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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haube, insbesondere eine Fronthaube oder Motorhaube, für ein Kraftfahrzeug, mit einer Außenhaut und einer die Außenhaut an Kontaktstellen lokal unterstützenden und sich zwischen den Kontaktstellen beabstandet von der Außenhaut erstreckenden Versteifungslage. Eine solche Haube ist beispielsweise aus
US 2004/0021342 A1 bekannt.
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Wenn bei einem Unfall ein Fußgänger angefahren wird, schlägt meist dessen Kopf auf die Motorhaube des Fahrzeugs auf und drückt diese ein. Um die Gefahr schwerer Verletzungen beim Aufschlag auf die Haube zu verringern, sind vom Gesetzgeber Grenzwerte des sogenannten Head Impact Criterion (HIC) festgelegt worden, die eingehalten werden müssen, damit ein Fahrzeug für den Straßenverkehr zugelassen werden kann.
US 2004/0021342 A1 empfiehlt zur Reduzierung des HIC-Werts, die Versteifungslage mit einer Wellenstruktur zu versehen, deren höchste Punkte, ggf. jeweils über eine Montagekleberschicht hinweg, die Außenhaut der Haube lokal unterstützende Kontaktstellen bilden. Einem Ausführungsbeispiel zufolge kann die Haube eine Struktur ähnlich der von einseitiger Wellpappe aufweisen: in der Versteifungslage sind zueinander parallele Wellen geformt, deren geradlinig langgestreckte Scheitel die die Außenhaut unterstützenden Kontaktstellen bilden. An einem Stück einseitigem Wellkarton ist leicht nachzuvollziehen, dass die Belastbarkeit einer solchen Struktur nicht isotrop ist: Wenn die Haube unmittelbar an einer Kontaktstelle getroffen wird, kann die Außenhaut entlang der Kontaktstelle relativ leicht einknicken. Im Falle eines Treffers zwischen zwei Kontaktstellen bildet sich eine sich zwischen den Kontaktstellen erstreckende Falte der Außenhaut, die ebenfalls die Tragfähigkeit der Haube erheblich beeinträchtigt.
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Es wäre zwar denkbar, zu versuchen, die Isotropie der Haube zu verbessern, indem, wie ebenfalls in einem Ausführungsbeispiel der zitierten Schrift gezeigt, in der Versteifungslage anstelle langgestreckter Rippen eine Zeilen- und Spaltenanordnung von Ausbuchtungen geformt wird, wobei wahlweise die Spitzen der Ausbuchtungen an der Außenhaut anliegen oder von dieser abgewandt sein können. Sind die Spitzen der Außenhaut zugewandt, dann können sich in dieser bei Überlastung Falten sowohl in Längs- als auch in Querrichtung bilden, sodass die Belastbarkeit nicht verbessert ist. Sind die Ausbuchtungen von der Außenhaut abgewandt, sodass die Kontaktstellen zwischen Außenhaut und Versteifungslage jeweils ein Muster von sich kreuzenden Linien zwischen den Ausbuchtungen bilden, dann kann die Haube entlang dieser Linien leicht knicken, sodass ebenfalls die Belastbarkeit nicht befriedigend verbessert ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Haube für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die einerseits einen niedrigen HIC-Wert aufweist und trotzdem belastbar genug ist, um einen aufschlagenden Körper auf kurzer Strecke wirksam zu verzögern und so die Gefahr eines Durchschlagens auf unter der Haube angeordnete, im Wesentlichen nicht verformbare Teile des Kraftfahrzeugs zu vermindern.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Haube für ein Kraftfahrzeug mit einer Außenhaut und einer die Außenhaut an Kontaktstellen lokal unterstützenden und sich zwischen den Kontaktstellen beabstandet von der Außenhaut erstreckenden Versteifungslage wenigstens ein Stützelement einen Zwischenraum zwischen der Außenhaut und der Versteifungslage lokal ausfüllt, das durch einen in dem Zwischenraum expandierten Schaumstoff gebildet ist. Indem das Stützelement beim Expandieren an die der Versteifungslage zugewandte Innenseite der Außenhaut eng anlegt, verhindert es die Ausbreitung einer Falte in der Außenhaut abseits der Kontaktstellen. Anders als bei den Kontaktstellen selber, wo die Versteifungslage dadurch, dass sie unmittelbar an der Außenhaut anliegt, diese nur unwesentlich versteifen kann, ist sie im Bereich des Stützelements von der Außenhaut beabstandet und durch das Stützelement an einer Annäherung an die Außenhaut gehindert. Das Stützelement verhindert dadurch wirksam die Neigung der Haube zum Einknicken unter Last, so dass eine hoch belastbare Haube bei niedrigen Wandstärken der Außenhaut und der Versteifungslage realisiert werden kann und dementsprechend leicht an Gewicht ist. Das Stützelement selber trägt nur wenig zum Gewicht der Haube bei, da aufgrund der Schaumstruktur seine Dichte gering ist.
