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Airbag  - Übersicht und Komponenten (Bauteile)  (2)

Airbag 1 - Auslösung

Airbag 2 -   Komponenten

Airbag 3 - Weitere Airbags

Airbag 4 - Sicherheit

Airbag 5 - Szenario

Gurt

 

Airbag Systemübersicht 

  • Übersicht SRS (Supplement Restraint Systems - Rückhaltesysteme) 

Rückhaltesysteme Übersicht 1
Rückhaltesysteme wie 3-Punkt-Sicherheitsgurt mit Gurtstraffern
Rückhaltesysteme Übersicht 2

Rückhaltesysteme - Airbags (Quelle: Bosch)

Übersicht verschiedener Airbags

Volvo V40 Airbagsysteme

Knie-Airbag, Kopf- Schulter-Airbag (Inflatable Curtain), Seitenairbag und Sicherheitskäfig im Volvo V40 Cross Country

Rückhaltesysteme -  Sensoren Übersicht

 

 

Grafik von Bosch

 

1 Upfront-Sensor,

2 Zentrales Airbag-Steuergerät mit integrierter Überrollsensierung,

3 Insassenklassifizierungsmatte mit automatischer Kindersitzerkennung, Gewichtssensor,

5 Out-of-Position-Sensor,

6 Seitenairbag-Sensor (Beschleunigung),

7 Seitenairbag-Sensor (Druck),

8 Fußgängeraufprallsensor,

9 Busarchitektur 

Modernes Airbagsystem

Opel Ampera Airbags

Zum den passiven Schutzmaßnahmen des neuen Opel Ampera gehört auch ein fortschrittliches Airbagsystem mit insgesamt 8 Airbags, das im Fall der Fälle wirkungsvollen Rundumschutz bietet. Dazu gehören zweistufige Frontairbags, Seitenairbags und Knieairbags für Fahrer und Beifahrer sowie Kopfairbags für Fahrer, Beifahrer und hinten außen. Sollten Sie ein Baby auf dem Beifahrersitz transportieren, lässt sich der Frontairbag deaktivieren. Für noch mehr Sicherheit sorgen doppelte Gurtstraffer vorne, auskuppelnde Sicherheitspedale PRS (Pedal Release System) und ISOFIX-Befestigungen für Kindersitze. Quelle: Opel


Airbag Komponenten (Bauteile)

  • Frontairbag

  • Der Frontairbag hat die Aufgabe das Risiko einer Verletzung des Fahrers bei einem Crash zu vermindern. Der Frontairbag für die Fahrerseite befindet sich in der Prallplatte des Lenkrads. Der Frontairbag Fahrer ist heute oft mit einem 2-stufigen Gasgenerator ausgerüstet.

    Frontairbag 2-stufig

    Frontairbag 2-stufig 1= Anschluss Zündstufe 1, 2= Anschluss Zündstufe 2, (Quelle: BMW)

    Airbag-Einheiten mit pyrotechnischen Gasgeneratoren

    Die älteren bislang verwenden Gasgeneratoren waren mit chemischen Feststoff-Treibsätzen ausgestattet, die hauptsächlich auf der Basis von Nitrozellulose oder Natriumazid NaN3 hergestellt wurden. Der Gasgenerator enthält eine exakt definierte Menge eines Festtreibstoffs. Bei dessen Verbrennung entsteht in kürzester Zeit eine definierte Gasmenge zum Füllen des Airbags. Bei der Aktivierung entstehen primär Gase, hauptsächlich Stickstoff, jedoch auch CO und Stickoxide, sowie alkalische Substanzen als Feststoffe. Seit 1997 werden auch Composite-Treibsätze verwendet die auf Basis von Alkalichloraten hergestellt werden.

    Airbagmodul

    2-stufiges Airbagmodul

    Airbag-Einheiten mit Hybridgasgeneratoren

    Hybridgasgeneratoren bestehen aus einem Druckgefäß mit einem komprimierten Gas und einer pyrotechnischen Baugruppe, die zum Auslösen und Aufheizen des ausströmenden Gases dient. Bei den Gasen dient eine Druckflasche als Gasspeicher. Beim Anzünden öffnet der Treibsatz die den Gasbehälter verschließende Membran, worauf das vorkomprimierte Gas (Stickstoff oder Argon-Helium Gemisch) den Airbag aufbläst. Dadurch gibt es fast keinen Verbrennungsrückstand.

