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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haubenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 8, wie beispielsweise aus den Druckschriften
DE 101 36 003 A1 ,
DE 601 26 673 T2 oder
US 5 791 118 A bekannt, sowie ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 20.
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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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Aufgabe der Erfindung ist es, eine energieabsorbierende Fahrzeughaubenanordnung mit einer gewellten Pufferunterlage zu schaffen, die ein verbessertes Eindrückverhalten und eine gleichmäßigere Absorption von kinetischer Energie bietet sowie ein Fahrzeug mit dieser Haubenanordnung auszugestalten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 8 und 20 gelöst. Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. 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 festgeklebt. 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 schüren. 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 innerhalb 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 Parameter 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 gegebene 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-Eindrückfestigkeit 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-Eindrückfestigkeit 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.