AIRBAG SYSTEM - AUFBAU & FUNTKIONSWEISE

Hier finden Sie nützliches Wissen und wichtige Tipps rund um das Thema Airbag System bei Fahrzeugen.

Passive Sicherheitssysteme haben die Aufgabe,  bei einem Unfall den bestmöglichen Schutz der Passagiere zu gewährleisten. Airbags gibt es heute in den unterschiedlichsten Varianten und sie  gehören mittlerweile in allen Fahrzeugklassen zum Standard. Auf dieser Seite können Sie nachlesen, aus welchen Komponenten ein modernes Rückhaltesystem besteht und wie Airbags und Gurtstraffer im Ernstfall Autofahrer vor Verletzungen schützen. Ergänzt werden diese Informationen von wichtigen Hinweisen für die Fehlersuche an passiven Sicherheitssystemen.

Wichtiger Sicherheitshinweis
Die nachfolgenden technischen Informationen und Tipps für die Praxis wurden von HELLA erstellt, um Kfz-Werkstätten in ihrer Arbeit professionell zu unterstützen. Die hier auf dieser Webseite bereitgestellten Informationen sollen nur von einschlägig ausgebildeten Fachpersonal genutzt werden.

 

AIRBAG SYSTEM SRS: GRUNDLAGEN

In diesem Kapitel möchten wir uns mit dem Airbag-System befassen. Wir möchten die einzelnen Bauteile, deren Aufgabe, den Auslösevorgang und mögliche Schritte bei der Fehlersuche erklären. Da sich die Technik, seit der Einführung von Airbag Systemen, in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt hat, werden wir die Bauteile und Abläufe allgemein beschreiben.

 

Um genauere Angaben zu Systemen in bestimmten Fahrzeugen zu erhalten, sind in jedem Fall die Fahrzeugherstellerangaben zu beachten. Wartungs- und Diagnosearbeiten dürfen nur von geschultem, sachkundigem Personal durchgeführt werden.

 

Alle gesetzlichen Grundlagen und Richtlinien müssen dabei beachtet werden. In den 60er Jahren gab es die ersten Ideen für ein Airbag-System. Ein großes Hindernis war damals die zur Verfügung stehende Zeit, in der der Luftsack aufgeblasen werden musste. Es wurde versucht, das Problem mit Druckluft zu lösen. Diese Möglichkeit erfüllte die Anforderungen aber nicht. Anfang der 70er Jahre gelangen dann die ersten Erfolge, mit Hilfe von pyrotechnischen Treibsätzen, den Luftsack in der vorgegebenen Zeit aufzublasen.

 

Die ersten Airbag-Systeme wurden Mitte der 70er und Anfang der 80er Jahre in Fahrzeugen der Oberklasse eingesetzt. Ende der 80er Jahre wurde der Beifahrer-Airbag eingeführt, Schritt für Schritt erfolgten weitere Ausführungen wie zum Beispiel Kopf- und Seiten-Airbags. Heute zählen Airbag- Systeme in Kraftfahrzeugen zur Standardausstattung.

AIRBAG FUNKTIONSWEISE: BAUTEILE

Airbag Steuergerät

Das Steuergerät ist das Herzstück des Airbag-Systems und zentral im Fahrzeug eingebaut. In der Regel befindet es sich im Bereich des Armaturenbretts, auf dem Mitteltunnel.

 

Es erfüllt die folgenden Aufgaben:

  • Erkennung von Unfällen.
  • Zeitgerechtes Erkennen der von den Sensoren gelieferten Signale.
  • Zeitgerechtes Auslösen der erforderlichen Zündkreise.
  • Energieversorgung der Zündkreise mittels Kondensator, unabhängig von der Fahrzeugbatterie.
  • Eigendiagnose des gesamten Systems.
  • Speicherung aufgetretener Fehler im Fehlerspeicher.
  • Einschalten der Airbag-Kontrollleuchte bei Ausfall des Systems.
  • Verbindung zu anderen Steuergeräten über den CAN-Bus.

