Historie (II): Die Entwicklung der Testverfahren: Korkenzieher-Rampe und Raketen-Schub

30.11.2016
Sindelfingen

Am 10. September 1959 findet der erste Crashtest in der Geschichte von Mercedes-Benz statt. Ein Versuchswagen wird frontal gegen ein festes Hindernis gesteuert. Damit tritt die Sicherheitsforschung der Marke in eine neue Ära ein. In den folgenden Jahrzehnten setzt Mercedes-Benz bei den Testverfahren und Testeinrichtungen immer wieder Standards – bis heute.

Die intensivere Auseinandersetzung mit der Unfallsicherheit von Fahrzeugen beginnt bei Mercedes-Benz schon mehr als 20 Jahre vor dem ersten Crashversuch: In den 1930er Jahren führen die Mercedes-Benz Ingenieure erste Fahrzeugversuche durch. Diese dienen jedoch noch nicht der Forschung zur Passiven Sicherheit, sondern sollen störende Schüttelschwingungen beheben.

Ein entscheidendes Datum für die Sicherheitsgeschichte der Stuttgarter Marke ist 1939, als die Daimler-Benz AG den Ingenieur Béla Barényi einstellt. Seine Entwicklungen werden maßgeblich sein für die Passive Sicherheit des modernen Personenwagens. Barényi und seine Kollegen entwickeln in den 1950er Jahren die Sicherheitskarosserie, deren Knautschzonen durch gezielte Verformung die kinetische Energie eines Unfalls abbauen, bis zur Serienreife. In dieser Zeit herrscht noch immer die Meinung vor, dass eine möglichst hohe Steifigkeit der Karosserie die größte Insassensicherheit bietet. Die neuen Crashversuche ab 1959 zeigen, dass solche Karosserien zwar Unfälle gut überstehen, die dabei freiwerdende Bewegungsenergie aber an die Insassen abgeben, was bei diesen zu schweren Verletzungen führt. Knautschzonen können hingegen dabei helfen, die Energie, die bei einem Unfall auf die Insassen einwirkt, erheblich zu vermindern.

Erste Komponentenversuche und Unfallsimulationen

Die Baureihe W 111 profitiert von den ersten Versuchen der Ingenieure zur Fahrzeugsicherheit. Zwar gibt es noch keine Crashtests im engeren Sinn, aber seit den Jahren 1956 und 1957 erproben die unternehmenseigenen Forscher bereits einzelne Fahrzeugkomponenten auf ihr Verhalten bei Unfällen. Die Aufnahme dieser Versuche stellt eine wichtige Zäsur dar in der Sicherheitsforschung der Stuttgarter Marke. Denn zuvor bekommen sie Informationen über die Passive Fahrzeugsicherheit lediglich durch die Begutachtung von Unfallfahrzeugen.

Im Vordergrund der Komponentenerprobung stehen zunächst Teile des Fahrzeuginnenraums. Dabei können die Ingenieure unter anderem auch auf bestehende Methoden aus der Glasindustrie zurückgreifen. Denn zur Untersuchung von Sicherheitsglas ist schon in den Vorjahren ein Simulator entwickelt worden, der den Aufprall eines menschlichen Kopfes auf die Frontscheibe nachahmt.

Ähnlich ist der Apparat aufgebaut, mit dem Mercedes-Benz zum Beispiel die Polsterung von Armaturenbrettern testet: Eine rund fünf Kilogramm schwere Holzkugel prallt durch die Kraft einer Feder auf das zu untersuchende Bauteil. Ein Messschreiber registriert dabei die Verzögerung des Kunstkopfes durch das Polster. Nach und nach untersuchen die Ingenieure die verschiedenen Teile des Fahrzeuginnenraums mit dem Schlagkopf. Dabei erweisen sich nicht nur hervorstehende Komponenten als gefährlich, sondern auch Holzverkleidungen, die zum Splittern neigen. Weil die Kunden gerade in Oberklassemodellen aber nach Echtholz als Material der Innenausstattung verlangen, entwickelt Mercedes-Benz ein mehrschichtiges Verbundmaterial, in dem das Holz durch Aluminiumeinlagen vor dem Splittern geschützt wird.

