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Die
Erfindung betrifft eine Motorhaube für Kraftfahrzeuge, bestehend
aus einer Aussenhaut, inneren Decklagen und dazwischen Kernteilen
aus Hartschaum oder Waben. In dieser mehr oder weniger zutreffend
als Sandwichbauweise bezeichneten Art werden Motorhauben aufgebaut,
um nebst der Forderung nach niederen Herstellungskosten und geringem
Gewicht den Sicherheitsanforderungen im Kollisionsfall zu genügen. Dabei
ist sowohl an die Sicherheit der Insassen, als auch an den Schutz
von Fußgängern bei
Kollisionen mit diesen gedacht.
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Aus
der
DE 35 46 050 C2 ist
ein Kunststoffbauteil für
Kraftfahrzeuge bekannt, der aus einer Innendeckschicht und einer
Aussendeckschicht und dazwischen einer Kernschicht aus Papierstegen, Waben
oder Hartschaum besteht. Zur Optimierung des Energieaufnahmevermögens im
Kollisionsfall ist die Klebeverbindung zwischen der Kernschicht
und einer der Deckschichten stellenweise unterbrochen. Damit wird
in diesen Bereichen ein energieverzehrendes Abschälen der
Deckschicht erreicht. Dieses Abschälen findet aber nur bei einem
Aufprall mit einer Komponente in der Fläche der Deckschichten statt, was
im Falle eines Kotflügels,
um den es sich hier handelt, auch zutrifft.
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Bei
Motorhauben sind die Kräfte
im Kollisionsfall aber andere: Bei der Kollision mit einem Fahrzeug
oder mit einem festen Hindernis soll sich die Motorhaube aufwärts falten,
um nicht in den Passagierraum geschleudert zu werden. Bei der Kollision mit
einem Fußgänger klappt
dessen Körper
um die Vorderkante der Motorhaube, sodass dessen Kopf ungefähr rechtwinkelig
zur Fläche
der Motorhaube auf diese auftrifft. Ein Abschälen findet bei diesem Belastungsfall
nicht statt. Die Stelle, an der der Kopf des Unfallopfers auf der
Motorhaube auftrifft, hängt nicht
zuletzt von dessen Körpergröße ab.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Motorhaube anzugeben, die den Anforderungen
beider Kollisionsarten (hie mit einem Fahrzeug, da mit einem Fußgänger) optimal
genügt,
und das bei einfacher Fertigung und geringstem Gewicht. Erfindungsgemäß bilden
die Kernteile Zonen verschiedener Härte und/oder Dicke und ist
quer über
die ganze Breite der Motorhaube eine Sollknickzone vorgesehen, die durch
Schwächung
der Struktur erzielt ist. So können die
Eigenschaften der Zonen den jeweils verschiedenen Anforderungen
bei der Kollision mit einem Fußgänger angepasst
werden. Die Kernteile können
vorgefertigt, insbesondere vorgeschnitten und dank ihrer (ohne Deckschichten)
geringen Biegesteifigkeit der Form der Aussenhaut folgend gebogen
und an dieser angeklebt werden. So kann eine Aussenhaut, beispielsweise
zu Testzwecken, unverändert
bleiben, während
die Eigenschaften der Motorhaube durch Einlegen verschiedener Kernteile
variiert werden.
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Die
Kernteile sind entweder Wabenplatten, die nur aus miteinander verbundenen
Wänden
bestehen (Anspruch 2), welche auch zur Normalen auf die Grundebene
der Platte geneigt sein können
(Anspruch 3), um beim Aufprall eines Kopfes nachgiebiger zu sein.
Sie können
aber auch aus einem Hartschaum (Anspruch 4), beispielsweise einem
Metallschaum, bestehen.