In modernen Steuergeräten werden Informationen abgespeichert, die aus diversen Crashtests gewonnen wurden. Sie ermöglichen es, einen Unfall nach einer „Crashschwere“ einzuteilen.

 

Dabei werden folgende Unterscheidungen gemacht:

  • Crashschwere 0 = leichter Unfall, es werden keine Airbags ausgelöst
  • Crashschwere 1 = mittlerer Unfall, es ist möglich, dass Airbags in der ersten Stufe ausgelöst werden
  • Crashschwere 2 = schwerer Unfall, es werden Airbags in der ersten Stufe ausgelöst
  • Crashschwere 3 = sehr schwerer Unfall, es werden Airbags in der ersten und zweiten Stufe ausgelöst

 

Neben der „Crashschwere“ werden vom Steuergerät für die Auslösestrategie noch Informationen über die Unfallrichtung (Einwirkung der Kraft), zum Beispiel 0°, 30° und die Unfallart berücksichtigt. Auch Informationen, ob die Insassen angeschnallt sind oder nicht werden mit berücksichtigt.

Crashsensoren

Die Crash- oder Beschleunigungssensoren sind je nach Airbag- System und Anzahl der vorhandenen Airbags direkt im Steuergerät oder als Satelliten in der Fahrzeugfront oder Fahrzeugseite eingebaut.

 

Frontsensoren sind immer doppelt vorhanden. Bei ihnen handelt es sich in der Regel um Sensoren, die nach dem Feder / Masse- System arbeiten. Dabei befindet sich im Sensor eine Gewichtsrolle, die mit genormten Gewichten gefüllt wird. Die Gewichtsrolle ist mit einem Bronzefederband umwickelt, deren Ende jeweils an der Gewichtsrolle und dem Sensorgehäuse befestigt ist. Dies ermöglicht der Gewichtsrolle nur eine Bewegung, wenn die Krafteinwirkung aus einer bestimmten Richtung kommt. Kommt es zu einer Krafteinwirkung, rollt die Gewichtsrolle entgegen der Bronzefederkraft aus und schließt mittels eines Kontaktes den Stromkreis zum Steuergerät. Für die Eigendiagnose befindet sich in dem Sensor zusätzlich ein hochohmiger Widerstand.

Eine weitere Aufbaumöglichkeit für Bewegungssensoren ist die Verwendung einer Siliziummasse. Kommt es zu einer Krafteinwirkung, wird die Siliziummasse im Sensor bewegt. Durch die Art der Aufhängung der Masse im Sensor, kommt es zu einer elektrischen Kapazitätsänderung, die als Information für das Steuergerät dient.

 

Aufgrund ihrer schnellen Erfassungsmöglichkeit werden diese Sensoren eingesetzt, um bei Seitenunfällen möglichst schnell Informationen an das Steuergerät zu liefern.

 

Es kommen auch Drucksensoren zum Einsatz. Diese werden in die Türen eingebaut und reagieren auf die Druckänderung innerhalb der Türen bei einem Unfall. Bei Fahrzeugen, bei denen diese Drucksensoren verwendet werden, ist es sehr wichtig, dass die Türabdichtungsfolien nach einer Demontage wieder ordnungsgemäß eingebaut werden. Kommt es aufgrund einer falsch montierten Türabdichtungsfolie zu einem Druckverlust während eines Unfalles, kann die Funktion der Drucksensoren beeinträchtigt werden.

 

Bei der Montage der Crashsensoren ist immer die Einbaurichtung, die durch einen Pfeil auf dem Sensor angezeigt wird, zu beachten. Die Auslöseschwelle liegt bei einer Beschleunigung von ca. 3 – 5 g. Aus Sicherheitsgründen, um ein ungewolltes Auslösen zu vermeiden, müssen immer zwei, von einander unabhängig arbeitende Sensoren, die Information zum Auslösen des /der Airbags senden. Als Sicherheitssensor dient der Safing-Sensor.

