Ein allgemein bekannter Aufbau eines Vorderwagens eines Kraftfahrzeugs umfaßt als wesentliche Bestandteile tragende Wandaufbauteile und eine Fronthaube, die im allgemeinen den Motorraum abdeckt, wobei die tragenden Wandaufbauteile zumindest teilweise die geschlossene Fronthaube randseitig umgeben.

Im Fall einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit Fußgängern wird seit langem ver- sucht, das Risiko der schwerwiegenden Verletzung der Fußgänger weiter zu redu- zieren. Dazu werden beispielsweise die Stoßfänger im Frontbereich in ihren me- chanischen Eigenschaften optimiert, um die Fußgänger besser zu schützen. So beschreibt die EP-A-1 046 546 einen Stoßfänger bestehend aus einer Deckschicht und einem darunter optional angeordneten Absorber, wobei die Steifigkeit des unteren Teils des Stoßfängers höher ist als die Steifigkeit des oberen Teils des Stoßfängers. Dazu wird vorgeschlagen, die oberen Zweidrittel, bezogen auf die Höhe des Stoßfängers, mit einem Schaum geringer Steifigkeit zu füllen und das untere Drittel mit einem Schaum hoher Steifigkeit. Im Fall einer Kollision mit einem Fußgänger ist die Aufprallenergie dadurch auf den unteren Teil des Stoßfängers konzentriert und der Schaumteil geringer Steifigkeit hilft, die Aufschlagenergie ab- zuleiten und zu verteilen.

Die EP-A-1 004 497 beschreibt den Vorderteil einer Karosserie eines Fahrzeugs, die den Schutz der Fußgänger im Fall eines Aufpralls sicherstellen soll. Dazu wird vorgeschlagen, die Fronthaube aus einem Stahlblechrahmen aufzubauen, der in seinem zentralen Teil offen ist. In diese zentrale Öffnung ist ein Stahlblech einge- schweißt. Die Vorder-, Rück-und Seitenteile des Rahmens der Fronthaube sind so geformt, daß sie im Fall einer Kollision mit einem Fußgänger deformiert werden oder bersten.

Die WO 00/30904 beschreibt eine Sicherheitseinrichtung als Fußgängeraufprall- schutz am Vorderwagen eines Kraftfahrzeuges. Dabei wird vorgeschlagen, die Randteile in ihrem oberen Randkantenbereich so auszubilden, daß sie bei einem Fußgängeraufprall als energieabsorbierende Deformationselemente wirken. Diese Randteile, die einen oberen Randkantenbereich des Vorderwagens bilden, sind als bei einem Fußgängeraufprall energieabsorbierende Deformationselemente auf die den Haubenfrontrand und die Haubenseitenränder umgebenden Wandauf- bauteile aufgesetzt und damit verbunden. Vorzugsweise sollen diese Randteile langgestreckte Randbegrenzungselemente mit bestimmten, angepaßt deformier- barem Querschnitt sein, die sich entlang des Haubenfrontrandes und der Hauben- seitenränder der geschlossenen Fronthaube erstrecken und mit den Außenhaut- flächen der Randteile flächenbündig sowie an benachbarten Seitenaufbauteilen angrenzen. In dieser Schrift wird darauf hingewiesen, daß es aus der DE-A-30 17 052 bekannt ist, mit den Seitenwandbereichen der Haube nachgiebige Wülste aus Gummi oder Kunststoff zu verbinden, die bei geschlossener Fronthaube die Fugen zum sich jeweils anschließenden Kotflügel überdecken. Es wird jedoch ausgeführt, daß solche auf die Seitenränder einer Fronthaube aufgesetzten und mit bewegba- ren Wülste aufwendig herzustellen sind und optisch wenig ansprechend sind.

Es ist weiterhin bekannt, die Fronthaube selbst in ihrem mittleren potentiellen Auf- schlagbereich deformierbar auszuführen, wobei dann die erforderliche Steifigkeit der Fronthaube im wesentlichen durch steife Randbegrenzungen erreicht wird.

Weiterhin sind im Stand der Technik mechanische und elektronisch/mechanische Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die mit Hilfe von Sensoren im Fall einer Kollision mit einem Fußgänger die Fronthaube aus ihrer Ruheposition in die soge- nannte Aufschlagposition anhebt, wodurch das Potential für einen Aufschlag des Kopfes des Fußgängers auf die Windschutzscheibe reduziert wird (US-A- 4,249, 632).

