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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dachaufbaus
eines Fahrzeuges in Mischbauweise, bei dem zunächst ein Fahrzeugrahmen mit
einer Dachöffnung
hergestellt wird, die dann mit einem Dachelement verschlossen wird.
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Im
Zuge der Anstrengungen zur Kraftstoffeinsparung bei Kraftfahrzeugen
kommt der Verringerung des Fahrzeuggewichtes eine erhebliche Bedeutung
zu. Eine Möglichkeit
zur Gewichtsverringerung liegt in der Verwendung leichterer Werkstoffe.
Hierbei kommen vor allem Leichtbauwerkstoff wie Leichtmetalle auf
der Basis von Aluminium oder Magnesium oder auch Kunststoffe und
faserverstärkte
Verbundwerkstoffe in Frage.
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Aus
Gründen
der mechanischen Festigkeit sowie einer wirtschaftlichen Fertigung
kann auf die Verwendung von Bauteilen aus Stahl nicht vollständig verzichtet
werden, so daß zur
Nutzung von typischen Leichtbauwerkstoffen in Mischbauweise mit Stahlwerkstoffen
besondere Fügetechniken
zum Einsatz kommen müssen,
die vor allem dem unterschiedlichen Dehnungsverhalten von Stahl
einerseits und den Leichtbauwerkstoffen andererseits Rechnung tragen. Überdies
müssen
die werkstoffspezifischen Konstruktions- und Fertigungsbeschränkungen
der zu verbindenden Komponenten beachtet werden.
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Die
gezielte Ausnutzung der Leichtbaukapazitäten von Leichtbauwerkstoffen
erfordert daher intelligente Lösungen
sowohl in der Konstruktionstechnik als auch in der Fertigungstechnik,
um den heutzutage komplexen Anforderungsprofilen im Hinblick auf mechanische, ökonomische
wie auch ökologische Gesichtspunkte
gerecht zu werden.
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Zur
Verringerung des Gewichtes einer Fahrzeugkarosserie ist von der
Anmelderin in der
DE-OS 197 46 165 A vorgeschlagen
worden, ein herkömmlicherweise
aus Stahl gefertigtes Da chelement durch ein Leichtmetall-Dachelement
zu ersetzen. Aufgrund der schweißtechnischen Schwierigkeiten
bei der Verbindung von Leichtmetall mit Stahl erfolgt dort die Verbindung
des Leichtmetall-Dachelementes mit einem Fahrzeugrahmen über ein
Zusatzelement aus Stahl. Dabei wird zunächst das Stahl-Zusatzelement mit
dem Leichtmetall-Dachelement durch Druckfügen und/oder Stanznieten verbunden.
Anschließend wird
dann dieses Mischbauteil an dem Fahrzeugrahmen befestigt, indem
ein Abschnitt des Stahl-Zusatzelementes mit einem Stahl-Abschnitt
des Fahrzeugrahmens verschweißt
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellbarkeit eines
Fahrzeugdaches in Mischbauweise zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem vor dem Verschließen
der Dachöffnung
ein Dachelementträger aus
Stahl dauerhaft an dem Fahrzeugrahmen befestigt wird, wobei der
Dachelementträger
einen die Dachöffnung
umgebenden Dachrahmen bildet, und danach ein aus einem Leichtbauwerkstoff
gefertigtes Dachelement auf einen an dem Dachrahmen vorgesehenen,
die Dachöffnung
umgebenden Sockelabschnitt aufgesetzt und mit dem Dachrahmen dauerhaft
verbunden wird, um den verbleibenden Öffnungsbereich der Dachöffnung zu
verschließen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
die Integration der Herstellung eines Fahrzeugdaches in Mischbauweise
in die Produktionslinie herkömmlicher
Stahl-Fahrzeugdächer,
ohne daß hierzu signifikante Änderungen
des Prozeßablaufes
vorgenommen werden müßten. Hierdurch
ergibt sich eine erhöhte
Flexibilität
der Fertigung, in die gleichfalls auch die Herstellung der Dachöffnung für Falt-
oder Schiebedächer
miteinbezogen werden kann.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Dachelementträger als
zunächst die
Dachöffnung
verschließendes
Stahl-Dachlement hergestellt, das an seinem Rand umlaufend mit dem Sockelabschnitt
versehen ist. Nach einer Befestigung des Dachelement trägers an
dem Fahrzeugrahmen wird aus dem Dachelementträger ein Bereich in etwa entsprechend
der Größe der Dachöffnung herausgetrennt,
bevor anschließend
das Leichtbauwerkstoff-Dachelement aufgesetzt wird, um den verbleibenden Öffnungsbereich
der Dachöffnung
zu verschließen.