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In einer wirksamen Anordnung bilden die Kontaktstellen der Versteifungslage zusammen mit dem wenigstens einen Stützelement in Draufsicht auf die Haube eine Gitter- oder Wabenstruktur. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen herkömmlichen Haube, bei der die Versteifungslage allein die Gitterstruktur bildet, ist bei der erfindungsgemäßen Haube in den vom Stützelement gebildeten Bereichen der Gitterstruktur die Versteifungslage von der Außenhaut beabstandet gehalten, sodass hier eine wirksame Stabilisierung der Haubenform erreicht wird.
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Wenn die Kontaktstellen von Außenhaut und Versteifungslage langgestreckt sind, dann sollte das wenigstens eine Stützelement vorzugsweise quer zu jeweils benachbarten Kontaktstellen langgestreckt sein, um die Ausbreitung von Falten in einem zwischen den Kontaktstellen verlaufenden Bereich der Außenhaut zu unterbinden.
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Einer einfachen Ausgestaltung zufolge können die Kontaktstellen sich parallel zueinander erstrecken. So können sie zusammen mit den Stützelementen eine rechteckige Gitterstruktur bilden.
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Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge erstrecken sich die Kontaktstellen radial von einem zentralen Bereich der Haube aus.
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Das wenigstens eine Stützelement kann sich dann ringförmig um den zentralen Bereich erstrecken, um eine spinnennetzähnliche Gitterstruktur zu bilden.
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Die Kontaktstellen sind vorzugsweise als Scheitel von langgestreckten Rippen der Versteifungslage ausgebildet. So kann die Versteifungslage auf einfache und wirtschaftliche Weise aus Flachmaterial gefertigt werden.
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Es können jeweils voneinander getrennte Stützelemente auf entgegengesetzten Seiten einer Rippe angeordnet sein; unter Fertigungsgesichtspunkten ist jedoch bevorzugt, dass das Stützelement wenigstens eine der Rippen kreuzt, um so die Zahl der zu montierenden Komponenten zu minimieren.
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Die Kontaktstelle der gekreuzten Rippe kann in Höhe des Stützelements unterbrochen sein, um das Stützelement die Rippe passieren zu lassen.
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Denkbar ist auch, dass die Versteifungslage einen von der Außenhaut abgewandten Graben aufweist, in dem sich das Stützelement durchgehend erstreckt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine Versteifungslage einer Motorhaube für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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2 einen schematischen Schnitt durch die Haube der 1 entlang der Linie II-II unmittelbar nach dem Zusammenfügen der Versteifungslage und einer Außenhaut;
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3 einen zu 2 analogen Schnitt nach dem Lackieren der Haube;
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4 eine zu 1 analoge Draufsicht gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
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5 einen zu 2 analogen Schnitt gemäß der dritten Ausgestaltung;
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6 eine zu 1 analoge Draufsicht gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung;
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7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII aus 6;
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8 eine zu 1 analoge Draufsicht gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung; und
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9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX aus 8.
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Die in 1 in Draufsicht gezeigte Versteifungslage 1 hat im Wesentlichen den gleichen Umriss wie eine in 1 nicht dargestellte Außenhaut 2 (siehe 2) und ist mit dieser entlang ihres äußeren Randes 3 fest verbunden, um die Fronthaube eines Kraftfahrzeugs zu bilden. Die hierfür verwendete Verbindungstechnik, z. B. Schweißen, Löten, Kleben, Umbörteln, kann je nach Werkstoff oder Kombination von Werkstoffen der Versteifungslage 1 und der Außenhaut 2, insbesondere Stahlblech, Aluminiumblech, faserverstärkter Kunststoff, Organoblech, gewählt werden. In der Versteifungslage 1 sind in Fahrzeuglängsrichtung langgestreckte Rippen 8 geformt, deren Scheitelpunkte sich kontinuierlich über einen Großteil der Längsausdehnung der Verstärkungslage 1 erstreckende Kontaktstellen 4 bilden, auf denen nach dem Zusammenfügen von Versteifungslage 1 und Außenhaut 2 letztere – ggf. über eine nicht dargestellte Montagekleberschicht – aufliegt. Im Querschnitt der 2 sind die Rippen 8 sind mit schrägen Flanken auf beiden Seiten dargestellt, sodass die Versteifungslage im Ganzen im Schnitt in Fahrzeugquerrichtung einen wellenförmigen Verlauf aufweist. Selbstverständlich können die Flanken der Rippen 8 auch steiler als gezeigt, bis hin zur vertikalen Orientierung, und die Zwischenräume zwischen den einzelnen Rippen 8 deutlich breiter als die Rippen 8 selber sein.
