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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dachrahmen für eine Dachstruktur eines Kraftfahrzeugs, wobei der Dachrahmen in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet ist und an einer Karosserierohbaustruktur des Kraftfahrzeugs montierbar ist sowie mit einem Dachelement, insbesondere mit einer Dachaußenschale, verbindbar ist, wobei der Dachrahmen aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und an einer Unterseite, die bei der Montage der Karosserierohbaustruktur des Kraftfahrzeugs zugewandt ist, eine Mehrzahl bei der Herstellung in ihrer Höhe einstellbarer Montagedome aufweist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Dachstruktur eines Kraftfahrzeugs, 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. 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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Mittels eines Dachrahmens der eingangs genannten Art kann die Montage eines Dachelements, insbesondere einer Dachaußenschale, an einer Karosserierohbaustruktur eines Kraftfahrzeugs vereinfacht werden. Darüber hinaus trägt der Dachrahmen auch zu einer mechanischen Stabilisierung der Dachstruktur bei.
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In der
DE 10 2014 003 969 A1 wird ein Dachrahmen einer Dachstruktur eines Kraftfahrzeugs offenbart, der aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.
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Die
DE 10 2005 035 807 A1 zeigt einen aus Kunststoff hergestellten Dachmodulrahmen, der Abstandshalter zur definierten Positionierung des zugehörigen Fahrzeugdaches aufweist.
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Aus der
US 5,409,290 A ist ein Glasdach eines Kraftfahrzeugs mit einem Verstärkungselement aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bekannt. Das Glasdach liegt mit Hilfe von Domen, die an dem Verstärkungselement ausgebildet sind, an diesem an. Das Glasdach ist durch eine Hinterspritzung fest mit dem Verstärkungselement verbunden.
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Bei der Montage eines Dachrahmens beziehungsweise einer Dachstruktur besteht häufig das Problem, dass aufgrund von Fertigungstoleranzen der Karosserierohbaustruktur aufwändige Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind, um den Dachrahmen beziehungsweise die Dachstruktur in der gewünschten Weise passgenau an der Karosserierohbaustruktur montieren zu können.
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Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, einen Dachrahmen und eine Dachstruktur der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mittels derer Fertigungstoleranzen der Karosserierohbaustruktur auf einfache Weise kompensiert werden können, so dass die Montage des Dachrahmens beziehungsweise der Dachstruktur vereinfacht werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Dachrahmen der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Dachstruktur wird diese Aufgabe durch eine Dachstruktur der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 6 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßer Dachrahmen zeichnet sich dadurch aus, dass an jedem der Montagedome ein Distanzelement angebracht ist. Durch die bei der Herstellung in ihrer Höhe einstellbaren Montagedome wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass Fertigungstoleranzen der Karosserierohbaustruktur bei der Montage des Dachrahmens auf einfache Weise ausgeglichen werden können. Sofern sich bei der Serienmontage des Dachrahmens ergeben sollte, dass die Position eines oder mehrerer der Distanzelemente, mit denen der Dachrahmen an der Karosserierohbaustruktur anliegt, generell zu hoch oder zu tief ist, kann der dem betreffenden Distanzelement zugeordnete Montagedom entsprechend dünner oder dicker ausgeführt werden. Dieses kann zum Beispiel durch entsprechende Wechseleinsätze im zur Herstellung des Dachrahmens verwendeten Werkzeug erreicht werden. Derartige Wechseleinsätze können in Abhängigkeit von der tatsächlich erforderlichen Höhe des betreffenden Montagedoms überarbeitet oder auch komplett ausgetauscht werden.
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Der Vorteil der einstellbaren Montagedome ist, dass am gesamten Dachrahmen dieselben Distanzelemente angebracht werden können. Bei nicht einstellbaren Montagedomen müssten an den einzelnen Positionen unterschiedlich hohe Distanzelemente angebracht werden, was zu einer erhöhten Fehleranfälligkeit führt, da die unterschiedlichen Distanzelemente an falschen Positionen verbaut werden können.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Dachrahmen aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist. Ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) eignet sich, insbesondere aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften, in vorteilhafter Weise für die Herstellung des Dachrahmens. Der Dachrahmen kann vorzugsweise durch ein Harzinjektionsverfahren („Resin Transfer Moulding“, RTM) hergestellt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Montagedome aus einem Kunststoffharz, insbesondere aus einem Reinharz, hergestellt sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Distanzelemente aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk hergestellt sind. Der Werkstoff Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Elastizität sowie durch eine gute chemische Beständigkeit aus und weist überdies in vorteilhafter Weise auch abdichtende Eigenschaften auf.
