Fahrzeugtür

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aufprallelement, insbesondere ein Seitenaufprallschutzelement für eine Fahrzeug seitenstruktur (mit oder ohne integrierte Türe) . In einem wei teren Aspekt betrifft die Erfindung ein Aufprallschutzsystem, insbesondere einer Fahrzeugseitenstruktur, umfassend ein Auf prallelement und eine das Aufprallelement umgebende oder daran angrenzende Tragstruktur, die derart miteinander verbunden sind, dass die Tragstruktur ebenso Anteil an der Energieabsorp tion übernimmt.

Ein Aufprallelement für ein Fahrzeug besteht in der Regel aus Metall, insbesondere Stahl, und dient dazu, die Bewegungs energie eines eindringenden Körpers in Verformungsenergie umzu wandeln bzw. auf die umgebende Fahrzeugseitenstruktur zu über tragen. Dazu muss das Aufprallelement genormten Anforderungen entsprechen, denn einerseits besteht bei einer übermäßigen Ver formung des Aufprallelements eine unmittelbare Gefahr durch den eindringenden Körper für im Fahrzeug befindliche Personen und andererseits wirken bei einem unnachgiebigen Aufprallelement zu hohe Beschleunigungen auf die Insassen.

Üblicherweise wird ein Aufprallelement im Fahrzeugbau aus Metallformrohren oder Metallprofilen gefertigt. Durch das duk tile Verhalten des Werkstoffs wirkt das Aufprallelement bei ei ner Kollision anfänglich als Biegeträger und später, bei größer werdenden Intrusionen, als Zugelement, das zwischen der umlie genden Tragstruktur einer Fahrzeugseitenstruktur aufgespannt ist. Ein Aufprallelement auf Metallbasis hat den Nachteil eines hohen Einsatzes an grauer Energie, was bei einer Lebenszyklus analyse eine schlechtere Emissions-Bilanz (z.B. Kohlendioxid) erwarten lässt als ein Hybridelement, das vorrangig aus nach wachsenden Rohstoffen gefertigt wird.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Aufprallele ment aus alternativen Materialien, vornehmlich nachwachsenden Rohstoffen, herzustellen, das die Anforderungen an ein herkömm liches Aufprallelement erfüllen kann.

Dieses Ziel wird in einem ersten Aspekt mit einem Auf prallelement, insbesondere einem Seitenaufprallschutzelement für eine Fahrzeugstruktur, z.B. einer Fahrzeugtür, erreicht. Das Aufprallelement wird erfindungsgemäß durch ein mehrschich tiges Hybridelement, das einem Sandwichelement entspricht, ge bildet. Das Aufprallelement umfasst eine Drucklage und eine Zuglage, die derart miteinander verbunden sind, dass zwischen ihnen ein Zwischenraum ausgebildet ist.

Praktische Versuche haben ergeben, dass nichtmetallische Träger - z.B. aus Holz oder Kunststoff - vielfach nicht in der Lage sind, die bei einem Aufprall abzubauende Bewegungsenergie eines auftreffenden Körpers in ausreichendem Maße in Verfor mungsenergie umzuwandeln bzw. auf die umgebende bzw. daran an grenzende Tragstruktur zu übertragen, da sie auf der dem Auf prall abgewandten Seite spröde entfestigen. Damit kann auch keine Zugwirkung in der Fahrzeugseitenstruktur entwickelt wer den. Dieses Sandwichelement ist zusätzlich zumindest an seiner Zuglage auf der stoßabgewandten Seite durch ein hoch reißfestes und/oder dehnbares Material (Zugband) verstärkt. Ferner wird zwischen der Druck- und der Zuglage ein Füllmaterial in das Aufprallelement eingebracht, das eine geringere Querdruckfes tigkeit als das Material der Druck- bzw. Zuglage aufweist. Dies bewirkt, dass das Füllmaterial beim Auftreffen eines Körpers auf die Drucklage nachgibt. Dadurch wird die anfänglich hohe Querschnitthöhe des Schichtaufbaus vermindert, was in der Folge auch zur Reduktion der ursprünglich hohen Biegesteifigkeit des Aufprallelements führt.

