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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dachaufbau für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Dachaufbau mit einer Dachöffnung und einem in die Dachöffnung eingefügten Bauteil wie etwa einem Dachfenster oder einem Schiebedach.
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Der Dachaufbau eines Kraftfahrzeugs umfasst im allgemeinen zwei Seitenwände mit jeweils mehreren Säulen und einem Längsträger, die sich um Tür- und Fensteröffnungen der Seitenwände herum erstrecken, mehrere Dachspriegel, die auf Flanschen der Längsträger aufliegend zwischen die Längsträger der beiden Seitenwände eingefügt sind, und ein Dachblech, das von den Dachspriegeln unterstützt wird und an seinen seitlichen Rändern an den Flanschen der Längsträger verschweißt ist.
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Würde man versuchen, ein Fahrzeug mit Dachöffnung zu bauen, indem die Dachöffnung in das Dachblech geschnitten und dann das Dachblech auf einen bereits fertigen Unterbau aus Seitenwänden und Querspriegeln aufgezogen wird, ergeben sich mehrere Probleme.
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Eines dieser Probleme ist die begrenzte Fertigungsgenauigkeit, die zur Folge hat, dass das Dachblech beim Aufziehen auf den Unterbau bei jedem Fahrzeug sich in etwas unterschiedlicher Weise verzieht. Eine Glasscheibe, die in die Dachöffnung eingefügt werden soll, ist nicht in entsprechender Weise biegsam. Wird sie nicht flächenbündig in das Dachblech eingefügt, dann ist dies ein für den Kunden deutlich sichtbarer Schönheitsfehler. Wird die Flächenbündigkeit durch entsprechende Verbiegung erzwungen, dann ist entweder die Scheibe selber einer starken Biegespannung ausgesetzt, oder es sind aufwendige weitere Komponenten erforderlich, um die Scheibe vor der Spannung, unter der das umgebende Dachblech steht, zu schützen.
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Ein weiteres Problem liegt darin, dass über ein Dachfenster Licht zu Vorder- und Rücksitzen eines Fahrzeugs gelangen sollte, und dass eine so große Dachöffnung keinen Platz lässt für einen Dachspriegel, der die oberen Enden von B-Säulen der Seitenwände verbindet. Ein solcher B-Spriegel ist jedoch wichtig für die Stabilität der Fahrgastzelle bei einem Unfall. Auch bei einem Schiebedach ist für den B-Spriegel kein Platz, da er der Verschiebung der Dachplatte im Wege ist.
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Der durch den Wegfall des B-Spriegels bei einem Fahrzeug mit Dachöffnung bedingte Verlust an Steifigkeit muss ausgeglichen werden, indem anstelle des Dachblechs ein die Dachöffnung umgebender Verstärkungsrahmen eingebaut wird, der seinerseits, z. B. durch einen mehrlagigen Aufbau, deutlich steifer als das Dachblech ist. Ein solcher Verstärkungsrahmen kann aber wiederum nicht mit Gewalt an die Kontur des Unterbaus angepasst und daran festgeschweißt werden, ohne dass dies zu den oben erwähnten Problemen bei der Einpassung der Fensterscheibe oder der Dachplatte führt. Deshalb ist es üblich, den Dachrahmen spannungslos auf die Flansche der Seitenwände aufzulegen und durch Klebung zu befestigen, wobei eine von Ort zu Ort veränderliche Spaltbreite zwischen Flansch und Dachrahmen durch den Klebstoff ausgefüllt wird. Falls eine solche Klebung bei einem Unfall aufreißt, kann der Dachrahmen die Fahrgastzelle nicht mehr versteifen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Dachaufbau für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, der trotz des Vorhandenseins einer großflächigen Dachöffnung eine hohe Steifigkeit der Fahrgastzelle bei einem Unfall gewährleistet.
