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Die Erfindung betrifft ein Gassackmodul für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem.
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Das Gassackmodul eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems umfaßt üblicherweise ein Gehäuse mit einem Trägerteil für einen Gasgenerator und einer Abdeckung für den in dem Gehäuse aufgenommenen Gassack. Das Trägerteil und die Abdeckung können als separate Bauteile ausgebildet oder integral mit weiteren Gehäuseteilen gebildet sein. An die Bauteile des Gassackmoduls werden aufgrund ihrer sichtbaren Anordnung im Fahrzeug bzw. ihrer besonderen Funktion, Lasten zu tragen bzw. großen Kräften zu widerstehen, hohe Anforderungen gestellt. Aus diesem Grund werden die Gehäuseteile wie Abdeckungen und Gasgeneratorträger bis jetzt aus Metall oder einem kompakt gespritzten Kunststoff hergestellt.
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Aus der
DE 43 38 666 A1 ist ein einstückig durch Spritzgießen hergestelltes Airbag-Gehäuse bekannt. Als Werkstoff für das Airbag-Gehäuse wird eine gießbare Leichtmetallegierung oder ein spritzgießfähiger Kunststoff verwendet.
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In der
DE 195 46 585 A1 ist eine Gassackabdeckung beschrieben, die als Hauptbestandteil eine oder mehrere miteinander in Verbund gebrachte Schichten aus Elastomerlegierungen aufweist. Die Elastomerlegierungen bestehen aus Mischungen eines thermoplastischen Polymers mit einem unvernetzten, teilvernetzten oder vollvernetzten EPDM-Terpolymer, Blockcopolymeren von alternierenden Polyester- und Polyetherblöcken oder Blockcopolymeren von Polystyrol und Polyolefinen. In die Innenseite der Abdeckung ist mit Hilfe eines Lasers eine Reißlinie bis zu einer vorbestimmten Restwandstärke eingebracht.
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Handelsüblich sind ferner Gassackmodule, bei denen die Abdeckung aus einem weichen thermoplastischen Elastomer gebildet ist und die weiteren Gehäuseteile aus einem harten Kunststoff, beispielsweise einem glasfaserverstärkten Polyamid oder Polypropylen, bestehen. Eine solche Abdeckung ist beispielsweise in der
DE 39 42 694 A1 beschrieben.
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Ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten thermoplastischen Elastomeren ist aus der
EP 1 090 065 B1 bekannt.
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Die
US 5 179 132 A offenbart eine Abdeckung für ein Gassackmodul, die aus einem Polyurethanschaum hergestellt ist. Aus der
DE 198 47 817 A1 ist ein Lenkrad mit Speichen und ein Gehäuse für einen Airbag bekannt, bei dem der Lenkradring, die Speichen und das Gehäuse einstückig aus Polyurethan gebildet sind.
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Die
DE 695 01 053 T2 ,
US 6,316,068 B1 und
US 2002/0119268 A1 zeigen jeweils eine Abdeckung für ein Gassackmodul, die aus einem thermoplastischen Olefinelastomer hergestellt ist.
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Aus der
DE 10 2005 050 370 A1 ist eine Abdeckung für ein Gassackmodul bekannt, die ein Substrat aus einem harten thermoplastischen Kunststoff wie Polypropylen und eine weiche Oberflächenschicht umfasst, die aus einem geschäumten thermoplastischen Polymer, beispielsweise einem thermoplastischen Elastomer oder einem polyolefin-ähnlichen Polypropylen, gebildet sein kann.
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Die aus einem Metall oder kompakt gespritzten Kunststoffen hergestellten Bauteile des Gassackmoduls weisen jedoch ein hohes Gewicht auf. Darüber hinaus kann bei den aus kompakt gespritzten Kunststoffen hergestellten Bauteilen eine gewisse Bauteilungenauigkeit auftreten. Als Ursache für diese Bauteilungenauigkeit wird Verzug und Materialschwindung beim Abkühlen des geschmolzenen Kunststoffs im Spritzgießwerkzeug angesehen. Aufgrund von Wandstärkenunterschieden in Biege- und Scharnierbereichen sowie im Bereich von Rippen und Aufreißlinien oder anderen Wandstärkesprüngen entstehen so Deformationen, Einfallsteilen und Abzeichnungen auf der Oberfläche, die insbesondere bei Gassackmodulabdeckungen nicht gewünscht sind und eine Nachbearbeitung des Werkstücks erfordern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gassackmodul vorzuschlagen, das unter Berücksichtigung der genannten Gesichtspunkte möglichst einfach und preiswert herstellbar ist, und das zudem möglichst leicht ist, ohne daß Funktionsnachteile in Kauf zu nehmen sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Gassackmodul für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, das ein Gehäuse mit einem Trägerteil für einen Gasgenerator und einer Abdeckung für einen in dem Gehäuse aufgenommenen Gassack umfaßt, wobei das Gehäuse mindestens teilweise aus einem thermoplastischen Elastomer besteht, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß das thermoplastische Elastomer unter Verwendung eines physikalischen oder chemischen Treibmittels geschäumt ist, wobei wenigstens das Trägerteil und/oder die Abdeckung des Gassackmoduls vollständig aus dem geschäumten thermoplastischen Elastomer besteht.