    Gasgenerator (Festtreibstoff)

    Topfgenerator

    Topfgenerator - Die Darstellung zeigt einen Topfgenerator wie er hauptsächlich beim Fahrerairbag zum Einsatz kommt.

    Aufbau und Wirkungsweise Topfgenerator

    Im Gehäuse befindet sich ein Metallfilter, Festtreibstoff in Tablettenform (ca. 500 g) und ein Brückenzünder mit Zündpille.

    Der Gasgenerator enthält einen Feststofftreibsatz auf Basis von Natriumacid (Na N3) in Tablettenform. Der Sensor im Steuergerät aktiviert den elektrischen Brückenzünder und die Zündpille leitet die Verbrennung des Treibstoffes ein. Die Erwärmung eines dünnen Drahtes im Brückenzünder erfolgt durch den im Zündkondensator gespeicherten Zündstrom von etwa 800 mA. Diese Wärme reicht aus um die ca. 8 g Schwarzpulver, die in der Zündpille sind, zu zünden. Es findet keine Explosion sondern ein definierter Abbrand des Festtreibstoffes statt unter Nutzung der Expansion des entstehenden Gases. Durch die chemische Umsetzung entsteht im Brennraum eine Temperatur von etwa 600 bis 800 °C. Es entsteht das für die Insassen ungefährliche Airbag-Füllgas Stickstoff, das durch das Metallfilter gereinigt und von 300°C abgekühlt wird. Mit 120 bar Druck strömt das Gas durch ein grobes Filtersieb in die Filtereinheit. Beim Eintritt in den Luftsack hat das Gas noch eine Temperatur von ca. 60-80°C, sodass eine Gefährdung der Fahrzeuginsassen ausgeschlossen werden kann. Der beim Aufblasen entstehende Knall (ca. 130-160dBA) dauert nur 3 ms und führt daher zu keiner Gehörschädigung.

    Zündpille Zündpille

    Erkennen von Fahrzeugen mit Pyrotechnik

    Jedes Fahrzeug mit Airbag ist mit den Buchstaben SRS (Supplemental Restraint System bzw. Sicherheitsrückhaltesystem) auf dem Airbag gekennzeichnet. Auch ist in der Instrumententafel eine Kontrollleuchte vorhanden, die beim Einschalten der Zündung kurz aufleuchtet.

Zur Erfassung der Fahrzeugverzögerung und zum Auslösen der Zündung ist die Information von Crashsensoren erforderlich, die unabhängig voneinander arbeiten. Ein Beschleunigungs- oder Crashsensor kann im Steuergerät oder am Vorderwagen oder in den Säulen des Fahrzeugs verbaut sein.

Ein Crashsensor besteht im Grunde aus einem mikromechanischen Beschleunigungssensor und einer Auswerteelektronik.

Vereinfacht ausgedrückt arbeitet ein Beschleunigungssensor wie ein Kondensator. Es gibt feststehende und bewegliche Kondensatorplatten. Die beweglichen dienen als seismische Masse, die bei einem Unfall in Erfasssungsrichtung verschoben werden.
Der Beschleunigungssensor reagiert rein mechanisch auf den abrupten Stopp des Fahrzeugs. Beim Aufprall wird die Siliziummasse des Sensors ausgelenkt. Dabei entsteht zwischen den beweglichen und den starren Stegen im Sensor eine Änderung der elektrischen Kapazität. Die Fühler können wegen ihrer winzigen Masse verzögerungsfrei reagieren. So liefern sie bereits in den ersten Millisekunden eines Aufpralls lebenswichtige Informationen an das Airbag-Steuergerät.

Die Änderung der Kapazität wird von der Auswerteelektronik erfasst, bewertet und als digitales  Signal an das Airbagsteuergerät gesendet wird.