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Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst, indem bei einem Dachaufbau für ein Kraftfahrzeug mit zwei Seitenwänden, die einander zugewandte Flansche aufweisen, einem eine Dachöffnung umgebenden Verstärkungsrahmen, der an den Flanschen durch eine Strukturkleberschicht befestigt ist, Verbindungsbolzen am Dachrahmen befestigt sind und in ein Loch eines der Flansche eingreifen. Bei diesem Dachaufbau kann sich die Verbindung zwischen Verstärkungsrahmen und Flansch erst dann lösen, wenn die einwirkenden Kräfte stark genug sind, um den Verbindungsbolzen aus dem Loch heraus- oder vom Verstärkungsrahmen abzureißen oder ihn zwischen Flansch und Verstärkungsrahmen abzuscheren.
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Die Flansche sind vorzugsweise insoweit im Wesentlichen horizontal orientiert, dass der Verstärkungsrahmen auf die Flansche aufgelegt werden kann.
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Um die nötige intrinsische Steifigkeit zu erreichen, kann der Verstärkungsrahmen wenigstens zwei übereinanderliegende und miteinander verschweißte Bleche umfassen.
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Die Dachöffnung des Verstärkungsrahmens kann eine Fensterscheibe oder eine Schiebedachplatte aufnehmen.
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Eine Sicherung, die im Belastungsfall ein Herausgleiten des Verbindungsbolzens aus dem Loch in axialer Richtung verhindert, kann an dem Verbindungsbolzen an einer vom Dachrahmen abgewandten Seite des Flansches anliegend befestigt sein.
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Wenn der Verbindungsbolzen und die Sicherung zueinander komplementäre Gewinde tragen, kann diese Befestigung aus einem Eingriff der Gewinde von Verbindungsbolzen und Sicherung ineinander bestehen. Im einfachsten Fall kann dafür der Verbindungsbolzen ein Außengewinde tragen, und die Sicherung umfasst eine auf die Gewindestange aufgeschraubte Mutter.
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Vorteilhaft ist jedoch auch der gegenteilige Fall, dass die Sicherung eine Schraube umfasst, die in eine Gewindebohrung des Verbindungsbolzens eingreift, da auf diesem Wege der Überstand von Verbindungsbolzen und Sicherung in Richtung der Fahrgastzelle begrenzt werden kann.
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Die Gewinde sind vorzugsweise selbsthemmend, um einen festen, unverlierbaren Sitz der Sicherung am Gewindestift zu garantieren, ohne dass es notwendig ist, die Klebstoffschicht zwischen Dachrahmen und Flansch durch die zusammenwirkenden Gewinde unter Druck zu setzen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Klebstoffschicht plastisch verformbar ist, oder wenn sie zum Ausfüllen des Spalts zwischen Flansch und Dachrahmen expandiert worden ist und die Blasen in der Klebstoffschicht zwischen Dachrahmen und Flansch zerdrückt werden könnten.
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Zweckmäßig ist die Verwendung einer Strukturkleberschicht, die durch Hitzeeinwirkung expandiert ist. Diese Expansion kann im Laufe einer herkömmlicherweise auf das Lackieren des Fahrzeugs folgenden Ofenbehandlung erfolgen.
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Um diese Strukturkleberschicht zu erhalten, kann zunächst ein Strukturkleber-Rohkörper um den Verbindungsbolzen herum angebracht und dieser anschließend expandiert sein.
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Der Strukturkleber-Rohkörper kann eine nicht expandierbare Dichtlage umfassen, die dadurch, dass sie am Verbindungsbolzen und/oder an dem Dachrahmen anliegt, als eine Dichtung fungiert, die während der Expansion ein Vordringen des Strukturklebers durch das Loch des Flansches auf dessen der Fahrgastzelle zugewandte Unterseite verhindert.
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Um Fertigungstoleranzen zwischen Dachrahmen und Seitenwänden auszugleichen, sollte wenigstens eines der Löcher, in die die Verbindungsbolzen eingreifen, ein Langloch sein. Wenn mehrere Langlöcher vorhanden sind, können sie in verschiedene Richtungen langgestreckt sein, um einen Ausgleich in zwei Richtungen zu ermöglichen.
