DE102015000866A1 - Dachplatte für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Eine Dachplatte für die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs umfasst einen plattenförmigen Kunststoffkörper und einen entlang eines Randes (2, 3, 4) des Kunststoffkörpers endlos umlaufenden metallischen Rahmen (12).
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dachplatte, insbesondere für die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs.
- In dem Bemühen, das Gewicht und über dieses auch den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen zu senken, ist bereits für diverse herkömmlicherweise aus Metall gefertigte Bauteile einer Kraftfahrzeugkarosserie vorgeschlagen worden, diese aus Kunststoff zu fertigen. Ein Vorschlag für eine Dachplatte, die großenteils aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist, ist zum Beispiel aus
DE 10 2008 032 334 A1 bekannt. Diese im Schnitt zumindest in Fahrzeugquerrichtung im Wesentlichen ebene Dachplatte ist entlang ihrer seitlichen Kanten von horizontalen Flanschen zweier flankierender Dachlängsträger unterstützt und an den Flanschen sowie an seitlichen Flanken der Dachlängsträger durch Klebstoffraupen fixiert. - Da Kunststoffe im Allgemeinen eine erheblich stärkere thermische Ausdehnung aufweisen als Metalle, unterscheidet sich das Ausdehnungsverhalten dieser herkömmlichen Dachplatte deutlich von dem der metallischen Längsträger, an denen sie befestigt ist. Es treten daher an den Klebstoffraupen erhebliche Kompressions- und Scherkräfte auf, die im Laufe der Zeit zum Aufreißen der Klebverbindung führen können.
- Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Dachplatte für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei der, obwohl sie weitgehend aus Kunststoff besteht, die Gefahr des Aufreißens einer Klebverbindung zu einer weitgehend metallischen Karosserie minimiert ist.
- Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst, indem die Dachplatte einen plattenförmigen Kunststoffkörper und einen entlang eines Randes des Kunststoffkörpers endlos umlaufenden metallischen Rahmen umfasst. Dieser Rahmen behindert die thermische Ausdehnung des Kunststoffkörpers bei hoher Temperatur, so dass die Ausdehnung der gesamten Dachplatte im Wesentlichen der einer metallischen Dachplatte entspricht. Aufgrund seiner endlos umlaufenden Struktur kann der Rahmen erhebliche Kräfte des Kunststoffkörpers aufnehmen.
- Der Rahmen kann durch Einbettung in den Kunststoffkörper vor Beschädigung geschützt sein, außerdem erleichtert es das Verkleben der Dachplatte an umgebenden Trägern der Karosserie, wenn der Rahmen nicht freiliegt und die mit dem Klebstoff in Kontakt kommende Oberfläche der Dachplatte einheitlich aus Kunststoff besteht.
- Der Rahmen kann durch einen Draht gebildet sein, der vorzugsweise einen kantenlosen Querschnitt aufweisen sollte, um eine lokale Konzentration der zwischen Kunststoffkörper und Rahmen auftretenden Spannungskräfte und eine eventuell daraus resultierende Schädigung des Kunststoffkörpers zu vermeiden.
- Der Kunststoffkörper kann insbesondere zwei übereinanderliegend aneinander befestigte Komponenten umfassen, zwischen denen der Rahmen eingelegt ist. Bei diesen Komponenten kann es sich z. B. um plattenförmige Zuschnitte handeln; eine der Komponenten kann aber auch durch entlang des Randes des Kunststoffkörpers umlaufende Stege gebildet sein, die eine den Rahmen aufnehmende Nut aufweisen.
- Um eine hohe Belastbarkeit der Dachplatte zu gewährleisten, können eine oder mehrere der Komponenten aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
- Um einer Deformation des Rahmens unter der Einwirkung einer thermischen Spannung entgegen zu wirken, können Verbindungsdrähte eine Öffnung des Rahmens kreuzen und an ihren zwei Enden an dem Rahmen befestigt sein.
- Wie der Rahmen selber sind auch die Verbindungsdrähte vorzugsweise zwischen die Komponenten, insbesondere zwischen zwei plattenförmige Zuschnitte eingelegt.
- Die Verbindungsdrähte können ein Geflecht oder ein Gitter bilden, das vorzugsweise die Öffnung des Rahmens gleichmäßig ausfüllt.