Insbesondere die Entwicklung des Sicherheitsgurtes verlangt Ende der 1950er Jahre nach einem zuverlässigen Testverfahren für dieses im Automobil neue Rückhaltesystem. So entsteht 1959 ein Versuchsschlitten, der zunächst pendelnd aufgehängt gegen ein festes Hindernis beschleunigt wird. Aus diesem ersten Modell entsteht der horizontal auf Schienen fahrende Versuchsschlitten, der von Stahlfedern beschleunigt wird. Als Versuchsperson dient ein in den Vereinigten Staaten gekaufter Dummy. Diese frühe Versuchspuppe, die gleichzeitig auch bei den ersten Crashtests eingesetzt wird, erhält von ihren Betreuern den Namen Oskar.

Neben dem Sicherheitsgurt werden im Unfallsimulator auch gepolsterte Lenkradpralltöpfe und ähnliche Bauteile erprobt. Aus den Schlitten der ersten Generation entsteht bereits Mitte der 1960er Jahre ein neuer Aufprallwagen, auf dem bei Bedarf auch die komplette Karosserie eines Personenwagens für Belastungsversuche montiert werden kann.

Crashtests als Königsdisziplin der Unfallversuche

Einen Unfall so umfassend wie nur möglich zu simulieren, das ist Ende der 1950er Jahre das Ziel aller Entwicklungen der Unfallforscher bei Mercedes-Benz. Daher führt kein Weg am aufwändigen, schwierig zu steuernden und teuren Crashtest vorbei. Bei diesem Testverfahren wird ein komplettes Fahrzeug einer gezielten Kollision ausgesetzt und entsprechend verformt. Die Rolle der Insassen spielen dabei die Dummys.

Beim ersten Crashtest von Mercedes-Benz im Jahr 1959 wird ein Versuchswagen frontal gegen eine feste Barriere aus alten Presswerkzeugen beschleunigt, die für den Schrott bestimmt sind. Nach dieser Premiere legen die Ingenieure eine Pause ein, um das neue Verfahren bewerten zu können. Von März bis April 1960 folgen dann an drei Versuchstagen weitere Crashtests. Dabei werden auch komplette Unfälle simuliert – so zum Beispiel der Zusammenstoß eines Fahrzeugs der Baureihe W 111 in die Seite einer Limousine vom gleichen Typ. Außerdem finden wieder Frontalcrashs statt und erstmals auch Überschlagsversuche.

Vorbereitende Versuche mit älteren Wagen führen zur Konstruktion einer Rampe, die den Testwagen in der Luft um die Längsachse rotieren und auf dem Dach landen lässt. So messen die Sicherheitsfachleute die Reaktion der Karosserie auf einen Überschlagunfall.

Tests und technische Entwicklung

Die Crashtests von Mercedes-Benz führen von 1959 an nicht nur zu einer Weiterentwicklung der Fahrzeugsicherheit. Auch die für jene spektakulären Unfallversuche eingesetzte Technik wird kontinuierlich verbessert. So dient zunächst eine Schleppanlage zur Beschleunigung der Testwagen, weil diese nicht mit eigener Motorkraft beschleunigt werden können. Die Schlepptechnik borgen sich die Ingenieure von den Segelfliegern der Technischen Hochschule Stuttgart aus, die die Anlage zum Flugzeugstart einsetzen. Bei Mercedes-Benz lässt der Schlepplift nun fabrikneue Limousinen abheben, wenn die für einen Überschlag vorgesehenen Testwagen mit einer Geschwindigkeit von 75 bis 80 km/h auf die so genannte Korkenzieher-Rampe rollen.

Doch ideal ist die Beschleunigung der Versuchswagen mit der Schleppanlage nicht. Auch der Geradeauslauf der Testfahrzeuge lässt zu wünschen übrig: Manchmal rollt das für den Crash vorgesehene Auto an der Barriere oder der Rampe vorbei. Dann muss die Werksfeuerwehr anrücken, um das Fahrzeug zu bergen. Denn getestet wird in den ersten Jahren auf einem freien Platz, der zum Werksgelände Sindelfingen gehört. Neben diesem Platz fließt ein Bach mit Namen Schwippe, in dem während der Pionierjahre immer wieder Fahrzeuge landen.

