Airbag

Ein Airbag (dtsch. wörtlich „Luftbeutel“, „Luftsack“) oder SRS (Supplemental Restraint System), ist Teil des Insassenrückhaltesystem, vorwiegend von Kraftfahrzeugen. Er wird bei einem Unfall aufgeblasen und dämpft den Aufprall des Insassen auf harte Fahrzeugteile.

Front-Airbags und meist auch Seiten-Airbags für Fahrer und Beifahrer gehören inzwischen zur Standardausstattung neuer PKW, Seiten-Airbags in der zweiten Sitzreihe und Kopf-Airbags setzten sich insbesondere in den oberen Fahrzeugklassen zunehmend durch. Airbagsysteme für Füße und Knie haben bisher keine große Bedeutung erlangt. Beifahrer-Airbags lassen sich in vielen Fahrzeugen manuell deaktivieren, da sie für Babys in rückwärtsgerichteten Kindersitzen eine Gefahr darstellen.

Schemadarstellung

Typen von Airbags

Frühe Entwicklungen

Das erste Patent für Airbag-ähnliche Vorrichtungen in Flugzeugen wurde bereits 1920 vergeben.

Frontairbag

Wieder erschlaffter Fahrerairbag unmittelbar nach einem Unfall in einem Seat Ibiza

Aufgrund weltweit stark steigender Unfallzahlen in den 1960er Jahren begann man 1967 bei Mercedes-Benz mit der Entwicklung von Airbags. Etwa zur gleichen Zeit verkündete US-Präsident Lyndon B. Johnson, ebenfalls aufgrund stark erhöhter Unfallzahlen, man würde zukünftig keine unsicheren Fahrzeuge mehr dulden. Das neu gegründete Verkehrsministerium der Vereinigten Staaten forderte 1969 in einem verabschiedeten Gesetzepaket, automatische Insassen-Schutzsysteme bis zum 1. Januar 1973 für Neuwagen verbindlich vorzuschreiben. Aufgrund von Problemen bei der Umsetzung des Airbags in den Praxisbetrieb wurde die Frist später auf den 1. Januar 1976 verschoben. Erst im September 1993 wurde der Airbag auch in den USA Pflicht, nachdem er in Europa anfang der 1980er Jahre zur Serienreife gebracht wurde.

In der Automobilproduktion wurde von General Motors der erste Airbag, das Air Cushion Restraint System (ACRS), 1974 für den Oldsmobile Toronado, Oldsmobile Eighty Eight, Oldsmobile Ninety Eight, Buick Electra, Buick LeSabre, Buick Riviera und die meisten Cadillac eingeführt. Nachdem es aufgrund technischer Unzulänglichkeiten mit diesem druckluftbetriebenen System zu tödlichen Unfällen gekommen war, zog man ACRS vom Markt zurück. Die Entwicklung eines praxistauglichen Airbags wurde als unmöglich angesehen.

Mercedes-Benz begann 1967 mit der Arbeit an praxistauglichen Airbags. Die Sensorik musste ebenso neu entwickelt werden, wie die Technik der Gaserzeugung und das Gewebe des eigentlichen Airbags. Erste Versuche setzten auf Pressluft und Frigen, um den Airbag zu füllen. Doch als beste technische Lösung erwies sich ein textiler Beutel, der bei einem Unfall durch eine pyrotechnische Treibladung in wenigen Millisekunden aufgebläht werden kann, um den Fahrer sanft abzufangen. 1971 erhielt Mercedes-Benz das Patent DE 2152902 C2 auf den Airbag. Bis zur Serienreife musste das Rückhaltesystem noch in vielen Details verbessert und getestet werden. Bei mehr als 250 Unfallversuchen mit kompletten Fahrzeugen, mehr als 2.500 Tests mit dem Schlitten und tausenden Versuchen mit einzelnen Teilen bewies der Airbag seine zuverlässige Funktion. Gleichzeitig stellte ein Langzeitversuch mit 600 Testfahrzeugen auf der Straße und im Gelände sicher, dass der Gassack nicht im normalen Fahrbetrieb auslöst. Erstes deutsches Auto mit einem Airbag war 1980 der Mercedes-Benz W126 (S-Klasse). Die Kombination aus Fahrer-Airbag und Beifahrer-Gurtstraffer war ab Juli 1981 zunächst ausschließlich in der Baureihe 126 erhältlich und kostete als Sonderausstattung für Limousine und Coupé 1.525,50 Mark (umgerechnet rund 780 Euro). Dieses System produzierte die Aschaffenburger Firma Petri für Mercedes-Benz. Im ersten Jahr entschieden sich 2.636 Käufer der S-Klasse für dieses neue Sicherheitsmerkmal.