Die WO 00/46775 beschreibt ein Kollisions-Vermeidungssystem, das unter ande- rem Fußgänger erfaßt und den Fahrer informiert, was zur Vermeidung einer Kolli- sion getan werden muß.

Die WO 99/49236 beschreibt eine Vorrichtung zum Absorbieren der Aufprallener- gie durch viskose Dämpfung.

Die WO 01/34438 beschreibt eine Vorrichtung zum Schutz von Fußgängern bei einem Aufprall mit einem Fahrzeug, die ein oder mehrere Sensoren vorsieht, die den Aufprall signalisieren und eine Aufprallschutzvorrichtung aktivieren, wobei als Aufprallvorrichtung ein Airbag vorgeschlagen wird. Eine ähnliche Vorrichtung wird in der WO 97/18108 sowie in der US-A-5,646, 613 vorgeschlagen.

Angesichts dieses Standes der Technik haben sich die Erfinder die Aufgabe ge- stellt, effizientere und kostengünstig zu produzierende, verläßlich wirkende Mittel und Vorrichtungen zur Energieabsorption bzw. zum Nachgeben beim Aufprall von Körperteilen auf Fahrzeuge bereitzustellen.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist den Ansprüchen zu entnehmen ; sie besteht im wesentlichen in der Bereitstellung von Laminaten herstellbar aus zwei äußeren flächigen Substraten (1) und (4) und mindestens einer dazwischen liegenden Schicht eines organischen Bindemittelsystems, wobei die Bindemittel- schicht einen mittleren bis hohen E-Modul aufweist.

In einer weiteren Ausführungsform ist das mehrschichtige Laminat herstellbar aus zwei äußeren flächigen Substraten (1) und (4) und mindestens zwei dazwischen liegenden Schichten von organischen Bindemittelsystemen, wobei mindestens eine Bindemittelschicht einen niedrigen E-Modul und die zweite Bindemittelschicht einen hohen E-Modul aufweist. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung derarti- ger mehrschichtiger Laminate zur Herstellung von Bauteilen, die zur Energieab- sorption bzw. zum Nachgeben beim Aufprall von Körperteilen auf das Substrat (1) geeignet sind. Dabei soll ein Durchschlagen durch das Substrat (4) verhindert werden.

Insbesondere eignen sich derartige Bauteile zur Herstellung von Sicherheitsein- richtungen zum Fußgängeraufprallschutz am Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs wie z. B. zur Herstellung von Fronthauben (Motorraumhauben) und/oder Seiten- aufbauteilen sowie anderen Karosserieaußenbereichen, Türen, Klappen und Dä- chern von Kraftfahrzeugen.

Die erfindungsgemäßen Laminate eignen sich jedoch auch zur Herstellung von Aufschlag-dämpfenden Wandelementen im Flugzeugbau, beispielsweise um im Bereich der Kabine Aufbauteile zu gestalten, die die Aufprallenergie eines menschlichen Kopfes im Fall einer Kollision dämpfen.

Die flächigen Substrate (1) und (4) sind in der Regel Bleche aus Stahl, Aluminium, Edelstahl oder Magnesium, wobei diese Bleche gegebenenfalls vorbehandelt sein können. Weiterhin können die Substrate dünne Kunststoffplatten sein oder textile Flächengebilde in Form von Geweben oder Gewirken aus Polyester, Polyamid, Glasfaser oder Kohlefaser. In einer bevorzugten einfachen Ausführungsform wird das flächige Substrat (4) durch ein Gewebe oder Gewirke oder ein Vlies aus Polyesterfasern, Polyamidfasern, Glasfasern oder Kohlefasern gebildet, das direkt mit der Schicht des hochmoduligen Bindemittels verbunden ist.

Das niedermodulige Bindemittelsystem kann dabei dauerplastisch, auch in kompakter Form, sein, oder weichelastisch vernetzbar, vorzugsweise ist es ein Weichschaum auf der Basis von Polyurethanen, Polysiloxanen, Silan-modifizierten Polymeren (wie z. B. den MS-Polymeren der Firma Kanegafuchi), oder weichelastischen Kautschuken. Die Herstellung von Weichschäumen auf Basis ein-oder zweikomponentiger Polyurethane, Polysiloxane, MS-Polymeren oder Kautschuken ist an sich bekannt. Schwachvernetzte niedermodulige Bindemittel haben typischerweise Zugscher- festigkeiten (DIN EN 1465) von 0,2 bis 1,2 MPa, Zugfestigkeiten (nach DIN 53504) von 0,4 bis 0,9 MPa und eine Bruchdehnung (DIN 53405) von etwa 70 %, wobei diese Werte erreicht werden, wenn die Bindemittelsysteme für 30 Minuten bei 180 °C ausgehärtet wurden.

