Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines energieabsorbierenden Bauteils, aufgebaut aus an mindestens einer Seite einstückig zu einem Band miteinander verbundenen, jeweils in entgegengesetzter Richtung ausgerichteten, einseitig offenen Profilelementen aus einem Polymermaterial.

Energieabsorbierende Bauteile werden zum Beispiel in der Automobilindustrie im Bereich der Stoßfänger eingesetzt. Die Energieaufnahme erfolgt durch Verformen und gezieltes Versagen der Bauteile zum Beispiel bei einem Zusammenprall. Da im Rahmen einer gewünschten Verringerung des Kraftstoffverbrauchs eine Gewichtsreduzie- rung unerlässlich ist, wird angestrebt, die Bauteile aus leichteren Werkstoffen, beispielsweise aus Kunststoffen zu fertigen. Insbesondere bei energieabsorbierenden Bauteilen, wie sie im Bereich der Stoßfänger eingesetzt werden, ist es zudem notwendig, dass die Bauteile ein möglichst ideales Versagensverhalten aufweisen. Ziel ist es, eine größere Energieaufnahme bei möglichst kleinem Bauraum zu erhalten.

Derzeit werden für die Stoßfänger insbesondere Polymerschäume als energieabsorbierendes Material eingesetzt. Polymerschäume zeigen jedoch ein Verformungsverhalten, bei dem bei gleichbleibender aufzubringender Kraft zunächst eine starke Verformung erfolgt, die mit zunehmender Verformung des Schaumes abnimmt. Um die Belastung sowohl auf ein mit dem Fahrzeug zusammenstoßendes Objekt als auch die Fahrzeugkarosserie selbst möglichst gering zu halten ist ein solches Versagensverhalten jedoch nicht erwünscht.

Neben dem Einsatz von Schäumen ist es auch bekannt, nicht schäumbare Polymere zur Fertigung der energieabsorbierenden Bauteile, die als Stoßfänger am Kraftfahrzeug eingesetzt werden, zu verwenden. Dies ist zum Beispiel offenbart in WO-A 02/087925. Das energieabsorbierende Bauteil umfasst eine Struktur mit einem B- förmigen Profil, auf dem einzelne Elemente in Form von Hauben aufgebracht sind. Bei Einwirkung einer Kraft erfolgt zunächst eine Verformung und anschließend ein Versa- gen durch Bruch. Die Herstellung des energieabsorbierenden Bauteils erfolgt zum Beispiel durch ein Spritzgießverfahren.

Auch in WO-A 03/104030 ist ein Stoßfänger offenbart, der ein energieabsorbierendes Bauteil aus einem Polymermaterial umfasst. Der Stoßfänger umfasst vorspringende und zurücktretende Abschnitte und ist so gestaltet, dass bei Einwirken einer Kraft auch hier zunächst eine Verformung und anschließendes Versagen durch Bruch erfolgt.

Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Stoßfänger ist, dass eine An- passung an die ideale Kraft-Weg-Kurve nur in begrenztem Maße möglich ist. So können zum Beispiel aufgrund der im Stand der Technik bekannten Herstellverfahren keine energieabsorbierenden Bauteile gefertigt werden, die beispielsweise aufgrund ihrer Formgebung elastische und gleichmäßig verformbare Bereiche aufweisen, bevor es zu einem Versagen des Bauteils kommt. Auch ist es bei derzeit aus Schäumen hergestell- ten energieabsorbierenden Bauteilen nicht möglich, den Kraft-Weg-Verlauf über die Breite des Bauteils zu variieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von energieabsorbierenden Bauteilen bereitzustellen, mit dem es möglich ist, Bauteile zu fertigen, die gut an eine ideale Kraft-Weg-Kurve angepasst werden können.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines energieabsorbierenden Bauteils, wobei das Bauteil aus an mindestens einer Seite einstückig zu einem Band miteinander verbundenen, jeweils in entgegengesetzter Richtung ausgerichteten einseitig offenen Profilelementen aus einem Polymermaterial aufgebaut ist, das folgende Schritte umfasst:

(a) Schließen eines Formwerkzeugs, umfassend mindestens zwei Werkzeugprofile, die in entgegengesetzte Richtung bewegbar sind und jeweils abwechselnd her- vorstehende Bereiche als Negativbild der Innenseite eines Profilelements und zurückstehende Bereiche als Negativbild der Außenseite eines benachbarten Profilelements aufweisen, wobei die hervorstehenden Bereiche der gegenüberliegend angeordneten Werkzeugprofile in geschlossenem Zustand ineinandergreifen,