Anfangs wurden die meisten Fahrzeuge lediglich mit einem Fahrer-Airbag im Lenkrad ausgerüstet. Seit den späten 1980ern werden zunehmend auch Airbags für Beifahrer von den Herstellern angeboten. Hier ist zunächst die Firma Porsche zu nennen, die ihr Modell 944 ab Ende 1985 in den USA serienmäßig mit Fahrer- und Beifahrerairbag anbot. Auf besonderen Kundenwunsch stattete die Daimler-Benz AG in der ersten Hälfte der 80er Jahre die Baureihe W123 mit weltweit ersten pyrotechnischen Beifahrerairbags (in Verbindung mit dem Fahrerairbag) aus. Offiziell wurde der Beifahrerairbag dann 1985 in der Baureihe Mercedes S-Klasse W126 optional angeboten und kurze Zeit darauf auch in der Mittelklasse-Baureihe W124. Alle damaligen Systeme hatten eins gemein - das Handschuhfach wurde für diese moderne Technik geopfert. In der Mitte der 1990er Jahre wurden dann auch die ersten Seitenairbagsysteme angeboten, die sich zwischen Insassen und den Türen schützend aufblähten. Hier war Volvo 1995 Vorreiter mit einem in den Sitz integrierten System (SIPS). Mercedes hingegen bot in der E-Klasse 1995 (W210) erstmals einen Seitenairbag, der in die Türverkleidung integriert war, an. Ab Ende 1997 gab es im BMW E39 erstmals Kopfairbags.

Einer der weltweit ersten Airbags in einem 1975er Buick Electra Limited

Kein Platz mehr fürs Handschuhfach: Seltener Beifahrerairbag im Mercedes-Benz W123

SRS-Frontairbag

Seitenairbag

Ein Seitenairbag (Volvo-Bezeichnung: SIPS-Bag (Side Impact Protection System Bag) ist ein Airbag, der im Falle eines Seitenaufpralles die Insassen eines Fahrzeuges vor dem Kontakt mit harten Karosserieteilen schützen soll.

Seitenairbags wurden typischerweise in der Tür, heute im Sitz integriert und entfalten sich im Oberkörperbereich. Die Unterbringung der Seitenairbags in der Tür hat den Vorteil daß die Schutzwirkung unabhängig von der Position des Sitzes wird. Die Seitenairbags im Fond sind noch heute in der Tür integriert. Ebenfalls Verwendung finden Knie-Airbags in Fabrikaten, wo die Knie und Unterschenkel bei einem Aufprall gefährdet sind. Gesteuert werden Seitenairbags über Beschleunigungs- oder Drucksensoren, die seitlich im Auto oder in der Tür angebracht sind.

Kopfairbags

Kopfairbags (Volvo-Bezeichnung: IC-Curtain) (auch Vorhangairbag genannt) sind im Dachrahmen integriert. Angefangen bei der A-Säule bis zur C- oder D-Säule und in den Fahrzeughimmel integriert, kann er sich entlang der seitlichen Fensterfront entfalten. Erstmals eingeführt wurden Kopfairbags 1998 im Volvo S80. Kopfairbags schützen den Kopf bei einem schweren Seitenaufprall oder Überschlag des Fahrzeuges. Sie verhindern auch, das bei einem Überschlag mit geöffneten Fenstern der Kopf des Fahrers aus dem Fenster gedrückt wird. Kopfairbags öffnen sich innerhalb von 15ms vollständig, das ist ein Viertel eines Lidschlages.