Das im Zwischenraum eingebrachte Füllmaterial liegt sowohl an der Drucklage als auch an der Zuglage an und weist eine Querdruckfestigkeit auf, die geringer ist, bevorzugt zumindest 5-mal geringer, besonders bevorzugt zumindest 10- bis 20-mal geringer, als jene der Drucklage. Das Füllmaterial kann aus po- rösen, schaumartigen oder wabenähnlichen Materialien bestehen, alternativ auch aus Röhren oder wellenförmigem Material.

Die Zuglage weist bevorzugt ähnliche mechanische Kennwerte auf wie die Drucklage. Das auf der der Drucklage abgewandten Seite der Zuglage angebrachte Zugband ist zumindest an den En den des Aufprallelements zugfest und optional auch schubfest mit diesem verbunden. Bevorzugt wird das Zugband mit der Zugla ge über die ganze Länge verklebt .

Das Zugband ist derart ausgebildet, dass es bei Durchbie gung des Aufprallelements einer höheren Zugkraft widersteht als die bei der Durchbiegung belastete Druck- und Zuglage. Bei Auf prall eines Körpers auf das Aufprallelement unterliegt dieses einer Biegebelastung, da es in der Tragstruktur eingespannt ist. Durch diese Durchbiegung wirken auf die Drucklage, die Zuglage und das Zugband Zugkräfte. Dadurch, dass das Zugband bei Durchbiegung des Aufprallelements einer höheren Kraft (d.h. Zugkraft) widersteht, entfestigen zuerst die Druck- und die Zuglage, während das Zugband weiterhin Zugkräfte auf die Trag struktur übertragen kann.

Das Zugband reißt somit auch nach dem Versagen der Zuglage nicht sofort, wodurch einerseits weiterhin Zugkräfte auf die Tragstruktur übertragen werden können und andererseits auch ein weiteres Eindringen des Körpers, z.B. in das Fahrzeuginnere, verhindert wird. Bei größeren Verformungen kommt es zu einem Anreißen der Druck- bzw. Zuglage an der dem Aufprall abgewand ten Seite. Das Zugband unterbindet zumindest weitgehend ein Splittern der Zuglage und senkt dadurch ein mögliches Verlet zungsrisiko .

Zusammen ergibt der hybride Sandwichaufbau mit der Druck- und der Zuglage, dem Füllmaterial und dem Zugband ein Aufprall - element, das ohne Metallformrohre oder Metallprofile auskommt und dennoch dieselben Anforderungen erfüllen kann wie herkömm liche metallische Aufprallelemente. Dabei knickt das Aufprall element insgesamt unter Belastung nicht ein wie metallische Träger, d.h. es kommt zu keiner Lokalisierung der Dehnun- gen/Deformationen. Entsprechend wird das zur Verfügung stehende Material in seinem Energieaufnahmevermögen gleichmäßiger ausge nutzt. Durch diesen hohen Ausnutzungsgrad des Energieaufnahme vermögens ergibt sich zu konventionellen Lösungen eine mögliche Gewichtsersparnis .

Bevorzugt weist das Zugband eine Dehnsteifigkeit auf, die gleich hoch oder höher ist, bevorzugt zumindest 2 -mal höher, besonders bevorzugt 10- bis 20-mal höher, als jene der Zuglage. Das Zugband dient hierbei zusätzlich dazu, ein vorzeitiges Zug versagen der Druck- und Zuglage zu unterbinden. Wäre das Auf prallelement beispielsweise lediglich aus Holz, welches übli cherweise eine Bruchdehnung von 1,5%, eine relativ geringe Dehnsteifigkeit und einen E-Modul von etwa 10 bis 35 GPa auf weist, bräche das Aufprallelement rasch nach Eindringen des Körpers. Holz beispielsweise nimmt viel Verformungsenergie un ter Druck auf, aber nur wenig unter Zugbelastungen. Die zusätz liche Aufgabe des Zugbandes ist es also, dass es anfänglich nicht zu einer Dehnung von über 1.5% und damit zu einer vorzei tigen spröden Entfestigung auf der Zugseite kommt.

Weiters bevorzugt ist das Zugband derart ausgebildet, dass es, ohne vollständig (in Folge von Zugbelastungen) zu entfesti gen, einer Biegung einen geringeren Widerstand entgegensetzt als die Zuglage, d.h., dass das Material des Zugbands derart gewählt ist, dass es eine geeignete Biegeverformbarkeit auf- weist .

