A1 ist bereits ein Dachspriegel für eine Kraftfahrzeugkarosserie bekannt, der aus Aluminium besteht und an seinen mit dem Dachseitenrahmen zu verbindenden Enden jeweils einen Stahladapter aufweist.
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Ferner ist aus der
DE 103 03 022 A1 eine Fahrzeugkarosserie mit zumindest einer ersten Baugruppe aus Aluminium bekannt, an der im Verbindungsbereich zu einer zweiten Baugruppe aus Stahl zumindest ein flächiger Adapter aus Stahl angebracht ist, um die beiden Baugruppen miteinander verschweißen zu können.
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Desweiteren offenbart die
DE 10 2012 207 901 A1 einen Dachquerspriegel aus einem faserverstärkten Kunststoff, an dessen beiden seitlichen Endbereichen jeweils ein Stahladapter angebracht ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem Dachquerspriegel zu schaffen, der eine besonders einfache Anbindung einer Dachaußenhaut aus Aluminium ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeug mit einem Dachquerspriegel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist ein Kraftfahrzeug zumindest einen Dachquerspriegel auf, der sich zwischen einem linken und einem rechten Dachseitenrahmen in Fahrzeugquerrichtung erstreckt. Der Dachquerspriegel besteht aus Aluminium, wobei an beiden Endbereichen des Dachquerspriegels jeweils ein Stahladapter angebracht ist, sodass der Dachquerspriegel über die Stahladapter mit dem linken und dem rechten Dachseitenrahmen verschweißbar ist. Auf diese Weise kann eine Dachaußenhaut aus Aluminium direkt mit dem Dachquerspriegel verbunden werden, ohne dass es zu einer elektrochemischen Korrosion des unedleren Metalls kommt. Auch kommt es zu keinen unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen dem Dachquerspriegel und der Dachaußenhaut aus Aluminium, sodass hier keine Vorkehrungen getroffen werden müssen, um unterschiedliche Ausdehnungen kompensieren zu können. Trotzdem kann der Dachquerspriegel auf bewährte Weise durch prozesssicheres und kostengünstiges Schweißen aufgrund der Stahladaptern beidseitig mit den Dachseitenrahmen verbunden werden. Zudem ist der Dachquerspriegel wesentlich leichter als ein konventioneller Dachquerspriegel aus Stahl, da der Dachquerspriegel größtenteils aus Aluminium besteht.
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Dabei besteht der Dachquerspriegel in Schalenbauweise aus einer Oberschale und einer Unterschale aus Aluminium, die einen gemeinsamen Hohlraum umschließen. Eine solche Schalenbauweise ist im Kraftfahrzeug weit verbreitet, da es auf diese Weise möglich ist, aus zwei einfach herstellbaren Blechschalen einen steifen Verbund zu schaffen. Dabei sind die Oberschale und die Unterschale des Dachquerspriegels über einen in Fahrzeuglängsrichtung gesehen vorderen Flansch und einen hinteren Flansch miteinander verbunden.
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Dabei sind die Stahladapter mit den Endbereichen der Unterschale des Dachquerspriegels verbunden, und die Oberschale des Dachquerspriegels überdeckt die Verbindungsbereiche zwischen den Stahladaptern und der Unterschale. In den beiden Übergangsbereichen zwischen der Unterschale und den Stahladaptern kommt es zu einem Steifigkeitssprung. Durch die Überlappung der beiden Übergangsbereiche zwischen der Unterschale und den Stahladaptern entsteht insgesamt eine momentensteife Anbindung der Stahladapter, ohne dass der Dachquerspriegel einen Steifigkeitssprung über seine Längserstreckung aufweist.
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Eine Dachaußenhaut aus Aluminium ist ohne Schubausgleich direkt mit dem Dachquerspriegel verbunden. Bei einer konventionellen Anbindung einer Dachaußenhaut aus Aluminium an einen Dachquerspriegel aus Stahl muss aufgrund der unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Stahl ein Schubausgleich vorgesehen werden. Dazu wird üblicherweise ein relativ großer Spalt von mindestens 2 mm zwischen dem Dachquerspriegel aus Stahl und der Dachaußenhaut aus Aluminium vorgesehen, der mit einem relativ elastischen Klebstoff ausgefüllt ist. Dieser elastische Klebstoff ermöglicht die erforderliche Kompensation des unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhalten der beiden Werkstoffe. Allerdings sinkt die Steifigkeit der Anbindung mit der Elastizität des Klebstoffs. Der erfindungsgemäße Dachquerspriegel aus Aluminium ermöglicht eine direkte Anbindung der Dachaußenhaut aus Aluminium, ohne dass ein Schubausgleich vorgesehen werden muss. Beispielsweise kann die Dachaußenhaut über einen sehr harten Klebstoff mit dem Dachquerspriegel verklebt werden, ohne dass ein großer Klebespalt vorgesehen werden muss. So sind nun Klebespalte von weniger als 0,5 mm und sogar von nur ca. 0,2 mm möglich.