Heutige Autos sind darüber hinaus mit so genannten Gurtstraffern ausgerüstet, die zum Zeitpunkt der Auslösung durch das Steuergerät die Gurtlose des Insassen reduzieren und ihn somit besser an das Fahrzeug anbinden, d.h. an seiner Verzögerung teilhaben lassen. Des Weiteren kommen in neueren Fahrzeugen in der Regel Gurtkraftbegrenzer zum Einsatz, die den Insassen bei Erreichen einer bestimmten Kraft nach vorne gleiten lassen, so dass in Abstimmung mit dem Airbag eine optimale Rückhaltewirkung erreicht werden kann.

Ein Airbag wird somit nie als alleiniges Bauteil ausgelegt (zumindest im ECE-Gesetzesbereich), sondern immer in Abstimmung auf das Fahrzeug und das hierin eingesetzte Gurtsystem. Dies zusammen ergibt das so genannte Rückhaltesystem.

In den USA (FMVSS) muss der Airbag jedoch zusätzlich dafür ausgelegt sein, schwere Verletzungen auch bei nicht angeschnallten Insassen zu verhindern, was die Konstruktion des Rückhaltesystems zusätzlich erschwert.

Rückhaltesysteme im ECE-Bereich bieten nur bei angeschnallten Insassen optimale Rückhalt, Systeme im Bereich der US-(FMVSS)-Gesetzgebung sind hingegen nur bei nicht angeschnallten Insassen wirksamer, bei angeschnallten Insassen aber nicht optimal.

Motorradairbag

Nach 15-jähriger Entwicklungsarbeit brachte Honda im September 2006 den ersten serienmäßigen Motorrad-Airbag in der Gold Wing 1800 (Modell 2007) auf den Markt.

Das V-förmige Airbagmodul sitzt vor dem Fahrer und fasst 150 Liter. Ausgelöst wird es über ein elektronisches System mit vier Sensoren in der Vordergabel, die Änderungen im Beschleunigungs- und Bremsverhalten registrieren. Fünfzehn Hundertstel Sekunden nach Erkennung des Aufpralls wird die kinetische Energie des nach vorne geschleuderten Fahrers von dem fest mit dem Motorrad verbundenen Airbag aufgefangen (getestet bei 72 km/h vom deutschen ADAC).

Fußgängerairbag

Das Gegenstück für den Schutz angefahrener Fußgänger funktioniert ähnlich: Der Jaguar XK verfügt über ein System mit der Bezeichnung PDBS (Pedestrian Deployable Bonnet System), bei dem Sensoren Unfälle mit Fußgängern registrieren und die Motorhaube im Bereich der Windschutzscheibe durch Airbags um 15 cm anhebt, damit die Aufprallintensität des Kopfes des Fußgängers gemildert wird.

Funktionsweise

Die grundsätzliche Funktionsweise ist einfach: Nachdem das zentrale Airbagsteuergerät auf der Basis von Daten der so genannten Crashsensoren (i. d. R. Daten der Beschleunigungssensoren und der Fahrzeuggeschwindigkeit) einen für die Insassen gefährlichen Unfall erkannt hat, wird ein fester Treibstoff gezündet (bis 1995 wurde Natriumazid mit Kaliumnitrat verwendet, inzwischen durch ungiftige, azidfreie Rezepturen ersetzt). Dadurch wird ein Kissen aus Kunstfasergewebe, Nylon oder anderen Polyamiden in ca. 10–40 ms aufgeblasen. Durch den Gasgenerator wird hauptsächlich Stickstoff erzeugt.

Die Reaktion verläuft durch Zündung innerhalb 20 bis 40 Millisekunden und es entstehen 60 bis 150 Liter Stickstoffgas: 10 NaN₃ + 2 KNO₃ → 5 Na₂O + K₂O + 16 N₂

Seit 1995 werden vermehrt Gasgeneratoren mit zusätzlicher Druckgasflasche, so genannte Hybridgasgeneratoren, eingesetzt. Den Vorteilen einer geringeren Schadgasentwicklung und kühleren Füllgases stehen jedoch das höhere Gewicht, die Kosten und der benötigte Bauraum entgegen, so dass beide Systeme ihre individuellen Anwendungsgebiete gefunden haben.

