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Das erste Fahrzeug, das 1885 von Carl Benz patentiert wurde, hatte keine Sto?stangen. ^[1]. Es war im Grunde ein Dreirad mit Verbrennungsmotor und gro?en R?dern. Eine Sto?stange aus Metall wurde 1897 von George Albert Lyon für Automobile eingeführt. Der Schwerpunkt der Sto?stangenherstellung lag damals vor allem auf der Dekoration.

1905 patentierte Frederick Richard Simms den ersten Sto?f?nger, der mit dem Ziel der Sto?d?mpfung hergestellt wurde. Diesmal wurden die Sto?stangen aus sto?absorbierendem Gummi hergestellt. Gusseisen ersetzte schlie?lich den Gummi. Um 1920 wurde Stahl wegen seiner geringeren Kosten und besseren Festigkeit zum Standardmaterial für die Herstellung von Sto?f?ngern.

Zwischen 1930 und 1960 begannen die Automobilhersteller mit Innovationen bei der Herstellung von Sto?f?ngern. Dazu geh?rt die Verchromung des für die Sto?f?ngerherstellung verwendeten Stahls. Die Automobilhersteller begannen auch, Sto?f?nger mit komplexen Formen und Lichtern zu versehen.

Der Aufstieg des Sto?f?ngerspritzgie?ens

Ab den 1970er Jahren wuchsen die Sicherheitsbedenken in Bezug auf Automobile. Die (NHTSA) kündigte 1971 neue Sicherheitsnormen (Federal Motor Vehicle Safety Standard 215) an, die vorschreiben, dass Sto?f?nger St??en mit geringer Geschwindigkeit (2,5 mph) standhalten müssen.

Die NHTSA-Richtlinie l?utete eine neue ?ra von Gummisto?f?ngern mit sto?d?mpfenden Eigenschaften ein. Einer der ersten Automobilhersteller, der diese neue Sto?f?ngerrichtlinie einhielt, war General Motors, und zwar mit seinem Endura-Sto?f?nger für den Pontiac GTO von 1968. Die moderne Produktion von Sto?f?ngern erfolgt haupts?chlich aus Spritzgie?en wie folgt:

1. Auswahl und Vorbereitung des Materials

Die h?ufigste Form von Kunststoffpaletten, die für die Herstellung von Sto?f?ngerformen verwendet wird, ist Polypropylen. Allerdings, Polycarbonat, Polyurethan und Butadienstyrol werden h?ufig verwendet, weil sie flexibel sind und ein perfektes Gleichgewicht zwischen hoher Schlagfestigkeit und geringem Gewicht bieten. Das Granulat wird in einen Trichter gefüllt.

2. Schmelzen und Einspritzen von Pellets

?ber den Trichter wird das Granulat in den Zylinder bef?rdert, wo es geschmolzen und (falls andere Materialien hinzugefügt wurden) zu einer geschmolzenen Form gemischt wird. Der geschmolzene Kunststoff wird in eine Stahlsto?f?ngerform gespritzt. Beim Einspritzen wird der richtige Druck ausgeübt, damit der geschmolzene Kunststoff den Formhohlraum richtig ausfüllen kann.

3. Abkühlung des Formteils

Der geschmolzene Kunststoff kühlt ab und erstarrt in der Form. Dabei nimmt er die pr?zisionsgefertigte Form der Gussform an. Die kritische Steuerung der Abkühlzeit gew?hrleistet, dass das Material die gewünschten mechanischen Eigenschaften und die Ma?genauigkeit erreicht. Einfallstellen, Sch?ren, und andere h?ufige Defekte k?nnen durch einen geeigneten Kühlmechanismus verhindert werden.

4. Ausbau des geformten Sto?f?ngers

Nachdem das Teil abgekühlt und ausreichend verfestigt ist, wird das Formteil ausgeworfen. Das erfolgreiche Auswerfen erfolgt über ein System von Platten und Stiften.

5. Fertigstellung des Rumpfes

Das Formteil durchl?uft in der Regel mehrere weitere Schritte, bevor es in ein Fahrzeug eingebaut wird. Die Endbearbeitung kann Beschneiden und Lackieren umfassen, um das gewünschte Aussehen zu erreichen.

