Nachdem lange Zeit die passive Sicherheit der Fahrzeug- insassen eines Fahrzeuges bei den Fahrzeugherstellern und den Fahrzeugnutzern im Vordergrund gestanden hat, hat sich der Fokus der Sicherheitstechnik in den letz- ten Jahren auf. die Problematik von Fußgänger-Kraftfahr- zeugunfällen gerichtet. Bei einem solchen Unfall wird der Fußgänger von der Front des Fahrzeuges erfasst. Da- bei rammt die Stoßstange die Beine des Fußgängers, wo- durch der Körper auf die in etwa waagerecht verlaufende Motorhaube des Fahrzeuges gekippt bzw. abgewickelt wird. Schließlich schlägt der Kopf auf die Motorhaube, wobei erhebliche Verzögerungen auftreten, die zu schwe- ren Gehirnverletzungen führen können.

Um die Schwere der Verletzungen, die bei einem solchen Kopfaufprall auftreten, bestimmen zu können, wurde ein Kopfverletzungskriterium HIC (Head Injury Criterion) definiert. Es ist das Produkt aus der mittleren, in ei- nem Zeitfenster wirkenden Verzögerung multipliziert mit der zeitlichen Ausdehnung des Zeitfensters, wobei die mittlere Verzögerung mit dem Exponenten 2,5 in das Pro- dukt einfließt. Zur Auswertung eines gesamten Verzöge-

rungsverlaufes wird dieser mit verschieden breiten Zeitfenstern abgefahren und jeweils das oben definierte Produkt berechnet. Der größte sich einstellende Wert ist der maßgebliche HIC-Wert des Kopfaufpralles. Dieser Formel liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Zusam- menhang besteht zwischen Einwirkungsdauer und Verzöge- rung. Je kürzer die Einwirkungsdauer ist, desto höhere Verzögerungen werden vom Körper ertragen und ohne Ver- letzungen überstanden. Der HIC-Wert basiert somit auf einer mathematischen Funktion, mit der die innerhalb einer Zeitspanne auftretende Kopfverzögerung bewertet wird.

Für die konkrete Anwendung der Formel wird mit einem Grenzwert von 1.000 gerechnet, wobei die Verzögerung in m/s2 und die Zeit in sec angegeben wird. Ergibt die Auswertung des zeitlichen Verlaufs einer Verzögerung ein Ergebnis unterhalb dieses Grenzwertes, so kann da- von ausgegangen werden, dass nicht mit schweren Kopf- verletzungen zu rechnen ist.

HIC-Werte unterhalb 1.000 lassen sich natürlich leicht erreichen, wenn ein ausreichender Verzögerungsweg zur Verfügung steht, der in der Frontstruktur eines Kraft- fahrzeuges aber nicht vorhanden ist, da sich unmittel- bar unterhalb der Motorhaube das Antriebsaggregat und weitere Karosseriekomponente befinden.

Außerdem ist zu beachten, dass die Motorhaube genügend steif sein muss, damit sie sich selbst tragen kann und statischen und fahrdynamischen Belastungen gewachsen ist. In der Regel resultieren daraus aber Widerstände bei einer dynamischen Belastung, die zu hohen HIC-Wer- ten führen.

Dieser Zielkonflikt, nämlich eine ausreichende Steifig- keit gegenüber statischen Belastungen einerseits und eine genügende Nachgiebigkeit bei einem Kopfaufprall andererseits, wird gemäß der EP 0 992 418 A2 dadurch versucht zu lösen, dass die Haube eine gewölbte Form erhält, die auf seitlichen Auflageteilen aufliegt und den dazwischen liegenden Motorraum frei überspannt. Die Motorhaube selbst besteht aus einer oberen Schale und einer darunter angeordneten energieabsorbierenden Ver- steifungslage und ist damit nachgiebig gestaltet. Sie erhält ihre Steifigkeit einerseits durch den gewählten Sandwichaufbau aber vor allem durch die gewölbte Form.