Phasenfotos eines öffnenden Airbags

Der Luftsack bei Frontairbagsystemen hat eine definierte Luftdurchlässigkeit die entweder über ein bis zwei vom Passagier weg gerichtete Löcher (sogenannte Ventholes) oder durch den Herstellungsprozess des Gewebes bestimmt ist. Beim Kontakt des Insassen mit dem gefülltem Luftsack entweicht somit das Gas und es wird hierdurch die Bewegungsenergie des Insassen kontrolliert abgebaut. Seitenairbagsysteme haben dagegen eine vollständig andere Arbeitsweise. Aufgrund ihres geringen Volumens können sie den Fahrzeuginsassen nur vor dem Kontakt mit harten Teilen des eigenen sowie des Fremdfahrzeuges schützen. Bei diesen Systemen sind die Luftsäcke in der Regel nicht luftdurchlässig.

Window-Bags (auch Inflatable curtain genannt) und andere Seitenairbagsysteme bleiben teilweise über 5 Sekunden lang aufgeblasen, um im Falle eines Überschlags länger Schutz zu gewähren.

Sicherheit

Airbags nach Aufprall

Der Airbag verringert in erster Linie die Gefahr von Kopf und Brustkorbverletzungen. Der Airbag ist kein Ersatz für den Sicherheitsgurt, sondern nur eine Ergänzung. Die Statistik zeigt, dass der Gurt weiterhin der Hauptlebensretter bei Autounfällen ist. Airbags erhöhen die Chance, einen Unfall zu überleben um weitere 30%. Dies gilt jedoch nur für angeschnallte Insassen.

Dennoch bergen Airbags auch Risiken, da sie durch die sehr schnelle Reaktion in sehr kurzer Zeit entfaltet werden. Idealerweise befindet sich die Person nicht im Entfaltungsbereich des Airbags, sondern prallt erst auf den vollständig aufgeblasenen Airbag auf. Gefahr besteht daher

für Babys in rückwärtsgerichteten Kindersitzen auf dem Beifahrersitz. Diese Sitze dürfen daher nur bei abgeschaltetem Beifahrerairbag vorne benutzt werden.
für Kinder in Sitzerhöhungen, die sich mit den Beinen im Entfaltungsbereich befinden.
für sehr kleine (unter 1,60 m) oder körperbehinderte Personen, die nahe am Lenkrad sitzen.
für Personen in ungewöhnlicher Haltung (Out-of-Position), beispielsweise ein Beifahrer, der seine Füße auf dem Armaturenbrett abstellt oder in gebeugter Haltung Schuhe bindet.
für Kinder auf dem Schoß des Beifahrers. Auch bei langsamen Fahrten außerhalb öffentlicher Straßen und Wege kann durch Aufprall auf ein festes Hindernis mit einem Fahrwerksteil ein hoher Beschleunigungswert auftreten, der zur Zündung der Airbags führt.
für Rettungskräfte am verunfallten Fahrzeug, wenn der Airbag während der Rettungsarbeiten auslöst (siehe Weblinks).

Moderne Airbagsysteme prüfen mittels Sitzbelegungssensoren und Kontakten in den Gurtschlössern ob der Insasse angeschnallt ist. Ist er dies nicht so wird der Zündzeitpunkt des Airbags verfrüht, um zu verhindern das sich der Insasse bereits im Entfaltungsbereich befindet wenn der Airbag gezündet wird. Dies ermöglicht jedoch auf keinen Fall das unterlassen des Anschnallens. Ein Airbag alleine kann die Wucht einer unangeschnallten Person nicht auffangen.

Keine oder nur eine geringe Gefahr stellen Zigaretten, Pfeifen oder Brillen dar. Diese fliegen normalerweise bereits durch den Aufprall, also noch vor der Entfaltung des Airbags, weg. Dass sie sich dann zum Zeitpunkt des Entfaltens des Airbags zwischen Airbag und Insassen befinden, ist sehr unwahrscheinlich. Aber selbst bei Sportbrillen, die nicht wegfliegen können, ist der großflächige Aufprall auf dem Airbag weitaus ungefährlicher als z. B. ein Aufprall auf dem Lenkrad.

