Wie die Vorstraffung des Sicherheitsgurts das Spiel in den ersten Millisekunden aufnimmt

Der Gurtstraffer ist eine kleine, aber entscheidende Sicherheitskomponente, die in den ersten Millisekunden eines Aufpralls das Spiel im Gurt aufnimmt und die Insassen ans Sitzpolster fixiert. Er arbeitet mit dem Kraftbegrenzer zusammen, der die Brustbelastung begrenzt; beide zusammen reduzieren das Todesrisiko durch den Gurt in Pkw im Durchschnitt um weitere 12,8 %.

Wenn wir vom Sicherheitsgurt sprechen, fällt uns immer dasselbe ein: das berühmte Band, das aus der Rolle hängt, in die Schnalle eingeklickt wird und uns anschnallt. Aber wie viele von uns wissen, dass das, was den Gurt wirklich zum Gurt macht, in der Rolle verborgen ist? Ich dachte, ich wüsste alles bis ins Detail, doch als ich den Gurtstraffer (Pretensioner) kennengelernt habe, hat sich mein Blick auf den Sicherheitsgurt komplett verändert. Stell dir vor: Kaum beginnt ein Aufprall, legt sich das lockere Gurtband von 20-30 Zentimetern in weniger als einem Hundertstel einer Sekunde an dich. Wie funktioniert dieser Trick? Gehen wir es der Reihe nach durch.

Was ist ein Gurtstraffer und warum ist er notwendig?

Stell es dir so vor: Wenn zwischen dem Radiergummi am Bleistift und dem Papier ein Spalt ist, bevor du den Gummi auf das Papier drückst - taugt der Gummi dann etwas? Er taugt etwas, aber viel schlechter. Beim Sicherheitsgurt ist es genauso. Im Alltag sitzt der Gurt etwas locker - Spiel zwischen den Schultern, eine dicke Jacke, die Sitzposition - schnell entsteht ein Spielraum von 20-30 Zentimetern (man nennt das slack ). Dass dein Körper dieses Spiel beim Aufprall frei durchläuft, bedeutet, dass du eine deutlich höhere Geschwindigkeit erreichst, bis dich der Gurt auffängt. Schon dieses kleine Spiel kann die Kräfte, die auf deinen Körper wirken, dramatisch erhöhen.

Genau an dieser Stelle kommt der Gurtstraffer ins Spiel. Ein kleiner pyrotechnischer Mechanismus, versteckt in der Rolle, nimmt beim erkannten Aufprall die überschüssige Gurtlänge auf und presst dich ans Sitzpolster. Der Straffer macht den Gurt also faktisch ab dem "Moment des ersten Kontakts" wirksam. Eine kleine, aber überaus wichtige Aufgabe.

Wie wird das System ausgelöst, das in Millisekunden arbeitet?

Lass mich den Prozess Schritt für Schritt erklären, denn das Timing ist hier der spannendste Teil:

1. Die Aufprallsensoren des Fahrzeugs erkennen die plötzliche Verzögerung und senden diese Information an das Airbag-Steuergerät.
2. Überschreitet das Signal eine bestimmte Schwellenintensität, zündet das Steuergerät den kleinen pyrotechnischen Satz im Straffer.
3. Der entstehende Gasdruck beschleunigt Stahlkugeln oder einen Kolben, wodurch der Gurt in Millisekunden um bis zu 15 Zentimeter gestrafft wird.
4. Diese ganze Arbeit ist in 10-15 Millisekunden erledigt; die Systeme sprechen 15-30 ms nach der Kollisionserkennung an und bringen die Insassen vor dem Airbag in die richtige Position.

Der überraschende Detail dabei: Die Aktivierungsschwelle des Straffers ist niedriger als die des Airbags. Das heißt, der Straffer kann ausgelöst werden, bevor der Airbag feuert. Bei einem festen Barriereaufprall mit etwa 15-25 km/h greift der Strammer, während der Airbag (mit einer Schwelle von 25-50 km/h) in der Regel nicht auslöst. Wenn du bei einem mittelschweren Aufprall erfährst, dass der Gurt dich im Sitz gehalten hat, sich der Airbag aber nicht entfaltet hat, gibt es keinen Grund zur Panik; das bedeutet, dass das System genau so funktioniert, wie es soll.

Strammertypen: Rotations-, Schloss- und elektronische Strammer

Alle machen nicht dieselbe Arbeit, es gibt drei verschiedene Ansätze. Rotationsstrammer dreht die Zahnrolle in der B-Säule mithilfe von Stahlkugeln und wickelt den Gurt auf; das ist der häufigste Typ. Schlosstyp-Strammer dagegen arbeitet unter dem Sitz: Ein Kolben zieht das Schloss nach unten und spannt dadurch den Gurt von unten. Der dritte Typ ist ein bisschen anders - elektronischer Strammer (zum Beispiel bei Mercedes mit dem PRE-SAFE System) kann mit einem Elektromotor den Gurt schon vor einer droenden Gefahr spannen und ihn wieder lockern, wenn kein Aufprall erfolgt. Er ist also reversibel. Demgegenüber ist der pyrotechnische Strammer einmalig; einmal ausgelöst, ist seine Arbeit getan.

