WO2020057884A1 - Fahrzeugdach - Google Patents

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WO2020057884A1
WO2020057884A1 PCT/EP2019/072358 EP2019072358W WO2020057884A1 WO 2020057884 A1 WO2020057884 A1 WO 2020057884A1 EP 2019072358 W EP2019072358 W EP 2019072358W WO 2020057884 A1 WO2020057884 A1 WO 2020057884A1
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vehicle
reinforcement
cover layer
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PCT/EP2019/072358
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Christian Schwering
Silvio RÖSSEL
Andrej SCHEVTSCHUK
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a vehicle roof according to the preamble of claim 1 and a roof reinforcement according to claim 10.
  • a vehicle roof designed as a full roof of a two-track vehicle has, in common practice, a curved, closed-surface roof sheet metal part made of steel, magnesium or
  • the roof panel part is glued with at least one large, plate-shaped roof reinforcement.
  • the roof reinforcement is constructed in three layers, with a lower paper layer, an upper paper layer and an intermediate core layer.
  • the top paper layer of the roof reinforcement is glued to the roof panel part using adhesive beads.
  • the roof reinforcement known from EP 2 712 790 A1 has a symmetrical one
  • Such a three-layer roof reinforcement is usually produced in a production plant in which the upper paper layer and the lower paper layer are first fed to a foaming station as separate continuous webs.
  • a starting component of the middle foam layer is introduced between the lower paper layer and the upper paper layer and foamed under heat (for example in an oven).
  • the semifinished product thus formed is fed to a downstream cutting station, in which the semifinished product is cut or cut to a roof stiffening dimension.
  • the upper and lower layers of paper When exposed to moisture and / or thermal stress, the upper and lower layers of paper are subject to high thermal expansion and / or shrinkage compared to the steel material of the roof panel part. Due to the comparatively high thermal expansion and / or shrinkage of the paper layers, deformation forces and / or stresses build up in the installed state of the roof reinforcement and lead to component distortion of the vehicle roof. If, for example, the vehicle roof is subjected to a so-called sunlight simulation, the roof stiffening undergoes a comparatively high thermal expansion, with the formation of deformation forces which act on the steel roof sheet metal part. This means that there is a risk that the vehicle roof will deform or bulge locally under the influence of heat.
  • EP 0 997 265 A1 discloses a method for producing a roof reinforcement for a vehicle.
  • the object of the invention is to provide a vehicle roof in which no visible, local deformations occur when the vehicle roof is subjected to heat.
  • the invention is based on the following two findings: firstly, the upper paper layer of the roof reinforcement bonded to the roof sheet part plays only a subordinate role for the buckling stiffness of the vehicle roof due to its positioning directly adjacent to the roof sheet part, while the lower paper layer spaced further from the roof sheet part plays a role for the buckling stiffness of the Vehicle roofs is critical (in terms of Steiner's theorem). Secondly, in the event of thermal stress (for example a sunlight simulation), the deformation forces building up in the upper paper layer of the roof reinforcement are transferred via the adhesive connection to the roof panel part, while the deformation forces building up in the lower paper layer are at least partially reduced by deformation of the foam core and not be forwarded towards the roof panel part. Therefore, in the event of thermal stress on the vehicle roof, the expansion behavior of the top paper layer of the roof reinforcement is primarily responsible for visible, local sheet metal part deformations in the roof sheet part.
  • the upper paper layer of the roof reinforcement is completely omitted. Accordingly, the core layer of the roof reinforcement is glued directly to the roof sheet part, that is, without an intermediate layer of an upper paper layer. In this way, when heat is applied (e.g. sunlight simulation) prevents negative influence of the upper paper layer on the roof panel part.
  • heat e.g. sunlight simulation
  • the normal functionality of the roof stiffening i.e. providing the vehicle roof with a buckling stiffness
  • the upper paper layer is not completely omitted. Rather, the upper cover layer is in claim 2
  • Paper layer is formed, but rather has a basis weight that is greatly reduced compared to the basis weight of the lower paper layer.
  • the top cover layer can also be completely paper-free as a film or as a lacquer layer or a
  • Plastic fiber layer for example PE fleece
  • PE fleece Plastic fiber layer
  • the build-up of deformation forces in the upper cover layer can be reduced in the event of thermal stress on the vehicle roof (for example sunlight simulation).
  • the roof reinforcement can still be produced in a conventional manufacturing system.
  • the lower cover layer of the roof reinforcement can be implemented as a paper layer.
  • the lower cover layer can also be realized as a fiber composite with, for example, glass fiber laid or woven fabrics.
  • the core layer of the roof reinforcement can be a plastic foam, in particular a PU foam.
  • the porous foam material of the core layer is plastically deformable. For this reason, when the vehicle roof is subjected to heat (for example, sunlight simulation), the foam material with elastic deformation can reduce the deformation forces that build up in the core layer.
  • the core layer of the roof reinforcement which is directly bonded to the roof sheet metal part, can be assembled with the roof sheet metal part
  • the lower paper layer can have a weight per unit area of 120 to 180 g / m 2 , in particular of 170 to 180 g / m 2 .
  • the top paper layer can in contrast, have a greatly reduced basis weight of 20 to 120 g / m 2 , in particular 50 to 60 g / m 2 .
  • a completely paper-free top layer can be used instead of the upper paper layer with reduced basis weight.
  • a cover layer can, for example, be a film made of plastic or of another material, such as one
  • the roof reinforcement is produced in a production plant in which the upper cover layer and the lower paper layer are initially provided separately from one another as continuous goods and are fed to a foaming station in one production direction.
  • a starting component of the middle foam layer is introduced between the upper cover layer and the lower paper layer and foamed there.
  • an endless semifinished product is obtained, which is cut or cut to the respective roof reinforcement dimension in a downstream cutting station.
  • the roof sheet metal part can be glued to the large-area, plate-shaped roof reinforcement via adhesive beads.
  • the adhesive beads can preferably be between the front and rear trimming edge of the roof stiffening in the
  • the vehicle front and vehicle rear adhesive bead ends can preferably each terminate with a longitudinal distance in front of the respective front / rear trimming edge.
