Origami-Tricks für Airbags Alter Falter

Asiatische Faltkunst fasziniert Architekten und Designer schon lange. Nun wollen Ingenieure Origami nutzen, um Airbags besonders clever zusammenzufalten.

DPA/ Daimlerchrysler

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Wie packt man einen Schlafsack am besten zusammen? Man könnte ihn penibel falten und danach zusammenrollen. Doch in der Regel lohnt sich dieser Aufwand nicht. Die einfachste Lösung ist, ihn einfach so in seine Hülle zu stopfen.

Ein nur wenig intelligenteres Prinzip nutzen auch Airbag-Hersteller. Die Kunststoffsäcke stecken mehr oder weniger zusammengeknüllt im Lenkrad oder Armaturenbrett (siehe Fotostrecke). Eine gut ausgeklügelte Strategie werde beim Packen nämlich nicht genutzt, erklärt Larry Howell, Professor an der Brigham Young University in Utah (USA).

"Die Faltungen des Materials sind simpel, so wie das jeder von uns von Hand auch machen würde", erklärt er. Doch der knappe Raum werde dabei nicht besonders effizient genutzt. Zwar bestehen Airbags aus einem weichen, flexiblen Material. Doch ist dieses dicker als bei Schlafsäcken.

Airbags stecken in der Regel in einem zylinderförmigen Gehäuse. Im Fall einer schweren Kollision werden sie binnen Millisekunden zu einem Luftkissen aufgeblassen und schützen Autofahrer vor schweren Verletzungen.

Weniger Raumbedarf

Howells Team an der Brigham Young University in Provo (US-Bundesstaat Utah) hat nun mit Origami-Techniken experimentiert, um Platz sparen zu können.

Zwei verschiedene Falttechniken haben die Wissenschaftler genauer untersucht. Und sie glauben, dass ihre Ideen Airbag-Herstellern tatsächlich nützen könnten: "Unsere Faltungen sparen nicht nur Platz", sagt Howell, "sie könnten auch den Produktionsprozess vereinfachen".

Fotostrecke

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Soft Origami: Airbags clever falten

Schon in den Neunzigerjahren interessierten sich Airbag-Entwickler für Origami. Damals ging es aber weniger um die optimale Falttechnik, als um Methoden, wie man das Entfalten des Luftsacks am Computer simuliert. Solche Simulationen sind bis heute üblich - sie sparen deutlich teurere Experimente im Labor.

Soft Origami

Die Wurzeln von Origami liegen vermutlich im alten China, später wurde die Faltkunst von den Japanern verfeinert. Längst haben auch Architekten, Designer und Ingenieure sie entdeckt. Sie alle nutzen Origami, wenn sie Dinge in eine möglichst kleine Packform bringen wollen. Oder weil sie die gefaltete Flächen für die Formgebung spannend finden.

Das Anwendungsspektrum reicht von Lampenschirmen über Cabriodächer und Papphäuser bis zu Solarpanels von Raumschiffen. Das Material muss nicht unbedingt extrem dünn sein - längst gibt es Methoden, um auch dickere Platten mithilfe von Scharnieren und raffinierter geometrischer Anordnung elegant zusammenzufalten - siehe folgendes Video:

Zhong You

Die nun von den Forschern aus Utah genutzten Techniken werden Soft Origami genannt. Sie übertragen dabei vom Papier bekannte Faltungen auf dünnes, flexibles Material wie etwa Stoff oder Kunststofffolie. Wegen der Flexibilität des Materials sind aber auch noch ganz andere Falt- und Packvarianten möglich.

Besonders faszinierend ist die Flasher genannte Faltung, die grundsätzlich auch mit Papier funktioniert. Damit lässt sich beispielsweise ein quadratisches Stück Papier elegant in einem kleinen Zylinder unterbringen.

Zieht man das Papier an zwei Ecken auseinander, entfaltet es sich zu voller Größe. Umgekehrt kann man es schnell wieder zusammenschieben. Das folgende Video zeigt, wie man mit etwas Geduld eine solche Faltung selbst hinbekommt.

Die zweite von den Forschern untersuchte Falttechnik heißt invertierter Kegel. Sie klappt im Unterschied zum Flasher nur mit flexiblem Material. Jeder kennt den invertierten Kegel vom zusammenschiebbaren Regenschirm. Ausgangspunkt ist ein Kegel, dessen oberer Teil erst nach innen und dessen Spitze dann wieder nach außen gestülpt wird - siehe folgendes Foto.

Regenschirmfaltung (invertierter Kegel)
BYU

Regenschirmfaltung (invertierter Kegel)

Die Wissenschaftler packten Airbags mit beiden Origami-Varianten und untersuchten sie beim Entfalten mit Hochgeschwindigkeitskameras. Erstes Ergebnis: Beim Flasher werden im Vergleich zu einem herkömmlichen Airbag immerhin zehn Prozent Packvolumen eingespart. Die Regenschirmfaltung erwies sich als weniger effizient - sie sparte nur ein Prozent ein.

Dafür punktete der invertierte Kegel beim Entfalten, wie Howells Team im Fachblatt "Open Science" der Royal Society berichtet. Der Airbag drehte sich während des Aufblasens nur minimal. Das war beim Flasher ganz anders. Aber Rotationen müssten bei Airbags möglichst vermieden werden, berichten die Forscher, weshalb sie sich in ihren weiteren Untersuchungen auf die Regenschirmfaltung fokussierten.

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Geometrie-Puzzle: Falten ohne Papier

Von dieser testeten sie verschiedene Varianten, die trotz der gleichen Grundform wegen des flexiblen Materials möglich sind. Sie unterscheiden sich beispielsweise in der Zahl der Faltachsen - beim Regenschirm werden diese von den Speichen gebildet.

Die Regenschirmfaltung erwies sich grundsätzlich als praxistauglich, berichten die Forscher. Sie erfülle die Vorgaben. "Unsere Packvariante ist kompakter und sie passt auch besser in die runde Bauform", sagte Howell. "Wir sehen zudem die Chance, den Herstellungsprozess von Airbags zu verkürzen. Das würde die Produktionskosten senken."

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Origami: Design mit der Miura-Faltung

Der renommierte Origami-Experte Robert Lang arbeitet eng mit Howells Team zusammen. "Es geht aber nicht nur darum, Airbags kleiner zu machen", sagt der Physiker. "Auch die Energieabsorption wollen wir verbessern." Beispielsweise sollten die beim schnellen Aufblasen auftretenden Maximalkräfte verringert werden, um Verletzungen der Insassen durch den Airbag zu verhindern. "Bei Airbags ist noch einiges zu verbessern."

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