Diese Vorgehensweise erlaubt die Ausnutzung der Fertigungsmittel
für die
Schiebe- bzw. Faltdachherstellung, wobei lediglich die Größe des verbleibenden Öffnungsbereiches
verändert
wird. Der Zeitpunkt des Aufsetzens des Dachelementes aus Leichtbauwerkstoff
kann in der Produktionslinie relativ frei gewählt werden, z.B. bereits im
Rohbau erfolgen oder auch nach einer kathodischen Tauchbadlackierung
oder nach der Endlackierung.
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In
einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Dachelementträger als
zunächst
die Dachöffnung
verschließendes
Stahl-Dachelement hergestellt, das an seinem Rand umlaufend mit
dem Sockelabschnitt versehen ist. Anschließend wird dann aus dem Dachelementträger ein
Bereich in etwa entsprechend der Größe der Dachöffnung herausgetrennt. Erst
danach wird der so gebildete Dachrahmen an dem Fahrzeugrahmen befestigt,
bevor dann das Leichtbauwerkstoff-Dachelement aufgesetzt wird, um
den verbleibenden Öffnungsbereich der
Dachöffnung
zu verschließen.
Hierfür
ergeben sich die gleichen fertigungstechnischen Vorteile hinsichtlich
der Integration in eine Fertigungslinie zur Herstellung eines Stahldaches
wie bei der zuvor beschriebenen Variante. Jedoch wird das Heraustrennen
des Öffnungsbereiches
aus den Dachelementträger
aus der Hauptfertigungssequenz der unmittelbaren Dachbefestigung
herausgenommen und in die Vorbereitungsphase des Dachelementträgers verlegt,
die parallel zu der Hauptfertigungssequenz erfolgen kann.
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In
einer weiteren Variante wird zur Materialeinsparung auf den Trennschritt
vollständig
verzichtet. Dazu wird der Dachelementträger aus einem profilierten
Blechbandstück
hergestellt, das zu einem Rahmen geschlossen wird. Der solchermaßen gebildete,
im wesentlichen rechteckige Stahlkranz weist steife Ecken auf, die
eine ausreichende Struktursteifigkeit der Dachkonstruktion gerade
auch im Hinblick auf einen Fahrzeugcrash gewährleisten.
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Vorzugsweise
wird der Dachrahmen mit einem Querschnittsprofil hergestellt, das
mit Bezug auf die Einbaulage an einem Fahrzeug einen sich im wesentlichen
senkrecht zu der Dachöffnung
erstreckenden Abschnitt als Sockelabschnitt aufweist, an den sich
ein im wesentlichen parallel zu der Ebene der Dachöffnung erstreckender
Flanschabschnitt zur Anlage gegen den Fahrzeugrahmen anschließt. Durch diese
Profilierung wird einerseits ein einfaches Ankoppeln des entsprechend
passend ausgebildeten Dachelementes ermöglicht. Überdies verbessert die Profilierung
die Struktursteifigkeit der Dachkonstruktion, wobei das Dachelement
selbst als Schubfeld wirkt.
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Zur
weiteren Verbesserung der Steifigkeit der Dachkonstruktion wird
der Dachrahmen mit einem Querschnittsprofil hergestellt, bei dem
an den Sockelabschnitt fahrzeugaußenseitig ein an die Dachkontur
des Fahrzeuges angepaßter
Flanschabschnitt zur Anlage gegen das Dachelement anschließt, der
die zunächst
verbleibende Dachöffnung verringert.
