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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein vordere Fahrzeugstrukturen
und im Spezielleren energieabsorbierende Motorraumhauben, um die
Geschwindigkeitsabnahme eines Objekts zu erhöhen und resultierende Kräfte, die
darauf von der Motorraumhaube bei einem Zusammenstoß zwischen
diesen übertragen
werden, zu reduzieren und dadurch den Anhalteweg des Objekts zu
minimieren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Kraftfahrzeugkarosserien
werden typischerweise unter Verwendung von gestanzten Blechen gebaut,
welche eine gute Gesamtfestigkeit und -steifheit mit einer glatten,
lackierbaren Außenfläche kombinieren.
Unter spezieller Bezugnahme auf Fahrzeug-Haubenbleche (in der Technik
auch als Motorraumhauben oder Motorhaubenstrukturen bezeichnet),
wird die Blechsteifigkeit oft durch eine Kombination einer äußeren oder
oberen Oberfläche
aus einem gestanzten Metall mit relativ hoher Festigkeit, die als "A-Fläche" bezeichnet wird,
mit einer vorgeformten inneren oder unteren Oberfläche, die
als "B-Fläche" bezeichnet wird
und die durch eine Reihe von motorseitigen Verstärkungen oder Kappenabschnittverstärkungen
gestützt
wird, erreicht. Die Kappenabschnittverstärkungen sind typischerweise
zwischen der A-Fläche
und der B-Fläche
der Haube positioniert und umfassen ein Paar oberer Flansche, die zu
der A-Fläche
hin ausgerichtet sind, sowie einen einzelnen unteren Flansch, der
zu der B-Fläche hin ausgerichtet
ist, wobei die oberen Flansche und der untere Flansch durch einen
Netzabschnitt miteinander verbunden sind. Bei dieser herkömmlichen
Haubenkonstruktion wird die Biegefestigkeit der Haube dadurch erhöht, dass
relativ steifes Material, gewöhnlich
gestanzter Stahl, so weit von der neutralen Biegeachse der Haube
weg wie möglich
platziert wird.
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Bei
gewissen Fahrzeugaufprallszenarien kann ein Objekt eine abwärts gerichtete
Kraft auf die Fahrzeughaube ausüben.
Fahrzeughauben sind typischerweise verformbar, wenn eine Abwärtskraft
auf sie ausgeübt
wird. Die Verformbarkeit der Haube und, dem entsprechend, die Fähigkeit
der Haube, Energie zu absorbieren, kann jedoch durch die Nähe der Haube
zu starr angebrachten Bauteilen behindert sein, die in dem Motorraum
(oder vorderen Abteil) des Fahrzeugs untergebracht sind. Beispielsweise kann
die Fähigkeit
der Haube, durch Verformung Energie zu absorbieren, in wesentlichem
Ausmaß behindert
sein, wenn sich die Haube und der Motorblock in großer Nähe zueinander
befinden. Ein minimaler Abstand zwischen der Fahrzeughaube und den
Bauteilen des Motorraums kann jedoch beträchtliche Vorteile schaffen,
und zwar beispielsweise eine verbesserte Fahrersicht, eine erhöhte Aerodynamik und
eine ansprechendere Ästhetik.
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Im
Gegensatz dazu kann ein größerer Abstand
zwischen der Fahrzeughaube und dem Motorraum die Fähigkeit
der Haube, im Fall der Einwirkung einer Abwärtskraft Energie zu absorbieren,
erhöhen. Daher
kann es ungeachtet anderer Entwurfsprobleme auch vorteilhaft sein,
den Abstand zwischen der Fahrzeughaube und den in dem Motorraum
untergebrachten Bauteilen zu erhöhen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird eine energieabsorbierende Fahrzeughaubenanordnung mit einer
gewellten Pufferunterlage geschaffen, die ein verbessertes Eindrückverhalten
und eine gleichmäßigere Absorption
von kinetischer Energie bietet. Die verbesserten und gleichmäßigeren
Eindrückmerkmale
der vorliegenden Haubenanordnung gewährleisten eine nachgiebige Oberfläche, wenn
erstere beim Zusammenstoß mit einem
Fremdobjekt einer Eindrücklast
ausgesetzt wird. Der vorliegende Entwurf maximiert als solcher die
Fähigkeit
der Haubenanordnung, eine darauf ausgeübte, kinetische Energie zu
absorbieren und abzuschwächen
und dadurch den benötigten
Anhalteweg des Objekts zu minimieren. Außerdem wird durch die Ausrichtung,
die örtliche
Anordnung und die Gestaltung der gewellten Pufferunterlage das Aufprallenergieaufnahmevermögen des
Fahrzeugs bei Frontalaufprallszenarien verbessert – es werden ein
Eindringen der Instrumententafel und die effektive Fahrzeugbeschleunigung
verringert. Die Haubenanordnung mit gewellter Pufferunterlage schafft
auch eine relativ hohe Biegesteifigkeit, so dass eine ausreichende
Starrheit und Festigkeit gegeben ist, wenn sich das Fahrzeug im
normalen Betrieb befindet, wodurch die vorliegende Haubenanordnung
widerstandsfähig
gegenüber
einer Flatter- und Rütteldynamik
ist, zu der es bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten kommen kann,
und dabei ausreichend biegsam, um Standard-Leistungsanforderungen