  • Shrinkage can be built up in the roof stiffening, especially in the area of the front and rear trimming edges of the roof stiffening act on the roof sheet metal part and there form disadvantageous visible deformations in the roof sheet metal part.
  • a relief profile is formed on the respective front or rear edge of the roof reinforcement, which has relief grooves, for example. These can be spaced apart from one another in the vehicle transverse direction, as a result of which the deformation forces due to deformations of the roof reinforcement on their front and rear edges can be broken down. It is preferred if the respective relief groove protrudes toward the front or rear of the vehicle into a caterpillar space between two adjacent adhesive beads, with a longitudinal offset between the groove bottom of the respective relief groove and the respective adhesive bead end.
  • the roof stiffening can also have incisions on its closed surfaces.
  • the incisions or embossings known from the prior art are often shaped like a honeycomb, since this hexagonal shape from previous flexural rigidity tests is considered to be optimal for the load.
  • honeycomb trimming can still be carried out.
  • Incisions can optionally be in honeycomb form or other shapes, e.g. B. be realized in a rectangular shape. Rectangular incisions in the direction of the fibers and across them can also enable better, effect-oriented behavior in the event of thermal expansion with low transverse forces.
  • white kraft paper instead of white kraft paper, the use of the brown, cheaper kraft liner is also conceivable.
  • other top / bottom cover layers such as fiber composites, for example made of glass fibers, can be used. The upper (if present) and lower cover layers should be in their
  • the semi-finished product can be manufactured in advance, for example by manufacturing twice the thickness and subsequently splitting it into two parts with a cover layer on one side.
  • the lower cover layer according to the invention can be strengthened / thicker and the foam core can be designed as high as possible in accordance with the rules of technical mechanics using the package of, for example, approximately 7 mm, in order to utilize the full lightweight construction potential.
  • the thickness of the lower cover layer with conventional paper kraft liners is 177 to 233gr / m2 (that means a few 1 / 10mm), but can also assume other values, for example if a fiber composite with, for example, glass fiber scrims or fabrics is used for the lower cover layer.
  • top layers of roof reinforcements known from the prior art are PET-coated in order to meet the internal limit values for water absorption according to the Cobb1800 test.
  • the roof reinforcements according to the invention the use of uncoated paper (or another material) is also possible as long as the adhesive adhesion is still rated as OK by tests and the water absorption is below a new limit value of approx. 120 g / m2 water in the Cobb1800 test.
  • the relief cuts can take any convenient shape, such as a trapezoidal shape, waveform, etc.
  • Figure 1 is a top view of a vehicle with a full roof, in which the front and rear roof reinforcement is highlighted;
  • FIG. 2 shows an enlarged partial sectional view along a sectional plane yz from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment in a view corresponding to FIG. 2;
  • FIG. 5 roughly schematically shows a manufacturing system for producing the roof reinforcement shown in FIG. 3.
  • vehicle roof 2 realized as a full roof for a two-lane vehicle, which extends in the vehicle longitudinal direction x from a tailgate, not shown, to a window frame 4 for a windshield 6.
  • vehicle roof 2 is constructed from a steel roof sheet metal part 1, indicated only by a dash-dotted line, and from front and rear roof reinforcements 3, which increase the buckling stiffness of the
  • the adhesive beads 5 are aligned parallel to each other and in the
  • Each of the adhesive beads 5 shown extends continuously linearly in the vehicle longitudinal direction x, the front and rear adhesive bead ends 9 each terminating at a longitudinal distance Dc before reaching the respective front edge 11 and rear edge 13. Otherwise, each of the two roof stiffeners 3 via an adhesive gap m ( Figure 2 or 3) in the
  • Vehicle vertical direction z spaced from the roof panel part 1.
  • the edge profile of the front edge 11 and the rear edge 13 of the respective roof stiffening 3 is not continuously straight in the vehicle transverse direction y. Rather, a plurality of front and rear relief grooves 15 are formed in the front and rear edges 11, 13 of the respective roof reinforcement 3.
  • the front relief grooves 15 of the roof stiffeners 3 protrude rearward into the respective caterpillar space 7 of adjacent adhesive beads 5, namely according to FIG. 1 with a longitudinal offset I between the groove bottom 17 of the front relief grooves 15 and the respective front adhesive bead ends 9.
  • FIG. 4 a material structure of the vehicle roof 2 known from the prior art is shown. Accordingly, the roof stiffening 3 is made in three parts, with a lower paper layer 19, a middle PU foam layer 23 and an upper paper layer 21, which is glued to the steel roof sheet metal part 1 via adhesive beads 5. The one shown in Figure 4
  • Roof stiffening 3 has a symmetrical material structure, in which the upper
  • Paper layer 21 and the lower paper layer 19 are of identical design, that is to say with the same layer thickness Si, S3, with the same basis weight and with the same material.
  • the one with the Roof sheet metal part 1 of the glued top paper layer 1 of the roof stiffener 3 plays only a subordinate role for the buckling stiffness of the vehicle roof 2 due to its position directly adjacent to the roof metal sheet part 1 - At a distance a from the roof panel part 1 and therefore (with regard to Steiner's theorem) of crucial importance for the buckling stiffness of the vehicle roof 2.
  • Roof reinforcement 3 also constructed in three layers with a lower paper layer 19, a middle foam core 23 and an upper cover layer 21.
  • the upper cover layer 21 and the foam core 23 serve - as also in FIG. 4 - as a spacer for the lower paper layer 19 Distance a from the roof panel part 1. The greater the distance a between the lower paper layer 19 and the roof sheet metal part 1, the greater the resulting buckling stiffness of the vehicle roof 2.
  • the top cover layer 21 can also be realized as a paper layer.
  • the roof reinforcement 3 in FIG. 2 has an asymmetrical material structure in which the upper paper layer 21 of the roof reinforcement 2 is no longer identical to the lower one
  • Paper layer 19 is formed. Rather, the upper paper layer 21 is shown in FIG.
