Aus diesen Werten wiederum können die Expertinnen und Experten bestimmen, mit welcher Wahrscheinlichkeit bestimmte Verletzungen an Kopf oder Knie auftreten. »Sowohl die Crashversuche mit dem Dummy als auch die numerischen Simulationen mit dem Menschmodell führten beide zum selben Ergebnis«, erklärt Boljen. Selbst bei einer scheinbar niedrigen Geschwindigkeit von nur 10 km/h entfesselt ein Aufprall im 90°-Winkel enorme Beschleunigungen von 170 g auf den menschlichen Körper.
Das Tragen von Protektoren und eines Helms ist daher unbedingt zu empfehlen, da dadurch die Wahrscheinlichkeit für schwere Verletzungen sinkt. »Allerdings kann kein Helm die auf das Gehirn einwirkenden Belastungen grundsätzlich verhindern, lediglich bestimmte Anteile davon reduzieren. Das Risiko, Schädel-Hirn-Traumata zu erleiden, besteht strenggenommen unabhängig davon, ob der oder die Fahrerin einen Helm trägt oder nicht«, erläutert Boljen.
Forschungsbedarf bei Helmen und Protektoren
Die Forschenden fanden auch heraus, dass die in der Simulation gemessene Aufprallgeschwindigkeit des Kopfes die maximale Impaktorgeschwindigkeit von 5,4 Metern pro Sekunde überschreitet, die für die Abnahme von Fahrradhelmen durch die Prüfnorm DIN EN 1078 vorgeschrieben ist. Anders ausgedrückt: Handelsübliche Fahrradhelme und Protektoren mildern die Sturzfolgen, bieten aber keinen vollständigen Schutz beim Zusammenprall mit harten Objekten. Hier kommt die Expertise der Forschenden am Fraunhofer IWM ins Spiel. Seit mehr als 50 Jahren analysieren sie Werkstoffe und bewerten deren Eignung für bestimmte Anwendungen. Sie nutzen dabei auch Crashtests oder erproben mechanische Einwirkungen auf Materialien. Im Projekt HUMAD haben sie die Eignung und Schutzwirkung neuer Werkstoffe untersucht.
Innovative Schutzkonzepte aus der Bionik
Dr. Jörg Lienhard, verantwortlich für Leichtbau-Engineering im Geschäftsfeld Bauteilsicherheit und Leichtbau erklärt: »Protektoren nutzen oftmals Kunststoffe mit einer Wabenstruktur (Honeycomb). Unsere Tests im Labor zeigen, dass Materialien mit der sogenannten TPMS-Struktur (Triply Periodic Minimal Surface) deutlich besser vor kinetischen Einwirkungen schützen.« Die TPMS-Struktur ist erkennbar an der sich wiederholenden »luftigen« offenen Struktur. Diese Struktur ist besonders gut darin, die kinetische Energie von Schlägen über die Fläche zu verteilen. So schwächt sie den Druck auf einzelne Stellen ab. Das Konzept stammt aus der Bionik, ist also der Natur abgeschaut. Chitin-Panzer von Insekten etwa weisen eine solche Struktur auf.
Gefertigt werden könnten TPMS-Helme und -Protektoren im 3D-Druck mit allen denkbaren Materialien. Für die Herstellung von Kunststoffstrukturen eignet sich nach Einschätzung von Fraunhofer-Experte Lienhard neben dem FDM-Verfahren (Fused Deposition Modelling) für Thermoplaste und der klassischen Stereolithographie das DLP-Verfahren (Direkt Light Processing) für größere Stückzahlen besonders gut. »Ähnlich wie bei der Stereolithographie wird das Werkstück Schicht für Schicht aufgebaut. Im Gegensatz dazu arbeitet DLP jedoch mit UV-Licht, das von einem Projektor erzeugt wird und so eine ganze Schicht auf einmal aushärtet. Mehrere Schichten übereinander geben dem Werkstoff seine gewünschte Form und Struktur. Durch die Bestrahlung härtet das Material aus. An den nicht belichteten Stellen fließt das Material einfach ab und hinterlässt auf diese Weise die für TPMS-Materialien typischen Hohlräume.
Die 3D-Druck-Verfahren sind sehr flexibel und ermöglichen es, sicherheitsrelevante Komponenten oder auch Fahrzeugteile individuell für die jeweilige Anwendung und ihr typisches Gefahrenprofil herzustellen, mittels DLP nun auch in größeren Stückzahlen.
Fazit des Projekts HUMAD: E-Scooter bieten aufgrund ihres geringen Platzbedarfs und ihrer Flexibilität ein hohes Maß an umweltfreundlicher Mobilität in der Stadt. Man sollte sie jedoch ebenso vorsichtig und konzentriert steuern wie ein Auto und nach Möglichkeit immer einen Helm und Protektoren für die Knie tragen. Für die Zukunft der Mobilität in der Großstadt hoffen die Fraunhofer-Forschenden, dass Schutzausrüstung wie Helme oder Knieschützer und spezifische leichte Crashabsorber verfügbar werden, die speziell für bestimmte Fahrzeuge und Anwendungsszenarien angepasst sind.
Die Fraunhofer-Experten planen bereits die nächste Phase der Crashtests und Simulationen. Dabei sollen auch die möglichen Reflexbewegungen des Menschen bei einem Unfall und ihre Folgen für das Verletzungsrisiko einbezogen werden.
Fraunhofer-Gesellschaft