(b) Einspritzen des Polymermaterials in ein Werkzeug,

(c) Öffnen des Formwerkzeugs, indem die Werkzeugprofile in entgegengesetzter Richtung auseinander bewegt werden, und Entnehmen des Bauteils.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, durch eine Anpassung der Gestaltung der einzelnen Profilelemente das Bauteil an eine ideale Kraft-Weg-Kurve anzupassen. Das Verfahren erlaubt es weiterhin, durch die jeweils in entgegengesetzte Richtung angeordneten Profilelemente ein Bauteil herzustellen, das eine gleichmäßige Energieaufnahme ermöglicht. Die Energieaufnahme wird dadurch realisiert, dass das Bauteil einen kontrollierten Kraft-Weg-Verlauf zeigt.

Anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei denen die energieabsorbierenden Bauteile konisch ausgeführt sind, um die Bauteile entformen zu können, was den Nachteil hat, dass die Formgebung nur eingeschränkt variierbar ist, beispielsweise durch in Belastungsrichtung auftretende Hinterschnitte, die eine ideale Gestaltung verhindern, ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, auch Bauteile mit einer Formgebung zu erzeugen, bei denen Hinterschnitte auch in Belas- tungsrichtung auftreten. Auf diese Weise ist die Anpassbarkeit an die Kraft-Weg- Charakteristik, die gewünscht ist, in weiteren Bereichen möglich als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Bauteilstrukturen.

Durch die jeweils in entgegengesetzter Richtung ausgerichteten, einseitig offenen Pro- filelemente kann eine in Summe in Kraftrichtung ausgerichtete Struktur erzeugt werden. Durch die alternierende Öffnungsrichtung der einzelnen Profilelemente können die in weiten Grenzen anpassbaren Strukturen durch Einsatz der jeweils zwei Werkzeugprofile mit hervorstehenden und zurückstehenden Bereichen, die ineinandergreifen, problemlos entformt werden. Durch Variation und Kombination der jeweils in entge- gengesetzter Richtung ausgerichteten, einseitig offenen Profilelemente ist eine optimale Anpassung des energieabsorbierenden Bauteils an die über die Querachse des Fahrzeugs unterschiedlichen Anforderungen an die Kraft-Weg-Charakteristik möglich.

Durch die Verbindung der einzelnen Profilelemente an mindestens einer Seite zu ei- nem Band ergibt sich eine Verteilung der Wrkung des energieabsorbierenden Bauteils quer über die Ausdehnungsrichtung. Hierdurch wird auch bei Zerstörung einzelner Profilelemente gewährleistet, dass auch bei einem zweiten Aufprall auf das energieabsorbierende Bauteil eine ausreichende Restwirkung erzielt werden kann. Wenn die Profilelemente auch an einer zweiten Seite einstückig zu einem Band miteinander verbunden werden, kann das energieabsorbierende Bauteil ideal auch an gekrümmte oder ausgesparte Geometrien angepasst werden. Weiterhin ist es auch möglich, das Band zur Anpassung des Kraft-Weg-Verlaufs in Breite oder Dicke zu variieren oder durch Anbringen von Rippen zu verstärken.

Als Polymermaterial, aus dem das energieabsorbierende Bauteil hergestellt wird, wird vorzugsweise ein thermoplastisches Polymer oder ein durch Spritzguss verarbeitbares duroplastisches Polymer verwendet. Das Polymer kann verstärkt oder unverstärkt eingesetzt werden, bevorzugt werden verstärkte Polymere verwendet. Als Polymere ereignen sich zum Beispiel natürliche und synthetische Polymere oder deren Derivate, Naturharze sowie synthetische Harze und deren Derivate, Proteine, Cellulose-Derivate und dergleichen. Diese können - müssen jedoch nicht - chemisch oder physikalisch härtend, beispielsweise luftaushärtend, Strahlungshärtend oder tem- peraturhärtend, sein.