  • the upper paper layer 21 can also be replaced by a completely paper-free upper cover layer 21, for example by a film or by a lacquer layer or a plastic fiber layer (for example PE fleece).
  • a completely paper-free upper cover layer 21 for example by a film or by a lacquer layer or a plastic fiber layer (for example PE fleece).
  • deformation forces F below and F 0ben build up both in the upper cover layer 21 and in the lower paper layer 19 of the roof reinforcement .
  • the upper cover layer 21 has a significantly less pronounced expansion behavior.
  • the upper deformation forces F 0ben building up in the upper cover layer 21 are significantly lower than in FIG. 4, as a result of which the risk of local deformations in the roof sheet metal part 1 is reduced.
  • FIG. 3 Another exemplary embodiment is shown in FIG.
  • the roof reinforcement 3 in FIG. 3 is no longer constructed in three layers, but in two layers with a lower paper layer 19 facing away from the roof sheet part 1 and a middle core layer 23, which is implemented as a PU foam core, for example.
  • the core layer 23 is glued directly to the roof sheet metal part 1 via the adhesive beads 5, ie without an additional upper paper layer.
  • the top paper layer in the roof reinforcement 3 is therefore completely dispensed with.
  • the side 24 of the core layer 23 facing the roof sheet part 1 is surface-treated in order to seal its porous foam structure. In this way, a perfect adhesive connection of the adhesive beads 5 to the core layer 23 can be achieved.
  • the reduced introduction of deformation forces F into the roof sheet metal part 1 greatly reduces the risk of local deformation of the roof sheet metal part in the sunlight simulation S.
  • a foaming station 27 in a production direction.
  • an initial component of the middle foam layer 23 is introduced between the upper cover layer 21 and the lower paper layer 19 and foamed there. After the foaming process has taken place, there is an endless semi-finished product which is in one
  • downstream cutting station 29 cut to the roof stiffening dimension

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugdach mit einem Dachblechteil (1) und zumindest einer damit verklebten Dachversteifung (3), mittels der die Beulsteifigkeit des Fahrzeugdachs (2) erhöht ist, wobei die Dachversteifung (3) mehrteilig mit einer Kernlage (23) und mit einer vom Dachblechteil (1) abgewandten unteren Decklage, insbesondere Papierlage (19), aufgebaut ist, wobei eine Wärmebeaufschlagung (S) auf das Fahrzeugdach (2) zu einer Wärmeausdehnung oder zu einer Schrumpfung der Dachversteifung (3) führt, und zwar unter Aufbau von Verformungskräften (Foben , Funten), die auf das Dachblechteil (1) wirken. Erfindungsgemäß werden Maßnahmen bereitgestellt, um die bei Wärmebeaufschlagung (S) auf das Dachblechteil (1) wirkenden Verformungskräfte (Foben, Funten), zu reduzieren.

Description

Beschreibung
Fahrzeugdach
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugdach nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Dachversteifung nach dem Anspruch 10.
Ein als Volldach ausgeführtes Fahrzeugdach eines zweispurigen Fahrzeugs weist in gängiger Praxis ein gewölbtes, geschlossenflächiges Dachblechteil aus Stahl, Magnesium oder
Aluminium auf. Um die Beulsteifigkeit des Dachblechteils zu erhöhen, ist das Dachblechteil mit zumindest einer großflächigen, plattenförmigen Dachversteifung verklebt.
Eine solche gattungsgemäße Dach Versteifung ist aus der EP 2 712 790 A1 bekannt.
Demzufolge ist die Dachversteifung insgesamt dreilagig aufgebaut, und zwar mit einer unteren Papierlage, einer oberen Papierlage und einer zwischengeordneten Kernlage. Die obere Papierlage der Dachversteifung ist über Kleberaupen mit dem Dachblechteil verklebt.
Die aus der EP 2 712 790 A1 bekannte Dachversteifung weist einen symmetrischen
Materialaufbau auf, bei dem die obere Papierlage und die untere Papierlage identisch ausgebildet sind, und zwar mit gleichem Flächengewicht und gleichen Materialeigenschaften. Üblicherweise wird eine solche dreilagige Dachversteifung in einer Fertigungsanlage hergestellt, bei der zunächst die obere Papierlage und die untere Papierlage als voneinander separate Endlosbahnen einer Schäumungsstation zugeführt werden. In der Schäumungsstation wird eine Ausgangskomponente der mittleren Schaumlage zwischen der unteren Papierlage und der oberen Papierlage eingebracht und unter Wärme (zum Beispiel in einem Ofen) aufgeschäumt. Nach dem Aufschäumvorgang wird das so gebildete Halbzeug einer nachgeschalteten Schneidstation zugeführt, in der das Halbzeug auf ein Dachversteifungs-Maß abgelängt oder zugeschnitten wird.
Die oberen und unteren Papierlagen sind bei Einwirken von Feuchtigkeit und/oder bei thermischer Beanspruchung einer - im Vergleich zum Stahlmaterial des Dachblechteils - hohen Wärmeausdehnung und/oder Schrumpfung unterworfen. Durch die vergleichsweise hohe Wärmeausdehnung und/oder Schrumpfung der Papierlagen bauen sich im Einbauzustand der Dachversteifung Verformungskräfte und/oder Spannungen auf, die zu einem Bauteil-Verzug des Fahrzeugdaches führen können. Wird das Fahrzeugdach beispielsweise einer sogenannten Sonnenlichtsimulation unterworfen, so erfolgt eine vergleichsweise hohe Wärmeausdehnung der Dachversteifung, und zwar unter Aufbau von Verformungskräften, die auf das Stahl- Dachblechteil einwirken. Dadurch besteht das Risiko, dass sich das Fahrzeugdach unter Wärmeeinfluss lokal verformt bzw. einbeult.
