War biegt sich die Lenksäule bei einem Unfall bewusst nach?

Bei einem Aufprall kollabiert die Lenksäule absichtlich; das bewusste Brechen eines Bauteils ist eine der cleversten technischen Maßnahmen zum Schutz des Fahrers vor Brustverletzungen.
Bei einem Aufprall kollabiert die Lenksäule absichtlich; das bewusste Brechen eines Bauteils ist eine der cleversten technischen Maßnahmen zum Schutz des Fahrers vor Brustverletzungen.

Diese Seite teilen

Die Lenksäule stürzt kontrolliert ein, wenn beim Aufprall die konstruierte Kraftschwelle überschritten wird, und nimmt so die Aufprallenergie auf; dadurch wird das Lenkrad nicht zum Fahrer hin geschoben und das Verletzungsrisiko für den Brustkorb wird erheblich verringert. Das klingt seltsam, oder? Wie kann es Sicherheit sein, wenn ein Bauteil absichtlich zerstört wird? Genau das werde ich in diesem Artikel erklären.

Das Wichtigste in Kürze

  • Faltbare Lenksäulen sind in den USA seit Ende der 1960er Jahre vorgeschrieben.
  • Faltbare Lenksäulen können bei einer Kollision etwa 15 kN an Last aufnehmen; starre Lenksäulen nehmen keine Energie auf.
  • Der Airbag muss sich entfalten, bevor der KollapsHub der Säule abgeschlossen ist.
  • Moderne Säulen können je nach Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrergewicht und Gurtzustand eine zwei- oder dreistufige Kollision des Einknickens bieten.

Die Ära der starren Lenksäule: Die Ära der starren Säule:

Die Welle, die den Fahrer durchbohrte Schauen wir zunächst auf die schlechten alten Tage, denn die eigentliche Geschichte beginnt dort. Bei frühen Automobilen war die Lenksäule eine einteilige, lange und starre Stahlwelle, die das Lenkrad mit dem darunterliegenden Lenkgetriebe verband. Keine Feder, kein Gelenk - nur gerades Eisen.

Im normalen Fahrbetrieb erfüllte sie ihren Zweck natürlich durchaus. Aber was geschah bei einem Aufprall? Wenn die Front zerquetscht wurde, wurde diese starre Welle ohne Unterbrechung der Kraftübertragung in das Fahrzeuginnere geschoben. Da das Lenkrad mit der Lenkwelle verbunden war, kam es wie ein Speer auf die Brust des Fahrers zu. So ernst ist die Lage, dass in der Fachliteratur für diesen Zustand das Wort „impale", also Durchbohrung, verwendet wird. Bei schweren Frontalkollisionen war genau dies eine der häufigsten Ursachen für tödliche Verletzungen.

Als die Ingenieure sich dachten: „Wenn diese Welle sich nicht bewegen kann, dann bauen wir sie beweglich", wurde eine revolutionäre Idee in der passiven Sicherheit geboren. Wie funktioniert der Kollapsmechanismus?

Physik und Konstruktionsprinzipien Kommen wir nun zum eigentlichen Thema. Die grundlegende Logik der kollabierbaren Lenksäule ist folgende: Die Säule bleibt straff stehen, bis eine bestimmte Kraftschwelle erreicht ist; wird diese überschritten, verkürzt sie sich bewusst. So wird die Aufprallenergie nicht in den Körper des Fahrers, sondern in die Verformung der Säule umgesetzt. Denk an das Druck-Zug-Gleichgewicht aus dem Physikunterricht: Verteilt man dieselbe Energie über eine längere Strecke, sinkt die Spitzenkraft.

Die Säule stellt diese Strecke durch ihren Kollaps bereit, die Energie wird in mechanische Verformung umgewandelt.