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Die
Sollkickzone soll bei der Kollision mit einem Fahrzeug ein aufwärts Falten
der Motorhaube bewirken. Dieses aufwärts Falten beziehungsweise aufwärts Knicken
kann durch entsprechende Ausführung
der Kernteile gefördert
werden. Vorzugsweise ist die Sollknickzone die Grenze zwischen einer
vorderen Zone mit weicheren Kernteilen und einer hinteren Zone mit
Kernteilen höherer
Festigkeit (Anspruch 5). So kann dem Umstand Rechnung getragen werden,
dass ein (weicherer und kleinerer) Kinderkopf wahrscheinlich am
vorderen Teil der Motorhaube auftrifft. Er wird weicher aufgefangen.
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Die
Sollknickzone besteht entweder in einer Unterbrechung der inneren
Decklagen (Anspruch 6) oder in einer Unterbrechung zwischen einzelnen Kernteilen
(Anspruch 7). Je nach der Gestalt und dem Krümmungsverlauf der Motorhaube
ist das eine oder das andere vorzuziehen.
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Dadurch,
dass die Kernteile vor ihrer Anbringung im Inneren der Aussenhaut
in der Ebene zugeschnitten werden, können in den Randzonen die Kernteile
keilförmig
spitz zulaufen und dort in Verstärkungslagen übergehen
(Anspruch 8).
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Eine
weitere erhebliche Ersparnis an Fertigungs- und Werkzeugkosten wird
erreicht, wenn die Decklagen, insbesondere die inneren Decklagen, aus
vorgefertigten Mattenteilen bestehen (Anspruch 9). Diese bereits
mit einer aushärtenden
Matrix getränkten
Mattenteile (auch Prepregs genannt) können dann einfach auf die Aussenhaut
oder als innere Decklage auf die Kernteile aufgelegt werden, wobei sie
sich der Form der Aussenhaut oder der Kernteile, deren Dicke variieren
kann, anpassen. Damit erübrigt sich
die kostspielige passgenaue Anfertigung einer Innenhaut.
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In
Weiterbildung der Erfindung können
die Zonen in Subzonen abgestufter Dicke beziehungsweise Festigkeit
unterteilt sein (Anspruch 10). Damit können die Festigkeitseigenschaften
der einzelnen Subzonen noch besser dem voraussichtlichen Kollisionsverlauf
und der Form der Motorhaube angepasst werden. In der Folge können in
einzelnen Subzonen mehrere Kernteile übereinander, getrennt durch
eine Zwischenlage, angeordnet sein (Anspruch 11). So können etwa
Randteile der Motorhaube den wegen ihrer Krümmung oder der Befestigung von
Beschlägen
erhöhten
Anforderungen an die Festigkeit angepasst werden. Die Befestigungsteile
für die
Beschläge
und/oder dergleichen können
dann einfach an der Innenseite der Motorhaube durch Kleben befestigt
sein (Anspruch 12). Dann ist es weiter förderlich, wenn in den Randbereichen
der Motorhaube an Stelle der Kernteile Verstärkungslagen angebracht sind
(Anspruch 13). So können
die Befestigungsteile an einer der Decklagen angeklebt sein.
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In
Weiterführung
des Erfindungsgedankens lässt
sich noch eine weitere Gewichts-, Bauraum- und Kostenersparnis erzielen,
wenn die Kernteile noch zur Dämpfung
des Motorgeräusches
herangezogen werden. Dazu sind die inneren Decklagen perforiert,
sodass die Kernteile schallabsorbierende Kammern bilden (Anspruch
11).
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben
und erläutert.
Es stellen dar:
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1:
Eine axonometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Motorhaube in einer ersten
Ausführungsform,
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2:
Einen Schnitt nach II-II in 1,
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3:
Detail IV in 2, vergrößert,
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4:
Einen Schnitt nach III-III in 1,
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5:
Eine axonometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Motorhaube in einer zweiten Ausführungsform,
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6:
Einen Schnitt nach VI-VI in 5,
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7:
Eine schematische Darstellung der Wirkung bei lokalem Impakt,
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8:
Eine axonometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Motorhaube in einer dritten
Ausführungsform,
vom Fahrzeuginneren aus gesehen,
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9:
Einen Schnitt nach IX-IX in 8.
