DE10102762A1 - Aufpralldämpfende Fronthaube für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine aufpralldämpfende Fronthaube für ein Fahrzeug, mit einem Oberblech und einer mit diesem verbundenen, aus einem Innenblech gebildeten Versteifungsstruktur mit einem Rahmen. Sie löst die Aufgabe, eine derartige Fronthaube so zu gestalten, daß bei dieser das Kopfverletzungskriterium HIC deutlich verringert ist. Dazu sind am Oberblech (1, 17, 21) und/oder an der Versteifungsstruktur (2) haubeninnenseitig an vorbestimmten Stellen oder in vorbestimmten Bereichen Deformationselemente (6, 7, 16, 20/22) angeordnet, die bei einer Zugbelastung Deformationsenergie abbauen, oder die Versteifungsstruktur (23) ist als ein solches Deformationselement ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine aufpralldämpfende Fronthaube für ein Fahrzeug zur Aufnahme von Aufprallenergie, die durch einen Fußgänger oder einen anderen Aufprallbeteiligten, insbesondere auch durch einen den aufprallenden Kopf eines Fußgängers simulierenden Impaktor, eingebracht wird.

Um die Schwere von Verletzungen, insbesondere Kopfverletzungen, bei Fußgängern oder anderen Aufprallbeteiligten zu reduzieren, deren Kopf im Falle einer Kollision auf die Fronthaube aufschlägt, sind Fronthaubenkonstruktionen bekannt geworden, die in vorbestimmten Bereichen besonders wirksam Aufprallenergie aufnehmen und abbauen können. Diese Bereiche werden mit Aufprallvorrichtungen mit den Kopf eines Fußgängers simulierenden Impaktoren durch Aufprallversuche ermittelt, bei denen die Impaktoren mit bestimmter Geschwindigkeit auf die vorbestimmten Bereiche geschossen und die relevanten geometrischen und Materialparameter der Fronthaube anhand eines optimalen Verzögerungsverlaufs bewertet werden. Dieser optimale Verzögerungsverlauf ermöglicht es mit einem praktisch erreichbaren Kraft/Weg-Verlauf die Impaktorenergie mit möglichst kleinem Deformationsweg umzuwandeln. Es hat sich ergeben, daß neben diesem Deformationsweg die geometrische Steifigkeit der Fronthaube, die Massenträgheit und die Streckgrenze der Materialien für den Kraft/Weg-Verlauf des Impaktors bestimmend sind.

Zur Verringerung des sog. Kopfverletzungskriteriums HIC (Head Injury Criterion) muß die beim Zusammenstoß mit dem Impaktor eingebrachte Aufprallenergie in bekannter Weise entsprechend einer idealen Kurve der Beschleunigung über der Zeit (a-t-Kurve) weitestgehend abgebaut werden, wobei die Kurve auf einer Berechnung auf der Grundlage des Betrages an Aufprallenergie, der beim Zusammenstoß aufgenommen werden muß, beruht. Die wesentlichen Zusammenhänge sind in der DE 195 14 324 A1 dargestellt. In dieser Schrift ist eine Fronthaube beschrieben, die eine obere Außentafel (Oberblech) und eine unter dieser angeordnete Vorrichtung (Unterstruktur) zur Aufnahme des Stoßes, der auf die Außentafel durch den Impaktor ausgeübt und durch den diese verformt wird, aufweist und die mit einem sog. Aufprallstörkörper, z. B. dem Motor, korrespondiert, der die verformte Unterstruktur auffängt bzw. anhält. Dabei sind eine Aufnahmerate an Aufprallenergie dieser Unterstruktur und ein Gesamthohlspalt, der zwischen dem Oberblech und dem Aufprallstörkörper ausgebildet ist, derart festgelegt, daß die beim Zusammenstoß eingebrachte Aufprallenergie entsprechend der idealen Beschleunigungs (a) - Zeit (t) - Kurve aufgenommen werden kann, um das Kopfverletzungskriterium HIC bei dem kürzestmöglichen Hub (kleinstmöglichem Deformationsweg) des Oberbleches zu verringern, so daß auch der Abstand des Oberblechs zum Aufprallstörkörper, mit dem dieses bei einem Aufprall in Wirkverbindung steht, klein gehalten werden kann. In der Schrift sind dazu zahlreiche Ausführungen von Fronthauben beschrieben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine aufpralldämpfende Fronthaube für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der das Kopfverletzungskriterium HIC deutlich verringert ist.

