DE102012212985A1

DE102012212985A1 - Umspritzter TPO-Schusskanal für Kraftfahrzeugairbagsystem

Info

Publication number: DE102012212985A1
Application number: DE102012212985A
Authority: DE
Inventors: Raymond E. Kalisz; Kenneth J. Kwasnik
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2013-02-14
Also published as: CN102923090A; CN102923090B; US8336908B1

Abstract

Ein Kraftfahrzeugairbagsystem weist ein Armaturenbrettsubstrat auf, das einen ersten formbaren thermoplastischen Kunststoff umfasst, der durch eine erste Schmelztemperatur gekennzeichnet ist. Das Armaturenbrettsubstrat hat eine im Wesentlichen glatte äußere Oberfläche zum Fahrzeuginnenraum hin. Ein Schusskanal umfasst einen zweiten formbaren thermoplastischen Kunststoff, der durch eine zweite Schmelztemperatur gekennzeichnet ist, die niedriger als die erste Schmelztemperatur ist. Der Schusskanal weist eine eingeformte Reißnaht und ein Scharnier für eine Airbagentfaltungstür sowie einen Durchgang zum Führen eines Airbags, der aufgeblasen wird, zur Entfaltungstür auf. Der Schusskanal ist durch Umspritzen an einer Innenfläche des Armaturenbrettsubstrats angebracht, wobei das Spritzen des ersten formbaren thermoplastischen Kunststoffs Teilschmelzen des zweiten formbaren thermoplastischen Kunststoffs verursacht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftfahrzeugairbagsysteme und insbesondere auf eine durch ein Armaturenbrettsubstrat gebildete versteckte Airbagentfaltungstür und ein geformter Airbag-Schusskanal.
Airbagschusskanalanordnungen sind für die Beifahrerseite eines Armaturenbretts von Kraftfahrzeugen handelsüblich. Mittels der Schusskanalanordnung wird ein Airbagmodul (das üblicherweise einen gefalteten Leinwandsack und chemische Treibmittel zum Aufblasen des Sacks auf Befehl enthält) an ein Türstützblech oder ein Substrat des Armaturenbretts gekoppelt. Eine typische Struktur für eine Schusskanalanordnung weist eine rohrförmige Außenwand, eine oder mehrere Türklappen, einen den Türbereich umgebenden Flansch und ein oder mehrere Scharnierelemente oder -bereiche auf, die die Türklappen mit der Außenwand und dem Flansch verbinden.
Zu Stylingzwecken ist die Airbagentfaltungstür im Armaturenbrett vom Fahrzeuginnenraum aus wünschenswerterweise unsichtbar. Mit anderen Worten ist die sichtbare oder „1A“-Oberfläche des Armaturenbretts vorzugsweise nahtlos. Deshalb ist im Substrat (auf der „1B“-Seite) eine vorgeschwächte Naht erforderlich, um das Aufreißen der Tür beim Entfalten des Airbags zu erleichtern.
Ein für ein Armaturenbrettsubstrat übliches Material ist spritzgegossener thermoplastischer Kunststoff. Wenn jedoch eine Reißnaht in ein derartiges Substrat eingeformt wird, kommt es zu dem potenziellen Problem, das unter dem Begriff „Read-through“ (Durchsehen) bekannt ist. Beim Durchsehen führt die verschmälerte Dicke des Substrats an der eingeformten Naht zu einer sichtbaren Verzerrung in der Form einer Nut in der 1A-Oberfläche, die sich während des Abkühlens des geformten Materials bildet (Durchsehnaht). Daher waren sekundäre Vorgänge erforderlich wie entweder 1) Laserscoring oder Fräsen, um eine vorgeschwächte Naht in die 1B-Oberfläche zu schneiden, die von der 1A-Oberfläche aus nicht sichtbar ist, oder 2) das Zulassen des Durchsehens, wonach dann jedoch das Armaturenbrettsubstrat mit einer Außenhautschicht abgedeckt wird, um die Durchseh-Naht zu verdecken. Die sekundären Vorgänge erhöhen Herstellungs- und/oder Materialkosten.
