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MBSLK - SLK & SLC Community » Tipps & Tricks R170

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R170 Vario-Dach: Variodachentwicklung des neuen MB Roadster SLK
Ein Artikel von: Torsten Furler ( geschrieben am 08.09.2010 )

VDI Berichte Nr. 1264, 1996
Quelle Text und Bilder:VDI

Variodachentwicklung des neuen MB Roadster SLK
Retractable Hardtop Development of the new MB Roadster SLK Dipl.-Ing. H. Schramm, S. Licher, Osnabrück

Zusammenfassung

Für den MB Roadster SLK wurde als Gemeinschaftsprojekt von dem Auftraggeber Mercedes Benz AG und der Wilhelm Karmann GmbH ein spezielles Verdeckkonzept entwickelt, dass aufgrund seiner festen Dachteile erhebliche funktionelle Vorteile gegenüber Stoffaltverdecken bietet. Durch konsequente Anwendung von Projektmanagementmethoden und SE-Prozeduren konnte eine kurze Entwicklungszeit realisiert werden.

Summary

The MB Roadster SLK with ist special hood concept ha been developed as a joint venture of Mercedes Benz AG und Wilhelm Karmann GmbH. Due to the solid roof parts it has relevant functional advantages compared to ordinary fabric hoods. The consequent use of project management techniques and procedures lead to a short development period.

1. Einleitung

Der Reiz eines Cabrios liegt in der Möglichkeit, offen fahren zu können. Die bisher weitverbreiteste Lösung, die erlaubt, sowohl offen, als auch geschlossen zu fahren, das Stoffverdeck, kann im Vergleich zu einem festen Dach in bezug auf Schutz vor Witterung sowie Vandalismus bei Berücksichtigung des gesamten Autolebens nur als Kompromiss angesehen werden. Vielfach werden Hardtops notwenig, um die Wintermonate zu überbrücken.

Ziel dieser Entwicklung war es, einen Synthese aus Cabrio und Coupé; zu finden: ein Fahrzeug, das im geschossenen Zustand die Vorteile eines festen Daches bietet, aber innerhalb von wenigen Sekunden vollautomatisch in ein offenes Cabrio verwandelt werden kann.

Bild 01:
Mercedes SLK mit geschossenem Dach
Mercedes SLK with Closed Hood

Bild 02:
Mercedes SLK mit geöffnetem Dach
Mercedes SLK with Raised Hood

1. Entwicklungsablauf

Für die Entwicklung des SLK wurde eine Projektstruktur entsprechend der verabschiedeten Projektmanagement-Methodik festgelegt.

Dazu wurde der Umfang der Entwicklung in verschiedene Bereiche, sogenannte Funktionsgruppen, eingeteilt. Jede Funktionsgruppe umfasst einen abgeschlossenen Verantwortungsbereich (z.B. Vorbau, Seitenwand, Tür, Variodach) und wir von je einem Mitarbeiter der Entwicklungspartner betreut. Der Gesamtumfang einer Funktionsgruppe wurde nochmals in kleine Teilbereiche, sogenannte Arbeitspakete, gegliedert.

Bild 03:
Projektstruktur
Projekt-Breakdown-Structure

Jedem Arbeitspaket wurde ein Verantwortlicher zugeordnet. Die Aufgaben des Arbeitspaketverantwortlichen bestehen in der Umsetzung des beschlossenen technischen Konzeptes, soweit in der Überwachung der Einhaltung vorgegebener Targets bezogen auf Kosten, Termine und Gewichte.

Zusätzlich zu den Arbeitspaketverantwortlichen wurden aus den angrenzenden Bereichen (z.B. Versuch, Montage, Werkzeugbau, Einkauf) Ansprechpartner pro Funktionsgruppe benannt, die in den Entwicklungsteams mitarbeiten. Dieses Team stellte sicher, dass durch ständigen Informationsaustausch die Belange der verschiedenen Bereiche bereits in der Entwicklung berücksichtigt wurden. Änderungen aus der Prozesskette wurden somit vermieden und der Entwicklungszeitraum reduziert.

3. Technikumfang

Entprechend der Aufteilung der Funktionsgruppe in Arbeitspakete lässt sich der Umfang Technik wie folgt darstellen:
  • Dachrohbau
  • Mechanik
  • Antrieb
  • Dichtungen
  • Verkleidungen

3.1 Dachrohbau

Der Dachrohbau umfasst die Bauteile, die die äußere Form des geschlossenen Variodaches bilden. Sie müssen entsprechend der Karosserie lackierbar sein

In der Konzeptphase der Entwicklung wurden Stahl- und Aluminiumblechkonstruktionen untersucht. Aufgrund der geringen Platzverhältnisse zwischen der Außenhaut und dem Innenraum mussten Flächenübergänge teilweise mit sehr kleinen Ziehradien gestaltet werden, die mit Blechen aus Aluminium nicht zu realisieren waren.