Safing-Sicherheitssensor

Der Safing-Sensor hat die Aufgabe ein unbeabsichtigtes Auslösen der Airbags zu vermeiden.

 

Er ist mit den Frontsensoren in Reihe geschaltet. Der Safing-Sensor ist in das Airbag-Steuergerät integriert. Er besteht aus einem Reed-Kontakt in einem harzgefüllten Rohr und einem ringförmigen Magneten. Der geöffnete Reed-Kontakt befindet sich in einem harzgefüllten Rohr, über das der ringförmige Magnet gestülpt ist. Der Magnet wird durch eine Feder am Ende des Gehäuses gehalten. Kommt es zu einer Krafteinwirkung, rutscht der Magnet entgegen der Federkraft über das harzgefüllte Rohr und schließt den Reed-Kontakt. Damit ist der Kontakt zum Zünden der Airbags geschlossen.

AUFBAU EINES AIRBAGS: AUFBAU

Der Lenkrad-Airbag besteht aus einem Luftsack, der ein Volumen von ca. 67 l hat, dem Luftsackhalter, dem Generator auf dem Generatorträger und der Airbag-Abdeckung (Lenkradabdeckung). Im Falle eines Unfalls, wird vom Steuergerät der Generator gezündet. Dabei wird durch einen Zündstrom ein dünner Draht erhitzt, der die Zündpille zündet.

 

Im weiteren Verlauf kommt es nicht zu einer Explosion, sondern zu einem Abbrand der Treibladung. Diese Treibladung besteht aus Natriumazid. Das während des Abbrandes entstehende Gas expandiert und reagiert mit dem Oxidator (Mittel das Sauerstoff abgibt, zum Beispiel Kupfer- oder Eisenoxid) zu fast reinem Stickstoff, der den Luftsack füllt. Aufgrund der Giftigkeit von Natriumazid werden auch andere, azidfreie, Festbrennstoffe als Treibladung eingesetzt. Diese reagieren nicht nur zu Stickstoff, sondern auch zu Kohlendioxid (ca. 20 %) und Wasserdampf (ca. 25 %). Das Treibmittel befindet sich in der Regel in Tablettenform, luftdicht verpackt im Brennraum.

Welches Treibmittel verwendet wird hängt davon ab, wie groß der Luftsack ist und wie hoch die Öffnungsgeschwindigkeit sein muss. Durch die chemische Reaktion nach der Zündung, entstehen im Brennraum Temperaturen von 700°C. Das entstehende Gas strömt mit ca. 120 bar Druck durch ein Filtersieb. Dabei erfolgt eine Abkühlung, damit am Austritt die Temperatur unter 80°C liegt, um eine Gefährdung der Fahrzeuginsassen zu vermeiden. Die Geräuschentwicklung ist ähnlich der eines Gewehrschusses. Es dauert ca. 30 ms, bis der Luftsack komplett gefüllt ist. Bei neueren Systemen kommen zweistufige Gasgeneratoren zum Einsatz. Das Steuergerät zündet, abhängig von der schwere des Unfalls, nacheinander die beiden Zündpillen. Je kürzer der Abstand zwischen den Zündungen ist, je schneller füllt sich der Luftsack. Es werden in jedem Fall immer beide Gasgeneratoren gezündet, um die Fahrzeuginsassen sicher aus dem Unfallfahrzeug zu bergen.

