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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Ausgestaltung der Frontstruktur
eines Fahrzeugs, um die Anforderung an den Fußgängerschutz zu erfüllen, bei
gleichzeitiger Erfüllung
der Anforderung derselben Frontstruktur an die Steifigkeit, um ausreichend Sicherheit
für die
Fahrzeuginsassen im Falle eines Aufpralls zu gewährleisten.
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Fronthauben
von Kraftfahrzeugen bestehen im Wesentlichen aus einer äußeren Deckschale
und einer Unterstruktur, die in den häufigsten Fällen aus Blech bestehen, aber
auch aus anderen Werkstoffen gefertigt sein können. Dabei sind Deckschale
und Unterstruktur direkt miteinander verbunden. Derartige Fronthauben
sind in der Regel zum Schutz der Fahrzeuginsassen relativ steif
ausgeführt,
wobei die Steifigkeit meist durch eine entsprechende Konstruktion
der Unterstruktur erreicht wird. Durch zusätzliche Maßnahmen werden häufig noch
Vorkehrungen getroffen, um bei einem Aufprall gezielt Aufprallenergie in
Verformungsarbeit umzusetzen, was zusätzlichen Schutz für die Insassen
bringt.
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Bei
all diesen Maßnahmen
steht die passive Sicherheit der Fahrzeuginsassen eines Fahrzeuges im
Vordergrund. In der neueren Zeit werden darüber hinaus Schutzmaßnahmen
für Fußgänger im
Falle eines Fußgänger-Kraftfahrzeug-Unfalles
gefordert. Bei solchen Unfällen
wird in der Regel der Fußgänger im
Beinbereich von der Front des Fahrzeuges erfasst und schlägt dann
durch die Hebelwirkung mit dem Oberkörper und Kopf auf die Fronthaube.
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Bei
den Autobauern existieren bereits eine Vielzahl von Konzepten, um
die Sicherheit der Fußgänger zu
erhöhen
und die Schwere der Verletzungen bei einem Aufprall zu reduzieren.
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So
wird beispielsweise in der
EP
1 022 199 B1 eine als Fußgängerschutz ausgelegte Kraftfahrzeugfronthaube
beschrieben, die eine schalenartige Struktur mit insgesamt drei
Schichten aufweist, wobei zwischen der steifen Unterstruktur zur
Aufnahme von Scharnieren und Schlössern und der Deckschale eine
energieabsorbierende Zwischenschicht vorgesehen ist, die beim Aufprall
eines Fußgängers deformierbar
ist und somit die Energie beim Aufprall absorbiert.
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Dieses
Konzept berücksichtigt
vor allem den Aufprall des Körpers
und des Kopfes auf die Motorhaube. Der Hüftbereich ist dagegen nur wenig
geschützt.
Das Konzept hat den Nachteil, dass relativ viel zusätzlicher
Platz für
die energieabsorbierende Zwischenschicht benötigt wird.
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In
der
DE 103 512 70
A1 wird eine Frontstruktur vorgestellt, die geeignet ist,
dem Fußgänger insbesondere
beim Hüftaufprall
Schutz zu gewährleisten.
Dabei wird ein Zugelement auf oder in der Frontstruktur angebracht,
welches bei einem Aufprall mit einer im Wesentlichen horizontal
ausgerichteten Stoßkraft
die Zugsteifigkeit der Frontstruktur erhöht. Das Zugelement ist so ausgewählt, dass
es unter der beim Hüftaufprall
auftretende Druckbelastung ausweicht. Dieses Konzept ist speziell
für den
Fall des Hüftaufpralls
im Vorderfrontbereich ausgerichtet. Für den gesamten Bereich der
Fronthaube ist das Konzept nicht geeignet.