Aus der EP 0 997 265 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Dachversteifung für ein Fahrzeug bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeugdach bereitzustellen, bei dem es bei einer Fahrzeugdach-Wärmebeaufschlagung zu keinen sichtseitigen, lokalen Verformungen kommt.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf den folgenden beiden Erkenntnissen: Erstens spielt die mit dem Dachblechteil verklebte obere Papierlage der Dachversteifung aufgrund ihrer unmittelbar an das Dachblechteil angrenzenden Positionierung nur eine untergeordnete Rolle für die Beulsteifigkeit des Fahrzeugdaches, während die weiter vom Dachblechteil beabstandete untere Papierlage für die Beulsteifigkeit des Fahrzeugdaches von entscheidender Bedeutung ist (im Hinblick auf den Satz von Steiner). Zweitens werden bei einer thermischen Beanspruchung (zum Beispiel einer Sonnenlichtsimulation) speziell die sich in der oberen Papierlage der Dachversteifung aufbauenden Verformungskräfte über die Klebverbindung auf das Dachblechteil übertragen, während die sich in der unteren Papierlage aufbauenden Verformungskräfte zumindest teilweise durch eine Verformung des Schaumkerns abgebaut werden und nicht in Richtung auf das Dachblechteil weitergeleitet werden. Von daher ist bei einer thermischen Beanspruchung des Fahrzeugdaches in erster Linie das Ausdehnungsverhalten der oberen Papierlage der Dachversteifung verantwortlich für sichtseitige, lokale Blechteil-Verformungen im Dachblechteil.
Vor diesem Hintergrund sind erfindungsgemäß Maßnahmen zur Reduzierung der auf das Dachblechteil wirkenden, thermisch bedingten Verformungskräfte der Dachversteifung vorgesehen: Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist die obere Papierlage der Dachversteifung komplett weggelassen. Entsprechend ist die Kernlage der Dachversteifung direkt, das heißt ohne Zwischenlage einer oberen Papierlage, mit dem Dachblechteil verklebt. Auf diese Weise wird der bei einer Wärmebeaufschlagung (zum Beispiel Sonnenlichtsimulation) negative Einfluss der oberen Papierlage auf das Dachblechteil verhindert. Andererseits wird die normale Funktionsfähigkeit der Dachversteifung (das heißt Bereitstellung einer Beulsteifigkeit des Fahrzeugdaches) durch die Weglassung der oberen Papierlage kaum beeinflusst.
Alternativ dazu ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 die obere Papierlage nicht komplett weggelassen. Vielmehr ist im Anspruch 2 die obere Decklage der
Dachversteifung als eine Papierlage realisiert, die nicht mehr identisch wie die untere
Papierlage ausgebildet ist, sondern vielmehr ein Flächengewicht aufweist, das gegenüber dem Flächengewicht der unteren Papierlage stark reduziert ist. Alternativ dazu kann die obere Decklage auch komplett papierfrei als eine Folie oder als eine Lackschicht bzw. eine
Kunststofffaserschicht (zum Beispiel PE-Vlies) ausgebildet sein.
Durch Bereitstellung der erfindungsgemäß ausgelegten oberen Decklage kann bei einer thermischen Beanspruchung des Fahrzeugdachs (zum Beispiel Sonnenlichtsimulation) einerseits der Aufbau von Verformungskräften in der oberen Decklage reduziert werden.
Andererseits ist durch Bereitstellung der oberen Decklage die Dachverstärkung nach wie vor in einer herkömmlichen Fertigungsanlage herstellbar.
Die untere Decklage der Dachversteifung kann als eine Papierlage realisiert sein. Alternativ dazu kann die untere Decklage auch als ein Faserverbund mit zum Beispiel Glasfasergelegen oder -geweben realisiert sein.
In einer technischen Umsetzung kann die Kernlage der Dachversteifung ein Kunststoffschaum, insbesondere ein PU-Schaum sein. Das poröse Schaummaterial der Kernlage ist plastisch verformbar. Von daher kann bei einer Fahrzeugdach-Wärmebeaufschlagung (zum Beispiel Sonnenlichtsimulation) das Schaummaterial unter elastischer Verformung die sich in der Kernlage aufbauenden Verformungskräfte abbauen.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann die unmittelbar mit dem Dachblechteil verklebte Kernlage der Dachversteifung vor dem Zusammenbau mit dem Dachblechteil
oberflächenbehandelt werden. Dadurch kann eine einwandfreie Klebverbindung mit dem Dachblechteil gewährleistet werden, und zwar trotz Porosität des Schaummaterials der Kernlage.
In einer konkreten Ausführungsvariante kann die untere Papierlage ein Flächengewicht von 120 bis 180 g/m2, insbesondere von 170 bis 180 g/m2, aufweisen. Die obere Papierlage kann dagegen ein stark reduziertes Flächengewicht von 20 bis 120 g/m2, insbesondere von 50 bis 60 g/m2, aufweisen.
Alternativ dazu kann anstelle der oberen Papierlage mit reduziertem Flächengewicht auch eine komplett papierfreie obere Deckenlage verwendet werden. Eine solche Decklage kann beispielhaft eine Folie aus Kunststoff oder aus einem anderen Material, etwa aus einer
Kunststofffaserschicht sein.
In gängiger Praxis wird die Dachversteifung in einer Fertigungsanlage hergestellt, bei der zunächst die obere Decklage und die untere Papierlage als Endlosware zunächst separat voneinander bereitgestellt werden und in einer Fertigungsrichtung einer Schäumungsstation zugeführt werden. In der Schäumungsstation wird eine Ausgangskomponente der mittleren Schaumlage zwischen der oberen Decklage und der unteren Papierlage eingebracht und dort aufgeschäumt. Nach erfolgtem Schäumungsvorgang ergibt sich ein Endlos-Halbzeug, das in einer nachgeschalteten Schneidstation auf das jeweilige Dachversteifungs-Maß abgelängt oder zugeschnitten wird.