Neben Homopolymeren können auch Copolymere oder Polymergemische eingesetzt werden. Bevorzugte Polymere sind ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol); ASA (Acrylnitril-Styrol- Acrylat); acrylierte Acrylate; Alkydharze; Alkylenvinylacetate; Alkylenvinylacetat- Copolymere, insbesondere Methylenvinylacetat, Ethylenvinylacetat, Butylenvinylacetat; Alkylenvinylchlorid-Copolymere; Aminoharze; Aldehyd- und Ketonharze; Cellulose und Cellulose-Derivate, insbesondere Hydroxyalkylcellulose, Celluloseester, wie -acetate, -Propionate, -butyrate, Carboxyalkylcellulosen, Cellulosenitrate; Epoxyacrylate; Epoxidharze; modifizierte Epoxidharze, zum Beispiel bifunktionelle oder polyfunktionelle Bisphenol-A- oder Bisphenol-F-Harze, Epoxy-Novolak-Harze, bromierte Epoxidharze, cycloaliphatische Epoxidharze; aliphatische Epoxidharze, Glycidether, Vinylether, Ethylenacrylsäurecopolymere; Kohlenwasserstoffharze; MABS (transparentes ABS mit Acrylat-Einheiten enthaltend); Melaminharze; Maleinsäureanhydridcopolymerisate; (Meth)acrylate; Naturharze; Kolophoniumharze; Schellack; Phenolharze; Polyester; Polyesterharze, wie Phenylesterharze; Polysulfone (PSU); Polyethersulfone (PESU); Polyphenylensulfon (PPSU); Polyamide; Polyimide; Polyaniline; Polypyrrole; Poly- butylentherephtalat (PBT); Polycarbonate (zum Beispiel Makroion ^® der Bayer AG); Polyesteracrylate; Polyetheracrylate; Polyethylen; Polyethylenthiophene; Polyethylen- naphthalate; Polyethylentherephtalate (PET); Polyethylentherephtalat-Glycol (PETG); Polypropylen; Polymethylmethacrylat (PMMA); Polyphenylenoxid (PPO); Polyoxy- methylen (POM); Polystyrole (PS); Polytetrafluorethylen (PTFE); Polytetrahydrofuran; Polyether (zum Beispiel Polyethylenglycol, Polypropylenglycol); Polyvinyl- Verbindungen, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC), PVC-Copolymere, PVdC, Polyvinylacetat sowie deren Copolymere, gegebenenfalls teilhydrolisierter Polyvinylal- kohol, Polyvinylacetale, Polyvinylacetate, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Polyvinylacrylate und -methacrylate in Lösung und als Dispersion sowie deren Copolymere, Polyacrylsäureester und Polystyrolcopolymere; Polystyrol (schlagfest oder nicht schlagfest modifiziert); Polyurethane, unvernetzte bzw. mit Isocyanaten vernetzt; Polyurethanacrylate; Stryrol-Acrylnitril (SAN); Styrol-Acryl-Copolymere; Styrol- Butadien-Blockcopolymere (zum Beispiel Styroflex ^® oder Styrolux ^® der BASF SE, K- Resin™ der TPC); Proteine, zum Beispiel Casein; SIS; Triazin-Harz, Bismaleimid- Triazin-Harz (BT), Cyanatester-Harz (CE), allylierter Polyphenylen-Ether (APPE). Wei- terhin können Mischungen zweier oder mehrerer Polymere eingesetzt werden. Besonders bevorzugte Polymere sind Acrylate, Acrylatharze, Cellulose-Derivate, Methacrylate, Methacrylatharze, Melamin- und Aminoharze, Polyalkylene, Polyimide, Epoxidharze, modifizierte Epoxidharze, zum Beispiel bifunktionelle oder polyfunktionelle Bisphenol-A- oder Bisphenol-F-Harze, Epoxy-Novolak-Harze, bromierte Epoxid-Harze, cycloaliphatische Epoxid-Harze; aliphatische Epoxid-Harze, Glycidether, Cyanatester, Vinylether, Phenolharze, Polyimide, Melaminharze und Aminoharze, Polyurethane, Polyester, Polyvinylacetale, Polyvinylacetate, Polystyrole, Polystyrol-Copolymere, Polystyrolacrylate, Styrol-Butadien-Blockcopolymere, Styrol- Acrylnitril-Copolymere, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Acrylnitril-Styrol-Acrylat, Polyoxy- methylen, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyphenylensulfon, Polybutylenterephthalat, Polycarbonate, Alkylenvinylacetate und Vinylchlorid-Copolymere, Polyamide, Cellulose-Derivate sowie deren Copolymere und Mischungen zweier oder mehrerer dieser Polymere.