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Durch die Verwendung eines geschäumten thermoplastischen Elastomers bei der Herstellung der Gehäuseteile des Gassackmoduls verringert sich deren Dichte im Vergleich zu Bauteilen aus kompakt gespritzten Kunststoffen oder Metall. Das erfindungsgemäße Gassackmodul weist daher ein geringeres Gewicht als die vergleichbaren Bauteile aus dem Stand der Technik auf. Durch den geringeren Materialverbrauch sind auch die Bauteilkosten niedriger. Gleichzeitig findet ein Ausgleich der während der Abkühlung des geschmolzenen Kunststoffs in der Spritzgießform auftretenden Materialschwindung durch die von dem physikalischen oder chemischen Treibmittel gebildeten Gasblasen statt. Die Gasblasen erzeugen in dem geschäumten thermoplastischen Elastomer einen Gegendruck, der eine durch Materialschwindung bedingte Deformation der Bauteiloberfläche ausgleicht. Die Bauteile weisen somit verbesserte optische Eigenschaften und eine bessere Paßgenauigkeit auf. Gleichzeitig können die bekannt guten mechanischen Eigenschaften der als Ausgangsmaterial verwendeten thermoplastischen Elastomere beibehalten werden. So sind die aus erfindungsgemäß geschäumten thermoplastischen Elastomeren hergestellten Bauteile unter den Umgebungsbedingungen formstabil und in der Lage, hohe Lasten aufzunehmen. Das reduzierte Gewicht der Bauteile des erfindungsgemäßen Gassackmoduls führt im Aktivierungsfall wegen der kleineren zu bewegenden Massen ferner zu einer geringeren Belastung von Scharnieren und anderen Verbindungselementen, so daß auch die Gefahr einer Separierung von Teilen des Moduls verringert ist.
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Vorzugsweise ist das thermoplastische Elastomer aus der aus thermoplastischen Polyurethan-Elastomeren (TPE-U), thermoplastischen Polyamid-Elastomeren (TPE-A), thermoplastischen Polyester-Elastomeren (TPE-E), thermoplastischen Polyolefin-Elastomeren (TPE-O) oder thermoplastischen Styrol-Blockcopolymeren (TPE-S) bestehenden Gruppe ausgewählt. Als thermoplastische Polyester-Elastomere eignen sich insbesondere Blockcopolymere, die aus alternierenden harten Polyesterblöcken und weichen Polyetherblöcken aufgebaut sind. Die Polyesterblöcke sind dabei aus Diolen, vorzugsweise 1,4-Butandiol, und Dicarbonsäuren, vorzugsweise Terephthalsäure, gebildet. Zur Herstellung der Blockcopolymere werden die Polyesterblöcke mit langkettigen, endständige Hydroxylgruppen tragenden Polyethern verestert. Als thermoplastische Styrol-Blockcopolymere eignen sich insbesondere Blockcopolymere von Polystyrol und Polyolefinen. Diese sind durch ihren Dreiblock-Aufbau aus zwei thermoplastischen Polystyrol-Endblöcken und einem elastomeren Mittelblock aus Polyolefin gekennzeichnet. Vorzugsweise werden als TPE-S die Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymere, Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymere oder Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol-Blockcopolymere sowie deren hydrierte Derivate verwendet. In diesen „TPE-S”-Blockcopolymeren bilden die harten Polystyrolsegmente Bereiche mit einheitlicher Stoffcharakteristik (Domänen) aus, die als räumliche, physikalische Vernetzungsstellen für die flexiblen, weichen Polyolefinsegmente wirken. Die geschäumten thermoplastischen Elastomere können nach den bekannten Verfahren der dynamischen Vulkanisation voll- oder teilvernetzt sein. Als Vernetzer eignen sich insbesondere Schwefel oder Schwefel enthaltende Verbindungen wie Dischwefeldichlorid, Peroxide und auf Silizium basierende Vernetzer.
