DE20100650U1

DE20100650U1 - Textile fabric

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Publication number: DE20100650U1
Application number: DE20100650U
Authority: DE
Original assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Current assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2011-01-16
Also published as: DE10201296A1

Description

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Patentanwälte Manzingerweg 7Patent Attorneys Manzingerweg 7

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15. Januar 200115 January 2001

TRW Occupant Restraint Systems GmbHTRW Occupant Restraint Systems GmbH

& Co KG& Co KG

Industriestraße 20
D-73553 AlfdorfIndustriestrasse 20
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Unser Zeichen: T 9156 DEOur reference: T 9156 DE

HD/ZgHD/Zg

Textiles GewebeTextile fabric

Die Erfindung betrifft ein textiles Gewebe, insbesondere ein Gassackgewebe für ein Rückhaltesystem in Fahrzeugen, das aus einer Polymerfaser gebildet ist.The invention relates to a textile fabric, in particular a gas bag fabric for a restraint system in vehicles, which is formed from a polymer fiber.

Das textile Gewebe eines Gassacks darf an Stellen, die sehr hohen Belastungen ausgesetzt sind, nicht beschädigt werden, damit seine Rückhaltefunktion gewährleistet ist. Dies kann mit einer relativ dicken Faser, die zur Herstellung des Gewebes verwendet wird, erreicht werden. Dadurch erhält man ein Gewebe mit großer Zugfestigkeit, das den dynamischen Belastungen im Rückhaltefall standhält. Allerdings ist dies auch mit einer relativ großen Masse des Gassacks verbunden.The textile fabric of a gas bag must not be damaged in places that are subject to very high loads in order to ensure its restraint function. This can be achieved by using a relatively thick fiber to manufacture the fabric. This produces a fabric with high tensile strength that can withstand the dynamic loads in the event of a restraint. However, this also means that the gas bag has a relatively large mass.

Generell wäre aber eine geringe Masse des Gassacks von Vorteil, da der sich entfaltende Gassack dann beim Entfaltungsvorgang eine kleinere kinetische Energie aufweist. Dadurch wird das Verletzungsrisiko eines Fahrzeuginsassen reduziert, der von dem sich entfaltenden Gassack getroffen wird.In general, however, a low mass of the gas bag would be advantageous, as the unfolding gas bag would then have less kinetic energy during the unfolding process. This reduces the risk of injury to a vehicle occupant who is hit by the unfolding gas bag.

Durch die Erfindung wird ein textiles Gewebe, insbesondere ein Gassackgewebe für ein Rückhaltesystem in Fahrzeugen, bereitgestellt,The invention provides a textile fabric, in particular a gas bag fabric for a restraint system in vehicles,