Diese Aufgabe wird bei einer aufpralldämpfenden Fronthaube nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung besteht danach darin, daß bei einer aufpralldämpfenden Fronthaube mit einem Oberblech und einer mit diesem verbundenen, aus einem Innenblech gebildeten Versteifungsstruktur mit einem Rahmen, der mit dem Oberblech verbunden ist, am Oberblech und/oder an der Versteifungsstruktur haubeninnenseitig an vorbestimmten Stellen oder in vorbestimmten Bereichen Deformationselemente angeordnet sind, die bei einer Zugbelastung Deformationsenergie abbauen. Im Gegensatz zu Deformationselementen, die beim Aufschlag eines (Impaktor-) Kopfes durch Druck beaufschlagt werden und dabei Deformationsenergie abbauen, werden Deformationselemente eingesetzt, die bei einer Zugbelastung Deformationsenergie abbauen. Die Fronthaube wird bei einem (Impaktor-) Kopfaufschlag nach innen gedrückt und gebogen, so daß an der Innenseite des Oberblechs und der Versteifungsstruktur bzw. des Innenblechs Zugspannungen auftreten. In vorbestimmten Bereichen, in denen mit hoher Wahrscheinlichkeit bei einem Unfall mit einem Fußgänger ein (Impaktor-) Kopfaufschlag erfolgt, sind Deformationselemente angeordnet, die bei der auftretenden Zugbelastung Deformationsenergie abbauen. Diese sind stoffschlüssig durch Schweißen, Löten oder Kleben mit dem jeweiligen Haubenblech verbunden. Alternativ dazu kann das Innenblech selbst als Deformationselement ausgebildet sein, beispielsweise aus einem Wellblech gebildet sein, das an seinen Anlageflächen am Oberblech mit diesem auf die genannte Art verbunden ist. Ebenso kann das Innenblech mit regelmäßig ausgebildeten Ausbauchungen in der Art einer Eierpalette versehen und an diesen Ausbauchungen mit dem Oberblech verbunden sein.

Bevorzugt sind die Deformationselemente hoch gebaut bzw. im möglichst großen Abstand vom jeweiligen Blech angeordnet oder ausgebildet, so daß sie bei einem (Impaktor-) Kopfaufschlag im Bereich hoher Zugspannungen liegen. Überdies sind sie so bemessen, daß sie bei der auftretenden Zugbelastung in den Bereich der plastischen Verformung gelangen.

Bei einer Spriegel aufweisenden Versteifungsstruktur sind die Deformationselemente daher auf der dem Oberblech abgewandten Seite der Spriegel angeordnet oder im Abstand vom Oberblech zwischen den Spriegeln und/oder dem Rahmen angeordnet und können in einfacher Ausführung Zugbänder oder Zugstäbe sein. Dabei sind diese an mit dem Oberblech durch Löten oder Kleben verbundenen Befestigungsböcken gehaltert und netzartig angeordnet, so daß bei einem (Impaktor-) Kopfaufschlag sichergestellt ist, daß sie auch im Abstand vom Oberblech und damit im Bereich hoher Zugspannungen bleiben. Die Zustäbe sind vorteilhaft einerends mit einem dieser Befestigungsböcke verschraubt und andernends in einer Öse bzw. einer Ausnehmung eines anderen Befestigungsbockes verliersicher gehaltert. Die Zugstäbe können dabei auch vorgespannt sein, so daß die Fließgrenze eher erreicht und daher auch eher Deformationsenergie abgebaut wird.

Anstelle von auf den Spriegeln aufgebrachten einfachen Zugbändern sind auch aus Blech oder Kunststoff bestehende Hohlkörper, insbesondere trapezförmigen Querschnitts, auf diesen oder dem Oberblech anordbar. Dem jeweiligen Spriegel oder Oberblech ist dabei die längere Querschnittsseite zugewandt. Quer zur Längserstreckung der Hohlkörper sind in diesen durch Druck belastbare und im Falle eines (Impaktor-) Kopfaufschlages druckbelastete Elemente angeordnet, die die Formstabilität der Deformationselemente sicherstellen, damit die schmale Querschnittsseite weitgehend im Abstand vom Oberblech bzw. den Spriegeln halten.