Die Ausarbeitung der Dachhälften erfolgte dementsprechend als jeweils zweischalige Stahlblechkonstruktion mit lokalen Verstärkungen in den Anbindungsbereichen der Mechanik. Die vordere Dachhälfte nimmt zusätzlich die Verschlußeinheit zur Verriegelung des Daches am Windschutzrahmen auf, die hintere Dachhälfte beinhaltet die 3 mm dicke, elektrisch beheizbare Einscheibensicherheitsglasscheibe.

Mit Hilfe von FEM-Berechnungen konnten die Bauteile bereis während der Ausarbeitung entsprechend den Lastenheftanforderungen bezüglich Beul-, Torsions- und Biegesteifigkeit ausgelegt und optimiert werden. Praktische Versuche mit Prototypteilen dienten der Überprüfung und Bestätigung der theoretisch ermittelten Werte

Bild 04:
Explosionsplan der Dachteile
Explodet View of Hood Parts

3.2 Mechanik

Unter dem Begriff Mechanik sind die Baugruppen zusammengefaßt, die den Bewegungsablauf des Variodaches ermöglichen. Es werden folgende Baugruppen unterschieden:

    Mechanik Dach
    Mechanik Abdeckung über Kofferraum
    Mechanik Heckdeckel
    Verschlüsse

Der Bewegungsablauf des Variodaches ist in den Bildern 05 bis 09 dargestellt. Zuerst öffnet der Heckdeckel in eine "Verdeckkastenstellung", das Dach wird im Kofferraum abgelegt, abschließend fährt der Heckdeckel in die Ausgangslage zurück

Bild 05:
Prinzipdarstellung des Variodaches mit Heckdeckel
Principal Layout of Rectractable Hardtop with Trunk Lid

Bild 06:
Variodach mit Heckdeckel in Verdeckkastenstellung
Retractable Hardtop with Rear Lid in "Hood Container Position"

Bild 07:
Variodach in halb geöffneter Stellung mit senkrecht stehender Abdeckung
Rectractable Hardtop in semi raised Position with vertical Cover

Bild 08:
Variodach in abgelegter Stellung, Heckdeckel noch offen
Rectractable Hardtop in folded Position

Bild 09:
Variodach abgelegt und Heckdeckel geschlossen
Rectractable Hardtop folded and Trunk Lid closed

3.2.1 Dachmechanik

Die Aufgabe der Dachmechanik besteht darin, bei Krafteinleitung das Dach durch eine Drehbewegung der Dachhälften in den Kofferraum abzulegen bzw. aus der abgelegten Stellung an den Windschutzrahmen heranzuführen.
Bei dieser Mechanik handelt es sich um ein Gelenk-Parallelogramm bestehend aus den Bauteilen

    - Hauptlager
    - Scharnier hinten
    - Scharnier vorne
    - Hauptlenker
    - Steuerscheibe
    - Verbindungsstange.

Bild 10:
Dachmechanik mit Hauptlager (1), Scharnier "hinten" (2), Scharnier "vorn" (3), Hauptlenker (4), Steuerscheibe (5) und Verbindungsstange (6)
Mechanism Hood with Main Mounting Bracket, Hinge Rear, Hinge Front, Main Guide Rod, Dis Cam an Connecting Rod

Das Hauptlager dient zur Befestigung des Gesamtsystems Dach an der Karosserie und ist im Fahrzeug so positioniert, dass bei abgelegtem Dach alle Bauteile unterhalb der Brüstungslinie liegen

Im hinteren Bereich nimmt das Lager über den sogenannten Hautdrehpunkt das Scharnier "hinten" auf. Begründet durch die Befestigung der hinteren Dachhälfte am Scharnier "hinten, ist die Lage des Hauptdrehpunktes maßgeblich für die Position des abgelegten Daches im Kofferraum verantwortlich. Zur Realisierung eines großen Restkofferraumes bei abgelegtem Dach wurde der Drehpunkt mit minimalem Abstand zur Außenhaut festgelegt.

Am oberen Ende des Scharniers "hinten" befindet sich der Drehpunkt zum Scharnier "vorn", das die vordere Dachhälfte aufnimmt. Durch den Drehpunkt zwischen den Scharnieren dreht sich die vordere Dachhälfte im Bewegungsablauf um die hintere Hälfte.

Die Führung der vorderen Dachhälfte im Bewegungsablauf erfolgt über die Hauptführungsstange. Die Lagerstelle zwischen dem Scharnier und der Führungsstange ist als Langloch ausgeführt, so dass im Öffnungs- bzw. Schließvorgang die erste bzw. letzte Bewegung als nahezu horizontale Schiebebewegung ausgeführt wird. Dies ermöglicht eine zuverlässig dichte Schließung im Bereich des Windschutzrahmens.