Mit dieser Konstruktion soll ein möglichst gleichmäßi- ger Verzögerungsverlauf ohne Kraftspitzen erzielt wer- den, wie an einigen Stellen in der EP 0 992 418 A2 er- wähnt ist. Ein solcher Verlauf würde aber im Konkreten bedeuten, dass für ein erträgliches Kopfverzögerungsni- veau der Widerstand der Konstruktion gegen eine dynami- sche Belastung so klein sein muss, dass sie statischen Belastungen nicht gewachsen sein würde. Nachteilig bei dieser Ausführung ist außerdem, dass nicht in jede Fahrzeugkonstruktion eine solche Haube einsetzbar ist : Je nachdem, auf welcher Höhe sich die Auflageteile durch konstruktive Vorgaben bedingt befinden, würde sich bei einer solchen Motorhaube die Wölbung sichtbe- hindernd vor die Windschutzscheibe erheben.

Das zu lösende Problem besteht somit darin, eine gene- rell einsetzbare Frontstruktur mit einer Motorhaube zu schaffen, die möglichst geringe Verletzungen bei einem Fußgänger während einer Fahrzeug-Fußgänger-Kollision hervorruft, wobei ein optimaler zeitlicher Verzöge- rungsverlauf auf möglichst kurzem Weg erreicht werden soll.

Das Problem wird erfindungsgemäß mit einer Frontstruk- tur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, die die weiteren Merkmale aufweist, dass die Versteifungs- lage beim Erreichen einer bestimmten Belastung während einer stoßartigen Belastung durch Brüche in ihrer Mikro-und/oder Makrostruktur zumindest zum Teil die Fähigkeit verliert, einen Verformungswiderstand aufzu- bauen, so dass sich im zeitlichen Verzögerungsverlauf eine frühe Verzögerungsspitze einstellt.

Mit diesem Aufbau wird erreicht, dass die Konstruktion gegenüber statischen Belastungen steif genug ausgeführt werden kann, obwohl eine statische Steifigkeit an sich zu hohen HIC-Werten führen würde. Dies wird aber da- durch unterbunden, dass über ein mit einer bestimmten Krafteinwirkung und Durchbiegung verbundenes Belas- tungsniveau hinaus ein Teil der Struktur-nämlich die Versteifungslage-kollabiert, was zur Folge hat, dass hohe Verzögerungswerte nur für einen kurzen, anfängli- chen Zeitraum vorliegen, was den HIC-Wert nicht zu stark anwachsen lässt.

Mit einem derartigen Verzögerungsverlauf wird die kine- tische Energie des aufschlagenden Kopfes relativ früh in einem hohen Maß abgebaut, so dass, selbst wenn es nach dem Durchbiegen der Motorhaube noch zu einem Kon- takt mit einem darunter liegenden Aggregat kommt, keine starken Verletzungen zu erwarten sind.

Der Effekt ist besonders groß, wenn der Maximalwert der frühen Verzögerungsspitze mindestens 1000 bzw. 1. 500 m/s2 beträgt, wobei die Verzögerung unmittelbar danach auf unter 500 m/s2 abfällt. Bei diesen Werten ist die Energieaufnahme besonders groß, ohne dass die zulässige Kopfbelastung ausgedrückt in einem HIC-Wert überschrit-

ten wird. Die genannten Werte lassen sich insbesondere durch das Simulationsverfahren nach EEVC-WG10, das in der Erläuterung zu Fig. 1 näher beschrieben ist, bestim- men.

Vorzugsweise ist die Verzögerungsspitze spätestens nach 5-8 msec nach einem Erstkontakt des aufschlagenden Kopfes mit der Fronthaube auf unter 500 m/s abgefal- len. Wertet man diese erste Spitze aus, so sollte sich ein HIC-Wert kleiner 1. 000 einstellen.

Eine konkrete Gestaltung könnte darin bestehen, dass die Versteifungslage von einer Schicht aus Kunststoff, insbesondere Schaumstoff, gebildet ist, deren Material eine gewisse Sprödigkeit besitzt, so dass bei einer lo- kalen stoßartigen Belastung die Schicht in ihrer Mikro- struktur kollabiert. Kollabieren bedeutet in diesem Fall, dass die Wände und Brücken, die die Poren z. B. einer Schaumstoffschicht einschließen, wegen der Sprö- digkeit des Materials brechen, so dass die Schicht ohne weiteren Widerstand bzw. mit einem reduzierten Wider- stand zusammengedrückt wird.

