Ak_LV_03_Entwurf_2009-01-16

Arbeitskreis - Liefervorschrift Entwurf Januar 2009 Airbag - System Gasgeneratoren (Einbauort: Lenkrad, Instrumententafel) Anforderungen und Prüfbedingungen AK - LV 03 airbag system; inflator assemblies (installation location steering wheel, dashboard); requirements and test procedures Inhalt 1 Anwendungsbereich und Zweck 2 Begriffe 3 Allgemeines 4 Allgemeine Anforderungen an den Gasgenerator und deren Prüfbedingung 4.1 Kennzeichnung 4.2 Klassifizierung und Einstufung 4.3 Leistungsvermögen 4.4 Berstdruck 4.5 Bonfire-Test 4.6 Elektrostatische Festigkeit 4.7 Steck- und Abziehkräfte 5 Zünder 5.1 Anzündwiderstand 5.2 Isolationswiderstand 5.3 Dichtheit 6 Treibstoffe 6.1 Gutachten/Zertifizierung Temperaturbereich 7 Umweltsimulation an dem Gasgenerator 7.1 Anforderungen nach der Umweltsimulation 7.2 Umweltsimulation 8 Zitierte Normen und Vorschriften 9 Frühere Ausgaben 10 Änderungen Fortsetzung Seite 2 bis 32 AK-LV : Arbeitskreis - Liefervorschrift Arbeitskreis der Firmen: Audi AG, Bayerische Motoren Werke AG, DaimlerChrysler AG, Porsche AG und Volkswagen AG Entwurf Januar 2009 - 2 - 1 Anwendungsbereich und Zweck Diese Vorschrift soll durch exakte, eindeutige und einheitliche Vorgaben zu Eigenschaften am Gasgenerator die Produktqualität und die Funktion innerhalb des zugehörigen Gesamtsystems sichern. Die Vorschrift beschreibt ebenfalls die Prüfverfahren, mit denen die Anforderungen an den AGG nachzuweisen sind, sowie deren Durchführung. Die Vorschrift ist ein Teil der Zeichnung. Die Vorschrift gilt für alle Gasgeneratoren, die einen ent- sprechenden Hinweis in der Zeichnung aufweisen. 2 Begriffe Der Airbag-Gasgenerator (AGG) ist Bestandteil eines Rückhaltesystems. Airbag-Gasgeneratoren haben die Aufgabe, bei Zündung durch einen Sensor einen Airbag in funktionsbereiten Zustand zu bringen. 3 Allgemeines Die Einhaltung der in der Vorschrift zusätzlich zur Zeichnung aufgeführten Angaben ist vom Her- steller sicherzustellen. Der Nachweis erfolgt in Abhängigkeit von der Prozeßsicherheit und ist mit geeigneten Methoden und ausreichendem Prüfumfang darzustellen. Alternative Prüfmethoden sind zulässig, sofern sie einen gleichwertigen Nachweis ermöglichen. Den Korrelationsnachweis zu den in dieser Vorschrift beschriebenen Prüfmethoden muß die Prüf- stelle erbringen, die die Prüfung veranlaßt. Falls nicht anders angegeben, gelten die Anforderungen für Teile im Anlieferzustand (ohne vor- herige Belastung). Abweichungen sind im Prüfprotokoll zu vermerken. Wird bei einer Forderung nur die Bemerkung "s.Z." (siehe Zeichnung) angegeben, so ist der gel- tende Wert der Zeichnung zu entnehmen. Enthält die Zeichnung diesbezüglich keine Angaben, so entfällt die Anforderung. Bei unterschiedlichen Angaben in Zeichnung und Vorschrift hat der Zeichnungseintrag Vorrang. Generell muß der AGG allen in dieser Vorschrift aufgeführten Anforderungen genügen. Deren Einhaltung sind bei der Freigabe- bzw. Erstmusterprüfung nachzuweisen. Das AGG ist ein dokumentationspflichtiges Teil. Die zur Sicherstellung der Funktion notwendigen Prüfungen in der Serie sind dokumentationspflichtig, die Prüfprotokolle sind 20 