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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dachstruktur für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Dachaußenschale aus einem Faserverbundwerkstoff.
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Dachstrukturen für Kraftfahrzeuge sind im Stand der Technik in ganz unterschiedlicher Weise ausgeführt. Sehr häufig weisen diese Dachstrukturen eine Dachaußenschale auf, die vollständig aus Stahlblech oder einem anderen metallischen Werkstoff besteht. Ferner sind aus dem Stand der Technik auch Karosserierohbaustrukturen bekannt, die einen Ausschnitt aufweisen, in den ein Glasdach eingesetzt ist, durch das Umgebungslicht in einen Innenraum des Kraftfahrzeugs gelangen kann. Bei einem derartigen Glasdach kann es sich zum Beispiel um ein Festglasdach mit einem oder mehreren feststehenden Glaselementen, welches von einem Benutzer nicht geöffnet werden kann, oder auch um ein Panoramadach handeln, bei dem zumindest ein Glaselement von einem Benutzer zumindest teilweise geöffnet und gegebenenfalls auch aufgestellt werden kann. Ein Nachteil derartiger Glasdächer besteht darin, dass sie eine relativ große Masse aufweisen, die insbesondere durch die Masse des Glaselements beziehungsweise der Glaselemente des Glasdachs bedingt ist, die aus einem Sicherheitsglas hergestellt sind.
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Wenn ein Kraftfahrzeug zum Beispiel besonders sportlich oder verbrauchsarm ausgelegt werden soll, spielen konstruktive Maßnahmen zur Massereduktion eine wichtige Rolle. Dementsprechend bietet es sich an, bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen zumindest bei der Realisierung bestimmter Komponenten bevorzugt Leichtbauwerkstoffe, wie zum Beispiel Faserverbundwerkstoffe zu verwenden, die einerseits eine hohe mechanische Strukturfestigkeit aufweisen und damit insbesondere zu einer hohen strukturellen Festigkeit der Karosserie beitragen und andererseits eine geringe Masse haben, die zu einer Verringerung der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs beiträgt. Entsprechende Dachstrukturen mit einer Dachaußenschale aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK), sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
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Beispielsweise offenbart die
US 2017/297510 A1 eine Dachstruktur für ein Kraftfahrzeug mit einer Dachaußenschale aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) mit zusätzlichen faserverstärkten Verstärkungsstrukturen, welche an einer Innenseite der Dachaußenschale angebracht sind.
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Wenn eine Karosserierohbaustruktur eines Kraftfahrzeugs konstruktiv für den Einbau einer Dachstruktur mit einem Glasdach, insbesondere mit einem Festglasdach, ausgelegt ist, bestehen erhebliche Schwierigkeiten, bei dieser Konstruktion anstelle der Dachstruktur mit dem Glasdach eine Leichtbauvariante der Dachstruktur mit einer Dachaußenschale aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff, zu verwenden. Ein Grund dafür besteht darin, dass die Gesamtaufbauhöhe der Dachstruktur mit dem Glasdach insbesondere aufgrund der Glasdicke des verwendeten Glases, größer ist als die Gesamtaufbauhöhe einer Dachstruktur mit einer Dachaußenschale aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff.
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Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Dachstruktur der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei geringer Masse eine hohe Stabilität aufweist und auf einfache Weise an einer Karosserierohbaustruktur eines Kraftfahrzeugs montiert werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Dachstruktur für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Dachstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass die Dachstruktur einen in Umfangsrichtung umlaufenden Dachrahmen aus einem Faserverbundwerkstoff aufweist, der stoffschlüssig mit der Dachaußenschale verbunden ist. Die erfindungsgemäße Dachstruktur weist eine relativ geringe Masse und eine hohe Stabilität auf, da sowohl die Dachaußenschale als auch der Dachrahmen aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt sind, die trotz geringer Masse eine hohe mechanische Strukturfestigkeit besitzen. Die gesamte Dachstruktur kann als bauliche Einheit bei einer Endmontage des Kraftfahrzeugs sehr einfach an einer Karosserierohbaustruktur des Kraftfahrzeugs montiert werden. Separate Montageschritte wie etwa eine Vormontage des Dachrahmens an der Karosserierohbaustruktur, bevor die Dachaußenschale montiert werden kann, sind in vorteilhafter Weise nicht erforderlich. Die umlaufend geschlossene Gestaltung des Dachrahmens wirkt sich positiv auf die Erhöhung der mechanischen Stabilität und Strukturfestigkeit der Dachstruktur aus. Sowohl unter mechanischen Aspekten als auch unter Herstellungs- und Montageaspekten ist es vorteilhaft, dass der Dachrahmen einstückig ausgebildet ist.