Insbesondere bevorzugte Polymere sind Polyamide, beispielsweise Polyamid 46, Polyamid 6, Polyamid 1 1 , Polyamid 66, Polyamid 6/6, Polyamid 6/10 oder Polyamid 6/12, Polypropylen, Polyethylen, Styrol-Acrylnitril-Copolymere, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Acrylnitril-Styrol-Acrylat, Polyoxymethylen, Polysulfone, Polyethersulfone, Polypheny- lensulfone, Polybutylenterephthalat, Polycarbonate sowie deren Mischungen.

Das Polymermaterial ist vorzugsweise verstärkt. Insbesondere ist das Polymermaterial faserverstärkt. Zur Verstärkung kann jede beliebige, dem Fachmann bekannte, zur Verstärkung übliche Faser verwendet werden. Geeignete Fasern sind zum Beispiel Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Basaltfasern, Borfasern, Metallfasern oder Kaliumtitanatfasern. Die Fasern können in Form von Kurzfasern oder Langfasern eingesetzt werden. Auch können die Fasern geordnet oder ungeordnet im Polymermaterial enthalten sein. Insbesondere bei Einsatz von Langfasern ist jedoch eine geordnete Anordnung üblich. Die Fasern können dabei zum Beispiel in Form von Einzelfasern, Fasersträngen, Matten, Geweben, Gestricken oder Rovings eingesetzt werden. Wenn die Fasern in Form von Langfasern, als Rovings oder als Fasermatte eingesetzt werden, so werden die Fasern üblicherweise in eine Form eingelegt und anschließend mit dem Polymermaterial umgössen. Die so hergestellte Struktur kann einlagig oder mehrlagig aufgebaut sein. Bei einem mehrlagigen Aufbau können die Fasern der einzelnen Lagen jeweils gleichgerichtet sein oder die Fasern der einzelnen Lagen sind in einem Winkel von -90° bis +90° zueinander verdreht.

Bevorzugt werden jedoch Kurzfasern eingesetzt. Bei Einsatz von Kurzfasern werden diese üblicherweise der Polymermasse vor dem Aushärten zugemischt. Der Grundkör- per der Struktur kann zum Beispiel durch Extrusion, Spritzgießen oder Gießen gefertigt werden. Bevorzugt wird der Grundkörper der Struktur durch Spritzgießen oder Gießen gefertigt. Im Allgemeinen sind die Kurzfasern in der Struktur ungerichtet enthalten. Wenn die Struktur jedoch durch ein Spritzgussverfahren hergestellt wird, kann sich eine Ausrichtung der Kurzfasern durch das Pressen der die Fasern enthaltenden Polymermasse durch eine Anspritzdüse in das Werkzeug ergeben.

Als Verstärkungsmittel eignen sich neben Fasern auch beliebige andere Füllstoffe, die dem Fachmann bekannt sind und die steifigkeits- und/oder festigkeitserhöhend wirken. Hierzu zählen unter anderem auch beliebige Partikel ohne Vorzugsrichtung. Derartige Partikel sind im Allgemeinen kugelförmig, plättchenförmig oder zylindrisch. Die tatsächliche Form der Partikel kann dabei von der idealisierten Form abweichen. So können insbesondere kugelförmige Partikel in der Realität zum Beispiel auch tropfenförmig oder abgeflacht sein. Neben Fasern eingesetzte Verstärkungsmaterialien sind zum Beispiel Graphit, Kreide, Talkum und nanoskalige Füllstoffe.

Besonders bevorzugt zur Verstärkung werden jedoch Glasfasern eingesetzt. Insbesondere bevorzugt als Material zur Herstellung der Struktur zum Absorbieren der Energie sind glasfaserverstärkte Polyamide.

Neben Polymermaterialien können zur Herstellung der Struktur zum Absorbieren der Energie auch Metalle verwendet werden, die durch Gussverfahren geformt werden können. So eignen sich zum Beispiel durch Druckgussverfahren verarbeitbare Leicht- metalle wie Aluminium oder Magnesium. Jedoch können auch eisenhaltige Metalle, zum Beispiel Stahle oder Gusseisen, die durch Gussverfahren verarbeitet werden können, eingesetzt werden. Auch ist es möglich, entsprechende energieabsorbierende Bauteile aus metallischen Werkstoffen durch ein Stanz-Biege-Verfahren herzustellen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird in einen durch die Innenflächen der einseitig offenen Profilelemente definierten Raum ein geschäumter Kern eingebracht. Durch das Einbringen des geschäumten Kernes ist es weiterhin möglich, die Kraft- Weg-Charakteristik des energieabsorbierenden Bauteils anzupassen. Ein weiterer Effekt des Einsatzes eines Schaumes ist, dass bei einer stabilen Verbindung von Schaum und Polymermaterial der Profilelemente vermieden wird, dass einzelne Splitter bei Versagen des Bauteiles abbrechen und zu Verletzungen führen können. Um eine stabile Verbindung von Profilelement und Schaum zu erhalten, ist es möglich, einen Schaum aus einem thermoplastischen Polymeren einzusetzen, der zum Beispiel an das Profilelement angeschweißt wird. Bevorzugt ist es jedoch, den Schaum zum Bei- spiel durch Kleben mit den Profilelementen zu verbinden. Alternativ ist es auch mög- lieh, den Schaum nicht kraft-oder formschlüssig mit den Profilen zu verbinden sondern den Schaum in den durch die Profilelemente gebildeten Innenraum zu positionieren. Eine stabile Befestigung des Schaumes ist dann zum Beispiel möglich, wenn der Schaum in dem Innenraum hergestellt wird und beim Aufschäumen die Profilelemente mit umschließt bzw. gegen die Profilelemente gepresst wird.