Was der Gurt nach dem Straffen tut: Die Rolle des Kraftbegrenzers

Jetzt kommt der Teil, der die Sache auf den Kopf stellt - beim ersten Lesen dachte ich: "Stopp, ist das logisch?" Der Strammer hält dich fest, aber der Aufprall geht weiter und dein Koerper lädt seinen Vorwärts-Impuls auf den Gurt. Wenn du aber endlos Kraft auf den Brustkorb ausübst, kann der Gurt, der dich schützen will, selbst Verletzungen verursachen. Was ist also die Lösung? Dem Gurt etwas nachgeben!

Hier kommt der Kraftbegrenzer (Load Limiter) ins Spiel. Wenn die Kraft auf dem Schultergurt einen vordefinierten Wert ueberschreitet, gibt die Rolle kontrolliert etwas mehr Gurt nach. Das ist aber kein Fehler oder Schutzverlust; im Gegenteil, es funktioniert wie ein Stossdaempfer. Er mildert deinen Vorwärtsimpuls und verteilt die Energie über Zeit und Strecke. In der Phase des Strammers wirken etwa 2 kN (etwa 200 kg) Kraft auf der Schulter, während der Begrenzer danach versucht, die auf den Brustkorb wirkende Last im Bereich von 4-6 kN zu halten.

Die beiden Komponenten haben also entgegengesetzte, aber sich ergänzende Aufgaben: Der eine strafft, der andere lockert kontrolliert. Sie arbeiten nacheinander am selben Gurt. Während der Strammer in einer sehr frühen Phase des Aufpralls die Lockerheit beseitigt, greift der Begrenzer später ein, wenn die Insassen beginnt, Last auf den Gurt zu bringen. Du kannst es dir so vorstellen, dass der Aufprall, der auf den Koerper statt auf den Kopf wirkt, verringert wird; wenn du einen Schlag erhältst, richtet eine schiebende Hand viel weniger Schaden an. Kraft zu verteilen und zu strecken ist immer besser.

Warum sollte die auf den Brustkorb wirkende Last begrenzt werden?

Bei Frontalkollisionen erhöht die durch das Schultergurtband verursachte Brustbelastung das Risiko schwerer Brustkorbverletzungen (thorakale Verletzungen) stärker als bei anderen Körperregionen. Die Kraft, die der Gurt auf die Brust ausübt, erzeugt eine Biegebelastung (Deflexion) und Bruchgefahr an den Rippen; es wurde gezeigt, dass das Verletzungsrisiko hauptsächlich durch die Spitzenlast des Gurts bestimmt wird. Deshalb versuchen Ingenieure, die Brustkorbsublexion innerhalb einer bestimmten Millimetergrenze zu halten - so wurde etwa vorgeschlagen, dass ein Ansatz, die Deflexion auf 34 mm zu begrenzen, schwere Brustverletzungen bei angeschnallten Insassen bei Frontalaufprallen um 16-24 % reduzieren würde.

Die Balance hier ist eigentlich sehr menschlich: Sie muss dich both festhalten und nicht zerquetschen. Deshalb ist ein Kraftbegrenzer kein Luxus, sondern Teil des Schutzes. Man nimmt außerdem an, dass der Begrenzer auch hilft, das Zurückprallen (Rebound) von Körper und Kopf zu kontrollieren; das heißt, nach dem Auffangen nach vorne wird dich das System weniger stark durchschütteln.

Funktioniert diese Technologie wirklich?

Kommen wir nun zur eigentlichen Frage. Eine umfassende Analyse der NHTSA (der Straßenverkehrs-Sicherheitsbehörde des US-Verkehrsministeriums) zu Unfällen zwischen 1986 und 2011 zeigte, dass das Todesrisiko bei Fahrern und Beifahrern, die in Pkw, CUV- und Minivan-Klassen mit Vorzugurtstraffer und Kraftbegrenzer den Gurt anlegten, um 12,8 % niedriger war. Das heißt, es nicht nur beim Anschnallen zu belassen, sondern auch in Fahrzeugen mit dieser Technologie zu sitzen, bringt zusätzlich etwa 5-7 Punkte zur Gurtwirksamkeit. Da diese Zahl eine breite Konfidenzintervall aufweist, ist die Wirksamkeit bisher noch nicht sehr präzise messbar; bei schweren Pick-up-basierten Fahrzeugen (Pick-ups, Body-on-Frame-SUVs, Full-Size-Vans) konnte bisher keine signifikante Wirkung nachgewiesen werden.