Dabei liegt das Dachelement auf dem Flanschabschnitt auf, wodurch
ein besserer Widerstand gegen unerwünschte Dachverformungen bei senkrecht
auf dieses einwirkenden Kräften
erzielt wird.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung des wird der Flanschabschnitt zur Anlage
gegen den Fahrzeugrahmen an einem zum Fahrzeuginneren hin eingezogenen
Abschnitt des Fahrzeugrahmens befestigt. Der Befestigungsbereich
kann somit den von außen sichtbaren
Teilen der Karosserie entzogen werden, so daß die Auswahl der Befestigungstechnik
an dieser Stelle sehr frei gewählt
werden kann. Vorzugsweise wird der Dachelementträger mit dem Fahrzeugrahmen
verschweißt,
was einerseits eine schnelle und automatisierbare Fertigung erlaubt
und andererseits eine hohe Festigkeit der Verbindung gewährleistet.
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Das
Leichtmetall-Dachelement wird vorteilhafterweise mit dem Dachelementträger verklebt, wobei
durch eine gezielte Auswahl des Klebewerkstoffes ein unterschiedliches
Wärmedehnungsverhalten
des Dachrahmens und des Dachelementes teilweise ausgeglichen werden
kann. Durch die damit verbundene Spannungsverringerung läßt sich
ein hohen ästhetischen
Ansprüchen
genügendes
Erscheinungsbild der Fügestelle
erzielen.
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Zur
Vermeidung von Kontaktkorrosion wird die Verklebung unter Anbringung
einer isolierenden Zwischenschicht durchgeführt, die entweder durch den
Klebewerkstoff selbst oder aber durch ein geeignetes, zwischengelegtes
Materialstück
bewirkt wird. Die Stoßkanten
der Fügestelle
werden gegen das Eindringen von Feuchtigkeit abgedichtet, beispielsweise
durch während
des Fügens
herausgedrückten Klebewerkstoff
oder auch durch die Anbringung von Dichtraupen aus einem Dichtungsmittel.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird an dem
Dachelement vor dessen Anbringung an dem Dachrahmen ein Formhimmel
befestigt. Das Dachelement und der Formhimmel werden dann zusammen
als Modul an dem Dachrahmen befestigt, wodurch sich der Montageflexibilität verbessern
läßt.
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Das
Dachelement ist aus Leichtmetall, vorzugsweise auf der Basis von
Aluminium oder Magnesium hergestellt, die in Verbindung mit dem
steifen Stahl-Dachrahmen eine gute Struktursteifigkeit insbesondere
in Hinblick auf Schubkräfte
in der Dachelementebene bieten. Zudem kann auf die für diese Materialien
bereits entwickelten Fertigungstechnologien zurückgegriffen werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
erläutert.
Die Zeichnung zeigt in
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer Fügeverbindung
zwischen einem Dachelement aus Leichtmetall und einem Fahrzeugrahmen
aus Stahl.
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Das
in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ausschnittsweise
eine Fahrzeugkarosserie in Leichtbaukonstruktion im Bereich des Übergangs
eines Dachholmes in ein Fahrzeugdach. Der Dachholm als Teil eines
Fahrzeugrahmens 1 ist dabei als Blechbauteil aus einem
Stahlwerkstoff hergestellt, wohingegen das Fahrzeugdach als ein
Blechbauteil in Mischbauweise aus einem Leichtbauwerkstoff und einem
Stahlwerkstoff hergestellt ist. Das Fahrzeugdach besteht aus einem
Leichtbauwerkstoff-Dachelement 3, hier aus einer Leichtmetalllegierung
auf Aluminiumbasis oder Magnesiumbasis, und einem Dachelementträger 2 aus
einem Stahlwerkstoff, über den
die Befestigung an dem Fahrzeugrahmen 1 erfolgt.
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Der
Fahrzeugrahmen 1 ist im Dachbereich mit einer im wesentlichen
rechteckigen Dachöffnung 4 versehen,
wobei der Querschnitt des Dachholmes nicht auf die dargestellte
Form beschränkt
ist. Um die Dachöffnung 4 ist
an dem Fahrzeugrahmen 1 ein zum Fahrzeuginneren hin eingezogener
Rand 11 vorgesehen, der der Abstützung und Befestigung von Dachelementträger 2 und
Dachelement 3 dient. Dachelementträger 2 und Dachelement 3 werden
mit einer seitlichen Lücke 5 zu
dem Fahrzeugrahmen auf dem Rand 11 befestigt. Die Lücke 5 bildet
eine Nut, die durch eine in der 1 nicht
dargestellte Leiste verschlossen wird.