Ernst Fiala schafft 1962 Abhilfe: Für die Unfallexperimente der Mannschaft um Karl Wilfert baut er eine Heißwasserrakete, die nun die Fahrzeuge ohne Schleppleine antreibt. Entscheidende Hinweise für die Konstruktion erhält Fiala vom Institut für Physik der Strahlantriebe am Flughafen Stuttgart. Das auf einem einachsigen Anhänger montierte Gerät wird hinter dem Versuchswagen angebracht und besteht aus einem Druckbehälter, einem schnell öffnenden Ventil und einer Ausströmdüse. Um Schub zu erzeugen, wird vor dem Experiment der zu etwa 75 Prozent mit Wasser gefüllte Behälter beheizt, bis die Temperatur des Wassers circa 260 Grad Celsius erreicht hat. Der dabei entstehende Überdruck treibt nach dem Öffnen des Ventils Automobil und Rakete an und kann das Ensemble auf mehr als 100 km/h beschleunigen.

Mit der Einführung der Heißwasserrakete 1962 verbessert sich auch die Strecke: Eine Stahlbetonplatte wird als Fahrbahn gebaut, die Führung der Testfahrzeuge und des Antriebs geschieht nun durch eine Eisenbahnschiene, außerdem gibt es einen Fangzaun zum Bach hin. Die deutliche Aufwertung der Strecke ist nicht nur für die werkseigenen Versuche wichtig. Denn Mercedes-Benz führt von 1962 bis 1967 im Auftrag des Landes Baden-Württemberg auch Leitplankenversuche aus, bei denen neue Leitplankentypen getestet werden. 1964 wird die Strecke außerdem von bisher 65 Meter auf nun 90 Meter verlängert, um auch schwere Personenwagen wie den Typ 600 der Baureihe W 100 einem Crashtest unterziehen zu können.

Von Dummys und Daten

Der große Vorteil eines Crashtests, im Gegensatz zur Auswertung von Unfallautos, liegt in der Möglichkeit, den tatsächlichen Ablauf der Kollision in allen Details zu erfassen. Die dazu notwendige Analysetechnik ist in den Jahren vor 1959 entwickelt worden. Zu ihr gehören Beschleunigungssensoren in den Dummys und im Testwagen selbst, aber auch die Hochgeschwindigkeitsfilme, um Aufnahmen zwecks Analyse der Kollision in extremer Zeitlupe wiedergeben zu können.

Der Einsatz von neuartigen Simulationspuppen sorgt für besonders aussagekräftige Ergebnisse. Denn diese mit Messdosen für Beschleunigungswerte ausgestatteten Dummys, die seit 1952 in der Flugzeugindustrie in den Vereinigten Staaten eingesetzt werden, liefern erstmals reproduzierbare Daten über die Belastungen, die der menschliche Körper bei einem Autounfall aushalten muss.

Oskar, der Dummy vom Typ VIP des Herstellers Alderson Research, bleibt während der ersten Crashtests in Sindelfingen zunächst die einzige Versuchspuppe. Um Beifahrer zu simulieren, werden vielmehr Sandsäcke und Schaufensterpuppen verwendet. Auch als später weitere und modernere Testpuppen angeschafft werden (1972 sind insgesamt acht Stück im Einsatz), leistet Oskar noch wertvolle Dienste. Insgesamt drei Jahrzehnte lang wird diese erste Versuchspuppe in der Sicherheitsforschung der Stuttgarter Marke eingesetzt.

Schnell differenzieren sich allerdings die Maße und Messmethoden der Dummys gegenüber dem Typ VIP: In den 1960er Jahren entstehen Puppen, deren Körperproportionen dem Durchschnitt typischer Männer, Frauen und Kinder entsprechen. Auch die Messgenauigkeit für bestimmte Versuchsanordnungen wird immer wieder verbessert – dazu zählt neben den Passagier-Dummys auch eine Testpuppe für Unfallsimulationen mit Fußgängern. Außerdem werden Dummys entwickelt, mit denen bestimmte Unfallszenarien besonders genau gemessen werden können.