Das Zugband kann aus unterschiedlichen Materialien, z.B. aus hochreißfesten Textilien, Geweben oder dünnen Metallschich ten, gefertigt werden und kann somit beispielsweise ein techni sches Gewebe, ein Metallband oder ein Kunststoffband, bevorzugt ein faserverstärktes Kunststoffband, sein. Auch im beschriebe nen Falle, bei dem die Druck- bzw. Zuglage aus Schichtholz oder vergleichbaren Materialien gefertigt sind, ist es vorteilhaft, wenn das Zugband eine Bruchdehnung von mindestens 10% aufweist, bevorzugt 20 - 35%, besonders bevorzugt 25 - 30%. Eine hohe Bruchdehnung des Zugbandes verhindert, dass das Zugband früh- zeitig reißt. Gewebe aus synthetischen bzw. biobasierten Fasern eignen sich besonders gut als Zugband. Zugbänder aus Textilien bzw. Faserwerkstoffen tragen zu einem geringen Gesamtgewicht des Aufprallelements bei. Zugbänder mit vergleichbaren mechani schen Eigenschaften sowie auch solche aus metallischen Werk stoffen sollen hier aber nicht ausgeschlossen werden.

In vorteilhaften Ausführungsformen weisen die Druck- bzw. Zuglage in Längsrichtung des Aufprallelements einen E-Modul von 10 - 35 GPa, bevorzugt 14 - 18 GPa, und eine Zugfestigkeit von 50 - 800 MPa, bevorzugt 80 - 180 MPa auf. Dies ergibt ein Auf prallelement, welches an konkrete Anforderungen individuell an gepasst werden kann. In weiteren vorteilhaften Ausführungen weisen die Druck- und/oder Zuglage eine Rohdichte von weniger als 2000 kg/m ³ , bevorzugt 600 - 1000 kg/m ³ , auf. Dies führt da zu, dass der erfinderische Aufprallträger insgesamt ein beson ders niedriges Gewicht hat.

In allen Ausführungsformen ist bevorzugt, dass die Druck- und/oder die Zuglage aus Werkstoffen aus nachwachsenden Roh stoffen, z.B. Verbundwerkstoffen, welche optional faserver stärkt sind, gefertigt sind. Die Verwendung z.B. von Holz hat insbesondere den Vorteil, dass der Rohstoff günstig, C0 ₂ - neutral und biologisch abbaubar ist. Bei dem Einsatz von Holz ist die Verwendung von Schichtholzelementen besonders vorteil haft. Wenn Kunststoff bzw. optional faserverstärkte Verbund werkstoffe für die Druck- bzw. Zuglage eingesetzt werden, kön nen je nach Auswahl des Rohstoffs unterschiedliche Materialei genschaften genutzt werden, was die Individualisierbarkeit er höht und ein breites Spektrum möglicher Einsatzgebiete erlaubt. Abhängig von den gewählten Materialien kann auch damit ein leichtgewichtiges, C0 ₂ -neutrales , biologisch abbaubares und/oder schadstoffarm thermisch verwertbares Aufprallelement geschaffen werden. Für das Füllmaterial zwischen der Druck- bzw. der Zuglage können unterschiedlich geordnete zellige (z.B. z.B. Waben), ungeordnete zellige (z.B. Schäume) oder andere Leichtbaumaterialien sowie Verbundwerkstoffe aus nachwachsen- den, synthetischen Rohstoffen oder Kombinationen daraus einge setzt werden. Auch Leichtbaustrukturen bzw. -materialien wie z.B. Aluminiumschaum oder Aluminiumwaben sollen hier nicht aus geschlossen werden.

Der Aufbau des Aufprallelements kann angepasst an die je weilige Gegebenheit (verfügbaren Bauraum etc.) unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise als Sandwichträger, bei der die Druck- und/oder die Zuglage jeweils auf der stoßabgewandten Seite durch ein Zugband verstärkt sind. Die Druck- bzw. Zuglage können im Wesentlichen gerade ausgeführt sein und das Füllmate rial mit einem konstanten bzw. gleichbleibenden Querschnitt in Längsrichtung des Aufprallelements zwischen der Druck- bzw. Zuglage eingebracht sein. Alle vier Komponenten sind hier bei spielsweise vollflächig schubfest verklebt und/oder an beiden Enden des Aufprallelements durch jeweils eine Haltelasche fi xiert, die der Befestigung an der Tragstruktur dient.

