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Die Erfindung betrifft eine Frontklappe für ein Kraftfahrzeug, welche zum Schutz von Fußgängern bei einer Kollision mit dem Kraftfahrzeug eine deformierbare Kopfaufprallzone aufweist, wobei die Frontklappe ein dünnwandiges Außenblech und ein unterhalb des Außenblechs angeordnetes und mit dem Außenblech verbundenes Innenblech umfasst und das Außenblech und/oder das Innenblech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
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Kraftfahrzeuge müssen immer höheren Sicherheitsanforderungen entsprechen. Die Maßnahmen zur Erhöhung der passiven Sicherheit des Kraftfahrzeugs betreffen nicht nur den Schutz der Fahrzeuginsassen, sondern zunehmend auch den Schutz von Fußgängern oder anderen Verkehrsteilnehmern im Falle einer Kollision mit dem Kraftfahrzeug. Bei Kollisionen eines Fußgängers mit einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei einem Frontalaufprall, wird der Fußgänger oftmals im unteren Beinbereich ausgehebelt und trifft mit seinem Oberkörper oder seinem Kopf auf die Frontklappe des Kraftfahrzeugs auf, was zu schweren Verletzungen des Fußgängers führen kann. Von besonderem Interesse ist die Minimierung des Kopfverletzungsrisikos eines Fußgängers, zu dessen Bestimmung das sogenannte „Head-Injury-Criteria“ (HIC) entwickelt wurde. Zur Überprüfung und Ermittlung des HIC sind Aufprallversuche mit Prüfkörpern entwickelt worden, bei denen der Beschleunigungsverlauf des Prüfkörpers, welcher den Kopf eines Fußgängers simuliert, beim Aufprall, beispielsweise auf die Frontklappe eines Kraftfahrzeugs, gemessen und das HIC bestimmt wird.
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Zur Minimierung des HIC bzw. zur Reduzierung des Verletzungsrisikos des Fußgängers muss der potentielle Aufschlagbereich des Fußgängers auf der Frontklappe möglichst nachgiebig und verformbar sein. Allerdings steht zwischen der Frontklappe und den Aggregaten nur ein sehr kleiner Freiraum zur Verfügung, sodass der Deformationsweg, um den die Frontklappe im Fall einer Kollision mit einem Fußgänger nachgeben kann, nur sehr gering ist. Weiterhin muss die Frontklappe zum Schutz der Fahrzeuginsassen bei einem Frontalaufprall vorgegebene Anforderungen in Bezug auf die Steifigkeit erfüllen und so gestaltet sein, dass durch ein Zusammenstauchen der Frontklappe in Fahrzeuglängsrichtung eine definierte Deformation und somit eine gezielte Energieumsetzung erfolgt.
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Um diesen widersprüchlichen Anforderungen gerecht werden zu können, wird die Frontklappe vielfach als Zusammenbau eines die Sichtseite der Frontklappe bildenden Außenblechs und eines unterhalb des Außenblechs angeordneten Innenblechs gestaltet, welches in einem potentiellen Aufschlagbereich des Kopfs bzw. des Oberkörpers Deformations- und/oder Versteifungselemente aufweist, durch die die Frontklappe in den vorbestimmten Kopfaufprallzonen die Aufprallenergie besonders wirksam aufnehmen und abbauen kann. Eine derartige Frontklappe ist bereits aus der
DE 10 2005 027 124 A1 bekannt, wobei das Außenblech und das Innenblech aus Stahl oder Aluminium bestehen.
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Die
DE 601 26 673 T2 bezieht sich auf eine Fahrzeugmotorhauben-Verkleidungsstruktur, welche sich in der Kopfaufschlagwiderstandsfähigkeit zum Schützen eines Fußgängers auszeichnet und aus einem Material, wie einem Aluminiumlegierungsstahl, gefertigt bzw. hergestellt ist. Die Fahrzeugmotorhauben-Verkleidungsstruktur ist als eine geschlossene Querschnittsstruktur ausgebildet und umfasst eine Kombination einer Außenplatte bzw. eines Außenpaneels und einer Innenplatte bzw. eines Innenpaneels.