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Die Flansche sind vorzugsweise für Fahrzeuge mit geschlossenem Dach und solche mit Dachöffnung baugleich. Sie können jeweils eine Höhenkontur aufweisen, insbesondere um die Einbaupositionen der Dachspriegel, einschließlich des beim Fahrzeug mit Dachöffnung entfallenden B-Spriegels, vorzugeben. Diese Höhenkontur kann auch für die Positionierung des Dachrahmens genutzt werden, indem dieser eine komplementäre Höhenkontur aufweist, die in Längsrichtung formschlüssig in die Höhenkontur der Flansche eingreift.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Öffnung im Dach;
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2 einen schematischen Querschnitt durch den Längsträger einer Seitenwand und einen Dachrahmen während des Zusammenbaus der Karosserie aus 1;
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3 einen Querschnitt entlang der Schnittebene der 2 nach Fertigstellung der Karosserie;
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4 einen Längsschnitt durch Längsträger und Dachrahmen entlang der Ebene IV-IV aus 3; und
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5 einen zu 3 analogen Querschnitt gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Karosserie eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs. Gezeigt ist hier ein Kombi-PKW; andere Karosserieformen, z. B. mit Stufen- oder Fließheck, kommen ebenfalls in Betracht. Die Dachfläche der Karosserie wird im Wesentlichen von einem Dachrahmen 1 eingenommen, in dem eine großflächige Öffnung 2 ausgespart ist. Die Öffnung 2 kann durch einen Fensterscheibe oder eine in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbare, in 1 teilweise in einem hinteren Bereich des Dachrahmens 1 versenkt gezeigte Dachplatte ausgefüllt sein.
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Der Dachrahmen 1 ist nach vorn durch eine Frontscheibe 3 und nach hinten durch eine Heckklappe 4 begrenzt und an den Seiten von zwei Seitenwänden 5 eingefasst. Die Seitenwände 5 weisen Tür- und Fensteröffnungen auf, die von A-, B-, C- und D-Säulen 6–9 und einen die oberen Enden der Säulen 6–9 verbindenden Längsträger 10 begrenzt sind.
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Die Längsträger 10 sind in an sich bekannter Weise und wie in 2 im Schnitt gezeigt, aus mehreren Blechen zusammengefügt, darunter ein inneres und ein äußeres Rahmenprofil 11, 12 und ein Außenwandblech 13, deren Ränder einander flächig berühren und aneinander befestigt sind, um einen die Öffnung 2 begrenzenden Flansch 14 zu bilden, der sich im Wesentlichen horizontal in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt.
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Der in die Öffnung 2 eingefügte Dachrahmen 1 ist aus mehreren miteinander verschweißten Blechen zusammengesetzt. 2 zeigt rein beispielhaft drei solche Bleche 15, 16, 17, die aneinander durch Schweißnähte, Reihen von Schweißpunkten 18 oder Klebungen 19 befestigt sind, die sich rund um die Öffnung 2 erstrecken und dadurch, dass sie in verschiedenen, vertikal voneinander beabstandeten Ebenen angeordnet sind und durch steile Blechabschnitte wie etwa einen Abschnitt 20 des Blechs 16 verbunden sind, dem Dachrahmen 1 eine beträchtliche Steifigkeit verleihen. Miteinander verbundene innere Ränder der Bleche 15, 17 bilden einen Flansch 21 rund um die Öffnung 2, auf dem hier eine Fensterscheibe 22 befestigt ist.
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Die durch die Schweißnähte 18 verbundenen äußeren Ränder der Bleche 16, 17 bilden einen Flansch 23, der sich auf dem Flansch 14 der Seitenwand 5 abstützt. 2 zeigt einen Spalt 24 zwischen den Flanschen 14, 23; der Grund für die Existenz dieses Flansches ist, dass die Paare von Flanschen 14, 23 an beiden Seiten des Dachs aufgrund von Fertigungstoleranzen einander nur punktuell berühren und die Schnittebene der 2 durch keinen dieser Kontaktpunkte verläuft.