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In
der
EP 100 821 B1 wird
eine Fronthaube eines Kraftfahrzeugs beschrieben, die bei einer
Fußgänger-Fahrzeug-Kollision
sowohl Schutz für
den Bereich des Oberkörpers
und den Kopf des Fußgängers als
auch für
die Bereiche Oberschenkel und Bein vorsieht. Diesen Schutz der unterschiedlichen Bereiche
des Körpers
erreicht man dadurch, dass die Karosseriehaube als Verbundteil aus
mehreren Haubenelementen konstruiert ist, die hinsichtlich einer Fahrzeug-Fußgänger-Kollision
weitgehend getrennt ausgelegt werden. Dadurch werden zwar große Konstruktionsfreiräume ermöglicht,
die Fertigung ist jedoch äußerst aufwändig. Hinzu
kommt ein relativ hoher Platzbedarf für die einzelnen Haubenelemente, wodurch
die Gestaltungsfreiheit für
das Haubendesign stark eingeschränkt
wird.
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Die
AT 007 743 U1 beschreibt
eine Motorhaube für
Kraftfahrzeuge aus einer Außenhaut,
inneren Decklagen und zwischenliegenden Kernteilen aus Hartschaum
oder Waben, wobei die Kernteile Zonen verschiedener Härte und/oder
Dicke aufweisen und für
den Fußgängerschutz
ausgelegt sind. Die
DE
103 36 614 A1 beschreibt die Frontklappe eines Fahrzeugs
in Schalenbauweise mit einem Innen- und einem Außenblech, wobei in dem Zwischenraum zwischen
Innen- und Außenblech
ein Bauteil angeordnet ist, dass bei einem aufprallenden Fußgänger oder
Radfahrer durch die Aufprallenergie zusammengedrückt werden kann.
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Das
generelle Problem beim Schutz des Fußgängers im Falle eines Fußgänger-Kraftfahrzeug-Unfalls
besteht darin, dass die Frontstruktur eine Mindeststeifigkeit besitzen
muss, um einen ausreichenden Schutz der Fahrzeuginsassen bei einer Kollision
zu gewährleisten
und eine Deformation der Fronthaube beim Öffnen und Schließen zu verhindern.
Die Steifigkeit erhöht
jedoch für
den Fall der Kollision mit einem Fußgänger die Gefahr der Verletzung
des Fußgängers und
vor allem auch die Schwere der Verletzung des Fußgängers. Wie bereits oben beschrieben,
hat man versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, dass zusätzli che
Bauteile oder Schichten vorgesehen sind, die die Frontstruktur des Kraftfahrzeugs
weicher gestalten und in der Lage sind, die Energie beim Aufprall
zu absorbieren. Diese Lösungen
sind sowohl bei der Konstruktion als auch bei der Fertigung bisher
mit relativ hohem Aufwand verbunden. Außerdem haben sie den Nachteil,
dass das Design des Fahrzeugs durch den zusätzlichen Platzbedarf der Bauteile
angepasst und verändert werden
muss.
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Der
Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, eine ausreichende Steifigkeit
der Frontpartie gleichzeitig mit einem aus reichenden Schutz des Fußgängers zu
gewährleisten,
ohne dass das Design der Frontstruktur wesentlich verändert werden
muss oder zusätzliche
Bauteile vorzusehen sind.
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Gelöst wird
dieses Problem durch eine Frontstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
der erfindungsgemäßen Frontstruktur
ist zwischen der äußeren Deckschale
und der Unterstruktur eine Zwischenschicht vorgesehen, die in der Lage
ist, die Energie eines Aufpralls zu absorbieren. Den Platz für die Zwischenschicht
erhält
man jetzt beispielsweise dadurch, dass die Konstruktionselemente,
die der Erhöhung
der Steifigkeit der Frontstruktur dienen, weggelassen werden. Der
dadurch gewonnene Raum wird genutzt, um stattdessen eine energieabsorbierende
Zwischenschicht einzulagern oder einzubauen, die zusätzlich jedoch
auch eine stabilisierende Funktion besitzt und eine ausreichende
Steifigkeit der Frontstruktur gewährleistet. Erfindungsgemäß besteht
die Zwischenschicht aus einer ersten energieabsorbierenden Teilschicht
und einer zweiten die Steifigkeit erhöhenden Teilschicht.