Das hochmodulige Bindemittel ist vorzugsweise ein in der Wärme aushärtbarer Hartschaum auf der Basis von schäumbaren, spezifisch leichten Epoxidharz- systemen, harten Polyurethanschäumen oder auch auf der Basis von ungesättig- ten Polyestern. Geeignete Zusammensetzungen für derartige harte, spezifisch leichte Strukturschäume auf Basis von Epoxiden oder Polyestern werden in der WO 98/21060 auf Seite 11 beschrieben, die ausdrücklich Bestandteil dieser Erfin- dung sind. Weitere geeignete hochmodulige Bindemittel werden in der WO 00/52086 auf Seite 5 bis 11 beschrieben, die ebenfalls ausdrücklich Bestandteile dieser Erfindung sind.

Bei Bedarf kann der dreischichtigen Ausführungsform das flächige Substrat (4) entfallen, so daß das Laminat nur aus dem flächigen Substrat (1) und der mittel- bis hochmoduligen Bindemittelschicht (3), d. h. 2 Schichten besteht.

Das hochmodulige Bindemittel ist vorzugsweise ein in der Wärme aushärtbarer Hartschaum auf der Basis von schäumbaren, spezifisch leichten Epoxidharzsystemen, harten Polyurethanschäumen oder auch auf der Basis von ungesättigten Polyestern. Geeignete Zusammensetzungen für derartige harte, spezifisch leichte Strukturschäume auf Basis von Epoxiden oder Polyestern werden in der WO 98/21060 auf Seite 11 beschrieben, die ausdrücklich Bestandteil dieser Erfindung sind. Weitere geeignete hochmodulige Bindemittel werden in der WO 00/52086 auf Seite 5 bis 11 beschrieben, die ebenfalls ausdrücklich Bestandteile dieser Erfindung sind.

Typischerweise weisen die hochmoduligen Bindemittel der vierschichtigen Ausführungsform (nach Aufschäumung) einen Young-Modul von 600 bis 900 MPa, eine Kompressionsfestigkeit oberhalb 10 MPa und eine Zugscherfestigkeit von etwa 5 MPa auf.

Die mittel-bis hochmoduligen Bindemittel der dreischichtigen Version weisen (nach Aufschäumung) in der Regel einen Young-Modul von 400 bis 900 MPa, eine Kompressionsfestigkeit oberhalb 5 bis10 MPa und eine Zugscherfestigkeit von etwa 5 MPa auf.

Bei Verwendung einer Kombination aus nieder-und hoch-moduliger Schicht stehen das niedermodulige Bindemittelsystem und das hochmodulige Bindemittelsystem stehen zueinander in folgenden Eigenschaftsverhältnissen : Der Young-Modul des niedermoduligen Bindemittels ist viel kleiner als der des hochmoduligen Bindemittelsystems, Zugscherfestigkeit und Kompressionsfestig- keit des niedermoduligen Bindemittels ist sehr viel kleiner als das des hochmodu- ligen Bindemittels, wobei die Bruchdehnung des niedermoduligen Bindemittels sehr viel größer ist als die des hochmoduligen Bindemittels.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Laminate zur Herstellung von Bau- teilen im Kraftfahrzeugbau erfolgt die Schaumausbildung und Aushärtung der Bin- demittel im Lackierprozeß im Lackofen, üblicherweise wird dabei Haftung der Bin- demittelschicht auf den flächigen Substraten erzielt, für die Wirksamkeit der An- wendung zur Energieabsorption ist die Ausbildung der Haftung jedoch nicht zwin- gend notwendig.

Es ist auch möglich, aus vorgefertigten hochmoduligen Schaumfertigteilen und flächigen Substraten mehrschichtige Laminate mit ähnlichen Anwendungseigen- schaften herzustellen.

