EP1730017A1 - Verstärkte struktur-verbindungsknoten eines kraftfahrzeugs mit einer dachöffnung - Google Patents

Verstärkte struktur-verbindungsknoten eines kraftfahrzeugs mit einer dachöffnung

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Publication number
EP1730017A1
EP1730017A1 EP05716277A EP05716277A EP1730017A1 EP 1730017 A1 EP1730017 A1 EP 1730017A1 EP 05716277 A EP05716277 A EP 05716277A EP 05716277 A EP05716277 A EP 05716277A EP 1730017 A1 EP1730017 A1 EP 1730017A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor vehicle
foam composite
cavity
foam
vehicle according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05716277A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Kerscher
Josef Reindl
Udo Haenle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP1730017A1 publication Critical patent/EP1730017A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/001—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material
    • B62D29/002—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material a foamable synthetic material or metal being added in situ

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle with a roof that has an opening.
  • Roof systems are possible for vehicles, especially passenger cars of combination type, open-top sedans, off-road vehicles, sport utility vehicles, sport activity vehicles or the like, which have a significantly larger roof opening than conventional sunroofs or pop-up roofs.
  • Such roof systems weaken the load-bearing roof structure and consequently reduce the overall rigidity of the vehicle body. Depending on the operating state of the vehicle, this causes a "body tremor" which is minimized in known vehicles with large roof openings by stiffening in the sheet metal structure of the body.
  • the object of the invention is to provide solutions by means of which the body trembling in vehicles with a roof opening can be minimized in a cost-effective and weight-saving manner.
  • the main idea of the invention according to claim 1 is to specifically introduce a foam composite part into the cavity in the area of a rear body pillar of the motor vehicle, said foam composite part consisting of a base body and an outside support made of a foam material.
  • the support covers at least part of the surface of the base body.
  • the foam composite component is inserted in the area of the rear body pillar during the manufacture of the body-in-white of the vehicle. introduced. Subsequent temperature entry, preferably during the painting process of the body, expands the foam material, so that the foam composite component now fills the cavity in the area of the rear pillar, at least in sections. This results in a significant increase in body rigidity in the rear of the vehicle, with a significant reduction in body tremors.
  • the foam composite components are introduced into the C-pillars and / or the D-pillars in the vehicle types mentioned, in the lower, middle and / or upper section of the pillars. Pillar is understood here to mean the entire body post, that is also the area of the pillar that continues below the parapet line of the vehicle.
  • the foam composite components are preferably introduced symmetrically in the left and right half of the body of the vehicle.
  • the present invention uses an existing cavity to stiffen the body without any weight-increasing intervention in the sheet metal structure of the vehicle body. If additional modifications are made to the sheet metal structure, the scope of the required measures in the sheet metal structure can be significantly reduced. This results in considerable weight savings as a result of the invention.
  • the known foam composite components differ fundamentally from the foam composite components used according to the invention, since the foam composite components according to EP 0 697 956 B1 contain a foamable core which is bordered on the outside by a carrier.
  • the carrier can be fixed in a body cavity, so that during the subsequent temperature-activated foaming, the foam material can escape into a defined area of the cavity.
  • the foaming of body cavities with foam composite components according to EP 0 697 956 B1 is primarily intended to prevent the air column in the body cavity from being set in vibration. Due to the large foam thicknesses, the high degree of foaming and the low strength of the foam material, there is no significant increase in stiffness in the known solution.
  • the foam composite component is preferably introduced into a node area of the rear pillar in order to achieve a particularly efficient stiffening of the body structure.
  • the foam composite component predominantly fills only the node area or it additionally projects into the cavity of the rear pillar and / or into at least one cavity of an adjacent structural component.
  • the node area is to be understood as the area in which the rear pillar adjoins a further load-bearing component of the vehicle body.
  • a foam composite component is introduced into the cavity in the region of a rear column, the base body of which is provided with a temperature-activatable foam material on at least one side.
  • the foam composite component does not fill the entire cavity or a predominant part of the cavity in the area of the rear pillar, but is only connected to a partial area of the inside of the cavity. This will result in only less Increased weight and at low manufacturing costs achieved a very effective stiffening of the body and minimized the body tremors.
  • the base body preferably consists of a plastic material, which is produced in an inexpensive manner in an injection or casting process, with a geometry adapted to the cavity of the vehicle body. To increase the rigidity with low weight and ease of manufacture, the base body is advantageously provided with ribbing. A glass fiber reinforced plastic is preferably used.
  • the base body is designed such that it fills the cavity at least in sections after it has been inserted. Therefore, the strength and rigidity of the base body determine the achievable stiffening of the rear pillar. Therefore, the basic body is to be made stable in terms of its material and design.
  • the base body itself can consist of solid material, be designed as a hollow body, have ribs, be made in one piece or be composed of several components, etc.
  • the base body can also consist of a metallic material and can be designed as a metal sheet, extruded profile, cast component or the like.
  • a metal sheet lends itself.
  • the foam material As a result of the geometry of the base body adapted to the cavity, there is only a very small distance between the base body and the inner walls of the cavity. This small space between the body and the inner wall is bridged by the foam material.
  • the thin layer thickness of the foam material enables the transfer of high pressure, tensile and shear forces.