Bevorzugt ist die Drucklage jedoch im Wesentlichen gerade und die Zuglage gekrümmt, sodass sie zusammen einen Fischbauch träger bilden. Dies hat den Vorteil, dass einer frühzeitigen Delamination der Druck- bzw. Zuglage entgegengewirkt wird. Da der Zwischenraum zwischen der Druck- bzw. der Zuglage an den Enden des Aufprallelements kein wesentliches Biegemoment über nimmt, kann durch die Ausformung eines sogenannten Fischbauch trägers zusätzlich Masse eingespart werden. Weitere Bauformen umfassen auch bauchige Elemente, bei denen sowohl die Druck ais auch die Zuglage gewölbt ausgeführt sind, wodurch sich zwi schen den Enden ein Zwischenraum bildet, der wiederum ausge füllt wird.

In einer günstigen Variante weist das Füllmaterial eine Rohdichte von 5 - 200 kg/m ³ auf, bevorzugt 40 - 60 kg/m ³ . Dies ergab in praktischen Versuchen in Kombination mit der genannten geringen Druckfestigkeit ein besonders gutes Verhalten beim Auftreffen eines Körpers auf den Aufprallelements. Beispiels weise lässt sich eine solche Dichte erzielen, indem das Füllma terial aus aufgeschäumten Kunststoffen, z.B. PS, PP oder PVC, besteht. Solche synthetischen Füllmaterialien sind im Fahrzeug bau schon stark verbreitet, können flammgeschützt werden und sind einfach zu verarbeiten, sodass sie für den Einsatz im Auf prallelement besonders gut geeignet sind.

Vorteilhaft ist es, wenn alle Elemente des Aufprallele ments aus biologischem oder biologisch abbaubarem Material ge fertigt sind, da das Aufprallelement in diesem Fall ohne auf wändige Zerlegung in seiner Gesamtheit entsorgt werden kann.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Aufprall schutzsystem, insbesondere einer Fahrzeugseitenstruktur, ge schaffen, umfassend ein Aufprallelement und eine das Aufprall element umgebende oder daran angrenzende Tragstruktur, wobei das Aufprallelement an seinen beiden Enden derart zugfest mit der Tragstruktur verbunden ist, dass im Aufprallträger auftre tende Zugkräfte in die Tragstruktur eingeleitet werden.

Dabei ist die Fahrzeugseitenstruktur aus einem energie- dissipierenden Material, vornehmlich Metall, gefertigt, das Aufprallelement hingegen ist aus mehreren Komponenten aufge baut .

Bei Belastung des Aufprallelements wird dieses ab einer gewissen Durchbiegung nicht nur auf reine Biegung, sondern pri mär auf Zug belastet, wodurch dieses als Zugelement wirkt und damit Kräfte in die Tragstruktur einbringt. Die Verformung der Tragstruktur durch diese eingebrachten Zugkräfte führt zu einer zusätzlichen Energieaufnahme. Die zugfeste Verbindung des Auf prallelements mit der Tragstruktur erfolgt beispielsweise durch drehbare oder verformbare Gelenke. Im einfachsten Falle sind diese durch Laschen ausgeführt, die sich beim Durchbiegen des Aufprallelements auf Biegung verformen. Für die Einspannung sind aber auch weitere Ausführungsformen, z.B. mithilfe metal lischer oder nicht-metallischer Materialien denkbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den beige schlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen nä her erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsge mäßen Aufprallelements mit Anbindung an eine umliegende Trag struktur ;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Aufprallelements von Fig. 1 entlang der Schnittlinie A-A;

Fig. 3 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Aufprall elements mit alternativer Anbindung an eine Tragstruktur; und die Fig. 4a und 4b eine Schnittansicht des Aufprallele ments von Fig. 1 entlang der Schnittlinie B-B jeweils vor (Fig. 4a) und nach (Fig. 4b) Aufprall eines Körpers.