gerecht zu werden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine energieabsorbierende
Haubenanordnung zur Verwendung mit einem Motorfahrzeug geschaffen,
die eine Fahrzeugstruktur mit einem vorderen und einem hinteren
Ende aufweist. Die Haubenanordnung ist nahe bei dem vorderen Ende
an der Fahrzeugstruktur montiert, befestigt oder angebracht und
umfasst eine obere Schicht und eine innere Schicht. Die innere Schicht weist
eine erste und eine zweite Oberfläche auf, die im Wesentlichen
entgegengesetzt sind und ein sinusförmiges Profil definieren. Die
innere Schicht ist an der oberen Schicht angebracht, befestigt oder
festgeklebt, um dadurch das sinusförmige Profil so zu positionieren
oder auszurichten, dass es sich von dem vorderen Ende zu dem hinteren
Ende der Fahrzeugstruktur erstreckt. Das sinusförmige Profil umfasst eine erste
Amplitude und eine erste Wellenlänge
entlang einem ersten Bereich der Haubenanordnung, sowie eine zweite
Amplitude und eine zweite Wellenlänge entlang einem zweiten Bereich
der Haubenanordnung. Die erste Amplitude und die erste Wellenlänge sind
jeweils so ausgelegt, dass sie einen ersten vorbestimmten Grad der
Absorption und Dämpfung
von kinetischer Energie, die durch ein Objekt auf die Haubenanordnung
bei einem Zusammenstoß zwischen
diesen ausgeübt
wird, schaffen, während
die zweite Amplitude und die zweite Wellenlänge jeweils so ausgelegt sind,
dass sie einen zweiten vorbestimmten Grad der Absorption und Dämpfung von
kinetischer Energie, die durch das Objekt auf die Haubenanordnung
bei einem Zusammenstoß zwischen
diesen ausgeübt wird,
schaffen. In dieser Hinsicht betragen die erste Wellenlänge und
die zweite Wellenlänge
vorzugsweise jeweils ungefähr
30 bis 165 Millimeter, und betragen die erste Amplitude und die
zweite Amplitude vorzugsweise jeweils ungefähr 5 bis 30 Millimeter.
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Idealerweise
umfasst das sinusförmige
Profil weiterhin eine dritte Amplitude und eine dritte Wellenlänge entlang
einem dritten Bereich der Haubenanordnung, welcher sich von dem
ersten und dem zweiten Bereich unterscheidet. Die dritte Amplitude
und die dritte Wellenlänge
sind jeweils so ausgelegt, dass sie einen dritten vorbestimmten
Grad der Absorption und Dämpfung
von kinetischer Energie, die durch das Objekt auf die Haubenanordnung
bei einem Zusammenstoß zwischen
diesen ausgeübt
wird, schaffen. Es ist noch mehr bevorzugt, dass das sinusförmige Profil
eine variable Amplitude und eine variable Wellenlänge entlang
einem vierten Bereich der Haubenanordnung umfasst. Die variable
Amplitude und die variable Wellenlänge sind jeweils so ausgelegt, dass
sie veränderliche
Grade der Absorption und Dämpfung
von kinetischer Energie, die durch das Objekt auf die Haubenanordnung
bei einem Zusammenstoß zwischen
diesen ausgeübt
wird, schaffen.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Haubenanordnung zur
Verwendung mit einem Motorfahrzeug geschaffen. Die Haubenanordnung umfasst
eine obere Schicht mit einer ersten Schnittstellenfläche und
eine innere Schicht mit im Wesentlichen einer ersten Fläche und
einer zweiten Fläche, die
entgegengesetzt sind und ein sinusförmiges Profil definieren. Die
erste Fläche
und die zweite Fläche der
inneren Schicht definieren auch jeweils eine erste und eine zweite
Mehrzahl von Verbindungsflächen. Die
erste Mehrzahl von Verbindungsflächen
ist an der ersten Schnittstellenfläche der oberen Schicht befestigt,
angebracht oder festgeklebt und definiert dadurch eine erste Mehrzahl
von Kanälen,
die in Bezug auf das Fahrzeug in Querrichtung ausgerichtet sind. Das
sinusförmige
Profil umfasst eine erste Amplitude und eine erste Wellenlänge entlang
einem ersten Bereich der Haubenanordnung, sowie eine zweite Amplitude
und eine zweite Wellenlänge
entlang einem zweiten Bereich der Haubenanordnung. Die erste Amplitude
und die erste Wellenlänge
sind jeweils so ausgelegt, dass sie einen ersten vorbestimmten Grad
der Absorption und Dämpfung
von kinetischer Energie, die durch ein Objekt auf die Haubenanordnung
bei einem Zusammenstoß zwischen
diesen ausgeübt
wird, schaffen, während
die zweite Amplitude und die zweite Wellenlänge jeweils so ausgelegt sind,
dass sie einen zweiten vorbestimmten Grad der Absorption und Dämpfung von
kinetischer Energie, die durch das Objekt auf die Haubenanordnung
bei einem Zusammenstoß zwischen
diesen ausgeübt wird,
schaffen. In dieser Hinsicht betragen die erste Wellenlänge und
die zweite Wellenlänge
vorzugsweise jeweils ungefähr
30 bis 165 Millimeter, und betragen die erste Amplitude und die
zweite Amplitude vorzugsweise jeweils ungefähr 5 bis 30 Millimeter.