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In 1 ist
eine beispielsweise Motorhaube 1 nur durch ihre Konturen
dargestellt. Die Raumform kann beinahe beliebig sein. Die Motorhaube 1 gliedert
sich in eine hintere Zone 2, eine vordere Zone 3, einer
die Grenze zwischen diesen beiden Zonen bildenden Sollknickzone 5 und
einer im wesentlichen rundum verlaufenden Randzone 4.
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In 2 ist
der Aufbau der Motorhaube erkennbar. Sie besteht allgemein aus einer
Außenhaut 6,
Kernteilen 8 und inneren Decklagen 7. Die Außenhaut 6 kann
aus Metall oder aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt sein.
Die Kernteile 8 bestehen aus einem harten Schaum oder aus
Waben, die als Ausgangsmaterial in ebenen Platten vorliegen und entsprechend
zugeschnitten werden. Wenn es sich um Waben handelt, so sind diese
nur aus Wänden gebildet,
deren geometrische Konfiguration quadratisch, hexagonal, kreisförmig oder
sonst wie sein kann. Hier stehen sie normal zur Plattenebene. Die innere
Decklage 7 beziehungsweise die inneren Decklagen bestehen
vorzugsweise aus faserverstärktem
Kunststoff, insbesondere Kunstharz, das in vorbereiteten und formbaren
Schichten vorliegt und erst nach dem Aufbringen aushärtet beziehungsweise
ausgehärtet
wird. Die Verbindung zwischen Kernteilen 8 und einerseits
der Außenhaut 6 und
andererseits der inneren Decklagen 7 erfolgt durch Klebung.
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Wenn
in einer Zone der Motorhaube besondere Festigkeit oder abgestufte
Verformung erwünscht
ist, so kann über
dem Kernteil 8 noch ein zusätzlicher Kernteil 9 vorgesehen
sein. Ein solcher ist über
eine Zwischenlage 12 mit dem darunter liegenden Kernteil 8 verbunden.
Die Kernteile 8 können
vor ihrer Befestigung auf der Außenhaut 6 mit Vertiefungen 14 und
Verjüngungen 15 versehen
werden. Wenn ein Befestigungsteil 13 für einen Beschlag oder sonstiges
benötigt
wird, kann er innen entweder an der Außenhaut 6 oder an
einer inneren Decklage 7 angeklebt sein.
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3 zeigt
den Aufbau etwas genauer. Von außen nach innen ist zuerst die
Außenhaut 6 erkennbar,
daran schließt
innen ein Wabenkern 8 an, der zur Randzone 4 hin
eine Verjüngung 15 aufweist.
An der Innenseite sind hier mehrere Decklagen 7 angebracht.
Der Wabenkern 8 ist mit den beiderseits anschließenden Lagen
verklebt. Zusätzlich
schließen
in der Randzone 4 mehrere Verstärkungslagen 18 an, die
dem Randbereich die entsprechende Festigkeit verleihen. An gewissen
besonders beanspruchten Stellen können auch zwischen dem Wabenkern 8 und
den Decklagen 7 weitere Verstärkungslagen 17 vorgesehen
sein. In dem Wabenkern 8 sind die Wände der Waben 8' ungeachtet
ihrer geometrischen Konfiguration angedeutet.