In der Zusammenbaulage kann das Dachblechteil über Kleberaupen mit der großflächigen, plattenförmigen Dachversteifung verklebt sein. Die Kleberaupen können sich bevorzugt zwischen der vorderen und hinteren Beschnittkante der Dach Versteifung in der
Fahrzeuglängsrichtung linear erstrecken sowie zueinander parallel angeordnet sein, das heißt in der Fahrzeugquerrichtung über Kleberaupen-Zwischenräume voneinander beabstandet sein. Die fahrzeugvorderen und fahrzeughinteren Kleberaupen-Enden können bevorzugt jeweils mit einem Längsabstand vor der jeweiligen vorderen/hinteren Beschnittkante abschließen.
Bei einem oben beschriebenen Klebemuster besteht die Gefahr, dass insbesondere an den vorderen und hinteren Beschnittkanten der Dachversteifung bei einer Wärmebeaufschlagung (Sonnenlichtsimulation) massiv Verformungskräfte, die durch Wärmeausdehnung bzw.
Schrumpfung in der Dachversteifung aufgebaut werden, speziell im Bereich der vorderen und hinteren Beschnittkanten der Dach Versteifung auf das Dachblechteil einwirken und dort nachteilige sichtseitige lokale Verformungen im Dachblechteil bilden.
Um dies zu vermeiden, ist es bevorzugt, wenn an der jeweiligen Vorder- oder Hinterkante der Dachversteifung ein Entlastungsprofil ausgebildet ist, das zum Beispiel Entlastungsnuten aufweist. Diese können in der Fahrzeugquerrichtung zueinander beabstandet sein, wodurch die Verformungskräfte durch Verformungen der Dachversteifung an ihrer Vorder- und Hinterkante abgebaut werden können. Bevorzugt ist es dabei, wenn die jeweilige Entlastungsnut nach fahrzeugvorne oder nach fahrzeughinten in einen Raupen-Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Kleberaupen einragt, und zwar mit einem Längsversatz zwischen dem Nutboden der jeweiligen Entlastungsnut und dem jeweiligen Kleberaupen-Ende.
Die Dachversteifung kann zudem Einschnitte auf ihren geschlossenflächigen Seiten aufweisen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Einschnitte oder Prägungen sind oft wabenförmig ausgeprägt, da diese Hexagonalform aus vergangenen Biegesteifigkeitsuntersuchungen als belastungsoptimal erachtet wird. Mit den neu gewonnenen Erkenntnissen zur
Wärmeausdehnung wird diese Theorie jedoch teilweise entkräftet. Um Querkräfte durch Wärmeausdehnung zu vermeiden, ist ein zukünftiger Beschnitt einer Dachversteifung optimal in Rechteckform, längs und quer zur Faserrichtung gestaltet. So kann sich das Material in
Verbindung mit den Klebenähten weniger gehindert ausdehnen.
Sollte sich in Einzelfällen, zum Beispiel bei bestehenden Werkzeugen, ein Wabenbeschnitt als unkritisch in den Versuchen zum jeweiligen Fahrzeug zeigen, kann der Wabenbeschnitt weiterhin ausgeführt werden. Einschnitte können wahlweise in Wabenform oder anderen Formen, z. B. in Rechteckform realisiert sein. Rechteckige Einschnitte können in Faserrichtung und quer dazu zusätzlich ein besseres, wirkungsgerichtetes Verhalten bei Wärmeausdehnung mit geringen Querkräften ermöglichen. Statt weißem Kraftpapier ist ebenfalls der Einsatz des braunen, günstigeren Kraftliners denkbar. Außerdem können, wie bereits oben erwähnt, andere obere/untere Deckschichten wie Faserverbunde zum Beispiel aus Glasfasern zum Einsatz kommen. Die obere (falls vorhanden) und die untere Deckschicht sollen in ihren
Eigenschaften nicht zu stark voneinander abweichen, um den Produktionsprozess nicht gravierend zu beeinträchtigen, zum Beispiel durch eine Wellenbildung des Verbundes.
Wie bereits oben erwähnt, kann generell statt einer oberen Deckschicht auch eine
Oberflächenbehandlung wie zum Beispiel Primern oder Versiegeln durch Sprühklebstoff, Lackieren, etc. eingesetzt werden, um die Klebehaftung zu erreichen und die
Emissionsgrenzwerte zu erfüllen. Voraussetzung ist auch hier, dass das Halbzeug im Vorfeld hergestellt werden kann, zum Beispiel auch durch Fertigung der doppelten Dicke und nachträglicher Spaltung in zwei Teile mit einseitiger Decklage.
Die erfindungsgemäße untere Decklage kann verstärkt/dicker werden und der Schaumkern gemäß den Regeln der technischen Mechanik unter Ausnutzung des Package von zum Beispiel ca. 7mm möglichst hoch gestaltet werden, um das volle Leichtbaupotenzial auszunutzen. Die Dicke der unteren Deckschicht beträgt mit üblichen Papierkraftlinern 177 bis 233gr/m2 (das heißt wenige 1/10mm), kann aber auch andere Werte annehmen, zum Beispiel wenn auch für die untere Deckschicht ein Faserverbund mit zum Beispiel Glasfasergelegen oder -geweben eingesetzt wird.
Die Decklagen von aus dem Stand der Technik bekannten Dachverstärkungen sind PET- beschichtet, um die internen Grenzwerte zur Wasseraufnahme nach dem Cobb1800-Test zu erfüllen. Mit den erfindungsgemäßen Dachverstärkungen ist ebenfalls der Einsatz von unbeschichtetem Papier (oder einem anderen Material) möglich, solang die Kleberhaftung durch Versuche weiterhin als in Ordnung bewertet wird und die Wasseraufnahme unterhalb eines neuen Grenzwerts von ca. 120gr/m2 Wasser im Cobb1800-Test liegt.