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Die
oben beschriebene Haubenanordnung umfasst vorzugsweise auch eine
untere Schicht mit einer zweiten Schnittstellenfläche, wobei
die zweite Mehrzahl von Verbindungsflächen der inneren Schicht an
der zweiten Schnittstellenfläche
befestigt, angebracht oder festgeklebt ist und dadurch eine zweite
Mehrzahl von Kanälen
definiert, die in Bezug auf das Fahrzeug in Querrichtung ausgerichtet
sind. Optimalerweise ist die innere Schicht so ausgelegt, dass sie
sich bei einer ersten Schwellen-Eindrücklast, die durch das Objekt
auf die Haubenanordnung bei einem Zusammenstoß zwischen diesen ausgeübt wird,
kontrollierbar verformt. In ähnlicher
Hinsicht ist die untere Schicht vorzugsweise so ausgelegt, dass sie
bei einer zweiten Schwellen-Eindrücklast, die durch das Objekt
auf die Haubenanordnung bei einem Zusammenstoß zwischen diesen ausgeübt wird, kontrollierbar
nachgibt. Die beiden Schichten, d. h. die untere und die innere
Schicht, können
so ausgelegt sein, dass sie durch die Hinzufügung von Vorstanzungen oder
Einschlüssen
jeweils kontrollierbar nachgeben oder sich verformen. Vorzugsweise
sind die obere Schicht, die untere Schicht und die innere Schicht
jeweils entweder aus einem metallischen Material oder einem Kunststoff
gefertigt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkarosserie
bereitgestellt, welche ein Vorderabteil und eine Haubenanordnung
definiert, die so ausgelegt ist, dass sie sich über das Fahrzeug-Vorderabteil
und oberhalb desselben erstreckt. Die Haubenanordnung besteht aus
einem Hauben-Außenblech,
einer oberen Schicht, einer unteren Schicht und einer inneren Schicht
Die obere Schicht ist an einer inneren Fläche des Hauben-Außenblechs
angebracht, befestigt oder fest geklebt. Alternativ dazu können das
Hauben-Außenblech
und die obere Schicht als ein einzelnes, als eine Einheit ausgebildetes
Element vorgeformt sein. Die innere Schicht weist im Wesentlichen
eine erste Fläche
und eine zweite Fläche
auf, die entgegengesetzt sind und ein sinusförmiges Profil definieren. Die erste
Fläche
und die zweite Fläche
definieren auch jeweils eine erste und eine zweite Mehrzahl von
Verbindungsflächen.
Die erste Mehrzahl von Verbindungsflächen ist an einer ersten Schnittstellenfläche der
oberen Schicht angebracht, befestigt oder festgeklebt und die zweite
Mehrzahl von Verbindungsflächen
ist funktional an einer zweiten Schnittstellenfläche der unteren Schicht angebracht,
befestigt oder festgeklebt, wodurch jeweils eine erste und eine zweite
Mehrzahl von Kanälen
definiert ist, die in Bezug auf das Fahrzeug in Querrichtung ausgerichtet sind.
Idealerweise betragen die erste Wellenlänge, die zweite Wellenlänge und
die dritte Wellenlänge
jeweils ungefähr
30 bis 165 Millimeter, und betragen die erste Amplitude, die zweite
Amplitude und die dritte Amplitude jeweils ungefähr 5 bis 30 Millimeter.
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Vorzugsweise
definiert das sinusförmige Profil
eine erste Amplitude und eine erste Wellenlänge entlang einem ersten Bereich
der Haubenanordnung, eine zweite Amplitude und eine zweite Wellenlänge entlang
einem zweiten Bereich der Haubenanordnung und eine dritte Amplitude
und eine dritte Wellenlänge
entlang einem dritten Bereich der Haubenanordnung. Die erste Amplitude
und die erste Wellenlänge,
die zweite Amplitude und die zweite Wellenlänge, und die dritte Amplitude
und die dritte Wellenlänge
sind jeweils so ausgelegt, dass sie lokal unterschiedliche, vorbestimmte
Grade der Absorption und Dämpfung
von kinetischer Energie, die durch ein Objekt auf die Haubenanordnung
bei einem Zusammenstoß zwischen
diesen ausgeübt
wird, schaffen.
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Die
obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung erschließen sich mit größerer Deutlichkeit
aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
und der besten Umsetzungsarten der vorliegenden Erfindung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Draufsicht, die ein beispielhaftes Kraftfahrzeug
mit einer daran angebrachten, energieabsorbierenden Haubenanordnung
mit einer gewellten Pufferunterlage gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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2 ist
eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts der energieabsorbierenden
Haubenanordnung mit gewellter Pufferunterlage entlang der Linie
1-1 aus 1 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2A ist
eine repräsentative,
schematische Seitenansicht der Haubenanordnung aus 2 bei
einem einsetzenden Zusammenstoß mit
einem Objekt, in welcher eine beherrschte Verformung und ein beherrschtes
Nachgeben einer daran angebrachten, unteren Schicht veranschaulicht
sind; und
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2B ist
eine repräsentative,
schematische Seitenansicht der Haubenanordnung aus 2 kurz
nach einem einsetzenden Zusammenstoß mit einem Objekt, in welcher
eine beherrschte Verformung und ein beherrschtes Nachgeben der gewellten
Pufferunterlage veranschaulicht sind.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
den Figuren, auf welche nun Bezug genommen wird und in denen gleiche
Bezugszahlen sich über
die verschiedenen Ansichten hinweg auf die gleichen oder auf ähnliche
Komponenten beziehen, ist 1 eine Draufsicht
auf ein allgemein als 10 bezeichnetes Kraftfahrzeug mit
einer Fahrzeugkarosserie 11, die eine bewegliche oder betätigbare
energieabsorbierende Fahrzeughaubenanordnung (im Folgenden "Haubenanordnung 14") umfasst, welche einen
in Bezug auf einen Fahrgastraum 15 vorne befindlichen Motorraum 12 überspannt
oder abdeckt. Das Fahrzeug 10 ist in 1 zwar
als Standard-Personenkraftwagen des Typs Coupé abgebildet, die Haubenanordnung 14 kann
jedoch in jede beliebige Fahrzeugplattform, wie beispielsweise in
Personenkraftwagen des Typs Limousine, in Kleinlaster, Hochleistungsfahrzeuge
usw. integriert sein.