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Die
Zwischenschicht ist dabei so konstruiert, dass die erste Teilschicht
mit der energieabsorbierenden Funktion zur äußeren Deckschale hin zeigt und
die zweite Teilschicht, die die Aufgabe hat, die Steifigkeit zu
gewährleisten,
zur Unterstruktur hin weist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht die Zwischenschicht im Wesentlichen aus energieabsorbierenden
Rippen, wobei der obere Bereich der Zwischenschicht in der Nachbarschaft
zur Deckschale, in dem im Falle einer Kollision mit einem Fuß gänger die
Energie des Aufpralls absorbiert werden muss, ausschließlich aus
energieabsorbierenden Rippen besteht, während der untere Bereich zusätzliche
Verstärkungsrippen
aufweist, die unmittelbar im Bereich der Unterstruktur angeordnet
sind und mit der Unterstruktur fest verbunden sind, wodurch die Steifigkeit
der gesamten Frontstruktur gewährleistet werden
kann.
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Die
Rippenstruktur der energieabsorbierenden Rippen ist so gewählt, dass
die Rippen ausschließlich
zur Energieabsorption dienen, aber keine zusätzliche strukturelle Steifigkeitserhöhung bewirken.
Aus diesem Grund sind die Rippen vorzugsweise in die Richtung angeordnet,
aus der der Aufprall zu erwarten ist, so dass sie bei einem Aufprall
einen relativ geringen Widerstand entgegensetzen und damit in der
Lage sind, Energie zu absorbieren. Die energieabsorbierenden Rippen
sind somit vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur äußeren Deckschale
angeordnet. Dabei sind die energieabsorbierenden Rippen bei einer
bevorzugten Ausführungsform
zumindest in Gruppen parallel zueinander angeordnet. Wölbungen
in der Deckschale führen
dazu, dass die parallel zueinander angeordneten Gruppen in unterschiedliche
Richtungen geneigt sind. Dieser Neigungswinkel bewirkt, dass die
Deformation der Rippen beim Aufprall erleichtert wird.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die energieabsorbierenden Rippen in Fahrtrichtung ausgerichtet.
Die Verstärkungsrippen
dagegen sind vorzugsweise quer zur Fahrtrichtung oder diagonal zur
Fahrtrichtung ausgerichtet. Sie verlaufen unmittelbar in Nachbarschaft
zur Unterstruktur und sind direkt mit der Unterstruktur verbunden,
wodurch die Steifigkeit der Unterstruktur erhöht wird. Da die Unterstruktur
direkt mit der Deckschale verbunden ist, hat dies zur Folge, dass
die Stei figkeit der gesamten Frontstruktur erhöht wird, ohne dass es dabei
zu einer zusätzlichen
Gefährdung
des Fußgängers kommt.
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Eine
besonders wirksame Verstärkung
wird dadurch erreicht, dass die Verstärkungsrippen diagonal zur Fahrtrichtung
verlaufen, wobei sich dann einzelne Verstärkungsrippen überkreuzen.
Weitere Möglichkeiten
zur Anordnung der Verstärkungsrippen
bestehen darin, dass man sie quer zur Fahrtrichtung und damit senkrecht
zu den energieabsorbierenden Rippen anordnet. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform
der Verstärkungsrippen
sieht vor, dass diese wabenförmig
und/oder ringförmig
ausgebildet sind.
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Die
Rippen der Zwischenschicht können
aus den unterschiedlichsten Werkstoffen gefertigt sein. Durch geeignete
Wahl der Werkstoffe kann die Funktion der Zwischenschicht variiert
werden. So können Metall,
Kunststoffe aber auch Verbundwerkstoffe eingesetzt werden.
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Die
Dicke der Rippen liegt zwischen 0,5 und 5 mm, was nicht zuletzt
auch wieder vom Werkstoff bzw. der Funktion, die die Zwischenschicht
erfüllen soll,
abhängt.
Der Abstand zwischen energieabsorbierenden Rippen liegt üblicherweise
zwischen 10 und 120 mm. Dieser Abstand wird im Wesentlichen dadurch
bestimmt, welche Funktion die energieabsorbierende Schicht zu erfüllen hat.