  • the foam material thus creates a highly resilient, cohesive connection between the base body and the inner wall of the cavity, and thus acts as an “adhesive material” that automatically and completely fills the space between the base body and the inner wall.
  • the foam material experiences a comparatively small increase in volume for example 60 to 100%.
  • the foam materials used are so-called "structural foams” which, when expanded and cured, have a very high level of rigidity and are therefore able to control the micro-movements of the structure which are responsible for the body tremors to reduce. In contrast to this, there is no significant stiffening of the structure in the case of the so-called “acoustic foams” which are introduced into body cavities to minimize the propagation of sound.
  • FIG. 1a, 1b are perspective views of a body-in-white of a vehicle according to the invention, with foam composite components in the area of a C and D pillar, as viewed from the rear or the front of the vehicle,
  • FIG. 2 is a view of the inside of the body of Fig. 1a, 1b, looking from the center of the vehicle,
  • FIG. 3 shows a perspective view of a foam composite component, for attachment in the region of the lower end section of the C-pillar of the motor vehicle
  • 4 shows a representation of a foam composite component corresponding to FIG. 3, for attachment in the central region of the C-pillar
  • FIG. 5 and 6 is a representation corresponding to FIG. 3 of a foam composite component, for attachment in the upper region of the C-pillar,
  • Fig. 7 is a representation corresponding to FIG. 3 of a foam composite component for attachment in the upper region of the D-pillar and
  • Fig. 8 is a representation corresponding to FIG. 3 of a foam composite component with a base body made of sheet metal, for attachment in the lower region of the D-pillar.
  • FIG. 1a, 1b show an overall body of a vehicle in a perspective overall view, while in FIG. 2 only the rear region of the body side structure of the vehicle is shown.
  • the vehicle is a sport utility vehicle with a C-pillar 1, a D-pillar 2, a roof side member 3, a rear inner side wall 4, a lower window bow 5, a door limiting bow 14 and a rear floor cross member 6.
  • the aforementioned Structural components 1 to 6 and 14 delimit a rear door cutout 7, a rear window cutout 8 and a cutout 9 for a tailgate.
  • the roof side members 3 and a rear roof cross member 10 limit the rear side of a roof structure of a roof designated as a whole by 15.
  • the roof 15 has a large roof opening 16, which accommodates a large-area movable roof element, such as a sliding roof cover.
  • the roof opening 16 can accommodate at least two displaceable roof elements.
  • a fixed roof plate 17 connects to the rear.
  • Foam composite components 30, 40, 50, 60, 70 and 80 are arranged in the area of the C-pillar 1 and the D-pillar 2, as shown in the overview of FIGS. 1a, 1b and 2.
  • Each of the foam composite components 30 to 80 consists of a base body 32, 42, 52, 62, 72 and 82, respectively. at least in sections, a comparatively thin layer 33a and 33b, 43, 53a and 53b, 63a and 63b, 73a and 73b and 83 of a foam material is applied.
  • the base bodies 32 to 72 shown in FIGS. 3 to 7 consist of a glass fiber reinforced plastic material and each have a plurality of ribs 11 with the exception of the base body 32. While the cavity to be filled by the foam composite component 30 is comparatively small (gap size approx. 10 to 15 mm) and the base body 32 can therefore be designed as a solid material, the base bodies 42 to 72 can only be produced as ribbed components.
  • the supports 43, 53a and 53b, 63a and 63b and 73a and 73b of the foam material are each applied in the area of the non-ribbed outer surfaces of the base bodies 42 to 72.
  • the supports 53a and 53b, 63a and 63b and 73a and 73b are located on opposite sides of the foam composite components 50, 60 and 70, so that the foam composite components 50, 60 and 70 are on opposite sides of the relevant body cavity after the foaming of the foam material support, spread with the foaming in the cavity, so to speak, thus creating a particularly effective stiffening of the cavity.
  • the foam composite component 40 the graphical representation according to FIG. 4 only showing the support 43 in the smooth area of the “front side” of the foam composite component 40.
  • a support made of foam material is also provided on the invisible smooth surface “rear side” of the foam composite component 40, opposite the “front side” Ribs 11a to 11c.
  • a stiffening rib is provided on the "rear” of the foam composite component 40.
  • the smooth-surface contact areas for the foam material and the ribs are preferably alternate provided on opposite "front and back sides" of the foam composite components.
  • All foam composite components 30 to 70 have in common that they have supports 33a and 33b, 43, 53a and 53b, 63a and 63b, 73a and 73b, which are applied to at least two different outer surfaces of the foam composite components 30 to 70.
  • the supports 33a and 33b, 43, 53a and 53b, 63a and 63b, 73a and 73b are preferably located on opposite outer surfaces of the foam composite components 30 to 70, as illustrated with reference to FIGS. 3 to 7. As already explained above, this provides effective stiffening of the cavity by supporting the expanded foam material on opposite inner walls of the cavity.
  • pin-like fastening devices 12 are shown on the base bodies 32, 62 and 72, with which the foam composite component 30 can be provisionally arranged on the body structure before it is finally fixed in the body structure after the expansion of the foam material.
  • receiving bores 13 are provided on the base body 52 of the foam composite component 50, which engage for positioning the foam composite component 50 in body-side receiving pins, not shown.
  • the attachment can also be done using latches, hooks, etc.
  • the base body 82 of the foam composite part 80 consists of a metal sheet, in which a support 83 made of foam material is applied to only one side.