Wie bereits oben erwähnt können zur Entlastung der vorderen und hinteren Kanten der Dachverstärkung sogenannte Entlastungsschnitte bereitgestellt sein. So verläuft die
Kraftübertragung an den Enden der Klebenähte homogener und werden Spannungsspitzen abgemildert. Die Entlastungsschnitte können eine beliebige, belastungsgünstige Form annehmen, wie zum Beispiel eine Trapezform, Wellenform, usw.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 in einer Ansicht von oben ein Fahrzeug mit einem Volldach, bei dem die vordere und hintere Dachversteifung hervorgehoben ist;
Figur 2 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung entlang einer Schnittebene yz aus der Figur 1 ;
Figur 3 in einer Ansicht entsprechend der Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel;
Figur 4 in einer Ansicht entsprechend der Figur 2 gemäß dem Stand der T echnik; und
Figur 5 grob schematisch eine Fertigungsanlage zur Herstellung der in der Figur 3 gezeigten Dachversteifung.
In der Figur 1 ist ein als Volldach realisiertes Fahrzeugdach 2 für ein zweispuriges Fahrzeug angedeutet, das sich in der Fahrzeuglängsrichtung x von einer nicht gezeigten Heckklappe bis zu einem Scheibenrahmen 4 für eine Windschutzscheibe 6 erstreckt. Das Fahrzeugdach 2 ist aus einem nur mit strichpunktierter Linie angedeuteten Stahl-Dachblechteil 1 sowie aus vorderen und hinteren Dachversteifungen 3 aufgebaut, die die Beulsteifigkeit des
Fahrzeugdaches 2 erhöhen. Die beiden großflächigen, plattenförmigen Dachversteifungen 3 sind über Kleberaupen 5 mit der jeweiligen Dachversteifung 3 verklebt, die nach einem vordefinierten Applikationsmuster aufgetragen sind, wie es in der Figur 1 angedeutet ist.
Demzufolge sind die Kleberaupen 5 zueinander parallel ausgerichtet und in der
Fahrzeugquerrichtung y über Raupen-Zwischenräume 7 voneinander beabstandet. Jede der gezeigten Kleberaupen 5 erstreckt sich durchgängig linear in der Fahrzeuglängsrichtung x, wobei die vorderen und hinteren Kleberaupen-Enden 9 jeweils mit einem Längsabstand Dc vor Erreichen der jeweiligen Vorderkante 11 und Hinterkante 13 abschließen. Ansonsten ist jede der beiden Dachversteifungen 3 über einen Klebspalt m (Figur 2 oder 3) in der
Fahrzeughochrichtung z von dem Dachblechteil 1 beabstandet.
Wie aus der Figur 1 weiter hervorgeht, ist der Kantenverlauf der Vorderkante 11 und der Hinterkante 13 der jeweiligen Dachversteifung 3 in der Fahrzeugquerrichtung y nicht durchgängig geradlinig. Vielmehr sind in den Vorder- und Hinterkanten 11 , 13 der jeweiligen Dachversteifung 3 jeweils eine Vielzahl von vorderen und hinteren Entlastungsnuten 15 ausgebildet. Die vorderen Entlastungsnuten 15 der Dachversteifungen 3 ragen nach fahrzeughinten in den jeweiligen Raupen-Zwischenraum 7 benachbarter Kleberaupen 5 ein, und zwar gemäß der Figur 1 mit einem Längsversatz I zwischen dem Nutboden 17 der vorderen Entlastungsnuten 15 und den jeweiligen vorderen Kleberaupen-Enden 9. In gleicher Weise ragen die hinteren Entlastungsnuten 15 nach fahrzeugvorne in den jeweiligen Raupen- Zwischenraum 7 benachbarter Kleberaupen 5 ein, und zwar ebenfalls mit einem Längsversatz I zwischen dem Nutboden 17 der hinteren Entlastungsnuten 15 und den jeweiligen hinteren Kleberaupen-Enden 9. Zudem kann die in der Fahrzeuglängsrichtung x hintere Dachversteifung 3 an ihrer hinteren Kante 13 eine halbkreisförmige Aussparung 18 für eine Fahrzeugantenne aufweisen.
Zum einfacheren Verständnis der Erfindung wird zunächst Bezug auf die Figur 4 genommen, in der ein aus dem Stand der Technik bekannter Materialaufbau des Fahrzeugdaches 2 gezeigt ist. Demzufolge ist die Dachversteifung 3 dreiteilig ausgeführt, und zwar mit einer unteren Papierlage 19, einer mittleren PU-Schaumlage 23 sowie einer oberen Papierlage 21 , die über Kleberaupen 5 mit dem Stahl-Dachblechteil 1 verklebt ist. Die in der Figur 4 gezeigte
Dachversteifung 3 weist einen symmetrischen Materialaufbau auf, bei dem die obere
Papierlage 21 und die untere Papierlage 19 identisch ausgebildet sind, das heißt mit gleicher Schichtdicke Si, S3, mit gleichem Flächengewicht sowie mit gleichem Material. Die mit dem Dachblechteil 1 verklebte obere Papierlage 1 der Dach Versteifung 3 spielt aufgrund ihrer unmittelbar an das Dachblechteil 1 angrenzenden Positionierung nur eine untergeordnete Rolle für die Beulsteifigkeit des Fahrzeugdaches 2. Im Unterschied dazu ist die untere Papierlage 19 - unter Zwischenschaltung des Schaumkerns 23 und der oberen Papierlage 21 - um einen Abstand a vom Dachblechteil 1 beabstandet und von daher (im Hinblick auf den Satz von Steiner) von entscheidender Bedeutung für die Beulsteifigkeit des Fahrzeugdaches 2.
Bei einer in der Figur 4 angedeuteten Sonnenlichtsimulation S wird das Fahrzeugdach 3 mit Wärme beaufschlagt. Dadurch bauen sich - aufgrund des im Vergleich zum Dachblechteil 3 gesteigerten Ausdehungsverhaltens - sowohl in der oberen Papierlage 21 als auch in der unteren Papierlage 19 der Dachversteifung 3 Verformungskräfte Funten und F0ben auf. Die sich in der oberen Papierlage 21 aufbauenden oberen Verformungskräfte F0ben werden über die Kleberaupen 5 nahezu unverändert auf das Dachblechteil 1 übertragen und können dort ein Einbeulen verursachen. Ein solches Einbeulen ergibt sich insbesondere in den, in der Figur 1 angedeuteten Dachblechteil-Abschnitten 16 an den vorderen und hinteren Kanten 1 1 , 13 der Dachversteifungen 3. Die sich in der unteren Papierlage 19 aufbauenden Verformungskräfte Funten werden zumindest teilweise durch Verformung des Schaumkerns 23 abgebaut und dadurch nicht oder nur geringfügig in Richtung auf das Dachblechteil 1 weitergeleitet.
