Der Airbag. Luftsack, Gasgeneratoren und Sensorik/Elektronik

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Der „Luftsack“
2.1. Komponenten Des Airbagmoduls
2.2. Wirkungsweise Des Airbags
2.3. Airbag-Arten

3. Gasgeneratoren
3.1. Funktion Rund- & Rohrgenerator
3.2. Die Anzündeinheit
3.3. Alternative Gasgeneratoren

4. Sensorik / Elektronik
4.1. Unfallerkennung
4.2. Insassenerkennung

5. Resümee und Ausblick

6. Literaturverzeichnis

7. Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

„Gemäß der Erfindung wird vor dem Sitz der zu schützenden Person

ein aufblasbarer Behälter im zusammengefalteten Zustand montiert,

der sich im Falle der Gefahr automatisch oder

durch willkürliche Auslösung aufbläht, so dass die

betreffende Person bei einem Zusammenstoss gegen diesen

weichen, elastischen Behälter geschleudert wird,

wo sie keine Verletzungen erleidet...“ ^[1]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1

Bereits 1951 beschrieb der Münchner Walter Linderer die erste Idee eines Airbags zum Schutz der Fahrzeuginsassen bei einem Zusammenstoss. Linderer meldete seine Idee am 6. Oktober 1951 in der Bundesrepublik Deutschland zum Patent an. Seine „Einrichtung zum Schutze von in Fahrzeugen befindlichen Personen gegen Verletzung bei Zusammenstössen“^[2] beschrieb ein Luftkissen, das sich beim Aufprall zwischen den Fahrer und die Armaturen schiebt und dabei funktional den Sicherheitsgurt unterstützen soll. In seiner Zeichnung zum Patent (Abb. 1) sah dies ebenso einfach aus, wie es sich in seiner Patentschrift anhörte.

Jedoch sollte der erste Fahrerairbag erst 1980 eingeführt werden, da es erhebliche Probleme zu beheben galt, wie z.B. das Problem der schnellen Druckbefüllung des Luftsacks, da dieser innerhalb von ca. 30 Millisekunden gefüllt werden musste. Nachdem dieses Problem mit der Einführung der pyrotechnischen Treibsätze gelöst wurde, stand man nun vor der Schwierigkeit, das richtige Material für die Beschaffenheit des Airbags zu finden, da die damals üblichen Stoffe nicht reissfest genug waren, um dieser enormen und plötzlichen Druckbelastung standzuhalten. Mit Hilfe fortschreitender und weiterentwickelter Technologien löste man aber auch dieses Problem, so dass der erste Airbag schliesslich fast 29 Jahre nach seiner ersten schriftlichen Erwähnung, in der Oberklasse von Mercedes Benz als Sonderausstattung gegen Aufpreis erhältlich war. Heutzutage werden Fahrzeuge bereits in der Compact-Klasse serienmässig mit Fahrer- und Beifahrer-Airbag ausgestattet. Die Entwicklung verlief weltweit jedoch nicht im Einklang, da der Airbag auf dem amerikanischen Markt, aufgrund der Nicht-Anschnallpflicht, als alleiniges Rückhaltesystem vorgeschrieben ist. In Europa hingegen gilt der Airbag als zusätzliche Sicherheitseinrichtung (SRS: Supplemental Restraint System) zum Gurtsystem. Diese unterschiedliche Entwicklung hatte auch Auswirkungen auf die Airbag- und Generatorgrösse. In den USA entfaltet sich deshalb ein Airbag schneller und ist insgesamt auch größer als europäische Airbags. Doch mit zunehmend vorgeschriebener Anschnallpflicht in den Vereinigten Staaten und verbraucherorientierten Vergleichstests (NCAP) kommt es hier zu einer gewissen Konvergenz.^[3]

Gegenstand dieser Arbeit soll die passive Sicherheitskomponente Airbag sein. Im ersten Teil soll dargestellt werden, wie der Airbag aufgebaut ist, welche Arten von Airbags es gibt und wie er funktioniert.

Weiterhin sollen bestimmte Komponenten des Airbags näher beleuchtet werden. Dazu gehören die Gasgeneratoren und auch die Sensorik. Bei den Gasgeneratoren handelt es sich um die Unterscheidung von den herkömmlichen pyrotechnischen und den neuen Hybrid-Gasgeneratoren. Im vierten Teil soll die Problematik und Entwicklung der Sensorik erläutert werden, welche für das Auslösen des Airbags verantwortlich ist.

Im Schlussteil soll die Thematik nochmals zusammenfassend skizziert werden und es soll ein Ausblick gewährt werden, bezüglich der Weiterentwicklung des Airbags.

Die Literaturlage zu diesem Thema ist als gut einzuschätzen. Das heisst, es gibt zwar wenig Monographien bzw. Bücher zu diesem Thema, aber angesichts der Aktualität dieses Themas und der immer weiter fortschreitenden Technik ist dies auch nicht verwunderlich. Dennoch findet man - bei genauer Recherche - viele aktuelle Zeitschriftenartikel in den einschlägigen Magazinen.