Jahre aufzube- wahren. Eine eindeutige Zuordnung zwischen AGG und dokumentationspflichtigen Daten muß gewährleistet sein. Die in dieser Vorschrift mit einem Querbalken versehenen Abschnitte unterlie- gen der Dokumentationspflicht. Entwurf Januar 2009 - 3 - 4 Allgemeine Anforderungen an den Gasgenerator und deren Prüfbedingung Die AGG müssen so beschaffen sein, daß - sachgemäße Handhabung vorausgesetzt - bei Mon- tage in der Fertigung und Reparaturarbeiten in Werkstätten (d.h. ohne besondere zusätzliche Si- cherheitseinrichtungen) Menschen und Gegenstände nicht gefährdet sind. Der Gasgeneratorhersteller hat eine "Handhabungsvorschrift" zu erstellen und zur Verfügung zu stellen. Der AGG muß bei Zündung möglichst schubfrei sein (Steighöhe < 0,5 m). Der AGG darf nicht zerstörungsfrei zerlegt werden können. Alle Änderungen am AGG, Einzelkomponenten des AGG und / oder Herstellungsverfahren und Herstellungsorten sind der betroffenen Fachabteilung vor Einführung in die Serie mitzuteilen und bedürfen einer Freigabe. Der Fahrergasgenerator soll ein einheitliches Flanschbild aufweisen. Anzustreben ist das in Bild 1 dargestellte Flanschbild. Maße in Millimeter Bild 1 — Einheitliches Gasgeneratorflanschbild Fahrergenerator 4.1 Kennzeichnung Der AGG muß entsprechend des "Deutschen Gesetz für explosionsgefährliche Stoffe" sowie den jeweils gültigen Verordnungen gekennzeichnet sein. Kennzeichnungsinhalt (herstellerseitig): • Nummer zur Verfolgung dokumentationspflichtiger Daten (graviert) • BAM-Zulassungskennzeichnung • Barcode für Weiterverarbeitung beim Systemhersteller • DOT (department of transport) - Ausnahmegenehmigung • Sicherheitshinweise (nach Vorschrift) • Herstellerzeichen • Fertigungsdatum (Jahr, Tag) • Seriennummer 78 5, 74 4 x 90° (=360°) Entwurf Januar 2009 - 4 - 4.2 Klassifizierung und Einstufung Der Festtreibstoff und der AGG müssen bei der Bundesanstalt für Materialforschung und - prüfung (BAM), Berlin, klassifiziert und nach dem "Deutschen Gesetz für explosionsgefährliche Stoffe" sowie den jeweils gültigen Verordnungen eingestuft werden. Der AGG muß ebenfalls in jedem Land, in dem das System zum Einsatz kommt, zugelassen sein. Für Deutschland ist die Zertifizierung in die Klasse T1, in USA und Kanada die Einstufung als "flammable solid" oder niedriger gefordert. Falls der AGG in die Klasse T2 eingestuft ist, hat der AGG-Hersteller in Abstimmung mit dem Mo- dulhersteller die Einstufung des Moduls in die Klasse T1 zu gewährleisten. 4.3 Leistungsvermögen 4.3.1 Einleitung Dieser Test dient dazu, das Leistungsvermögen eines AGG zu beurteilen. Zu diesem Zweck wird der AGG bei der spezifizierten Prüftemperatur in einen geschlossenen Behälter geschossen. 4.3.2 Anforderungen Die ermittelte Kannendruckkurve muß innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen liegen. Es darf keine undefinierte Nachzündung der zweiten Gasgeneratorstufe durch thermische Einwir- kung nach Zündung der ersten Stufe erfolgen. In der Tabelle 1 werden die Toleranzgrenzen des zulässigen Kennfeldes beschrieben. Tabelle 1 — Vorgabe der Toleranzen der Kannendruckkurven Entwurf Januar 2009 - 5 - Vorgabe gilt für Meßgröße Maximale Toleranz Einbauort Stufigkeit Temperatur pmax +/- 13,3% p90% +/- 16,7% p75% +/- 16,7% p50% +/- 20% p25% ohne p10% ohne Fahrerairbag Beifahrerairbag Seitenairbag Kopfairbag Knieairbag Einstufige Generatoren Zweistufige Generatoren: sowohl 1. Stufe allein als auch 1.