ZÁCHRANNÝ vankúš

Airbagy sú dnes bežnou výbavou automobilov. Už viac ako 60 rokov uplynulo odvtedy, ako v roku 1952 Americký patentový úrad airbag zaevidoval.1-RB-18748.jpg Bosch

Airbag, ktorý sa aj označuje skratkou ACRS (Air Cushion Restraint System; voľne preložené – vzduchový vankúšový tlmiaci systém), je jedným z mnohých príkladov takých technických riešení, ktoré sa zdajú byť na prvý pohľad veľmi jednoduché. Až ich zlyhanie dokazuje, že to tak nie je. Svedčí o tom obrovská kauza japonskej firmy Takata, ktorej airbagy boli v desiatkach typov áut rôznych svetových výrobcov. Nájdeme ich v automobiloch známych značiek Toyota, BMW, Fiat Chrysler, Ford, General Motors, Honda či Mazda. Tieto airbagy zranili viac ako sto ľudí, pričom niekoľko z nich zraneniu podľahlo. Naším cieľom nie je zaoberať sa príčinami zlyhania airbagov, ale pozrieť sa na technické riešenie tohto veľmi užitočného zariadenia.

Ako to funguje? 
Úlohou airbagov je ochrana šoféra či spolujazdcov pred následkami takých zranení, ktoré vyplývajú z nemožnosti fixácie hlavy.
Prvou časťou ACRS je elektronický senzor, snímajúci rýchlosť spomalenia auta.
Väčšinou sa nesledujú priamo zmeny rýchlosti vozidla, ale rýchlosti telieska, voľne uloženého napríklad v trubici. Druhou možnosťou je zistenie sily, ktorá toto teliesko pritláča na prednú stranu trubice. Možných riešení je však viacero. Senzor sa elektrickým obvodom spája s ďalšou časťou, ktorej úlohou je naplniť samotný nylonový nafukovací vak plynom. Vak obsahuje niekoľko malých otvorov, cez ne môže plyn po náraze auta rýchle uniknúť. To umožňuje, aby vodič po nehode mohol vozidlo rýchlo opustiť.
Elektronický systém tohto zariadenia je nastavený tak, aby sa inicioval iba pri spomaleniach auta nad hranicou bežného brzdenia. Samozrejme, ide o zjednodušený popis základného princípu ACRS. Súčasné elektronické jednotky rozhodujúce o aktivizácii zariadenia sú totiž omnoho komplikovanejšie. Neobmedzujú sa totiž len na zmenu rýchlosti auta pri čelnom náraze, ale aj pri bočných nárazoch. Preto sú súčasťou monitorovacích jednotiek gyroskopy. Zvyčajne však obsahujú tiež iné senzory.

Plnenie plynom 
Zastavme sa však pri spôsoboch, akými sa zabezpečuje plnenie nylonového vaku. Všetky riešenia musia splniť hlavnú úlohu, a tou je v prípade potreby priam bleskové naplnenie vaku v presne stanovenom okamihu. Znamená to, že naplnenie nielenže nesmie meškať, ale ani nesmie byť predčasné. Obe odchýlky by mali tragické následky. Rýchlosť plnenia vakov je skutočne impozantná: asi 10 až 30 milisekúnd, čo znamená, že celkové oneskorenie vzhľadom na začiatočný okamih nárazu je približne 70 milisekúnd.
Ďalšou podmienkou je primeraná veľkosť tlaku plynu, aby vodičovi nespôsobil zranenia. Posledná požiadavka súvisí so zdravotnými rizikami, ktoré môže spôsobovať plniaci plyn. Ide o to, aby tento plyn, prípadne ďalšie zložky vychádzajúce z airbagu, poškodzovali zdravie čo najmenej. Aj napriek názvom airbag či Air Cushion Restraint System vzduch nie je ten plyn, ktorým sa vak plní.
Vo všeobecnosti existujú dva spôsoby, ako ho naplniť. Prvou možnosťou je plniť ho zo zásobnej tlakovej nádoby. V takom prípade plniacim plynom skutočne môže byť vzduch, ale používa sa aj dusík, argón, oxid uhličitý, v minulosti tiež freón. Pri tomto spôsobe plnenia však treba zvládnuť nie celkom jednoduchú úlohu – veľmi rýchlo otvoriť dostatočne široké spojenie medzi tlakovou nádobou a vakom. Inými slovami, nestačí, ak plyn bude napĺňať vak niekoľko sekúnd, musí to ísť oveľa rýchlejšie. Preto sa táto úloha zvyčajne rieši tzv. pyrotechnickým ventilom; ten odblokuje uzáver tlakovej nádoby odpálením malej explozívnej nálože. Ventil však možno použiť len raz.

Povolené výbušniny v autách 
Druhý a v súčasnosti najrozšírenejší spôsob plnenia airbagov využíva explozívnu reakciu. Pripomeňme, že explozívnymi reakciami sa zvyčajne označuje taký typ veľmi rýchlych reakcií, pri ktorých výrazne narastá objem ich produktov (oproti objemu pred explóziou). Na príčine je skupenstvo: tuhé alebo kvapalné, pričom aspoň jeden z produktov je plynný. Zvýšenie teploty (ide o exotermické reakcie, pri ktorých sa uvoľňuje teplota) výrazne zvyšuje objem plynných produktov. Podnet k explózii na naplnenie airbagu dáva krátky elektrický impulz. Výbušnú náplň v kazetách pod volantom tvoria rôzne anorganické alebo organické látky s veľkým obsahom dusíka a či kyslíka. Môžu sa použiť samostatne alebo v kombinácii, napríklad zmes horiacej látky a látky poskytujúcej kyslík. Ďalšími zložkami môžu byť rôzne prídavné látky, ktoré buď viažu niektorý z nebezpečných produktov explozívnej reakcie, alebo nejakým spôsobom ovplyvňujú rýchlosť explózie. Priebeh explozívnej reakcie je najkritickejšou fázou celého systému ACRS. Nezávisí totiž len od chemickej povahy látok v náplni a ich chemickej stability, ale aj od ich formy, napríklad od veľkosti a tvaru ….

Pokračovanie článku si môžete prečítať v májovom vydaní časopisu Quark.
Quark si môžete aj objednať tu alebo na adrese: predplatne@quark.sk

prof. Ing. Karol Jesenák, PhD.
Prírodovedecká fakulta UK v Bratislave

Foto wikipédia, Bosch, Mercedes-Benz, Takata

Komentáre