Ein weiteres Thema im Zusammenhang mit herkömmlichen Schusskanalanordnungen ist, dass der Schusskanal am Armaturenbrettsubstrat angebracht werden muss. Ein herkömmliches Verfahren zum Anbringen eines Schusskanals war Vibrationsschweißen, aber die bekannten Verfahren können teuer sein, und die Erzielung einer gewünschten Anbringrobustheit hat sich als schwierig herausgestellt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeugairbagsystem für ein Fahrzeug vorgesehen. Ein Armaturenbrettsubstrat umfasst einen ersten formbaren thermoplastischen Kunststoff, der durch eine erste Schmelztemperatur gekennzeichnet ist. Das Armaturenbrettsubstrat hat eine im Wesentlichen glatte äußere Oberfläche zum Fahrzeuginnenraum hin. Ein Schusskanal umfasst einen zweiten formbaren thermoplastischen Kunststoff, der durch eine zweite Schmelztemperatur gekennzeichnet ist, die niedriger als die erste Schmelztemperatur ist. Der Schusskanal weist eine eingeformte Reißnaht und ein Scharnier für eine Airbagentfaltungstür und einen Durchgang zum Führen eines Airbags, der aufgeblasen wird, zur Entfaltungstür auf. Der Schusskanal ist durch Umspritzen an einer Innenfläche des Armaturenbrettsubstrats angebracht, wobei das Spritzen des ersten formbaren thermoplastischen Kunststoffs Teilschmelzen des zweiten formbaren thermoplastischen Kunststoffs verursachte.
KURZDARSTELLUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines Kraftfahrzeugarmaturenbrettsystems mit einer Darstellung eines Beifahrerairbagentfaltungsbereichs,
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von 1 mit einer Darstellung eines Beifahrerairbagsystems,
3 eine Perspektivansicht eines bekannten Airbagschusskanals im Querschnitt,
4 einen Querschnitt einer eingeformten Reißnaht eines spritzgegossenen Armaturenbrettsubstrats,
5 einen Querschnitt eines Armaturenbrettsubstrats, bei dem eine Reißnaht durch einen Schneidvorgang hergestellt wird,
6 einen Querschnitt eines Armaturenbrettsubstrats mit Abdeckschichten,
7 eine Perspektivansicht eines Airbagschusskanals und eines Werkzeugs zum Umspritzen des Schusskanals auf ein Armaturenbrettsubstrat und
8 eine Querschnittsansicht eines Schusskanals, eines Armaturenbrettsubstrats und eines Werkzeugs zur Durchführung des Umspritzens.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt ein Armaturenbrett 10 mit einem Beifahrerairbagsystem mit einer versteckten Naht 11, die einen Entfaltungstürbereich 12 definiert. 2 zeigt eine Art eines bekannten Airbagsystems in einer Ansicht entlang Linie 2-2 von 1. Ein Armaturenbrettsubstrat 15 gibt dem Armaturenbrett die gewünschte Form und Steifheit. Über ihm liegt eine Abdeckschicht 16, die eine herkömmliche elastomere Haut und eine Schaumstoffschicht zwischen der Haut und dem Substrat 15 aufweist. Ein Schusskanal 17 weist einen rohrförmigen Durchgang 18 und an seinem oberen Ende eine Entfaltungstür 20 auf. Die Entfaltungstür 20 ist über ein Scharnier 21 entlang einer Seite an den Durchgang 18 gekoppelt. Ein Spalt 22 kann beispielsweise einen äußeren Rand an drei Seiten der Tür 20 definieren. Anstatt eines Spalts kann eine vorgeschwächte Naht verwendet werden. Der Schusskanal 17 weist einen Flansch 23 auf, der die Tür 20 umgibt. Wie besser aus 3 hervorgeht, haben der Flansch 23 und die Tür 20 mehrere Rippen 24, um den Schusskanal 17 an das Armaturenbrettsubstrat 15 zu schweißen.
Wie in 2 gezeigt, können das Armaturenbrettsubstrat 15 und die Abdeckschicht 16 eine versteckte Naht 25 aufweisen, die beim Öffnen der Entfaltungstür 20 reißt. Die Naht 25 kann vor dem Anbringen des Schusskanals 17 durch Vibrationsschweißen durch mechanisches Anritzen oder Laserscoring gebildet werden. Ein Airbagmodul 27 ist an mehreren Löchern 26 im Schusskanaldurchgang 18 montiert. Das Airbagmodul 27 besteht aus einem starren Kasten, der eine Treibmittelquelle 30 und einen nicht gezeigten gefalteten Sack enthält, der beim Aufblasen durch Gase von der Treibmittelquelle 30 über den Durchgang 18 zur Tür 20 geführt wird. Das Airbagmodul 27 weist mehrere Haken 31 auf, die entsprechend in mehreren Fenstern 26 aufgenommen sind. Das Airbagmodul 27 ist durch eine Befestigungsvorrichtung 32 über eine Konsole an einen quer durch das Fahrzeug gehenden Träger gekoppelt.
