Wie schützen Seitenairbags den Kopf am Fensterrand?

Das Seitenvorhang-Airbag ist ein langer Stoffvorhang, der sich entlang der Dachreling erstreckt und bei einem seitlichen Aufprall verhindert, dass der Kopf gegen die Scheibenkante geschleudert oder aus dem Auto hinausgeschleudert wird. Da das Fenster zerbrechen kann, ist dieser Vorhang oft das Einzige, was zwischen deinem Kopf und dem entgegenkommenden Fahrzeug oder einem Strommast steht; er übernimmt eine andere Aufgabe als der seitliche Body-Airbag in der Tür und funktioniert nach einer völlig anderen Logik. Hier sind die Details dieser Logik, dargeboten als ein Thema, bei dem ich selbst hängen geblieben bin.

Wie wird der Seitenvorhang-Airbag ausgelöst?

Bei einem Frontaufprall folgt alles einem festen Ablauf: die Front wird eingedrückt, die Knautschzone erfüllt ihre Aufgabe, die Sensoren steuern den Prozess. Bei einem Seitaufprall gibt es diesen Luxus nicht. Der Abstand zwischen dem Insassen und dem Aufprallfahrzeug beträgt manchmal nur eine Handbreite; hier ist die Knautschzone praktisch nur die Tür. Deshalb muss die Auslöselogik des Vorhang-Airbags deutlich schneller und selektiver arbeiten als die des Front-Airbags.

Die in die Karosserie eingebauten Seitaufprallsensoren messen Stärke, Geschwindigkeit und Winkel des Aufpralls und senden die Daten an die Steuereinheit. Die Steuereinheit wertet diese Daten innerhalb von Millisekunden aus und löst den Vorhang aus, wenn die Schwelle überschritten ist. Außerdem gibt es noch einen zweiten Auslöser: den Überschlagsensor. Dieser Sensor überwacht die Querbewegung und den Neigungswinkel des Fahrzeugs; selbst wenn ein echter Überschlag noch nicht begonnen hat, kann er den Vorhang entfalten, wenn die Schwelle für Querauslenkung und Neigung überschritten wird. Das heißt, der Vorhang-Airbag weiß, dass er sich auch ohne vorhandenen Überschlag entfalten soll, sobald ein Überschlagsrisiko erkennbar ist - ein Verhalten, das Front-Airbags nicht haben.

Die Schwellen variieren je nach Aufprallart

Die heikelste Aufgabe der Steuereinheit ist es zu entscheiden, welcher Aufprall den Vorhang verdient hat. Ein Seitaufprall auf ein schmales Objekt wie einen Baum oder Strommast konzentriert die Kraft auf einen einzigen Punkt und ist dadurch tödlicher als eine breite Fahrzeug-Fahrzeug-Kollision; paradoxerweise überträgt er aber weniger Kraft auf die Sensoren. Deshalb wird die Auslöseschwelle für Aufpralle auf schmale Objekte niedrig gehalten, bei etwa 13 km/h (8 mph); bei verteilten seitlichen Fahrzeug-Fahrzeug-Kollisionen liegt dieser Wert bei etwa 29 km/h (18 mph). Zum Vergleich: Front-Airbags entfalten sich bei angelegtem Gurt bei etwa 26 km/h, ohne Gurt bei etwa 16-19 km/h. Die Seite muss also noch früher eine Entscheidung treffen.

Daraus ergibt sich folgende praktische Konsequenz: Nach einem Unfall zu fragen, "warum ist der Airbag nicht entfaltet?", ist völlig normal. Aufprälle unterhalb eines bestimmten Winkels, niedrige Geschwindigkeiten, Kollisionen, die über das Fahrzeug hinweggehen, oder Stöße, die sich auf einen einzigen Punkt konzentrieren und die Sensoren nicht mit voller Kraft beaufschlagen, können dazu führen, dass sich der Vorhang nicht entfaltet. Das ist kein Defekt, sondern die natürliche Folge der Schwellenwertlogik. Bei manchen Unfällen wird auch der Gurtstraffer ausgelöst, ohne dass sich der Airbag entfaltet; entscheidend ist immer die Schwellenbewertung des Steuergeräts.

Das Füllen im Rennen gegen Millisekunden: wie funktioniert die Geschwindigkeitskalibrierung?