  • the individual foam composite components 30 to 80 are designed differently in accordance with the different attachment locations.
  • the foam composite component 30 has an elongated base body 32, which rests with a first widened section 35 in the region of the inner side wall 4, while the upper section 36 extends into the column section of the C-pillar 1 lying against the side wall 4.
  • the foam composite component 40 fills the cavity that exists in the node area of the C-pillar 1 with the window bow 5 and the door limit bow 14. Accordingly, the foam composite component 40 has an approximately L-shaped shape, with two wide, short legs 45 and 46, which are additionally connected via ribs 11a and 11b. are stiffened together.
  • the foam composite components 50 and 60 are arranged on the inside and the outside of the body-in-white, in the node area between the C-pillar 1 and the roof side member 3.
  • the elongated foam composite component 50 extends essentially only in the interior of the roof side member 3, so in its installed position it runs approximately in the longitudinal direction of the vehicle.
  • the T-shaped foam composite component 60 is arranged in the cavity between the outer sides of the roof side frame 3 and the C-pillar 1 on the one hand and an outer side wall, not shown, on the other hand.
  • the leg 65 of the foam composite component 60 which is inclined slightly backwards against the direction of travel, fills the cavity in the region of the C-pillar 1.
  • the sections 66a and 66b of the foam composite component 60 which run approximately horizontally in the installed position run along the roof side member 3, the longer section 66b being arranged in the region behind the C-pillar 1 (in relation to the direction of travel).
  • the foam composite component 60 can also be formed without horizontally running sections 66a and 66b, depending on the requirements of the basic body-in-white.
  • the opening 64 in the foam composite component 60 provides free space for an expansion nut (not shown) arranged on the body. Similar openings 74 and 84 are also provided on the foam composite components 70 and 80.
  • the foam composite components 30 to 80 can be provided with one or more through openings, for example for the following purposes: fastening the foam composite component or adjacent components, creating installation space, ensuring the inflow and outflow for the KTL (cataphoretic immersion painting), creating Access options for cavity preservation etc.
  • the foam composite component 70 is also approximately L-shaped, with a short, wide leg 75 which projects into the roof cross member 10 and with a long leg 76 which runs in the direction of the D-pillar 2.
  • the design of the composite foam component 80 differs from that of the composite foam components 30 to 70, since it has a base body 82 made of a deep-drawn sheet metal. In addition, it has an essentially flat structure and, with its support 83, rests only on one side of the cavity without adjoining the opposite wall of the cavity.
  • the foam composite component 80 is L-shaped, with a first leg 85 which runs in the installed position along the floor cross member 6 and a second leg 86 which extends in the direction of the D-pillar 2.
  • the unit made of foam composite component 80 and floor cross member 6 / D-pillar 2 represents a “sandwich component” with the material sequence metal - foam - metal.
  • the foam composite component 80 consists, for example, of a steel sheet with a thickness of 2 mm and a foam material with a thickness of 5 up to 6 mm.
  • the foam composite component 80 is introduced into the body-in-white of the vehicle as described below:
  • the base body 82 has three circular embossments 87 which specify the distance of the base body 82 from the body-in-white and thus determine the width of the gap which is subsequently filled by the foam material.
  • the position of the base body 82 in the two other spatial directions is determined by two body-side pins which engage in corresponding receiving openings 87 in the base body 82.
  • the base body 82 is tacked to the body-in-white via the embossments 87 by means of spot welding.

Landscapes

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Abstract

Kraftfahrzeuge der Kombinationsbauart mit einer großen Dachöffnung (16) neigen zu Karosseriezittern. Zur Minimierung des Karosseriezitterns ist im Knotenbereich einer hinteren Säule (1, 2) mit einem anderen Karosseriestrukturbauteil wenigstens ein Schaumverbundbauteil (30 bis 80) angeordnet. Das Schaumverbundbauteil (30 bis 80) besteht aus einem Grundkörper, der abschnittsweise mit einem Schaummaterial beschichtet ist. Durch Temperatureintrag expandiert das Schaummaterial und füllt den Hohlraum im Knotenbereich in steifigkeitserhöhender Weise aus.

Description

VERSTÄRKTE STRUKTUR-VERBINDUNGSKNOTEN EINES KRAFTFAHRZEUGS MIT EINER DACHÖFFNUNG
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Dach, das eine Öffnung aufweist.
Bei Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen in Kombinationsbauart, Groß- raumlimousinen, Geländewagen, Sport Utility Vehicles, Sport Activity Vehicles oder dergleichen, sind Dachsysteme möglich, die gegenüber herkömmlichen Schiebedächern oder Ausstelldächern eine deutlich größere Dachöffnung aufweisen. Derartige Dachsysteme schwächen die tragende Dachstruktur und reduzieren folglich die Gesamtsteif ig keit der Fahrzeugkarosserie. Damit stellt sich je nach Betriebszustand des Fahrzeugs ein "Karosseriezittern" ein, das bei bekannten Fahrzeugen mit großen Dachöffnungen durch Versteifungen in der Blechstruktur der Karosserie minimiert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, Lösungen aufzuzeigen, durch die bei Fahrzeugen mit einer Dachöffnung das Karosseriezittern in kostengünstiger und gewichtssparender Weise minimiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 10 gelöst.