Bei der in 2 und 3 gezeigten Konstruktion sind mehrere Einzelkomponenten und viele Verarbeitungsschritte zur Herstellung erforderlich. Bei dem Versuch, die Anzahl von Komponenten und Herstellungsschritten zu reduzieren, könnte ein Substrat und ein Schusskanal, die integral geformt sind, verwendet werden. Wie in 4 gezeigt, kann ein Armaturenbrettsubstrat 35 als eine Einzelkomponente mit einer Entfaltungstür 36 und einem integrierten Schusskanaldurchgang 37 zur Montage des nicht gezeigten Airbagmoduls geformt sein. Das Spritzgussteil weist eine eingeformte Reißnaht 38 auf, die einen Umfang einer Entfaltungstür 36 definiert. Das Substrat 35 muss jedoch eine Durchlseh-Nut 39 haben, die die gegenüberliegende Reißnaht 38 bildet. Aufgrund der Nut 39 ist die sichtbare 1A-Oberfläche des Substrats 35 nicht ausreichend glatt.
Aufgrund der sichtbaren Nahtlinie wird Spritzgießen bei der Herstellung von Armaturenbrettsubstraten nur eingesetzt, wenn die Reißnaht nach dem Formen der Teile ausgebildet wird, wie in 5 gezeigt. Ein Armaturenbrettsubstrat 40 weist einen Türabschnitt 41 und einen Schusskanalabschnitt 42 auf. Das Substrat 40 wird mit einer Außenwand mit im Wesentlichen konstanter Dicke (d. h. ohne eine eingeformte Reißnaht) geformt, so dass eine äußere 1A-Oberfläche glatt und ohne Mängel gebildet wird. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird eine Reißnaht 43 durch Anritzen oder Schneiden unter Verwendung einer Schneidvorrichtung 44 gebildet, bei der es sich beispielsweise um ein mechanisches Messer oder einen Laserstrahl handeln kann.
Wie in 6 gezeigt, kann ein spritzgegossenes Armaturenbrettsubstrat 50 mit einer eingeformten Reißnaht 53 verwendet werden, wenn der entsprechende Durchseh-Mangel durch eine Schaumstoffschicht 51 und eine Haut 52 abgedeckt wird. Zum leichteren Reißen kann die Haut 52 vor dem Einspritzen des Schaumstoffs zur Bildung eines Schnitts 54 separat angeritzt werden. Ein Anritzen der Schaumstoffschicht 50 kann auch erforderlich sein. Daher ist ein beträchtlicher Verarbeitungsaufwand erforderlich, um eine unsichtbare Reißnaht zu erhalten.
7 und 8 zeigen ein verbessertes erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugairbagsystem. Ein Schusskanal 60 weist einen Flanschabschnitt 61 und einen Durchgangsabschnitt 62 auf. Zum Anbringen des Schusskanals 60 an einem Armaturenbrettsubstrat wird er dann umspritzt, wenn das Armaturenbrettsubstrat in einem Werkzeug 63 gebildet wird (7). Das Werkzeug 63 weist eine Kavität 64 auf, in die der Schusskanal 60 eingebracht wird. Wie in 8 gezeigt, kann das Werkzeug 63 einen Hauptabschnitt 77 und Verschlussabschnitt 78 und 79 aufweisen, die zusammenwirkend eine Kavität 75 definieren, die entlang einem unteren Rand durch den Schusskanal 60 begrenzt ist.
Der Schusskanal 60 weist eine eingeformte Reißnaht 66 auf, die sich vorzugsweise um drei Seiten einer Entfaltungstür 68 mit einem Filmscharnier 67 herum erstreckt, das sich entlang ihrer verbleibenden Seite erstreckt. Die Entfaltungstür 68 kann vorzugsweise mehrere Durchgangslöcher 70 aufweisen, die während der Bildung des Armaturenbrettsubstrats 71 eingespritztes Material aufnehmen, so dass die Anbringfestigkeit verbessert wird. Wie unten genauer beschrieben, fließt ein formbarer thermoplastischer Kunststoff in die Kavität 75, um eine im Wesentlichen glatte äußere Oberfläche (d. h. eine 1A-Oberfläche gegenüber dem Werkzeugabschnitt 77) bereitzustellen. Der fließende thermoplastische Kunststoff deckt die eingeformte Reißnaht 66 in einem Bereich 72 vollständig ab und fließt durch die Löcher 70, um Laschen 73 zu bilden. Aufgrund eines besonderen Verhältnisses von Schmelztemperaturen, auf das unten eingegangen wird, werden das Armaturenbrettsubstrat 71 und der Schusskanal 60 fest aneinander gebondet.