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Die
Haubenanordnung 14 ist funktional an der Fahrzeugkarosserie 11 angebracht,
befestigt oder montiert, und zwar beispielsweise durch ein oder
mehrere Randscharniere (nicht gezeigt), die benachbart zu einer
Windschutzscheibe 13 positioniert sind. Idealerweise ist
die Haubenanordnung 14 ausreichend bemessen und geformt,
um ein Verschlussblech zu schaffen, das dazu geeignet ist, im Wesentlichen
die verschiedenen in dem Motorraum 12 enthaltenen Fahrzeugbauteile,
wie beispielsweise, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, die Bauteile des
Antriebssystems, des Lenksystems, des Bremssystems, des Heizungs-,
Lüftungs-
und Klimaanlagensystems (Klimatechnikeinheit), die hier alle, wie
in 2–2B ersichtlich,
kollektiv als Motor 35 dargestellt sind, abzudecken und
zu schützen.
Der Begriff "Motor" oder "Motorraum" ist nicht als einschränkend hinsichtlich
der Natur oder der Art des in dem Fahrzeug 10 verwendeten
Antriebssystems aufzufassen. Das Fahrzeug 10 kann daher
inner halb des Umfangs der beanspruchten Erfindung jedes beliebige
Antriebssystem, wie beispielsweise eine herkömmliche Brennkraftmaschine,
einen Elektromotor, eine Brennstoffzelle, ein hybrid-elektrisches
System usw. verwenden. Wie in 1 dargestellt,
kann das Fahrzeug 10 sich in Richtung des Pfeils A zu einem Objekt 16 hin
bewegen oder getragen werden, das außerhalb des Fahrzeugs 10 gelegen
ist, und zwar in einer Weise, dass das Objekt 16 im Wesentlichen
in einer Abwärtsrichtung
mit der Haubenanordnung 14 während einer Kollision zwischen
diesen zusammenstößt, wodurch
die Haubenanordnung 14 verschiedenen Beanspruchungen, Kräften und/oder
Belastungen ausgesetzt wird, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 2–2B beschrieben
ist.
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Eine
repräsentative
Seitenansicht der Haubenanordnung 14 entlang der Linie
1-1 aus 1 ist in 2 gegeben,
um die gewellte Pufferunterlagenstruktur (im Folgenden "Pufferunterlage 18") gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Die Pufferunterlage 18 umfasst
eine obere Schicht oder Außenhaut 20 und
eine innere Schicht 30. Die innere Schicht 30 weist
im Wesentlichen eine erste Fläche 32 und
eine zweite Fläche 34 auf,
die entgegengesetzt sind und ein gewelltes oder sinusförmiges Profil
definieren, das allgemein mit 28 angegeben ist. Die innere Schicht 30 ist
an der oberen Schicht 20 angebracht, befestigt oder festgeklebt,
um dadurch das sinusförmige
Profil 28 so zu positionieren oder auszurichten, dass es
sich von einem vorderen Ende zu einem hinteren Ende des Fahrzeugs 10,
d. h. von der Vorderkante 14A zu der Hinterkante 14B der
Haubenanordnung 14 erstreckt, wie in 1 ersichtlich.
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Die
obere Schicht 20 ist als das äußerste Element der Haubenanordnung 14 vorgesehen,
so dass die obere Schicht 20 eine für den Kunden sichtbare "A-Fläche" 27 umfasst.
Dem entsprechend ist die innere Schicht 30 als das innerste
Element der Haubenanordnung 14 vorgesehen; die zweite Fläche 34 der
inneren Schicht 30 kann somit als eine motorseitige "B-Fläche" 29 betrachtet
werden. Alternativ dazu kann die Pufferunterlage 18 eine
untere Schicht oder Innenhaut umfassen, die in 2 verborgen
als 22 gezeigt ist und das innerste Element der Haubenanordnung 14 darstellt.
In ähnlicher
Hinsicht kann die obere Schicht 20 an einer inneren Fläche 17 eines
in 2 unter 24 verborgen gezeigten Hauben-Außenblechs
angebracht, befestigt oder festgeklebt sein. Alternativ dazu können das
Hauben-Außenblech 24 und
die obere Schicht 20 als ein einzelnes, als eine Einheit
ausgebildetes Element vorgeformt sein.
