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Die Erfindung betrifft eine Karosseriehaube, insbesondere
eine Fronthaube für
ein Kraftfahrzeug mit einer Außenhaut
und einer darunter angeordneten aus mehreren Lagen aufgebauten Dämpfungsschicht.
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Karosseriehauben, insbesondere die
Front- oder Motorhauben, werden derzeit auf die normalen Crashanforderungen
ausgelegt. Hierbei wird vornehmlich auf die Aufnahme kinetischer
Energie Wert gelegt, wie sie bei einem Frontalcrash absorbiert werden
muss.
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Bei einem Zusammenstoß zwischen
einem Fußgänger und
einem Fahrzeug schlägt
der Fußgänger in
den überwiegenden
Fällen
mit dem Oberkörper und
mit dem Kopf auf die Fronthaube, was mitunter schwerste Verletzungen
nach sich ziehen kann. Zum Schutz von Fußgängern bei einem Aufprall auf
die Fronthaube können
nachgiebigere Karosserien beitragen. Breite Pufferzonen unter weichem
Motorhaubenblech sollen Fußgängern, die
von einem Kraftfahr zeug erfasst werden, das Leben retten. In diesem Zusammenhang
ist es bekannt, die Fronthaube im mittleren Haubenwandbereich als
potentiellem Aufschlagbereich eines Fußgängers nachgiebig und verformbar
aufzubauen. So sieht die
DE
198 51 472 A1 vor, die Haubenwand einer Fronthaube als
Verbundbauteil aufzubauen mit einem flächigen stabilen Haubenträger und
einem weichen Nasenteil. Auf dem Haubenträger ist eine energieabsorbierende
Zwischenschicht vorgesehen, die mit einem Deckblech verbunden ist.
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Ferner zählen Sandwich-Bauteile in unterschiedlichsten
Gestaltungen und Ausführungsformen für den Fahrzeugbau
zum Stand der Technik. Dabei sind beidseitig Deckschichten gegebenenfalls
unterschiedlicher Stärke
aus unterschiedlichen Materialien vorgesehen, die mit einer strukturierten
Zwischenschicht verbunden sind. Die Zwischenschicht kann beispielsweise
aus Kunststoffschaum oder aus einer Wabenstruktur bestehen, wie
dies die
DE 42 32 953
A1 und die
DE
199 02 311 A1 offenbar.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom
Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Karosseriehaube insbesondere
eine Fronthaube für
ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die sowohl herstellungstechnisch
als auch für
den praktischen Einsatz verbessert ist und geltende Richtlinien
zum Fußgängerschutz
im Falle eines Aufpralls zuverlässig
erfüllt.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht
nach der Erfindung in einer Karosseriehaube gemäß den Merkmalen von Patentanspruch
1.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung
ist, dass die mehrlagig aufgebaute Dämpfungsschicht mit der Außenhaut
relativ beweglich gefügt
ist. Dies gewährleistet,
dass thermische Längenausdehnungen,
welche sowohl infolge der Motorabwärme als auch infolge von Umwelteinflüssen insbesondere
von Sonneneinstrahlung entstehen und zu Wärmespannungen führen können, in
der Einheit aus Außenhaut und
Dämpfungsschicht
kompensiert werden. Erfindungswesentlich ist, dass die Dämpfungsschicht durch
Heißverpressen
ihrer einzelnen Lagen hergestellt ist, wobei eine mittlere Lage
mit einer Waben struktur vorgesehen ist, welche in der Vertikalachse der
Karosseriehaube gesehen sowohl auf ihrer Unterseite als auch auf
ihrer Oberseite eine Lage aus faserverstärktem Thermoplast aufweist,
die jeweils von einer äußeren Folienlage
mit Vliesrücken
begrenzt sind.
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Die mittlere Lage bildet einen wabenförmigen Kern.
Sie besteht aus einem thermoplastischen Material. Die im Wabenkern
vorhandenen Hohlräume gewährleisten
ein hohes Energieabsorptionsvermögen.
Im Falle eines Aufpralls kann so Energie abgebaut bzw. in Verformungsenergie
umgewandelt werden. Die Struktur der Dämpfungsschicht ist so ausgelegt,
dass das sich beim Anprallvorgang komprimierende Kunststoffmaterial
in die vorhandenen Hohlräume
ausweicht. Das Komprimierungsvermögen der Dämpfungsschicht ist reversibel.
Beidseitig, also auf ihrer Ober- und Unterseite ist die mittlere
Lage mit einer faserverstärkten
Lage aus Thermoplast beschichtet. Hieran schließt sich wiederum jeweils eine äußere Folienlage
mit einem Vliesrücken
an. Die Folienlage kann aus gewebtem oder nicht gewebtem Material
sein.
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Die Dämpfungsschicht weist Elastizitätsmodule
zwischen 5 bis 20 GPa je nach Faseranteil und Orientierung der Fasern
auf. In der Praxis kommt sie in Dicken zwischen 5 und 30 mm zur
Anwendung. Sie weist eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht
und hoher Schlagzähigkeit
auf.