Zusätzlich zu der oberen Schale kann die Motorhaube auch eine untere Schale aufweisen, zwischen denen die Versteifungslage angeordnet ist. Durch diese Verbund- struktur wird eine hohe Steifigkeit erreicht, ohne dass insbesondere die obere Schale besonders dick ausgeführt werden müsste. Bei einer stoßartigen Belastung wird da- her die Versteifungslage zur Erzeugung der frühen Ver- zögerungsspitze zusammengedrückt, da sie von der unte- ren Schale getragen wird. Erst danach biegt sich die gesamte Motorhaube deutlich durch. Die dabei auftreten- den Kräfte bestimmen vor allem den Verlauf der Verzöge- rung nach der ersten Verzögerungsspitze. Auf diese

Weise kann sichergestellt werden, dass auch nach Kolla- bieren der Schaumstoffschicht noch im ausreichenden Maße Bewegungsenergie absorbiert wird.

Der Verzögerungsverlauf gemäß der Erfindung lässt sich dann besonders gut in einer gewünschten Weise einstel- len, wenn die obere und ggf. die untere Schale aus Kunststoff oder Metall gebildet sind und eine Dicke t aufweisen und dass die die Versteifungslage bildende Schicht vorzugsweise eine Kunststoffschicht ist, die eine Dicke t2 aufweist, wobei t2 sehr viel größer, ins- besondere 4 bis 15 mal größer, als t1 ist. Dadurch wird erreicht, dass in der ersten Verzögerungsspitze ein Großteil der Bewegungsenergie durch Zusammendrücken der Kunststoffschicht absorbiert wird.

Eine weitere Möglichkeit, den genannten Verzögerungs- verlauf zu erreichen, soll im Folgenden beschrieben werden. Dieser Lösung liegt dabei ein weiteres Problem zugrunde : Die obere Schale der Motorhaube besteht in der Regel aus einem dünnen Blech, das von einem Gerippe oder-wie oben beschrieben-von einer konventionellen Schaumstoffschicht versteift ist, um Einbeulungen bei einer statischen Belastung zu verhindern. Einige Berei- che der Haube sind aber besonderen statischen Belastun- gen ausgesetzt, wie z. B. der Bereich über einem Hauben- schloss. Damit nämlich das Schloss einrastet, wird vom Fahrzeugbenutzer auf die Oberseite der Oberschale ober- halb des Schlosses ein Druck ausgeübt. Um hier eine Eindellung zu vermeiden, ist dieser Bereich in der Re- gel durch eine zusätzliches Versteifungsschiene ver- steift, was aber dazu führt, dass sich hier bei einem Kopfaufschlag ein Verzögerungsverlauf mit einem zu ho- hen HIC-Wert einstellt.

Das spezielle Problem besteht somit darin, die Motor- haube so zu gestalten, dass eine Einbeulung der Motor- haube bei einer statischen Druckbelastung vermieden wird, aber bei einer dynamischen Belastung, wie sie bei einem Kopf-oder Körperaufprall auftritt, sich ein an- gemessener HIC-Wert einstellt.

Ausgehend von der weiter oben schon beschriebenen gene- rellen Lösung besteht eine weitere erfindungsgemäße Lö- sung darin, dass bei einer Frontstruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Motorhaube eine obere Schale mit einer geringen Beulsteifigkeit aufweist und an der Unterseite der Oberschale eine dünne Stütz- schicht aus einem spröden Material befestigt ist.

Die Stützschicht aus sprödem Material verstärkt die obere Schale, so dass die Haube eine Beulsteifigkeit aufweist, als wäre ihre obere Schale aus einem dickeren Blech mit hoher Beulsteifigkeit hergestellt.