Im unteren Bereich ist die Führungsstange über die Steuerscheibe mit dem Hauptlager verbunden. Die Steuerscheibe ist zusätzlich durch die Verbindungsstange mit dem Scharnier hinten gekoppelt. Die Kombination Steuerscheibe/Verbindungsstange führt dazu, dass die Lagerstelle der Führungsstange auf einer Kreisbahn um die Nietstelle Hauptlager/Steuerscheibe wandert. Durch diese Anordnung ließ sich der Bewegungsablauf der vorderen Dachhälfte so gestalten , dass

  1. die Neigung der vorderen Dachhälfte zur XY-Ebene im Ablauf nahezu konstant bleibt und
  2. genügend Freiraum zwischen der vorderen Dachhälfte und den Insassen im Ablauf vorhanden ist.

Als Antriebseinheit dient ein Hydraulikzylinder, der kolbenseitig drehbar am Hauptlager gelagert ist und stangenseitig durch zwei Steuerhebel einerseits mit dem Scharnier hinten und andererseits mit dem Hauptlager verbunden wird. Diese Anordnung führt zu einer deutlich geringeren Bewegungsbahn als bei direkter Anbindung an das Scharnier hinten, so dass der Freiraum zu Tankeinfüllstutzen vergrößert werden konnte

Die Ablage des Daches im Kofferraum wird durch einen Gummipuffer oberhalb der seitlichen Verkleidung und einer Aufnahme unterhalb der Abdeckung über dem Kofferraum sichergestellt. Zusätzliche Gummipuffer am Schwenkrahmen verhindern ein "Hochspringen" des abgelegten Daches bei Schlechtwegfahrt.

Bild 11:
Sicherung des Daches in abgelegter Stellung: vorn durch Verschlussbolzen, hinten durch Puffer
Securing of Roof in Folded Position: Front with Locking Pins, Rear with Stops

Vor dem Öffnen des Daches muss ein Rollo im Kofferraum ausgezogen und in Aufnahmen in den seitlichen Kofferraumverkleidungen eingehängt werden. Somit wird verhindert, dass sich beim Öffnungsvorgang des Daches Ladegut im Bereich der Ablage befindet.

Die Entwicklung der Kinematik erfolgte im CAD-System CATIA. Aufbauend auf einer 2D-Kinematik werden alle Bauteile dreidimensional dargestellt.

Mit Hilfe eines bei Karmann entwickelten Programmsystems können die Gelenkkräfte in jeder Dachstellung rechnerisch ermittelt werden. Die so berechneten Gelenkkräfte dienen als Randbedingung für nachgeschaltete FEM-Strukuranalysen einzelner Mechikkomponenten. Durch dieses Verfahren sind insbesondere schnelle Variantenuntersuchungen möglich

Als Beispiel sei hier eine Variantenuntersuchung im Bereich des Hauptlagers genannt. Ziel der Untersuchung war es, die Spannungen im Bauteil durch Integration einer Stützwand zu reduzieren.

Bild 12:
Variantenuntersuchung mit Hilfe von FEM Variante 1
Examination of Variants means fo FEM, Variant I

Bild 13:
Variante II des Hauptlagers
Alternative II of Main Mounting Bracket

3.2.2 Mechanik Abdeckung über Kofferraum

Cabrios mit herkömmlichen Stoffdächern besitzen als Schutz des abgelegten Daches entweder eine Stoffabdeckung, die von Hans aufgezogen wird oder eine feste Abdeckung , die entgegen der Fahrtrichtung öffnet und somit die Bewegungsbahn für die Ablage des Daches freigibt.

Im SLK übernimmt die Abdeckung neben der Schutzfunktion des abgelegten Daches noch die Aufgabe der Trennung des Fahrgastraumes zum Kofferraum bei geschlossenem Dach. Die Doppelfunktion und die Tatsache, dass der abzudeckende Raum bei geschlossenem Dach kleiner ist, als bei geöffnetem Dach, machte eine Teilung der Abdeckung notwendig.

Bild 14:
Abdeckung über Kofferraum: oben Dach geschlossen, unten Dach geöffnet
Boot Cover: Retractable Hardtop closed an raised

Bei geschlossenem Dach übernimmt das Größere Element, Abdeckung hinten genannt, die Trennfunktion. Durch Lagerung der Abdeckung auf einen Schwinghebel, der im Bewegungsablauf des Daches eine Drehung von ca. 180° durchläuft, ändert sich die Lage in -Richtung, so dass bei abgelegtem Dach der Heckdeckel auf der Dichtung der Abdeckung zu liegen kommt. Der Antrieb des Schwinghebels erfolgt durch eine Verbindungsstange, die an der Steuerscheibe der Mechanik Dach angreift. Der Antrieb wurde dabei so ausgelegt, dass

1. die Abdeckung hinten im Bewegungsablauf zunächst in eine senkrechte Stellung fährt, die das Durchschwenken der vorderen Dachhälfte ermöglicht, und

2. beim Absenken der vorderen Dachhälfte die Bolzen des dachseitigen Verschlusses in Aufnahmen unterhalb der Abdeckung gleiten und anschließend das Dach parallel mit der Abdeckung in die abgelegte Stellung fährt.