Kerngedanke der Erfindung nach Anspruch 1 ist es hierbei, gezielt in den Hohlraum im Bereich einer hinteren Karosseriesäule des Kraftfahrzeuges ein Schaumverbundteil einzubringen, das aus einem Grundkörper und einer außenseitigen Auflage aus einem Schaummaterial besteht. Die Auflage überdeckt zumindest einen Teil der Oberfläche des Grundkörpers. Das Schaumverbundbauteil wird bei der Herstellung der Rohkarosserie des Fahrzeugs im Bereich der hinteren Karosseriesäule einge- bracht. Durch nachfolgenden Temperatureintrag, bevorzugt während des Lackiervorgangs der Karosserie, expandiert das Schaummaterial, so dass das Schaumverbundbauteil nunmehr den Hohlraum im Bereich der hinteren Säule zumindest abschnittsweise ausfüllt. Hierdurch kommt es zu einer signifikanten Erhöhung der Karosseriesteifigkeit im Heckbereich des Fahrzeugs, mit einer deutlichen Reduzierung des Karosseriezitterns.
Die Schaumverbundbauteile werden bei den genannten Fahrzeugarten in die C-Säulen und/oder die D-Säulen eingebracht, im unteren, mittleren und/oder oberen Abschnitt der Säulen. Unter Säule wird hierbei der gesamte Karosseriepfosten verstanden, also auch derjenige Bereich der Säule, der sich unterhalb der Brüstungslinie des Fahrzeugs fortsetzt. Die Einbringung der Schaumverbundbauteile erfolgt bevorzugt symmetrisch in der linken und rechten Hälfte der Karosserie des Fahrzeugs.
Durch die Erfindung wird ein vorhandener Hohlraum dazu genutzt, die Karosserie , auszusteifen, ohne gewichtserhöhenden Eingriff in die Blechstruktur der Fahrzeugkarosserie. Werden zusätzlich Modifikationen an der Blechstruktur vorgenommen, so kann der Umfang der erforderlichen Maßnahmen in der Blechstruktur deutlich reduziert werden. Somit ergibt sich infolge der Erfindung eine beträchtliche Gewichtseinsparung.
Zwar ist es aus der DE 42 03 460 A1 und der DE 198 12 288 C1 allgemein bekannt, zur Verbesserung der Energieabsorption im Crashfall und zur Erhöhung der Karosseriesteifigkeit in ein Hohlprofil einer Kraftfahrzeugkarosserie ein Schaumverbundbauteil einzubringen, das aus einem Grundkörper mit einer außenseitigen Schicht aus einem Schaummaterial besteht, wobei der Grundkörper durch einen temperaturaktivierten Schäumvorgang im Hohlraum fixiert wird. Dem Stand der Technik ist jedoch nicht entnehmbar, dass durch eine Platzierung von Schaumverbundbauteüen in Knotenbereichen der hinteren Säulen bei Fahrzeugen mit großen Dachöffnungen das Problem des Karosseriezitterns gelöst werden kann, indem durch den Einsatz der Schaumverbundbauteile die Mikrobewegungen in den Knotenbereichen reduziert werden. Des weiteren sind aus der EP 0 697 956 B1 Schaumverbundbauteile zum Ausfüllen von Karosseriehohlräumen bekannt. Die bekannten Schaumverbundbauteile unterscheiden sich jedoch grundlegend von den erfindungsgemäß eingesetzten Schaumverbundbauteilen, da die Schaumverbundbauteile gemäß der EP 0 697 956 B1 einen schäumbaren Kern beinhalten, der von einem Träger außenseitig eingefasst ist. Der Träger kann in einem Karosseriehohlraum fixiert werden, so dass beim nachfolgenden temperaturaktivierten Aufschäumen das Schaummaterial in einen definierten Bereich des Hohlraums austreten kann. Durch das Ausschäumen von Karosseriehohlräumen mit Schaumverbundbauteilen gemäß der EP 0 697 956 B1 soll in erster Linie verhindert werden, dass die Luftsäule im Karosseriehohlraum in Schwingung versetzt werden kann. Aufgrund der großen Schaumdicken, des hohen Aufschäumgrades und der geringen Festigkeit des Schaummaterials kommt es bei der bekannten Lösung zu keiner nennenswerten Steif igkeitserhöhung.
Bevorzugt wird das Schaumverbundbauteil in einen Knotenbereich der hinteren Säule eingebracht, um eine besonders effiziente Versteifung der Karosseriestruktur zu erzielen. Je nach Gestaltung der Karosseriestruktur füllt das Schaumverbundbauteil dabei überwiegend nur den Knotenbereich aus oder es ragt zusätzlich in den Hohlraum der hinteren Säule und/oder in zumindest einen Hohlraum eines angrenzenden Strukturbauteils hinein.
Unter Knotenbereich ist im Zusammenhang mit der Erfindung derjenige Bereich zu verstehen, in dem die hintere Säule an einen weiteren tragenden Bestandteil der Fahrzeugkarosserie angrenzt.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 10 wird in den Hohlraum im Bereich einer hinteren Säule ein Schaumverbundbauteil eingebracht, dessen Grundkörper zumindest auf einer Seite mit einem temperaturaktivierbaren Schaummaterial versehen ist. Im Unterschied zur erfindungsgemäßen Lösung nach Anspruch 1 füllt das Schaumverbundbauteil nicht den gesamten Hohlraum oder einen überwiegenden Teil des Hohlraums im Bereich der hinteren Säule aus, sondern wird nur mit einem Teilbereich der Innenseite des Hohlraums verbunden. Hierdurch wird bei nur geringer Gewichtserhöhung und bei niedrigen Herstellkosten eine sehr wirkungsvolle Versteifung der Karosserie erreicht und das Karosseriezittern minimiert.