 

Bei dem Beifahrer- oder Seiten-Airbag werden Hybridgeneratoren eingesetzt. Bei dieser Art von Generatoren, wird neben dem Gas vom Abbrand, auch eine zweite Gasquelle eingesetzt. In einem Druckbehälter befinden sich eine Gasmischung aus 96 % Argon und 4 % Helium mit einem Druck von ca. 220 bar. Der Druckbehälter ist durch eine Membran verschlossen. Im Auslösefall wird durch die Treibladung ein Kolben bewegt, der die Membran durchschlägt und somit ein Ausströmen des Gases ermöglicht. Das beim Abbrand entstehende Gas vermischt sich mit dem Gas im Druckbehälter, wodurch die Austrittstemperatur bei ca. 56°C liegt. Das Volumen des Beifahrer-Airbags beträgt ca. 140 l und ist in ca. 35 ms komplett gefüllt.

Bei den Seiten-Airbags (Thorax-Bag) ist der Ablauf ähnlich, jedoch ist aufgrund der fehlenden Deformationswege (Knautschzone) ein viel schnelleres Zünden der Gasgeneratoren und Füllen der Luftsäcke erforderlich. Bei einem seitlichen Unfall, mit einer Geschwindigkeit von etwa 50 km/h, muss nach ca. 7 ms ein Zünden der Generatoren erfolgen und nach 22 ms muss der Luftsack komplett gefüllt sein. Die Seiten-Airbags sind in der Türverkleidung oder der Sitzlehne eingebaut. Bei den Kopf-Airbags unterscheidet man zwischen der Inflatable Tubular Structure und dem Inflatable Curtain. Der „Inflatable Tubular Structure“ war die erste Form des Kopf-Airbags. Er sah aus wie eine „Wurst“, die sich aus dem Dachhimmel über den vorderen Türen entfaltet. Der „Inflatable Curtain“ erstreckt sich über die gesamte obere Fahrzeugseite. Eingebaut wird er im Dachrahmen, oberhalb der Fahrzeugtüren.

Luftsack

Der Luftsack besteht aus einem sehr strapazierfähigen, alterungsbeständigen Polyamidgewebe. Dies besitzt einen niedrigen Reibungskoeffizienten für ein leichtes Entfalten und den schonenden Kontakt mit der Haut. Zum Schutz des Luftsacks und um ein „Verkleben“ zu verhindern, wird er mit einem Talkum eingepudert, das während des Auslösens als weiße Wolke erkennbar ist. Im Innern befinden sich Fangbänder, die den Luftsack beim Aufblasen in seiner gewünschten Form halten. Auf der Rückseite befinden sich Ausströmöffnungen, durch die das Gas entweichen kann.

 

Es gibt 2 unterschiedliche Faltungsarten des Luftsacks: Die Standardfaltung und die Sternfaltung. Die Sternfaltung hat eine geringere Ausdehnung zum Fahrer und ist von Vorteil, wenn die Fahrzeuginsassen nicht in der richtigen Sitzposition (Out of Position) sitzen.

Wickelfeder

Die Wickelfeder stellt die Verbindung zwischen der starren Lenksäule und dem beweglichen Lenkrad her. Sie ermöglicht es auch, während der Drehbewegung des Lenkrades, die Verbindung zwischen dem Airbag-Steuergerät und dem Gasgenerator sicher zu stellen. Die Leiterfolie ist so gewickelt, dass sie der Drehbewegung jeweils 2,5 Umdrehungen in jede Richtung folgen kann.

 

Besondere Vorsicht ist beim Aus- und Einbau der Wickelfeder geboten. Es muss sichergestellt sein, dass sich die Lenkung in der Mittelstellung und die Räder in Geradeausstellung befinden. Die ausgebaute Wickelfeder darf nicht verdreht werden.

Sitzbelegungserkennung

Um den Einsatz der Airbags genauer steuern zu können und um ein unnötiges Auslösen zu vermeiden, wird eine Sitzbelegungserkennung eingesetzt. Die Sitzbelegungserkennung kann auf unterschiedliche Art erfolgen. Es werden Sensormatten verwendet, die aus Drucksensoren und einer Auswertelektronik bestehen. Die Sensormatten können nur im Beifahrersitz oder bei modernsten Systemen auch im Fahrersitz und in den Fondsitzen integriert sein. Möglich ist auch die Verwendung von Infrarot- und Ultraschallsensoren. Diese werden im Bereich der Innenleuchte / des Rückspiegels eingebaut und überwachen sowohl die Sitzbelegung als auch die Sitzposition des Beifahrers. So wird auch eine ungünstige Sitzposition „Out-of-Position“ erkannt.