- Wenn an Kreuzungspunkten des Geflechts oder Gitters die sich kreuzenden Drähte aneinander befestigt sind, kann ein großer Teil der bei Erwärmung der Dachplatte auftretenden Spannung bereits vom Gitter aufgenommen und der Rahmen auf diese Weise entlastet werden.
- Um den zur Befestigung an der Fahrzeugkarosserie dienenden Klebstoff aufzunehmen, kann eine Klebstoffnut sich entlang wenigstens eines Teils des Randes der Dachplatte erstrecken.
- Eine Klebstoffnut mit geeignetem, sowohl nach unten als auch jeweils zum Rand der Dachplatte hin offenen Querschnitt kann auf zweckmäßige Weise erhalten werden, wenn eine untere der oben erwähnten übereinanderliegend aneinander befestigten Komponenten eine kleinere Kantenlänge als die obere Komponente hat.
- Um die Belastbarkeit der Dachplatte zu verbessern, kann sie durch sich in Querrichtung erstreckende Rippen verstärkt sein. Diese Rippen können im Laufe der Fertigung der Dachplatte als separates Bauteil an den plattenförmigen Kunststoffkörper angefügt werden.
- Zweckmäßigerweise können jeweils mehrere dieser Rippen in einem Querspriegel von kammartigem Querschnitt einteilig verbunden sein.
- Des weiteren kann die Fertigung der Dachplatte dadurch effektiviert werden, dass die Rippen Sprossen eines leiterförmigen Bauelements bilden, dessen Holme sich entlang seitlicher Kanten der Dachplatte erstrecken. Auch die Holme können zur Begrenzung der Klebstoffnut dienen.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
-
1 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Dachplatte von oben; -
2 eine Ansicht der Dachplatte von unten; -
3 eine auseinandergezogene Ansicht von Komponenten, aus denen die Dachplatte zusammengefügt ist; -
4 Schritte der Fertigung der Dachplatte; -
5 einen Querschnitt durch einen seitlichen Randbereich der Dachplatte; -
6 einen Querschnitt durch einen vorderen Randbereich der Dachplatte und einen Dachquerträger einer Fahrzeugkarosserie, an dem die Dachplatte montiert ist; und -
7 einen Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung durch einen zentralen Bereich der Dachplatte. -
1 zeigt die erfindungsgemäße Dachplatte1 in einer Ansicht von oben. Der Rand der Dachplatte1 umfasst eine in Bezug auf die Einbaulage der Dachplatte in einem Fahrzeug vordere Kante2 , die vorgesehen ist, um an die Oberkante einer Frontscheibe anzugrenzen, eine Hinterkante3 , die an eine Heckscheibe angrenzen kann oder, wie im hier gezeigten Fall, leicht ausgeschnitten ist, um die Oberkante einer Heckklappe aufzunehmen, sowie Längskanten4 . Die Oberseite der Dachplatte1 ist sowohl in Längs- als auch in Querrichtung leicht konvex gewölbt. Die Wölbung begrenzt den Druck, den die Dachplatte1 bei Erwärmung entlang ihres Randes auf benachbarte Bauteile des Fahrzeugs ausüben kann. An der in2 sichtbaren Unterseite der Dachplatte2 erstrecken sich nach unten vorspringende Stege5 ,6 entlang der Kanten2 ,3 ,4 . Gruppen von Rippen7 verlaufen quer über die Unterseite der Dachplatte1 , von einer Längskante4 zur anderen. -
3 zeigt Komponenten, aus denen die Dachplatte1 schichtweise zusammengesetzt ist. Zu diesen Komponenten gehört, von oben nach unten, ein oberer Zuschnitt8 aus einem faserverstärkten Kunststoff, eine durchbrochene Metallstruktur9 , ein unterer Zuschnitt10 aus faserverstärktem Kunststoff, sowie ein leiterförmiges Bauelement11 , bei dem zwei Holme der Leiterstruktur durch die in Längsrichtung orientierten Stege6 gebildet sind und die Stege5 und die Rippen7 ähnlich den Sprossen einer Leiter die Stege6 miteinander verbinden. - Die Metallstruktur