Zwar ist es aus der US 5,213,391 A1 bekannt, ein erstes Strukturbauteil mit einem Flansch, der außenseitig ein Schaummaterial trägt, mit einem zweiten Strukturbauteil zu verbinden, indem durch das Aufschäumen des Schaummaterials der Hohlraum zwischen dem Flansch des ersten Strukturbauteils und dem zweiten Strukturbauteil ausgefüllt wird. Durch diese Art der Verbindung wird sowohl die Karosseriesteifigkeit erhöht als auch eine Schallisolierung erreicht. Die bekannte Lösung unterscheidet sich in ihrer Ausführung deutlich von der vorliegenden Erfindung und geht zudem von einer völlig andersartigen Problemstellung aus.
Der Grundkörper besteht bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial, das in kostengünstiger Weise in einem Spritz- oder Gussverfahren hergestellt wird, mit an den Hohlraum der Fahrzeugkarosserie angepasster Geometrie. Zur Erhöhung der Stei- figkeit bei geringem Gewicht und bei einfacher Herstellbarkeit ist der Grundkörper in vorteilhafter Weise mit einer Verrippung versehen. Bevorzugt kommt ein glasfaserverstärkter Kunststoff zum Einsatz.
Der Grundkörper ist so ausgeführt, dass er nach dem Einsetzen in den Hohlraum diesen zumindest abschnittsweise ausfüllt. Daher bestimmt die Festigkeit und die Steifigkeit des Grundkörpers die erreichbare Versteifung der hinteren Säule maßgeblich. Daher ist der Grundkörper hinsichtlich seines Materials und seiner Gestaltung entsprechend stabil auszuführen. Der Grundkörper selbst kann aus Vollmaterial bestehen, als Hohlkörper ausgebildet sein, Verrippungen aufweisen, einstückig ausgebildet oder aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sein etc.
Der Grundkörper kann auch aus einem metallischen Werkstoff bestehen und als Metallblech, Strangprofil, Gussbauteil oder dergleichen ausgeführt sein. Insbesondere bei der Erfindung nach Anspruch 10 bietet sich die Verwendung eines Metallbleches an.
Infolge der an den Hohlraum angepassten Geometrie des Grundkörpers ergibt sich ein nur sehr geringer Abstand zwischen dem Grundkörper und den Innenwänden des Hohlraums. Dieser kleine Freiraum zwischen dem Grundkörper und der Innenwand wird vom Schaummaterial überbrückt. Die geringe Schichtdicke des Schaummaterials ermöglicht die Übertragung hoher Druck-, Zug- und Scherkräfte. Das Schaummaterial stellt damit eine hoch belastbare stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper und der Innenwand des Hohlraums her, wirkt also als „Klebematerial", das den Freiraum zwischen Grundkörper und Innenwand selbsttätig und vollständig ausfüllt. Das Schaummaterial erfährt bei der temperaturaktivierten Expansion eine vergleichsweise geringe Volumenerhöhung von beispielsweise 60 bis 100 %. Bei den verwendeten Schaummaterialien handelt es sich um sogenannte „Strukturschäume", die im expandierten und ausgehärteten Zustand eine sehr hohe Steifigkeit aufweisen und damit in der Lage sind, die Mikrobewegungen der Struktur, die für das Karosseriezittern verantwortlich sind, zu reduzieren. Im Gegensatz hierzu ergibt sich bei den sogenannten „Akustikschäumen", die zur Minimierung der Schallausbreitung in Karosseriehohlräume eingebracht werden, keine nennenswerte Versteifung der Struktur.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1a, 1 b perspektivische Ansichten auf eine Rohkarosserie eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, mit Schaumverbundbauteilen im Bereich einer C- und D-Säule, mit Blickrichtung von der Rückseite bzw. der Vorderseite des Fahrzeugs,
Fig. 2 eine Ansicht auf die Innenseite der Karosserie von Fig. 1a, 1b, mit Blickrichtung von der Fahrzeugmitte,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf ein Schaumverbundbauteil, zur Anbringung im Bereich des unteren Endabschnittes der C-Säule des Kraftfahrzeuges, Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines Schaumverbundbauteils, zur Anbringung im mittleren Bereich der C-Säule,
Fig. 5 und 6 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines Schaumverbundbauteils, zur Anbringung im oberen Bereich der C-Säule,
Fig. 7 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines Schaumverbundbauteils zur Anbringung im oberen Bereich der D-Säule und
Fig. 8 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines Schaumverbundbauteils mit einem Grundkörper aus Metallblech, zur Anbringung im unteren Bereich der D-Säule.