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In die Zwischenräume 5 zwischen den Kontaktstellen 4 sind Streifen 6 aus einem unter Hitzeeinwirkung expandierbaren Kunststoffmaterial eingelegt. Der Schnitt der 2 zeigt drei solche Zwischenräume 5, wobei beim linken und beim mittleren die Schnittebene durch die Streifen und beim rechten Wellental zwischen zwei im Abstand von einander verlegten Streifen 6 verläuft. Die Streifen 6 sind quer zu den Kontaktstellen 4 langgestreckt. Sie können an der Versteifungslage 1 provisorisch verklebt sein, damit sie während des Zusammenfügens der Versteifungslage 1 mit der Außenhaut 2 und bei der späteren Montage der so erhaltenen Haube in einer Kraftfahrzeugkarosserie nicht verrutschen.
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Während des Lackierens ist diese Karosserie einer hohen Temperatur ausgesetzt, die die Streifen 6 zu quer zu den Kontaktstellen 4 langgestreckten Stützelementen 7 aus Hartschaum expandieren lässt. Die Stützelemente 7 füllen den von Versteifungslage 1 und Außenhaut 2 zwischen zwei Kontaktstellen 4 begrenzten Zwischenraum wie in 3 gezeigt über seinen gesamten Querschnitt hinweg aus. Entlang eines jeden Zwischenraums sind die Stützelemente 7 durch leer bleibende Abschnitte voneinander getrennt, wie im rechten Teil von 3 zu erkennen. Wenn auf die Haube zwischen zwei Kontaktstellen 4 ein schwerer Körper wie etwa der Kopf eines Fußgängers aufschlägt, dann wird die Außenhaut 2 zwar lokal eingedrückt, und es kann sich eine Falte in der Außenhaut 2 bilden, wenn die Haube nachgibt. Wenn diese Falte sich ausbreitet, trifft sie nach kurzem Weg entweder auf eine der Kontaktstellen 4 oder auf eines der Stützelemente 7, die sie nicht passieren kann. Um eine weitere Verformung der Haube zu ermöglichen, muss sich in einem angrenzenden nicht unterstützten Bereich der Außenhaut 2 eine Falte spontan neu bilden, was erhebliche Energie erfordert. Daher kann die Haube auch bei leichter Bauweise und eventuell geringer Wandstärken der Versteifungslage 1 und der Außenhaut 2 auf einem kurzen Verformungsweg viel kinetische Energie dissipieren.
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4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Versteifungslage 1 mit darauf angebrachten Streifen 6 aus expandierbarem Material gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Wie bei der ersten Ausgestaltung sind an der Versteifungslage 1 in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Rippen 8 geformt, deren Spitzen die Außenhaut 2 unterstützende Kontaktstellen 4 bilden. Anders als bei der Ausgestaltung der 1 erstrecken sich die Kontaktstellen 4 jedoch nicht kontinuierlich über die gesamte Länge der Rippen 8, sondern sind stellenweise durch weniger hoch aufragende, sattelförmige Abschnitte 9 unterbrochen. Diese Abschnitte 9 sind an den verschiedenen sich nebeneinander erstreckenden Rippen 8 so platziert, dass jeweils einer der Streifen 6 durch zu einander benachbarte sattelförmige Abschnitte 9 mehrerer Rippen 8 hindurch verlegt werden kann.
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5 zeigt einen schematischen Schnitt durch die Haube entlang der Linie V-V aus 4. Man erkennt einen Streifen 6, der in die sattelförmigen Abschnitte 9 von zwei zentralen Rippen 8 der Haube eingelegt ist. Die sattelförmigen Abschnitte 9 der seitwärts angrenzenden Rippen 8, durch die der Streifen 6 ebenfalls verläuft, liegen außerhalb der Schnittebene.
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Diese zweite Ausgestaltung erlaubt eine wirtschaftlichere Fertigung als die erste, zum einen, da die Zahl der zu verlegenden Streifen 6 wesentlich kleiner ist, zum anderen, weil durch die sattelförmigen Abschnitte 9 in den Rippen 8 die Stellen, an denen die Streifen 6 platziert werden müssen, vorgegeben sind und für ein korrektes Platzieren der Streifen 6 kein Maßnehmen erforderlich ist.
