Airbag: Kann eine „Explosion“ Leben retten?

Autor: Xue Bin

Wenn Menschen an Explosionen denken, denken sie oft an gefährliche oder sogar lebensbedrohliche Situationen. Allerdings hat jede Münze zwei Seiten. Bei richtiger Verwendung explosiver Chemikalien können diese auch der Menschheit zugute kommen. Als „lebensrettende Explosion“ wird beispielsweise der Arbeitsvorgang des Airbags in einem Auto bezeichnet.

Inspiration durch einen Autounfall

Die Effizienz und der Komfort des Autos haben die Lebensweise der Menschen verändert. Mit der zunehmenden Leistung und Geschwindigkeit der Autos und dem Ausbau der Autobahnen kommt es jedoch immer häufiger zu Verkehrsunfällen. In diesem Zusammenhang müssen die Menschen darüber nachdenken, wie sie bei einem Autounfall Personenschäden reduzieren können.

In den 1950er Jahren kam der amerikanische Ingenieur John W. Hetrick nach einem Autounfall auf die Idee, Airbags in Autos einzubauen – um die Schäden für Fahrer und Passagiere zu verringern, die durch die enorme Aufprallkraft bei einem Aufprall entstehen. Die Lösung, die er damals vorschlug, bestand darin, Druckluft als Puffermaterial zu verwenden, d. h. einen mit Druckluft gefüllten Zylinder am Auto anzubringen und bei einem Autounfall die Luft in den Airbag abzulassen, der als Polster fungiert.

Doch die Mängel dieses Airbags liegen auf der Hand: Die Druckluftflasche nimmt nicht nur Platz weg und erhöht das Gewicht des Autos, sondern birgt auch Explosionsgefahr. Noch wichtiger ist, dass die Druckluft nicht schnell abgelassen werden kann.

Gibt es Airbags, die keinen Platz beanspruchen und sich nur bei einem schweren Aufprall entfalten?

Das „etwas besser gelaunte“ Mitglied der Explosive-Familie

Nach der Erkundung richteten die Automobilingenieure ihre Aufmerksamkeit auf die Chemikalie Natriumazid (NaN3). Natriumazid ist ein Azidsalz, das aus positiv geladenen Natriumionen und negativ geladenen Azidionen besteht. Unter diesen besteht das Azidion aus drei Stickstoffatomen, die in einer Kette verbunden sind, wie ein Stapel von Menschen, daher wird es „Azid“ genannt. Azidsalze haben eines gemeinsam: Sie sind hitzig. Sie neigen dazu, bei Hitze, Stößen, starkem Licht und anderen Reizen zu explodieren und sich in Stickstoff und Metall zu verwandeln.

Natriumazid ist ein weißer kristalliner Feststoff. Es ist ein „etwas besser temperierter“ Vertreter der Azidsalze und relativ stabil. Es kann unter kontrollierten Bedingungen in metallisches Natrium und Stickstoff zerlegt werden und wurde daher als Zündstoff für Airbags ausgewählt. Laut Statistik enthält ein durchschnittliches Auto 300 Gramm Natriumazid, das 155 Liter Stickstoff freisetzen kann, genug, um die Airbags zu füllen.

Obwohl Stickstoff ein harmloses Gas ist, ist metallisches Natrium sehr reaktiv. Insbesondere bei Kontakt mit Wasser kommt es zu einer heftigen chemischen Reaktion und zur Bildung von ätzendem Natriumhydroxid, das bei den Personen im Auto zu Folgeschäden führen kann. Um dieses Problem zu lösen, fügten Ingenieure Natriumazid Kaliumnitrat und Siliziumdioxid hinzu. Das durch die explosive Zersetzung von Natriumazid entstehende metallische Natrium reagiert chemisch mit Kaliumnitrat und Siliziumdioxid und erzeugt sicheres und unschädliches Natriumsilikat und Kaliumsilikat, wodurch die Sicherheit des Airbags verbessert wird.

Darüber hinaus umfasst das Airbagsystem auch Kollisionssensoren, Steuersysteme, Zündelemente, Nylon-Airbags und andere Teile. Der gesamte Airbag ist üblicherweise gefaltet in der Lenkradverkleidung und im Armaturenbrett gegenüber dem Beifahrersitz untergebracht. Einige Fahrzeuge verfügen auch über eingebaute Airbags im Dach, in den Türen, Sitzen usw.

0,03 Sekunden, um Ihr Leben zu retten

Wie funktionieren Airbagsysteme mit Natriumazid?

Wenn es zu einem Unfall kommt, erfassen die Kollisionssensoren an der linken und rechten Seite der Fahrzeugfront den Stillstand des Fahrzeugs und senden dann ein elektrisches Signal über das Steuersystem. Nachdem das Zündelement das übertragene elektrische Signal empfangen hat, startet es das elektrische Heizprogramm und das darin enthaltene Natriumazid explodiert nach der Erhitzung innerhalb von nur 0,03 Sekunden.

Der nach der Explosion freigesetzte Stickstoff dehnt sich schnell aus, füllt den gefalteten Airbag und wirft ihn aus, wodurch Lenkrad, Armaturenbrett, Fahrer und Beifahrer blockiert werden. Darüber hinaus verfügt der Airbag über winzige Poren, die den Stickstoff im Airbag nach und nach freisetzen können, sodass er seine dämpfende Funktion voll erfüllen kann, ohne die Aktivitäten der Menschen zu beeinträchtigen.

Studien haben gezeigt, dass bei einem Autounfall die Sterblichkeitsrate des Fahrers um 29 % und die Sterblichkeitsrate der Beifahrer um 32 % gesenkt werden kann, wenn Airbags richtig eingesetzt werden. Man kann wirklich sagen: „Die Explosion rettet Leben“!

Das Airbagsystem im Auto hat viele Entwicklungsschritte durchlaufen und durch geschickte Ausnutzung heftiger chemischer Reaktionen schließlich einen wirksamen Sicherheitsschutz erreicht. Es ist ein Mikrokosmos der Vorteile, die Wissenschaft und Technologie der Menschheit gebracht haben. Wenn Sie Automobilingenieur wären, welches System würden Sie zum Schutz aller erfinden?

(Autoreneinheit: Shanghai Ocean University)

Verantwortlicher Redakteur: Hu Huiwen