Außerdem wurden auch Verbesserungen beim Kopfverletzungskriterium (HIC) und bei der Brustbeschleunigung festgestellt: Es wird geschätzt, dass die Kombination aus Gurtstraffer und Begrenzer die Brustbeschleunigung um durchschnittlich 6,6 g reduziert und den HIC um 232 Punkte senkt. Crashtest-Institutionen wie Euro NCAP beziehen Merkmale wie den Gurtkraftbegrenzer in ihre Bewertungen ein. Kurz gesagt: Das ist kein Marketing-Gag, sondern ein messbarer technischer Gewinn, dem auch die Prüfprotokolle folgen.

Kleine Geschichtsstunde: Gurtstraffer erschienen erstmals 1981 in einigen Autos, Kraftbegrenzer kamen 1995 auf die Bühne. Die branchenweite Verbreitung begann um 1998, und bis zum Modelljahr 2008 waren sie auf Fahrer- und Beifahrersitzen in allen Neufahrzeugen in den USA Standard. Die NHTSA hat diese Technologien nie verpflichtend vorgeschrieben, sondern die Hersteller dadurch gefördert, dass sie sie weiterhin in Broschüren aufführte.

Häufige Fragen: Was passiert nach der Auslösung?

An dieser Stelle fasse ich einige praktische Fragen zusammen, die viele beschäftigen, denn alle sind wirklich nützlich:

• Funktioniert er auf einem leeren Sitz? Nein. Der Gurtstraffer löst nicht aus, wenn die Bedingungen "Sitz besetzt" und "Gurt angelegt" nicht erfüllt sind.
• Kann er nach der Auslösung weiterverwendet werden? Der pyrotechnische Gurtstraffer ist ein Einweggerät und muss vollständig ausgetauscht werden. Der Gurt lässt sich zwar von Hand anlegen, aber die Kompressionsfunktion ist nicht mehr vorhanden; außerdem leuchtet die Airbag-Warnleuchte dauerhaft und die Kollisionsdaten werden im Steuergerät gespeichert.
• Wird er bei einem Seitenaufprall ausgelöst? Das hängt von der Schwere und vom Modell ab. Das Steuergerät entscheidet selbst anhand der Sensordaten, welche Komponenten ausgelöst werden.
• Ist es ein Verschleißteil? Nein. Es hat keine begrenzte Lebensdauer; es muss nur nach einer Aktivierung ersetzt werden.
• Verursacht der Strakker Schäden? Bei korrekter Anwendung bleibt die Kraft von etwa 2 kN in der Regel auf Prellungen oder leichte Schürfwunden beschränkt; solche schweren Nebenwirkungen sind selten.

Werden elektronischer und pyrotechnischer Strakker zusammen verwendet?

Ja, in modernen Fahrzeugen sind beide in der Regel zusammen verbaut. Der elektronische Strakker arbeitet wie eine präventive Ebene: Erkennt das System eine Bedrohung, zieht es den Gurt mit einem Elektromotor an, und wenn die Gefahr vorüber ist, lockert es ihn wieder. Aber bei einem tatsächlichen Unfall reicht dieses rücksetzbare System nicht aus; an diesem Punkt greift die einmalige, deutlich stärkere Kompression des pyrotechnischen Strakkers ein. Du kannst dir also vorstellen: Das eine ist Warnung und Vorbereitung, das andere der entscheidende Rettungsgriff.

Betrachtet man das Gesamtbild, muss man zugeben, dass der Sicherheitsgurt ein deutlich schlaueres System ist, als wir dachten. Er ist nicht nur ein Band; er ist eine Verteidigungslinie aus Sensoren, Steuergerät, einem pyrotechnischen Antrieb und einem mechanischen Energiemanager, die von den ersten Millisekunden bis zum letzten Moment geplant arbeitet. Vergiss beim nächsten Mal nicht, der Spule ein "Danke" zu sagen - diese kleine Box verwaltet möglicherweise unbemerkt die fünfzehn kritischsten Millisekunden deines Lebens.

Quellen

• Wirksamkeit von Strahlriegeln und Kraftbegrenzern zur Steigerung der Unfalltodverringerung durch Sicherheitsgurte (NHTSA DOT HS 811 835)
• NCAP-Testverbesserungen mit Strahlriegeln und Kraftbegrenzern (NHTSA 809562)
• Wann wird ein Gurtstraffer ausgelöst?
• Was ist der Zweck eines Gurtstraffers?
• Kraftbegrenzer – Wie Sicherheitsgurte funktionieren
• US20060017276A1 – Gurtstraffer
• Euro NCAP Glossar