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Das physikalische Treibmittel ist vorzugsweise Stickstoff, Kohlenstoffdioxid oder ein niedrig siedender Kohlenwasserstoff. Bei physikalischen Treibmitteln wird die Schäumung des thermoplastischen Elastomers durch Änderung des Aggregatszustands des Treibmittels erreicht, d. h. durch Verdunsten einer Flüssigkeit, bzw. wenn das Treibmittel ein Gas ist, durch dessen Expansion.
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Das chemische Treibmittel ist vorzugsweise Ammoniumbicarbonat, ein Azodicarbonsäureamid, eine N-Nitrosoverbindung oder ein Sulfonylhydrazid. Diese Verbindungen zeichnen sich dadurch aus, daß sie sich bei erhöhter Temperatur zersetzen oder durch chemische Reaktion umwandeln. Die dabei entstehenden Reaktionsprodukte bilden das zum Schäumen erforderliche Treibgas. Als Treibmittel eignen sich beispielsweise auch die aus der
EP 1 090 065 A1 bekannten Verbindungen, die bei Erwärmen Wasser abspalten, wie beispielsweise kristallwasserhaltige Metallsalze oder Metallhydroxide. Diese Verbindungen werden üblicherweise zusammen mit den oben beschriebenen chemischen oder physikalischen Treibmitteln eingesetzt.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung besteht wenigstens die Abdeckung des Gassackmoduls aus dem geschäumten thermoplastischen Elastomer, während die übrigen Gehäuseteile wie Generatorträger und/oder Rahmenteile aus den üblicherweise verwendeten harten und ggf. faserverstärkten Kunststoffen gebildet sein können. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß wenigstens der Generatorträger aus dem geschäumten thermoplastischen Elastomer besteht und die Abdeckung in herkömmlicher Weise aus kompakt gespritzten Kunststoffen gebildet ist.
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Vorzugsweise besteht jedoch das gesamte Gassackmodulgehäuse mit der Abdeckung und dem Gasgeneratorträger aus dem geschäumten thermoplastischen Elastomer. Dies führt nicht nur zu einer Material- und damit Kostenersparnis sondern auch zu einer Zykluszeitreduzierung, da nur noch ein Arbeitsschritt zur Herstellung des Modulgehäuses benötigt wird.
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Schließlich kann das thermoplastische Elastomer noch übliche Füllstoffe, Flammschutzmittel, Pigmente, Farbstoffe und weitere, in solchen Elastomeren verwendete Additive enthalten.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für ein Gassackmodul, bei dem ein thermoplastisches Elastomer in einer Spritzgießmaschine plastifiziert und in eine Form für das Gassackmodulgehäuse eingebracht wird, und das dadurch gekennzeichet ist, daß das plastifizierte thermoplastische Elastomer ein chemisches oder physikalisches Treibmittel enthält und in der Form unter Bildung eines Gehäuseteils aus einem geschäumten themoplastischen Elastomers aushärtet. Auf diese Weise werden bei der Herstellung nahezu verzugsfreie Bauteile erhalten, die keiner Nachbearbeitung mehr bedürfen.
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß die Zykluszeit bei der Herstellung der geschäumten Gehäuseteile aufgrund der stärkeren Nukleierung der Kunststoffschmelze reduziert werden kann, d. h., die Bauteile aus den spritzgegossenen geschäumten thermoplastischen Elastomeren härten schneller aus. Auch sind längere Fließwege in der Spritzgießmaschine möglich, da die geschäumten thermoplastischen Elastomere eine niedrigere Viskosität aufweisen und daher die Form leichter füllen.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine schematische halbseitige Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gassackmoduls; und
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2 eine schematische Darstellung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips anhand eines Ausschnitts aus einer Abdeckung des Gassackmoduls von 1 im Bereich einer Reißlinie.
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1 zeigt ein Gassackmodul 10, das in ein Lenkrad 12 eingesetzt ist. Das Gassackmodul 10 enthält einen in einem napfförmigen Gehäuseteil 14 aufgenommenen, gefalteten Gassack 16. Ein Rand 18 einer Einblasöffnung des Gassacks 16 liegt zwischen einem Boden 17 des Gehäuseteils 14 und einem separaten, ringförmigen Gassackhalteelement 20. Der Boden 17 des Gehäuseteils 14 dient als Trägerteil für einen Gasgenerator 22 und weist eine Öffnung auf, in die der Gasgenerator 22 mit einem ringförmigen Flansch eingesetzt ist, der ebenfalls zwischen dem Gassackhalteelement 20 und dem Boden 17 des Gehäuseteils 14 angeordnet ist. Das Gehäuseteil 14 weist ferner eine sich vom Boden 17 im wesentlichen in axialer Richtung A erstreckende Seitenwand 24 auf. Über dem Gassack 16 und dem napfförmigen Gehäuseteil 14 ist als weiteres Gehäuseteil eine Abdeckung 26 angeordnet, die angeformte Stützen 28 aufweist, an denen die Abdeckung 26 mit der Seitenwand 24 des Gehäuseteils 14 verbunden ist. In die Abdeckung 26 sind eine oder mehrere Reißlinien 30 als Sollbruchstellen eingebracht, an denen die Abdeckung im Aktivierungsfall durch den sich entfaltenden Gassack 16 aufgerissen wird.