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das auch bei großer Belastung nicht beschädigt wird und bei dem geringe Verletzungsgefahr für den Fahrzeuginsassen im Rückhaltefall besteht. Gemäß der Erfindung ist ein textiles Gewebe vorgesehen, das aus einer Polymerfaser gebildet ist und das eine Bruchdehnung von mindestens 90% und eine Zugfestigkeit, die 1400 N / 5 cm nicht überschreitet, aufweist. Dies bedeutet im Vergleich zu einem herkömmlichen Gewebe, das typischerweise eine Bruchdehnung zwischen 35 % und 45 % und eine Zugfestigkeit zwischen 2,2 kN / 5 cm und 3,8 kN / 5 cm aufweist, in etwa eine Verdoppelung der Bruchdehnung und eine Halbierung der Zugfestigkeit. Damit dehnt sich das erfindungsgemäße Gewebe bei gleich großen auf das Gewebe wirkenden Kräften sehr viel mehr als ein herkömmliches Gewebe. So ist es dem erfmdungsgemäßen Gewebe möglich, auftretende Spannungsbelastungen, beispielweise bei einem übermäßig hohen Druck im Gassackinneren, durch eine Dehnung auszugleichen, ohne dabei beschädigt zu werden. Ebenso ist die negative Beschleunigung eines Fahrzeuginsassen, der im Rückhaltefall vom Gassack zurückgehalten wird, kleiner als bei einem herkömmlichen Gassack mit doppelter Zugfestigkeit und halber Bruchdehnung. Zusätzlich kann die Spannungsbelastung, die beim Auftreffen des Fahrzeuginsassen auf das Gassackmaterial wirkt, besser über das gesamte Gassackgewebe verteilt werden als bei einem herkömmlichen Gewebe, da der durch das Auftreffen entstehende überhöhte Druck im Gassackinneren durch eine Dehnung des gesamten Gassackgewebes ausgeglichen werden kann.which is not damaged even under heavy loads and where there is a low risk of injury to the vehicle occupant when restrained. According to the invention, a textile fabric is provided which is made of a polymer fiber and which has an elongation at break of at least 90% and a tensile strength that does not exceed 1400 N / 5 cm. In comparison to a conventional fabric, which typically has an elongation at break of between 35% and 45% and a tensile strength of between 2.2 kN / 5 cm and 3.8 kN / 5 cm, this means approximately a doubling of the elongation at break and a halving of the tensile strength. The fabric according to the invention therefore stretches much more than a conventional fabric when the same forces act on the fabric. The fabric according to the invention is thus able to compensate for tension loads that occur, for example when there is excessive pressure inside the gas bag, by stretching without being damaged. Likewise, the negative acceleration of a vehicle occupant who is restrained by the gas bag is smaller than with a conventional gas bag with twice the tensile strength and half the breaking elongation. In addition, the stress load that acts when the vehicle occupant hits the gas bag material can be distributed better across the entire gas bag fabric than with a conventional fabric, since the excessive pressure inside the gas bag caused by the impact can be compensated by stretching the entire gas bag fabric.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gewebe einen Titer aufweist, der zwischen 300 dtex und 600 dtex liegt. Herkömmliche Gassackgewebe weisen einen Titer von ca. 800 dtex auf. Durch den niedrigeren Titer des Gassackgewebes ist die Masse des Gassacks kleiner als bei einem herkömmlichen Gassack. Dies reduziert die Verletzungsgefahr eines Fahrzeuginsassen, der im Rückhaltefall von dem sich entfaltenden Gassack getroffen wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist der Titer über die Dicke der zur Herstellung verwendeten Polymerfaser eingestellt. Die geringere Dicke der zur Herstellung verwendeten Polymerfaser bei sonst gleichbleibenden Materialeigenschaften der Polymerfaser und gleichbleibender Gewebebindung verstärkt zusätzlich noch den Effekt, daß auftretende Spannungen von dem erfindungsgemäßen Gewebe in FormIt is particularly advantageous if the fabric has a titer between 300 dtex and 600 dtex. Conventional gas bag fabrics have a titer of approximately 800 dtex. Due to the lower titer of the gas bag fabric, the mass of the gas bag is smaller than that of a conventional gas bag. This reduces the risk of injury to a vehicle occupant who is hit by the unfolding gas bag in the event of restraint. According to a further preferred embodiment, the titer is set via the thickness of the polymer fiber used for production. The lower thickness of the polymer fiber used for production with otherwise constant material properties of the polymer fiber and constant fabric weave additionally reinforces the effect that any tensions that occur are absorbed by the fabric according to the invention in the form of

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Dehnung aufgenommen werden können.-3-&ngr;&ogr;&eegr;
stretching can be accommodated.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Bruchdehnung des Gewebes und die Zugfestigkeit des Gewebes durch den Verstreckungsgrad der Polymerfaser, die zur Herstellung des Gewebes verwendet wird, eingestellt. Nach dem Spinnprozeß unterliegen die Polymerfäden einem Verstreckungsprozeß, wodurch die kettenförmigen Moleküle des Polymers parallel zur späteren Faserlängsrichtung orientiert werden und die spätere Faser ihre guten textiltechnologischen Eigenschaften erhält. Mit dem Verstrecken ändern sich auch die elastischen Eigenschaften des Fadens dahingehend, daß mit zunehmendem Verstreckungsgrad die Bruchdehnung zunimmt und die Zugfestigkeit abnimmt. Damit wird eine einfache und kostengünstige Lösung bereitgestellt, die Bruchdehnung und die Zugfestigkeit des aus der Polymerfaser hergestellten Gewebes festzulegen.According to a further advantageous embodiment, the breaking elongation of the fabric and the tensile strength of the fabric are set by the degree of stretching of the polymer fiber used to produce the fabric. After the spinning process, the polymer threads are subjected to a stretching process, whereby the chain-like molecules of the polymer are oriented parallel to the later longitudinal direction of the fiber and the later fiber acquires its good textile technological properties. With the stretching, the elastic properties of the thread also change in such a way that the breaking elongation increases and the tensile strength decreases with increasing degree of stretching. This provides a simple and cost-effective solution for determining the breaking elongation and the tensile strength of the fabric produced from the polymer fiber.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert:The invention is explained below using a preferred embodiment and with reference to a drawing:

- Fig. 1 zeigt eine räumliche Verteilung der auf ein herkömmliches- Fig. 1 shows a spatial distribution of the energy stored on a conventional

Gassackgewebe wirkenden Spannungen, die mit Hilfe einer FEM (Finite Elemente Methode) - Simulation erstellt wurde, wobei Fig. la die Vorderseite des Gassacks und Fig. Ib die Rückseite des Gassacks darstellt.Stresses acting on the gas bag fabric, which were created using a FEM (Finite Element Method) simulation, where Fig. la shows the front of the gas bag and Fig. lb shows the back of the gas bag.

In der Fig. 1 ist die in einer FEM (Finite Elemente Methode) Simulation erstellte räumliche Verteilung der auf ein herkömmliches Gassackgewebe wirkenden Spannungen gezeigt. Die Verteilung entspricht der Verteilung eines Lenkradgassackes bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs mit 50 km/h und einem ungegurteten Dummy, der einen Fahrzeuginsassen simulieren soll. Dabei wird deutlich, daß die Spannungen, denen das Gassackgewebe ausgesetzt ist, über die Gewebefläche sehr variieren. So ist beispielsweise die Spannungsbelastung auf das Gewebe auf der Vorderseite (Fig. la) des Gassacks im Aufprallbereich 10 des Insassen sowie auf der RückseiteFig. 1 shows the spatial distribution of the stresses acting on a conventional gas bag fabric, created in an FEM (Finite Element Method) simulation. The distribution corresponds to the distribution of a steering wheel gas bag in a frontal collision of the vehicle at 50 km/h and an unbelted dummy that is intended to simulate a vehicle occupant. It is clear that the stresses to which the gas bag fabric is exposed vary greatly across the fabric surface. For example, the stress load on the fabric on the front (Fig. la) of the gas bag in the impact area 10 of the occupant and on the back

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(Fig. Ib) des Gassacks im Randbereich 12 besonders groß. In diesen Bereichen besteht die Gefahr, daß das Gewebe beschädigt wird und die Rückhaltefunktion des Gassacks damit beeinträchtigt ist. Dies soll bei einem Gassack aus dem erfindungsgemäßen Gewebe vermieden werden, wie im folgenden anhand einer besonders bevorzugten Ausführungsform erklärt werden soll:(Fig. Ib) of the gas bag in the edge area 12 is particularly large. In these areas there is a risk that the fabric will be damaged and the restraining function of the gas bag will be impaired. This is to be avoided in a gas bag made of the fabric according to the invention, as will be explained below using a particularly preferred embodiment:

Ein erfindungsgemäßes textiles Gewebe, welches insbesondere als Gassackgewebe für ein Rückhaltesystem in Fahrzeugen vorgesehen ist, ist aus einer Polymerfaser gebildet und weist eine Bruchdehnung von mindestens 90 % und eine Zugfestigkeit von maximal 1400 N / 5 cm auf. Herkömmliche auf dem Markt befindliche Gewebe dagegen weisen eine Bruchdehnung zwischen 35% und 45 % und eine Zugfestigkeit zwischen 2,2 kN / 5cm und 3,8 kN / 5cm auf. Das Gewebe weist weiterhin einen Titer von etwa 350 dtex auf und ist damit weniger als halb so groß wie der Titer eines herkömmlichen Gassackgewebes von etwa 800 dtex. Der kleinere Titer ergibt sich durch die Verwendung einer dünneren Faser für das Gewebe. Die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung des Gewebes werden durch den Verstreckungsgrad der Polymerfaser, die zur Herstellung des Gewebes verwendet wird, eingestellt.A textile fabric according to the invention, which is intended in particular as a gas bag fabric for a restraint system in vehicles, is made of a polymer fiber and has an elongation at break of at least 90 % and a tensile strength of a maximum of 1400 N / 5 cm. Conventional fabrics on the market, on the other hand, have an elongation at break of between 35% and 45% and a tensile strength of between 2.2 kN / 5cm and 3.8 kN / 5cm. The fabric also has a titer of around 350 dtex and is therefore less than half the titer of a conventional gas bag fabric of around 800 dtex. The smaller titer results from the use of a thinner fiber for the fabric. The tensile strength and the elongation at break of the fabric are set by the degree of stretching of the polymer fiber used to produce the fabric.