Fig. 1 zeigt schematisch Teile einer (geschlossenen oder offenen) Tragstruktur 1, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, z.B. einer Fahrzeugseitentür. Um die Fahrzeuginsassen bei einer Kollision zu schützen, ist ein Aufprallelement 2 an seinen bei den Enden zugfest mit der Tragstruktur 1 verbunden, wodurch diese zusammen ein Aufprallschutzsystem bilden. Dazu ist das Aufprallelement 2 im dargestellten Beispiel mittels zweier Hal telaschen 3, d.h. jeweils einer Haltelasche 3 an jedem Ende des Aufprallelements 2, und Schrauben 4 (Fig. 2) an der Tragstruk tur 1 montiert. Zugfest verbunden bedeutet in diesem Zusammen hang, dass die Verbindung derart vorgenommen wird, dass bei Aufprall eines Körpers 5 mit einer Bewegungsrichtung R (siehe Fig. 2) das Aufprallelement 2 Zugkräfte normal zur Bewegungs richtung R auf die Tragstruktur 1 übertragen kann.

Allgemein kann das Aufprallelement 2 auch an anderen Stel len des Fahrzeugs angebracht werden, beispielsweise im Stoß stangenbereich oder als Unterfahrschutz seitlich oder am Heck bzw. an der Front von Fahrzeugen. Auch kann das Aufprallelement 2 beispielsweise bei Bahnen, Booten, Flugzeugen und sonstigen Fahrzeugen oder in unbeweglichen, kollisionsgefährdeten Struk turen wie Prellböcken, Leitplanken, Gebäudeteilen oder derglei chen eingesetzt werden.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist das Aufprallelement 2 stabför mig. Das Aufprallelement 2 hat eine Länge L, eine Breite B und eine Dicke D, welche parallel zur Bewegungsrichtung R des Kör- pers 5 gemessen wird, d.h. in jener Richtung, die beim Einbau des Aufprallelements 2 im Wesentlichen normal zur Tragstruktur 1 liegt. Stabförmig bedeutet, dass die Länge L mindestens drei mal, bevorzugt mindestens zehnmal, größer ist als die Dicke D und als die Breite B. Grundsätzlich sind auch weitere, bei spielsweise flächige Ausführungen möglich. „Flächig" bedeutet, dass die Breite B eine ähnliche Größe wie die Länge L aufweist.

Das Aufprallelement 2 weist eine Drucklage 6 und eine Zug lage 7 auf, die derart miteinander verbunden sind, dass zwi schen ihnen ein Zwischenraum 8 ausgebildet ist. Die Verbindung der Druck- mit der Zuglage 6, 7 kann unmittelbar oder mittelbar erfolgen, d.h. mit oder ohne gegenseitige Berührung.

Der Zwischenraum 8 wird vollständig oder teilweise von ei nem Füllmaterial 9 ausgefüllt, welches sowohl an der Drucklage 6 als auch an der Zuglage 7 anliegt und optional an diesen an gebracht - insbesondere schubfest angebracht - ist. An der Zug lage 7 ist vorzugsweise an der der Drucklage 6 abgewandten Sei te ein Zugband 10 angebracht. Das Anbringen erfolgt z.B. durch schubfestes Verkleben, Verschmelzen, Verschrauben, Vernieten bzw. Verklemmen. Verkleben kann dabei punktweise oder (voll- ) flächig erfolgen. Schubfest bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die verbundenen Teile bei Krafteinwirkung nicht in einer Längsrichtung, d.h. parallel zur Länge L, gegeneinander frei verschoben werden können. Optional kann ein zusätzliches Zug band 10 auch an der der Zuglage 7 abgewandten Seite der Druck lage 6 angebracht, z.B. verklebt, sein (Fig. 4a) .

Die Drucklage 6 und/oder die Zuglage 7 sind beispielsweise aus Holz und/oder Kunststoff gefertigt, optional als Verbund aus verschiedenen Materialien. Insbesondere können die Druck- und Zuglage 6, 7 aus Schichtholz, Furnierschichtholz, Holzver bundwerkstoff und/oder (faserverstärkten) Verbundwerkstoffen sein, um individuelle Anforderungen zu erfüllen.

Unter Durchbiegung des Aufprallelements 2 widersteht das Zugband 10 einer höheren Zugkraft als die belastete Druck- und Zuglage 6, 7. Dies führt dazu, dass nach dem Versagen der Druck- und Zuglage 7 weiterhin das Zugband 10 Zugkräfte aufneh men und auf die Tragstruktur 1 übertragen kann.