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Eine
erste Mehrzahl 31 und eine zweite Mehrzahl 33 von
Verbindungsflächen
sind jeweils entlang den verschiedenen Gipfeln (Scheiteln) und Tälern (Vertiefungen)
des sinusförmigen
Profils 28 definiert. Die innere Schicht 30 ist
vorzugsweise, z. B. durch Klebmittel, Befestigungen, Schweißungen oder
dergleichen (in 2 allgemein unter 26 dargestellt)
an einer ersten Schnittstellenfläche 21 mittels der
ersten Mehrzahl von Verbindungsflächen 31 an der oberen
Schicht 20 befestigt und bildet eine erste Mehrzahl von
Kanälen 36,
die in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie 11 der Quere nach
ausgerichtet ist – d.
h. die Vertiefungen und die Scheitel des sinusförmigen Profils 28 verlaufen
quer über
das Fahrzeug 10 hinweg in horizontaler Richtung von links
nach rechts. In ähnlicher
Weise ist die innere Schicht 30, falls die untere Schicht 22 in
die Haubenanordnung 14 integriert ist, vorzugsweise an
einer zweiten Schnittstellenfläche 23 mittels
der zweiten Mehrzahl von Verbindungsflächen 33 an der unteren
Schicht 22 befestigt und bildet eine zweite Mehrzahl von
Kanälen 38,
die in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie 11 der Quere nach
ausgerichtet sind. Alternativ dazu kann die gesamte Pufferunterlage 18,
d. h. die obere Schicht 20, die untere Schicht 22 und
die innere Schicht 30 durch Extrusion oder ein anderes
Formverfahren als Serienprodukt hergestellt werden, wodurch die Notwendigkeit
von ersten und zweiten Verbindungsflächen 31, 33 und
von ersten und zweiten Schnittstellenflächen 21, 23 entfällt. In ähnlicher
Hinsicht kann die innere Schicht 30 durch jedes in der Technik
bekannte Mittel an der oberen Schicht 20 und, sofern vorhanden,
der unteren Schicht 22 angebracht, montiert oder befestigt
werden, ohne dass dadurch von dem Umfang der beanspruchten Erfindung abgewichen
wird. Falls Klebmittel als Montagemittel zum Verbinden der inneren
Schicht 30 mit der oberen Schicht 20 und, sofern
vorhanden, der unteren Schicht 22 verwendet wird, sollten
die erste Mehrzahl und die zweite Mehrzahl von Verbindungsflächen 31, 33 zur
Verbesserung der Klebewirkung einen im Wesentlichen ebenen Abschnitt
(nicht gezeigt) aufweisen.
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Idealerweise
erstreckt sich die Pufferunterlage 18 derart, dass sie
im Wesentlichen die gesamte Innenfläche 17 des Hauben-Außenblechs 24 abdeckt.
Andererseits kann die Pufferunterlage 18 auf solche Weise
gefertigt und befestigt sein, dass sie nur bestimmte Abschnitte
der Innenfläche 17 des Hauben-Außenblechs 24 abdeckt.
Wie in der Folge detailliert beschrieben, ist die Pufferunterlage 18 in mehrere
Segmente oder Bereiche untergliedert (z. B. die Bereiche R1–R5 aus 1).
Die Auslegung eines jeden Pufferunterlagenbereichs R1–R5 ist
individuell gestaltet oder entworfen, und zwar um sich an die Krümmung des
Hauben-Außenblechs 24 anzupassen,
um lokalen und globalen Anforderungen an das Eindrückverhalten
und an das Aufprallenergieaufnahmevermögen des Fahrzeugs gerecht zu
werden, und um auf Packungseinschränkungen, die durch die Bauteile
unter der Haube (z. B. den Motor 35) bedingt sind, und
auf andere Einschränkungen
hinsichtlich des Fahrverhaltens des Fahrzeugs einzugehen.
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Idealerweise
handelt es sich bei der oberen Schicht 20, der unteren
Schicht 22 und der inneren Schicht 30 jeweils
um einstückige
Platten- oder Blechelemente,
die vorzugsweise unter Verwendung eines Verfahrens wie beispielsweise
Stanzen, Hydroformen, Kunststoff-Schnellformen oder superplastisches
Formen vorgeformt werden. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die verschiedenen
Schichten, z. B. 20, 22, 30, individuell
konturiert sind – z.
B. dass die obere Schicht 20 mit Konturen für eine ansprechende Ästhetik
oder für
eine verbesserten Verbindung mit der inneren Fläche 17 des Hauben-Außenblechs 24 vorgeformt
ist, während
die innere Schicht 30 und, sofern vorhanden, die untere
Schicht 22 mit sich davon unterscheidenden geometrischen
Parametern vorgeformt sind, um sich unter anderem an die Bauteile
unter der Haube, wie beispielsweise den Motor 35, anzupassen
und um den Anforderungen an das Eindrückverhalten und an das Aufprallenergieaufnahmevermögen des
Fahrzeugs zu genügen.
Als Alternative dazu ist es ebenfalls im Bereich der beanspruchten
Erfindung gelegen, dass die obere Schicht 20, die untere
Schicht 22 und die innere Schicht 30 einzeln oder
kollektiv jeweils aus mehreren Plattenelementen bestehen, abgerundete
oder abgeschrägte Kanten
oder Ecken umfassen, verschiedene geometrische Auslegungen aufweisen
oder komplementäre Profile
aufweisen.