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Die
Abstände
zwischen den Verstärkungsrippen
dagegen sind weniger kritisch und können über einen weiten Bereich variieren,
solange sie ihrer stabilisierenden Wirkung für die Konstruktion genügen.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Zwischenschicht als
separates Bauteil vorgefertigt ist und in den Hohlraum, der durch
das Weglassen der Strukturelemente zum Erhöhen der Steifigkeit geschaffen wurde,
eingesetzt wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
sehen vor, dass die Zwischenschicht, die ja im Wesentlichen hohl
ist, für
andere zusätzliche
Bauteile, wie z. B. Luftführungen
oder ähnliche
konstruktiven Elemente, genutzt wird.
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Für die Funktion
der Zwischenschicht spielt es keine Rolle, ob die Schicht als separates
Bauteil oder integrativer Bestandteil der Fronthaube ausgelegt ist.
Aufgrund ihrer Geometrie in Kombination mit dem richtigen Werkstoff
kann die Zwischenschicht durch Verformung Energie aufnehmen und
so ihre Schutzwirkung für
den Fußgänger entfalten.
Gleichzeitig kann sie bestehende Steifigkeitsanforderungen durch
eine geeignete Rippenstruktur im Bereich der Unterstruktur erfüllen. In
der Regel ist dabei die energieabsorbierende erste Teilschicht wesentlich
breiter ausgebildet als die zweite Teilschicht, die die Steifigkeit
erhöht.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht der Frontstruktur ohne Deckschale,
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2 eine
Draufsicht auf die Frontstruktur, bei der die Hälfte der Struktur mit der Deckschale
abgedeckt ist,
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3 eine
perspektivische Darstellung eines Ausschnitts der Schichtstruktur,
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4 einen
Ausschnitt eines Querschnitts der Schichtstruktur,
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5 die
Draufsicht des Ausschnitts aus einer Schichtstruktur gemäß 4 und
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6 einen
Längsschnitt
der Frontstruktur mit einer teilperspektivischen Darstellung der Schichtstruktur.
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In
der 1 ist die vorliegende Erfindung am Beispiel eines
Fußgänger-Aufprallschutzes
im Bereich der Fronthaubenvorderkante eines Fahrzeuges zu sehen.
Im vorliegenden Fall ist die Zwischenschicht 11 direkt
oberhalb des Ziergitters 7 angeordnet. Aufgrund der dort
sonst üblicherweise
vorhandenen Versteifungen der Fronthaube 2 sowie starren Befestigungen
für den
Verschluss der Fronthaube 2 ist dies ein besonders gefährlicher
Bereich für
einen Fußgänger im
Falle einer Kollision mit einem Fahrzeug. Anstatt der üblichen
Versteifungsbleche sind nun an dieser Stelle im Abstand von ca.
50 mm parallel verlaufende Rippen 5 angeordnet. Im unteren Bereich
des Hohlraums 12, der durch den Wegfall der Versteifungsbleche
gewonnen wurde, sind Verstärkungsrippen 6 zu
erkennen, die im Falle der Ausführung
in 1 diagonal zur Fahrtrichtung verlaufen, wobei
sich jeweils zwei Verstärkungsrippen 6 überkreuzen.
Sowohl die Verstärkungsrippen 6 als auch
die energieabsorbierenden Rippen 5 sind fest mit der Unterstruktur 4 verbunden.
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Die 2 zeigt
die Frontstruktur 1 aus 1 in einer
Draufsicht, bei der zum besseren Verständnis des Betrachters die Hälfte der
Fronthaube 2 mit der Deckschale 3 abgedeckt ist.
Deutlich sind die energieabsorbierenden, parallel verlaufenden,
in Fahrtrichtung angeordneten Rippen 5 zu erkennen. Die Steifigkeit
dieses Bereichs der Frontstruktur 1 wird durch die über Kreuz
angeordneten Versteifungsrippen 6 zwischen den Rippen 5 gewährleistet.
Sowohl die Rippen 5 als auch die Verstärkungsrippen 6 sind direkt
mit der Unterstruktur 4 verbunden.