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Kraftfahrzeuge sind häufig konstruktiv für den Einbau eines Glasdachs, insbesondere eines Festglasdachs, in die Karosserierohbaustruktur ausgelegt. Ein derartiges Glasdach weist insbesondere aufgrund der Materialstärke des verwendeten Glases eine relativ große Masse auf, die sich nachteilig auf die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs auswirkt. Bei einem insbesondere auf Sportlichkeit oder auf einen möglichst geringen Verbrauch ausgelegten Derivat eines Kraftfahrzeugs ist es daher vorteilhaft, konstruktive Maßnahmen zu ergreifen, um die Masse des Kraftfahrzeugs zu verringern. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Dachstruktur so ausgebildet ist, dass sie an einer Karosserierohbaustruktur, die konstruktiv für einen Einbau eines Glasdachs, insbesondere eines Festglasdachs, eingerichtet ist, anstelle des Glasdachs befestigbar ist. Somit wird in vorteilhafter Weise die Möglichkeit geschaffen, das Glasdach, insbesondere das Festglasdach, welches eine relativ große Masse besitzt, durch eine Leichtbauvariante zu ersetzen, die durch die hier vorgeschlagene Dachstruktur bereitgestellt wird und zu einer Massereduktion des Kraftfahrzeugs beiträgt. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Dachstruktur eine Gesamtaufbauhöhe aufweist, die so gewählt ist, dass sie im Wesentlichen einer Gesamtaufbauhöhe des Glasdachs entspricht. Dadurch wird erreicht, dass das Glasdach, für das die Karosserierohbaustruktur konstruktiv ausgelegt ist, sehr einfach durch die hier vorgestellte Dachstruktur ersetzt werden kann. Der Dachrahmen trägt zu einem entsprechenden Höhenausgleich bei.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Dachstruktur in denjenigen Bereichen, in denen die Dachaußenschale nicht mit dem Dachrahmen verbunden ist, jeweils einen Luftspalt zwischen der Dachaußenschale und dem Dachrahmen aufweist. Diese Luftspalte der Dachstruktur tragen in vorteilhafter Weise einerseits dazu bei, die erforderliche Gesamtaufbauhöhe der Dachstruktur zu erreichen, wirken sich aber andererseits nicht nachteilig auf die Gesamtmasse der Dachstruktur aus.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Faserverbundwerkstoff, aus dem die Dachaußenschale hergestellt ist, ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ist. Ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff eignet sich, insbesondere aufgrund seiner mechanischen Strukturfestigkeit, in einem besonderen Maße für die Herstellung der Dachaußenschale. Die Dachaußenschale kann vorzugsweise durch ein Harzinjektionsverfahren („Resin Transfer Moulding“, RTM) hergestellt werden.
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Um der Dachstruktur ein hochwertiges äußeres optisches Erscheinungsbild zu verleihen, besteht in einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Möglichkeit, dass die Dachaußenschale an ihrer Außenseite eine Sicht-Carbon-Optik aufweist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Faserverbundwerkstoff, aus dem der Dachrahmen hergestellt ist, ein glasfaserverstärkter Kunststoff ist. Ein glasfaserverstärkter Kunststoff eignet sich, insbesondere aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften, in vorteilhafter Weise für die Herstellung des Dachrahmens. Der Dachrahmen kann vorzugsweise ebenfalls durch ein Harzinjektionsverfahren („Resin Transfer Moulding“, RTM) hergestellt werden.
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Vorzugsweise kann die Dachstruktur eine Klebestruktur mit einer Mehrzahl von Klebeabschnitten, insbesondere Klebeflächen, aufweisen, mittels derer die Dachaußenschale und der Dachrahmen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dadurch wird ein sicherer Haftverbund der Dachaußenschale mit dem Dachrahmen geschaffen. Die Klebestruktur kann insbesondere mittels eines Klebers auf Polyurethanbasis hergestellt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Klebestruktur durch zumindest eine Kleberaupe gebildet ist. Dadurch kann die Herstellung der stoffschlüssigen Klebeverbindung der Dachaußenschale mit dem Dachrahmen auf besonders einfache Weise erfolgen. Die Kleberaupe kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserierohbaustruktur und einer Dachstruktur, die an der Karosserierohbaustruktur angebracht ist. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug zeichnet sich gemäß Anspruch 10 dadurch aus, dass die Dachstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist. Die Dachstruktur des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann in vorteilhafter Weise zu einer Massereduktion des Kraftfahrzeugs beitragen, da sowohl die Dachaußenschale als auch der Dachrahmen aus Faserverbundwerkstoffen mit geringer Masse hergestellt sind. Darüber hinaus kann die Dachstruktur als bauliche Einheit sehr einfach montiert werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
- 1 eine Explosionsansicht einer Dachstruktur für ein Kraftfahrzeug, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
- 2 einen Schnitt durch die Dachstruktur entlang einer Linie A-A in 1,
- 3 einen Schnitt durch die Dachstruktur entlang einer Linie B-B in 1,
- 4 einen Schnitt durch die Dachstruktur entlang einer Linie C-C in 1.
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Unter Bezugnahme auf 1 weist eine Dachstruktur 1 für ein Kraftfahrzeug, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, eine Dachaußenschale 2 aus einem Faserverbundwerkstoff auf. Vorliegend besteht die Dachaußenschale 2 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) und weist an ihrer Außenseite, die eine Sichtseite der Dachaußenschale 2 bildet, vorzugsweise eine Sicht-Carbon-Optik auf. Eine derartige Sicht-Carbon-Optik kann der Dachaußenschale 2 ein besonders hochwertiges optisches Erscheinungsbild zur Verfügung stellen. Die Dachaußenschale 2 weist eine relativ geringe Materialstärke auf, die typischerweise kleiner als 2 mm ist, und kann vorzugsweise durch ein Harzinjektionsverfahren („Resin Transfer Moulding“, RTM) hergestellt werden.