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Die
Pufferunterlage 18 ist vorzugsweise aus Metall, Kunststoff,
Verbundmaterialien (z. B. Glasfaserstoff) oder aus anderen Materialien
von für
den beabsichtigten Zweck der Haubenanordnung 14 geeigneter
Festigkeit und Biegsamkeit gefertigt. Beispielsweise können die
obere Schicht 20, die untere Schicht 22 und die
innere Schicht 30 allesamt aus einem Kunststoff, wie etwa
Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Reaktionsmasse (BMC) mit einer
jeweiligen Dicke T1, T2, T3 von ungefähr 0,3 bis 2,8 Millimeter (mm)
gefertigt sein. Alternativ dazu können die obere Schicht 20,
die untere Schicht 22 und die innere Schicht 30 aus
Metallplatten, wie etwa kaltgewalztem Stahl, feuerverzinktem Stahl,
Edelstahl, Aluminium und dergleichen mit einer jeweiligen Dicke T1,
T2, T3 von ungefähr
0,3 bis 1,9 mm gefertigt sein. Es können jedoch innerhalb des Umfangs
der vorliegenden Erfindung auch andere Werte für die Dicken T1, T2, T3 der
oberen Schicht 20, der unteren Schicht 22 und
der inneren Schicht 30 verwendbar sein. Die verschiedenen
Schichten 20, 22, 30 der Haubenanordnung 14 sind
vorzugsweise mit einem Korrosionsschutzüberzug von hoher Dauerhaftigkeit endbearbeitet
(z. B. galvanisches Verzinken). Ein komprimierbares, energieabsorbierendes
Schaumstoffmaterial (nicht gezeigt), wie beispielsweise Polyurethanschaumstoff,
Polystyrolschaumstoff und/oder andere ähnliche Materialien oder Kombinationen
aus solchen Materialien können
dazu verwendet werden, die Kanäle 36, 38 zu
füllen.
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Gemäß der Ausführungsform
aus 2 definieren die erste Fläche 32 und die zweite
Fläche 34 der
inneren Schicht 30 ein sinusförmiges Profil 28. Der
hier verwendete Begriff "sinusförmig" ist als eine sich
wiederholende, geometrische Form definiert oder zu interpretieren,
die sich ausbreitet und die im Wesentlichen einer mathematischen
Sinuskurve mit einer Mehrzahl von Gipfeln und Tälern ähnelt. In dieser Hinsicht weist
das sinusförmige
Profil 28 eine Amplitude 40 (in der Technik oft
auch als Doppelamplitude bezeichnet) und eine Wellenlänge 42 auf.
Die Amplitude 40 ist ein Maß, das den Gesamtbetrag der Ausbreitungsgröße des sinusförmigen Profils 28 darstellt.
Die in 2 gezeigte Wellenlänge 42 ist der Abstand
zwischen sich wiederholenden Einheiten des sinusförmigen Profils 28,
z. B. von Gipfel zu Gipfel oder von Tal zu Tal.
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Die
innere Schicht 30 weist verschiedene Strukturmerkmale auf,
und zwar geometrische Merkmale, wie etwa die Amplitude 40,
die Wellenlänge 42, den
Wellungs-Versetzungswinkel 44, und die Dicke T3, um nur
einige Beispiele ohne einschränkenden Charakter
zu nennen, und Materialmerkmale, wie etwa den Elastizitätsmodul,
die Formänderungsfestigkeit
und die Dichte, die jeweils so gewählt werden können, dass
für eine
gege bene Schwellen-Eindrücklast
ein vorbestimmtes und im Wesentlichen konstantes oder gleichmäßiges "Eindrückverhalten" gegeben ist. So
wird etwa im Spezielleren, unter Bezugnahme auf 2,
während
das Objekt 16 mit der A-Fläche 27 der oberen
Schicht 20 (oder dem Hauben-Außenblech 24, abhängig von
der speziellen Ausführungsform)
zusammenstößt, aus
der tatsächlichen
und der relativen Masse, Geschwindigkeit und Beschleunigung des
Objekts 16 und des Fahrzeugs 10 (siehe 1)
eine (im Allgemeinen durch den Pfeil B dargestellte) Eindrücklast in
einer Abwärtsrichtung,
z. B. mit einem Auftreffwinkel D (siehe 2) erzeugt.
Die Eindrücklast
B ist daher von der oberen Schicht 20 zu der inneren Schicht 30 hin
gerichtet und weist eine spezifische Größe auf. Die Merkmale der Pufferunterlage 18,
z. B. die Amplitude 40, die Wellenlänge 42, der Wellungs-Versetzungswinkel 44,
und die Dicke T3, 2, und Materialeigenschaften,
z. B. der Modul, die Formänderungsfestigkeit
und die Dichte, können,
individuell oder kollektiv, selektiv modifiziert werden, um zusammen
mit der oberen Schicht 20 eine vorbestimmte Anfangs-Steifigkeit
zu schaffen und so eine im Wesentlichen hohe und unmittelbare, anfängliche
Geschwindigkeitsabnahme des kollidierenden Objekts 16 zu
erzeugen.
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Optimalerweise
würde die
Pufferunterlage 18 die Strukturfunktionen der unteren Schicht 22 ersetzen
und eine allfällig
erforderliche Verstärkung
für das
Hauben-Außenblech 24 schaffen.
Beispielsweise nimmt die Pufferunterlage 18 zusammen mit
einem Klebmittel (z. B. dem Befestigungsmittel 26 aus 2)
die Funktion einer zusätzlichen
Masse für
die Haubenanordnung 14 wahr, wobei die Trägheitswirkung
einer solchen zusätzlichen
Masse eine Geschwindigkeitsabnahme des Objekts 16 in den
frühen
Phasen des Zusammenstoßes
zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt fördert. Die untere Schicht 22 kann
jedoch in der Ausführungsform
aus 2 vorhanden sein, um eine zusätzliche Verstärkung und
Abstützung
für die
Haubenanordnung 14 zu schaffen.