Das Zugband 10 weist optional weiters eine Dehnsteifigkeit auf, die gleich hoch oder höher ist, bevorzugt zumindest 2 -mal höher, besonders bevorzugt 10- bis 20-mal höher, als jene der Zuglage 7. Das Zugband 10 kann außerdem derart ausgebildet sein, dass es, ohne vollständig zu entfestigen, einer Biegung einen geringeren Widerstand entgegensetzt als die Zuglage 7, d.h. das Zugband 10 ist für den vorgesehenen Einsatz nicht zu spröde .

Bevorzugt bewirkt die ausreichende Dehnsteifigkeit des Zugbandes zusammen mit seiner Biegsamkeit, dass beim Auftreffen des Körpers 5 auf das Aufprallelement 2 ein vorzeitiges Versa gen der Druck- bzw. Zuglage 6, 7 auf Zug verhindert wird, wo durch die sonst in der Druck- bzw. Zuglage 6, 7 zumindest teil weise auftretenden Zugspannungen in Druckspannungen umgewandelt werden. Die dabei auftretenden duktilen Druckverformungen in der Druck- bzw. Zuglage 6, 7 absorbieren Energie. Das Zugband 10 verhindert darüber hinaus eine vollständige Entfestigung der Druck- bzw. Zuglage 6, 7 und damit auch ein Splittern des Mate rials in Richtung der Insassen des Fahrzeugs.

In einer Ausführungsform sind die Druck- und die Zuglage 6, 7 jeweils im Wesentlichen gerade, d.h. sie weisen keine Krümmung über die Länge L auf. In diesem Fall berühren die Druck- und die Zuglage 6, 7 einander nicht unmittelbar, sondern sind z.B. mittels des Füllmaterials 9 und/oder durch die Halte laschen 3 und Schrauben 4 an ihren Enden mit einander verbun den. Gegebenenfalls kann die Verbindung auch durch - mittelba res - Verkleben oder andere Verbindungsmittel erfolgen.

In der dazu alternativen Ausführungsform der Fig. 2 ist nur die Drucklage 6 auf der der Zuglage zugewandten Seite gera de und die Zuglage 7 auf der gegenüberliegenden Seite konvex gekrümmt, d.h. gewölbt, wodurch das Aufprallelement 2 die Form eines Fischbauchträgers hat. Die Druck- bzw. Zuglage 6 und 7 können sich hierbei wie in Fig. 2 gezeigt an den Enden berühren und optional miteinander verbunden sein. Alternativ kann sich der Zwischenraum 8 auch über die ganze Länge L des Aufprallele ments 2 erstrecken, wodurch die Druck- und die Zuglage 6 und 7 einander nicht unmittelbar berühren. In einer weiteren alterna tiven Ausführungsform ist sowohl die Drucklage 6 als auch die Zuglage 7 konvex - d.h. mittig voneinander weg - gekrümmt. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich, z.B. sowohl die Druck- als auch die Zuglage 6, 7 sind konkav gekrümmt, nur die Drucklage 6 oder die Zuglage 7 konvex oder konkav gekrümmt etc. wie in Fig. 3 dargestellt.

Weiters erfolgt, wie in Fig. 3 versinnbildlicht, die An bindung an die Tragstruktur 1 nicht zwingend über endseitige Haltelaschen 3 und Schrauben 4, sondern es kann gemäß diesem Beispiel die Tragstruktur 1 direkt in das Aufprallelement 2 o- der umgekehrt das Aufprallelement 2 direkt in die Tragstruktur 1 integriert sein.