Als Material für den Schaum, wenn ein solcher Schaumkern eingesetzt wird, eignen sich zum Beispiel thermoplastische oder duroplastische, offenzellige oder geschlossenzellige Schäume. Hierbei kann jeder beliebige, schäumbare Kunststoff zur Herstellung eines entsprechenden Schaumes eingesetzt werden. Bevorzugt als Material für den Schaumkern werden sogenannte energieabsorbierende Schäume aus Polyethylen oder Polyurethan eingesetzt.

Eine Anpassung der Profilelemente an die gewünschte Kraft-Weg-Charakteristik ist zum Beispiel möglich, indem die einzelnen Profilelemente einseitig mit Rippen verstärkt werden. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, die Profilelemente an ihren Innenseiten, das heißt den Seiten, die den gegenüberliegenden Profilelementen zuweisen, mit Rippen zu verstärken. Die Anzahl und Geometrie der Rippen wird dabei an die gewünschte Kraft-Weg-Charakteristik angepasst. Hierbei ist es einerseits möglich, dass alle Profilelemente, die zu dem energieabsorbierenden Bauteil verbunden sind, mit einer gleichen Anzahl an Rippen versehen werden oder auch unterschiedliche Anzahlen an Rippen aufweisen. Auch können die Rippen alle die gleiche Geometrie aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Rippen der einzelnen Profilelemente jeweils unterschiedliche Geometrien aufweisen.

Wenn die einzelnen Profilelemente mit Rippen ausgestattet werden, so werden die Rippen vorzugsweise beim Spritzgießen des energieabsorbierenden Bauteils einstückig mit ausgebildet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, zum Beispiel separate Rippen herzustellen und diese anschließend beispielsweise durch ein Schweißverfahren mit den Profilelementen zu verbinden. Bevorzugt ist es jedoch, die Rippen einteilig während der Herstellung des energieabsorbierenden Bauteiles auszubilden.

Neben dem Einsatz von Rippen ist es alternativ auch möglich, das Bauteil durch individuelle Gestaltung der einzelnen Profilelemente an eine ideale Kraft-Weg-Kurve anzu- passen. Zur Anpassung an die ideale Kraft-Weg-Kurve können zum Beispiel die Wandstärke und die Breite der einzelnen Profilelemente sowie die Anzahl der Rippen angepasst werden. Eine Vergrößerung der Wandstärke führt zum Beispiel zu einer geringeren Verformung bei Aufbringen einer gleich großen Kraft als bei einer dünneren Wand. Entsprechend kann durch Verringerung der Wandstärke der Verformungsweg bei Aufbringen einer gleichbleibenden Kraft vergrößert werden. Da die einzelnen Profilelemente jeweils durch die einteilige Verbindung an einer Seite Kraft an die benachbarten Profilelemente übertragen, ist es möglich, die Kraft-Weg- Charakteristik auch durch die Breite des einzelnen Profilelementes anzupassen.

Das energieabsorbierende Bauteil eignet sich insbesondere zum Einsatz in einem Stoßfänger in einem Kraftfahrzeug. Weiterhin kann das energieabsorbierende Bauteil, das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird, zum Beispiel auch als allgemeiner Absorber bei Seitenaufprall, Heckaufprall oder Kopfaufprall eingesetzt werden. Mögliche Einbauorte in einem Kraftfahrzeug liegen unter der Motorhaube, im Bereich der Seitenschweiler, im Türmodul oder im Innenraum unter Verkleidungselementen. Neben dem Einsatz in einem Kraftfahrzeug ist auch ein Einsatz der energieabsorbierenden Bauteile in der Verpackungstechnik zum Schutz von zu verpackenden Gütern möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit Darstellung der Einbauposition einer vorderen Absorberstruktur,

Kraft-Weg-Kurven für unterschiedliche Absorberstrukturen,

Eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten energieabsorbierenden Bauteils,

Eine dreidimensionale Darstellung eines energieabsorbierenden Bauteils in einer zweiten Ausführungsform.

Eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen energieabsorbierenden Bauteils mit z-förmigen Profilelementen,

Eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen energieabsorbierenden Bauteils mit s-förmigen Profilelementen

In Figur 1 ist schematisch ein vorderer Teil eines Kraftfahrzeugs mit Einbauposition einer Absorberstruktur dargestellt. Ein Kraftfahrzeug 1 umfasst üblicherweise einen vorderen Stoßfänger 3 und einen hier nicht dargestellten hinteren Stoßfänger. Der Aufbau des vorderen Stoßfängers und des hinteren Stoßfängers ist im Wesentlichen gleich. Der vordere Stoßfänger umfasst ein energieabsorbierendes Bauteil 5, das mit einem Querträger 7 des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Vor dem energieabsorbierenden Bauteil 5 befindet sich eine äußere Abdeckung 9. Zwischen der äußeren Abdeckung 9, durch die auch die Fahrzeugkontur gebildet wird, und dem energieabsorbierenden Bauteil 5 befindet sich üblicherweise ein Spalt. Bei Kollision mit einem Objekt, bei- spielsweise einem anderen Fahrzeug oder auch einem Lebewesen, beispielsweise einer Person, verformt sich zunächst die äußere Abdeckung 9 und nimmt hierdurch Energie auf. Je nach Stärke des Aufpralls ist die Verformung der äußeren Abdeckung 9 so stark, dass diese mit dem energieabsorbierenden Bauteil 5 in Kontakt tritt und das energieabsorbierende Bauteil 5 durch Einwirkung der aufgebrachten Kraft verformt wird. Bei der Verformung wird vom energieabsorbierenden Bauteil 5 Energie vernichtet. Durch die Verformung des energieabsorbierenden Bauteils 5 beim Aufbringen einer Kraft wird bei einer Kollision die auf das mit dem Fahrzeug kollidierende Objekt wirkende Kraft zum Teil absorbiert und so die Schädigung des Objekts im Vergleich mit dem Aufprall auf ein starres Element verringert.

Gemäß dem Stand der Technik wird als energieabsorbierendes Bauteil 5 üblicherweise ein Element aus einem Schaummaterial, beispielsweise einem Polymerschaum, eingesetzt. Alternativ werden derzeit auch energieabsorbierende Bauteile aus einem nicht geschäumten Kunststoff eingesetzt, wobei diese derart gestaltet sind, dass sich der Kunststoff bei Auftreffen einer Kraft zunächst verformt und dann durch Bruch versagt. Durch die Verformung und den Bruch wird vom energieabsorbierenden Bauteil 5 Energie aufgenommen.

Die Kraft-Weg-Charakteristika für verschiedene Werkstoffe sind in Figur 2 dargestellt.

Auf der x-Achse ist der Verformungsweg aufgetragen und auf der y-Achse die Kraft F.

Ein ideales energieabsorbierendes System, das das energieabsorbierende Bauteil enthält, weist eine konstante Kennlinie F auf, wobei der Verformungsweg bei gleichblei- bender auf das Bauteil wirkender Kraft konstant bleiben sollte. Das heißt, dass unabhängig von der bereits erfolgten Verformung durch Aufbringen einer konstanten Kraft die Verformung weiterhin linear zunimmt. Mit Bezugszeichen 13 ist eine Kraft-Weg-Kurve für einen energieabsorbierenden Schaum, wie er derzeit eingesetzt wird, dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass zunächst bei Aufbringen einer vergleichsweise geringen Kraft eine starke Verformung erfolgt, und bei zunehmender Verformung die Kraft zunehmen muss, mit der der Schaum weiter verformt, das heißt zusammengepresst werden kann. Ein solches Verhalten, wie es ein energieabsorbierender Schaum aufweist, führt im Unterschied zum idealen energieabsorbierenden Bauteil dazu, dass insgesamt weniger Energie vom Schaum absorbiert werden kann als von einem Bauteil, das dem idealen Kraft-Weg- Verlauf 1 1 folgt.