Das Laminat kann dabei auf verschiedene Weisen hergestellt werden, ein mögli- ches und bevorzugtes Verfahren für das dreischichtige Laminat beinhaltet die folgenden wesentlichen Verfahrensschritte a) Auftragen der mittel-bis hochmoduligen Bindemittelschicht auf das flächige Substrat (1), b) Fügen des flächigen Substrates (4) auf die mittel-bis hochmodulige Bindemittelschicht, c) Herstellen des Bauteils aus dem Laminat durch Umformen und/oder Stanzen, d) Härten der Bindemittelschicht, wobei diese gegebenenfalls aufschäumt.

Prinzipiell kann auch in anderer Reihenfolge vorgegangen werden : Auftragen der hochmoduligen Bindemittelschicht auf das flächige Substrat (4), gefolgt vom Fü- gen des flächigen Substrates (1) auf die Bindemittelschicht. Hieran kann sich dann die Herstellung des Bauteils aus dem Laminat durch Umformen und/oder Stanzen anschließen. Auch bei dieser Ausführungsvariante erfolgt vorzugsweise das Härten und gegebenenfalls Aufschäumen der Bindemittelschicht nach dem Um- formen und/oder Stanzen in einem der Lackieröfen der Fertigungsstraße bei der Automobilfertigung.

Ein weiteres und bevorzugtes Verfahren für das vierschichtige Laminat beinhaltet die folgenden wesentlichen Verfahrensschritte a) Auftragen der niedermoduligen Bindemittelschicht auf das flächige Substrat (1), b) Auftragen'der hochmoduligen Bindemittelschicht auf die niedermodulige Bin- demittelschicht c) Fügen des flächigen Substrates (4) auf die hochmodulige Bindemittelschicht, d) Herstellen des Bauteils aus dem Laminat durch Umformen und/oder Stanzen, e) Härten der Bindemittelschichten, wobei diese gegebenenfalls aufschäumen.

Prinzipiell kann auch hier in anderer Reihenfolge vorgegangen werden : Auftragen der hochmoduligen Bindemittelschicht auf das flächige Substrat (4), gefolgt vom Auftragen der niedermoduligen Bindemittelschicht auf die hochmodulige Bindemittelschicht, gefolgt vom Fügen des flächigen Substrates (1) auf die niedermodulige Bindemittelschicht. Hieran kann sich dann die Herstellung des Bauteils aus dem Laminat durch Umformen und/oder Stanzen anschließen. Auch bei dieser Ausführungsvariante erfolgt vorzugsweise das Härten und gegebenenfalls Aufschäumen der Bindemittelschichten nach dem Umformen und/oder Stanzen in einem der Lackieröfen der Fertigungsstraße bei der Automobilfertigung. In den beigefügten Zeichnungen wird das Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Laminats bei seiner Verwendung für Sicherheitseinrichtungen im Kraftfahrzeugbau in prinzipieller Form dargestellt. In den Zeichnungen sind alle Darstellungen Schnittansichten durch die erfindungsgemäßen mehrschichtigen Laminate. Es zeigen Figur 1 ein dreischichtiges Laminat nach dem Fügen der Schichten ; Figur 2 das dreischichtige Laminat nach dem Aushärten und Aufschäumen der organischen Bindemittelschichten ; Figur 3 das dreischichtige Laminat nach einer dynamischen Punktbelastung ; Figur 4 dasselbe Laminat nach weiterer dynamischer Punktbelastung.

Figur 5 ein vierschichtiges Laminat nach dem Fügen der Schichten ; Figur 6 das vierschichtige Laminat nach dem Aushärten und Aufschäumen der organischen Bindemittelschichten ; Figur 7 das vierschichtige Laminat nach einer dynamischen Punktbelastung ; Figur 8 dasselbe Laminat nach weiterer dynamischer Punktbelastung.

Figur 1 zeigt das dreischichtige Laminat bestehend aus dem flächigen Substrat (1), das ein dünnes Blech von etwa 0,3 bis 0,8 mm aus Stahlblech, Aluminium- blech, Edelstahlblech, Magnesiumblech oder auch eine Kunststoffplatte sein kann.

Dabei ist die hochmodulige Bindemittelschicht (3) im nicht ausgehärteten und nicht aufgeschäumten Zustand unmittelbar nach dem Fügen des Laminats dargestellt.

Das flächige Substrat (4) kann dabei ebenfalls eines der vorgenannten Bleche, eine Kunststoffplatte oder auch in bevorzugten Ausführungsformen ein oben beschriebenes textiles Flächengebilde sein.