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Fertigungstechnisch ist die Dämpfungsschcht
insofern vorteilhaft, weil hiermit komplexe Geometrien realisierbar
sind. Auch die Werkzeugkosten für
die Herstellung der Dämpfungsschicht
als solche aber auch für
die Verbindung mit der Außenhaut
sind gering. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Dämpfungsschicht
schalldämmende
Eigenschaften besitzt. Die Dämpfungsschicht
trägt somit
auch zu einer Reduzierung der Schallimmission bei.
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Erfindungswesentlich ist, dass die
Dämpfungsschicht
und die Außenhaut
relativ beweglich zueinander gefügt
sind. Dies kann nach Patentanspruch 2 sowohl form- als auch kraftschlüssig erfolgen.
Die Verbindung zwischen Außenhaut
und Dämpfungsschicht
ist dergestalt, dass Aufprallenergien wirksam in der Dämpfungsschicht
absorbiert werden, thermische Längenänderungen
der Dämpfungsschicht
relativ zur Außenhaut
jedoch problemlos erfolgen können.
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Eine formschlüssige Anbindung kann in der Praxis
beispielsweise aus seitlichen Gleitklammern bestehen, welche die
Dämpfungsschicht
schienenartig tragen. Eine kraftschlüssige Verbindung kann durch
Kleben erfolgen. Der verwendete Klebstoff besitzt plastische Eigenschaften,
um eine Längenausdehnung
der Dämpfungsschicht
relativ zur Außenhaut
zuzulassen und Wärmespannungen
zwischen Außenhaut
und Dämpfungsschicht
zu kompensieren.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
des grundsätzlichen
Erfindungsgedankens charakterisiert Patentanspruch 3. Danach sind
die Außenhaut
und die Dämpfungsschicht
unter Eingliederung einer Kunststofflage gefügt. Die Kunststofflage besteht
bevorzugt aus einem Polyolefin, beispielsweise aus Polyprophylen
(PP). Für
die Praxis werden auch gute Eigenschaften von Kunststofflagen aus
expandierbarem Polyprophylen (EPP) oder Polyurethanschaum (PUR)
erwartet. Der verwendete Kunststoff besitzt eine ausreichende Wärme- und
Alterungsbeständigkeit.
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Gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 4
weist die Dämpfungsschicht
eine bevorzugte lineare Ausdehnungsrichtung auf. Damit ist gemeint,
dass sich die Dämpfungsschicht
unter Wärmeeinwirkung bevorzugt
in eine Richtung ausdehnt. In einer Richtung ist also die Längenänderung
größer als
in anderen Achsrichtungen der Dämpfungsschicht.
Dies ist besonders vorteilhaft, da man gezielt konstruktive Spaltmaße um die
Karosseriehaube bzw. die Dämpfungsschicht
einplanen kann, welche die Längenausdehnung
berücksichtigen.
Nach dem derzeitigen Entwicklungsstand liegt die bevorzugte lineare
Ausdehnungsrichtung in der Längsebene
der Karosseriehaube.
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In diesem Zusammenhang erscheint
eine Karosseriehaube in der Ausführungsform
gemäß Patentanspruch
5 vorteilhaft, bei der der überwiegende Teil
der in den Lagen aus faserverstärktem
Thermoplast enthaltenen Fasern bezogen auf ihre Längsausrichtung
in Längsachse
der Karosseriehaube orientiert sind. Die Orientierung der Fasern,
bei denen es sich vorzugsweise um Glasfasern handelt, wird bei der
Herstellung der Dämpfungsschicht
eingestellt. Der prozentual größte Anteil
der in der Dämpfungsschicht
eingebetteten Fasern wird hinsichtlich ihrer Längserstreckung in einer Richtung
angeordnet. Auf diese Weise erhält
man an der fertigen Dämpfungsschicht
die bevorzugte lineare Ausdehnungsrichtung.
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Die Außenhaut kann aus Metallblech,
beispielsweise Stahlblech oder einem Aluminiumblech bestehen. Möglich ist
auch eine Außenhaut
aus Kunststoff. Im erfindungsgemäßen Sinne
soll die Außenhaut
eine äußere Oberfläche aufweisen,
die beste Eigenschaften hinsichtlich der Lackierfähigkeit
aufweist.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand
eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 in
technisch schematisierter Darstellungsweise die Teilansicht des
Frontwagenbereichs eines Kraftfahrzeuges mit in Fahrzeuglängsrichtung geschnittener
Fronthaube;
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2 einen
vertikalen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Fronthaube;
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3 in
einer Querschnittsdarstellung das technische Konzept des mehrlagigen
Aufbaus einer erfindungsgemäßen Karosseriehaube;
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4 ebenfalls
im Querschnitt der Prinzipaufbau einer erfindungsgemäß verwendeten
Dämpfungsschicht
und
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5 die
fotografische Aufnahme eines Ausschnitts aus einer Dämpfungsschicht.