Ein möglicher Kraft-Weg-Verlauf für ein erfindungsgemäßes Bauteil ist mit der mit Bezugszeichen 15 bezeichneten Kurve dargestellt. Im Unterschied zu der Kraft-Weg- Kurve für einen energieabsorbierenden Schaum weist die Kraft-Weg-Kurve für ein energieabsorbierendes Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung einen an den idea- len Verlauf angenäherten Verlauf auf. Das energieabsorbierende Bauteil gemäß der Erfindung kann so gestaltet werden, dass dieses zunächst auf einen kurzen Weg eine größere Kraft aufnehmen kann als ein energieabsorbierender Schaum und danach durch gezieltes Verformen und Versagen ein Verlauf erzielt werden kann, der näher an der idealen Kraft-Weg-Kurve 11 verläuft als die Kraft-Weg-Kurve 13 eines energieab- sorbierenden Schaums.

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Bauteil in einer ersten Ausführungsform. Ein erfindungsgemäß ausgebildetes energieabsorbierendes Bauteil 5 ist aus einzelnen Profilelementen 17, 19 aufgebaut. Die Profilelemente 17, 19 sind erfindungsgemäß jeweils einseitig offen und in entgegengesetzter Richtung ausgerichtet.

Die einzelnen Profilelemente 17, 19 können dabei zum Beispiel wie in Figur 3 darge- stellt u-förmig gestaltet sein. Die einzelnen Profilelemente 17, 19 weisen dabei jeweils einen ersten Schenkel 21 , einen zweiten Schenkel 23 und eine Basis 25 auf. Die Basis 25 kann dabei wie hier dargestellt zum Beispiel einen konvexen Bogen aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Basis 25 konkav gebogen ist oder eine beliebige andere Struktur, beispielsweise eine Wellenform oder eine Zickzackform, aufweist.

Die einzelnen gegenüberliegenden einseitig offenen Profilelemente 17, 19 sind erfindungsgemäß jeweils an ihren ersten Schenkeln 21 zu einem Band miteinander verbunden. Zusätzlich sind bei einer u-förmigen Gestaltung, wie diese in Figur 3 dargestellt ist, auch die zweiten Schenkel 23 jeweils miteinander zu einem Band verbunden. Mit den zweiten Schenkeln 23 ist das energieabsorbierende Bauteil 5, sofern es in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, mit dem Querträger 7 der Fahrzeugkarosserie verbunden. Im Fahrzeug ist das energieabsorbierende Bauteil 5 so ausgerichtet, dass eine auf das energieabsorbierende Bauteil 5 wirkende Kraft auf die ersten Schenkel 21 einwirkt. Durch das Einwirken der Kraft auf die ersten Schenkel 21 verformt sich zunächst das energieabsorbierende Bauteil 5 im Bereich der Basis 25. Hierbei werden die ersten Schenkel 21 in Richtung der zweiten Schenkel 23 gepresst. Nach Erreichen der Verformungsgrenze gibt die Basis 25 nach und das energieabsorbierende Bauteil 5 versagt durch Bruch. In Abhängigkeit vom eingesetzten Material ist es auch möglich, dass ein Versagen des Bauteils nicht eintritt sondern eine Verformung bis die ersten Schenkel 21 an den zweiten Schenkeln 23 anliegen.

Mit Pfeilen 27 ist in Figur 3 dargestellt, dass sich die jeweils einseitig offenen Profilelemente 17, 19 in Pfeilrichtung fortsetzen und auf diese Weise ein beliebig breites ener- gieabsorbierendes Bauteil 5 erzeugt werden kann.

Eine stabile Verbindung mit dem Querträger 7 wird erreicht, indem die zweiten Schenkel 23 jeweils einen Bund 29 aufweisen, mit dem diese den Querträger 7 umschließen. In Abhängigkeit vom gewünschten Versagensverhalten ist es möglich, die einzelnen Profilelemente 17, 19 individuell zu gestalten. So können alle Profilelemente eine gleiche Form aufweisen, wie diese in Figur 3 dargestellt ist, alternativ können die Profilelemente jeweils unterschiedlich breit gestaltet sein oder auch eine unterschiedliche Basis aufweisen.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des energieabsorbierenden Bauteils 5 ist es möglich, dieses durch ein Spritzgussverfahren in einem Arbeitsgang herzustellen. Hierzu sind die Werkzeuge jeweils so gestaltet, dass diese jeweils Vorsprünge aufweisen, die der Innenkontur der einseitig offenen Profilelemente entsprechen und den Vorsprüngen jeweils Rücksprünge benachbart sind, die der Außenkontur des benachbarten Profilelements entsprechen. Die Werkzeuge werden gegenüberliegend angeordnet und aufeinander zubewegt, um die Form zu schließen. Hierbei greifen jeweils die Vorsprünge ineinander, sodass eine Verzahnung entsteht. Das Kunststoffmaterial kann dann eingespritzt werden. Zur Entnahme werden die Werkzeuge wieder ausei- nanderbewegt und das fertige Bauteil kann entnommen werden.