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Die
obere Schicht 20 und, sofern vorhanden, die untere Schicht 22,
sowie das Hauben-Außenblech 24 können individuell
oder kollektiv dank der Geometrie und Elastizität jedes einzelnen Elements so
konstruiert sein, dass die Haubenanordnung 14 eine relativ
hohe Zug- und Druckfestigkeit oder Steifigkeit aufweist, um ein
bevorzugtes Leistungsverhalten bereitzustellen, und dabei dennoch
eine relativ geringe Nachgebe-Festigkeit oder Schwellen-Eindruckfestigkeit
beizubehalten, wodurch eine bestimmte Nachgebe-Reaktion oder ein
bestimmtes Eindrückverhalten
ermöglicht
wird, wenn die Haubenanordnung 14 einer Eindrücklast B
ausgesetzt wird. Idealerweise wird die Schwellen-Eindruckfestigkeit
auf ein Niveau eingestellt, das ausreicht, um einen Kontakt mit
verschiedenen kleinen Steinen, Hagel, kleineren Partikeln oder mit
anderen typischen Objekten, mit denen üblicherweise im normalen Straßeneinsatz
zu rechnen ist, zu erlauben, damit ein Einsatz der Haubenanordnung 14 unter
vielfältigen Fahrbedingungen
möglich
ist, ohne dass diese dabei zerbricht oder nachgibt.
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In 2A,
die nun betrachtet wird, ist die Pufferunterlage 18, abgesehen
davon, dass sie die anfängliche
Steifigkeit der Haubenanordnung 14 erhöht, so konstruiert, dass während des
einsetzenden Zusammenstoßes
des Objekts 16 mit der Haubenanordnung 14 eine
lokale Verformung der inneren Schicht 30 und ein lokaler
Bruch oder ein lokales Nachgeben der unteren Schicht 22 ausgelöst wird. Eine
Verformung des Hauben-Außenblechs 24 während einer
Kollision mit einem Objekt 16 kann beispielsweise zu einem
beabsichtigten Zerbrechen des Klebmittels (nicht gezeigt) führen, mit
welchem die Pufferunterlage 18 an dem Hauben-Außenblech 24 festgehalten
wird. Die Pufferunterlage 18 ist demnach so konstruiert,
dass es bei einer ersten Schwellen-Eindrücklast infolge des Zusammenstoßes des Objekts 16 mit
der Haubenanordnung 14 zu einer lokalen Verformung (z.
B. Verbiegen, Verbeulen oder Zusammenpressen) der unteren Schicht 22 und
der inneren Schicht 30 und/oder zu einem Bruch der unteren
Schicht 22 (in 2A symbolisch
durch die frakturierte untere Schicht 22 abgebildet) kommt.
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Die
Trennung der Pufferunterlage 18 von dem Hauben-Außenblech 24 und
der lokale Bruch der unteren Schicht 22 können selektiv
und kontrollierbar die lokale und die globale Steifigkeit der Haubenanordnung 14 reduzieren,
was zu einer erhöhten Absorption
der von dem Objekt 16 auf die Haubenanordnung 14 übertragenen,
kinetischen Energie führt,
wodurch der in Anspruch genommene Raum unter der Haube maximiert
wird und beispielsweise der Abstand C in 2 zwischen
dem Motor 35 und der B-Fläche 29,
der benötigt
wird, um das Objekt 16 zu stoppen, reduziert wird. Ein
Nachgeben der unteren Schicht 22 kann beispielsweise durch
die Hinzufügung
von Vorstanzungen oder Einschlüssen
in diese, die kollektiv unter 50 abgebildet sind, beeinflusst werden.
Außerdem
kann der Winkel einer jeden Wellung relativ zu der oberen Schicht 20,
d. h. der Wellungs-Versetzungswinkel 44 aus 2,
modifiziert werden, um unterschiedliche Arten der Verformung, z.
B. Verbeulung, Verbiegung, Streckung, sowie Kombinationen daraus,
zu bewirken. Der Wellungs-Versetzungswinkel 44 kann
beispielsweise derart verändert
werden, dass die Scheitel der Wellungen relativ zu der oberen Schicht 20 schräg (spitz oder
stumpf) verlaufen.
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In 2B,
auf welche nun Bezug genommen wird, kann, wenn das Objekt 16 einen
Abwärtsdruck
ausübt,
z. B. in einem Winkel D, die Haubenanordnung 14, nämlich die
B-Fläche 29 der
inneren Schicht 30, mit einer oder mit mehreren der Bauteile unter
der Haube, wie beispielsweise dem Motor 35, in Kontakt
treten. Die innere Schicht 30 dient als Polsterung in der
Form einer lokalen Verformung der Wellungen in dem sinusförmigen Profil 28,
um nach dem Zusammenstoß mit
den Bauteilen unter der Haube kinetische Restenergie von dem Objekt 16 zu
absorbieren. Das sinusförmige
Profil 28 ist beispielsweise so konstruiert, dass es sich
bei einer zweiten Schwellen-Eindrücklast infolge des Kontakts
mit einem der verschiedenen Bauteile unter der Haube (z. B. dem Motor 35)
kontrollierbar zusammendrücken
lässt,
wie in 2B abgebildet. Die Pufferunterlage 18 kann auch
so ausgelegt sein, dass ein lokaler Bruch der inneren Schicht 30 (in 2B symbolisch
durch die Frakturen 52 abgebildet) ausgelöst wird.
Verformung und Bruch der inneren Schicht 30 können beispielsweise
durch die Hinzufügung
von Vorstanzungen oder Einschlüssen
darin, die in 2B kollektiv unter 54 abgebildet
sind, beeinflusst werden. Die von der Haubenanordnung 14 auf
das Objekt 16 ausgeübte Gegenkraft
ist im Fall einer Kollision zwischen diesen nämlich relativ weniger variabel
und schafft eine größere Anfangsdämpfung von
kinetischer Energie, was eine reduzierte Restgeschwindigkeit zur
Folge hat. Dadurch wiederum verringert sich die Gesamtdistanz, welche
erforderlich ist, damit die Haubenanordnung 14 die Energie
aus einer solchen Kollision zur Gänze absorbiert und das Objekt 16 gänzlich zum Stillstand
bringt, wodurch ein Kontakt zwischen dem Objekt 16 und
Bauteilen unter der Haube (z. B. dem Motor 35) minimiert
oder eliminiert wird.
