Der Bereich der KFZ- Insassen-Rückhaltesysteme umfasst Luftsack-Systeme (Airbags) sowie Gurtstraffer und Gurtkraftbegrenzer.

Diese Systeme entfalten ihre Wirkung stets über die Zündung pyrotechnischer Materialien.

Die dabei emittierten Gase und auch Stäube sind z.T. gesundheitsschädlich und unterliegen weltweit einer Reglementierung.  Obwohl die Emissionen der einzelnen Module in den letzten 20 Jahren hinsichtlich Toxizität und Menge deutlich zurückgegangen sind, wurde dieser Fortschritt durch die heute sehr viel höhere Anzahl der auch in Fahrzeugen der Unterklasse vorhandenen Systeme ausgeglichen.

Die Messverfahren und die Bewertung der Ergebnisse werden im ECE-Raum durch den Quasi-Standard AK-ZV01 (Arbeitskreis Zielvereinbarung der deutschen Automobilindustrie) und international auch durch die Automobil-Norm SAE J1794/USCAR definiert.

Durch unser sowohl nach AK-ZV01 als auch nach SAE J1794 akkreditiertes Verfahren können Gas-, Staub- und Akustikemissionen an pyrotechnischen Rückhaltesystemen bestimmt und bewertet werden. Die Emissionsmessungen können in einer 60 Liter Kanne, einem 2,7m³ -Tank oder in einem vom Kunden zur Verfügung gestellten Testfahrzeug durchgeführt werden. Die Ergebnisse aus dem 2,7m³-Tank können auf 2,5 m³ (AK-ZV01) und 100 ft³ (SAE/USCAR) umgerechnet werden.

Normen: AK-ZV 01; SAE J1794; USCAR

Die nach der Zündung von KFZ-Pyrotechnik emittierten Gase werden durch ein akkrediertes GWP-Verfahren entsprechend AK-ZV01 bzw. SAE J1794 analysiert. Das GWP-Verfahren geht dabei deutlich über die in den Normen geforderte Vorgehensweise hinaus:

• Messungen mit einem empfindlichen Prozessgas-Massenspektrometer
• Messungen mit einem Prozessgas-FTIR-Spektrometer
• Redundante Messung von Stickoxiden (NO, NO2) mit einem Chemolumineszenz-Spektrophotometer (CLD)
• Redundante Messung von Kohlenmonoxid (CO) mit einem dedizierten nichtdispersiven Infrarotspektrometer (NDIS)
• Bestimmung auch von Inertgasen (Ar, He) bei Hybrid- und Kaltgasgeneratoren
• Bestimmung insgesamt von bis zu 21 Gasen
• Kontinuierliche Messung und Speicherung der Konzentrationsentwicklung über 20 (SAE 1794) bzw. 31 Minuten (AK-ZV01)anstatt integraler Messungen

Normen: AK-ZV 01; SAE J1794

Entsprechend den Standards AK-ZV01 und SAE J1794 müssen die nach der Zündung von KFZ-Rückhaltesystemen emittierten Partikel hinsichtlich ihrer Masse und Eigenschaften charakterisiert werden. Wesentlich sind hier neben der Konzentration des Gesamtstaubes die Größenverteilung der emittierten Partikel, der Anteil des atembaren Staubes (PM10) und seine chemische Zusammensetzung.

Im GWP-Verfahren wird der Gesamtstaub unter Verwendung eines Andersen-Impaktors in neun Größen zwischen < 0,4 µm und > 9 µm klassifiziert. Bei ausreichender Menge (> 50 mg)kann der gesammelte Staub anschließend auf verschiedene chemische Parameter (lösliche Fraktion, pH-Wert, Schwermetalle) untersucht werden. Auf Kundenwunsch kann auch die Morphologie der Partikel(nodulär oder faserig, eventueller Anteil an Quarz) elektronmikroskopisch untersucht werden.

Normen: AK-ZV 01; SAE J1794

Die Leistungsmerkmale von Gasgeneratoren können durch Zünden in einer Kammer von 28, 60 oder 100 L untersucht werden. Dabei werden die Druckverläufe in der Kammer aufgezeichnet. Durch Anbohren ist es auch möglich die Innendruckverläufe der Gasgeneratoren zu verfolgen. Das resultierende Druckprofil beschreibt die Leistung des Treibstoffes in der angewandten Umgebung.