Um die Kraft-Weg-Kennlinie des energieabsorbierenden Bauteils 5 weiter zu beeinflussen ist es auch möglich, in den von den jeweils gegenüberliegenden einseitig offenen Profilelementen 17, 19 gebildeten Hohlraum einen Kern aus einem Polymerschaum einzubringen. Dieser kann zum Beispiel nach der Fertigung des energieabsorbieren- den Bauteils 5 eingeschoben werden. Alternativ ist es auch möglich, das energieabsorbierende Bauteil 5 in eine Form einzulegen und ein expandierbares Polymer einzuspritzen, das dann in der Form expandiert und aufschäumt. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass durch das Aufschäumen in der Form eine stabile Verbindung mit dem energieabsorbierenden Bauteil 5 erzeugt werden kann.

Eine alternative Gestaltung eines energieabsorbierenden Bauteils 5 ist in Figur 4 dargestellt. Die in Figur 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die Basis 25 der einzelnen Profilelemente 17, 19 jeweils durch einen Steg 31 und mit dem Steg 31 und der Basis 25 verbundenen Rippen 33 verstärkt ist. Der Steg 31 und die Rippen 33 sind dabei so gestaltet, dass diese ein Entfernen des Werkzeuges nicht behindern bzw. beim Entfernen des Werkzeuges nicht beschädigt werden. Hierzu sind die Stege 31 und die Rippen 33 vorzugsweise in Öffnungsrichtung des Werkzeuges mit parallelen Oberflächen oder mit abnehmendem Abstand der sich jeweils gegenüberliegenden Oberflächen gestaltet. Dies ermöglicht die Ausformung der Stege 31 und Rippen 33 ebenfalls in einen Arbeitsgang. Alternativ ist es auch möglich, die Stege 31 bzw. Rippen 33 nachträglich einzubringen. Bevorzugt ist jedoch eine Herstellung in einem Arbeitsgang.

Alternativ zu der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Gestaltung mit im Wesentlichen u-förmigen Profilelementen 17, 19 ist es alternativ auch möglich, die Profilelemente 17, 19 zum Beispiel s-förmig oder z-förmig zu gestalten. Die entsprechende Gestaltung ist beispielhaft in den Figuren 5 und 6 dargestellt. Die Öffnungsrichtung des Werkzeuges ist dabei jeweils mit Pfeilen 35 dargestellt. In Figur 5 ist dabei ein z-förmiges Profil und in Figur 6 ein s-förmiges Profil dargestellt.

Zur Anpassung an die gewünschte Kraft-Weg-Charakteristik ist es möglich, neben der Breite der einzelnen Profilelemente auch die Form der einzelnen Profilelemente zu variieren. So können zum Beispiel in einem energieabsorbierenden Bauteil 5 auch Profilelemente unterschiedlicher Geometrien, beispielsweise u-förmige, s-förmige und z- förmige Profilelemente in beliebiger Anordnung miteinander kombiniert werden. Auch ist es möglich, nur einen Teil der Profilelemente oder alle Profilelemente mit Stegen und Rippen zu verstärken.

Durch Änderung der Parameter, zum Beispiel der Breite und Form der Profilelemente lässt sich der Kraft-Weg-Verlauf über die gesamte Breite des Bauteils gezielt einstellen, wobei in unterschiedlichen Bereichen des Bauteils unterschiedliche Kraft-Weg- Verläufe gewünscht sein können. Bezugszeichenliste

Kraftfahrzeug

Stoßfänger

energieabsorbierendes Bauteil

Querträger

äußere Abdeckung

Kraft-Weg-Kurve

Kraft-Weg-Kurve für einen energieabsorbierenden Schaum

Kraft-Weg-Kurve für ein erfindungsgemäßes Bauteil

Profilelement

Profilelement

erster Schenkel

zweiter Schenkel

Basis

Verlängerung

Bund

Steg

Rippen