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Die 3 zeigt
einen Ausschnitt aus einer Zwischenschicht 11 in perspektivischer
Darstellung. Deutlich sind dabei wieder die Rippen 5 und
die über Kreuz
verlaufenden Verstärkungsrippen 6 zu
erkennen. Zusätzlich
wird die Unterstruktur 4 im vorliegenden Fall durch eine
quer verlaufende Verstärkungsrippe 8 stabilisiert.
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Die 4 zeigt
einen Querschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Zwischenschicht 11,
die in einem Hohlraum 12 zwischen der äußeren Deckschale 3 und
der Unterstruktur 4 ausgebildet ist und aus einer ersten,
energieabsorbierenden Teilschicht 9 und einer zweiten,
die Steifigkeit erhöhenden
Teilschicht 10 besteht. Die gesamte Schicht 11 wird
im Wesentlichen aus parallel zueinander verlaufenden Rippen 5 gebildet,
die im vorliegenden Fall in einem Abstand von etwa 50 mm angeordnet
sind. Im unteren Bereich der Zwischenschicht 11 sind zusätzlich Verstärkungsrippen 6 ausgebildet,
die die Versteifung der Unterstruktur 4 bewirken. Aus dieser
Abbildung ist deutlich zu erkennen, dass der weitaus größere Bereich
der Zwischenschicht 11 als erste, energieabsorbierende
Teilschicht 9 vorliegt, während der deutlich kleinere
Bereich der Zwischenschicht 11 als zweite, die Steifigkeit
erhöhende
Teilschicht 10 vorliegt. In dieser Teildarstellung, die
lediglich eine Hälfte
der Frontstruktur wiedergibt, ist eine gruppenwei se parallele Anordnung
von energieabsorbierenden Rippen 5 zu sehen, die in Mitte
der Frontstruktur mit der ersten Rippe einer zweiten parallelen
Gruppe einen Neigungswinkel 13 ausbildet.
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5 zeigt
die erfindungsgemäße Zwischenschicht 11 aus 4 in
der Draufsicht, jedoch ohne Deckschale 4.
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Die 6 zeigt
einen Längsschnitt
der Frontpartie eines Fahrzeugs mit Teilbereichen der Frontstruktur 1.
Auch hier ist die vorliegende Erfindung wiederum am Beispiel des
Aufprallschutzes im Bereich der Vorderfront erläutert. Durch die teilperspektivische
Darstellung des Schnitts ist die Aneinanderreihung der energieabsorbierenden
Rippen 5 im Hohlraum 12 deutlich zu erkennen.
Andeutungsweise ist in dieser Darstellung das Ziergitter 7 dargestellt,
um eine Relation zwischen Fahrzeug und der Anordnung der erfindungsgemäßen Zwischenschicht 11 herzustellen.
Diese Darstellung soll verdeutlichen, dass die erfindungsgemäße Zwischenschicht 11 an dieser
Stelle besonders geeignet ist, um im Falle eines Fußgänger-Kraftfahrzeug-Unfalles
Erwachsene im Bereich der Hüfte
bzw. Kinder vor Kopfverletzungen zu schützen.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung ausschließlich am Beispiel des Hüftaufprallschutzes bzw.
Aufprallschutzes für
Kinder im Bereich der Vorderfront der Motorhaube 2 erläutert wurde,
so ist darin keine Einschränkung
zu sehen. Vielmehr ist die Erfindung geeignet, in sämtlichen
Bereichen des Fahrzeugs eingesetzt zu werden, wo ein Aufprallschutz
für Fußgänger erforderlich
ist. Dies trifft insbesondere für
die gesamte Frontstruktur 1 des Fahrzeuges zu.
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- 1
- Frontstruktur
- 2
- Fronthaube
- 3
- Äußere Deckschale
- 4
- Unterstruktur
- 5
- energieabsorbierende
Rippe
- 6
- Verstärkungsrippe
- 7
- Ziergitter
- 8
- Verstärkungsrippe
- 9
- Erste
Teilschicht
- 10
- Zweite
Teilschicht
- 11
- Zwischenschicht
- 12
- Hohlraum
- 13
- Neigungswinkel