Weil aber die Stützschicht als Ganzes, also in der Mak- rostruktur, wegen der Sprödheit des Materials bei einer dynamischen Belastung bricht, ergibt sich ein Verzöge- rungsverlauf, der hinsichtlich eines HIC-Wertes opti- miert ist : So lange die Stützschicht noch intakt ist, ist die Verzögerung noch sehr hoch. Sie wird aber deut- lich kleiner, sobald die Stützschicht bricht, so dass für den weiteren Verzögerungsverlauf ausschließlich die Steifigkeit der Oberschale ausschlaggebend ist. Die an- fänglich hohe Verzögerung liegt damit nur für einen kurzen Zeitraum vor, so dass die Kopfbelastung erträg- lich ist.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Stützschicht aus sprödem Material mit der Oberschale flächig verbun-

den. Damit wird erreicht, das auch eine relativ dünne Stützschicht einen ausreichenden Versteifungseffekt hervorruft.

Vorzugsweise wird diese Art der Verstärkung lokal im Bereich des Haubenschlosses eingesetzt, da wegen des Platzes, den das Schloss benötigt, die weiter oben be- schriebene Sandwichstruktur mit einer versteifenden und unter Belastung kollabierenden Schaumstoffschicht hier nicht ohne Weiteres eingesetzt werden kann.

Zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens wird im Fol- genden anhand von zwei Ausführungsbeispielen die Erfin- dung näher erläutert. Dazu zeigen Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer im Schnitt dargestellten Mo- torhaube in Sandwichbauweise, Fig. 2 ein optimales Verzögerungsprofil entsprechend einer Aufprallsitua- tion gemäß Fig. 3, die den simulierten Kopfaufprall auf eine Motorhaube oberhalb einer Aufnahme für einen Stoßdämpfer wie- dergibt, und Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Motor- haube mit einem Haubenschloss und einer Versteifung gemäß einer zwei- ten Ausführung der Erfindung.

Gemäß Figur 1 besteht eine Motorhaube 1 aus einer um- hüllten Schaumstoffschicht 2, wobei die Umhüllung durch

eine obere und untere Schale 3,4 gebildet ist. In ei- ner alternativen Ausführung kann auf die Unterschale verzichtet werden. Diese bestehen aus einem festen Kunststoff oder einem Metall, während die Schaumstoff- schicht 2 selbst aus einem Kunststoff besteht. Hierbei kann es sich um eine Faserverbundstruktur aus Carbon-, Glas-oder Aramidfasern mit einer thermoplastischen oder duromeren Matrix mit höherer Festigkeit handeln.

Durch eine entsprechende Auswahl des Materials und durch die Darstellung einer bestimmten Schaumstruktur kann bei diesem Material erreicht werden, dass die Schicht in gewünschter Weise kollabiert. Wenn die Schicht aus mehreren Einzelschichten aufgebaut ist, kann durch die Wahl einer entsprechenden Schichttrenn- festigkeit erreicht werden, dass durch Reißen der Ein- zelschichtverbindung ebenfalls ein Kollabieren der Schicht bewirkt wird.

Denkbar wären auch Laminate aus Glas höherer Festig- keit. Das für Glas typische Sprödbruchverhalten be- wirkt, dass die Schicht bei einer bestimmten Belastung bricht, wodurch sie keine weitere Widerstandskraft mehr aufbauen kann und die bis dahin aufgenommene Energie auch nicht wieder an den Aufschlagkörper abgibt.

Anstelle von Glas können auch spezielle Faserverbund- polymere oder Schäume mit glasähnlichen Eigenschaften hinsichtlich der Festigkeit und des Sprödbruchverhal- tens eingesetzt werden.

Entscheidend ist in allen Fällen, dass bei einem Auf- prall zunächst ein Widerstand aufgebaut wird, der bei Erreichen einer bestimmten Kraft bzw. Durchbiegung oder

Eindrückung z. B. durch Brechen des den Kern bildenden Materials abgebaut wird.

Durch dieses System ergibt sich ein Verzögerungsverlauf 7, wie er als Messkurve in Figur 2 dargestellt ist. Die Werte ergeben sich für einen Simulationskopf gemäß EEVC. Hierbei handelt es sich um einen Kopfimpaktor 12 (siehe Fig. 3) nach EEVC-WG10, der aus einem Phenol- harzkern besteht, der mit einer 7,5 mm dicken Gummi- schicht überzogen ist. Der Impaktor 12 hat eine Masse von 4,8 kg und wird mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h unter einem Winkel von 65° zur Horizontalen auf die Motorhaube geschossen. Der dargestellte Verzöge- rungsverlauf ergibt sich für einen Kopfaufprall ober- halb des sogenannten Doms 11, in dem der Stoßdämpfer für ein Vorderrad befestigt ist.