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Günstigerweise sind die Stahladapter mit einer Kaltverbindungstechnik mit dem Dachquerspriegel verbunden, wobei im Kontaktbereich zwischen dem Stahldapter und dem Dachquerspriegel eine Klebstoffschicht als Isolator angeordnet ist. Typische Kaltverbindungstechniken sind Nieten, Stanznieten und Clinchen. Die Klebstoffschicht erhöht zusätzlich die Steifigkeit der Kaltverbindung und dient als Isolator, der vor einer galvanischen Korrosion schützt. Die Klebstoffschicht verhindert, dass der Dachquerspriegel direkt an den Stahladaptern anliegt. Vorteilhafterweise sind die Stahladapter formschlüssig und/oder mit einer harten dünnen Klebstoffschicht an den Dachquerspriegel angebunden. Je dünner der Klebstoffschicht und je härter der ausgehärtete Klebstoff ist, desto steifer ist die Verbindung zwischen dem Dachquerspriegel und den Stahladaptern.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen mehrere Dachquerspriegel auf. Ein vorderster Dachquerspriegel verbindet dabei typischerweise die beiden Dachseitenrahmen im Bereich der A-Säulen. Dieser vorderste Dachquerspriegel dient dabei auch zur Befestigung des oberen Randes einer Frontscheibe. Damit bildet der vorderste Frontscheibe zugleich das vordere Ende des Fahrzeugdachs. Die Dachaußenhaut endet also in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne gesehen an diesem vordersten Dachquerspriegel. Analog verbindet typischerweise ein hinterster Dachquerspriegel die beiden Dachseitenrahmen im Bereich der C-Säulen bei einem Kraftfahrzeug der Limousinenbauart bzw. im Bereich der D-Säulen bei einem Kraftfahrzeug der Kombinationsbauart. Bei einem Kraftfahrzeug der Limousinenbauart dient der hinterste Dachquerspriegel dabei auch zur Befestigung des oberen Randbereichs einer Heckscheibe, bei einem Kraftfahrzeug der Kombinationsbauart dient typischerweise der hinterste Dachquerspriegel zur Aufnahme von zumindest einem Heckklappenscharnier. In beiden Fällen endet die Dachaußenhaut in Fahrzeuglängsrichtung gesehen hinten im Bereich des hintersten Dachquerspriegels. Der erfindungsgemäße Dachquerspriegel ermöglicht es, dass die Unterschale und die Oberschale des Dachquerspriegels zusammen mit der Dachaußenhaut einen gemeinsamen Flansch in Fahrzeugquerrichtung bilden, der keinen Schubausgleich ermöglicht. Der gemeinsame Flansch enthält also keine Klebstoffschicht zwischen zwei Bauteilen, die so dick gewählt werden müsste, dass sie einen Schubausgleich ermöglicht. Entsprechend dünn kann die Gesamtdicke des Flansches gehalten werden.
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Vorteilhafterweise kann auch die Dachaußenhaut aus Aluminium zusammen mit zumindest einem Heckklappenscharnier an dem hintersten Dachquerspriegel angeschraubt sein. Da sowohl die Dachaußenhaut als auch der hinterste Dachquerspriegel aus Aluminium bestehen, kann die Dachaußenhaut in der Verschraubung des Heckklappenscharniers am hintersten Dachquerspriegel zwischen dem Heckklappenscharnier und dem hintersten Dachquerspriegel eingeklemmt sein. Auf diese Weise ist die Dichtigkeit zwischen dem Heckklappenscharnier und der Dachaußenhaut gewährleistet, ohne dass hierfür separate Maßnahmen ergriffen werden müssen.