Rohr im Rohr und Stahlkugeln Die ersten Konstruktionen arbeiteten nach dem „Rohr-im-Rohr"-Prinzip, dem tube-in-tube-Prinzip: Innen- und Außenmantel bestehen aus zwei ineinandergeschobenen Rohren; bei einem Aufprall gleitet das innere teleskopartig in das äußere und verkürzt so die Säule. In einer verbreiteten Variante werden zwischen die beiden Mäntel Stahlkugeln eingesetzt, die von einem starken Sicherheitsklebstoff gehalten werden. Erreicht der Klebstoff einen bestimmten Druck, zerbricht er, die Kugeln werden frei und der Innenmantel beginnt zu gleiten.

Kurz gesagt: Der Widerstand der Säule wurde an die Festigkeit eines Klebstoffs gekoppelt - meiner Meinung nach eine außerordentlich elegante Lösung. Die leichte Neigung und die Stufe im Ring bestimmen, wo und wie sich das Rohr im Zuge des fortschreitenden Kollapses verformen wird. Der Kollaps ist also keine zufällige Zerquetschung, sondern ein Schritt für Schritt gesteuerter Prozess.

Wer legt den Schwellenwert fest: Stifte, Bänder und pyrotechnische Sicherungen

Wer sagt der Säule eigentlich, wann sie kollabieren muss? Die Antwort: das Design. Die Aktivierungsmethoden lassen sich in drei Hauptgruppen einteilen:

  • Scherstift (shear pin): Ein mechanischer Stift, der bei Erreichen einer bestimmten Kraft abreißt; nach dem Abreißen wird die Welle frei und die obere Welle kann über die untere Welle gleiten.
  • Kontrollierte Deformation: Ein Metallteil, das bei einem bestimmten Druck absichtlich verformt wird; ein Band, das sich entlang einer Schiene am Gehäuse erstreckt und sich plastisch verklemmt, dient als Energieabsorptionselement.
  • Pyrotechnisches Bauteil: Kleine Treiber, die den Mechanismus augenblicklich freigeben; in modernen Fahrzeugen weit verbreitet.

Ein Patentprinzip hat mir besonders gut gefallen: die Berstdruckhöhe des kollabierbaren Rohres muss niedriger ausgelegt sein als die des Lenkrads. Warum? Wenn bei einem Aufprall die erste Verbindung an der Säule bricht, bleibt das Lenkrad unversehrt und die Energie wird genau dort absorbiert, wo es gewünscht ist: in der Säule. Zu wissen, wo man die schwache Stelle bewusst platziert - das ist die Schönheit der Ingenieurskunst.

Adaptiver Kollaps: jeder Aufprall ist anders

Moderne Systeme sind nicht einmal einstufig. Manche Konstruktionen bieten zwei oder drei Laststufen: minimal, mittel und maximal. Die Auswahl der Stufe übernehmen Sensordaten, die Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrergewicht, Sitzposition und ob das Sicherheitsgurt angelegt ist, messen. Bei einem kleinwüchsigen oder angegurteten Fahrer greift die niedrige Laststufe, während bei einem schweren oder nicht angegurteten Fahrer oder bei einem Aufprall mit hoher Geschwindigkeit die hohe Laststufe gewählt wird. Die Säule wird also von Aufprall zu Aufprall für dich angepasst. Das bedeutet, dass die passive Sicherheit geradezu personalisiert wird.

Die eigentliche Schwierigkeit des Designs liegt genau in dieser Balance: Ist der Widerstand gering, kann die Säule im normalen Fahrbetrieb - bei den Drehmomentlasten, mit denen du in Kurven lenkst - von selbst kollabieren. Ist der Widerstand zu hoch, kann beim Aufprall nicht genügend Energie absorbiert werden und die Kraft gelangt wieder zu dir. Zwischen diesen beiden Extremen balancieren die Ingenieure wie auf einem schmalen Seil.

Synchronisation mit Airbag und Sicherheitsgurt: Teamarbeit

Direksiyon kolonu milisaniye milisaniye hesaplanmış bir koreografiyle çöker, çünkü hava yastığıyla uyumsuzluk sizi korumak yerine içine fırlatır.

