Dissertation

Fußgängerschutzpotenzial von Leichtbau-Motorhauben

Autor*in:

Kristian Seidel

Seitenzahl:

171

DOI:

10.18154/RWTH-2021-04079

Keywords:

Faserverbundkunststoff, Fußgängerschutz, Kohlenstofffaser

Jahr:

2021

Sprache:

Deutsch

Format:

digital

Weltweit sterben jährlich über 1,3 Millionen Menschen im Straßenverkehr. Fußgänger gehören dabei sowohl hinsichtlich ihrer statistischen Relevanz als auch aufgrund der oft sehr hohen Verletzungsschwere zu den besonders gefährdeten Verkehrsteilnehmern. Zur weiteren Verbesserung der Sicherheit von Fußgängern und anderer ungeschützter Verkehrsteilnehmer steht neben der Förderung aktiver Sicherheitssysteme auch zukünftig die weitere Optimierung der passiven Sicherheit im Fokus von Gesetzgebung und Verbraucherschutz sowie folglich auch der Fahrzeugentwicklung.

Im Bereich der Motorhaube stellt der im Sinne von Effizienz und Fahrdynamik angestrebte Leichtbau aufgrund der reduzierten Massenträgheit einen Zielkonflikt zu einem auf die Einhaltung biomechanischer Belastungsgrenzen im Kopfaufprall bei gleichzeitig minimalem Platzbedarf hin optimierten Deformationsverhalten dar, welches durch einen raschen Kraftanstieg mit anschließender Degression charakterisiert wird.

Bekannte passive Strukturmaßnahmen zur Verbesserung des Fußgängerschutzes  weisen in dieser Hinsicht spezifische Nachteile auf. Im Rahmen dieser Arbeit wurde  daher ein serienfähiges Konzept zur Realisierung des Fußgängerschutzes einer  Leichtbau-Motorhaube auf Basis kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe entwickelt,  prototypisch realisiert und versuchstechnisch abgesichert. Das entwickelte Konzept  einer CFK-Motorhaube (CFK – carbon-/kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) in  integraler Sandwichbauweise mit kompressions- und schubfestem Schaumkern erzielt  gegenüber einer Stahlreferenz eine Gewichtsreduktion von 57,6 %. Gleichzeitig kann  die im Hinblick auf eine optimale Abbremsung des Kopfes nachteilige reduzierte Massenträgheit durch gezielte Erhöhung der lokalen Biegesteifigkeit in Kombination mit einer hohen Energieabsorption kompensiert werden. Darüber hinaus wird gezeigt, dass der Beschleunigungsverlauf beim Kopfaufprall durch Variation der Schaumkerntopografie gezielt entsprechend der theoretisch optimalen Charakteristik hin optimiert werden kann. Insbesondere lässt sich durch eine hohe lokale Steifigkeit der erforderliche Deformationsweg reduzieren, was insbesondere bei anspruchsvollen Package-Situationen vorteilhaft sein kann.

Neben dem Nachweis der funktionellen und sicherheitsrelevanten Eigenschaften des Konzeptes wird auch die serienfähige Fertigung und Lackierfähigkeit des Bauteils demonstriert. Die integrale CFK-Sandwichkonstruktion bietet verglichen mit bisherigen Lösungen somit für einen Serieneinsatz ein hohes Potenzial für den Fußgängerschutz bei gleichzeitig deutlicher Gewichtsreduktion.