+ 2. Stufe zusammen (full output) NT, RT und HT Gradient Gt ( p50% - p25% ) +/- 20% nur Fahrer- und Beifahrerairbag Einstufige Generatoren Zweistufige Generatoren: nur 1. Stufe nur RT < TTFG+1ms Seiten-, Kopf- und Knieairbag < TTFG +1,5ms Fahrerairbag time to first gas < TTFG +2ms Beifahrerairbag Einstufige Generatoren Zweistufige Generatoren: nur 1. Stufe nur RT - Die Referenzkurve für jede Prüftemperatur wird in der Entwicklung festgelegt - Das nominelle TTFG wird in der Entwicklung festgelegt - Der Zeitpunkt der einzelnen Druckgates (pmax, p90%,...) wird über die Referenzkurve definiert - Die Kannendruckkurven werden immer ab Zündung (t=0) aufgenommen 4.3.3 Grenzgasgeneratoren Grenzgasgeneratoren sind Generatoren an den Grenzen der Kannendruckfelder. Die genaue De- finition und Toleranzen sind mit dem OEM abzustimmen. 4.3.4 Prüfeinrichtung Zur Durchführung der Prüfung wird eine dem Leistungsvolumen des AGG entsprechende Test- kanne benötigt. Vorzugsweise sind folgende Testkannen zu verwenden: Kannendaten: Inhalt: 60 l 146 l 1 ft³ / 28,3 l Durchmesser: 370 mm 477 mm 12,00 inch / 304,80 mm Länge: 565 mm 820 mm 17,78 inch / 451,61 mm Entwurf Januar 2009 - 6 - Für die Meßaufnehmer und die Meßkette gelten folgende Spezifikationen: Meßprinzip: Absolutdruckaufnehmer Kalibrierbereich: 0 ... 5 bar Nutzbarer Frequenzbereich: 0 ... 2 kHz Fehler: Linearität und Hysterese ≤ ±1 % Digitale Signalfilterung: 100 Hz CFC 60 / SAE J211 Meßort: Die dem Gasgenerator gegenüberliegende Kannenwand Meßkanal: CAC: 0 ... 5 bar CFC: Klasse 1000 lt. SAE J211 Fehler: ≤ 2,5 % Ferner wird ein geeigneter Meßdatenrecoder benötigt. Der Meßaufnehmer darf nicht innerhalb des direkten Gasstromes des Gasgenerators plaziert sein. 4.3.5 Prüfbedingungen Die Lagertemperaturen sind so zu wählen, daß die Prüftemperaturen nach dieser Vorschrift ein- gehalten werden. Der Bezugspunkt für die Temperaturmessung ist im Innern des AGG zu wäh- len. Der Hersteller stellt hierzu Gasgeneratoren zur Verfügung, die mit Temperaturmeßstellen im Treibstoff bestückt sind. NT (-35 ± 2,5) °C Prüftemperaturen : RT (23 ± 5) °C HT (85 ± 2,5) °C Die Kannentemperatur, die Lufttemperatur in der Kanne und die Umgebungstemperatur sollen unmittelbar vor der Zündung RT (23 ± 5)°C betragen. 4.3.6 Prüfungsdurchführung Nach der Entnahme aus dem Temperaturschrank ist der AGG an der jeweiligen Kanne druckdicht zu verschrauben, so daß bei Zündung die Gase und Feststoffpartikel von der Kanne aufgenom- men werden. Nach der Montage des AGG ist dieser über eine Konstantstromquelle zu zünden (Zündstrom: 1,75 A). Im Rahmen der Prüfung sind folgende Parameter zu bestimmen: Vor der Zündung: • Zündpillenwiderstand • Oberflächentemperatur der Kanneninnenseite • Lufttemperatur in der Kanne • Umgebungstemperatur Während der Zündung: � Zündzeitpunkt � Zündstromverlauf als f (t) � Kannendruckverlauf als f (t) � Zündverzug (bei mehrstufigen AGG´s) Entwurf Januar 2009 - 7 - 4.3.6.1 Zündpillenwiderstand Vor der Zündung ist der Zündpillenwiderstand zu messen, Meßobjekt ist das Zündelement mit Steckverbinder 4.3.6.2 Kannentemperatur Für die Messung der Umgebungstemperatur gilt: Meßort: Oberhalb der Kannenmitte, Abstand 50 cm Für die Messung der Flanschtemperatur gilt: Meßort: Mittig zwischen äußerem Rand und Befestigungsbohrungen für Gasgeneratoren Tiefe: Halbe Wandstärke 4.3.6.3 Zündstromverlauf Der Zündstromverlauf wird über der Zeit gemessen Definition des zeitlichen Nullpunkts t0 CFC: Klasse 1000 lt. SAE J211 4.3.6.4 Kannendruckverlauf Die Ergebnisdarstellung ist in der Zeitachse (x-Achse) mit dem Diagrammaßstab 5 ms/cm und in der Druckachse (y-Achse) mit dem Diagrammaßstab 0,25 bar/cm auszuführen. Entwurf Januar 2009 - 8 - 4.4 Berstdruck 4.4.1 Einleitung Der Test dient dem Nachweis der Gehäusefestigkeit des AGG. 4.4.2 Anforderung Die Berstsicherheit (Berstdruck/max. Brennkammerdruck aus Kannentest bei 85 °C) für jede ein- zelne Stufe bzw. für das Gesamtsystem muß > 1,7 sein. 4.4.3 Prüfeinrichtung Es werden geeignete Einlagen zum Verschließen der Gasaustrittsöffnung des AGG benötigt. Ein Gasgenerator ist mit einem Hydraulikanschluß zu versehen. Für diesen Test wird eine hydraulische Anlage oder eine geeignete Pyrotechnik benötigt. 4.4.4 Prüfbedingungen Die Prüfung wird bei Raumtemperatur (23 ± 5) °C durchgeführt. 4.4.5 Prüfungsdurchführung 4.4.5.1 Hydraulischer Test Die Gasaustrittsöffnungen des AGG werden innen lose mit den geeigneten Einlagen verschlos- sen. Der AGG wird anschließend ohne Treibstoff zusammengebaut. Durch einen geeigneten Anschluß am AGG-Gehäuse wird die Brennkammer hydraulisch beaufschlagt. (Anmerkung: Das statistische Verfahren zur Prüfung der Berstsicherheit ist im Beiblatt 1 zu dieser Vorschrift erläutert.) 4.4.5.2 Pyrotechnischer Test Alternativ zur Hydraulik kann die Prüfung mit Pyrotechnik durchgeführt werden. Die eingebrachte Pyrotechnik wird gezündet. Entwurf Januar 2009 - 9 - 4.5 Bonfire-Test 4.5.1 Einleitung Dieser Test dient dem Nachweis, daß der AGG durch die Hitze eines Feuers bedingt nicht frag- mentiert. 4.5.2 Anforderung Das AGG-Gehäuse darf nicht fragmentieren. 4.5.3 Prüfeinrichtung Folgende Geräte werden für die Durchführung der Bonfireversuche (siehe Bild 2) benötigt: • Gasflasche Propan • Druckreduzierventil • Schlauchleitung • Gasbrenner mit Griff • Hochleistungs-Propan-Anwärmbrenner • Durchmesser 60 mm • Haltevorrichtung • Gasanzünder • Stoppuhr Entwurf Januar 2009 - 10 - Bild 2 — Versuchsaufbau Entwurf Januar 2009 - 11 - 4.5.4 Prüfbedingungen Anfangstemperatur des AGG: (23 ± 5) °C Es sind drei mögliche Lagen des AGG zum Feuer vorgesehen: 1. Lage des Zünders zum Feuer 2. Lage des Zünders vom Feuer 3. rechtwinklig zu 1 oder 2 Sollte das Design des AGG eine kritischere Testposition aufweisen, ist diese Position zusätzlich zu testen. Die Anzahl und Ausrichtung des/der Brenner muß so ausgewählt werden, daß die gesamte Auf- lagefläche des AGG von Flammen umgeben ist. 4.5.5 Prüfungsdurchführung Kalibrierverfahren: Der Prüfaufbau wird durch Bestimmung der Aufheizrate eines Stahlwürfels