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Die
DE 19902311 A1 offenbart eine fußgängerfreundliche Kraftfahrzeug-Fronthaube mit einer Unterstruktur, einer Deckschale und einer als Deformationsschicht dienenden Zwischenschicht, die die Deckschale gleichsam schwimmend ohne direkte Abstützung an der Unterstruktur trägt. Deckschale und Zwischenschicht sind zur Erzeugung eines Deformationswegs beim Aufprall des Kopfes eines Kindes ausgelegt, während eine Verformung der Unterstruktur erst beim Kopfaufprall eines Erwachsenen erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Frontklappe für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, durch welche der Fußgängerschutz bei einer Fußgänger-Fahrzeug-Kollision verbessert wird und welche gleichzeitig die zum Schutz des Fahrzeuginsassen erforderliche Steifigkeit sowie ein geringes Gewicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Frontklappe gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Frontklappe vorgesehen, bei der das Innenblech zumindest im Bereich der Kopfaufprallzone als ebenes Blech ausgebildet ist, welches unmittelbar mit dem Außenblech verklebt ist und bei der das Innenblech zumindest im Bereich der Kopfaufprallzone in einem konstanten Abstand von dem Außenblech angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen 5 mm und 15 mm beträgt. Unter einem ebenen Blech wird erfindungsgemäß ein Blech ohne lokale Steifigkeitsveränderungen, beispielsweise ein Blech ohne Sicken, ohne zusätzliche Profile oder andere, die Steifigkeit des Bauteils verändernde Elemente, verstanden. Allerdings umfasst ein ebenes Blech im Sinne der Erfindung auch solche Bleche, die in sich gewölbt ausgebildet sind. Durch das erfindungsgemäß ausgebildete und in einem konstanten Abstand zum Außenblech angeordnete Innenblech wird im Bereich der Kopfaufprallzone bei einem Kopfaufprall, insbesondere in den ersten 3 ms des Kopfaufschlags, zusätzlich träge Masse angebunden, die den auftreffenden Kopf optimal verzögert. Hierdurch kann der erste Ausschlag (1. Peak) der Beschleunigungskurve in vorteilhafter Weise erhöht werden. Im Vergleich zu konventionell verwendeten Innenblechen aus bzw. mit Verstärkungs- oder Versteifungsprofilen oder stark versickten Innenblechen wird die Masse bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Frontklappe so weich wie nur möglich angebunden, ohne dabei die lokale Biegesteifigkeit der Fläche signifikant zu erhöhen. Durch eine Veränderung der Dicke des Außenblechs und/oder des Innenblechs kann festgelegt werden, wie viel träge Masse angebunden wird. Selbstverständlich kann das Außenblech und/oder das Innenblech auch aus Kunststoff und/oder einem faserverstärkten Kunststoff, wie beispielsweise CFK oder GFK, hergestellt sein.
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In einer anderen besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Außenblech und/oder das Innenblech aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, welche eine Streckgrenze von etwa 114 bis 134 N/mm2 aufweist. Im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Aluminiumlegierungen, welche ein Streckgrenze von etwa 200 N/mm2 aufweisen, wird die Aluminiumlegierung mit niedriger Streckgrenze bei einer Auslegung auf die gleiche Biegesteifigkeit wesentlich eher plastifiziert. Durch die früher einsetzende Plastifizierung kann bei einem Kopfaufprall wesentlich mehr Energie angebaut werden, sodass wesentlich weniger Energie durch die Ankopplung an eine unter der Frontklappe angeordnete Struktur abgebaut werden muss. Hierdurch resultiert ein kleiner zweiter Ausschlag (2. Peak) der Beschleunigungskurve. Der Beginn der Plastifizierung findet bei einer der erfindungsgemäß verwendeten Aluminiumlegierung im gleichen Dehnungsbereich statt als bei einem Stahlwerkstoff, wobei das Gewicht der Frontlappe aus der Aluminiumlegierung wesentlich geringer ist als das Gewicht der Frontklappe aus Stahl. Außerdem ist die beanspruchte Aluminiumlegierung aufgrund der genannten Materialeigenschaften bei Hagelschlag von Vorteil.