Die Fig. 1a, 1b zeigen eine Rohkarosserie eines Fahrzeugs in perspektivischer Gesamtansicht, während in Fig. 2 nur der hintere Bereich der Karosserieseitenstruktur des Fahrzeugs dargestellt ist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein Sport Utility Vehicie mit einer C-Säule 1 , einer D-Säule 2, einem Dachseitenträger 3, einer hinteren inneren Seitenwand 4, einem unteren Fensterspriegel 5, einem Türbegrenzungsspriegel 14 und einem hinteren Bodenquerträger 6. Die genannten Strukturbauteile 1 bis 6 und 14 begrenzen einen hinteren Türausschnitt 7, einen hinteren Fensterausschnitt 8 sowie einen Ausschnitt 9 für eine Heckklappe. Die Dachseitenträger 3 und ein hinterer Dachquerträger 10 begrenzen heckseitig eine Dachstruktur eines in seiner Gesamtheit mit 15 bezeichneten Daches. Das Dach 15 weist eine große Dachöffnung 16 auf, die ein großflächiges verlagerbares Dachelement, wie zum Beispiel einen Schiebedachdeckel, aufnimmt. Alternativ kann die Dachöffnung 16 wenigstens zwei verlagerbare Dachelemente aufnehmen. Im Bereich an die Dachöffnung 16 schließt sich heckseitig ein feststehendes Dachblech 17 an.
Im Bereich der C-Säule 1 und der D-Säule 2 sind Schaumverbundbauteile 30, 40, 50, 60, 70 und 80 angeordnet, wie in der Übersicht der Fig. 1a, 1b und 2 dargestellt.
Jedes der Schaumverbundbauteile 30 bis 80 besteht aus einem Grundkörper 32, 42, 52, 62, 72 bzw. 82. Auf den Außenflächen der Grundkörper 32 bis 82 ist zumin- dest abschnittsweise eine vergleichsweise dünne Auflage 33a und 33b, 43, 53a und 53b, 63a und 63b, 73a und 73b bzw. 83 eines Schaummaterials aufgebracht.
Die in den Fig. 3 bis 7 dargestellten Grundkörper 32 bis 72 bestehen aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial und weisen mit Ausnahme des Grundkörpers 32 jeweils eine Mehrzahl von Rippen 11 auf. Während der vom Schaumverbundbauteil 30 auszufüllende Hohlraum vergleichsweise klein ist (Spaltmaß ca. 10 bis 15 mm) und der Grundkörper 32 daher als Vollmaterial ausgeführt werden kann, sind die Grundkörper 42 bis 72 nur als verrippte Bauteile herstellbar. Hierbei sind die Auflagen 43, 53a und 53b, 63a und 63b sowie 73a und 73b des Schaummaterials jeweils im Bereich der nicht verrippten Außenflächen der Grundkörper 42 bis 72 aufgebracht. Die Auflagen 53a und 53b, 63a und 63b sowie 73a und 73b befinden sich dabei an gegenüberliegenden Seiten der Schaumverbundbauteile 50, 60 bzw. 70, so dass sich die Schaumverbundbauteile 50, 60 bzw. 70 nach dem Aufschäumen des Schaummaterials an gegenüberliegenden Seiten des betreffenden Karosseriehohlraums abstützen, sich mit dem Aufschäumen im Hohlraum sozusagen ver- spreizen, somit also eine besonders wirkungsvolle Aussteifung des Hohlraums erzeugen. Wie ersichtlich, ist es für eine signifikante Aussteifung der Karosseriehohlräume bereits ausreichend, dass die Auflagen 43, 53a und 53b, 63a und 63b sowie 73a und 73b nur an einem Teil der Außenflächen des Schaumverbundbauteils 40 bis 70 angebracht sind, die Außenflächen also nicht vollflächig überdecken.
Gleiches gilt auch für das Schaumverbundbauteil 40, wobei die zeichnerische Darstellung gemäß Fig. 4 lediglich die Auflage 43 im glattflächigen Bereich der „Vorderseite" des Schaumverbundbauteils 40 zeigt. Auf der nicht sichtbaren glattflächigen „Rückseite" des Schaumverbundbauteils 40, gegenüberliegend zu den „vorderseitigen" Rippen 11a bis 11c, ist ebenfalls eine Auflage aus Schaummaterial vorgesehen. Analog ist gegenüberliegend zur „vorderseitigen" Auflage 43 an der „Rückseite" des Schaumverbundbauteils 40 eine versteifende Verrippung vorgesehen. Mit anderen Worten sind die glattflächigen Auflagebereiche für das Schaummaterial und die Verrippungen bevorzugt wechselseitig an gegenüberliegenden „Vorder- und Rückseiten" der Schaumverbundbauteile vorgesehen. Allen Schaumverbundbauteilen 30 bis 70 ist gemeinsam, dass sie Auflagen 33a und 33b, 43, 53a und 53b, 63a und 63b, 73a und 73b aufweisen, die auf wenigstens zwei unterschiedliche Außenflächen der Schaumverbundbauteile 30 bis 70 aufgebracht sind. Bevorzugt befinden sich die Auflagen 33a und 33b, 43, 53a und 53b, 63a und 63b, 73a und 73b auf gegenüberliegenden Außenflächen der Schaumverbundbauteile 30 bis 70, wie anschaulich anhand der Fig. 3 bis 7 dargestellt. Damit ist, wie bereits oben erläutert, mit der Abstützung des expandierten Schaummaterials an gegenüberliegenden Innenwänden des Hohlraums eine wirkungsvolle Aussteifung des Hohlraums gegeben.