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Wie 1 zu
entnehmen ist, ist das Dachelement 3 als dünnwandiges
Blech mit einem Dachplattenabschnitt 31 ausgebildet, der
die Außenkontur des
Fahrzeugrahmens 1 jenseits der Lücke 5 im wesentlichen
glattflächig
fortsetzt und die Dachöffnung 4 verschließt. Der
Außenrand
des Dachelementes 3 ist mit Bezug auf die Einbaulage am
Fahrzeug zu dessen Innenseite hin umgebogen und bildet einen umlaufenden
Flanschabschnitt 32. Das Dachelement 3 ist als
Pressteil einfach herstellbar.
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Der
bereits erwähnte
Dachelementträger 2 ist
als ein die Dachöffnung 4 umgebender,
ununterbrochener Dachrahmen ausgebildet. Zur Gewährleistung einer ausreichenden
Struktursteifigkeit ist der Dachrahmen mit einem Querschnittsprofil
hergestellt, das mit Bezug auf die Einbaulage an dem Fahrzeug einen
sich im wesentlichen senkrecht zu der Dachöffnung 4 erstreckenden
Abschnitt als Sockelabschnitt 21 aufweist. An diesen schließt ein sich
im wesentlichen parallel zu der Ebene der Dachöffnung 4 erstreckender,
innenliegender Flanschabschnitt 22 unmittelbar an, der
zur Anlage gegen den Rand 11 des Fahrzeugrahmens 1 dient.
Der Dachrahmen ist entsprechend der Dachöffnung ebenfalls im wesentlichen
rechteckig ausgebildet, wodurch ein relativ starrer Stahlkranz mit
steifen Ecken gebildet wird, der das Dachelement 3 trägt.
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Weiterhin
ist in dem Ausführungsbeispiel
an dem Sockelabschnitt 21 fahrzeugaußenseitig ein an die Dachkontur
des Fahrzeuges angepaßter,
außenliegender
Flanschabschnitt 23 zur Anlage gegen das Dachelement 3 vorgesehen,
der hier die zunächst verbleibende
Dachöffnung 4 verringert.
Zudem unterstützt
der Flanschabschnitt 23 den Dachplattenabschnitt 31 des
Dachelementes 3, wie sich insgesamt das Dachelement in
enger Anlage an dem Dachrahmen bzw. Dachelementträger 2 befindet.
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Die
Befestigung des Dachelementträgers 2 erfolgt
durch Verschweißen
des Flanschabschnittes 22 mit dem eingezogenen Rand 11 des
Fahrzeugrahmens 1 und somit außerhalb des Sichtbereiches
der Karosserie in der Lücke 5.
Deren Breite ist zum Zweck der Erreichbarkeit durch die Schweißelektroden
ausreichend breit ausgestaltet. Jedoch können an dieser Stelle auch
andere bekannte Befestigungstechniken zum Einsatz kommen.
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Die
Befestigung des Dachelementes 3 an dem Dachelementträger 2 erfolgt
in dem Ausführungsbeispiel
durch eine reine Klebverbindung, die auf das unterschiedliche Wärmedehnungsverhalten der
verschiedenen Werkstoffe abgestimmt ist und gleichzeitig eine Isolationsfunktion
zur Vermeidung einer Kontaktkorrosion übernimmt. Die Stöße der Fügung werden
durch die Dichtraupen 7 zusätzlich versiegelt. Anstelle
oder in Ergänzung
zu der Klebung kann das Dachelement 3 auch durch Klemmen,
Falzen, Schweißen,
Nieten oder Verschrauben mit dem Dachelementträger 2 verbunden werden.
Das Verklemmen kann beispielsweise mit Hilfe einer in die Lücke 5 eingesetzten
Zierleiste erfolgen.
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In
der 1 ist weiterhin ein Formhimmel 6 dargestellt,
der an dem Fahrzeugrahmen befestigt 1 ist. Alternativ hierzu
kann der Formhimmel auch unmittelbar an dem Dachelement 3 befestigt
werden.
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Im
folgenden wird nun die Herstellung der beschriebenen Dachkonstruktion
näher erläutert.
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Zunächst wird
ein Fahrzeugrahmen 1 oder zumindest der die Dachöffnung 4 umgebende
Abschnitt desselben in bekannter Art und Weise hergestellt, d.h.
als Stahlkonstruktion zusammengeschweißt.