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Eine weitere besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Frontklappe wird auch dadurch geschaffen, dass zwischen dem Innenblech und dem Außenblech ein den Abstand zwischen dem Innenblech und dem Außenblech definierender, adhäsiver Zusatzwerkstoff vorgesehen ist. Durch den beispielsweise als Klebstoff ausgebildeten Zusatzwerkstoff erfolgt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Innen- und dem Außenblech. Gleichzeitig fungiert der ausgehärtete Klebstoff als Abstandshalter zwischen den beiden Blechen, sodass gewährleistet wird, dass das Innenblech im Bereich der Kopfaufprallzone einen konstanten Abstand zum Außenblech aufweist. Die Verteilung des Klebstoffs kann entsprechend den unterschiedlichen Kraftniveaus zwischen einem Kinder- und einem Erwachsenenkopf erfolgen.
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In diesem Fall erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der adhäsive Zusatzwerkstoff als Schaum ausgebildet ist, welcher das Innenblech im Bereich der Kopfaufprallzone vollflächig mit dem Außenblech verbindet. Durch die Verklebung mittels eines sehr weichen Schaums kann die zusätzliche Masse ohne zusätzliche Steifigkeit angebunden werden, wobei der Schaum im Bereich der Kopfaufprallzone den gesamten Raum zwischen dem Innenblech und dem Außenblech ausfüllt. Der Klebstoff kann in den durch das Innen- und Außenblech gebildeten Zwischenraum eingespritzt werden und dann expandieren.
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Eine alternative Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der adhäsive Zusatzwerkstoff als Klebstoff, insbesondere mit einem Schubmodul zwischen 0,05 N/mm2 und 0,6 N/mm2 ausgebildet ist, wobei das Innenblech im Bereich der Kopfaufprallzone partiell mit dem Außenblech verbunden ist. Dabei hat sich bei einem großen Abstand zwischen Außenblech und Innenblech (etwa 10 mm) aufgrund der aus dem Abstand resultierenden hohen Steifigkeit ein Klebstoff mit einem Schubmodul von etwa 0,1 N/mm2 und einem E-Modul von etwa 0,3 N/mm2 als besonders vorteilhaft erwiesen. Bei einem kleineren Abstand zwischen dem Außenblech und dem Innenblech (etwa 5 mm) und einer entsprechend geringeren Steifigkeit hat sich dagegen ein Klebstoff mit einem Schubmodul von etwa 0,55 N/mm2 und einer Zugscherfestigkeit von etwa 1,7 N/mm2 als besonders zweckmäßig erwiesen.
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Dieser Erfindungsgedanke lässt sich dadurch ergänzen, dass das Innenblech und das Außenblech durch mehrere durchgehende und/oder unterbrochene Klebstoffbahnen partiell miteinander verbunden sind. Hierbei werden mehrere, sich in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckende Kleberaupen in einem vorbestimmten Abstand nebeneinander angeordnet. Zur Gewichtsoptimierung der Frontklappe können die Klebebahnen auch gesteppt ausgebildet sein.
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Eine andere besonders zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass an der Frontklappe fixierte Stütz- und/oder Verstärkungsteile aus einer zweiten Aluminiumlegierung hergestellt sind, die eine größere Streckgrenze aufweist als die Aluminiumlegierung des Innen- und/oder Außenblechs.