Bei Audi werden diese beispielsweise im A6 in den beiden C-Säulen verbaut.

 

mikromechanischer Beschleunigungssensor von Bosch


mikromechanischer Beschleunigungssensor
mikromechanischer Beschleunigungssensor 
Schema Beschleunigungssensor
Quelle: Audi
 

 

Anfänglich wurden rein mechanische Crashsensoren in der Front des Wagens verbaut. Hierbei handelte es sich um ein mechanisch arbeitendes Feder/Masse- System. Die mechanischen Sensoren reagieren bei einer Beschleunigung von ca. 3-5 g. Pfeile auf den Sensoren gaben die korrekte Einbaulage an. Sie wurden mit Spezialschrauben befestigt.  Die Zündung erfolgt nur, wenn mindestens ein Frontsensor und der Sicherheitssensor im Steuergerät ausgelöst haben.

Crashsensoren

Die Gewichtsrolle ist innen hohl und dient zur Aufnahme von Kalibriergewichten. Sie ist mit einem gegenläufigen Bronzefederband verbunden (umwickelt). Das Bronzefederband ist mit dem anderen Ende mit dem Gehäuse verbunden. Dadurch wird die Rolle sicher geführt, so dass sie nur bei einer ganz bestimmten Krafteinwirkung und Stoßrichtung aus der Ruhelage rollen kann. Im Auslösemoment rollt die Gewichtsrolle über die Kontaktfeder und der Stromkreis zum Airbag-Steuergerät ist geschlossen. Im Sensor ist für Diagnosezwecke ein hochohmiger Widerstand integriert.

 

  • Safing-Sensor

Der Safingsensor bietet Schutz vor ungewollter Airbagauslösung bei evtl. Defekt eines Frontsensors bei einem Unfall oder bei extremer elektromagnetischer Einstreuung

Der Sicherheitssensor ist ein elektromechanischer Schalter, er besteht aus einem Reedschalter und einem federbelasteten Ringmagneten. Die Schaltschwelle ist so eingestellt, dass unter normalen Fahrbedingungen ein Schließen der Kontakte unmöglich ist Er sitzt im Steuergerät und ist zu den Frontsensoren in Reihe geschaltet. Der  Safing-Sensor überprüft die Ansprechschwelle zum Zünden. Die Beschleunigung bzw. Verzögerung muss dazu über 2 g (1 g = 9,81 m/s²) liegen (Bei Vollbremsung werden 1 bis 1,2 g erreicht).

Funktion: Eine magnetische Gewichtsmasse befindet sich auf einem harzgefüllten  Rohr und wird von der Kraft der Feder in Ruhestellung gehalten. Darin befindet sich die Reedröhre mit den beiden Kontakten. Bei einem Aufprall gleitet der Magnet entgegen der Feder auf dem Rohr und verursacht damit das Schließen der Kontakte. Dieses Signal wird verstärkt und zum Zünder des Airbags geschickt.

  • Precrash-Sensoren

 sind in der Lage, mittels Radar-Technik den Abstand und den Winkel zu einem möglichen Hindernis zu messen. Wird vom Steuergerät eine sehr schnelle Reduzierung dieses Abstands erkannt, kann es aus diesen Daten vor einem Aufprall den Aufprallwinkel, die Relativgeschwindigkeit und den genauen Zeitpunkt des kommenden Unfalls berechnen.

Upfront-Sensoren erfassen im Knautschzonenbereich die Deformation und somit die Energieabsorption. 

 

  • Airbag-Steuergerät

Das SRS-Steuergerät soll die Funktionsbereitschaft des Airbagsystems überwachen und evtl. Fehler über eine Kontrollleuchte dem Fahrer anzeigen. In Verbindung mit den Crash-Sensoren zündet es zuverlässig und zeitrichtig bei bestimmten Unfallsituationen den oder die Gasgeneratoren.