Der freiwerdende Raum zwischen der Abdeckung hinten und der Verkleidung Querträger wird von dem zweiten Element der Abdeckung, Abdeckung vorn genannt, geschlossen. Die Abdeckung vorn ist gelenkig mit der Abdeckung hinten verbunden und wir durch einen Verbindungshebel, der am Hauptlager befestigt ist, angesteuert.

Bild 15:
Mechanik Abdeckung über Kofferraum
Mechanism Cover above Boot

Die Breite der Abdeckungen wird, bedingt durch das Vorbeischwenken der Hauptführungsstange, im Bewegungsablauf in Y-Richtung begrenzt. Um bei geöffnetem Dach den Zwischenraum zur Verkleidung B-Säule abzudecken, wurde an die Abdeckung hinten eine Klappe gelenkig angebunden, die bei geschlossenem Dach eng an der seitlichen Verkleidung der hinteren Dachhälfte anliegt und im Öffnungsvorgang des Daches herunterklappt. Der vor der Seitenklappe verbleibende Freiraum wird durch eine textile Abdeckung, die einerseits an der Seitenklappe und andererseits am Hauptlager angebunden ist, abgedeckt.

Bild 16:
Abdeckung über Kofferraum mit seitlicher Klappe bei geöffnetem Dach
Cover aove Boot with Side Flap at raised Hood

Die Ansteuerung der Seitenklappe erfolgt über einen Seilzug, der einerseits unterhalb der Klappe, andererseits am Hauptlager der Mechanik Dach angebunden ist. Bei der Positionsänderung der Abdeckung hinten in X-Richtung wird die Klappe durch das Seil heruntergezogen. Ein Umlenker sorgt für die konstante Führung des Seiles, eine Zugfeder dient als Toleranzausgleich

Bild 17:
Ansteuerung der Seitenklappe
Steering of Side Flap

Bei der Auswahl des Werkstoffes für die Abdeckungen incl. der Seitenklappen wurden folgende Kriterien berücksichtigt:

     - hohe Steifigkeit bei niedrigem Gewicht und geringer Bauhöhe
     - gute Oberfläche
     - kaschierfähig
     - hohe Wärmebeständigkeit

Aufgrund der Möglichkeit, diverse Funktionen im Bauteil zu integrieren und bei geringer Bauhöhe die Steifigkeit durch Rippenanordnung zu gewährleisten, wurde die Verwendung von Magnesium im Druckgußverfahren gewählt.

Über die Entwicklungsschritte Al-Teile, die Sansgußverfahren hergestellt wurden, über Al-Druckgußteile bis zu Mg-Druckgußteilen konnten die Teile ständig optimiert und verbessert werden. Vorteilhaft war in diesem Entwicklungsablauf, dass die Aluminium- und Magnesiumdruckgußteile in den gleichen Werkzeugen hergestellt werden konnten.

Bild 18:
Abdeckung hinten aus Mg-Druckguß
Rear Cover out of Mg-Diecasting

3.2.3 Mechanik Heckklappe

Entsprechend der Darstellung in Bild 06 muß der Kofferraumdeckel vor dem Einschwenken des Daches in eine "Verdeckkastenstellung" gefahren werden. Zur Realisierung dieser Bewegungsrichtung wurde die Heckklappe mit 7-Gelenk-Scharnier und Schloß auf einen Schwenkrahmen positioniert.

Der als Rohrrahmen ausgebildete Schwenkrahmen ist durch zwei Scharniere auf dem Querträger des Heckmittelstückes gelagert und wird durch zwei Schlösser, die sich seitlich auf dem Radhaus befinden, in der unteren Stellung gehalten und verriegelt. Die Entriegelung der Schlösser vor dem Hochschwenken erfolgt durch Seilzüge, die mit den beidseitigen Antriebszylindern verbunden sind. Die Abstützung der Zylinder erfolgt an rohbauseitigen Konsolen.

Zur Positionierung im geschlossenen Zustand und Sicherung der Heckdeckelpassung dienen zwei seitliche mit Rollen versehene Führungen.

Bild 19:
Schwenkrahmen
Slew Frame

3.2.4 Verschlüsse

Die Verriegelung des Daches am Windschutz erfolgt durch zwei seitlich angeordnete Verschlüsse mit zentralem Antrieb in Fahrzeugmitte

Die Verschlüsse arbeiten nach dem Zuziehprinzip. Ein kulissengeführter Fanghaken hält das Dach durch Hinterrastung am karosserieseitig befestigten Gegenlager in X-Richtung. Die Sicherung erfolgt durch Übertotpunktstellung

Die Positionierung des Daches in Y- und Z-Richtung erfolgt durch Aufnahme zweier verschlußseitiger Bolzen in den karosserieseitigen Gegenlagern. Zwecks Geräuschminimierung sind die Bolzen kunststoffummantelt.

