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Die Erfindung betrifft eine Dachkonstruktion für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Dachkonstruktionen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 019 999 A1 geht eine Dachkonstruktion für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur hervor, die einen vorderen und einen hinteren Dachspriegel aufweist. Die Dachspriegel sind aus einem Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium hergestellt. Dies ist in Zusammenhang mit einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur, welche im Wesentlichen aus Stahlteilen besteht, problematisch, weil eine Fügeverbindung zwischen Stahl und Aluminium insbesondere beim Zusammenbau der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur schwierig zu bewerkstelligen ist. Es sind auch Dachkonstruktionen bekannt, die im Wesentlichen aus Stahl bestehen. Dies ist allerdings wiederum aufgrund des vergleichsweise hohen Gewichts nachteilig, wobei der Schwerpunkt des Fahrzeugs nach oben verlagert und die Fahrdynamik verschlechtert ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dachkonstruktion zu schaffen, welche zugleich ein niedriges Gewicht aufweist und eine einfache Anbindung an eine im Wesentlichen Stahlteile umfassende Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Dachkonstruktion mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass der vordere oder der hintere Dachspriegel als Hybridträger ausgebildet ist. Der Hybridträger weist dabei einen Mittelbereich auf, der Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst. Außerdem weist er zwei endseitige Anbindungsbereiche, insbesondere Verbindungsflansche, zur Anbindung an angrenzende Bauteile der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur auf, wobei die Anbindungsbereiche Stahl umfassen. Es ist daher möglich, den Hybridträger bei einem Zusammenbau der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur an seinen endseitigen Anbindungsbereichen mit Stahlteilen zu fügen, wobei bekannte, herkömmliche Fügekonzepte von Stahl an Stahl, insbesondere herkömmliche Schweißverbindungen, verwendet werden können. Zugleich ist der Hybridträger vergleichsweise leicht ausgebildet, weil er in dem Mittelbereich Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst. Durch die Verwendung von Stahl in den Anbindungsbereichen ergibt sich auch eine Strukturversteifung und daher ein günstiges Verhalten bei einem Unfall. Weiterhin können eine Fügefolge und bestehende Produktionsanlagen trotz der Hybridisierung im Fertigungsprozess der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur beibehalten werden. Der Fahrzeugschwerpunkt wird abgesenkt, weil die Dachkonstruktion durch Verwendung von Aluminium in dem Mittelbereich vergleichsweise leicht ausgebildet ist. In Zusammenhang mit einem Aluminium-Dach werden durch die materialgleiche Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in dem Mittelbereich des Hybridträgers Wärmespannungen reduziert, wodurch sich ein geringerer Wärmeverzug beziehungsweise eine geringere Beulenbildung ergibt. Insgesamt trägt die Verwendung von Aluminium dem Leichtbaugedanken Rechnung.
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Unter dem Begriff „Dachspriegel” ist hier und im Folgenden ein Dachquerträger zu verstehen, der sich in bestimmungsgemäß montiertem Zustand in Querrichtung der Kraftfahrzeug-Karosserie erstreckt. Insbesondere ist unter einem Dachspriegel ein Dachquerträger zu verstehen, der nicht Teil eines Dachrahmens ist, insbesondere nicht als Querholm eines Dachrahmens ausgebildet ist, sondern vielmehr – in Längsrichtung der Kraftfahrzeug-Karosserie gesehen – zwischen Querholmen des Dachrahmens angeordnet ist. Gleichwohl ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem einer der beiden Dachspriegel als Querholm eines Dachrahmens ausgebildet ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nur der hintere Dachspriegel als Hybridträger ausgebildet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der vordere Dachspriegel als Querholm eines Dachrahmens ausgebildet ist. Es wird auch ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei welchem nur der vordere Dachspriegel als Hybridträger ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann bevorzugt, wenn der vordere Dachspriegel nicht als Querholm eines Dachrahmens ausgebildet ist. Es ist in diesem Fall möglich, dass der hintere Dachspriegel als Querholm eines Dachrahmens ausgebildet ist.