Beispielhaft sind an den Grundkörpern 32, 62 und 72 stiftartige Befestigungseinrichtungen 12 dargestellt, mit denen das Schaumverbundbauteil 30 an der Karosseriestruktur vorläufig angeordnet werden kann, bevor es nach der Expansion des Schaummaterials endgültig in der Karosseriestruktur fixiert ist. Gleichwirkend sind am Grundkörper 52 des Schaumverbundbauteils 50 Aufnahmebohrungen 13 vorgesehen, die zur Positionierung des Schaumverbundbauteils 50 in nicht dargestellte karosserieseitige Aufnahmestifte eingreifen. Grundsätzlich kann die Befestigung auch über Rastnasen, Haken etc. erfolgen.
Der Grundkörper 82 des Schaumverbundteils 80 besteht aus einem Metallblech, bei dem auf nur einer Seite eine Auflage 83 aus Schaummaterial aufgebracht ist.
Entsprechend der unterschiedlichen Anbringungsorte sind die einzelnen Schaumverbundbauteile 30 bis 80 unterschiedlich gestaltet.
So weist das Schaumverbundbauteil 30 einen langgestreckten Grundkörper 32 auf, der mit einem ersten verbreiterten Abschnitt 35 im Bereich der inneren Seitenwand 4 anliegt, während der obere Abschnitt 36 sich in den an der Seitenwand 4 anliegenden Säulenabschnitt der C-Säule 1 hinein erstreckt.
Das Schaumverbundbauteil 40 füllt den Hohlraum aus, der im Knotenbereich der C-Säule 1 mit dem Fensterspriegel 5 und dem Türbegrenzungsspriegel 14 besteht. Dementsprechend hat das Schaumverbundbauteil 40 eine etwa L-förmige Gestalt, mit zwei breiten, kurzen Schenkeln 45 und 46, die über Rippen 11a und 11b zusätz- lieh versteifend miteinander verbunden sind.
Die Schaumverbundbauteile 50 und 60 sind an der Innen- bzw. der Außenseite der Rohkarosserie, im Knotenbereich zwischen C-Säule 1 und Dachseitenträger 3 angeordnet.
Das längliche Schaumverbundbauteil 50 erstreckt sich im wesentlichen nur im Inneren des Dachseitenträgers 3, verläuft also in seiner Einbaulage etwa in Längsrichtung des Fahrzeugs.
Das T-förmige Schaumverbundbauteil 60 hingegen ist im Hohlraum zwischen den Außenseiten von Dachseitenrahmen 3 und C-Säule 1 einerseits und einer nicht dargestellten äußeren Seitenwand andererseits angeordnet. Dabei füllt der leicht entgegen der Fahrtrichtung nach hinten geneigte Schenkel 65 des Schaumverbundbauteils 60 den Hohlraum im Bereich der C-Säule 1 aus. Die in Einbaulage etwa horizontal verlaufenden Abschnitte 66a und 66b des Schaumverbundbauteils 60 verlaufen hingegen entlang des Dachseitenträgers 3, wobei der längere Abschnitt 66b im Bereich hinter der C-Säule 1 (bezogen auf die Fahrtrichtung) angeordnet ist.
Abweichend von der zeichnerischen Darstellung der Fig. 6 kann das Schaumverbundbauteil 60 auch ohne horizontal verlaufende Abschnitte 66a und 66b ausgebildet sein, je nach den Erfordernissen der zu Grunde liegenden Rohkarosserie.
Die Öffnung 64 im Schaumverbundbauteil 60 stellt einen Freiraum für eine an der Karosserie angeordnete, nicht dargestellte Spreizmutter zur Verfügung. Ähnliche Öffnungen 74 und 84 sind auch an den Schaumverbundbauteilen 70 und 80 vorgesehen. Grundsätzlich können die Schaumverbundbauteile 30 bis 80 mit einer oder mehreren Durchgangsöffnungen versehen sein, beispielsweise zu folgenden Zwecken: Befestigung des Schaumverbundbauteils oder benachbarter Bauteile, Schaffung von Montagefreiräumen, Gewährleistung des Zu- und Abflusses für die KTL (Kataphorese-Tauch-Lackierung), Schaffung von Zugangsmöglichkeiten für die Hohlraumkonservierung etc. Das Schaumverbundbauteil 70 ist ebenfalls etwa L-förmig, mit einem kurzen, breiten Schenkel 75, der in den Dachquerträger 10 hineinragt und mit einem langen Schenkel 76, der in Richtung der D-Säule 2 verläuft.
Das Schaumverbundbauteil 80 weicht in seiner Ausführung von den Schaumverbundbauteilen 30 bis 70 ab, da es einen Grundkörper 82 aus einem tiefgezogenen Metallblech aufweist. Außerdem hat es eine im wesentlichen flächige Struktur und liegt mit seiner Auflage 83 lediglich an einer Seite des Hohlraumes an, ohne an die gegenüberliegende Wandung des Hohlraums anzugrenzen.
Das Schaumverbundbauteil 80 ist L-förmig ausgeführt, mit einem ersten Schenkel 85, der in Einbaulage entlang des Bodenquerträgers 6 verläuft, und einem zweiten Schenkel 86, der sich in Richtung der D-Säule 2 erstreckt.