Das Steuergerät unterteilt sich in folgende Bereiche

  • Diagnoseeinheit und Fehlerspeicher (Überwachungselektronik)
  • Auswerteelektronik mit Spannungswandler (Zündenergieerzeuger) und Energiespeicher (Zündkondensator)
  • Beschleunigungsaufnehmer mit Sicherheitssensor
  • Crashsensor (je nach Ausführung)

Einbauort Airbag-Steuergerät

Das Steuergerät ist zentral im Fahrzeug angeordnet. Natürlich variiert der Einbauort von Fahrzeug zu Fahrzeug. Oft ist es jedoch im Bereich des Kardantunnels in der Nähe der Mittelkonsole angebracht.

 

Funktion des Steuergeräts

Das Airbag-Steuergerät ist die zentrale Einheit des gesamten Rückhalte- und Sicherheitssystems.

Das Steuergerät verarbeitet die von den Sensoren eingehenden Signale und errechnet z.B. im Fall eines von vorne drohenden Aufpralls den Zeitpunkt des Aufpralls, die Aufprallgeschwindigkeit, den Aufprallwinkel, die benötigten Rückhalteeinrichtungen und den günstigsten Zeitpunkt der Zündung der einzelnen Rückhalteeinrichtungen. Außerdem werden die entsprechend errechneten Zündkreise zum errechneten Zeitpunkt gezündet (siehe Besipiel rechts).

Aufgaben im Überblick:

  • Crasherkennung
  • Zündzeitpunktermittlung für Airbags, Gurtschlossstrammer und Sicherheitsbatterieklemme
  • Zündung der Airbags, Gurtschlossstrammer, Sicherheitsbatterieklemme
  • Selbsttest
  • Fehleranzeige und diagnosefähiger Fehlerspeicher
  • Sitzbelegungs- und Gewichtserkennung des Beifahrersitzes

Die Diagnoseeinheit überprüft sobald das System in Bereitschaft ist, ständig mittels eines Prüfstromes die Wickelfeder, die Zündpille und die Frontsensoren auf Übergangswiderstände oder Unterbrechungen. Ist das System einwandfrei, so erlischt die Kontrollleuchte kurze Zeit nach dem Einschalten der Zündung. Erfolgt dies nicht oder leuchtet die Kontrollleuchte während der Fahrt, so liegt ein Fehler vor und das System wird deaktiviert.

Meldet der Frontsensor einen Aufprall und der im Steuergerät befindliche Sicherheitssensor bestätigt dies, so wird die Zündpille im Gasgenerator aktiviert. Um eine sichere Zündung auch bei einem Batterieleitungsschaden zu gewährleisten wird im Steuergerät der Zündkondensator vom Spannungswandler mit der Zündspannung von ca. 35-40 Volt aufgeladen. Bei einem Unfall (unterbrochene Stromversorgung) gibt der Zündkondensator seine gespeicherte Energie über den geschlossenen Crashsensor und gleichzeitig geschlossenen Sicherheitssensor an die Zündpille im Gasgenerator ab, wodurch der Airbag ausgelöst wird.

Das Airbag-Steuergerät ist über den CAN-Bus mit anderen Steuergeräten verbunden. Die integrierte Eigendiagnose erfasst sämtliche Sensoren, Zündkreise sowie die Kontrollleuchte. CAN-Bus Eigendiagnose

 

 

Airbagsteuergerät
Airbagsteuergerät (Airbag Control Unit - ACU)

Der Berechnung z.B. des Zeitpunktes der Zündung des Kopf-Airbags liegen folgende Erkenntnisse zugrunde:

1. Maximal zulässige Insassenvorverlagerung  (typisch: 12 cm)

2. Zeitbedarf für Entfaltung des Airbags  (typisch: 30 ms)

In Verbindung mit den Auswertungen der Sensorsignale über Aufprallgeschwindigkeit und dem voraussichtlichen Zeitpunkt des Aufpralls ergibt sich der erforderliche Zeitpunkt der Zündung des Airbags für folgende Annahmen:

 • Errechneter Aufprall in 0,2 s

• Errechnete Aufprallgeschwindigkeit 50 km/h oder 13,89 m/s

• Zeit für maximale Insassenvorverlagerung bei errechneter Aufprallgeschwindigkeit 0,0432 s

(Formel: t = t + t - t - s /v t = 0,2 s + 0,0432 s - 0,03 s - 0,12 m / 13,89 m/s = 0,2046 s)

Der Zündimpuls muss also bis in 0,2046 Sekunden nach Berechnungsbeginn erfolgen. Die Zeit, die zur Berechnung nötig ist, wird einkalkuliert. (Quelle: Bosch)

  • Wickelfeder

Die Wickelfeder soll eine einwandfreie bewegliche elektrische Verbindung zwischen dem starren Kabelbaum an der Lenksäule und dem beweglichen Lenkrad und somit dem Gasgenerator herstellen.