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Die
erfindungsgemäße Haubenanordnung 14 schafft
auch ein verbessertes Aufprallenergieaufnahmevermögen des
Fahrzeugs bei einem Frontalaufprallszenario. Im Spezielleren bietet
die Pufferunterlage 18 eine effizientere Energieabsorption
während
eines Frontalaufpralls, und zwar durch Verformung, d. h. Verbiegung
oder Verbeulung entlang mehrerer Linien, im Gegensatz zu einer einzigen
Verformungslinie bei herkömmlichen
Motorraumhauben. Anders ausgedrückt,
durch die Fähigkeit
einer kontrollierbar durchgeführten
Faltung und plastischen Verformung an einer Mehrzahl von Stellen
wird die Menge an kinetischer Energie, welche die Haubenanordnung 14 pro
Einheitsmasse zu absorbieren und abzuschwächen in der Lage ist, vervielfacht.
Durch die Integration der Pufferunterlage 18 in die Haubenanordnung 14 kann
beispielsweise eine Reduzierung um 50% beim Eindringen der Instrumententafel
und eine Schwereminderung um 0,7 (9,807 Meter pro Sekunde pro Sekunde
(m/s2)) bei der effektiven Fahrzeugbeschleunigung
geschaffen werden.
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Gemäß 1 wird
die Haubenanordnung 14 in wenigstens zwei, vorzugsweise
jedoch in fünf
Bereiche, nämlich
R1–R5,
aufgeteilt. Der erste Bereich R1, der zweite Bereich R2 und der
dritte Bereich R3 untergliedern die Haubenanordnung 14 jeweils
in einen vorderen Bereich, einen mittleren Bereich und einen hinteren
Bereich. Anders ausgedrückt,
der erste Bereich R1 erstreckt sich von der Vorderkante 14A der
Haubenanordnung 14 über
eine Distanz L hinweg, die sich entlang der Fahrzeugkarosserie 11 nach
rückwärts erstreckt.
Daran anschließend
erstreckt sich der zweite Bereich R2 von der Distanz L über eine
weitere Distanz M entlang der Fahrzeugkarosserie 11 nach
rückwärts. Der
dritte Bereich R3 erstreckt sich von der Distanz M (d. h. von einer
Distanz L + M von der Vorderkante 14A der Haubenanordnung 14 aus)
zu der Hinterkante 14B, wie in 1 veranschaulicht.
Der vierte Bereich R4 und der fünfte Bereich
R5 untergliedern, falls vorhanden, die Haubenanordnung 14 weiter
in ein oder mehrere seitliche Segmente. Beispielsweise erstreckt
sich der vierte Bereich R4 von einer rechten Seitenkante 14C der Haubenanordnung 14 um
eine Distanz N einwärts, während der
fünfte
Bereich R5 sich von einer linken Seitenkante 14D um eine
Distanz O einwärts
erstreckt, wie ebenfalls in 1 veranschaulicht.
Es sei angemerkt, dass die in 1 gezeigten
Abmessungen für
die Bereiche R1 bis R5 rein beispielhaften Charakter haben und nur
für Beschreibungszwecke angegeben
sind; das bedeutet, dass die Länge
und Breite der fünf
Bereiche R1–R5
jeweils unbegrenzt veränderbar
ist. Darüber
hinaus können
auch mehr als fünf
Bereiche verwendet werden, von denen ein jeder gleiche oder unterschiedliche
geometrische Auslegungen aufweisen kann, ohne dass dadurch von dem
Umfang der beanspruchten Erfindung abgewichen wird.
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Die
Pufferunterlage 18 ist jeweils für jeden Bereich R1–R5 unabhängig von
dem anderen für
einen Zusammenstoß mit
Objekten unterschiedlicher Dimensionen und Massen optimiert, um
einen Abstand C von vorzugsweise weniger als 85 mm beizubehalten,
und dabei dennoch alle Anforderungen in Bezug auf das Eindrückverhalten
zu erfüllen.
Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass die Pufferunterlage 18 für den ersten,
zweiten und dritten Bereich R1, R2, R3 (gezeigt in 1)
eine Amplitude 40 (2) von zwischen
5–30 mm,
eine Wellenlänge 42 (2)
von 30–165
mm, eine Formänderungsfestigkeit
von zumindest 200 MPa und einen Youngschen Modul von ungefähr 30 GPa
aufweist. Der vierte und der fünfte Bereich
R4 und R5 haben vorzugsweise keine Pufferunterlage 18,
sondern bilden vielmehr einen gleichmäßig verlaufenden Übergang
von den Bereichen R1–R3,
wobei die obere Schicht 20 sich mit dem Hauben-Außenblech 24 an
der linken und der rechten Seitenkante 14C, 14D krümmt. Außerdem beträgt der Abstand
C vorzugsweise nicht weniger als 70 mm.
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Es
sind hier zwar die besten Umsetzungsarten der Erfindung im Detail
beschrieben, für
den Fachmann auf dem Gebiet, zu welchem diese Erfindung gehört, sind
jedoch verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen
für die
Umsetzung der Erfindung im Umfang der beigefügten Patentansprüche erkenntlich.