Fünf ?berlegungen zum Sto?f?nger-Spritzgie?en

Die Automobilhersteller haben im Laufe der Jahre immer wieder neue Formen für Sto?stangen entwickelt. Einige Automarken bieten zum Beispiel Sto?f?nger aus Aluminium oder Stahl mit einer Kunststoffabdeckung an. Andere haben spezielle Designs, die Sensoren für Kollisionswarnungen, Einparken und andere fortschrittliche Sicherheitsfunktionen enthalten.

Moderne Sto?stangen werden aus anderen Gründen als der Sicherheit aus Kunststoff hergestellt. Dies umfasst Leichtbau, Sicherheit, Haltbarkeit und Designflexibilit?t. Die Designabsicht ist in der Regel ausschlaggebend für die ?berlegungen bei der Herstellung von Sto?f?ngern. Im Folgenden sind wichtige ?berlegungen aufgeführt.

1. Sicherheit bei der Gestaltung von Sto?f?ngern

Obwohl bei der Herstellung von Sto?f?ngern viele ?berlegungen angestellt werden, hat die Sicherheit nach wie vor oberste Priorit?t. Jeder Sto?f?nger muss den nationalen Vorschriften entsprechen, und den internationalen Vorschriften, wenn der Hersteller plant, seine Fahrzeuge ins Ausland zu liefern.

Die meisten internationalen Automobilsicherheitsbeh?rden, einschlie?lich der NHTSA und der meisten europ?ischen Vorschriften, erwarten, dass Sto?f?nger einen Aufprall von bis zu 2,5 mph von vorne oder hinten mit minimalen Sch?den überstehen. Das bedeutet, dass das für die Sto?f?ngerherstellung verwendete Material eine bestimmte Festigkeit und Z?higkeit aufweisen muss.

Das Insurance Institute for Highway Safety hat oft strengere Anforderungen. Die unabh?ngige Organisation führt in der Regel Tests bei 5 mph durch, um die Reparaturkosten zu ermitteln.

2. Materialauswahl für Lightweighting

Die Verwendung von Metallstangen für Sto?stangen war zwar funktionell, erh?hte aber das Gewicht des Fahrzeugs, was den Kraftstoffverbrauch erh?hte. Die Umstellung auf Kunststoff-Sto?stangen trug dazu bei, das Gewicht der Fahrzeuge zu verringern, was sich direkt in einem geringeren Kraftstoffverbrauch niederschl?gt.

Automobile entwickeln sich in Richtung der Nutzung nachhaltiger Energiequellen, wie batteriebetriebene Elektrofahrzeuge und Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb ^[2]. Infolgedessen w?chst der Druck auf die Hersteller, nachhaltigere und leichtere Materialien für ihre Produktion zu verwenden, um die Reichweite zu erh?hen. Darüber hinaus fordern Umweltschützer eine Verringerung der Kunststoffverschmutzung, was die Hersteller zwingt, die Verwendung von Recyclingmaterial zu prüfen.

Dies hat zu einer zunehmenden Verwendung von spritzgegossenen Verbundwerkstoffen und recycelten Harzen (PCR) für das Spritzgie?en von Sto?f?ngern geführt. ^[3]. Diese Materialien werden wegen ihres guten Verh?ltnisses von Festigkeit zu Gewicht bevorzugt.

Herausforderungen bei der Verarbeitung von Verbundwerkstoffen und PCR-Harzen

Wenn eines dieser Materialien verwendet wird, muss das Formsystem für den Sto?f?nger angepasst werden. Beispielsweise schmelzen Verbundwerkstoffe bei einer h?heren Temperatur und ben?tigen einen h?heren Einspritzdruck als Neuware, um ein gleichm??iges Flie?en ohne Besch?digung des Materials zu gew?hrleisten. Auch die Verarbeitungsparameter von recycelten Post-Consumer-Harzen werden streng kontrolliert, um eine Zersetzung des Materials zu vermeiden.