In dem in der Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind funktionsgleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie in der Figur 4 bezeichnet. Demzufolge ist die
Dachversteifung 3 ebenfalls dreilagig aufgebaut mit einer unteren Papierlage 19, einem mittleren Schaumkern 23 sowie einer oberen Decklage 21. Die obere Decklage 21 sowie der Schaumkern 23 dienen - wie auch in der Figur 4 - als Abstandhalter für die untere Papierlage 19. Diese ist über einen Abstand a von dem Dachblechteil 1 entfernt. Je größer der Abstand a der unteren Papierlage 19 vom Dachblechteil 1 bemessen ist, desto größer ist auch die sich ergebende Beulsteifigkeit des Fahrzeugdaches 2.
Die obere Decklage 21 kann ebenfalls als eine Papierlage realisiert sein. Im Unterschied zur Figur 4 weist in der Figur 2 die Dach Versteifung 3 einen asymmetrischen Materialaufbau auf, bei dem die obere Papierlage 21 der Dachversteifung 2 nicht mehr identisch wie die untere
Papierlage 19 ausgebildet ist. Vielmehr weist in der Figur 2 die obere Papierlage 21 ein
Flächengewicht auf, das gegenüber dem Flächengewicht der unteren Papierlage 19 stark reduziert ist. Alternativ dazu kann die obere Papierlage 21 auch durch eine komplett papierfreie obere Decklage 21 ersetzt sein, etwa durch eine Folie oder durch eine Lackschicht bzw. eine Kunststofffaserschicht (zum Beispiel PE-Vlies). Bei der in der Figur 2 angedeuteten Sonnenlichtsimulation S bauen sich sowohl in der oberen Decklage 21 als auch in der unteren Papierlage 19 der Dachversteifung 3 Verformungskräfte Funten und F0ben auf. Die obere Decklage 21 weist im Vergleich zur oberen Papierlage 21 aus der Figur 4 ein wesentlich weniger ausgeprägtes Ausdehnungsverhalten auf. Entsprechend sind die sich in der oberen Decklage 21 aufbauenden oberen Verformungskräfte F0ben im Vergleich zur Figur 4 wesentlich geringer, wodurch die Gefahr von lokalen Verformungen im Dachblechteil 1 reduziert ist.
In der Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zur Figur 2 ist in der Figur 3 die Dachversteifung 3 nicht mehr dreilagig, sondern zweilagig mit einer unteren, vom Dachblechteil 1 abgewandten Papierlage 19 sowie einer mittleren Kernlage 23 aufgebaut, die beispielhaft als ein PU-Schaumkern realisiert ist. In der Figur 2 ist die Kernlage 23 direkt, das heißt ohne Zwischenlage einer zusätzlichen oberen Papierlage, mit dem Dachblechteil 1 über die Kleberaupen 5 verklebt. In der Figur 3 ist daher komplett auf die obere Papierlage in der Dachversteifung 3 verzichtet. Die dem Dachblechteil 1 zugewandte Seite 24 der Kernlage 23 ist oberflächenbehandelt, um deren poröse Schaumstruktur zu versiegeln. Auf diese Weise kann eine einwandfreie Haftverbindung der Kleberaupen 5 mit der Kernlage 23 erzielt werden.
Durch Weglassung der oberen Papierlage 21 werden in der Figur 3 lediglich von der unteren Papierlage 19 unter Zwischenschaltung des Schaumkerns 23 stark reduzierte
Verformungskräfte Funten auf das Dachblechteil 1 übertragen. Durch die reduzierte Einleitung von Verformungskräften F in das Dachblechteil 1 wird das Risiko einer lokalen Verformung des Dachblechteils bei der Sonnenlichtsimulation S stark reduziert.
Nachfolgend wird anhand der Figur 4 grob vereinfacht der Prozess zur Herstellung der
Dachversteifung erläutert. Demzufolge werden in einer Fertigungsanlage die obere Decklage 21 und die untere Papierlage 19 jeweils als Endlosware zunächst separat voneinander
bereitgestellt und in einer Fertigungsrichtung einer Schäumungsstation 27 zugeführt. In der Schäumungsstation 27 wird eine Ausgangskomponente der mittleren Schaumlage 23 zwischen der oberen Decklage 21 und der unteren Papierlage 19 eingebracht und dort aufgeschäumt. Nach erfolgtem Schäumungsvorgang ergibt sich ein Endlos-Halbzeug, das in einer
nachgeschalteten Schneidstation 29 auf das Dachversteifungs-Maß abgelängt oder
zugeschnitten wird. Bezugszeichenliste
1 Dachblechteil
2 Fahrzeugdach
3 Dach Versteifung
4 Scheibenrahmen
5 Kleberaupen
6 Windschutzscheibe
7 Raupen-Zwischenräume
9 vordere und hintere Kleberaupen-Enden
1 1 Vorderkante der Dachversteifung
13 Hinterkante der Dachversteifung
15 Entlastungsprofil
16 Dachblechteil-Abschnitte
17 Profilboden
18 halbkreisförmige Aussparung
19 untere Decklage
21 obere Decklage
23 Kernlage
24 dem Dachblechteil 1 zugewandte Kernlagen-Seite
27 Schäumungsstation
29 Schneidstation
Dc Längsabstand
I Längsversatz
Funten Verformungskräfte in der unteren Papierlage Foben Verformungskräfte in der oberen Decklage a Abstand s Schichtdicken m Klebspalt
S Sonnenlichtsimulation

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugdach mit einem Dachblechteil (1 ) und zumindest einer damit verklebten
Dachversteifung (3), mittels der die Beulsteifigkeit des Fahrzeugdachs (2) erhöht ist, wobei die Dachversteifung (3) mehrteilig mit einer Kernlage (23) und mit einer vom Dachblechteil (1 ) abgewandten unteren Decklage, insbesondere Papierlage (19), aufgebaut ist, wobei eine Wärmebeaufschlagung (S) auf das Fahrzeugdach (2) zu einer Wärmeausdehnung oder zu einer Schrumpfung der Dach Versteifung (3) führt, und zwar unter Aufbau von Verformungskräften (F0ben, Funten), die auf das Dachblechteil (1 ) wirken, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der auf das Dachblechteil (1 ) wirkenden Verformungskräfte (F0ben, Funten) die Kernlage (23) der Dachversteifung (3) direkt ohne Zwischenlage einer oberen Papierlage mit dem Dachblechteil (1 ) verklebt ist.