1971-1973: Neubau des Unfallversuchszentrums

Die steigende Zahl der Crashtests und der höhere Anspruch an die Ergebnisse solcher Versuche machen bereits Ende der 1960er Jahre die eingeschränkten Kapazitäten und Möglichkeiten der alten Teststrecke in Sindelfingen deutlich. So wird von 1971 bis 1973 ein neues Unfallversuchszentrum in Sindelfingen gebaut. Zunächst installieren die Sicherheitsforscher einen Bendix-Schlitten für die Unfallsimulation. Dann wird 1972 der Bau einer neuen Crashanlage begonnen. Auf ihr sollen Frontal- und Seitenkollisionen sowie Überschläge möglich sein.

Als Antrieb der Versuchswagen auf der 65 Meter langen Teststrecke entscheiden sich die Ingenieure für einen Linearmotor mit 53.000 Newton Schubkraft. Das Aggregat beschleunigt die Autos auf der ersten Hälfte der Bahn auf die Zielgeschwindigkeit, regelt auf der verbleibenden Strecke das Tempo auf den gewünschten Wert ein und koppelt rechtzeitig vor der Kollision aus. In der einen Richtung der Strecke prallen die Testwagen planmäßig gegen eine 1.000 Tonnen schwere Barriere, die auf einer sensiblen Kraftmessplatte ruht. In der anderen Richtung geht es zu Überschlagsversuchen. Gezielte Zusammenstöße mit anderen Fahrzeugen werden aber weiterhin auf einem Freigelände ausgeführt.

Von der starren Barriere zum modernen Offset-Crash

Ein Ziel der Unfallversuche von Mercedes-Benz ist es von Anfang an, möglichst realistische Ergebnisse zu erhalten. So wird die volle Frontalkollision gegen eine starre Barriere aus Schrott oder Beton zunehmend durch den versetzten Aufprall ersetzt. Die Forschungen am versetzten Zusammenstoß beginnen 1975.

Ein solcher Offset-Frontalaufprall wird 1992 zum ersten Mal bei Mercedes-Benz gegen eine deformierbare Barriere durchgeführt, um die Ergebnisse noch besser mit dem Verhalten des Fahrzeugs bei einem realen Unfall vergleichen zu können. Für europäische Autotests wird später eine deformierbare Barriere entwickelt, deren Aufbau die Versuchsergebnisse aus dem Sindelfinger Sicherheitszentrum entscheidend beeinflusst. Nach der Einführung des Stufenbarrierentests ist dieses neue europäische Prüfverfahren ein weiterer großer Schritt in Richtung realitätsnaher Unfallerprobung. 1993 wird der Offset-Crash gegen eine verformbare Barriere aus Metallwaben mit 50 Prozent Überdeckung und 60 km/h zum neuen Mercedes-Benz Standard.

Als 1997 das Mercedes-Benz Technologie-Center (MTC) eröffnet wird (Grundsteinlegung ist 1995), wird die Crash-Anlage in Sindelfingen auf den aktuellen Stand der Technik gebracht. Die Beschleunigungsstrecke wächst nun auf 95 Meter an, damit sind sämtliche Crashtest-Varianten in der Halle möglich. Das betrifft insbesondere den Offset-Crash, der in der Realität deutlich häufiger vorkommt als die frontale Kollision eines Fahrzeugs. Aber auch Frontalversuche mit zwei Fahrzeugen sind nun im Trockenen möglich, weil zudem der Linearmotor durch eine Seilzuganlage ersetzt wird. Die Aufzeichnung der Versuche erfolgt nicht mehr durch eine Hochgeschwindigkeits-Filmkamera, sondern nun speichert Videotechnik den Verlauf des Unfalls. Die sehr hohe Frequenz der Bildfolge ist gleich geblieben, so lassen sich die Unfallversuche detailliert in extremer Zeitlupe auswerten. Beim Umbau ist die Erweiterung der Anlage auch überdacht worden, nun können Versuche komplett unabhängig vom Wetter stattfinden.

 

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