Figur 2 zeigt dasselbe Laminat, nachdem die organische Bindemittelschicht durch die Wärme des Fertigungsprozesses des Kraftfahrzeugs (vorzugsweise ein Lack- trockenofen) ausgehärtet und aufgeschäumt ist.

Figur 3 zeigt dasselbe Laminat, nachdem bei (5) eine dynamische Punktbelastung der Substratfläche erfolgt ist. Die Energieaufnahme dieser dynamischen Punktbe- lastung erfolgt durch geringe Deformation des Schaums (23) und des flächigen Substrates (11). Die Schicht des flächigen Substrats (4) ist in ihrer Form und Di- mension in diesem Stadium unverändert geblieben.

Figur 4 zeigt das gleiche dreischichtige Laminat nach weiterer dynamischer Punktbelastung an dem Punkt (6). Die Energieaufnahme dieser Belastung führt zu einer weiteren Deformation des flächigen Substrates (21) sowie der Schaum- schicht (33). Durch die hohe Kompressionsfestigkeit und den hohen Young-Modul des Hartschaums (33) wird dieser auch bei weiterer Belastung nur geringfügig weiter deformiert, so daß das flächige Substrat (4) ebenfalls nur geringfügig de- formiert wird.

Figur 5 zeigt das vierschichtige Laminat bestehend aus dem flächigen Substrat (1), das ein dünnes Blech von etwa 0,3 bis 0,8 mm aus Stahlblech, Aluminium- blech, Edelstahlblech, Magnesiumblech oder auch eine Kunststoffplatte sein kann.

Dabei ist sowohl die niedermodulige Bindemittelschicht (2) als auch die hochmo- dulige Bindemittelschicht (3) im nicht ausgehärteten und nicht aufgeschäumten Zustand unmittelbar nach dem Fügen des Laminats dargestellt. Das flächige Sub- strat (4) kann dabei ebenfalls eines der vorgenannten Bleche, eine Kunststoff- platte oder auch in bevorzugten Ausführungsformen ein oben beschriebenes tex- tiles Flächengebilde sein.

Figur 6 zeigt dasselbe Laminat, nachdem die organischen Bindemittelschichten durch die Wärme des Fertigungsprozesses des Kraftfahrzeugs (vorzugsweise ein Lacktrockenofen) ausgehärtet und aufgeschäumt sind. Prinzipiell können die Schicht des niedermolekularen Weichschaums (12) und die Schicht des hochmo- duligen Hartschaums (13) gleiche Dicken haben, sie können jedoch auch unter- schiedliche Dicken haben.

Figur 7 zeigt dasselbe Laminat, nachdem bei (5) eine dynamische Punktbelastung der Substratfläche erfolgt ist. Die Energieaufnahme dieser dynamischen Punktbe- lastung erfolgt durch die Deformation des niedermoduligen Weichschaums (22) und des flächigen Substrates (1). Die Schicht des hochmoduligen Hartschaums (23) sowie des flächigen Substrats (4) sind in ihrer Form und Dimension in diesem Stadium unverändert geblieben.

Figur 8 zeigt das gleiche vierschichtige Laminat nach weiterer dynamischer Punktbelastung an dem Punkt (6). Die Energieaufnahme dieser Belastung führt zu einer weiteren Deformation des flächigen Substrates (1) sowie der Weichschaum- schicht (32). Durch die hohe Kompressionsfestigkeit und den hohen Young-Modul des Hartschaums (33) wird dieser auch bei weiterer Belastung nur geringfügig deformiert, so daß das flächige Substrat (4) ebenfalls nur geringfügig deformiert wird.

Auch das dreischichtige Laminat weist eine hohe Fähigkeit (ähnlich der des vierschichtigen Laminates) zur Energieabsorption bzw. zum Nachgeben beim Auf- prall von Körperteilen auf das flächige Substrat (1) auf, dadurch wird es verhindert, daß das untere flächige Substrat (4) nach unten durchschlägt, dies hat zur Folge, daß das Gesamtsystem sich nur geringfügig durchbiegt und es im Fall einer Motorhaube nicht zum Durchschlagen des Systems auf den Motorblock kommt.

Bei den einfacher gestalteten zweischichtigen Laminaten aus flächigem Substrat (1) und Schaumschicht (3) ohne das untere flächige Substrat (4) ist eine ähnlich hohe Fähigkeit zur Energieabsorption bzw. ein Nachgeben beim Aufprall von Körperteilen auf das flächige Substrat (1) gegeben.