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Der Spalt 24 ist durch einen sich streifenförmig zwischen den Flanschen 14, 23 erstreckenden Strukturkleber-Rohkörper 25 nur zum Teil ausgefüllt. Der Rohkörper 25 umfasst wenigstens zwei Schichten; eine Kleberschicht 26, die durch Hitzeeinwirkung zum Aufschäumen und Expandieren gebracht werden kann, und eine Dichtlage 27, die gegen die zum Expandieren der Kleberschicht 26 erforderliche Hitze beständig ist. Die Dichtlage 27 kann ein zweiseitiges Klebeband sein, das die Kleberschicht 26 auf dem Flansch 14 fixiert.
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Der Flansch 14 weist vereinzelt Löcher 28 auf, in die ein am Dachrahmen 1 fest verankerter Verbindungsbolzen 29 eingreift. Der Verbindungsbolzen 29 ist hier mit einem Außengewinde versehen, so dass von unten eine Mutter 30 aufgeschraubt werden kann. In die Mutter 30 ist ein Ring 31 aus Kunststoff oder Gummi eingefügt, der in Kontakt mit dem Gewinde des Verbindungsbolzens 29 elastisch verformt wird und dadurch, egal an welcher Stelle des Verbindungsbolzens 29 die Mutter 30 sich befindet, verhindert, dass Erschütterungen, z. B. während der Fahrt, eine Drehung der Mutter 30 um den Verbindungsbolzen 29 und langfristig ein Abfallen der Mutter 30 bewirken.
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Die Mutter 30 wird, wie in 3 gezeigt, am Flansch 14 fingerfest angezogen, so dass sie zwar eine Unterlegscheibe 32 an der Unterseite des Flansches 14 angedrückt hält, der Spalt 24 aber noch nicht verengt ist und der Dachrahmen 1 unverformt bleibt. In dieser Konfiguration wird die Karosserie lackiert und anschließend in einen Ofen verbracht, um die aufgebrachte Lackschicht zu trocknen. Die im Ofen einwirkende Hitze lässt die Kleberschicht 26 des Rohkörpers 25 aufschäumen, bis sie den Spalt 24 auf seiner ganzen Höhe ausfüllt. So ist nach Erkalten und Festwerden der Kleberschicht 26 der Dachrahmen 1 über die gesamte Länge der Flansche 14, 23 hinweg an den Seitenwänden verklebt.
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Indem die Dichtlage 27 am Verbindungsbolzen 29 anliegt, verhindert sie, dass die Kleberschicht 26 sich bei Aufschäumen durch das vom Verbindungsbolzen 29 durchsetzte Loch 28 bis auf die Unterseite des Flansches 14 ausbreitet, wo sie sichtbar werden oder die Anbringung einer (in den Figuren nicht gezeigten) Innenverkleidung behindern könnte.
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Der Verbindungsbolzen 29 ist vertikal orientiert und kann daher starke, bei einem Unfall zwischen Seitenwand 5 und Dachrahmen 1 in horizontaler Richtung wirkende Scherkräfte aufnehmen. Ein Aufreißen der Kleberschicht 26 dem Einfluss solcher Scherkräfte kann daher vermieden und die Stabilität der Fahrgastzelle bei einem Unfall deutlich verbessert werden.
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4 zeigt einen Längsschnitt durch die Flansche 14, 23 entlang der durch den Verbindungsbolzen 29 verlaufenden Ebene IV-IV aus 3. Während der Flansch 14 in der näheren Umgebung des Verbindungsbolzens 29 in etwa horizontal verläuft, bildet er in etwas größerer Entfernung, oberhalb der B-Säule 7, eine – hier in etwa M-förmige – Höhenkontur 33. Diese würde bei einem Fahrzeug gleichen Fabrikats, aber ohne Dachöffnung, als Auflage und Verankerungsbasis für einen B-Spriegel mit in gleicher Weise M-förmig gewelltem Querschnitt dienen, der die oberen Enden der B-Säulen 7 miteinander verbindet. Bei der in 1 gezeigten Karosserie ist für einen solchen B-Spriegel kein Platz, da er die Öffnung 2 kreuzen würde. Stattdessen ist der Flansch 23 des Dachrahmens 1 mit einer komplementär M-förmigen Höhenkontur 34 versehen, und indem die beiden Höhenkonturen 33, 34 ineinandergreifen, ist – auch wenn die Höhenkonturen 33, 34 aus den oben erläuterten Gründen sich allenfalls punktuell berühren, die Einbaulage des Dachrahmens 1 zwischen den Seitenwänden 5 eindeutig vorgegeben.