Diese ebenfalls Deformationsenergie aufnehmenden Elemente können im wesentlichen quer zur Längserstreckung angeordnete Stegbleche, Wabenelemente, Teile aus hartem Schaumstoff, Federelemente oder auch Balgstrukturen sein. Zur Formstabilisierung dienen auch quer zur Längserstreckung eingebrachte Sicken. Die im Querschnitt trapezförmigen Deformationselemente nehmen auf ihrer schmalen Trapezseite beim Beginn der Durchbiegung infolge Überschreitens der Fließgrenze und einsetzendes plastisches Fließen Energie auf. Die eingebauten druckbelasteten Elemente werden durch das zugbelastete Deformationselement energieaufnehmend zusammengedrückt und sind darüber hinaus in der Lage, bei einem Durchschlagen des Deformationselementes auf eine im Motorraum angeordnete Komponente und das damit verbundene Ansteigen der Druckbelastung zusätzlich Deformationsenergie abzubauen.

Bei einer einfacheren Ausführung bestehen die Deformationselemente aus im Abstand zueinander angeordneten Metall- oder Kunststoffklötzen, die auf der dem Oberblech abgewandten Seite mit einem diese verbindenden Zugelement, beispielsweise einen Schaumstoffstreifen oder eine Schaumstoffplatte aus hartem Kunststoff, versehen sind. Die Klötze sind auf der dem Zugelement abgewandten Seite am Oberblech oder einem Spriegel durch Klebung oder Lötung befestigt. Bei einem (Impaktor-) Kopfaufschlag biegt sich das Oberblech, die Abstände zwischen den Klötzen werden größer und das Zugelement wird unter Energieaufnahme gestreckt.

Deformationselemente im Sinne der vorliegenden Lösung sind auch aus mehreren Blechstreifen oder -stücken zusammengesetzte Zugelemente, die die Form von Zugbändern haben und auf den Spriegeln angeordnet oder als großflächige Elemente mit dem Oberblech verbunden sind. Die Blechstreifen können durch Falzen miteinander verbunden sein. Bei einer Zugbeanspruchung werden die Falze energieaufnehmend auseinandergezogen, wobei die Energie insbesondere durch Umformung, Überwindung von Reibungskräften und schließlich durch plastische Verformung verbraucht wird. Die Falze können dabei durch Stahlbänder stabilisiert sein, die diese quer zur Falzrichtung umschließen und die Verbindungsstelle zusammenpressen. Damit wird das Energieaufnahmevermögen des Deformationselementes erhöht. Anstelle der Stahlbänder können die Falze auch durch Klebung oder Schweißung stabilisiert sein. Die Verbindung dieser Deformationselemente mit dem Oberblech bzw. den Spriegeln erfolgt durch Klebestellen zwischen den Falzen, um deren Um- und Verformung nicht zu behindern.

Bei einer weiteren Ausführungsform von aus Blechstreifen oder -stücken gebildeten Deformationselementen sind die Blechteile an ihren Rändern überlappend angeordnet und durch den Überlappungsbereich einschließende Stahlbänder miteinander durch eine Preßverbindung gefügt. Sie können auch in den überlappenden Bereichen durch eine Kleberschicht oder durch Lötung verbunden sein, wobei die Verbindungsstelle zusätzlich durch ein Stahlband verstärkt sein kann. Die Befestigung der Deformationselemente am Oberblech oder den Spriegeln erfolgt zwischen den Verbindungsstellen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Fronthaube mit Deformationselementen in der Unteransicht,

Fig. 2 die Deformationselemente in einer Seitenansicht,

Fig. 3 das auf einem Spriegel angeordnete Deformationselement perspektivisch,

Fig. 4 das auf einem Spriegel angeordnete Deformationselement in einer Seitenansicht,

Fig. 5 eine Fronthaube mit Zugstäben als Deformationselemente in der Unteransicht,

Fig. 6 ein Ausschnitt aus der Zugstabanordnung,

Fig. 7 ein aus Blechstreifen gebildetes Deformationselement,

Fig. 8 eine alternative Verbindung der Blechstreifen im Schnitt,

Fig. 9 eine weitere Ausführung eines Deformationselementes,

Fig. 10 dieses im belasteten Zustand und

Fig. 11 eine als Deformationselement ausgebildete Versteifungsstruktur.

