Versagensverhalten dynamisch belasteter Nahtsysteme bei Hochgeschwindigkeitsbeanspruchung
Projektleiter: Dipl.-Ing. Marina Weiß-Quasdorf
Projektnummer: BMWi/ IGF, 16825 BR
Laufzeit: 01.12.2010 – 31.03.2013
Aufgabenstellung
Textile Nähte bergen im Airbagsystem ein hohes Gefahrenpotential. So gelten auch für Nähte besondere Anforderungen. Mitunter kann Leben von den Nähten abhängen. Wenn es um die Funktion bei Airbaggeweben und Nähten geht, werden keine Kompromisse eingegangen, denn der Airbag muss zu jederzeit und bei allen Bedingungen seine Funktion erfüllen. Bei der Airbag- Nahtentwicklung wird empirisch mittels Aufblasversuche vorgegangen. Hierbei kann lediglich die Haltbarkeit oder ein Bruch festgestellt werden. Diese Tests sind aufwendig und teuer. Es gibt keine genormte dynamische Prüfmethode, bei der mit realen Geschwindigkeiten geprüft werden kann und zahlenmäßig vergleichbare Ergebnisse erhältlich sind. Ziel im Projekt war deshalb die Ermittlung apparativer Prüfbedingungen zur dynamischen Zugprüfung von Geweben und Nahtverbindungen bei hohen Prüfgeschwindigkeiten sowie die Erarbeitung von konkreten Prüfbedingungen für den Anwendungsfall Airbag.
Ergebnisse
Untersuchungsschwerpunkte im abgeschlossenen Projekt waren Nähgarntyp, Nahttyp sowie die zu verbindenden Gewebekomponenten, die bei unterschiedlichen Prüfbedingungen definiert untersucht wurden. Zur Ermittlung korrelativer Zusammenhänge dienten parallel vorgenommene quasistatische Prüfungen. Die Abbildung zeigt die für die Projektbearbeitung entwickelten und eingesetzten Spannwerkzeuge und beispielhafte dynamische Kraft-Dehnungskurven, durchgeführt an Airbaggewebe mit und ohne Naht. Bei den durchgeführten Untersuchungen wurde der Schwerpunkt auf die Nahtauslegung in einem Beifahrerairbag gelegt.
Erstmals ist es gelungen die Höchstzugkraft an Airbaggewebeproben mit und ohne Naht bei Prüfgeschwindigkeiten bis 15 m/s und einer maximalen Dehnrate von 375 s-1 zu prüfen. Bei etwa 25 % der Nahtproben reißt nur der Nadelfaden (Oberfaden) und die Gewebefäden verschieben sich an der Naht. Wie bei den quasistatischen Zugversuchen liegen die dynamischen Höchstzugkraftwerte der Streifenproben ohne Naht deutlich über den Werten der dynamischen Nahtfestigkeiten. Mit Zunahme der Prüfgeschwindigkeit und damit der Dehnrate nehmen die Nahtfestigkeiten ab. Die größte Festigkeitsabnahme (= 28%) wird bei 10 m/s Prüfgeschwindigkeit und einer Dehnrate von 250 s-1 ermittelt. Signifikant ist auch die Dehnungsabnahme (Nahtquerreißdehnung) ab Dehnrate 125 s-1 mit bis zu 40 %. .
Damit wurden erstmals die Voraussetzungen geschaffen, Nähgarne, Airbaggewebe und Airbagnahtsysteme an einer Hochgeschwindigkeitszugprüfmaschine bei extremen Dehnraten bis 375 s-1 zu prüfen, bisher unbekannte Kennwerte zum dynamischen Bruchverhalten von Geweben und Nähten zu generieren, Vorschläge für effektivere Prüfprogramme zu erarbeiten und neue Ansatzpunkte zur Produktoptimierung zu formulieren. Damit kann das Versagensverhalten von Airbagluftsäcken und deren Schutzpotenzial effizienter vorausgesagt werden
Anwendungen
Die Kenntnisse sind für Hersteller technischer Garne, Textilien und insbesondere die Konfektionäre von Airbagmodulen von entscheidender Bedeutung. Kurzfristige Anwendungen sind absehbar für weitere Sicherheitsmodule: Airbags für Fußgänger, Fahrradfahrer, Fangbänder und Sicherheitsgurte im Automobil, Fallschirmgewebe, Fallschirmleinen, Fangleinen. Mittel- und langfristig ergeben sich Anwendungen für Schutztextilien und textiles Bauen (Sonnenschutztextilien, Markisen, Zelte) und im textilen Leichtbau.