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Man erkennt in 4, dass das Loch 28, das den Verbindungsbolzen 29 aufnimmt, ein sich in Richtung der Schnittebene erstreckendes Langloch ist. Mittels eines solchen Langlochs können Fertigungstoleranzen, z. B. in der Platzierung der Höhenkonturen 33, 34, ausgeglichen werden. Alternativ könnte das Loch 28 in Fahrzeugquerrichtung langgestreckt sein, um Toleranzen in Querrichtung, etwa des Abstands zwischen den Seitenwänden 5, auszugleichen.
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In Fahrzeuglängsrichtung beabstandet kann ein weiterer Verbindungsbolzen 38 vorgesehen sein, der in ein weiteres Loch 39 des Flansches 14 eingreift. Bei diesem Loch 39 kann es sich ebenfalls um ein Langloch, eventuell mit anderer Orientierung als der des Lochs 28, handeln.
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5 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Dachrahmens 1 in einem Querschnitt entlang der gleichen Ebene wie in 3. Der Verbindungsbolzen 29 hat hier anstelle eines Außengewindes eine Sackbohrung 35 mit einem Innengewinde, und als Sicherung ist anstelle der Mutter 30 eine Schraube 36 vorgesehen, die in die Sackbohrung 35 eingreift. Zur Selbsthemmung der ineinandergreifenden Gewinde dient wiederum ein elastisch deformierter Ring 37 aus Gummi oder Kunststoff. Der Verbindungsbolzen 29 ist hier kürzer als im Falle der 3; sein freies unteres Ende ragt nicht über das Loch 28 im Flansch 14 hinaus, so dass der Kopf der Schraube 36 an der Unterseite des Flanschs 14 zur Anlage gelangen kann. Während bei der Konstruktion der 3 der Überstand des unteren Endes des Verbindungsbolzens 29 über die Unterseite des Flansches 14 variieren und bei geringer Breite des Spalts 24 dieser Überstand so lang sein kann, dass er die Anbringung einer Verkleidung am Längsträger behindert, die gesehen von der Fahrgastzelle aus das innere Rahmenprofil 11 verbirgt, trägt bei der Konstruktion der 5 nur der Kopf der Schraube 36 auf die Unterseite des Flansches 14 auf, so dass eine Verkleidung in geringem Abstand vom inneren Rahmenprofil 11 montiert werden kann.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dachrahmen
- 2
- Öffnung
- 3
- Frontscheibe
- 4
- Heckklappe
- 5
- Seitenwand
- 6
- A-Säule
- 7
- B-Säule
- 8
- C-Säule
- 9
- D-Säule
- 10
- Längsträger
- 11
- inneres Rahmenprofil
- 12
- äußeres Rahmenprofil
- 13
- Außenwandblech
- 14
- Flansch
- 15
- Blech
- 16
- Blech
- 17
- Blech
- 18
- Schweißpunkt
- 19
- Klebung
- 20
- Abschnitt
- 21
- Flansch
- 22
- Fensterscheibe
- 23
- Flansch
- 24
- Spalt
- 25
- Strukturkleber-Rohkörper
- 26
- Kleberschicht
- 27
- Dichtlage
- 28
- Loch
- 29
- Verbindungsbolzen
- 30
- Mutter
- 31
- Ring
- 32
- Unterlegscheibe
- 33
- Höhenkontur
- 34
- Höhenkontur
- 35
- Sackbohrung
- 36
- Schraube
- 37
- Ring
- 38
- Verbindungsbolzen
- 39
- Loch