Die Druck- bzw. Zuglage 6, 7 haben optional in Längsrich tung des Aufprallelements 2 einen Elastizitätsmodul („E-Modul") von 10 - 35 GPa, bevorzugt 14 - 18 GPa, und eine Zugfestigkeit von 50 - 800 MPa, bevorzugt 80 - 180 MPa. Die minimale Druck festigkeit liegt beispielsweise bei 10 MPa und die minimale Schubfestigkeit bei 0,5 MPa. Je nach Einsatzgebiet kann jedoch von diesen Werten abgewichen werden. Die Druck- bzw. Zugfestig keit bezeichnen die Widerstandsfähigkeit des Werkstoffs bei der Einwirkung von Druck- bzw. Zugkräften bezogen auf ihre Quer- schnittsfläche . Die Schubfestigkeit beschreibt die Widerstands fähigkeit des Werkstoffs gegen Abscherung. Je nach gewähltem Material können die Druck- bzw. Zuglage 6, 7 anisotrope Eigen schaften aufweisen. Dabei sind optional die Druck- bzw. Zuglage 6, 7 derart ausgebildet, dass die Werte des E-Moduls, der Zug-, Druck- und Schubfestigkeit in Längsrichtung maximal sind. Bei Holz bzw. Schichtholz kann dies dadurch geschehen, dass die Fa serrichtung parallel zur Längsrichtung gewählt wird. In Quer richtung (d.h. in einer Richtung entlang der Dicke D) des Auf prallelements 2 reichen für viele Anwendungen z.B. ein E-Modul von 0,5 - 2,5 GPa, eine Zugfestigkeit von 5 - 15 MPa, eine Druckfestigkeit von 5 - 15 MPa und eine Schubfestigkeit von 1 - 10 MPa aus.

Das Zugband 10 kann aus jedem Material bestehen, das eine anforderungsgemäße Bruchdehnung aufweist und zudem bevorzugt reißfest ist, d.h. beispielsweise eine Bruchdehnung von mindes tens 10% aufweist, bevorzugt 25 - 35%, besonders bevorzugt im Wesentlichen 30%. Beispielsweise ist das Zugband 0,5 bis 2 mm, bevorzugt 1 mm, dick und ist als Textil aus verwobenen synthe tischen oder biobasierten Fäden, Filamenten, Garnen etc. gefer tigt. So kann das Zugband 10 aus einem Material gefertigt wer den, wie es für die Verwendung von Fahrzeug-Sicherheitsgurten zum Einsatz kommt. Bessere Verklebungseigenschaften können al lerdings mit anderen synthetischen oder natürlichen Fasergewe ben mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften erzielt wer den. Auch andere Fasermaterialien und Materialien (z.B. Metal le), die in ihrer Dehnfähigkeit, Steifigkeit und Reißfestigkeit den Anforderungen genügen, sollen hier nicht ausgeschlossen werden. Die Dehnfähigkeit des Gewebes kann neben den mechani schen Eigenschaften der Fäden, Filamente, Garne, etc. durch Aufbau (d.h. unterschiedliche Anteile in Kette- und Schuss- Richtung) und Orientierung beeinflusst werden. Dabei kann es mit der Wahl eines geeigneten Klebemittels, mit dem das Zugband 10 auf die Zuglage 7 aufgeklebt wird, zu einer gewünschten Ver streckung des Gewebes kommen. Damit nimmt die Steifigkeit mit zunehmender Dehnung des Gewebes zu, wodurch die Eigenschaften des Zugbandes 10 in ihrer oben beschriebenen Funktion positiv beeinflusst werden.

Um beim Aufprallelement 2 eine möglichst geringe Masse in Kombination mit einer hohen Biegesteifigkeit zu erzielen, wei sen die Druck- bzw. die Zuglage 6, 7 eine Rohdichte von z.B. weniger als 2000 kg/m ³ , bevorzugt 600 - 1000 kg/m ³ , auf. Das Füllmaterial 9 ist dagegen niedrigdicht, d.h. es weist eine Rohdichte von 5 bis 200 kg/m ³ auf, beispielsweise zwischen 40 und 60 kg/m ³ . Das Füllmaterial 9 hat ferner eine Druckfestigkeit, die geringer ist als jene der Druck- bzw. Zuglage 6, 7, insbesonde re der Drucklage 6. Beispielsweise ist die Querdruckfestigkeit zumindest 5-mal geringer oder sogar auch 10- bis 20-mal gerin ger als jene der Druck- bzw. Zuglage 6, 7, insbesondere der Drucklage 6 (in Querrichtung) .

In den Fig. 4a und 4b ist eine Schnittansicht des Auf prallelements 2 von Fig. 1 entlang der Schnittlinie B-B darge stellt. Es ist ein Wirkungsprinzip des Aufprallelements 2 sche matisch aufgezeigt, welches nachfolgend beschrieben ist.