 

Die Informationen der Sitzbelegungserkennung haben Einfluss auf die Airbag Auslösung, das Auslösen der Gurtstraffer und aktiven Kopfstützen. Sind einzelne Sitzplätze nicht belegt, wird dieses vom Airbag-System erkannt und die dazu gehörigen Schutzsysteme während eines Unfalles nicht aktiviert.

Airbag Verkabelung

Zur besseren Kenntlichmachung von Airbag-Kabeln und Steckern, sind die Stecker leuchtend gelb.

 

Innerhalb der Stecker befindet sich eine Kurzschlussbrücke, die verhindert, dass es bei Arbeiten am Airbag-System zu einer ungewollten Auslösung kommt. Dies kann zum Beispiel durch statische Aufladung passieren.

 

Bei der Kurzschlussbrücke handelt es sich um einen Kontakt, der beim Trennen der Steckverbindung, die beiden Kontakte innerhalb des Steckers verbindet und so evtl. vorhandene Potenziale abbaut.

Gurtstraffer

Der Gurtstraffer hat die Aufgabe, im Falle eines Unfalls die „Gurtlose“ zu beseitigen. Diese Gurtlose entsteht durch weite, luftige Kleidung oder eine „lockere“ Sitzposition. Der Gurtstraffer kann in das Gurtschloss oder die Gurtrolle integriert sein. Ist der Gurtstraffer in das Gurtschloss eingebaut, besteht er beispielsweise aus folgenden Bauteilen: Strammrohr, Seil, Kolben, Gasgenerator und Zündpille. Im Falle eines Unfalls, wird der Gasgenerator wie im Airbag gezündet. Das Gas breitet sich aus und verschiebt den Kolben im Strammrohr. Durch die Seilverbindung zwischen Kolben und Gurtschloss, wird das Gurtschloss nach unten gezogen und somit die Gurtlose aus dem Gurtsystem. Wenn der Gurtstraffer in die Gurtrolle integriert ist, wird die Gurtlose mittels einer Aufrollmechanik beseitigt.

 

Dabei wird im Auslösefall wieder ein Generator gezündet, der eine Reihe von Kugeln in Bewegung setzt. Die Kugeln drehen eine Haspel, die mit der Gurtrolle verbunden ist. Durch die Drehbewegung wird der Gurt einen genau definierten Weg aufgerollt. Die Kugeln fallen im Anschluss in einen dafür vorgesehenen Behälter, um keinen Schaden anzurichten.

 

Eine weitere Möglichkeit ist das „Wankelmotor-Prinzip“. Dabei wird im Auslösefall, durch die Treibladung, ein Kreiskolben angetrieben, der durch die Drehbewegung die Gurtlose beseitigt. Um die Brustbelastung im Falle eines Unfalles herab zu setzen, wird in den Fahrer- und Beifahrergurt ein Gurtkraftbegrenzer installiert.

Gurtkraftbegrenzer

Die Gurtkraftbegrenzer sind adaptive Gurtautomaten, bei denen mit Hilfe eines Gasgenerators, wie im Airbag, eine Umschaltung zwischen einem hohen und niedrigen Kraftniveau erfolgt.

 

Durch die optimale Abstimmung, zwischen Gurtstraffer und Airbag, wird die kinetische Energie der Fahrzeuginsassen langsam über die gesamte Unfalldauer abgebaut und die Belastungen reduziert.