In Fig. 1 ist eine aufpralldämpfende Fronthaube mit einem Oberblech 1 und einer mit diesem verbundenen, aus einem Innenblech gebildeten Versteifungsstruktur 2 mit einem Rahmen 3, der mit dem Oberblech 1 durch Bördelung verbunden ist, in der Unteransicht dargestellt. Am Oberblech 1 und an zwei die Versteifungsstruktur mitbildenden Spriegeln 4 und 5 sind haubeninnenseitig Deformationselemente 6 und 7 vermittels einer Kleberschicht 8 befestigt. Die Deformationselemente 7 sind auf der dem Oberblech 1 abgewandten Seite der Spriegel 4 und 5 angeordnet. In Fig. 2 ist das Deformationselement 6 in einer Seitenansicht und das Deformationselement 7 im Schnitt dargestellt. Beide Deformationselemente 6 und 7 sind gleich aufgebaut und als Kunststoff-Hohlkörper trapezförmigen Querschnitts gestaltet. Sie sind in ihrem Innern mit quer zu ihrer Längserstreckung im Abstand angeordneten deformierbaren Schaumstoffelementen 9 aus Polyurethan (geschlossenporiger PUR-Schaum der Dichte 30 g/l) versehen. Die Deformationselemente 7 sind dabei so auf den Spriegeln 4 und 5 angeordnet, daß deren schmale Querschnittsseite 10 dem Oberblech 1 abgekehrt ist.

Fig. 3 zeigt ein Deformationselement 7 in perspektivischer Sicht. Bei einer Durchbiegung der Fronthaube werden die Deformationselemente ebenfalls durchgebogen und dadurch auf Zug betastet, wobei die auf den Spriegeln 4 und 5 angeordneten Deformationselemente 7 mehr durchgebogen werden als die Deformationselemente 6 und somit im Bereich höherer Zugspannungen (Z) liegen. Überdies wird der dem Oberblech abgekehrte Teil bei einer Deformation zuerst verformt und gelangt auch zuerst in den Bereich einer plastischen Verformung. Die Schaumstoffelemente 9 nehmen dabei Druckbelastungen auf und dienen dem weitgehenden Erhalt der Formstabilität quer zur Längserstreckung der Deformationselemente 6 und 7. In Fig. 4 ist die Durchbiegung der Fronthaube im Bereich eines auf einem Spriegel (4 oder 5) angeordneten Deformationselementes 7 dargestellt.

Eine andere Art von Deformationselementen ist in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Dort ist die Versteifungsstruktur aus einem Rahmen 11 und netzartig angeordneten Zugstäben 12 als Deformationselemente gebildet. Die Zugstäbe 12 sind am Rahmen 11 und innerhalb desselben an am Oberblech 1 angeklebten Befestigungsböcken 13 gehaltert. Das eine Ende eines jeden Zugstabes ist dabei in einer Ausnehmung 14 eines Befestigungsbockes 13 verliersicher gehaltert, und das andere Ende ist mit diesem verschraubt.

In Fig. 7 ist ein aus aneinandergefügten Blechstreifen 15 gefertigtes Deformationselement 16 gezeigt, das auf einem an einem Oberblech 17 angeordneten Spriegel 18 als Bestandteil einer Versteifungsstruktur mit Kleberschichten 19 befestigt ist. Das Deformationselement 16 ist so breit wie der Spriegel 18. Die Blechstreifen 15 sind durch Falzen und zusätzlich in die Falze eingebrachten Kleber 19 miteinander verbunden. Fig. 8 zeigt eine Verbindungsstelle, bei der anstelle des Klebers 19 ein den Falz quer zur Falzrichtung umschließendes Stahlband 24 angeordnet ist, das diesen zusammenpreßt und stabilisiert.