Der Antrieb der Verschlüsse erfolgt durch Zug-/Druckstangen, die in Fahrzeugmitte gelenkig mit einer Drehplatte verbunden sind. Als Antriebseinheit dient ein Hydraulikzylinder der einerseits an der Drehplatte, andererseits am Trägerblech der Verschlußeinheit angebunden ist.

Bild 20:
Dachverschluss
Hood Latching

Bei den ersten Fahrversuchen mit Prototypen des SLK wurde ein Anheben des Daches ab ca. 100 km/h, ähnlich dem Aufblähen von Stoffdächern, festgestellt. Aufgrund der gelenkigen Verbindung der Dachhälften führte dies zu einem Öffnen der Trennfuge, was wiederum zu erhöhten Geräuschen führte.

Durch Einsatz einer Zwangsverriegelung konnte das Öffnen der Fuge verhindert werden. Ein am Scharnier hinten in Langlöchern geführter Keilschieber verrastet bei geschlossenem Dach hinter einen in der Hauptführungsstange platzierten Bolzen, der zum Toleranzausgleich exzentrisch ausgeführt ist. Das Öffnen des Schiebers erfolgt durch Seilzüge, die mit den Verschlüssen im vorderen Dachteil verbunden sind: die Verriegelung erfolgt durch Zugfedern.

Bild 21:
Keilschieber zur Verriegelung der Dachhälften
Wedge Bar for latching of Hood Parts

4. Antrieb und Steuerung

Wie bereis in den Abschnitten Mechanik und Verschlüsse beschrieben, werden für die unterschiedlichen Antriebe Hydraulikzylinder eingesetzt. Die Gesamtanlage besteht aus

     - 2 Zylinder für den Antrieb des Variodaches
     - 2 Zylinder für den Kofferdeckelantrieb
     - 1 Zylinder für den Verschluß im vorderen Dachteil
     - 1 Mehrkolbenpumpe mit integriertem elektromagnetischem Ventil

Die Steuerung erfolgt durch ein zentrales Steuergerät, das den Bewegungsablauf des Daches durch Informationen von insgesamt acht Mikroschaltern sichert. Folgende Zustände werden abgefragt:

     - Variodach geschlossen
     - Rollo geschlossen
     - Heckdeckel geschlossen
     - Verschluß Dach offen
     - Variodach abgelegt
     - Verschluß Schwenkrahmen geschlossen
     - Schwenkrahmen offen

Bei Betätigen des Bedienschalters in der Mittelkonsole öffnet das Variodach in folgenden Schritten

  1. Abfrage: Heckdeckel + Rollo geschlossen ?
  2. Scheiben absenken
  3. Verschluß + Schwenkrahmen öffnen
  4. Variodach öffnen
  5. Verschluß+Schwenkrahmen schließen
  6. Türscheiben hochfahren

Der Vorgang "Dach schließen" erfolgt in den Schritten

  1. Abfrage: Heckdeckel + Rollo geschlossen?
  2. Türscheiben absenken
  3. Verschluß+Schwenkrahmen öffnen
  4. Variodach schließen
  5. Verschluß + Schwenkrahmen schließen
  6. Scheiben hochfahren

Bild 22:
Ablaufdiagram Dach öffnen/Dach schließen
Operation Diagram for raising and closing Retractable Hardtop

5. Dichtungen

Um im geschlossenem Zustand das Niveau eines Coupès bezüglich Dichtigkeit und Umströmungsgeräuschen zu erreichen, werden hohe Ansprüche an die Dichtungen gestellt.

Die Abdichtung zwischen dem Windschutzrahmen und dem vorderen Dachteil wurde als Dippelkammerprofil ausgeführt. Die äußeren Hohlkammer, Primärdichtung, verhindert den Wassereintritt. Sie ist aufgrund des horizontalen Einlaufes des Daches abgeflacht und mit Gleitlack beschichtet. Die innere Hohlkammer, Sekundär- oder Komfortdichtung dient der Geräuschoptimierung. Sie ist zur Verhinderung von Abrißgeräuschen zwischen Dichtung und Rohbau ebenfalls mit Gleitlack beschichtet.

Sollte trotz der Abdichtung Wasser in den Raum zwischen den Profilen gelangen, kann dieses durch die seitlichen Profile an der A-Säule abgeführt werden.

Das Gesamtprofil ist als Aufsteckprofil ausgebildet. Um den Festsitz auf dem Rohbauflansch zu gewährleisten, wurden die Abdichtung mit einem Edelstahlbans ausgestattet. Zusätzlichen Festsitz erhält das Profil durch ein Butylband, das gleichzeitig Wassereintritt zwischen Rohbau und Abdichtung verhindert.

Bild 23:
Abdichtprofil zwischen dem Windschutz und dem Dach vorn
Seal Profile between Windshield and Front Hood Part.