Wenn Sie mit Verbundwerkstoffen oder recycelten Harzen arbeiten, sollten Sie daher sicherstellen, dass Sie mit einem Hersteller von Sto?f?ngerformen zusammenarbeiten, der mit den Besonderheiten dieser Materialien vertraut ist. Einige der ?nderungen, die Hersteller an einem Sto?f?nger-Spritzgusssystem vornehmen k?nnen, wenn sie PCR verwenden, sind:

• Die Maschine profitiert vom Einsatz fortschrittlicher Filtrations- und Sortiersysteme zur Entfernung von Verunreinigungen.
• Der Feuchtigkeitsgehalt von PCR kann h?her sein als der von neuem Kunststoff und würde ein optimiertes Trocknungssystem erfordern, um Defekte zu vermeiden.
• Modifizierung des Schneckendesigns zur Verarbeitung von Materialien mit unterschiedlichem Schmelzfluss.
• Eventuell müssen Entlüftungsextruder in den Zylinder eingeführt werden, um Feuchtigkeit und Restflüchtlinge w?hrend des Schmelzens aus dem Material zu entfernen.
• M?glicherweise müssen Temperatur, Druck und Geschwindigkeit angepasst werden.
• Das Kühlsystem muss angepasst werden, um die unterschiedlichen Schrumpfungsraten zu kompensieren.

3. Sto?f?ngerdesign zur Gewichtsreduzierung

Es besteht der Irrglaube, dass sich Leichtbau bei Sto?f?ngerleisten einfach durch den Austausch von Materialien erreichen l?sst. Das ist nicht wahr! Designoptimierung ist das A und O bei Leichtbau. Obwohl die Umstellung von Stahl- auf Kunststoffsto?stangen dazu beigetragen hat, das Gesamtgewicht von Autos zu senken, gibt es im Folgenden Techniken zur Optimierung des Designs, die den Herstellern helfen, leichte Sto?stangen herzustellen.

• Dünnwandige Strukturen: Die Herstellung von Sto?f?ngern mit dünnen W?nden hilft den Herstellern, den Materialeinsatz weiter zu reduzieren, was das Gewicht des Teils und damit die Kosten weiter senken kann. Dünnwandige Teile herstellen, ohne die Funktionalit?t zu beeintr?chtigen, Rippen werden h?ufig zu dünnwandigen Sto?f?ngern hinzugefügt, um die Stabilit?t zu erh?hen und die Aufprallkraft umzuverteilen.
• Generatives Design und Topologieoptimierung: Die fortgeschrittene Computermodellierung wird h?ufig eingesetzt, um Materialien aus unkritischen Bereichen zu entfernen oder um die Strukturform zu optimieren, z. B. durch Gitter- oder Wabenstrukturen. ^[4]. Diese Strukturen sind effizienter bei der Aufnahme von Lasten und St??en. Mit Hilfe der Computermodellierung kann auch die beste Rippenkonfiguration und -dichte ermittelt werden, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
• Hybride Fertigungstechnik: Im Gegensatz zur traditionellen Sto?f?ngerherstellung, bei der eine einzige Produktionstechnik zum Einsatz kommt, k?nnen bei modernen Sto?f?ngern verschiedene Techniken kombiniert werden. Zum Beispiel, 3D-Druck wird verwendet, um die ?u?ere Schicht mit den Voxelkammern zu erzeugen. Die Hohlr?ume werden dann mit einer spritzguss?hnlichen Technik gefüllt.
• Teilintegration: Durch die Kombination mehrerer Teile in einer einzigen Sto?f?ngerform entf?llt die Notwendigkeit von Befestigungselementen und anderen Verbindungstechniken, die das Gewicht des Fahrzeugs erh?hen würden.

4. Sto?f?ngerformdesign für Funktionalit?t

Moderne Sto?f?nger sind bei den meisten Fahrzeugtypen (insbesondere bei Sportwagen) so konzipiert, dass sie die aerodynamischen Eigenschaften und die Kraftstoffeffizienz verbessern. Sie sind so konzipiert, dass sie den Luftstrom steuern, insbesondere bei Elektrofahrzeugen, die zur Kühlung der Batterien Lüfter verwenden.