von 5x5x5 [cm] Kantenlänge und einem Gewicht von ca. 1 kg, anstelle des AGG kalibriert. Zu diesem Zweck ist in der Mitte des Würfels ein geeignetes Thermoelement (z.B. NiCrNi, 1.0 mm) angebracht. Die Erfassung des Temperaturverlaufes erfolgt mit einem geeigneten Temperaturrecorder. Beeinflußt wird die Aufheizrate im Würfel durch die Änderung des Gasvordruckes und damit bedingt mit dem Gasdurchsatz. Der bei der Aufheizrate von (80 ± 5) °C/min, im Meßbereich von 20 °C bis 200 °C, erreichte Gasvordruck ist der Kalibrierwert des Prüfaufbaues. Die Kalibrierung muß vor jeder Testserie durchgeführt werden. Zur Bereitstellung des Prüfaufbaues wird, bei strömendem Gas, der im Kalibrierverfahren ermittel- te Gasdruck eingestellt und danach der Hahn auf dem Brennergriff geschlossen. Der Haupthahn an der Gasflasche ist dabei ganz geöffnet. Anschließend wird der AGG in den Prüfaufbau einge- baut. Dabei muß auf die geforderte Lage des AGG geachtet werden. Mit dem Gasanzünder wird die Flamme entzündet, der Hahn am Brenner ganz geöffnet und gleichzeitig die Stoppuhr gestar- tet. Der Prüfraum ist nach dem Entzünden der Flamme sofort zu verlassen. Bei der Selbstent- zündung des AGG`s ist die Stoppuhr zu stoppen und die bis dahin vergangene Zeit abzulesen. Zeitgleich mit der Selbstzündung des AGG wird der Haupthahn der Gasflasche geschlossen. ACHTUNG SICHERHEITSHINWEIS Propangas ist schwerer als Luft ! Auf gute Lüftung im Prüfraum achten, besonders im Bodenbereich. Die Zeitdifferenz zwischen dem Anzünden des Gasfeuers und der Selbstentzündung des AGG wird als " Zeit bis Zündung " ermittelt und in das Versuchsprotokoll eingetragen. Ebenfalls proto- kolliert werden die Lage des AGG und der eingestellte Gasdruck. Entwurf Januar 2009 - 12 - 4.6 Elektrostatische Festigkeit 4.6.1 Einleitung Diese Prüfung ist durchzuführen, um nachzuweisen, daß der AGG durch Entladung statischer Elektrizität nicht zündet. 4.6.2 Anforderungen Die Prüfungen gilt als bestanden, wenn der AGG (komplett mit Zünder) durch elektrostatische Entladungen nicht zu einer Zündung veranlaßt wird. Dabei dürfen der elektrische Widerstand und der Isolationswiderstand keine Veränderungen erfahren (siehe Abschnitt 5 „Zünder“). Anschließend werden die Gasgeneratoren gezündet. 4.6.3 Prüfungsdurchführung Die Prüfung wird nach AK-LV 16, Kapitel ESD-Prüfungen (Kap. 4.14 bei Veröffentlichung dieser Prüfvorschrift) durchgeführt. Es gibt folgende Abweichungen: - es werden statt 50 Anzündern jetzt 10 Gasgeneratoren verwendet. - 5 Gasgeneratoren durchlaufen die Prüfungen in normaler Reihenfolge, die anderen 5 in umgekehrter Reihenfolge - es müssen nur die ersten beiden der drei genannten Beurteilungskriterien erfüllt werden (Prüfung der Widerstände/Entstörbauteile/Sichtprüfung und Zündung bei Allfire-Strom von 1,75A) Entwurf Januar 2009 - 13 - 4.7 Steck- und Abziehkräfte 4.7.1 Einleitung Dieser Test soll durchgeführt werden, um festzustellen, ob die Steckverbindung am AGG mit montagegerechten Steck- und Abziehkräften hergestellt und gelöst werden kann. Diese Prüfung braucht von mechanisch verriegelten Steckern nicht erfüllt zu werden. 