 Die spiralförmig aufgewickelte Leiterfolie ist so in der Lage, den Lenkradumdrehungen in beiden Richtungen zu folgen, ohne durchzubrechen. Das Wickelband ist vieradrig und ermöglicht 2,5
Umdrehungen nach rechts und nach links.

Achtung: Bei Montagearbeiten ist unbedingt darauf zu achten dass in Mittelstellung der der Lenkung und Geradeausstellung der Räder das Lenkrad demontiert wird. Der Rückstellring muss in der Mittelstellung fixiert werden bevor er abgenommen werden kann. Im ausgebauten Zustand darf die Wickelfeder nicht verdreht werden. Vor dem Einbau einer neuen Wickelfeder ist darauf zu achten dass die Fixierstreifen am Gehäuse unbeschädigt sind.

Wickelfeder

Wickelfeder 

 

  • Airbagstecker

Um zu vermeiden, dass bei Servicearbeiten am Airbagsystem elektronische Störungen den Airbag zünden, sind die beiden Klemmen über eine Kurzschlussbrücke beim Abziehen verbunden. Damit kann sich auf den Kabeln kein Potenzial z.B. durch statische Aufladung aufbauen, das beim Einstecken die Airbags ungewollt zündet.

  • Airbagkabelbaum

DDer Airbag-Kabelbaum ist meistens leuchtfarben (gelb) ausgeführt und separat verlegt. Eine Instandsetzung des Kabelbaums und der Stecker ist nur in Einzelfällen nach Reparaturanleitung des Hersteller erlaubt und Bedarf der unbedingten Befolgung dieser Anweisungen. Sollte eine Reparatur vom Hersteller nicht freigegeben sein, so muss der Kabelbaum erneuert werden.

  • Airbagkontrolle

Bei einwandfreier Funktion der pyrotechnischen Einheiten muss die Airbagkontrollleuchte beim Einschalten der Zündung aufleuchten und nach etwa vier Sekunden erlöschen. Erlischt die Leuchte nicht oder leuchtet sie während der Fahrt, liegt eine Störung vor.

 

 

Übersicht der elektrischen Bauteile

Elokomponenten Airbag

Elo-Komponenten Airbag 

Umgangsfehler mit dem Airbag

  • Der Beifahrer versucht sich abzustützen. Dabei könnte er sich an der scharfkantigen Abdeckkappe verletzen.

  • Füße werden  auf das Armaturenbrett gelegt. Wenn es kracht schleudert der Airbag dem Beifahrer die Knie ziemlich brutal ins Gesicht.

  • Der Abstand zum Lenkrad ist zu klein. Ein Abstand von 25 bis 30 cm vom
    Lenkrad-Airbag sollten es sein. Sonst könnte man bei einem Front-Crash ziemlich  hart im Gesicht und auch an der Brust getroffen werden.

  • Der Reboardeinbau des Kindersitzes kann tödlich enden. Der Airbag zielt dabei genau auf die Oberkante des Sitzes. Beim Reboardeinbau deshalb unbedingt den Beifahrerairbag abschalten!

Airbag off

Ist der Beifahrerairbag aktiv, darf kein Reboard-Kindersitz montiert sein. (Bild: Volvo)

Airbag 1 - Auslösung

Airbag 2 -   Komponenten

Airbag 3 - Weitere Airbags

Airbag 4 - Sicherheit

Airbag 5 - Szenario

Gurt


Quellen: Opel (GM Company), Bosch, VW, Audi, BMW, Ford, autoliv, Volvo, Dekra, TRW,

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Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 19.02.2015

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