Das Verstrecken ist ein Teilprozeß bei der Herstellung von Synthesefasern. Dem Verstrecken geht das Spinnen voraus. Dabei wird das zur Faserherstellung benutzte Polymer durch Aufschmelzen oder Lösen in eine fließfähige Form gebracht und durch engporige Öffnungen gepreßt. Die Verfestigung des Spinnfadens erfolgt dann beim Schmelzspinnen durch Abkühlung und beim Lösungsspinnen durch Verdampfen des Lösungsmittels. Die nach dem Spinnen wahllos orientierten kettenförmigen Moleküle des Polymers werden durch das anschließende Verstrecken in Richtung der späteren Faserachse ausgerichtet. Dadurch erhält der Faden die nötige Zugfestigkeit und wird zu einem brauchbaren Faserstoff für ein textiles Gewebe. Mit der Zunahme der Zugfestigkeit bei zunehmendem Verstreckungsgrad der Faser ist eine Abnahme der Bruchdehnung verbunden. Nach dem Verstrecken erfolgt dann noch eine thermische Nachbehandlung (Fixieren) der Faser, bei der die Molekülketten von inneren Spannungen befreit werden.Stretching is a sub-process in the production of synthetic fibers. Stretching is preceded by spinning. The polymer used to produce the fiber is melted or dissolved to give it a flowable form and then pressed through narrow-pored openings. The fiber thread is then solidified by cooling during melt spinning and by evaporating the solvent during solution spinning. The chain-like molecules of the polymer, which are randomly oriented after spinning, are aligned in the direction of the fiber axis by the subsequent stretching. This gives the thread the necessary tensile strength and makes it a usable fiber for a textile fabric. The increase in tensile strength with increasing degree of stretching of the fiber is associated with a decrease in elongation at break. After stretching, the fiber is then thermally treated (fixed) to free the molecular chains from internal stresses.

So ist es möglich, die Zugfestigkeit und Bruchdehnung des GewebesThis makes it possible to determine the tensile strength and elongation at break of the fabric

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über den Verstreckungsgrad der aus dem Gewebe hergestellten Polymerfaser einzustellen. Die Verwebung des erfindungsgemäßen Gassacks dagegen ist die gleiche wie die eines herkömmlichen Gassacks. Das Gewebe kann beispielsweise mit einer Leinwandbindung oder Panamabindung gewebt sein. Die Luftdurchlässigkeit des Gewebes im dynamischen Fall ist auch bei doppelter Dehnung des Gewebes im Vergleich zu der Dehnung eines herkömmlichen Gewebes in etwa gleich groß, da verhindert wird, daß sich die Poren zwischen den Kett- und Schußfäden des Gewebes weiter öffnen. Dies kann beispielsweise durch einen geeigneten Wasch- und Trocknungsprozeß erreicht werden.by adjusting the degree of stretching of the polymer fiber made from the fabric. The weave of the gas bag according to the invention, however, is the same as that of a conventional gas bag. The fabric can be woven with a plain weave or Panama weave, for example. The air permeability of the fabric in dynamic conditions is approximately the same even when the fabric is stretched twice as much as the stretch of a conventional fabric, since the pores between the warp and weft threads of the fabric are prevented from opening further. This can be achieved, for example, by a suitable washing and drying process.