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Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei welchem keine der beiden Dachspriegel als Querholm eines Dachrahmens ausgebildet ist. Auch in diesem Fall ist es möglich, dass der vordere Dachspriegel oder der hintere Dachspriegel als Hybridträger ausgebildet ist.
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Der Mittelbereich des Hybridträgers umfasst vorzugsweise den größten Teil von dessen Erstreckung – in Querrichtung der Kraftfahrzeug-Karosserie gesehen. Die Anbindungsbereiche beziehungsweise Verbindungsflansche weisen dagegen in dieser Richtung eine vergleichsweise kurze Erstreckung auf, die im Wesentlichen durch die zu erzeugenden Fügeverbindungen mit den angrenzenden Bauteilen der Kraftfahrzeug-Karosserie bestimmt ist. Die Anbindungsbereiche nehmen demnach vorzugsweise einen Teil des Hybridträgers ein, der so groß wie nötig und zugleich so klein wie möglich gewählt ist.
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Besonders bevorzugt wird der Hybridträger aus einem hybriden Blechmaterial, insbesondere einem sogenannte Tailored Blank gebildet. Insbesondere ist es möglich, dass der Hybridträger durch Umformen aus einem hybriden Blechmaterial gebildet wird.
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Es wird eine Dachkonstruktion bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Mittelbereich des Hybridträgers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Vorzugsweise bestehen die Anbindungsbereiche aus Stahl.
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Es wird auch eine Dachkonstruktion bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der vordere und der hintere Dachspriegel als Hybridträger ausgebildet sind. Die Vorteile, die sich in Zusammenhang mit der Verwendung eines Hybridträgers ergeben, realisieren sich so in Zusammenhang mit beiden Dachspriegeln.
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Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel, bei welchem keiner der beiden Dachspriegel als Querholm eines Dachrahmens ausgebildet ist, wobei zugleich der vordere und der hintere Dachspriegel als Hybridträger ausgebildet sind.
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Auch wird eine Dachkonstruktion bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Längsverstärkungselement mit dem vorderen Dachspriegel und mit dem hinteren Dachspriegel verbunden ist. Das Längsverstärkungselement erstreckt sich im Wesentlichen in Längsrichtung der Kraftfahrzeug-Karosserie und dient zur Verstärkung der Dachkonstruktion, wobei es insbesondere sowohl mit dem vorderen als auch mit dem hinteren Dachspriegel gefügt ist. Das Längsverstärkungselement umfasst in einem Vorderbereich Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Bevorzugt besteht es in dem Vorderbereich aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Der Vorderbereich umfasst insbesondere die Bereiche, in denen das Längsverstärkungselement mit dem vorderen Dachspriegel einerseits und mit dem hinteren Dachspriegel andererseits gefügt ist. Insbesondere wenn der vordere und der hintere Dachspriegel als Hybridträger ausgebildet sind, ist der Vorderbereich des Längsverstärkungselements vorzugsweise mit den Mittelbereichen der Dachspriegel gefügt, so dass sich hier eine materialgleiche Fügung von Aluminium an Aluminium ergibt, die mit Hilfe herkömmlicher Fügetechniken ohne Weiteres bewirkbar ist. Das Längsverstärkungselement umfasst außerdem einen rückwärtigen Anbindungsbereich, der Stahl umfasst. Vorzugsweise besteht der rückwärtige Anbindungsbereich aus Stahl. Er ist besonders bevorzugt dem hinteren Dachspriegel abgewandt und vorzugsweise auch von diesem beabstandet vorgesehen. Besonders bevorzugt dient der rückwärtige Anbindungsbereich der Verbindung des Längsverstärkungselements mit einem hinteren Querholm eines Dachrahmens, wobei der hintere Querholm vorzugsweise Stahl umfasst beziehungsweise aus Stahl besteht. Es ergibt sich in diesem Fall eine materialgleiche Fügeverbindung Stahl an Stahl zwischen dem Anbindungsbereich des Längsverstärkungselements und dem hinteren Querholm, so dass diese Fügeverbindung mittels herkömmlicher Fügetechniken bewirkbar ist.