Der Aufbau des Profils zwischen den Dachhälften gleicht dem der Abdichtung am Windschutzrahmen. Die Primärdichtung verhindert wiederum den Wassereintritt. Eine Anlauflippe auf der Hohlkammer sorgt dafür, dass die deformierte Kammer flächig am Rohbau anliegt. Eine Gleitlackbeschichtung verbessert den Einlauf und verhindert Geräusche. Die innere Hohlkammer dient der Geräuschoptimierung. Sie ist ebenfalls gleitlackbeschichtet.

Der Kanal zwischen den Hohlkammern ist mit dem seitlichen Profil der hinteren Dachhälfte verbunden, so dass eingetretenes Wasser abgeführt werden kann

Als Aufsteckprofil ausgelegt, wird der Festsitz des Gesamtprofils einerseits durch einen Hartbereich (80 Shore A) und andererseits durch ein Butylband zwischen dem Profil und dem Rohbau der hinteren Dachhälfte erreicht.

Bild 24:
Abdichtprofil zwischen den Dachhälften
Seal Profile between Hood Parts

Die Abdichtung zwischen dem Dach und dem Heckdeckel erfolgt durch eine Moosgummidichtung, die auf den Rohbauflansch der hintern Dachhälfte aufgesteckt wird. Eine Lippe auf der Hohlkammer erhöht bei geöffnetem Heckdeckel den Wasserkanal und verhindert den Wassereintritt in den Kofferraum.

Der Festsitz der Abdichtung erfolgt durch ein Drahtwedelband. Eine Abdichtmasse innerhalb des Aufsteckbereiches verhindert die Unterwanderung durch Wasser.

Bild 25:
Abdichtprofil zwischen Dach und Heckdeckel
Seal Profile between Hood Trunk Lid

Die Abdichtung des Daches zu den Seitenscheiben erfolgt durch ein Hohlkammerprofil das mit Hilfe einer Halteschiene am Dach befestigt wird. Die Hohlkammer dient im A- und C-Säulenbereich als Wasserkanal. Um den Halt in der Schiene und die Scheibenstabilität bei höheren Geschwindigkeiten zu gewährleisten, ist der Profilfuß hart ausgeführt. Der Bereich der Scheibenabdichtung besteht aus Moosgummi, um

  1. die Toleranzaufnahme zu erhöhen
  2. eine Reduzierung der Türschließkräfte zu erreichen und
  3. die Rückstellkräfte zu verbessern

Das Profil ist mit Gleitlack beschichtet, um den Einlauf zu optimieren und die Geräusche zwischen dem Gummi und der Scheibe zu minimieren.

Die Halteleiste wird durch zwei Moosgummiprofile gegen den Rohbau abgedichtet und ist zum Toleranzausgleich in Y-Richtung über Langlöcher einstellbar.

Bild 26:
Abdichtung zwischen dem Dach und den Seitenscheiben
Seal between Hood and Side Glasses

Das Formstück Ä-Säule oben verbindet das Profil der Abdichtung Windschutzrahmen mit dem seitlichen Profil und dient gleichzeitig als "Gegenlager" für die Endkappe der Dichtung am vorderen Dachteil. Durch eine Bohrung ist der Wasserkanal der Abdichtung Windschutz mit der Hohlkammer der A-Säulendichtung verbunden. Eine Tropfenwanne unterhalb der als Gegenlager dienenden Dichtfläche kann durch den Stoß dringendes Wasser auffangen und durch eine Bohrung in das Hohlprofil weiterleiten. Die Dichtigkeit eines Stoßes wird durch Verpressung der Dichtflächen gewährleistet. Dazu ist es notwendig, dass eine Dichtfläche hart, die andere weich ausgeführt wird. Die Dichtfläche im Formstück A-Säule ist hart ausgeführt.

Eine Blecheinlage innerhalb des Formstückes erhöht die Eigenstabilität des Teiles und ermöglicht eine Verschraubung mit dem Windschutz zur Gewährleistung des Festsitzes

Bild 27:
Formecke A-Säule
Shot Mouldig A-Pillar

Die weiche Endkappe der Abdichtung Dach vorn seitlich verbindet das Hohlkammerprofil mit dem Profil der äußeren Abdichtung der Halteleiste. Des weiteren beinhaltet sie eine Tasche, die den Beschnitt der Halteschiene abdeckt. Somit wird verhindert, dass Wasser zwischen Endkappe und Halteleiste in das Fahrzeuginnere gelangt.

Das Prinzip der Endkappen ist am vorderen und hinteren Stoß gleich. Die unterschiedliche Form der Kappen liegt in den verschiedenen Bewegungsrichtungen beim Verschließen des Daches begründet. Der vordere Stoß wird in horizontaler Richtung, der hintere innerhalb einer Drehbewegung, verpresst. Daher ergibt sich vorn eine planare und hinten eine gekrümmte Anlagfläche.