Die beeindruckendste Eigenschaft des Vorhang-Airbags ist seine Geschwindigkeit. Bei einem Seitenaufprall braucht der Kopf nur wenige Dutzend Millisekunden, um die Glasscheibe zu erreichen, deshalb muss der Vorhang seine volle Position einnehmen, bevor er sich zwischen Fahrzeuginsasse und Fahrzeugseite schiebt. Ein typischer Seitenairbag entfaltet sich innerhalb der ersten 10-20 Millisekunden des Aufpralls. Bei Laboruntersuchungen für Vorhang-Airbags lagen die Füllzeiten bei etwa 20 ms, die Ausbreitungsgeschwindigkeiten erreichten bis zu 7,77 Metern pro Sekunde. Autoliv, ein Hersteller solcher Vorhänge, gibt an, dass sich sein Vorhang in weniger als 30 ms in Position befindet; wenn du einmal blinzelst, vergeht das 5- bis 7-Fache dieser Zeit. Überlege das wirklich einmal: in diesem kurzen Moment verdeckt ein Stoffvorhang die gesamte glaslose Öffnung von der Tür bis zum Dach.

Obwohl man die Füllzeit wie eine feste Werkseinstellung betrachtet, wird sie tatsächlich je nach Aufprallcharakteristik ausgelegt. Bei einem hohen Aufprall auf einen schmalen Pfosten bewegt sich der Kopf schneller, der Vorhang muss sich früher und härter entfalten; bei einem verteilten Fahrzeug-Fahrzeug-Kontakt dauert die Kollision einige Millisekunden länger. Der Gasgenerator des Vorhangs, die Stoffhärte und die Größe der Luftentlüftungslöcher werden so kalibriert, dass sie all diese Szenarien abdecken. In diesem dünnen Stoffstreifen steckt also ein Entscheidungssystem, das mit der Physik von Kollisionen geschrieben wurde.

Die verborgene Technik hinter der B- und C-Säule

Hast du dich jemals gefragt, wo der Vorhang-Airbag versteckt ist? Ein langer Stoffbeutel wartet über den Türen entlang der Dachreling, hinter der Dachverkleidung und den Säulenverkleidungen zusammengefaltet. Da er über den vorderen und hinteren Türen an beiden Dachrelingseiten sitzt, schützt er die Köpfe der Insassen auf dem vorderen und hinteren Sitz gleichzeitig. Bei der Auslösung öffnet er sich nach unten und sein Stoffkörper breitet sich wie eine glasloser Vorhang aus, um die Fensteröffnung abzudecken.

Das feinste Detail steckt in der B-Säule. Der Vorhang läuft an der B-Säule vorbei nach unten; nicht hinter der Säule. Der Grund ist einfach: durch das Innere der B-Säule verläuft die Kabelverdrahtung, und wenn sich der Vorhang in diese Anlage mischen würde, würde sich die Entfaltung stören. Die Ingenieure haben dafür spezielle Lösungen entwickelt; etwa patentierte "Pillar Ramp"-Strukturen, die den Entfaltungskanal des Airbags von den Kabeln fernhalten. Wenn du das nächste Mal die B-Säule deines Autos berührst, dann wisse, dass sich darin ein System verbirgt, das passiv erscheint, aber dessen jede Millisekunde geplant ist.

Warum bleibt der Vorhang bei einem Überschlag 10 Sekunden lang aufgeblasen?

Bei einem normalen Seitenaufprall entleert sich der Vorhang innerhalb von Sekunden; seine Arbeit ist getan. Bei einem Überschlag ist die Lage völlig anders. Überschlägt sich das Fahrzeug, reicht es nicht, dass der Vorhang nur den ersten Kontaktaugenblick abfängt, denn ein Überschlag dauert Sekunden und das Fahrzeug kann sich mehrfach überschlagen. Deshalb blähen sich durch Überschläge ausgelöste Vorhang-Airbags in den ersten 10-20 ms der Kollision, können danach aber 10 Sekunden oder länger aufgeblasen bleiben. Bei Überschlägen mit mehreren Drehungen blähen sie sich härter als üblich auf, um die Fensteröffnung geschlossen zu halten und angeschnallte Insassen am Herausschleudern durch das Fenster zu hindern.

Wie gut funktioniert diese Fähigkeit? In Bundestests, bei denen durch Überschläge ausgelöste Vorhang-Airbags gemeinsam mit dem Sicherheitsgurt bewertet werden, wurde eine 99%ige Verringerung der Wahrscheinlichkeit des Herausschleuderns von Insassen bei Überschlagereignissen berechnet. Diese Zahl in dem dünnen Stoff hinter der Dachstütze zu lesen, finde ich eine der beeindruckendsten Leistungen des Automobilingenieurwesens. Noch ein interessantes Detail: dieses Überschlagsverhalten ist in den USA nicht eigens vorgeschrieben, aber Automobile erfüllen die seit 2018 geltende Anforderung, das Herausschleudern von Insassen durch Seitenscheiben zu verhindern, bereits mit diesen Vorhängen. Die Regulierung hat also die Tür einen Spalt geöffnet, das Ingenieurwesen hat sie gefüllt.