Die Einheit aus Schaumverbundbauteil 80 und Bodenquerträger 6 / D-Säule 2 stellt ein „Sandwichbauteil" mit der Materialfolge Metall - Schaum - Metall dar. Das Schaumverbundbauteil 80 besteht beispielsweise aus einem Stahlblech mit einer Dicke von 2 mm und einem Schaummaterial mit einer Dicke von 5 bis 6 mm.
Die Einbringung des Schaumverbundbauteils 80 in die Rohkarosserie des Fahrzeugs erfolgt wie nachstehend beschrieben: Der Grundkörper 82 weist drei kreisrunde Verprägungen 87 auf, die den Abstand des Grundkörpers 82 gegenüber der Rohkarosserie vorgeben und damit die Breite des Spalts bestimmen, der nachfolgend vom Schaummaterial ausgefüllt wird. Die Position des Grundkörpers 82 in den beiden anderen Raumrichtungen wird durch zwei karosserieseitige Stifte festgelegt, die in korrespondierende Aufnahmeöffnungen 87 des Grundkörpers 82 eingreifen. Um die Soll-Position des Grundkörpers 82 während des Aufschäumens zu fixieren, wird der Grundkörper 82 über die Verprägungen 87 mittels Punktverschweißung an die Rohkarosserie geheftet.

Claims

Kraftfahrzeug mit einem DachPatentansprüche
1. Kraftfahrzeug mit einem Dach, das eine Dachöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hohlraum im Bereich einer hinteren Karosseriesäule (1 , 2) des Fahrzeugs ein Schaumverbundteil (30 bis 70) an der Karosserie angeordnet ist, das aus einem Grundkörper (32 bis 72) mit außenseitig aufgebrachtem Schaummaterial besteht, wobei das Schaummaterial durch Temperatureintrag expandierbar ist, derart, dass nach der temperaturaktivierten Expansion das Schaummaterial den Freiraum zwischen dem Grundkörper (32 bis 72) und den Wänden des Hohlraums zumindest abschnittsweise ausfüllt.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummaterial in Form von Auflagen (33a und 33b, 43, 53a und 53b, 63a und 63b, 73a und 73b) ausgebildet ist, die auf wenigstens zwei unterschiedlichen Außenflächen des Schaumverbundbauteils (30 bis 70) aufgebracht sind.
3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagen (33a und 33b, 43, 53a und 53b, 63a und 63b, 73a und 73b) auf wenigstens zwei gegenüberliegenden Außenflächen des Schaumverbundbauteils (30 bis 70) aufgebracht sind.
4. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaumverbundbauteil (30 bis 70) im Hohlraum eines Knotenbereiches der hinteren Säulen (1 , 2) mit einem weiteren Strukturbauteil (3, 4, 5, 6, 10, 14) der Karosserie angeordnet ist.
5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Strukturbauteil ein Dachseitenträger (3), ein Seitenwandbereich (4), ein Fensterspriegel (5), ein Dachquerträger (6), ein Bodenquerträger (10), ein Türbegrenzungsspriegel (14) oder dergleichen ist.
6. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Erstreckung des
Schaumverbundbauteils (40) vornehmlich auf den Knotenbereich beschränkt.
7. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaumverbundteil (30) ein langgestrecktes Bauteil ist, das sich über den Knotenbereich hinaus in den Hohlraum der hinteren Säule (1 ) erstreckt.
8. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaumverbundbauteil (50) ein langgestrecktes Bauteil ist, das sich über den Knotenbereich hinaus in den Hohlraum eines an die hintere Säule (1 ) angrenzenden Karosseriestrukturbauteils (3) erstreckt.
9. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaumverbundbauteil (60, 70) ein etwa L-förmiges oder ein etwa T-förmiges Bauteil ist, das sich über den Knotenbereich hinaus sowohl in den Hohlraum der hinteren Säule (1 , 2) als auch in den Hohlraum eines angrenzenden Karosseriestrukturbauteils (3, 10) erstreckt.
10. Kraftfahrzeug mit einem Dach, das eine Dachöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hohlraum im Bereich einer hinteren Karosseriesäule (2) des Fahrzeugs ein Schaumverbundteil (80) an der Karosserie angeordnet ist, das aus einem Grundkörper (82) besteht, auf den an einer Außenseite ein Schaummaterial aufgetragen ist, wobei das Schaummaterial durch Temperatureintrag expandierbar ist, derart, dass nach der temperaturaktivierten Expansion das Schaummaterial den Grundkörper (82) mit einer Innenseite des Hohlraums verbindet.
11. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (32 bis 72) aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial, besteht.
12. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (40, 50, 60, 70) wenigstens eine Verstärkungsrippe (1 1 , 11a, 11 b, 11c) aufweist.
13. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (82) aus einem Metallblech besteht.
14. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, ' dadurch gekennzeichnet, dass am Schaumverbundbauteil (30, 50) wenigstens eine Einrichtung (12, 13) zur Befestigung des Schaumverbundbauteils (30, 50) an der Karosserie des Fahrzeugs vorgesehen ist.
15. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachöffnung (16) ein großflächiges verlagerbares Dachelement oder wenigstens zwei verlagerbare Dachelemente aufnimmt.
16. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen in Kombinationsbauart, eine Großraumlimousine, ein Geländewagen, ein Sport Utility Vehicie, ein Sport Activity Vehicie oder dergleichen ist.
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