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Es wird auch eine Dachkonstruktion bevorzugt, die sich durch einen Dachrahmen auszeichnet, der einen vorderen Querholm, einen hinteren Querholm sowie mindestens zwei Längsholme aufweist. Der Dachrahmen umgibt die Dachkonstruktion quasi in Umfangsrichtung der Kraftfahrzeug-Karosserie gesehen. Der vordere und der hintere Dachspriegel sind dabei vorzugsweise zwischen dem vorderen Querholm und dem hinteren Querholm angeordnet. Die mindestens zwei Längsholme erstrecken sich zu beiden Seiten der Kraftfahrzeug-Karosserie von dem vorderen Querholm zu dem hinteren Querholm. Der vordere und der hintere Dachspriegel sind mit ihren endseitigen Anbindungsbereichen vorzugsweise mit den mindestens zwei Längsholmen gefügt. Der Dachrahmen umfasst bevorzugt insgesamt Stahl, was bedeutet, dass alle Elemente des Dachrahmens, also die Querholme und die Längsholme, Stahl umfassen. Vorzugsweise besteht der Dachrahmen vollständig aus Stahl. In diesem Fall ergibt sich in den Fügebereichen zwischen den Anbindungsbereichen der Dachspriegel und den Längsholmen eine materialgleiche Fügeverbindung, die mit herkömmlichen Fügetechniken bewirkbar ist. Auch im Bereich des hinteren Querholms ergibt sich eine materialgleiche Fügeverbindung mit dem rückwärtigen Anbindungsbereich des Längsverstärkungselements, so dass auch diese mit herkömmlichen Fügeverbindungen bewirkbar ist.
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Der komplette Dachrahmen ist somit bevorzugt aus Stahl gebildet, wobei die Verstrebungen, nämlich der vordere und der hintere Dachspriegel, größtenteils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Lediglich die Anbindungsbereiche beziehungsweise Verbindungsflansche der Hybridträger weisen auch Stahl auf.
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Es wird auch eine Dachkonstruktion bevorzugt, die sich durch einen Dachrahmen mit einem vorderen Querholm auszeichnet, der als Hybridträger ausgebildet ist. In diesem Fall ist es möglich, dass der vordere Querholm zugleich einer der beiden Dachspriegel ist. Bevorzugt wird jedoch ein Ausführungsbeispiel, das zusätzlich zu dem als Hybridträger ausgebildeten vorderen Querholm einen vorderen und einen hinteren Dachspriegel aufweist, wobei der vordere oder der hintere Dachspriegel, bevorzugt beide Dachspriegel, als Hybridträger ausgebildet sind. Besonders bevorzugt wird demnach ein Ausführungsbeispiel, bei welchem sowohl der vordere Querholm als auch der vordere und der hintere Dachspriegel als Hybridträger ausgebildet sind.
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Es wird auch eine Dachkonstruktion bevorzugt, bei welcher der Dachrahmen außerdem einen hinteren Querholm aufweist, der als Hybridträger ausgebildet ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass der hintere Querholm zugleich der hintere Dachspriegel ist. Bevorzugt wird jedoch ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der hintere Querholm zusätzlich zu dem vorderen und dem hinteren Dachspriegel vorgesehen ist. Es ist demnach möglich, dass der hintere Querholm als Hybridträger ausgebildet ist, wobei der vordere oder der hintere Dachspriegel als Hybridträger ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der vordere Querholm, der vordere Dachspriegel, der hintere Dachspriegel und der hintere Querholm als Hybridträger ausgebildet sind. Hierdurch werden die Vorteile des hybriden Materialkonzepts, welches einerseits dem Leichtbaugedanken Rechnung trägt und andererseits den Einsatz konventioneller Fügetechniken ermöglicht und eine Stabilität bei einem Unfall wahrt, in größtmöglicher Weise realisiert.