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6 zeigt eine Draufsicht auf die Versteifungslage 1 gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung, und 7 zeigt einen Schnitt entlang der Ebene VII-VII der 6. In einem zentralen Bereich der Versteifungslage 1 ist bei dieser Ausgestaltung ein flacher Kegel geformt, dessen Spitze eine die Außenhaut 2 punktuell unterstützende Kontaktstelle 10 bildet. Den Fuß des Kegels bildet ein flacher, kreisförmiger Graben 11, von dem aus weitere Gräben 12 sich geradlinig und radial in Richtung des Randes 3 erstrecken. Zwischen je zwei benachbarten radialen Gräben 12 ist die Versteifungslage 1 aufgewölbt, um Rippen 8 zu bilden, deren Spitzen sich ebenfalls geradlinig in radialer Richtung erstreckende, die Außenhaut 2 unterstützende Kontaktstellen 4 bilden. Diese Struktur erlaubt es, Kräfte, die bei einem Aufschlag in der Mitte der Haube, in der Nähe des Kegels, einwirken, effizient sowohl in Fahrzeuglängs- als auch in ☐querrichtung zum Rand 3 hin abzuleiten.
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Ein Ring 13 aus heiß expandierbarem Kunststoffmaterial kann in den Graben 11 vor Anbringung der Außenhaut 2 an der Versteifungslage 1 eingelegt werden, oder er kann, wie in dem Schnitt der 7 angedeutet, zunächst an der Unterseite der Außenhaut 2 angeheftet werden, bevor diese mit der Versteigungslage 1 verbunden wird. Eine zu dem Graben 11 exakt konzentrische Positionierung des Rings 13 ist nicht erforderlich. Wenn die Haube während des Lackierens der Karosserie hoher Temperatur ausgesetzt ist, expandiert der Ring 13, wie in 7 gezeigt, zu einem Stützelement 7, das rings um die zentrale Kontaktstelle 10 herum, sowohl an der Außenhaut 2 als auch an der Versteifungslage 1, jeweils mit einer kontinuierlichen ringförmigen Kontaktfläche 14 bzw. 15 anliegt. Wenn ein Kopfaufschlag in einem seitlichen Bereich der Haube stattfindet und dabei eine sich in einem Zwischenraum zwischen zweien der langgestreckten Kontaktstellen 4 ausbreitende Falte entsteht, dann trifft diese bei ihrer Ausbreitung zwangsläufig auf den Ring 13, der ihre weitere Ausbreitung auf die gegenüberliegende Seite der Haube behindert.
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8 zeigt eine Draufsicht auf die Versteifungslage 1 und 9 einen Schnitt durch die fertige Haube entlang der Linie IX-IX aus 8 gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung. Wie bei der dritten Ausgestaltung erstrecken sich hier Rippen 8 mit Kontaktstellen 4 radial zwischen einem zentralen Bereich und dem Rand 3 der Versteifungslage 1. Der Ring 13 aus expandierbarem Kunststoffmaterial ist im zentralen Bereich der Versteifungslage 1 an den inneren Enden der Kontaktstellen 4 platziert. So sind nach dem Expandieren des Rings 13 die inneren Enden der Kontaktstellen 4 in den Schaumstoff des (in 8 als eng gestrichelter Umriss dargestellten) Stützelements 7 eingebettet, und das Stützelement 7 kann die Ausbreitung von Falten der Außenhaut 2 von einem Zwischenraum zwischen zwei Kontaktstellen 4 in einen benachbarten wirksam unterdrücken.
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Ein weiterer Unterschied zur Ausgestaltung der 6 und 7 ist das Fehlen der Kontaktstelle 10. Der Kegel, dessen Spitze die Kontaktstelle 10 bildete, fehlt hier völlig, statt dessen umgibt das Stützelement 7 eine gewichtsparende Öffnung 16 in der Versteifungslage 1.
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Einer weiteren, nicht zeichnerisch dargestellten Abwandlung zufolge können auch die radial orientierten Rippen 8 der dritten bzw. vierten Ausgestaltung sattelförmige Abschnitte aufweisen, die das Verlegen eines oder mehrerer weiterer Ringe oder Streifen aus expandierbarem Kunststoffmaterial um den Ring 13 herum ermöglichen und so die Außenhaut 2 auch in Randnähe, wo der Abstand zwischen den Kontaktstellen 4 benachbarter Rippen 8 immer größer wird, versteifen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Versteifungslage
- 2
- Außenhaut
- 3
- Rand
- 4
- Kontaktstelle
- 5
- Zwischenraum
- 6
- Streifen
- 7
- Stützelement
- 8
- Rippe
- 9
- sattelförmiger Abschnitt
- 10
- Kontaktstelle
- 11
- Graben
- 12
- Graben
- 13
- Ring
- 14
- Kontaktfläche
- 15
- Kontaktfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2004/0021342 A1 [0001, 0002]