Die Lenksäule arbeitet nie allein. Bei einem Aufprall werden in Sekundenbruchteilen drei Schutzsysteme nahezu choreografiert und gleichzeitig aktiviert. Sobald die Airbag-Steuereinheit den Aufprall erkennt, löst sie den Gurtstraffer aus, fixiert dich auf dem Sitz und bläst gleichzeitig den Fahrerairbag auf.

Das Timing ist entscheidend: der Airbag muss vollständig entfaltet sein, bevor die Kollapsbewegung der Säule abgeschlossen ist. So gelangt ein voll aufgeblasener Airbag dazwischen, während du aufs Lenkrad geschleudert wirst, und deine Brust trifft nicht auf ein kollabierendes Lenkrad, sondern auf eine weiche Fläche. Würde man die Reihenfolge umkehren, könnte der Airbag dich gegen das bereits kollabierte Lenkrad drücken - die umgekehrte Wirkung.

Diese Synchronisation ist zudem so fein, dass Position und Verformung der Lenksäule die Leistung des Airbags direkt beeinflussen können. Bei schweren Frontkollisionen wurde übermäßige Säulenbewegung damit in Verbindung gebracht, dass der Kopf der Puppe durch den Airbag hindurch direkt auf das Lenkrad schlägt; das heißt, unkontrolliertes oder übermäßiges Einknicken kann die Wirksamkeit des Airbags verringern. Je mehr Einknicken, desto besser gilt nicht unter allen Bedingungen - kontrolliertes Einknicken ist alles.

Dann ist da noch die Frage der Kollisionschwere: moderne Fahrzeugstrukturen werden so ausgelegt, dass sie die Integrität der Fahrgastzelle bis zu einer Aufprallgeschwindigkeit von etwa 64 km/h bewahren. Bei höheren Geschwindigkeiten - etwa bei einem vollständigen Frontalaufprall mit 80 km/h auf eine starre Wand - zeigen die Dummy-Ergebnisse eine sehr geringe Überlebenschance. Die Säule ist eine Komponente, die ihre Arbeit innerhalb der Grenzen der Karosserie erledigt; leider kann sie die Regeln der Physik nicht außer Kraft setzen.

Ihre Geschichte: Vom Chevrolet von 1967 bis heute

Diese Idee hat eine museumswürdige Geschichte. Bei Chevrolet-Modellen von 1967 finden wir energieverzehrende Lenksäulen; damals wurden verschiedene Konstruktionen vorgeschlagen, darunter Schere, Kolben und Feder. Eine im Chevy II verwendete "Mesh"-Struktur, also ein Geflecht aus Ringen, nahm die Energie auf, indem sie den Aufprall verlangsamte. Kurz darauf wurden kollabierbare Lenksäulen Ende der 1960er Jahre in den USA zur Pflicht - ein Schritt, der als Meilenstein in der Geschichte der passiven Sicherheit gilt.

Die Wirkung war auch konkret: den Daten zufolge hätte das Vorhandensein kollabierbarer Lenksäulen in allen Fahrzeugen etwa 1.300 Tote und 23.000 Verletzte pro Jahr verhindern können. Die Größe dieser Zahl zeigt meines Erachtens, wie viele Leben eine auf den ersten Blick unscheinbare Welle retten kann.

Ist die Situation heute dieselbe? Ja, und sie hat sich noch weiter entwickelt: moderne Säulen bewahren weiterhin die Fähigkeit zum Einknicken und zur Energieraufnahme, dazu kamen anpassbare Stufen und Sensorintegration. Die mechanische Einfachheit der ersten Konstruktionen hat sich zu pyrotechnischen und elektronisch gesteuerten Systemen entwickelt; der Grundgedanke - kontrolliert einknicken, sobald der Schwellenwert überschritten wird - hat sich jedoch nicht geändert.

Nach der Kollision: Kann die eingeknickte Säule repariert werden?