Batterieabschaltung

Um die Gefahr von Kurzschlüssen und daraus entstehenden Fahrzeugbränden zu vermeiden, wird während eines Unfalles die Batterie vom Bordnetz getrennt.

 

Dies erfolgt mittels eines Trennrelais oder mit einem Gasgenerator. Das Signal zur Batterietrennung kommt vom Airbagsteuergerät. Der Gasgenerator funktioniert dabei ähnlich dem Gurtstraffer. Durch die Auslösung wird innerhalb der Anschlussklemme die Verbindung zwischen Batterie und Anschlusskabel getrennt.

PRÜF- UND DIAGNOSEARBEITEN AM AIRBAG SYSTEM: FEHLERSUCHE

Grundsätzlich ist zu beachten, dass Arbeiten am Airbag-System nur durch sach- und fachkundiges Personal durchgeführt werden dürfen.

 

Dabei sind alle gesetzlichen und herstellerspezifischen Vorschriften zu beachten. Gleiches gilt bei der Entsorgung von ausgelösten oder alten Airbags. Es empfiehlt sich, möglichst alle Mitarbeiter der Werkstatt zu schulen, denn viele Arbeiten, die nicht unbedingt unmittelbar mit dem Airbag in Verbindung stehen, machen es erforderlich, den Airbag oder Gurtstraffer auszubauen. Zum Beispiel bei Arbeiten am Kombiinstrument.

 

Wie auch bei der Diagnose und Fehlersuche in anderen Systemen, sollte auch hier mit einer Sichtprüfung begonnen werden. Hierbei sollten alle sichtbaren Bauteile des Airbag-Systems auf Beschädigungen und richtige Verbindung der Steckkontakte geprüft werden. Eine häufig auftretende Fehlerursache ist eine schlechte Steckverbindung zu den Gurtstraffern oder Seiten-Airbags, im Bereich der Vordersitze. Durch das Vor- und Zurückbewegen der Sitze, lockern sich die Steckverbindungen und es kommt zu Übergangswiderständen. Aber auch die Wickelfeder ist ein Fehlerschwerpunkt. Durch ihre Beanspruchung bei jeder Lenkbewegung kommt es auch hier zu Ausfällen. In jedem Fall ist ein geeignetes Diagnosegerät erforderlich. Wenn durch die Sichtprüfung eine fehlerhafte Steckverbindung festgestellt wird, muss mit dem Diagnosegerät der Fehlerspeicher gelöscht werden.

Sind durch die Sichtprüfung keine Mängel feststellbar, sollte mit dem Diagnosegerät der Fehlerspeicher ausgelesen werden. Fehler, die im System aufgetreten sind, werden in der Regel durch die Eigendiagnose erkannt und im Fehlerspeicher abgelegt. Ist im Fehlerspeicher einer der folgenden Fehler, Signal fehlerhaft, Signal zu klein / zu groß abgelegt, ist eine mögliche Fehlerursache zum Beispiel ein defektes Kabel. In diesem Fall können mit einem Multimeter die Kabelverbindungen, zwischen den Sensoren und dem Steuergerät, auf Durchgang und Masseschluss geprüft werden. Zur Lokalisierung der Sensoren und Steckverbindungen sowie der Pinbelegung am Steuergerät, sind herstellerspezifische Informationen und Schaltpläne erforderlich. Grundsätzlich ist dabei zu beachten, dass die Fahrzeugbatterie abgeklemmt und die Sensoren und das Steuergerät vom Kabelbaum getrennt werden. Zum Anschluss der Prüfleitungen an die Stecker, sollten keine „selbstgebauten“ Prüfadapter (aufgebogene Büroklammer) verwendet werden. Diese können die empfindlichen Steckkontakte beschädigen und es werden unter Umständen unbemerkt neue Fehler eingebaut. Sinnvoller ist es, spezielle Prüfspitzen, die in die Steckkontakte passen und bei denen sichergestellt ist, dass ein richtiger Kontakt hergestellt ist, zu verwenden.