Im Rückhaltefall (hier ist beispielsweise ein Frontalaufprall beschrieben) wird der Gasgenerator aktiviert, der Lenkradgassack entfaltet sich und der Fahrzeuginsasse wird in Richtung des sich entfaltenden Gassacks beschleunigt. Während des Entfaltens und durch das Wechselwirken mit dem Fahrzeuginsassen wirken auf das Gewebe Kräfte, die je nach der Lage auf der Gassackoberfläche unterschiedlich groß sein können (siehe Figur 1). Die auf das Gewebe wirkenden Kräfte bewirken eine Dehnung des Gewebes. Die Dehnung kann elastisch oder plastisch sein. Durch die im Vergleich zu einem herkömmlichen Gassackgewebe große Bruchdehnung und kleine Zugfestigkeit des erfindungsgemäßen Gewebes ist die Dehnung des Gewebes bei gleichen Unfallbedingungen deutlich größer, ohne zu einer Beschädigung des Gewebes zu führen. So wird ein Großteil der kinetischen Energie des Fahrzeuginsassen durch das Gewebe aufgenommen, indem es sich plastisch oder elastisch in Richtung des Gassackinneren dehnt. Dadurch reduziert sich das Gassackvolumen bei gleichbleibender Gasmasse, was wiederum einen höheren Gasinnendruck zur Folge hat. Dieser erhöhte Gasinnendruck wirkt nun als Kraft auf das gesamte Gassackgewebe und bewirkt eine Dehnung des gesamten Gewebes und damit eine Vergrößerung des Gassackvolumens und eine Reduktion des Gasinnendrucks. Durch die Dehnung kann das Gassackgewebe also im Falle eines erhöhten Gasinnendrucks den auftretenden Kräften entgegenwirken. Das Dehnungsvermögen des Gassackgewebes bewirkt weiterhin, daß die negative Beschleunigung des zurückgehaltenen Fahrzeuginsassen kleiner ist als bei einem herkömmlichen Gassackgewebe. Dies reduziert die Verletzungsgefahr des Fahrzeuginsassen, ebenso wie der niedrige Titer des Gewebes von 350 dtex. Durch die niedrigere Masse desIn the event of a restraint (a frontal impact is described here, for example), the gas generator is activated, the steering wheel gas bag unfolds and the vehicle occupant is accelerated in the direction of the unfolding gas bag. During the unfolding and through the interaction with the vehicle occupant, forces act on the fabric that can vary in magnitude depending on the position on the gas bag surface (see Figure 1). The forces acting on the fabric cause the fabric to stretch. The stretching can be elastic or plastic. Due to the high breaking elongation and low tensile strength of the fabric according to the invention compared to a conventional gas bag fabric, the stretching of the fabric is significantly greater under the same accident conditions without leading to damage to the fabric. A large part of the kinetic energy of the vehicle occupant is absorbed by the fabric by stretching plastically or elastically in the direction of the gas bag interior. This reduces the gas bag volume while the gas mass remains the same, which in turn results in a higher internal gas pressure. This increased internal gas pressure now acts as a force on the entire gas bag fabric and causes the entire fabric to stretch, thereby increasing the gas bag volume and reducing the internal gas pressure. The stretching allows the gas bag fabric to counteract the forces that occur in the event of increased internal gas pressure. The stretching capacity of the gas bag fabric also means that the negative acceleration of the restrained vehicle occupant is smaller than with a conventional gas bag fabric. This reduces the risk of injury to the vehicle occupant, as does the low titre of the fabric of 350 dtex. Due to the lower mass of the

Gassackgewebes im Vergleich zu der Masse eines herkömmlichen Gassackgewebes ist es möglich, kleinere Treibladungen zu verwenden und die Entfaltungsgeschwindigkeit eines herkömmlichen Gassacks beizubehalten. Die Massenabnahme des Gassackmaterials bewirkt aber eine kleinere kinetische Energie des sich entfaltenden Gassacks. Dies verringert die Verletzungsgefahr eines Fahrzeuginsassen, der von dem sich entfaltenden Gassack getroffen wird.By reducing the mass of the gas bag fabric compared to the mass of a conventional gas bag fabric, it is possible to use smaller propellant charges and maintain the deployment speed of a conventional gas bag. However, the reduction in mass of the gas bag material results in a smaller kinetic energy of the deploying gas bag. This reduces the risk of injury to a vehicle occupant who is hit by the deploying gas bag.

Claims

1. Textile fabric, in particular gas bag fabric for a restraint system in vehicles, which is made of a polymer fiber, characterized in that the fabric has an elongation at break of at least 90% and a tensile strength which does not exceed 1400 N/5 cm.

2. Textile fabric according to claim 1, characterized in that the fabric has a titre between 300 dtex and 600 dtex.

3. Textile fabric according to claim 2, characterized in that the fabric has a titre of 400 to 500 dtex, in particular about 350 dtex.

4. Textile fabric according to one of claims 2 to 3, characterized in that the titre is adjusted via the thickness of the polymer fiber used for production.

5. Textile fabric according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tensile strength of the fabric and the elongation at break of the fabric are adjusted by the degree of stretching of the polymer fiber used to produce the fabric.