Das "Gegenlager" der hinteren weichen Endkappe der Abdichtung Dach vorn seitlich wird durch das Formstück, das das ÜProfil der Dachtrennung mit dem seitlichen Profil verbindet, Formstück C-Säule oben, gebildet. Konzeptionell gleicht das Formstück dem der A-Säule:

a)Bohrung, um Wasser aus dem Kanal durch das Profil abzuführen

b) Tropfwanne, um Leckwasser aufzufangen und durch das Profil abzuführen

Der Festsitz wird durch ein Abdeckblech, das mit dem Rohbau verschraubt wird, sichergestellt.

Bild 28:
Formstück C-Säule oben
Shot Moulding upper C-Pillar

Der Abschluß des seitlichen Profils an der hinteren Dachhälfte wird durch das "Formstück C-Säule unten" gebildet. Im Formstück erfolgt ein Übergang von dem geschlossenen Hohlkammerprofil in ein offenes Profil. Das offene Profil ermöglicht die Aufnahme der Scheibentoleranzen in X-Richtung. Gleichzeitig werden durch die direkte Anlage der Dichtlippe des offenen Profils auf der Seitenscheibe Windgeräusche vermieden. Eine Dichtlippe im unteren Bereich des Formstückes bildet bei geschlossenem Dach den Übergang zur Schachtleiste der Seitenscheibe

Die Stabilität des Formstückes wird durch ein eingespritztes Zink Druckgußmittel erreicht. Gewinde in dem Druckgußteil ermöglichen die Verschraubung mit dem Rohbau der hinteren Dachhälfte.

Bild 29:
Formstück C-Säule unten
Shot Moulding lower C-Pillar

Im ersten Schritt der Entwicklung der Dichtungen wurden die Profilquerschnitte im CAD festgelegt und mit Hilfe von Verformungsberechnungen durch FEM optimiert. Nach Erstellung von Profilmaterial durch den Serienlieferanten erfolgte die Überprüfung der Theoretischen Ergebnisse an einem Prototyp und weitere Optimierung der einzelnen Querschnitte

Bild 30:
Deformationsverhalten des Dichtprofils. FEM Berechnung
Deformation of Sealing Profile. FEM Calculation

Nach endgültiger Festlegung der Querschnitte wurden mit Hilfe von DAD die Forumstücke entwickelt. Anhand der CAD Oberflächen konnten Stereolithographieteile erstellt werden, die die Basis für Gießformen aus einem speziellen Silikonkautschuk bildeten. Die hohe Dehnbarkeit des Silikons ermöglicht die Entformbarkeit komplizierter Formen, auch mit Hinterschnitten, bei einfacher Formtrennung.

Die in diesen Formen aus Polyuhrethan erstellten Gießteile dienen der Konzeptionellen Überprüfung der Formstücke in der Karosserie. Mit ihrer Hilfe können erste Erkenntnisse bezüglich Dichtigkeit und Windgeräusche in Zusammenhang mit den Rohbautoleranzen erzielt werden.

Nach Bestätigung des Konzeptes erfolgte die Anfertigung von Vorserienwerkzeugen aus Aluminium anhand von DAD-Daten, die das Bauteil vollflächig beschreiben. Unter Verwendung des Seriewerkstoffes oder eines Werkstoffes, der Rückschlüsse auf das Serienmaterial zuläßt, werden im Spritzgußverfahren Formstücke erstellt.

Bild 31:
Formecke als Stereolithographieteil, PU-Gießteil, Teil aus Vorserienwerkzeug und Serienteil
Stereeolitographic Part of Shot Moulding, PU-Moulded Part, Part from Prototype Tool and Prduction Part

DieVerbindung der Formstücke mit dem Profilmaterial erfolgt durch Verklebung mit einem Cyanacrylatkleber.

Die geklebten Dichtungskomponenten wurden entsprechend dem Lastenheft erprobt und optimiert. Außer Fahrversuchen werden u.a. geprüft: Handling, Einbau, Dichtigkeit, Funktion, Dimensionierung sowie Formgestalt und Optik

Änderungen, die sich während der Erprobung ergaben, konnten unter geringem Zeitaufwand in die Al-Werkzeuge eingearbeitet werden. Erst nach weitentgehender Erfüllung des Lastenheftes erfolgt die Anfertigung der Serienwerkzeuge, so dass Änderungen im Serienwerkzeug aufgrund negativer Versuchsergebnisse vermieden werden konnten.

6. Verkleidungen

Entgegen der sonst üblichen Vorgehensweise ein von der Stylistik erstelltes Designmodell abzutasten und anhand der erzeugten Punktewolke mit Hilfe von CAD die Oberflächen zu erstellen, wurden bei der Entwicklung des Variodaches in enger Zusammenarbeit zwischen der Konstruktion und der Stylistik zunächst im CAD die Außenflächen der Dachverkleidung erstellt. Mit Hilfe der Daten konnte per CNC-Fräsung ein PUR-Hartschaummodell erstellt und zur Abnahme auf ein Sitzmodell des SLK montiert werden. Geringfügige Änderungswünsche der Stylisten konnten anschließend ohne Abtastung in die Basisflächen integriert werden.