Nun fragen wir dich: ist alles in Ordnung, wenn das Lenkrad nach einem Unfall immer noch fest und ordentlich aussieht? Leider nein. Wenn die Säule bei der Kollision eingeknickt ist, ist der Energieverzehrmechanismus ein Einwegsystem - hat er einmal ausgelöst, kann er denselben Schutz nicht mehr bieten. Deshalb wird die Kontrolle und Vermessung der Säule nach einer Kollision von vielen Herstellern empfohlen; manche Hersteller schreiben den Austausch der Säule zwingend vor, wenn der Energieverzehrmechanismus ausgelöst hat.

Da das System computergesteuert sein kann, werden bei einer Störung Fehlercodes gespeichert und müssen mit einem Diagnosegerät ausgelesen werden. Die Säule ist also kein rein mechanisches Bauteil mehr, sondern eine Komponente, die mit dem Sicherheitsnetz des Fahrzeugs verbunden ist. Kann die Säule bei einer schweren Kollision nicht einknicken, kann die auf den Fahrer wirkende Kraft zu schweren Verletzungen führen - deshalb ist "sieht gut aus, dann gibt es kein Problem" eine gefährliche Abkürzung.

Häufig gestellte Fragen

Muss die Lenksäule noch einknicken, wenn Airbags vorhanden sind?

Ja, das ist notwendig. Diese Frage wurde zwar sowohl in Foren als auch in der Fachliteratur diskutiert, aber die Antwort ist eindeutig: Der Airbag ist ein System, das binnen Sekunden zu entleeren beginnt und sich nur einmal entfaltet. Die Lenksäule hingegen nimmt während des gesamten Aufpralls kontinuierlich Kraft auf. Moderne Lenksäulen behalten ihre Knick- und Energieaufnahmefähigkeit; der Airbag ersetzt diese Fähigkeit nicht, er arbeitet mit ihr zusammen.

Wie hoch ist die Knickschwelle?

Eine exakte Zahl zu nennen ist schwierig, denn die Schwelle variiert je nach Konstruktion. Während in einer einzelnen Quelle eine Schwelle von etwa 11.000 Newton (ca. 2.500 lbf) genannt wird, weisen akademische Studien darauf hin, dass einknicksche Lenksäulen bei einem Aufprall etwa 15 kN aufnehmen können. Die beiden Werte messen unterschiedliche Dinge: der eine ist die Kraftschwelle, die das Einknicken auslöst, der andere die gesamte Tragfähigkeit der Lenksäule. Deshalb variiert die Antwort auf die Frage "Bei wie vielen Newton knickt sie ein" je nach Fahrzeug und Konstruktion.

Hat jedes Auto eine einknicksche Lenksäule?

Bei Fahrzeugen in fortgeschrittenen Märkten ist dies nahezu Standard, denn die Vorschrift besteht seit Ende der 1960er Jahre. Dennoch war bekannt, dass früher manche Economic-Modelle noch starre Lenksäulen verwendeten; heute ist das weitgehend überholt, aber bei Gebrauchtwagen, insbesondere bei älteren Modellen, ist es keine schlechte Idee, dieses Detail zu überprüfen.

Fazit: Das scheinbar schwache Teil ist in Wirklichkeit ein Held

Die Geschichte der Lenksäule vermittelt meines Erachtens für sich allein den Kern der Philosophie der passiven Sicherheit: Energie verschwindet nicht, sie wird nur verlagert. Die Lenksäule ist so konstruiert, dass sie diese Energie anstelle deiner Brust in ihrem eigenen Körper aufbraucht. Wenn du dich also nach einer Kollision an das Lenkrad lehnen und sagen kannst "gut, dass die Lenksäule eingeknickt ist", dann verdankst du das einer der leisesten und wirksamsten Errungenschaften der Ingenieurskunst. Wenn du das nächste Mal dein Lenkrad drehst, denke daran, dass die unscheinbare Welle unter deinen Händen eigentlich einen Plan für dich trägt. Und hast du dich jemals die Sicherheitsausstattung eines Fahrzeugs angesehen, indem du auf die Lenksäule geschaut hast? Versuch es mal - wenn du dort den Begriff "energieabsorbierende Lenksäule" siehst, weißt du jetzt, was er bedeutet.

Quellen