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Die hier vorgestellte Dachstruktur 1 ist so ausgebildet, dass sie an einer für den Einbau eines Glasdachs, insbesondere eines Festglasdachs, konstruierten Karosserierohbaustruktur eines Kraftfahrzeugs montiert werden kann. Ein Glasdach, wie zum Beispiel ein Festglasdach, weist eine relativ große Gesamtaufbauhöhe auf, die unter anderem auf die Materialstärke des hierfür verwendeten Glases, welches insbesondere ein Sicherheitsglas ist, zurückzuführen ist. Ein derartiges Glasdach weist eine große Masse auf, die sich nachteilig auf die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs auswirkt.
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Um einen entsprechenden Materialstärke- bzw. Höhenausgleich zu schaffen, der die Montage der Dachstruktur 1 mit der relativ flach bauenden Dachaußenschale 2 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff an der für den Einbau eines Glasdachs vorgesehenen Karosserierohbaustruktur ermöglicht, weist die Dachstruktur 1 einen umlaufend geschlossenen, im Wesentlichen rechteckig ausgebildeten Dachrahmen 3 auf, der aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist. Um dem Dachrahmen 3 eine besonders hohe mechanische Strukturstabilität beziehungsweise Festigkeit zur Verfügung zu stellen, ist der Dachrahmen 3 vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) hergestellt. Der Dachrahmen 3 kann vorzugsweise ebenfalls durch ein Harzinjektionsverfahren („Resin Transfer Moulding“, RTM) hergestellt werden. Die umlaufend geschlossene Gestaltung des Dachrahmens 3 trägt dabei ebenfalls zu einer Erhöhung der mechanischen Stabilität und Strukturfestigkeit der Dachstruktur 1 bei. Unter mechanischen Aspekten wie auch unter Herstellungs- und Montagegesichtspunkten ist es darüber hinaus vorteilhaft, dass der Dachrahmen 3 einstückig ausgebildet ist.
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Um die Dachaußenschale 2 mit dem Dachrahmen 3 zu verbinden, werden diese bei der Herstellung der Dachstruktur 1, insbesondere mittels eines Klebers auf Polyurethanbasis, miteinander verklebt. Dadurch wird eine stoffschlüssige Verbindung der Dachaußenschale 2 mit dem Dachrahmen 3 erhalten. Eine sich daraus ergebende Klebestruktur 4 mit einer Mehrzahl von Klebeflächen 40 ist in 1 ebenfalls dargestellt. Die Klebestruktur 4 kann beispielsweise durch eine oder mehrere Kleberaupen gebildet sein. Dadurch kann die Klebeverbindung in besonders einfacher Weise hergestellt werden. Die Klebeflächen 40 der Klebestruktur 4 zwischen der Dachaußenschale 2 und dem Dachrahmen 3 sind so gestaltet, dass entsprechende Crashanforderungen erfüllt werden, da insbesondere der Verlauf und die Position der Klebeflächen 40 einen Einfluss auf das Crashverhalten der Dachstruktur 1 haben.
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2 bis 4 zeigen unterschiedliche Schnittansichten der Dachstruktur 1 in einem zusammengefügten Zustand der Dachaußenschale 2 mit dem umlaufenden Dachrahmen 3, aus der ebenfalls Einzelheiten der Klebestruktur 4 mit ihren Klebeflächen 40 ersichtlich sind. Aus diesen Darstellungen wird deutlich, dass die Dachstruktur 1 in denjenigen Bereichen, in denen die Dachaußenschale 2 nicht mit dem Dachrahmen 3 verbunden ist, jeweils einen Luftspalt 5 zwischen der Dachaußenschale 2 und dem Dachrahmen 3 aufweist. Diese Luftspalte 5 tragen in vorteilhafter Weise dazu bei, die erforderliche Gesamtaufbauhöhe der Dachstruktur 1 zu erreichen, wirken sich dabei jedoch nicht nachteilig auf die Gesamtmasse der Dachstruktur 1 aus.
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Wie bereits erwähnt, dient der umlaufende Dachrahmen 3, der vorliegend aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, dem Ausgleich der geringeren Materialstärke der Dachaußenschale 2 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff im Vergleich zu einem Glasdach, insbesondere einem Festglasdach. Die effektive Gesamtaufbauhöhe der Dachstruktur 1, die sich durch die Materialstärke der Dachaußenschale 2, die Materialstärke des Dachrahmens 3 sowie durch die Luftspalte 5 ergibt, die zwischen der Dachaußenschale 2 und dem Dachrahmen 3 ausgebildet sind, ist vorzugsweise so gewählt, dass diese der Aufbauhöhe eines Glasdachs, insbesondere eines Festglasdachs, entspricht, für welches die Karosserierohbaustruktur des Kraftfahrzeugs konstruktiv ausgelegt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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