9 umfasst einen Rahmen12 , hier durch einen endlos umlaufenden kräftigen Draht mit kreisrundem Querschnitt gebildet ist, sowie ein Geflecht oder Gitter13 aus dünneren Drähten14 , deren Enden jeweils am Rahmen12 durch Punktschweißung oder dergleichen befestigt sind. Bei dem in3 gezeigten Geflecht13 erstrecken sich die Drähte14 jeweils geradlinig und kreuzen einander im rechten Winkel. An den Kreuzungspunkten können die Drähte14 aneinander befestigt sein, zum Beispiel durch Schweißung, Lötung oder gegenseitiges Umschlingen. - Die Komponenten
8 bis11 werden zur fertigen Dachplatte1 verbunden, indem, wie in4a) bis f) gezeigt, zunächst der Zuschnitt8 , dann die Metallstruktur9 , der Zuschnitt10 und das Bauelement11 in ein Formwerkzeug-Unterteil15 eingelegt, und zwischen dem Unterteil15 und einem Oberteil16 aneinander gepresst und erhitzt werden, um die Kunststoffmatrix der Zuschnitte8 ,10 zu erweichen und in den Zwischenräumen zwischen den Drähten des Geflechts13 miteinander zum Verschmelzen zu bringen. Wenn auf diese Weise eine innige Verbindung der Kunststoffanteile der Zuschnitte8 ,10 und des leiterförmigen Bauelements11 erreicht ist, werden die Teile15 ,16 des Formwerkzeugs wieder voneinander getrennt, und die fertige Dachplatte1 kann entnommen werden. -
5 zeigt die auf diese Weise erhaltene Struktur der Dachplatte1 anhand eines Schnitts in Fahrzeugquerrichtung durch eine Längskante4 . In4 sind Grenzlinien zwischen den Zuschnitten8 ,10 und dem Bauelement11 eingezeichnet, um die Herkunft des Kunststoffmaterials der Dachplatte1 aus diesen verschiedenen ursprünglichen Komponenten deutlich zu machen; in der Praxis sollte die Verschmelzung der Komponenten8 ,10 ,11 zweckmäßigerweise so innig sein, dass eine solche Grenzlinie in einem realen Schnitt nicht mehr eindeutig auszumachen ist. - Entlang der Kante
4 erstreckt sich eine nach unten und zur Seite offene Klebstoffnut17 , die vorgesehen ist, um eine Klebstoffraupe zur Befestigung der Dachplatte1 an einen (nicht dargestellten) Längsträger aufzunehmen, der sich in an sich bekannter Weise über einer Tür des Fahrzeugs erstreckt und die Spitzen von A-, B- und C-Säulen verbindet. Ein sich oberhalb der Klebstoffnut17 erstreckender Randsteg18 der Dachplatte1 ist hier ausschließlich durch den ursprünglichen oberen Zuschnitt8 gebildet. Eine die Klebstoffnut17 zur Fahrzeugmitte hin begrenzende seitliche Flanke19 entstammt einem der seitlichen Stege6 des leiterförmigen Bauelements11 . Der kräftige Draht des Rahmens12 ist von oben in den Steg6 eingepresst; der Steg6 kann zu diesem Zweck von Anfang an mit einer nach oben offenen Nut versehen sein. - Der Zuschnitt
10 ist hier so bemessen, dass sein Rand jeweils den Rahmen12 von innen berührt. Denkbar wäre auch, wie in5 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet, den Zuschnitt10 so zu dimensionieren, dass er zusammen mit dem Rahmen12 in die Nut des Steges6 hineingedrückt wird und sich bis zur Flanke19 erstreckt. - Unter dem Druck des Formwerkzeugs sind die Rippen
7 an ihrer Oberseite mit dem Zuschnitt10 verschmolzen, und beide Zuschnitte8 ,10 sind jeweils in Zwischenräume20 zwischen den Drähten14 des Geflechts13 eingepresst und dort innig miteinander verschmolzen. - Der Aufbau der Dachplatte
1 an Vorder- und Hinterkante2 ,3 ist ähnlich dem der Längskanten4 , wie in6 für die Vorderkante2 gezeigt. Der Rahmen12 ist hier in einer Nut an der Oberseite des Querstegs5 eingepresst, und der Quersteg5 ist seinerseits innerhalb und außerhalb des Rahmens12 mit den Zuschnitten8 ,10 verschmolzen. Ein stählerner Querträger21 der Fahrzeugkarosserie, der sich zwischen den oberen Enden von zwei (nicht dargestellten) A-Säulen erstreckt, unterstützt über eine Klebstoffraupe22 die Vorderkante2 der Dachplatte1 sowie eine Oberkante der Frontscheibe23 . -