Auch beim Überschlagsthema gibt es Grenzen, das muss man ehrlich sagen. Spin- und Full-Scale-Überschlagstests haben gezeigt, dass durch Überschläge ausgelöste Vorhänge die Aufwärts-Auswärts-Bewegung des angeschnallten Insassen nicht vollständig verhindern können; außerdem kann der Überschlagsensor schon bei leichten Neigungen unnötig auslösen. Da Airbags nur für eine einzige Entfaltung ausgelegt sind, kann derselbe Vorhang bei einem mehrphasigen Unfall keinen Schutz für die zweite Kollision bieten.

Wie gut wirkt der Vorhang-Airbag - und reicht er allein aus?

Reden wir in Zahlen. Seitenairbags mit Kopfschutz verringern das Risiko eines tödlichen Seitaufpralls beim Pkw-Fahrer um 37%, beim SUV-Fahrer um 52%. Die Kombination aus Vorhang- und Torso-Airbag senkt das Todesrisiko bei nahen Seitenaufprallen um 31%, einteilige Kopf-/Torso-Kombinationsairbags um 25%. Allein in den USA wird geschätzt, dass Seitenairbags bis 2012 2.252 Leben gerettet haben. Seit 2003 sind alle Fahrzeuge, die in Seitaufpralltests die Bestbewertung erhielten, mit kopfschützenden Seitenairbags ausgestattet; und seit 2008 ist der Vorhang-Airbag in australischen Testprogrammen eine Voraussetzung. Auf europäischer Seite erfolgt der Pfahltest mit 32 km/h und zusätzlich werden die entfalteten energieabsorbierenden Bereiche der Fahrzeuge mit Vorhang-Airbag bewertet.

Aber der entscheidende Satz ist Folgender: Der Vorhang-Airbag allein reicht nicht aus; die Fahrzeuginsassenstruktur muss ihre Integrität bei der Kollision bewahren. Der Airbag legt ein Bett zwischen Kopf und Außenwelt, aber wenn die Wand hinter diesem Bett zerquetscht wird und nach innen eindringt, nützt kein Stoff etwas. Außerdem haben Pfahltestdaten nicht gezeigt, dass sitzmontierte Brust-/Kopfairbags genauso wirksam wie der Vorhang sind. Der Vorhang ist das am besten bewiesene Format des Seitenschutzes.

Blickt man in die Zukunft: Im Jahr 2020 wurden neue Seitentests für Far-Side-Kollisionen (Kollision gegenüberliegender Seite) hinzugefügt; Far-Side-Airbags reduzieren das Schleudern des Kopfes und das Risiko von Rippenbrüchen. Ein Externer Seitenairbag mit Precrash-Sensoren eines Zulieferers zielt ebenfalls darauf ab, drohende Seitenaufprall zu bewältigen, indem unter den Türen ein Rettungsbett-großer Kissen entfaltet wird; noch nicht in Serienproduktion, aber das Konzept bedeutet, die Vorhang-Logik nach außen des Fahrzeugs zu verlagern.

Schnallst du dich an? Der Vorhang arbeitet für dich

Die Hauptaufgabe des Vorhangairbags im Überschlagsszenario ist es, insbesondere das Herausschleudern angeschnallter Insassen zu verhindern. Gurt und Vorhang sind also ein Team; einer hält dich im Sitz, der andere verschließt die Fensteröffnung. Erfreulich ist auch die Erkenntnis, dass bei Kindern unter 15 Jahren kein erhöhtes Verletzungsrisiko durch das Aufblasen von Seitenairbags besteht; Seitenairbags sind ohnehin kleiner und entfalten sich mit weniger Energie als Frontairbags.

Die praktische Lektion daraus ist einfach: Schnalle den Gurt, befestige keine harten Gegenstände an der Dachverkleidung und an den Säulenverkleidungen, richte die Kopfstütze am fensternahen Sitz korrekt aus. In einem Unfallmoment kannst du die Millisekunden nicht steuern, aber Ingenieure machen genau das seit 30 Jahren - und die Statistiken sagen, dass es funktioniert. Denkst du, das verändert deinen nächsten Blick auf die B-Säule des Autos? Ich denke, es verändert sie definitiv.

Quellen

• Airbags - IIHS
• Side Curtain Airbag - Autoliv
• Experimental Testbed for Nondestructive Analysis of Curtain Airbags - MDPI
• Evaluation of FMVSS No. 226 - NHTSA
• Warum hat sich mein Airbag bei einer Kollision nicht ausgelöst? - Kia Handbuch
• Airbag-Auslösebedingungen - Hyundai Handbuch
• Euro NCAP Assessment Protocol - AOP - v9.1.3
• Side Pole Impact Test - Latin NCAP
• Säulen-Rampenstruktur-Patent - US20070132217A1
• Vorhangairbag mit Entleerungsmechanismus - US20060202456A1
• Occupant Protection in Far-Side Impacts - IRCOBI
• Fahrzeug-Airbags und Verletzungsprävention - NHTSA