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Bei
einer Verwendung eines einteiligen Stahl-Daches, das die Form des
Dachelementträgers 2 und
des Dachelements 3 in 1 aufweist,
kann dieses unmittelbar an den eingezogenen Rand 11 angeschweißt werden.
Soll in ein solches Stahldach beispielsweise ein Schiebedach eingebaut
werden, wird in das Stahldach eine entsprechende Öffnung geschnitten.
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Zur
Verwendung eines Dachelementes 3 aus Leichtbauwerkstoff
wird zunächst
der Dachelementträger 2 aus
Stahl dauerhaft an dem Fahrzeugrahmen befestigt, um den Dachrahmen
zu bilden. Danach wird das aus Leichtbauwerkstoff vorgefertigte Dachelement 3 auf
den die Dachöffnung 4 umgebenden
Sockelabschnitt 21 des Dachrahmens aufgesetzt und mit die-sem
dauerhaft verbunden.
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Das
Fertigungsverfahren folgt dabei der Vorgehensweise bei der Herstellung
eines Schiebedaches. Dabei wird lediglich eine größere Öffnung in den
zunächst
die Dachöffnung 4 verschließenden Stahl-Dachelementträger 2 geschnitten,
wobei mindestens der an dessen Rand umlaufende Sockelabschnitt 21,
vorzugsweise jedoch auch noch der außenliegende Flanschabschnitt 23 stehen
bleibt, d.h. ein Bereich in etwa entsprechend der Größe der Dachöffnung 4 herausgetrennt
wird, beispielsweise durch Laserschneiden.
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Nach
einer alternativen Vorgehensweise erfolgt das Heraustrennen aus
dem Dachelementträger 2 nicht
erst im an den Fahrzeugrahmen 1 angeschweißten Zustand,
sondern noch während
der Vorbereitung des Dachelementträgers 2, so daß dieser zum
Befestigungszeitpunkt an dem Fahrzeugrahmen 1 bereits als
fertiger Dachrahmen vorliegt.
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Im
letzteren Fall kann der Dachelementträger 2 aus einem profilierten
Blechbandstück
hergestellt wird, das zu einem Rahmen geschlossen wird.
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Nach
dem Befestigen des Dachelementträgers 2 wird
dann das Leichtbauwerkstoff-Dachelement 3 mit
seinem Flanschabschnitt 32 auf den Sockelabschnitt 21 aufgesetzt
und verklebt bis der Dachplattenabschnitt 31 gegen Flanschabschnitt 23 anstößt, um so
den verbleibenden Öffnungsbereich der
Dachöffnung 4 zu
verschließen,
wobei der Zeitpunkt für
die Fertigungsschritt flexibel wählbar
ist, d.h. nicht notwendigerweise im Rohzustand der Karosserie erfolgen
muß, sondern
auch noch nach der Endlackierung vorgenommen werden kann. Je nach Fertigungsfortschritt
können
anstelle oder in Ergänzung
zu der Klebetechnik auch die bereits oben erwähnten Fügetechniken eingesetzt werden.
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Der
Formhimmel 6 wird nach Fertigstellung der äußeren Dachkonstruktion
eingebaut. In einer Fertigungsvariante, bei der die Befestigung
des Dachelementes 3 erst zu einem relativ weit fortgeschrittenen
Fertigungsstand vorgenommen wird, d.h. auf jeden Fall nach der Endlackierung
der Karosserie wie gegebenenfalls auch des Dachelementes 3,
wird der Formhimmel 6 zunächst an dem Dachelement 3 befestigt
bevor diese beiden dann zusammen als Modul an dem Dachelementträger 2 befestigt
werden.
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- 1
- Fahrzeugrahmen
- 2
- Dachelementträger
- 3
- Dachelement
- 4
- Dachöffnung
- 5
- Lücke
- 6
- Formhimmel
- 7
- Dichtraupe
- 11
- eingezogener
Rand
- 21
- Sockelabschnitt
- 22
- innenliegender
Flanschabschnitt
- 23
- außenliegender
Flanschabschnitt
- 31
- Dachplattenabschnitt
- 32
- umgebender
Flanschabschnitt