Zwei weitere Ausführungen eines Deformationselementes sind in den Fig. 9 bis 11 dargestellt. In den Fig. 9 und 10 ist im Schnitt eine aus im Abstand angeordneten Kunststoffklötzen 20 und einem mit diesem auf der dem Oberblech 21 abgewandten Seite verbundenen Zugelement 22 aus festem Schaumstoff gebildetes Deformationselement im unbelasteten und im belasteten Zustand dargestellt. Im belasteten Zustand (Fig. 10), in dem das Oberblech 21 deformiert ist, sind die Kunststoffklötze 20 auf der dem Oberblech 21 abgewandten Seite auseinandergedrückt. Dadurch ist das Zugelement 22 energieaufnehmend auf Zug belastet. Schließlich zeigt Fig. 11 eine Fronthaube mit einer als Deformationselement ausgebildeten Versteifungsstruktur 23. Das diese bildende Innenblech ist in der Art einer Eierpalette geformt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Oberblech

2

Versteifungsstruktur

3

Rahmen

4

Spriegel

5

Spriegel

6

Deformationselement

7

Deformationselement

8

Kleberschicht

9

Schaumstoffelement

10

Querschnittsseite

11

Rahmen

12

Zugstab

13

Befestigungsbock

14

Ausnehmung

15

Blechstreifen

16

Deformationselement

17

Oberblech

18

Spriegel

19

Kleberschicht

20

Kunststoffklotz

21

Oberblech

22

Zugelement

23

Versteifungsstruktur

24

Stahlband

Claims (14)

1. Aufpralldämpfende Fronthaube für ein Fahrzeug, mit einem Oberblech und einer mit diesem verbundenen, aus einem Innenblech gebildeten Versteifungsstruktur mit einem Rahmen, dadurch gekennzeichnet, daß am Oberblech (1, 17, 21) und/oder an der Versteifungsstruktur (2) haubeninnenseitig an vorbestimmten Stellen oder in vorbestimmten Bereichen Deformationselemente (6, 7, 16, 20/22) angeordnet sind, die bei einer Zugbelastung Deformationsenergie abbauen, oder daß die Versteifungsstruktur (23) als ein solches Deformationselement ausgebildet ist.

2. Fronthaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsstruktur (2) Spriegel (4, 5) aufweist, und daß die Deformationselemente (7, 16) auf der dem Oberblech (1, 7) abgewandten Seite der Spriegel (4, 5) angeordnet sind.

3. Fronthaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsstruktur (2) Spriegel (4, 5) aufweist, und daß zwischen den Spriegeln (4, 5) und/oder dem Rahmen (11) Zugstäbe (12) oder Zugbänder als Deformationselemente angeordnet sind.

4. Fronthaube nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Oberblech (1) Befestigungsböcke (13) zur Halterung von Zugstäben (12) oder Zugbändern angeordnet sind.

5. Fronthaube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationselemente (6, 7) durch Elemente (9) formstabilisiert sind, die Druckbelastungen aufnehmen.

6. Fronthaube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Deformationselemente (6, 7) aus Blech oder Kunststoff gefertigte Hohlkörper rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitts mit dem Oberblech (1) abgewandter schmaler Querschnittsseite (10) angeordnet sind, die im wesentlichen quer zu ihrer Längserstreckung angeordnete Stegbleche, Wabenelemente, harten Schaumstoff (9), Federelemente oder Balgstrukturen aufweisen oder durch Sicken formstabilisiert sind.

7. Fronthaube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationselemente durch im Abstand angeordnete Metall- oder Kunststoffklötze (20) und einem mit diesen auf der dem Oberblech (21) abgewandten Seite verbundenen Zugelement (22) gebildet sind.

8. Fronthaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationselemente (16) aus Blechstreifen (15) bestehen, die durch Falzen miteinander verbunden sind.

9. Fronthaube nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Falze durch Stahlbänder (24) stabilisiert sind, die diese quer zur Falzrichtung umschließen.

10. Fronthaube nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Falze durch Klebungen (19) oder Schweißungen stabilisiert sind.

11. Fronthaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationselemente aus einander überlappenden Blechstücken bestehen, die durch Stahlbänder miteinander verpreßt sind.

12. Fronthaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Deformationselement ausgebildete Versteifungsstruktur (23) durch ein Innenblech gebildet ist, das regelmäßig ausgebildete Ausbauchungen aufweist und an diesen mit dem Oberblech verbunden ist.

13. Fronthaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Deformationselement ausgebildete Versteifungsstruktur und durch ein Wellblech gebildet ist, das an seinen Anlageflächen am Oberblech mit diesem verbunden ist.

14. Fronthaube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationselemente (6, 7, 16, 20/22) stoffschlüssig durch Klebung (8, 19), Schweißung oder Lötung mit dem Oberblech (1, 17, 21) oder der Versteifungsstruktur (2) verbunden sind.