Bild 32:
Hartschaummodell zur Stylingabnahme
Hard-Foam-Model für Styling Approval

Diese Vorgehensweise wurde gewählt, um frühzeitig in der Enwicklung die Freigängigkeit der Verkleidungen im Bewegungsablauf gewährleisten zu können.

Vom freigegebenen Hartschaummodell wurden anschießend Negativmodelle für die Erstellung von Verkleidungen auf GFK abgenommen. Mit Hilfe dieser Verkleidungen konnten bereits die ersten Prototypen des Variodaches vollständig ausgestattet und die theoretisch durchgeführten Freigangsuntersuchungen im Bewegungsablauf überprüft und bestätigt werden

Im zweiten Schritt der Entwicklung der Verkleidungen wurden anhand der zwischenzeitlich vervollständigten CAD-Daten (Darstellung jeder Verkleidung als Volumenmodell) entweder beim Serienlieferanten oder im Prototypenbau im Hause Karmann sogenannte Vorserienwerkzeuge erstellt.

Bild 33:
Vorserienwerkzeug für eine Dachverkleidung
Prototype Tool for Hood Cover

Vorserienwerkzeuge werden aufgrund der kürzeren Erstellzeit üblicherweise aus Aluminium gefertigt. Unter Einsatz des vorgesehenen Serienwerkstoffes erfolgt das Handling manuell. Die Ausbringung ist auf maximal 500 Bauteile begrenzt

Die in diesen Werkzeugen gefertigten Teile wurden in Klimaprüfungen, Dauerläufen und Fahrversuchen entsprechend den umfangreichen Anforderungen des Lastenheftes erprobt und optimiert. Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass bei Freigabe der Beschaffung der Serienwerkzeuge die Bauteile soweit optimiert sind, dass in der Regel keine Änderungen aufgrund negativen Versuch im Seriewerkzeug notwenig werden.

Bi den Verkleidungen im Variodach handelt es sich neben einem Formhimmel in Sandwichbauweise (Polesterol mit TPO-Folie beschichtet), um genarbte Spritzteile aus ABS, sowie bei der unteren Verkleidung im hinteren Dachteil um ein lackiertes Mg-Druckgußteil. Die Materialauswahl für dieses Bauteil erfolgte unter der Berücksichtigung der Anforderungen einerseits zu verkleiden, andererseits Kräfte durch die Auflag der Abdeckung über Kofferraum bei geschlossenem Dach aufnehme zu können. Mit diesem Bauteil ist es gelungen , eine Verkleidung aus einem Leichtmetallwerkstoff im Gußverfahren so darzustellen ,dass sie den Ansprüchen einer Vorkleidung im Fahrgastraum genügt.

Bild 34:
Explosionsplan der Verkleidungen im Variodach
Exploded View of Covers Trim Parts within Retractable Hardtop

7. Zusammenfassung und Ausblick

Ziel der Gemeinschaftentwicklung der Mercedes Benz AG und der Wilhelm Karmann GmbH war die Realisierung einer Synthese aus Cabrio und Coupé. Dies darf mit dem Variodach als gelungen bezeichnet werden. Innerhalb von max. 30 Sekunden verwandelt sich der Mercedes-Benz SLK aus einem Coupé mit festem Dach vollautomatisch in einen offenen Roadster.

In Wagenfarbe lackierte, als Stahlblechkonstruktion ausgeführte Dachteile können mit Hilfe eines Gelenk-Parallelogramms in den Kofferraum abgelegt werden. Dazu fährt der auf einen Schwenkrahmen gelagerte Heckdeckel vor Ablage des Daches in eine "Verdeckkastenstellung" und nach Ablage in seine Ausgangslage zurück. der Schutz des abgelegten Daches erfolgt durch eine Abdeckung, die mit dem Gelenk- Parallelogramm der Dachteile zwangsgekoppelt ist.

Die Verriegelung des geschlossenen Daches erfolgt zwischen dem Windschutzrahmen und der vorderen Dachhälfte durch einen dachseitigen Verschluß. Die Dachteile werden durch einen Schieber im Bereich der Schwenkachse zwangsverriegelt.

Dichtheit und geringe Windgeräusche werden durch Doppelkammerprofile im Bereich des Windschutzrahmens und der Dachtrennung, sowie durch Moosgummiprofile im Übergang zum Heckdeckel und zu den Seitenscheiben erreicht.

Der Innenraum des Variodaches ist vollständig verkleidet.

Durch die separate Bearbeitung des Projektes nach Projektmangement-Methoden konnte der Entwicklungszeitraum im Vergleich zu anderen Projekten reduziert werden.

Aufgrund der funktionellen Vorteile, die feste Dachteile gegenüber einem Verdeck aus Stoff haben, bietet sich das Konzept des Variodaches nicht nur für Roadster an.






Hinweis: Quelle Text und Bilder: VDI

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R170 Vario-Dach: Variodachentwicklung des neuen MB Roadster SLK  (0 Kommentare vorhanden)
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