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Alternativ ist weiterhin vorgesehen, dass das Innenblech ein als Rahmen ausgebildetes und eine Aussparung aufweisendes Basisteil und ein in der Aussparung angeordnetes Einsatzteil aufweist, wobei zumindest das Einsatzteil mit dem Außenblech verklebt ist und das Einsatzteil stoff-, kraft- oder formschlüssig mit dem Basisteil verbunden ist. Das Innenblech kann beispielsweise durch Schrauben, Schweißen, Clinchen oder Stanznieten in das rahmenartige Basisteil eingebaut werden. Außerdem kann das Einsatzteil umfangsseitig angeordnete Laschen aufweisen, mittels welchen das Einsatzteil mit dem Basisteil verbunden werden kann.
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Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein die Aussparung begrenzender Randabschnitt des Basisteils eine als Sollknickstelle ausgebildete Materialschwächung aufweist. Hierdurch können die Eigenschaften der Frontklappe bzw. der Kopfaufprallzone bei einem Aufprall eingestellt werden
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Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass in einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs hinteren Bereich der Frontklappe zumindest ein sich quer zur Fahrtrichtung erstreckender Einleger, insbesondere aus Stahl, vorgesehen ist, welcher unmittelbar mit dem Außenblech verklebt ist. Durch das Vorsehen eines Stahleinlegers im hinteren Kinderkopfaufschlagbereich und das Verkleben des Einlegers direkt mit dem Außenblech wird der erste Ausschlag (1. Peak) der Beschleunigungskurve durch die zusätzlich angekoppelte Masse so beeinflusst, dass ein niedriger HIC-Wert erreicht werden kann. Der Einleger kann aus mehreren Einzelblechen bestehen, welche unterschiedliche Wandstärken aufweisen können. Vorzugsweise sind mittig dünnere Bleche angeordnet als in den Außenbereichen. Um die Korrosion zwischen dem Außenblech aus Aluminium und dem Einleger aus Stahl zu verhindern, können die Einzelbleche jeweils mit einer Kunststoffbeschichtung versehen sein. Die Einzelbleche können mit der Unterseite des Außenblechs verschraubt, verklebt oder auf andere Art fixiert werden. Für den Fußgängerschutz bzw. einen guten HIC-Wert ist es wichtig, dass der Einleger innerhalb der ersten 5 ms nach Auftreffen des Kopfs auf das Außenblech der Frontklappe massetechnisch angekoppelt ist.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine Frontklappe eines Kraftfahrzeugs in einer Draufsicht;
- 2 eine entlang der Linie A-A geschnittene und vergrößerte Darstellung der aus einem Außenblech und einem Innenblech bestehenden Frontklappe aus 1;
- 3 eine zweite Ausführungsform der Frontklappe in einer Explosionsdarstellung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Klebeverbindung zwischen dem Außenblech und dem Innenblech;
- 5 eine zweite Variante der Klebeverbindung zwischen dem Außenblech und dem Innenblech in einer schematischen Darstellung;
- 6 eine Darstellung eines Basisteils mit einer Materialschwächung in einer Draufsicht;
- 7 eine Darstellung der Materialschwächung des Basisteils aus 6 in einer perspektivischen Ansicht;
- 8 eine schematische Darstellung der Frontklappe mit einem sich quer zu Fahrtrichtung erstreckenden Einleger.
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1 zeigt eine Frontklappe 1 eines Kraftfahrzeugs 2 in einer Draufsicht. Die Frontklappe 1 weist zum Schutz von Fußgängern bei einer Kollision mit dem Kraftfahrzeug 2 eine deformierbare Kopfaufprallzone 3 auf.
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In 2 ist die Frontklappe 1 aus 1 in einer entlang der Linie A-A geschnittenen Ansicht dargestellt. Die Frontklappe 1 besteht aus einem dünnwandigen Außenblech 4 und einem unterhalb des Außenblechs 4 angeordneten dünnwandigen Innenblech 5. Zwischen dem einteilig ausgebildeten Innblech 5 und dem Außenblech 4 ist im Bereich der Kopfaufprallzone 3 der Frontklappe 1 ein die beiden Bleche verklebender, adhäsiver Zusatzwerkstoff 6 vorgesehen. Sowohl das Innenblech 5 als auch das Außenblech 4 sind aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung hergestellt. Im Bereich der Kopfaufprallzone 3 ist das als ebenes Blech ausgebildete und parallel zum Außenblech 4 angeordnete Innenblech 5 direkt mit dem Außenblech 4 verklebt. Das Innenblech 5 weist im Bereich der Kopfaufprallzone 3 einen konstanten Abstand a von dem Außenblech 4 auf, welcher zwischen 5 mm und 15 mm betragen kann.