Der entscheidende Parameter von Treibstoffen ist die Brennrate. Diese kann durch Zünden in der ballistischen Bombe ermittelt werden. Aus dem Druckverlauf können bei definierter Geometrie des Treibstoffes die druckabhängige Brennrate und andere wichtige Parameter ermittelt werden.

Da die pyrotechnische Leistung von Treibstoffen von der Umgebungstemperatur abhängt, können die Messungen bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden.

Normen: AK-ZV 01; SAE J1794

Airbag-Komponenten bestehen aus unterschiedlichsten Werkstoffen und werden mit einer Vielzahl von Fügeverfahren gefertigt. Aufgrund der Beanspruchung im Fahrbetrieb und beim Zünden ist eine hohe Qualität Grundvoraussetzung. Die Materialographie hilft bei Entwicklung und Fertigung der Airbag-Komponenten, eingesetzte Werkstoffe und Fügeverfahren zu qualifizieren. Auch bei Schadensanalysen und Rückrufaktionen ist Sie unverzichtbar. So werden z.B. Phasenbestimmungen an Schliffen der Treibsatztabletten, Schweißnahtbewertungen an Gasgeneratoren oder Zielpräparationen an Steckverbindungen durchgeführt um Komponenten zu charakterisieren oder Herstellungs- bzw. Materialfehler zu ermitteln.

Um die großen Vielfalt an werkstofftechnischen Herausforderungen an Airbag-Komponenten zu bewältigen betreibt die GWP eine bestens ausgestattete Materialographie. Für jede Anforderung steht ein breites Spektrum an Methoden und Verbrauchsmaterial zur Verfügung. So können wir in Verbindung mit weiteren Kompetenzen wie Rasterelektronenmikroskopie, Analytik und Werkstoffprüfung umfassende Untersuchungen durchführen um Entwicklungen zu begleiten, aufgetretene Schäden zu bewerten und Ihre Qualität zu sichern.

Anzünder sind eine dichte Packung von Materialien und Fertigungsprozessen; nach unserer Erfahrung liegen hier oft komplexe Zusammenhänge in der Produktion, Funktion & Alterung vor. Die GWP ist mit vielen nötigen Kompetenzen ausgestattet um anspruchsvolle materialwissenschaftliche Charakterisierungen durchführen zu können (inkl. der Erlaubnis und Befähigung gemäß Sprengstoffgesetz).

Beispiel Fertigung: Wenn neue Verfahren eingeführt werden, z.B. für das Stopfen von Zündpillen mit Pyrotechnik, dann analysiert man die resultierenden Zündmischungen (Zr, TiH2, Chlorate, Bor, Nitrate) bezüglich Risse, Homogenität, Dichte, Sedimentation, Elementverteilung etc. Der enge Kontakt zur Glühbrücke - für eine verzögerungsfreie Zündung - ist besonders wichtig.

Als Testmethoden hierfür werden Radiographie, µ-CT, makroskopische Querschnitte, ATR-FTIR, DSC, LIM, Pycnometrie, sowie Rasterelektronenmikroskopie mit EDX-Analysen eingesetzt. Für die Alterung  dazu betreiben wir Umweltsimulationen für Temperatur/Feuchte-Zyclen nach AKLV, US-Normen und eigenen Arbeitsvorschriften.

Die pyrotechnische Leistung wird an einem U,I,t-Prüfstand ermittelt.

Unsere 20-jährige Erfahrung, entstanden aus Entwicklungen und Rückrufen, zeigt, dass die folgenden Elemente oder Funktionen einer Zündkapsel u.a. geprüft werden sollten:

1. gas- & diffusionsdichte Kappe durch Schweißen, Krimpen oder Löten,
2. wohldefinierte Sollaufbruchstellen der Kappe (Prägungstiefe) mit homogenem Metallblech,
3. Korrosionsschutz insbesondere der Oberfläche der Kappe,
4. gasdichte und kraftschlüssige Metallverglasung der Pins,
5. die Vergoldung darf nicht „blumenkohlartig“ sein,
6. Qualität des Kontaktes des Filaments (dünne Faser auf massivem Stift) durch Quetschen, Löten, Schweißen,…
7. Glühbrücke mit fehlendem Kontakt zu Pyrotechnik und 8) Qualität der Pyrotechnik (Feuchtigkeit, Fissuren, Blasen, Bröckchen, Partikelgrößenverteilung),
8. Feuchtigkeit muss im Inneren der Squib ausgeschlossen werden wegen der Gefahr der Korrosion.

