Daimler misst das Armaturenbrett in der Airbag-Dämpfungszone

Die Integration von Beifahrerairbags in moderne Fahrzeugarmaturenbretter erfordert sorgfältig konstruierte Schwächungszonen, die im Falle eines Unfalls ein kontrolliertes Auslösen ermöglichen. Diese Schwächungszonen, oft auch als Reißnähte oder Öffnungsnähte bezeichnet, müssen unter dem Druck des sich aufblasenden Airbags zuverlässig reißen und gleichzeitig die strukturelle Integrität im normalen Fahrzeugbetrieb gewährleisten. Daher sind die genaue Messung und Überprüfung dieser Schwächungszonen entscheidend für die Insassensicherheit, die Langlebigkeit des Produkts und die Einhaltung der Automobilnormen. Dieser Artikel beschreibt die Konstruktionsprinzipien, Messtechniken, Prüfmethoden und Qualitätskontrollverfahren im Zusammenhang mit den Schwächungszonen von Airbags in Armaturenbrettern.

Die Sicherheitssysteme von Kraftfahrzeugen haben sich in den letzten Jahren deutlich verbessert, und Airbags sind zu einem unverzichtbaren Bestandteil des Insassenschutzes geworden. Bei Beifahrerairbagsystemen befindet sich das Airbagmodul üblicherweise unterhalb des Armaturenbretts. Beim Auslösen muss sich das Armaturenbrett kontrolliert entfalten, damit der Airbag schnell und ohne gefährliche Trümmerteile entfaltet werden kann.

Um dieses kontrollierte Öffnen zu ermöglichen, bringen die Hersteller Dämpfungselemente auf der Rückseite des Instrumententafelsubstrats an. Diese Dämpfungsgeometrien können aus Laserschnitten, mechanischen Schnitten, geformten dünnwandigen Abschnitten oder verdeckten Abreißnähten bestehen. Da die Öffnungsleistung maßgeblich von der Größe und Gleichmäßigkeit dieser Dämpfungsbereiche abhängt, sind präzise Messverfahren während der gesamten Entwicklung und Produktion unerlässlich.

Die Dämpfungszone auf dem Armaturenbrett erfüllt mehrere wichtige Funktionen:

• Es ermöglicht ein kontrolliertes Aufreißen während der Airbag-Auslösung.
• Es verhindert eine unvorhersehbare Rissausbreitung.
• Es behält sein ästhetisches Erscheinungsbild auch bei normalem Gebrauch.
• Es behält seine Langzeitbeständigkeit unter thermischer und mechanischer Belastung.
• Dadurch wird das Verletzungsrisiko für Passagiere durch abgelöste Teile verringert.

Eine verschmälernde Naht muss zwei widersprüchliche Anforderungen erfüllen:

• Hohe strukturelle Festigkeit im normalen Fahrzeugbetrieb.
• Geringe Reißfestigkeit bei der Airbag-Auslösung.

Um dieses Gleichgewicht zu erreichen, bedarf es nun einer sorgfältigen Kontrolle der Wandstärke, der Nahtgeometrie, der Materialeigenschaften und der Fertigungstoleranzen.

Typische Instrumententafeln bestehen aus mehreren Schichten:

• Oberflächenbeschichtung: Die äußere Dekorschicht besteht aus PVC, TPO (thermoplastischem Olefin), TPU (thermoplastischem Polyurethan) oder Leder bzw. Kunstleder.
• Schaumstoffschicht: Die Polyurethanschaumschicht sorgt für Weichheit und Energieabsorption.
• Substrat: Das strukturelle Substrat besteht typischerweise aus Polypropylen (PP), ABS-Mischungen oder glasfaserverstärkten Kunststoffen. Die Dämpfungseigenschaften sind üblicherweise im Substrat und manchmal, in geringerem Maße, in der Schaumstoffschicht integriert.
• Zu den Arten von Airbag-Dämpfungssystemen gehören:
  • Laserätzen: Durch Laserenergie wird Material von der Rückseite des Armaturenbretts abgetragen, um eine kontrollierte Restdicke zu erzeugen.
  • Mechanischer Kratzer: Ein Schneidwerkzeug erzeugt Rillen oder V-förmige Nähte.
  • Formgebungsdämpfung: Die reduzierte Dicke wird direkt in das Formteil integriert.

Die kritischen Messparameter sind wie folgt:

• Verbleibende Wandstärke: Dies ist der kritischste Parameter für die Auslöseleistung des Airbags. Ist die Wandstärke zu hoch,
  • Der Airbag kann sich sehr langsam entfalten.
  • Es kann zu einem übermäßigen Druck kommen.
  • Es kann zu einer Fehlfunktion beim Einschalten kommen.

Wenn die Dicke zu gering ist,

• Es kann zu vorzeitiger Rissbildung kommen.
• Äußerliche Mängel können auftreten.
• Die Langzeitbeständigkeit nimmt ab.

Die typischen Restwandstärken liegen je nach Material und Konstruktion zwischen 0,2 mm und 1,0 mm.