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Eine zweite Ausführungsform der Frontklappe 1 in einer Explosionsansicht ist in 3 dargestellt. Das Innenblech 5 besteht aus einem als Rahmen ausgebildeten Basisteil 7, welches im Bereich der Kopfaufprallzone 3 eine Aussparung 8 aufweist. In der Aussparung 8 des Basisteils 7 ist ein in etwa der Größe der Kopfaufprallzone 3 entsprechendes Einsatzteil 9 angeordnet, welches unmittelbar mit dem Außenblech 4 verklebt ist. Das Einsatzteil 9 ist durch eine stoff-, kraft- oder formschlüssige Verbindung in der Aussparung 8 des Basisteils 7 fixiert. Für die Fixierung des Einsatzteil 9 in der Aussparung 8 des Basisteils 7 weist das Einsatzteil 9 mehrere auf dem Umfang verteilt angeordnete Laschen 10 auf. Weiterhin sind an der Frontklappe 1 bzw. an dem rahmenartigen Basisteil 7 diverse Stütz- und/oder Verstärkungsteile 11 befestigt. Die Stütz- und Verstärkungsteile 11 können beispielsweise im vorderen und hinteren Bereich der Frontklappe, im Bereich der Scharnieranbindung und im Bereich einer Gasfederabstützung angeordnet sein.
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Der in 2 dargestellte adhäsive Zusatzwerkstoff 6 kann als Schaum ausgebildet sein, welcher das Innenblech 5 im Bereich der Kopfaufprallzone 3 vollflächig mit dem Außenblech 4 verbindet. Bei dem in 4 dargestellten alternativen Klebekonzept ist der Klebstoff als Klebstoffbahn 12 bzw. Kleberraupe zwischen dem Innenblech 5 und dem Außenblech 4 angeordnet. Hierbei werden mehrere in Fahrtrichtung 13 des Kraftfahrzeugs 2 ausgerichtete Klebstoffbahnen 12 nebeneinander angeordnet. Zur Optimierung des Gewichts der Frontklappe 1 können die Klebstoffbahnen 12 auch gesteppt ausgebildet sein (5).
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Die 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform des Basisteils 7. Hierbei weist ein die Aussparung 8 begrenzenden Randabschnitt des Basisteils 7 eine als Sollknickstelle ausgebildete Materialschwächung 14 auf.
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Die erfindungsgemäße Frontklappe ist in 8 dargestellt. In einem in Fahrtrichtung 13 hinteren Bereich der Frontklappe 1 ist ein sich quer zur Fahrtrichtung 13 erstreckender Einleger 15 vorgesehen, welcher unmittelbar mit der Unterseite des Außenblechs 4 verklebt ist. Der Einleger 15 besteht aus mehreren Einzelblechen 16, welche jeweils unterschiedliche Wandstärken aufweisen können. In diesem Fall sind die außen angeordneten Einzelbleche 16 dicker als die oder das mittig angeordneten Einzelblech 16.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Frontklappe
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Kopfaufprallzone
- 4
- Außenblech
- 5
- Innenblech
- 6
- Zusatzwerkstoff
- 7
- Basisteil
- 8
- Aussparung
- 9
- Einsatzteil
- 10
- Lasche
- 11
- Stütz- oder Verstärkungsteil
- 12
- Klebstoffbahn
- 13
- Fahrtrichtung
- 14
- Materialschwächung
- 15
- Einleger
- 16
- Einzelblech