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Bevorzugt liegen der Dachquerspriegel und die Dachaußenhaut im Flanschbereich direkt aneinander an, sodass sie elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Zudem verbinden die Nieten, Stanznieten und / oder Clinche den Dachquerspriegel mit den Stahladaptern so, dass sie elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist die Dachaußenhaut elektrisch mit der restlichen Karosserie verbunden, sodass keine separaten Massebänder mehr erforderlich sind, wie sie heute üblicherweise bei einer Dachaußenhaut aus Aluminium und Dachquerspriegeln aus Stahl zum Einsatz kommen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Dachquerspriegels eines Kraftfahrzeugs,
- 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Karosserie des Kraftfahrzeugs mit dem in 1 gezeigten Dachquerspriegel,
- 3 einen Längsschnitt durch die in 2 gezeigte Karosserie im Bereich des hintersten Dachquerspriegels und
- 4 einen Längsschnitt durch eine Karosserie im Bereich einer Anbindung eines Heckklappenscharniers an einen hintersten Dachquerspriegel.
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In 1 sind die Einzelteile eines erfindungsgemäßen Dachquerspriegels 1 perspektivisch dargestellt. Der Dachquerspriegel 1 besteht aus einer Unterschale 2 aus einem Blech aus einer Aluminiumlegierung, an deren beiden Endbereichen je ein Stahladapter 3 angebracht ist. Dabei bilden die Endbereiche der Unterschale 2 und die Stahladapter 3 eine formschlüssige Überlappung. In den beiden Überlappungsbereichen sind die Stahladapter 3 mit der Unterschale 2 über Stanznieten fest miteinander verbunden. Zwischen den Stahladaptern 3 und der Unterschale 2 befindet sich in den Überlappungsbereichen eine Klebstoffschicht. Diese Klebstoffschicht verbindet einerseits die Stahladapter 3 mit der Unterschale 2 stoffschlüssig, andererseits dient sie als Isolator, der sicherstellt, dass die Unterschale 2 aus Aluminium nicht in direkten Kontakt mit den Stahladaptern 3 kommt. Auf diese Weise wird verhindert, dass es zu einer galvanischen Korrosion im Überlappungsbereich kommen kann.
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Die Unterschale 2 aus Aluminium mit den Stahladaptern 3 ist mit einer Oberschale 4 ebenfalls aus einem Blech aus einer Aluminiumlegierung verbunden. Dabei umschließen die Unterschale 2 und die Oberschale 4 in Schalenbauweise einen gemeinsamen Hohlraum. Sie sind über einen in Fahrzeuglängsrichtung x gesehen vorderen Flansch 5 und einen hinteren Flansch 6 miteinander annähernd über die gesamte Fahrzeugbreite y miteinander verbunden. Die Längserstreckung der Oberschale 4 in Fahrzeugquerrichtung y der Oberschale 4 ist dabei etwas größer als die Längserstreckung der Unterschale 2, sodass die Oberschale 4 sich über die beiden Überlappungsbereiche zwischen der Unterschale 2 mit den Stahladaptern 3 hinaus in Fahrzeugquerrichtung y nach außen erstreckt. Auf diese Weise kommt es zu keinem Steifigkeitssprung beim komplettierten Dachquerspriegel 1 im Anbindungsbereich der Stahladapter 3.
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In 2 ist die Einbausituation des Dachquerspriegels 1 an eine Rohkarosserie eines Personenkraftfahrzeugs der Limousinenbauart gezeigt. Der Dachquerspriegel 1 erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung zwischen einem linken Dachseitenrahmen 7 und einem rechten Dachseitenrahmen 8 im Bereich der C-Säulen 9. Dabei erstrecken sich die Dachseitenrahmen 7, 8 jeweils von einem oberen Ende der A-säulen 10 über die oberen Enden der B-Säulen 11 hinaus bis zu den C-Säulen 9. Sie bilden die seitliche Begrenzung für eine Dachaußenhaut 12. Die Dachaußenhaut 12 besteht aus einem Blech aus einer Aluminiumlegierung. Sie erstreckt sich von einem vordersten Dachquerspriegel 13 bis zum hintersten Dachquerspriegel 1. Der vorderste Dachquerspriegel 13 bildet die vordere Begrenzung des Fahrzeugdachs und dient zugleich zur Anbindung des oberen Randbereichs einer Frontscheibe. Der hinterste Dachquerspriegel 1 bildet die hintere Begrenzung des Fahrzeugdachs und zugleich zur Anbindung des oberen Randbereichs einer Heckscheibe.