Die vordere Sto?stange ist der erste Teil des Fahrzeugs, der mit der Gegenluft in Berührung kommt. Daher weist er in der Regel eine konturierte Form auf, die dafür sorgt, dass die Luft leicht um das Fahrzeug str?men kann. Dadurch wird die Entstehung von Luftwiderstand verhindert, der den Kraftstoff- oder Batterieverbrauch erh?hen kann.

Einige Spritzgie?verfahren für Sto?f?nger enthalten besondere Merkmale wie seitliche Entlüftungs?ffnungen oder Luftvorh?nge. Der Zweck dieser Merkmale besteht darin, die Luft zu den Radk?sten und Bremsen zu leiten. Die entgegenkommende k?ltere Luft kühlt das Bremssystem und hilft bei der Bew?ltigung der von den durchdrehenden R?dern erzeugten Luftverwirbelungen. Dieser Effekt tr?gt auch dazu bei, den Luftwiderstand zu verringern und die Beschleunigung und Kraftstoffeffizienz zu verbessern.

5. Sto?f?nger Formenbau nach Spezifikation des Automobilherstellers

Das Design von Sto?f?ngern ist kein Einheitsmodell. Jeder Autohersteller hat seine eigenen ?sthetischen oder leistungsbezogenen Anforderungen an seine Sto?f?nger - und diese k?nnen von Modell zu Modell sehr unterschiedlich sein. Das Verfahren zum Formen von Sto?f?ngern muss mit den internen Erwartungen des Automobilherstellers übereinstimmen.

Für einen Automobilhersteller kann dies die F?higkeit des Sto?f?ngers sein, bei einem Unfall mit geringer Geschwindigkeit Sch?den an den Scheinwerfern oder den integrierten Sensoren und Kameras zu verhindern. Ein anderer Autohersteller legt vielleicht Wert auf Aerodynamik und Kühlung. Ein dritter Autohersteller legt vielleicht Wert auf die ?sthetik und verlangt einen Sto?f?nger, der kratzfest und leicht zu lackieren ist. Zu den Standardtests, mit denen die Automobilhersteller die Leistung von Sto?f?ngern überprüfen, geh?ren:

• Stresstest: Simulationsprogramme wie die Finite-Elemente-Analyse werden eingesetzt, um zu bewerten, wie sich der Sto?f?nger unter verschiedenen Bedingungen verh?lt.
• Barriere- und Pendelversuche: Der Sto?f?nger wird in verschiedenen H?hen und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gegen bewegliche (und stehende) Hindernisse gefahren, um das Aufprallverhalten vorherzusagen.
• Fahrzeug-Testpassung: Wird verwendet, um vor der endgültigen Montage festzustellen, wie gut der Sto?f?nger auf das Fahrzeug passt.

Modulare und Mehrkavit?tenwerkzeuge werden h?ufig mit innovativen konformen Kühlkan?len kombiniert, um die Effizienz des Sto?f?ngerspritzgie?ens zu verbessern, die Zykluszeiten zu verkürzen und eine gleichm??ige und konsistente Produktqualit?t zu gew?hrleisten. Automobilhersteller sollten sicherstellen, dass sie ihre Absichten und Anforderungen klar mit ihrem Formenbauer kommunizieren, um das beste Ergebnis zu erzielen.

Referenz

[1] Mercedes-Benz Konzern. (n.d.). Benz Patent-Motorwagen: Das erste Automobil (1885-1886). Mercedes-Benz Gruppe.

[2] U.S. Department of Energy. (n.d.). Wie funktionieren Brennstoffzellen-Elektroautos? Datenzentrum für alternative Kraftstoffe.

[3] Mauser Packaging Solutions. (n.d.). Post-Verbraucher-Harz (PCR): Was ist das und was sind die Vorteile? Mauser Verpackungsl?sungen.

[4] 3Dnatives. (2025, April 11). Alles über Gitterstrukturen im 3D-Druck. 3Dnatives.