Durch das zünden eines oder mehrerer Airbags wird ein sehr lauter Knall und eine entsprechende Erhöhung des Luftdrucks im Fahrzeuginnenraum bewirkt. Der entstehende Knall kann bei einstufigen Airbags bis zu 160 Dezibel laut sein. Dadurch kann es unter Umständen zum Hörsturz kommen. Mehrstufige Airbags sind weniger kritisch da die Entfaltung und die damit entstehende Verdrängung der Luft gleichmäßiger stattfindet. Aus gleichem Grund wird der Beifahrerairbag zumeist leicht zeitversetzt gezündet. Dies ist unproblematisch, da zwischen Beifahrer und Armaturenbrett in der Regel mehr Platz ist als zwischen Fahrer und Lenkrad. Mit Airbags ausgestattete Fahrzeuge verfügen auch immer über ein Lamellenventil, meist im Heck der Karosserie verbaut. Über dieses kann ein Teil der verdrängten Luft entweichen. Als willkommenen Nebeneffekt verhindert es pfeifende Türdichtungen die durch die eindringende Luft der Fahrzeuglüftung entstehen wenn die eintretende Luft sich einen Weg nach draußen bahnt.

Rechtsvorschriften

Der Treibsatz einer Airbag-Einheit funktioniert pyrotechnisch und fällt daher unter der einschlägige rechtliche Regelungen wie Sprengstoffgesetz (Deutschland), Pyrotechnikgesetz (Österreich), Sprengstoffgesetz (Schweiz): Der Ein– und Ausbau von Airbags und Gurtstraffereinheiten darf nur von sachkundigen Arbeitnehmern ausgeführt werden, die entweder vom Automobilhersteller oder einem entsprechenden Institut geschult worden sind. Ein Nachweis über die durchgeführte Schulung muss im Betrieb vorliegen und ist der zuständigen Behörde auf Verlangen vorzuzeigen. Demontage und Einbau durch ungeschulte Personen können zu schwersten Verletzungen führen, falls der Airbag hierbei auslöst, oder zu einem Versagen im Falle eines Unfalles. Der Handel mit gebrauchten Airbags, z. B. im Zuge der Autoverwertung, ist nicht erlaubt. Airbags aus Altfahrzeugen sind ausschließlich von dafür berechtigten Personen zu vernichten. Der Versand von Airbags darf nur in speziellen, zugelassenen Behältnissen gemäß den Vorschriften für den Transport gefährlicher Güter (ADR/RID) erfolgen. Die Lagerung von Airbags hat in Deutschland gemäß der Sprengstofflagerrichtlinie 240 zu erfolgen. Die maximal zulässigen Lagermengen sind in der Anlage 6 und 6a zur 2. SprengV festgelegt.

Grundsätzlich haben Automobilhersteller in der Vergangenheit den Wechsel von Airbag-Einheiten nach bestimmten Zeiträumen empfohlen um die Funktionsfähigkeit zu sichern, im allgemeinen nach etwa zehn Jahren. Inzwischen ist jedoch herstellerseitig eine Ausweitung dieser Intervalle zu beobachten.

Airbag-Lande-Systeme

Landeairbags der amerikanischen Mars Exploration Rover

Airbags finden auch in der Raumfahrt als Landesystem Verwendung. Allerdings werden hier andere Materialien als Treibsatz und Airbaghülle eingesetzt.

So verwendete die Sowjetunion bereits in den 60er Jahren bei ihren Luna Missionen erfolgreich Airbags für eine weiche Landung auf dem Mond. Erfolgreiche Landungen gelangen so mit Luna 9 und 13.

Die amerikanische Weltraumagentur NASA griff diese Idee erst 30 Jahre später wieder auf. Die Mars-Sonden Pathfinder, Spirit und Opportunity landeten sicher mit diesem System auf dem roten Planeten.

Auch die europäische Sonde Beagle 2 sollte dieses System nutzen, ging aber bei der Landung aus nicht restlos geklärten Gründen verloren.

Die europäische Raumfahrtagentur ESA setzt auch bei geplanten, unbemannten Mondmissionen auf Airbags als Landehilfe.

Im als Nachfolger der amerikanischen Space Shuttles geplanten Raumfahrzeug Orion sollen Airbags erstmals in einem bemannten Raumfahrzeug eingesetzt werden.