4.7.2 Anforderungen Nach Abschluß der Tests darf der AGG keine Beeinträchtigungen seiner Funktionen aufweisen. Jede sichtbare Beschädigung soll vermerkt werden. Steckkraft: 30 N bis 80 N Abziehkraft: 30 N bis 80 N 4.7.3 Prüfeinrichtung Die Steck- und Ziehkraft wird mit einem einheitlichen Prüfstecker (z.B. Amphenol No. 20-4149- 40N) aus Stahl mit einer geeigneten Universalprüfmaschine oder Prüfvorrichtung mit Kraftmeß- dose ermittelt. 4.7.4 Prüfbedingungen Der Test erfolgt bei flach auf dem Tisch liegendem AGG, wobei die Steckverbindung frei zugäng- lich ist. Der Stecker wird mit einer Geschwindigkeit von ca. 40 mm/min. bewegt. Prüftemperatur: RT (23 ± 5) °C 4.7.5 Prüfungsdurchführung Zur Messung der Steckkraft werden AGG Prüfstecker fluchtend in die Kraftmeßvorrichtung ein- gebaut. Der Prüfstecker wird maschinell oder von Hand vollständig eingesteckt. Dabei dürfen keine Querkräfte z.B. durch Verkanten auftreten. Die Messung der Ziehkraft erfolgt entsprechend. Der Prüfstecker wird dabei, zur Vermeidung von Querkräften, pendelnd befestigt. Entwurf Januar 2009 - 14 - 5 Zünder Der elektrische Anschluß des Zünders muß so gestaltet sein, daß bei abgezogener Steckkupp- lung der Zünder automatisch durch eine Kontaktsicherung kurzgeschlossen wird. 5.1 Anzündwiderstand Der Anzündwiderstand ist definiert nach AK-LV 16 (Kap. 3.2 bei Veröffentlichung dieser Prüfvor- schrift. 5.2 Isolationswiderstand Der Isolationswiderstand ist definiert nach AK-LV 16 (Kap. 3.6 bei Veröffentlichung dieser Prüfvorschrift). 5.3 Dichtheit Es ist sicherzustellen und nachzuweisen, daß durch den Einbauprozeß in den Gasgenerator die Dichtheit der Zündpille nicht verändert wird. Entwurf Januar 2009 - 15 - 6 Treibstoffe 6.1 Gutachten/Zertifizierung Zur Beurteilung der verwendeten Treibstoffe und des AGG hinsichtlich Sicherheit und Verwend- barkeit für den vorgesehenen Einsatzzweck muß der AGG-Hersteller ein Gutachten von einem unabhängigen, anerkannten Institut erstellen lassen. Inhalt des Gutachtens: a) Prüfung der Schlag- , Reibempfindlichkeit des Treibstoffes und derReaktion mit Schwer- metallen b) Gasanalyse c) Analyse und Menge der Verbrennungsrückstände d) Gasvolumen e) Hygroskopizität f) Stabilitätsuntersuchung (Treibstoff) g) Gewichtsverlust bei Temperaturlagerung h) Thomas-Test (Holland-Test) i) Bildung von Stickstoffwassersäure bei Temperaturlagerung j) Selbstentzündungstemperatur aller im AGG verwendeten Treibstoffe k) Toxizität des Treibstoffes l) Thermodynamische Berechnung der theoretisch möglichen Gaskomponenten des Treib- stoffes Entwurf Januar 2009 - 16 - 7 Umweltsimulation an dem Gasgenerator 7.1 Anforderungen nach der Umweltsimulation Vor und nach jeder Einzelprüfung sowie nach der gesamten Prüffolge sind die AGG einer aus- führlichen Sichtprüfung zu unterziehen, bei der die AGG auf äußere Veränderungen und Be- schädigungen kontrolliert werden müssen. Diese sind zu dokumentieren. Es ist zulässig, einen Schaden am AGG, der die Montagefähigkeit beeinträchtigt, zu reparieren, um das Testprogramm weiter durchlaufen zu können. Vor und nach jeder Einzelprüfung müssen die Zündpillenwiderstände der Gasgeneratoren geprüft und die Ergebnisse dokumentiert werden.