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Die Dachaußenhaut 12 aus Aluminium wird - wie im Schnitt in 3 gezeigt - mit ihrem hinteren Randbereich direkt an den hinteren Flansch 6 des Dachquer-spriegels 1 angebunden. Die direkte Anbindung der Dachaußenhaut 12 an den hintersten Dachquerspriegel 1 ist nur möglich, weil sowohl die Dachaußenhaut 12 als auch der hinterste Dachquerspriegel 1 im Verbindungsbereich aus demselben Material bestehen, sodass es weder zu unterschiedlichem Wärmeausdehnungs-verhalten noch zu einer Kontaktkorrosion aufgrund unterschiedlich edler Metalle kommen kann. Zusätzlich kann die Dachaußenhaut 12 mit der Oberschale 4 verklebt sein. Hierbei kann ein sehr harter Klebstoff verwendet werden und der Klebespalt kann kleiner als 0,5 mm sein. Es ist sogar ein Klebespalt von nur 0,2 mm möglich, da hier keine Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungen erfolgen muss. Zugleich kann der Dachquerspriegel 1 aber auf konventionelle Weise über die Stahladapter 3 mit den Dachseitenrahmen 7, 8 verschweißt werden, die aus Stahlblechen bestehen.
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Der erfindungsgemäße Dachquerspriegel 1 ermöglicht also die direkte Anbindung einer Dachaußenhaut 12 aus Aluminium und zugleich die konventionelle Anbindung an Dachseitenrahmen 7, 8 aus Stahl.
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Bei bisherigen Stahlkarosserien mit einer Dachaußenhaut aus Aluminium war die Dachaußenhautaus korrosionstechnischen Gründen vollständig von der Stahlkarosserie isoliert. Dadurch war auch keine Erdung der Dachaußenhaut gegeben. Deshalb war stets ein separates Massekabel erforderlich, das sowohl an der Stahlkarosserie als auch an der Dachaußenhaut angebunden war. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Dachquerspriegels 1 kann nun dieses Massekabel ersatzlos entfallen. Die Dachaußenhaut 12 ist direkt mit der Oberschale 4 des Dachquerspriegels 1 verbunden, sodass ein elektrischer Kontakt gewährleistet ist. Auch zwischen den Stahladaptern 3 und den Dachseitenrahmen 7, 8 kann durch die Verschweißungen hindurch Strom fließen. Die Stahldadapter 3 und die Unterschale 2 wiederum sind mit den metallischen Stanznieten elektrisch miteinander verbunden, die Unterschale 2 steht über die beiden Flansche 5 und 6 in direktem Kontakt zur Oberschale 4. Somit ist die Erdung der Dachaußenhaut 12 gegeben, ohne dass separate Maßnahmen hierfür erforderlich sind.
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Bei einem Kraftfahrzeug der Kombinationsbauart erstreckt sich typischerweise der hinterste Dachquerspriegel 1' in Fahrzeugquerrichtung y zwischen zwei D-Säulen der Fahrzeugkarosserie und bildet zugleich den hinteren Endbereich des Fahrzeugdachs. An den Dachquerspriegel 1' schließt dann eine Heckklappe an, deren Scharniere 14' meist an dem Dachquerspriegel 1' mit zumindest einer Schraube 15' angeschraubt sind. In 4 ist ein Längsschnitt durch die Anbindung eines solchen Scharniers 14' einer Heckklappe an einen Dachquerspriegel 1' gezeigt. Alle Elemente, die einem bereits in 1 bis 3 beschriebenen Element entsprechen, haben in 4 das gleiche Bezugszeichen ergänzt um einen Apostroph. Die Schraube 15' ist in einer Einpressmutter 16' gehalten, die an der Oberschale 4' des Dachquerspriegels 1' angebracht ist. Da die Dachaußenhaut 12' wie die Oberschale 4' auch aus Aluminium besteht, kann zwischen dem Scharnier 14' und der Oberschale 4' des Dachquerspriegels 1' die Dachaußenhaut 12' direkt eingeklemmt werden. Damit ist automatisch die Dichtigkeit im Bereich der Anbindung des Scharniers 14' der Heckklappe gewährleistet. Wenn dagegen der Dachquerspriegel aus Stahl bestehen würde, könnte die Dachaußenhaut 12' nicht direkt mit eingeklemmt werden, da es sonst bei Temperaturunteränderungen zu unterschiedlichen Wärmeausdehnungen käme. In diesem Fall müsste die Dachaußenhaut 12' auf aufwändigere Weise an dem Dachquerspriegel aus Stahl angebracht werden. Zudem müssten zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um die Dichtigkeit im Anbindungsbereich des Scharniers 14' sicherzustellen.