7 zeigt einen Schnitt in Karosserielängsrichtung durch einen zentralen Bereich der Dachplatte1 . Die Schnittebene verläuft quer zu einer Gruppe der Rippen7 . Die Rippen7 bilden die Zähne des kammförmigen Querschnitts eines Spriegels24 aus faserverstärktem Kunststoff, der seinerseits eine Leitersprosse in dem leiterförmigen Bauelement11 bildet. Ein Rückenabschnitt25 des kammförmigen Querschnitts ist entlang einer gestrichelten Linie mit dem Zuschnitt10 verschmolzen. Die neutrale Faser der Dachplatte1 verläuft im Wesentlichen entlang der Drähte14 , zwischen den Zuschnitten8 ,10 . Die weit von der neutralen Faser entfernten Rippen7 tragen daher erheblich zur Biegesteifigkeit der Dachplatte1 bei. - 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.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Dachplatte
- 2
- vordere Kante
- 3
- Hinterkante
- 4
- Längskante
- 5
- Steg
- 6
- Steg
- 7
- Rippe
- 8
- oberer Zuschnitt
- 9
- Metallstruktur
- 10
- unterer Zuschnitt
- 11
- leiterförmiges Bauelement
- 12
- Rahmen
- 13
- Geflecht
- 14
- Draht
- 15
- Formwerkzeug-Unterteil
- 16
- Formwerkzeug-Oberteil
- 17
- Klebstoffnut
- 18
- Randsteg
- 19
- Flanke
- 20
- Zwischenraum
- 21
- Querträger
- 22
- Klebstoffraupe
- 23
- Frontscheibe
- 24
- Spriegel
- 25
- Rückenabschnitt
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008032334 A1 [0002]
Claims (14)
- Dachplatte für die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs mit einem plattenförmigen Kunststoffkörper und einem entlang eines Randes (
2 ,3 ,4 ) des Kunststoffkörpers endlos umlaufenden metallischen Rahmen (12 ). - Dachplatte nach Anspruch 1, bei der der Rahmen (
12 ) in den Kunststoffkörper eingebettet ist. - Dachplatte nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Rahmen durch einen Draht mit kantenlosem Querschnitt gebildet ist.
- Dachplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kunststoffkörper wenigstens zwei übereinanderliegend aneinander befestigte Komponenten (
8 ,10 ,11 ) umfasst, zwischen denen der Rahmen (12 ) eingelegt ist. - Dachplatte nach Anspruch 4, bei der eine oder mehrere der Komponenten (
8 ,10 ,11 ) aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen. - Dachplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Verbindungsdrähte (
14 ) eine Öffnung des Rahmens (12 ) kreuzen und an ihren zwei Enden an dem Rahmen (12 ) befestigt sind. - Dachplatte nach Anspruch 6, bei der die Verbindungsdrähte (
14 ) ein Geflecht (13 ) oder ein Gitter bilden. - Dachplatte nach Anspruch 7, bei der an Kreuzungspunkten des Geflechts (
13 ) oder Gitters die sich kreuzenden Drähte (14 ) aneinander befestigt sind. - Dachplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Klebstoffnut (
17 ) sich entlang wenigstens eines Teils des Randes (2 ,3 ,4 ) erstreckt. - Dachplatte nach Anspruch 9, soweit auf Anspruch 4 rückbezogen, bei der eine untere der Komponenten (
10 ,11 ) eine kleinere Kantenlänge als die obere Komponente (8 ) hat. - Dachplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die durch sich in Querrichtung erstreckende Rippen (
7 ) verstärkt ist. - Dachplatte nach Anspruch 11, bei der die Rippen (
7 ) an den plattenförmigen Kunststoffkörper (8 ,10 ) angefügt sind. - Dachplatte nach Anspruch 12, bei der mehrere Rippen (
7 ) in einem Querspriegel (25 ) mit kammartigem Querschnitt einteilig verbunden sind. - Dachplatte nach Anspruch 12 oder 13, bei der die Rippen (
7 ) Sprossen eines leiterförmigen Bauelements (11 ) sind, dessen Holme sich entlang seitlicher Kanten (4 ) der Dachplatte (1 ) erstrecken.
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