Zur Erzielung einer gewünschten Festigkeit und eines gewünschten Erscheinungsbilds können das Armaturenbrettsubstrat 71 und der Schusskanal 60 vorzugsweise aus formbaren thermoplastischen Materialien gebildet sein. Als bevorzugte Materialien kommen thermoplastisches Polyolefin (TPO), thermoplastische Elastomere (TPE) und olefinische thermoplastische Elastomere (TEO) in Frage. Das bevorzugteste Material ist TPO, das mit Füllstoffen kompoundiert ist, die die Schmelztemperatur des Materials, Biegefestigkeit (d. h. Steifheit) und andere Eigenschaften modifizieren. Die Schmelztemperatur des zum Bilden des Schusskanals 60 verwendeten kompoundierten Materials ist niedriger als die Schmelztemperatur des zur Bildung des Armaturenbrettsubstrats 71 eingespritzten Materials. Während des Einspritzens des formbaren thermoplastischen Kunststoffs in die Kavität 75 zur Bildung des Armaturenbrettsubstrats 71 schmilzt der Schusskanal 60 teilweise, so dass eine feste Verbindung zwischen den Komponenten entsteht. Ohne sekundäre Verarbeitung werden sowohl eine Reißnaht als auch eine glatte 1A-Oberfläche erhalten.
In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform sind sowohl der Schusskanal 60 als auch das Substrat 71 aus kompoundiertem TPO gebildet. Durch Bereitstellung verschiedener Füllstoffzusammensetzungen und/oder -konzentrationen können verschiedene Schmelztemperaturen erzielt werden. Darüber hinaus kann sich üblicherweise eine andere Biegefestigkeit ergeben, wobei eine höhere Schmelztemperatur mit einer höheren Biegefestigkeit (d. h. steiferem Material) einhergeht. Zur Sicherstellung, dass die Entfaltungstür mit ausreichender Steifheit für eine ordnungsgemäße Airbagentfaltung funktioniert, wird für das Substrat 71 (bei dem es sich um das steifere Material handelt) eine TPO-Verbindung mit ausreichend hoher Biegefestigkeit verwendet.
Als Füllstoffe, die in formbaren thermoplastischen Kunststoffen verwendet werden, kommen Kautschuk-, Talk- und/oder Glaspartikel in Frage. Beispielsweise werden durch eine zunehmende Konzentration an Kautschuk sowohl die Schmelztemperatur als auch die Biegefestigkeit entsprechend reduziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat das formbare thermoplastische Material des Schusskanals 60 eine Schmelztemperatur von ungefähr 380°F. Der für das Substrat 71 eingesetzte formbare thermoplastische Kunststoff hat vorzugsweise eine Schmelztemperatur von ungefähr 420°F. Wenn das heißere Substratmaterial über das Schusskanalmaterial gespritzt wird, schmilzt die äußere Oberfläche des Schusskanalmaterials mindestens teilweise, und die Materialien werden während des Spritzvorgangs bis zu einer Tiefe von ungefähr 0,5 mm gebondet.
Wie in 8 gezeigt, kann das Werkzeug 63 vorzugsweise mehrere Heiz- und/oder Kühlelemente 80 aufweisen. Die Elemente 80 können aus Kanälen bestehen, die durch den massiven Körper des Werkzeugs 63 geschnitten sind und in denen erhitzte oder gekühlte Fluide strömen. Als Alternative können die Elemente 80 resistive Heizelemente sein. Nach einem bevorzugten Verfahren wird ein Airbagschusskanal aus einem ersten formbaren thermoplastischen Kunststoff mit einer ersten Schmelztemperatur geformt. Der Schusskanal wird in eine Kavität des Werkzeugs platziert, wobei die Werkzeugkavität ein Armaturenbrettsubstrat mit einer im Wesentlichen glatten äußeren Oberfläche zu einem Fahrzeuginnenraum hin definiert. Ein zweiter formbarer thermoplastischer Kunststoff wird zur Bildung des Armaturenbrettsubstrats in die Kavität gespritzt. Das Substrat wird an den Schusskanal gebondet, weil der zweite formbare thermoplastische Kunststoff eine höhere Schmelztemperatur hat, wodurch das Schusskanalmaterial an der Schnittstelle teilweise schmilzt. Bei einer Ausführungsform wird beim Spritzen des zweiten formbaren thermoplastischen Kunststoffs in die Kavität dieser durch das Heizelement erhitzt. Vorzugsweise wird das Werkzeug auf eine Temperatur erhitzt, die etwas niedriger als die Schmelztemperatur des Substratmaterials ist, wie ungefähr 375°F. Das zusätzliche Erhitzen trägt zur Gewährleistung einer laminaren Strömung des zweiten formbaren thermoplastischen Kunststoffs und zur Erzielung eines glatten Erscheinungsbilds der 1A-Oberfläche bei. Durch Erhitzen der Kavität bleibt das eingespritzte Material länger flüssig und Fließfronten werden ausgeglichen.