• Geometrie der Dachrinne: Zu den Messungen gehören:
  • Nuttiefe
  • Nutbreite
  • Nutwinkel
  • Radius am Fuß der Dachrinne
• Nahtkontinuität: Eine kontinuierliche Schwächung gewährleistet eine vorhersehbare Ausbreitung von Dehnungsstreifen.
• Materialdickenverteilung: Die Homogenität der Dicke im Anwendungsbereich beeinflusst das Bruchverhalten maßgeblich.
• Oberflächenintegrität: Messsysteme müssen außerdem Folgendes überprüfen:
  • Fehlen sichtbarer Senkspuren
  • Um Lesefehler zu vermeiden.
  • Fehlen unerwünschter Risse

Die wichtigsten Messtechniken sind folgende:

• Ultraschall-Dickenmessung: Ultraschallsensoren werden heute häufig zur zerstörungsfreien Messung der Wandstärke eingesetzt. Das Prinzip beruht darauf, dass hochfrequente Schallwellen das Material durchdringen und an den Innenflächen reflektiert werden.
• Optische Messsysteme: Laserscanner und strukturierte Lichtsysteme werden zur Erfassung der Rillengeometrie eingesetzt.
• Computertomographie (CT-Scan): Industrielle CT-Systeme liefern detaillierte interne Bilder.
• Mechanische Schnittprüfung: Die zerstörende Schnittprüfung ist nach wie vor eine der genauesten Methoden zur Beurteilung der Nahtgeometrie.
• Koordinatenmessmaschinen: Diese Systeme werden zur Maßprüfung und Nahtpositionierung von Formteilen eingesetzt.

Zu den wichtigsten Herausforderungen bei der Messung gehören:

• Materialvariabilität: Thermoplaste weisen Schrumpfung und Wärmeausdehnung auf, was die Messungen beeinflussen kann.
• Komplexe Geometrie: Instrumententafeln weisen stark gekrümmte Oberflächen auf, was die Positionierung von Sonden erschwert.
• Mehrschichtiger Aufbau: Unterschiedliche Materialschichten erzeugen Messunsicherheiten, insbesondere bei Ultraschallsystemen.
• Fertigungstoleranzen: Abweichungen beim Spritzgießen können die lokale Wandstärke und die Nahtgeometrie verändern.
• Umweltfaktoren: Temperatur und Luftfeuchtigkeit können sowohl die Materialeigenschaften als auch die Messgenauigkeit beeinflussen.

Messungen allein reichen nicht aus; es bedarf Tests zur Überprüfung der Airbag-Auslösung:

• Statische Auslösetests: Das Airbagmodul wird unter kontrollierten Bedingungen ausgelöst:
  • Hochgeschwindigkeitskameras zeichnen die Eröffnung auf.
  • Das Verhalten der Rissnaht wird beurteilt.
  • Die Teilebildung wird bewertet.
• Umgebungsbedingungen: Die Proben werden unter folgenden Bedingungen getestet:
  • Hohe Temperatur
  • Niedrige Temperatur
  • Feuchtigkeitseinwirkung
  • UV-Alterung

Dies gewährleistet langfristige Zuverlässigkeit.

• Vibrations- und Dauerhaftigkeitsprüfung: Instrumententafeln werden Dauerhaftigkeitszyklen unterzogen, um sicherzustellen, dass Schwachstellen während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs stabil bleiben.

Automobilhersteller wenden statistische Prozesskontrollmethoden an, um die Produktionsqualität zu überwachen. Die grundlegenden Parameter dieser Methoden sind wie folgt:

• Mittlere Restwandstärke
• Prozessfähigkeitsindex
• Messwiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit.
• Trendanalyse

Die Mess- und Prüfverfahren für die Airbag-Dämpfung werden durch verschiedene Automobilnormen und -vorschriften beeinflusst. Zum Beispiel

• FMVSS 208 Bundesnormen für Fahrzeugsicherheit – Insassenschutz bei Kollisionen
• UNECE R21 Einheitliche Vorschriften für die Zulassung von Fahrzeuginnenausstattungen.
• ISO 11452 Straßenfahrzeuge - Prüfverfahren für Bauteile auf elektrische Störungen durch schmalbandig abgestrahlte elektromagnetische Energie.
• Die spezifischen technischen Standards der Originalausrüster (Fahrzeughersteller entwickeln häufig individuelle Prüfanforderungen, die über die gesetzlichen Mindestanforderungen hinausgehen).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Einhaltung strenger Prozesskontrollen und rigoroser Prüfstandards unerlässlich für die Entwicklung sicherer und effektiver Seitenairbagsysteme ist. Die Messung der Dämpfungsflächen von Seitenairbags ist ein kritischer Aspekt der Fahrzeugsicherheitstechnik. Die präzise Kontrolle der Restwandstärke, der Nutgeometrie und der Materialkonsistenz beeinflusst die Auslöseleistung des Airbags und den Insassenschutz unmittelbar. Die Einhaltung strenger Prozesskontrollen und rigoroser Prüfstandards ist daher essenziell für ein sicheres und zuverlässiges Produkt.

Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinen kompetenten und erfahrenen Mitarbeitern die Bedürfnisse seiner Kunden, bietet ihnen die benötigten fortschrittlichen Prüfdienstleistungen und unterstützt sie beim Aufbau, der Implementierung und der Optimierung von Managementsystemen. In diesem Rahmen bieten wir auch Dienstleistungen zur Messung des Armaturenbretts im Bereich der Airbag-Dämpfung an.