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Um die Montage der Distanzelemente zu vereinfachen und einen sicheren Halt der Distanzelemente an den Montagedomen zu schaffen, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Distanzelemente mit den Montagedomen verklebt sind. Die Klebeverbindung zwischen einem der Distanzelemente und einem der Montagedome kann beispielweise mittels eines doppelseitigen Klebebands hergestellt werden. Dadurch kann die Montage der Distanzelemente an den Montagedomen besonders einfach erfolgen.
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Eine erfindungsgemäße Dachstruktur zeichnet sich gemäß Anspruch 6 dadurch aus, dass die Dachstruktur einen Dachrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst, der stoffschlüssig mit der Dachaußenschale verbunden ist. Die gesamte Dachstruktur kann als bauliche Einheit bei einer Endmontage des Kraftfahrzeugs auf einfache Weise an einer Karosserierohbaustruktur des Kraftfahrzeugs angebracht 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. Die bei der Herstellung in ihrer Höhe einstellbaren Montagedome ermöglichen in vorteilhafter Weise einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Karosserierohbaustruktur bei der Montage der Dachstruktur.
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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 (CFK) 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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Aus dem Stand der Technik sind 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. Wenn ein Kraftfahrzeug zum Beispiel besonders sportlich oder verbrauchsarm ausgelegt werden soll, spielen konstruktive Maßnahmen zur Massereduktion eine wichtige Rolle. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird daher vorgeschlagen, dass die Dachstruktur so ausgebildet ist, dass sie an einer Karosserierohbaustruktur des Kraftfahrzeugs, 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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Vorzugsweise kann die Dachstruktur in denjenigen Bereichen, in denen die Dachaußenschale nicht mit dem Dachrahmen verbunden ist, jeweils einen Luftspalt zwischen der Dachaußenschale und dem Dachrahmen aufweisen. 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 besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Dachaußenschale mit dem Dachrahmen verklebt ist. 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 vorzugsweise mittels eines Klebers auf Polyurethanbasis hergestellt werden. Die Klebestruktur kann insbesondere durch zumindest eine Kleberaupe gebildet sein. 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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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 Schnittansicht einer Dachstruktur für ein Kraftfahrzeug, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
- 2 eine Unteransicht eines Dachrahmens der Dachstruktur gemäß 1,
- 3 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit gemäß III in 2.
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Unter Bezugnahme auf 1 weist eine Dachstruktur 2 für ein Kraftfahrzeug, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, eine Dachaußenschale 3 aus einem Faserverbundwerkstoff auf. Vorliegend ist die Dachaußenschale 3 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) hergestellt und weist an ihrer Außenseite, die eine Sichtseite der Dachaußenschale 3 bildet, vorzugsweise eine Sicht-Carbon-Optik auf, um dadurch der Dachstruktur 2 ein optisch hochwertiges Erscheinungsbild zu verleihen. Die Dachaußenschale 3 kann vorzugsweise durch ein Harzinjektionsverfahren („Resin Transfer Moulding“, RTM) hergestellt werden. Die Dachaußenschale 3 weist eine relativ geringe Materialstärke auf, die typischerweise kleiner als 2 mm ist. Diese geringe Materialstärke der Dachaußenschale 3 trägt in vorteilhafter Weise auch zu einer Reduzierung der Masse der Dachstruktur 2 bei.
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Ferner weist die Dachstruktur 2 einen umlaufend geschlossen ausgebildeten Dachrahmen 1 auf, der ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Eine Unteransicht des Dachrahmens 1, der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, ist in 2 dargestellt. Um dem Dachrahmen 1 eine besonders hohe mechanische Stabilität beziehungsweise Festigkeit zur Verfügung zu stellen, ist der Dachrahmen 1 vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) hergestellt. Der Dachrahmen 1 kann insbesondere durch ein Harzinjektionsverfahren („Resin Transfer Moulding“, RTM) hergestellt werden. Die umlaufend geschlossene Struktur des Dachrahmens 1 trägt dabei ebenfalls zur Erhöhung der mechanischen Stabilität und Strukturfestigkeit der Dachstruktur 2 bei. Unter mechanischen Aspekten ist es darüber hinaus vorteilhaft, dass der Dachrahmen 1 einstückig ausgebildet ist.
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Um die Dachaußenschale 3 mit dem Dachrahmen 1 zu verbinden, werden diese bei der Herstellung der Dachstruktur 2, insbesondere mittels eines Klebers auf Polyurethanbasis, miteinander verklebt. Dadurch wird eine stoffschlüssige Verbindung der Dachaußenschale 2 mit dem Dachrahmen 1 erhalten. Die Klebestruktur 4 weist eine Mehrzahl von Klebeflächen 40 auf, von denen eine in 2 dargestellt ist. 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 3 und dem Dachrahmen 1 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 2 haben.
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Die hier vorgestellte Dachstruktur 2 kann insbesondere so ausgebildet sein, 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. Unter Leichtbauaspekten kann es daher vorteilhaft sein, das Glasdach durch die hier vorgestellte Dachstruktur 2 zu ersetzen.