Inflator
Röntgendurchleuchtung von Airbagmodulen in Form von 2D-Bildern oder 3D-CT-Scans liefern Ihnen als zerstörungsfreie Methoden zum Aufbau von Gasgeneratoren oder Modulen. Prüfen Sie auf diese Weise die Position, bzw. das Vorhandensein einzelner Komponenten wie etwa der Booster-Ladung oder der Auto-Ignition-Tablette. Zusätzlich können die Maße einzelner Bauteile bestimmt werden.

Nachh der Zündung erlaubt es auch die Dokumentation der korrekten Funktion der mechanischen Elemente der Aufblasvorrichtungen.

Ermittlung des Festigkeits- und Schädigungsverhaltens von Airbaggewebe bei verschiedenen Belastungszuständen oder im Schadensfall sind Bestandteil der GWP-Dienstleistungen.

Wir charakterisieren den Aufbau und das Materialverhalten typischer Airbaggewebes aus Polyamid 6.6 bei verschiedenen Belastungszuständen. Ein weiterer wichtiger Materialparameter für die Charakterisierung von Airbaggeweben ist beispielsweise die Silicon-Beschichtungsstärke und das Schmelzverhalten bei beim Kontakt mit heißen Partikeln.  

Die Ausfälle durch gebrochene Zünddrähte bei Airbaganzündern gaben Anlass zur Entwicklung einer Methode zur Bestimmung der mechanischen Belastbarkeit von freiliegenden Zünddrähten sowie zu dessen werkstofftechnischen Charakterisierung.
Die GWP bietet in diesem Bereich

• Dauerschwingversuche

• Bruchuntersuchungen

• elektrische Eigenschaften

• Übergangswiderstand

• etc…

Die Leistung von pyrotechnischen Treibsätzen und deren Anzündmitteln beim Abbrand hängt neben der chemischen Zusammensetzung auch empfindlich von den physikalischen Eigenschaften ab. Die GWP wendet für Sie zahlreiche Methoden etwa zur Bestimmung der Dichte (geometrisch, pyknometrisch), der Porosität durch Hg-Porosimetrie, der thermischen Eigenschaften oder der Restfeuchte an.

Dabei unterstützen wir Sie auch gerne bei der Gewinnung des Treibsatzes aus pyrotechnischen Gegenständen der Kategorien  PT1 und PT2.
 

Weisen Sie die Qualität und Zuverlässigkeit Ihrer Airbagmodule nach. Wir führen Sie die Qualifizierung Ihrer Gasgeneratoren und Airbagmodule durch Umweltsimultion nach AK-LV durch. Dazu bieten wir u.a. Schwingungs-, Stoß- und Temperaturwechselprüfungen, testen Ihre Komponenten auf elektromagnetische Verträglichkeit und Beständigkeit gegen Korrosion, Staub, Salz und Feuchtigkeit.

Zusätzlich zu standardisierten Prüfungen bieten wir Ihnen auch ultra-geraffte Prüfungen wie das „Accelerated Temperature Cycling“ (ATC) o.ä. Verfahren zur schnellen Nachstellung von Schadensfällen.

Klimatische Einflüsse können über längere Zeiträume die Zuverlässigkeit von Treibstoffen beeinflussen.

Wir führen speziell entwickelte Umweltsimulationen an Airbagtreibstoffen durch. Kundenspezifische künstliche Alterungen an Airbagtreibstoffen tragen zur Aufklärung über deren Langzeitstabilität bei. Durch Variation von Feuchte und Temperatur unter Einfluss diverser anderer Faktoren können aussagekräftige Ergebnisse erzielt werden.