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4 zeigt
den Schnitt durch die Sollknickzone 5. Rechts ist der härtere Kernteil 22 der
hinteren Zone 2 der Motorhaube, links der weichere Kernteil 20 der
vorderen Zone 3. Die Kernteile 20, 22 sind
bei 21 miteinander verklebt. Zur Bildung der Sollknickzone 5 sind
die inneren Decklagen 7 bei 23 unterbrochen. Wenn
zwischen dem Kernteil 20, 22 und der Außenhaut 6 eine
weitere Verstärkungslage 17 ist,
so kann auch diese unterbrochen sein. Wie viele und welche Lagen
unterbrochen sind, damit sich im Kollisionsfall das erwünschte Aufwärtsfalten
der Motorhaube einstellt, hängt
im Detail von deren Raumform ab.
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Die
Motorhaube 51 in 5 ist wieder
in eine hintere Zone 52 und in eine vordere Zone 53 mit
dazwischen einer Sollknickzone 55 unterteilt. Sie unterscheidet
sich von der vorhergehenden Motorhaube vor allem dadurch, dass die
beiden Zonen 52, 53 in Subzonen unterteilt sind,
und zwar die hintere Zone 52 in die Subzonen 70, 71, 72 und
die vordere Zone 53 in die Subzonen 73, 74, 75.
Die Subzonen sind hier zur Fahrzeuglängsachse symmetrisch angeordnet
und haben abgestufte Festigkeit beziehungsweise Härte beziehungsweise
Dicke.
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In 6 ist
ein weiterer Unterschied gegenüber
der ersten Ausführungsform
auszumachen. Die Subzone 71 besteht aus zwei übereinander
angeordneten Kernteilen 71, 71' mit einer Zwischenlage 62 und
die Subzone 74 aus übereinander
angeordneten Kernteilen 74, 74' mit einer Zwischenlage 62.
Zwischen den Kernteilen in der Sollknickzone 55 ist eine kleine
Unterbrechung oder ein nicht geklebter Stoß zwischen den Kernteilen 71,71',74,74' der beiden
Zonen. Die Außenhaut 56 und
die inneren Decklagen 57 sind nicht unterbrochen, aber
der Zwischenraum 55 zwischen den Kernteilen 71, 71' auf der einen
und 74, 74' auf
der anderen Seite bewirkt, bei geeigneter Raumform der Motorhaube,
deren Aufwärtsfalten.
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7 veranschaulicht
die Wirkung der beiden übereinander
angeordneten Kernteile 74, 74', wobei diese wieder eine abgestufte
Festigkeit aufweisen, dass heißt
der Kernteil 74' ist
druckfester als der weichere Kernteil 74, welcher hier
aus Waben besteht, deren Wände 76 nicht
normal zur Ebene sind, sondern geneigt. Zur Veranschaulichung ist
der Kopf 80 eines verunglückenden Fußgängers zu sehen. Bei geringer
Aufprallgeschwindigkeit wird die Außenhaut 6 bei nur
mäßigem Widerstand
des Kernteiles 74 eingedrückt (linkes Bild). Bei höherer Aufprallgeschwindigkeit
wird auch die Zwischenlage 62 und der darunter liegende
härtere
Kernteil 74' verformt.
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Die
Motorhaube 101 der 8 unterscheidet sich
von den vorhergehenden dadurch, dass die inneren Decklagen 107 Löcher 108 aufweisen,
die in einer bestimmten geometrischen Beziehung zu den Wänden 108' der Kernteile 108 stehen,
welche dergestalt Kammern 110 bilden (siehe 9).
Des Weiteren ist in 9 angedeutet, wie die von einem
nicht darge stellten Motor abgestrahlten Schallwellen in den Kammern 110 absorbiert
werden. Die Schallwellen sind hier nur durch Linien 113 bis 118 in
Ausbreitungsrichtung versinnbildlicht, die nach jeder Reflexion
schwächer
werden. Entsprechend werden die geraden Linien 113 bis 118 in 9 immer
dünner.
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Insgesamt
kann Dank der Erfindung eine Motorhaube beliebiger Gestalt über ihre
ganze Fläche
für optimales
Kollisionsverhalten abgestimmt werden, bei einfacher und flexibler
Fertigung und geringstem Gewicht.