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In diesem Zusammenhang wird auch eine Dachkonstruktion bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Längsverstärkungselement auch in dem rückwärtigen Anbindungsbereich Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst beziehungsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Abweichend von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Längsverstärkungselement somit bei dem hier angesprochenen Ausführungsbeispiel vollständig aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet und somit nicht als Hybridteil realisiert.
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Schließlich wird eine Dachkonstruktion bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Verbindung eines Aluminiums oder eine Aluminiumlegierung umfassenden Bereichs mit einem Stahl umfassenden Bereich durch Kaltmetalltransfer-Schweißen hergestellt ist. Insbesondere ist die Verbindung zwischen dem Mittelbereich des Hybridträgers sowie den endseitigen Anbindungsbereichen bevorzugt durch Kaltmetalltransfer-Schweißen hergestellt. Ebenso ist die Verbindung des Vorderbereichs des Längsverstärkungselements mit dessen rückwärtigem Anbindungsbereich bevorzugt durch Kaltmetalltransfer-Schweißen hergestellt.
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Beim Kaltmetalltransfer-Schweißen wird ein Draht, der einen Schweißzusatzstoff umfasst, alternierend in Richtung auf eine zu erzeugende Schweißverbindung, in der mit Hilfe einer Bogenentladung ein Schweißbad erzeugt wird, vorgeschoben, bis er in das Schweißbad eintaucht. In diesem Moment entsteht ein Kurzschluss, wodurch der Lichtbogen zusammenbricht. Der Draht wird sodann zurückgezogen, wodurch sich definiert ein Tropfen des Schweißzusatzstoffs von dem Draht ablöst, und wodurch der Lichtbogen erneut gezündet wird, wenn der Draht einen gewissen Abstand zu dem zu verschweißenden Bereich aufweist. Bevorzugt wird der Schweißdraht mit einer Frequenz vorgeschoben und zurückgezogen, die von mindestens 60 Hz bis höchstens 90 Hz beträgt. Auch die Lichtbogen-Entladung wird auf diese Weise alternierend mit der entsprechenden Frequenz betrieben, so dass nur stoßweise und damit insgesamt sehr wenig Wärme in den Schweißbereich eingebracht wird. Die Zufuhr des Schweißzusatzstoffes erfolgt besonders kontrolliert, so dass kein Verspritzen von Material stattfindet. Auf diese Weise entstehen besonders definierte Schweißnähte, und es werden Gefügeveränderungen durch überhöhten Wärmeeintrag weitestgehend vermieden. Das Kaltmetalltransfer-Schweißen eignet sich besonders, um auf andere Weise nur schwer miteinander verschweißbare Materialien, beispielsweise Stahl und Aluminium, miteinander zu fügen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur ein Ausführungsbeispiel einer Dachkonstruktion.
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Die Figur zeigt eine Dachkonstruktion 1 für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur, die einen vorderen Dachspriegel 3 und einen hinteren Dachspriegel 5 aufweist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl der vordere Dachspriegel 3 als auch der hintere Dachspriegel 5 als Hybridträger ausgebildet.
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Dabei umfassen sie jeweils einen Mittelbereich 7, der Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
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Der vordere und der hintere Dachspriegel 3, 5 umfassen weiterhin jeweils zwei endseitige Anbindungsbereiche 9, die insbesondere als Verbindungsflansche zu weiteren Elemente der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur ausgebildet sind, und die Stahl umfassen, vorzugsweise aus Stahl bestehen.