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Um einen entsprechenden Materialstärke- bzw. Höhenausgleich, der durch die geringere Materialstärke der Dachaußenschale 3 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bedingt ist, zu schaffen, der die Montage der Dachstruktur 2 mit der relativ flach bauenden Dachaußenschale 3 an der für den Einbau eines Glasdachs vorgesehenen Karosserierohbaustruktur ermöglicht, ist der Dachrahmen 1 vorgesehen. Die umlaufend geschlossene Gestaltung des Dachrahmens 1 trägt ferner zu einer Erhöhung der mechanischen Stabilität und Strukturfestigkeit der Dachstruktur 2 bei.
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Aus 1 wird deutlich, dass die Dachstruktur 2 in denjenigen Bereichen, in denen die Dachaußenschale 3 nicht mit dem Dachrahmen 1 verbunden ist, jeweils einen Luftspalt 8 zwischen der Dachaußenschale 3 und dem Dachrahmen 1 aufweist. Diese Luftspalte 8 tragen in vorteilhafter Weise dazu bei, die erforderliche Gesamtaufbauhöhe der Dachstruktur 2 zu erreichen, wirken sich dabei jedoch nicht nachteilig auf die Gesamtmasse der Dachstruktur 2 aus.
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Wie bereits erwähnt, dient der umlaufende Dachrahmen 1, der vorliegend aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, dem Ausgleich der geringeren Materialstärke der Dachaußenschale 3 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff im Vergleich zu einem Glasdach, insbesondere einem Festglasdach. Die effektive Gesamtaufbauhöhe der Dachstruktur 2, die sich durch die Materialstärke der Dachaußenschale 3, die Materialstärke des Dachrahmens 1 sowie durch die Luftspalte 8 ergibt, die zwischen der Dachaußenschale 3 und dem Dachrahmen 1 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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Der Dachrahmen 1 weist eine Vielzahl von Distanzelementen 6 auf, mittels derer der Dachrahmen 1 nach der Montage an der Karosserierohbaustruktur des Kraftfahrzeugs anliegt. An den Montagepositionen der Distanzelemente 6 ist eine lokale Materialverstärkung (d.h. eine lokale Aufdickung) des Dachrahmens 1 erforderlich, da von oben der Abstand zur Dachaußenschale 3 und von unten der Abstand zur Karosserierohbaustruktur vorgegeben sind. Daraus resultiert eine erforderliche Dicke des Dachrahmens 1 an diesen Positionen. Diese lokale Aufdickung des Dachrahmens 1 wird - wie nachfolgend erläutert - durch mehrere Montagedome 5 realisiert.
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Wie in 2 zu erkennen, weist der Dachrahmen 1 an einer Unterseite, die bei der Montage der Karosserierohbaustruktur des Kraftfahrzeugs zugewandt ist, mehrere Montagedome 5 auf, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind und vorzugsweise aus einem Kunststoffharz, insbesondere aus einem Reinharz, hergestellt sind. Einer dieser Montagedome 5 ist in 3 zu erkennen. An jedem der Montagedome 5 ist ein Distanzelement 6 angebracht. Die Distanzelemente 6 können vorteilhaft aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) hergestellt sein. Dieser Werkstoff zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Elastizität sowie durch eine gute chemische Beständigkeit aus und weist überdies vorteilhafte abdichtende Eigenschaften auf. Vorzugsweise sind die Distanzelemente 6 und die ihnen zugeordneten Montagedome 5 miteinander verklebt, wobei diese Klebeverbindung zum Beispiel mittels eines doppelseitigen Klebebands 7 realisiert werden kann.
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Die Montagedome 5 sind bei der Herstellung in ihrer Höhe einstellbar. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass Fertigungstoleranzen der Karosserierohbaustruktur bei der Montage der Dachstruktur 1 auf besonders einfache Weise durch eine Einstellung der Höhe der Montagedome 5 bei deren Herstellung ausgeglichen werden können.
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Sollte sich bei einer Serienmontage der Dachstruktur 2 herausstellen, dass die Position eines oder mehrerer der Distanzelemente 6 generell zu hoch oder zu tief ist, kann der dem betreffenden Distanzelement 6 zugeordnete Montagedom 5 entsprechend dünner oder dicker ausgeführt werden. Dieses kann zum Beispiel durch entsprechende Wechseleinsätze im zur Herstellung des Dachrahmens 1 verwendeten Werkzeug, das bei der Herstellung des Dachrahmens 1 durch ein Harzinjektionsverfahren ein RTM-Werkzeug ist, erreicht werden. Diese Wechseleinsätze können je nach tatsächlich erforderlicher Höhe des betreffenden Montagedoms 5 überarbeitet oder auch komplett ausgetauscht werden.