Die glatte Oberfläche des Substrats eignet sich auch für eingeschäumte Armaturenbretter, da in manchen Fällen Substratmängel auch noch durch den Schaumstoff und die Haut sichtbar sein können (z. B. kann die vorliegende Erfindung das Durchlsehen von Mängeln verhindern, die sich aus Leerräumen im Schaumstofffluss ergeben können, die auf Mängel zurückzuführen sind).
Das steifere TPO (d. h. harte TPO-Schicht) über der Oberseite des umspritzten TPO-Schusskanals der Erfindung sorgt für eine starre Türkonstruktion. Ein weiterer Vorteil der starren Türkonstruktion ist die geringere Blechverwerfung, bei der es sich um eine hinein- und hinausgehende Bewegung handelt, die verursacht wird, wenn ein Insasse gegen das Armaturenbrett drückt. Darüber hinaus verbessert die starre Türkonstruktion die Energieübertragung vom Airbag zum Substrat, was zu einem saubereren Öffnen der Tür führt.

Claims

Kraftfahrzeugairbagsystem mit einem Armaturenbrettsubstrat, das einen ersten formbaren thermoplastischen Kunststoff umfasst, der durch eine erste Schmelztemperatur gekennzeichnet ist, wobei das Armaturenbrettsubstrat eine im Wesentlichen glatte äußere Oberfläche zum Fahrzeuginnenraum hin hat, und einem Schusskanal, der einen zweiten formbaren thermoplastischen Kunststoff umfasst, der durch eine zweite Schmelztemperatur gekennzeichnet ist, die niedriger als die erste Schmelztemperatur ist, wobei der Schusskanal eine eingeformte Reißnaht und ein Scharnier für eine Airbagentfaltungstür aufweist, wobei der Schusskanal einen Durchgang zum Führen eines Airbags, der aufgeblasen wird, zur Entfaltungstür aufweist und wobei der Schusskanal durch Umspritzen an einer Innenfläche des Armaturenbrettsubstrats angebracht ist, wobei das Spritzen des ersten formbaren thermoplastischen Kunststoffs Teilschmelzen des zweiten formbaren thermoplastischen Kunststoffs verursachte.
System nach Anspruch 1, wobei die glatte äußere Oberfläche eine 1A-Oberfläche ist.
System nach Anspruch 1, wobei der erste formbare thermoplastische Kunststoff eine erste Biegefestigkeit hat und wobei der zweite formbare thermoplastische Kunststoff eine zweite Biegefestigkeit hat, die niedriger als die erste Biegefestigkeit ist, wobei durch die erste Biegefestigkeit sichergestellt ist, dass die Entfaltungstür beim Entfalten des Airbags entlang der eingeformten Reißnaht reißt.
System nach Anspruch 1, wobei die Entfaltungstür mehrere Öffnungen hat, die jeweils im Wesentlichen mit dem durch das Umspritzen eingespritzten ersten formbaren thermoplastischen Kunststoff des Armaturenbrettsubstrats gefüllt sind.
System nach Anspruch 1, wobei der erste formbare thermoplastische Kunststoff und der zweite formbare thermoplastische Kunststoff thermoplastisches Olefin (TPO) zusammen mit Füllstoffen umfassen, um für einen Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Schmelztemperatur zu sorgen.
System nach Anspruch 5, wobei die Füllstoffe aus der Kautschuk, Talk und Glass umfassenden Gruppe ausgewählt sind.
System nach Anspruch 1, wobei der erste formbare thermoplastische Kunststoff und der zweite formbare thermoplastische Kunststoff thermoplastisches Elastomer zusammen mit Füllstoffen umfassen, um für einen Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Schmelztemperatur zu sorgen.
System nach Anspruch 7, wobei die Füllstoffe aus der Kautschuk, Talk und Glass umfassenden Gruppe ausgewählt sind.