Auf der X-Achse 5 des Diagramms der Figur 2 ist die Zeit und auf der Y-Achse 6 die Kopfverzögerung, die mit einem Beschleunigungsaufnehmer im Schwerpunkt des Im- paktors 12 gemessen wird, aufgetragen. Der Verzöge- rungsverlauf 7 zeigt, dass sich direkt nach einem Erstkontakt des aufschlagenden Kopfes, im Nullpunkt des Koordinatensystems dargestellt, eine relativ hohe Ver- zögerungsspitze 8 einstellt, die Werte über 1. 500 m/s2 aufweist, die aber schon nach 5 msec auf einen Wert von unter 500 m/s2 abgefallen ist, weil die innere Struktur der Motorhaube gebrochen wurde. Die Geschwindigkeit des Impaktors 12 ist aber nicht vollständig abgebaut, so dass es wegen des knappen Zwischenraums 10 zwischen der Motorhaube 1 und dem Dom 11 (siehe Fig. 3) zu einem zweiten Anstieg 9 des Verzögerungsverlaufes 7 kommt.

Dieser ist aber mit einer wesentlich geringeren Verzö- gerung verbunden, so dass ein HIC-Wert von 1. 000 nicht überschritten wird.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführung der Erfindung. Die Motorhaube 1, deren vorderer Teil im Schnitt gezeigt ist, besteht aus einer oberen Schale 3, die durch ein Blechgerippe 15 verstärkt ist. Das Gerippe 15 weist ei- nen an der Motorhaube 1 umlaufenden Rand 16 auf und ei- nige Quer-und Längsverstrebungen, die hier nicht näher dargestellt sind. Zum Teil ist das Blechgerippe 15 von der oberen Schale 3 beabstandet, zum Teil liegt es an.

Der vordere Abschnitt des Randes 16 weist mittig eine Einbuchtung 17 auf, an der der Dorn 18 eines Hauben- schlosses befestigt ist. Die dazugehörige Schlossfalle 19 ist in einem Querträger 20 der Fahrzeugkarosserie untergebracht.

Damit der Dorn 18 in der Schlossfalle 19 einrastet, muss die Haube mit Schwung oder mit einem leichten Druck gegen die Kraft einer Feder in Richtung auf den Querträger 20 gedrückt werden. Dazu wird auf die obere Schale 3 von oben ein Druck ausgeübt. Damit dabei das Blech der oberen Schale 3 nicht eingebeult wird, ist es an der Innenseite mit einer dünnen Stützschicht 21 aus einem spröden Material verklebt. Die Bruchgrenze des Materials wird bei den Kräften, die zum Schließen der Haube statisch aufgebracht werden, nicht erreicht. Bei einer dynamischen Stoßbelastung, wie sie bei einem Kopf-oder Körperaufschlag auftritt, setzt der Verbund aus dem Blech der oberen Schale 3 und der Stützschicht 21 dem aufprallenden Körper zunächst einen hohen Wider- stand entgegen, der aber weitgehend in sich zusammen- bricht, wenn die Bruchgrenze des spröden Materials der Stützschicht 21 erreicht wird. Bei einem Körper-oder Kopfaufprall stellt sich damit ein Verzögerungsverlauf ein, wie er schematisch in der Fig. 2 dargestellt ist

und der durch eine hohe anfängliche Verzögerungsspitze charakterisiert ist.

Bei dem Material kann es sich um Metalle nahe der Streckgrenze-Kunststoffe, Keramiken oder dergleichen - handeln.

Bezugszeichenliste 1 Motorhaube 2 Schaumstoffschicht 3 obere Schale 4 untere Schale 5 X-Achse 6 Y-Achse 7 Verzögerungsverlauf 8 Verzögerungsspitze 9 Anstieg 10 Zwischenraum 11 Dom 12 Impaktor 15 Blechgerippe 16 Rand 17 Einbuchtung 18 Dorn 19 Schlossfalle 20 Querträger 21 Stützschicht