2. Fahrzeugdach mit einem Dachblechteil (1 ) und zumindest einer damit verklebten
Dachversteifung (3), mittels der die Beulsteifigkeit des Dachblechteils (1 ) erhöht ist, wobei die Dachversteifung (3) mehrteilig mit einer Kernlage (23), mit einer vom Dachblechteil (1 ) abgewandten unteren Decklage (19) und mit einer dem Dachblechteil (1 ) zugewandten oberen Decklage (21 ) aufgebaut ist, die mit dem Dachblechteil (1 ) verklebbar ist, wobei eine Wärmebeaufschlagung (S) auf das Fahrzeugdach (2) zu einer Wärmeausdehnung oder zu einer Schrumpfung der Dach Versteifung (3) führt, und zwar unter Aufbau von Verformungskräften (F0ben, Funten), die auf das Dachblechteil (1 ) wirken, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der auf das Dachblechteil (1 ) wirkenden
Verformungskräfte (F0ben, Funten) die obere Decklage (21 ) eine Papierlage ist, deren Flächengewicht gegenüber dem Flächengewicht oder unteren Decklage (19) stark reduziert ist, oder dass die obere Decklage (21 ) komplett papierfrei als eine Folie oder als eine Lackschicht oder als eine Kunststofffaserschicht ausgebildet ist.
3. Fahrzeugdach nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernlage (23) ein elastisch nachgiebiger Kunststoffschaum, insbesondere ein PU-Schaum, ist, und dass insbesondere das Schaummaterial der Kernlage (23) bei der Fahrzeugdach- Wärmebeaufschlagung (S) unter elastischer Verformung die von der unteren Decklage (19, 21 ) einwirkenden Verformungskräfte (Funten) zumindest teilweise abbaut.
4. Fahrzeugdach nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kernlage (23) auf ihrer der dem Dachblechteil (1 ) zugewandten Seite (24) oberflächenbehandelt ist, um eine einwandfreie Klebverbindung mit dem Dachblechteil (1 ) zu gewährleisten.
5. Fahrzeugdach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Papierlage (19) ein Flächengewicht von 120 bis 250 g/m2, insbesondere von 170 bis 233 g/m2, aufweist, und/oder dass die obere Papierlage (21 ) ein
Flächengewicht von 20 bis 120 g/m2, insbesondere von 50 bis 60 g/m2, aufweist.
6. Fahrzeugdach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als papierfreie obere Decklage (21 ) wirkende Folie aus Kunststoff oder aus einem anderen Material, etwa aus einer Kunststofffaserschicht, etwa einem PE-Vlies, ausgebildet ist.
7. Fahrzeugdach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dach Versteifung (3) in einer Fertigungsanlage herstellbar ist, bei der die obere Decklage (21 ) und die untere Decklage (19) einer Schäumungsstation (27) zuführbar sind, in der die mittlere Schaumlage (23) zwischen der oberen Decklage (21 ) und der unteren Decklage (19) aufschäumbar ist, und zwar unter Bildung eines Halbzeugs, das in einer nachgeschalteten Schneidstation (29) auf ein Dachversteifungs-Maß abgelängt oder zugeschnitten wird.
8. Fahrzeugdach, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem
Dachblechteil (1 ) und zumindest einer damit verklebten Dachversteifung (3), mittels der die Beulsteifigkeit des Fahrzeugdachs (2) erhöht ist, wobei die Dachversteifung (3) mehrteilig mit einer Kernlage (23) und mit einer vom Dachblechteil (1 ) abgewandten unteren Decklage, insbesondere Papierlage (19), aufgebaut ist, wobei eine
Wärmebeaufschlagung (S) auf das Fahrzeugdach (2) zu einer Wärmeausdehnung oder zu einer Schrumpfung der Dachversteifung (3) führt, und zwar unter Aufbau von
Verformungskräften (F0ben, Funten), die auf das Dachblechteil (1 ) wirken, dadurch gekennzeichnet, dass das Dachblechteil (1 ) über Kleberaupen (5) mit der
Dachversteifung (3) verklebt ist, und dass die Kleberaupen (5) sich zwischen der Vorder- und Hinterkante (11 , 13) der Dachversteifung (3) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) linear erstrecken sowie zueinander parallel verlaufen, und dass insbesondere die Kleberaupen (5) mit einem Abstand (Dc) vor der Vorder- und/oder Hinterkante (1 1 , 13) abschließen.
9. Fahrzeugdach nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Vorder- und/oder Hinterkante (11 , 13) der Dach Versteifung (3) zumindest ein vorderes und/oder hinteres Entlastungsprofil (15), insbesondere eine Entlastungsnut, ausgebildet ist, und dass insbesondere das vordere und/oder hintere Entlastungsprofil (15) nach fahrzeugvorne oder fahrzeughinten in einen Raupen-Zwischenraum (7) zwischen zwei benachbarte Kleberaupen (5) einragt, und zwar mit einem Längsversatz (I) zwischen einem Profilboden (17) des vorderen und/oder hinteren Entlastungsprofils (15) und dem jeweiligen vorderen und/oder hinteren Kleberaupen-Ende (9).
10. Dachversteifung für ein Fahrzeugdach (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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WO (1) WO2020057884A1 (de)

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