Die Quellen die dieser Arbeit zugrunde lagen, sind die Automobiltechnische Zeitschrift (ATZ), die Zeitschrift Automobil Industrie, das Kraftfahrtechnische Taschenbuch von der Robert Bosch GmbH, die Monographie Passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen von Florian Kramer sowie diverse Internetadressen.

2. Der „Luftsack“

2.1. Komponenten des Airbagmoduls

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2

Bevor die Wirkungsweise des Airbags dargestellt wird, sollen zunächst die einzelnen Komponenten eines Airbags erläutert werden. Der Airbag selbst besteht prinzipiell immer aus folgenden fünf Komponenten: Die erste Komponente, die alle anderen in sich vereint, ist das Gehäuse (Abb. 2, Nr. 1). Das Gehäuse nimmt die Bauteile als montagefähige Einheit auf. Die zweite Komponente ist der Gasgenerator (Abb. 2, Nr. 2). Er erzeugt das Gas, um den Airbag letztendlich aufzublasen. Das dritte Bauteil ist der Diffusor (Abb. 2, Nr. 3), der als Leiteinrichtung das Gas in eine bestimmte Richtung leitet. Das Gas füllt den Luftsack (Abb. 2, Nr. 4), der sich dabei entfaltet. Beim Entfalten des Airbags durchbricht dieser die Abdeckung (Abb. 2, Nr. 5). Dieser prinzipielle Aufbau findet in allen Airbagsystemen Anwendung. Dabei sind die einzelnen Komponenten ihren jeweiligen Erfordernissen der Anwendung angepasst.^[4]

Im Verlauf dieser Arbeit wird im Abschnitt 2.3. auf die verschiedenen Airbag-Arten noch eingegangen.

2.2. Wirkungsweise des Airbags

Die Arbeitsweise eines Airbags beruht im Wesentlichen auf dem Zusammenspiel zwischen der Sensorik, der Auslöseelektronik, des Gasgenerators und des Luftsacks. Ein oder mehrere Sensoren registrieren hierbei die Beschleunigungen, die von Verzögerungen und Stößen im normalen Fahrbetrieb, bei Reparaturen, extremen Fahrmanövern und Unfällen herrühren. Diese Signale werden an das Steuergerät weitergeleitet und dort diagnostiziert. Hier werden die eingegangenen Daten aufbereitet, indem sie mit den gespeicherten, fahrzeugspezifischen Werten verglichen werden.

Anschließend erfolgt, bei Erkennen eines insassengefährdenden Unfalls, die Aktivierung des Gasgenerators. Dazu muss eine bestimmte Geschwindigkeitsschwelle überschritten werden. Diese liegt bei einem Frontalaufprall zwischen 20 und 30 km/h. Zur Aktivierung des Gasgenerators sendet die Auslöseelektronik einen Zündimpuls an die Generatoren des Airbags und, wenn vorhanden, der Gurtstraffer. Der Gasgenerator enthält einen pyrotechnischen Treibsatz, der durch den gegebenen Zündimpuls sehr schnell abbrennt und dabei ein Gas freisetzt, welches den zusammengefalteten Luftsack extrem schnell befüllt und somit entfaltet. Die Entfaltungszeit hängt dabei maßgeblich von der Größe und der Funktion des Luftsacks ab. Diese Entfaltungszeit beträgt beim Fahrerairbag (Abb. 3) ungefähr 30 – 40 Millisekunden, beim Beifahrerairbag ca. 40 – 60 Millisekunden.^[5]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3

Um für den Insassen die maximale Schutzwirkung zu erreichen, muss ein Airbag ganz gefüllt sein, bevor ihn der Insasse berührt. Durch das Auftreffen des Oberkörpers wird der Luftsack teilweise wieder entleert und dabei wird die Energie, mit der die betreffende Person auftrifft, mit verletzungsunkritischen Flächenpressungs- und Verzögerungswerten verhältnismäßig weich absorbiert. Verletzungen an Kopf und Brust werden folglich stark gemildert oder sogar verhindert. „Die maximal zulässige Vorverlagerung, bis der Airbag auf der Fahrerseite gefüllt ist, beträgt ca. 12,5cm, was einer Zeit von ca. 10 ms + 30 ms = 40 ms (...) nach Aufprallbeginn entspricht. 10 ms dauert es bis zur elektronischen Zündung, 30 ms beträgt die Aufblasdauer für den Airbag. Der Airbag ist bei einem 50 km/h-Crash nach ca. 40 ms voll aufgeblasen (...).

Der gesamte Vorgang dauert somit nur etwas mehr als eine Zehntelsekunde, d.h. als ein Wimpernschlag.“^[6]

[...]

^[1] Walter Linderer, Patentschrift für die Bundesrepublik Deutschland, Nr. 896312 Klasse 63c

Gruppe 70, vom 6.Oktober 1951

^[2] ebd.

^[3] Vgl. Florian Kramer, Passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen, Braunschweig 1998, S. 179.

^[4] siehe http://www.medla.de/Airbag, 16.02.2002.

^[5] Vgl. Kramer, a.a.O.

^[6] Vgl. Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 23., aktualisierte und erweiterte Auflage, Braunschweig / Wiesbaden 1999, S. 805