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Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind der Boden 17 und die Seitenwand 24 des Gehäuseteils 14 integral miteinander ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Seitenwand 24 als separates Rahmenteil des Gasackmodulgehäuses auszubilden. An ein solches Rahmenteil können beispielsweise die Stützen 28 der Abdeckung 26 integral angeformt sein.
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Das Gehäuse des Gassackmoduls 10 mit dem napfförmigen Gehäuseteil 14 und der Abdeckung 26 besteht ganz oder teilweise aus einem thermoplastischen Elastomer, das aus der aus thermoplastischen Polyurethan-Elastomeren, thermoplastischen Polyamid-Elastomeren, thermoplastischen Polyester-Elastomeren, thermoplastischen Polyolefin-Elastomeren oder thermoplastischen Styrol-Blockcopolymeren bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und das bei der Herstellung des Modulgehäuses im Spritzgießwerkzeug unter Verwendung eines physikalischen oder chemischen Treibmittels geschäumt ist.
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2 zeigt einen Ausschnitt der Abdeckung 26 aus 1 im Bereich der Reißlinie 30. In diesem Bereich können die bei der Abkühlung der Kunststoffschmelze im Spritzgießwerkzeug aufgrund der Materialschwindung auftretenden und unterschiedlich starken Zugkräfte zu einer Deformation der Oberfläche der Abdeckung 26 führen. In den erfindungsgemäßen Bauteilen aus geschäumten thermoplastischen Elastomeren erzeugen die von den chemischen oder physikalischen Treibmitteln freigesetzten Gasblasen 32 jedoch einen Gegendruck, hier dargestellt durch die Pfeile P, der diese Oberflächendeformation ausgleicht.
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Die Herstellung der Gehäuseteile des Gassackmoduls erfolgt auf konventionellen Spritzgießmaschinen. Dazu wird dem thermoplastischen Elastomer mindestens ein physikalisches oder chemisches Treibmittel zugemischt. In Falle des chemischen Treibmittels, z. B. eines Azodicarbonsäureamids, erfolgt die Zumischung zum thermoplastischen Elastomer vor dem Einbringen in die Spritzgießmaschine, und im Fall des physikalischen Treibmittels, z. B. von Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid, erfolgt die Zumischung zur Schmelze des Elastomers entweder im Plastifizieraggregat oder vor der Schneckenspitze in der Spritzgießmaschine.
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Wird ein chemisches Treibmittel verwendet, so wird dem Treibmittel während des Plastifizierens des thermoplastischen Elastomers im Zylinder der Spritzgießmaschine soviel Wärme zugeführt, daß sich das Treibmittel zersetzt. Beim Einströmen in das Werkzeug expandiert die Schmelze aus dem thermoplastischen Elastomer aufgrund des nicht mehr vorhandenen Gegendrucks und es entstehen Gasblasen in der Schmelze. Diese erzeugen in dem geschäumten thermoplastischen Elastomer einen Gegendruck, der den während des Abkühlens des geschmolzenen Kunststoffs auftretenden Zugkräften entgegenwirkt und eine durch Materialschwindung bedingte Deformation der Bauteiloberfläche ausgleicht.
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Bei der Verwendung von physikalischen Treibmitteln eignet sich zur Herstellung der Bauteile insbesondere das Direktbegasungsverfahren, bei dem Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid im überkritischen Zustand zur Schmelze zugemischt wird. Nach diesem Verfahren hergestellte Bauteile bestehen aus geschlossenzelligen Mikrostrukturschäumen mit sehr feinem Schaumkern.
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Durch die vorliegende Erfindung können somit Bauteile bereitgestellt werden, die eine kompakte, porenarme Außenhaut und einen geschäumten Kern haben, die nahezu verzugsfrei sind, keine Deformation der Bauteiloberfläche und auch ein geringeres Gewicht als Bauteile aus dem Stand der Technik aufweisen.