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Die Dachspriegel 3, 5 erstrecken sich in Querrichtung der nicht dargestellten Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur von mindestens einem ebenfalls nicht dargestellten, linken Längsholm – in Fahrtrichtung gesehen – zu mindestens einem ebenfalls nicht dargestellten rechten Längsholm. Die mindestens zwei Längsholme sind Teil eines Dachrahmens. Sie umfassen vorzugsweise Stahl beziehungsweise bestehen bevorzugt aus diesem Material. Dadurch, dass die Anbindungsbereiche 9 ebenfalls Stahl umfassen beziehungsweise aus Stahl bestehen, sind sie mit herkömmlichen Fügetechniken im Rahmen einer materialgleichen Fügeverbindung Stahl an Stahl mit den Längsholmen fügbar. Dadurch ist es möglich, bestehende Produktionsanlagen zum Zusammenbau der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur sowie eine bestehende Fügefolge trotz der Hybridisierung beizubehalten.
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Die Dachkonstruktion 1 weist außerdem ein Längsverstärkungselement 11 auf, das einen Vorderbereich 13 umfasst, in dem es einerseits mit dem ersten Dachspriegel 3 und andererseits mit dem zweiten Dachspriegel 5 gefügt ist. Der Vorderbereich 13 umfasst Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, vorzugsweise besteht er aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Insoweit ist eine materialgleiche, herkömmliche Fügeverbindung des Vorderbereichs 13 mit den Mittelbereichen 7 der Dachspriegel 3, 5 möglich.
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Das Längsverstärkungselement 11 weist außerdem einen rückwärtigen Anbindungsbereich 15 auf, der Stahl umfasst, vorzugsweise aus Stahl besteht. In diesem rückwärtigen Anbindungsbereich 15 ist das Längsverstärkungselement 11 vorzugsweise mit einem hinteren Querholm eines Dachrahmens fügbar, der Stahl umfasst beziehungsweise aus Stahl besteht. Ist dagegen ein hinterer Querholm des Dachrahmens vorgesehen, der auch als Hybridträger ausgebildet ist, weist das Längsverstärkungselement 11 bevorzugt auch in seinem rückwärtigen Anbindungsbereich 15 Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf. In diesem Fall wird es nämlich mit dem Mittelbereich des als Hybridträger ausgebildeten, hinteren Querholms gefügt, so dass dann eine materialgleiche Fügeverbindung Aluminium an Aluminium verwirklichbar ist.
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Die Dachkonstruktion 1 umfasst außerdem einen vorderen Querholm 17 eines im Übrigen nicht dargestellten Dachrahmens, der vorzugsweise ebenfalls als Hybridträger mit einem Mittelbereich 7, der Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfasst, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, und mit zwei endseitigen Anbindungsbereichen 9, die Stahl umfassen, vorzugsweise aus Stahl bestehen, ausgebildet ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Dachkonstruktion 1, bei welchem der vordere Querholm 17, der vordere Dachspriegel 3, der hintere Dachspriegel 5 und auch das Längsverstärkungselement 11 als hybridisierte Bauteile beziehungsweise Hybridträger ausgebildet sind, sind vorzugsweise die Längsholme des nicht dargestellten Dachrahmens sowie dessen hinterer Querholm insgesamt aus Stahl gebildet. Damit ergibt sich in den Anbindungsbereichen 9, 15 eine materialgleiche Fügeverbindung Stahl an Stahl, die mit herkömmlichen Fügetechniken bewirkbar ist.
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Die Verbindung zwischen den Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassenden Bereichen einerseits und den Stahl umfassenden Bereichen andererseits wird vorzugsweise durch MIG-Schweißen, besonders bevorzugt durch Kaltmetalltransfer-Schweißen bewirkt.
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Insgesamt zeigt sich, dass mit Hilfe der hier vorgeschlagenen Dachkonstruktion eine Erhöhung des Aluminiumanteils in im Übrigen überwiegend aus Stahl bestehenden Kraftfahrzeug-Rohbaustrukturen möglich ist. Somit kann der Anteil von Aluminium im Rohbau erhöht werden, wodurch dem Leichtbaugedanken Rechnung getragen wird. Einfache Fügetechniken bleiben zugleich einsetzbar, und es ergibt sich aufgrund der in Stahl gebildeten Fügeverbindungen keine Verschlechterung eines Verformungsverhaltens der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur bei einem Unfall.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010019999 A1 [0002]