Das Füllmaterial 9 hat den Zweck eines Abstandhalters zwi schen der Druck- und der Zuglage 6, 7, um dem Aufprallelement 2 zu Beginn ein hohes Flächenträgheitsmoment und Widerstandsmo ment zu verleihen. Durch die durch den Aufprall des Körpers 5 einwirkende Querkraft und die geringe Querdruckfestigkeit des Füllmaterials 9 wird dieses komprimiert und fallweise abge schert, wodurch das Aufprallelement 2 quer zur Belastungsrich tung kollabiert und sich durch das drastisch reduzierte Flä chenträgheitsmoment des Aufprallelements 2 eine deutlich redu zierte Biegesteifigkeit ergibt. Zu diesem Zweck soll das Füll material 9 auf Schub- und/oder Querdruck nachgeben und hat dazu z.B. eine Druckfestigkeit von 0,2 - 1 MPa, einen E- Modul von 0,005 - 0,1 GPa und eine Schubfestigkeit von 0,1 - 1 MPa. In diesem Beispiel weist die Drucklage 6 in Querrichtung eine Druckfestigkeit von 5 - 20 MPa auf.

Als Füllmaterial 9 wird deshalb optional ein zelliges oder geschäumtes biobasiertes oder synthetisches Material einge setzt, z.B. ein Festschaum wie PP oder PVC-Schaum. Generell können eine Vielzahl verschiedener synthetischer, insbesondere geordnete und ungeordnete zellige Werkstoffe und Strukturen biologischen oder synthetischen Ursprungs als Füllmaterial 9 herangezogen werden. Beispiele hierfür sind z.B. PU-Schaum, Balsaholz, Schwämme oder Honeycomb. Bei weiteren Varianten des Aufprallelements 2 ist der Raum zwischen der Druck- und der Zuglage 6, 7 mit röhrenförmigem oder wellenförmigem Material ausgefüllt. Durch die starke Verformung unter Querdruck erfül len diese Materialien eine ähnliche Funktion wie die beschrie benen Füllmaterialen 9.

Ein beispielhaftes Aufprallelement 2 hat dabei die Materi- aleigenschaften der folgenden Tabellen 1 und 2 :

Tabelle 1

Tabelle 2

Eine Massenfertigung des Aufprallelements 2 kann bei spielsweise wie folgt erzielt werden: Drei Platten, jeweils ei- ne für die Drucklage 6, das Füllmaterial 9 und die Zuglage 7, sowie ein Textil für das Zugband 10 werden bereitgestellt, schichtweise miteinander verbunden, z.B. verklebt, und in Streifen geschnitten, sodass jeder Streifen ein Aufprallelement 2 ergibt .

Die Grundstruktur des Aufprallelements 2 wird durch die beiden nichtmetallischen Lagen 6, 7, die Drucklage 6 und die

Zuglage 7, vorgegeben. Die gegenüber der Drucklage 6 geringere Quer-Druckfestigkeit des Füllmaterials 9 bewirkt, dass nach Auftreffen eines Körpers 5 auf die Drucklage 6 das Füllmaterial 9 nachgibt. Dadurch wird das eingangs hohe Flächenträgheitsmo ment des Aufprallelements 2 vermindert, was in der Folge auch zur Reduktion der ursprünglich hohen Biegesteifigkeit des Auf- prallelements 2 führt.

Das Zugband 10 dient dazu, ein vorzeitiges Entfestigen der nichtmetallischen Zuglage 7 zu unterbinden. Wäre die Zuglage 7 beispielsweise lediglich aus Holz, welches üblicherweise eine Bruchdehnung von 1,5% und eine relativ geringe Dehnsteifigkeit aufweist, bräche die Zuglage 7 rasch nach Eindringen des Kör pers 5. Das Zugband 10 jedoch wandelt bevorzugt aufgrund seiner gegenüber der Zuglage 7 höheren Dehnsteifigkeit die in der Zug lage 7 anderenfalls auftretenden Zugkräfte teilweise in Druck kräfte um.

Zusammen ergeben die Drucklage 6, die Zuglage 7, das Füll material 9 und das Zugband 10 ein Aufprallelement 2, der ohne Metallformrohre oder Metallprofile auskommt und dennoch diesel ben Anforderungen erfüllen kann.

Die Erfindung ist demgemäß nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, Kombinationen und Modifikationen, die in den Rahmen der ange schlossenen Ansprüche fallen.