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In den 1 und 2 sind in einem Längsschnitt
und in einem Querschnitt eine Fronthaube 1 einer Fahrzeugkarosserie
dargestellt. Der Frontwagenbe reich ist generalisiert in seiner Gesamtheit
mit 2 bezeichnet. Schematisch angedeutet ist ferner eine Frontscheibe 3.
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Die Fronthaube 1 besteht
aus einem Verbund einer Außenhaut 4 und
einer darunter angeordneten Dämpfungsschicht 5.
Die Dämpfungsschicht 5 ist
aus mehreren Lagen 6 bis 10 aufgebaut (siehe hierzu 4 und 5), welche durch Heißverpressen innig miteinander
verbunden sind.
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Die Dämpfungsschicht 5 weist
eine mittlere Lage 6 mit einer Wabenstruktur 11 und
dazwischen ausgebildeten Hohlräumen 12.
An die mittlere Lage 6 schließt sich in Vertikalachse V
sowohl auf ihrer Unterseite 13 als auch auf ihrer Oberseite 14 jeweils eine
Lage 7 bzw. 8 aus faserverstärktem Thermplast an. Diese
wiederum werden begrenzt durch äußere Folienlagen 9, 10,
die ihrerseits einen Vliesrücken 15 bzw. 16 aufweisen,
der zu den Lagen 7, 8 gerichtet ist.
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Die Dämpfungsschicht 5 entsteht
durch Heißverpressen
der Lagen 6 bis 10. Sie weist insgesamt eine thermoplastische
Struktur auf, ist chemikalien- und korrosionsbeständig sowie
vollständig
recycelbar. Auch hinsichtlich ihres Gewichts bringt sie für den Einsatz
in der Karosseriehaube 1 gute Eigenschaften mit sich.
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Mit der Außenhaut 4 ist die
Dämpfungsschicht 5 begrenzt
relativ beweglich gefügt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich die Dämpfungsschicht 5 und
die Außenhaut 4 unter
Temperatureinfluss unterschiedlich stark ausdehnen können. Aufgrund
der verwendeten Werkstoffe sind unterschiedliche thermische Längenausdehnungskoeffizienten der
Außenhaut 4 und
der Dämpfungsschicht 5 unvermeidlich.
Diese Erkenntnis macht sich die Endung zu eigen und schafft folglich
eine relativ bewegliche Fügung
zwischen Dämpfungsschicht 5 und
Außenhaut 4.
Die Längenänderungen
zwischen Außenhaut 4 und
Dämpfungsschicht 5 erfolgen
erfindungsgemäß spannungsfrei
bzw. in einem solchen Maße
spannungsarm, dass nachteilige mechanische Einflüsse vermieden werden.
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Die Dämpfungsschicht 5 kann
der Außenhaut 4 formschlüssig zugeordnet
sein. Dies erfolgt durch Anordnung geeigneter Formschlusskörper. In 2 sind als Formschlusskörper exemplarisch Gleitklammern 17, 18 an
den beiden seitlichen Enden 19, 20 einer Fronthaube 1 vorgesehen.
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Vorzugsweise sind die Außenhaut 4 und
die Dämpfungsschicht 5 unter
Eingliederung einer Kunststofflage 21 gefügt, wie
dies die Konzeptdarstellung gemäß der 3 zeigt.
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Die Außenhaut 4 und die
Dämpfungsschicht 5 werden
mittels der Kunststofflage 21 adhäsiv verbunden. Die Kunststofflage 21 besteht
aus einem aufgeschäumten
Thermoplast, vorzugsweise Polyprophylen oder Polyurethan. Die Kunststofflage 21 verbindet
die Außenhaut 4 und
Dämpfungsschicht 5 aufgrund
ihrer Bindefähigkeit
stabil, jedoch relativ beweglich zueinander und fungiert damit als
spannungskompensierende Grenzschicht. Sie weist plastische Eigenschaften
auf und ist in der Lage, unterschiedliche thermische Längenausdehnungen
zwischen Außenhaut 4 und
Dämpfungsschicht 5 mit
zu vollziehen bzw. auszugleichen.
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Die Dämpfungsschicht 5 besitzt
eine bevorzugte lineare Ausdehnungsrichtung X in der Längsebene
L der Karosseriehaube 1 (siehe hierzu 1). Die sich unter Wärmeeinwirkung ergebende thermische
Längendehnung
in der Längsebene
L wird aufgenommen durch entsprechend eingestellte Spaltmaße ΔX am vorderen
bzw. hinteren Ende 22, 23 der Frinthaube 1.
Diese sind hier konstruktionstechnisch günstig innerhalb der Kraftfahrzeugstruktur
einzugliedern.
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Die Ausdehnungsrichtung X wird fertigungstechnisch
vorbestimmt. Der prozentual größte Anteil von
Glasfasern in den Lagen aus faserverstärktem Thermoplast 7, 8 wird
hinsichtlich ihrer Längsausrichtung
parallel zur Längsachse
L orientiert. Hierdurch erhält
die Dämpfungsschicht 5 ihre
bevorzugte lineare Ausdehnungsrichtung in der Längsebene L der Fronthaube 1.