Kopfstützen-Systeme zum Schutz vor HWS-Syndromen

Jahr für Jahr erleiden europaweit mehr als 1 Million Autofahrer bei Auffahrunfällen mit niedriger Geschwindigkeit Verletzungen der Halswirbelsäule. Dieses sogenannte Halswirbelsäulen-Syndrom (HWS-Syndrom) oder Schleudertrauma verursacht nicht nur individuelle Schmerzen und eine langwierige Genesungsphase, sondern auch immense Kosten. Experten schätzen, dass die medizinische Behandlung verkehrsunfallbedingter HWS-Syndrome in Europa jährlich bis zu 10 Milliarden Euro und in Deutschland weit mehr als 600 Millionen Euro verschlingt. Johnson Controls hat frühzeitig mit der Entwicklung von Kopfstützen-Systemen begonnen, die Verletzungen der Halswirbelsäule vermeiden oder die Folgen eines Heckaufpralls in diesem Punkt mildern. Das in den Bereichen automobile Innenausstattung und Elektronik weltweit agierende Unternehmen ist dadurch heute der einzige Zulieferer, der der Automobilindustrie unter dem Namen riACT zwei Lösungen für Aktiv-Kopfstützen anbieten kann.

Wie kommt es zum Schleudertrauma oder HWS-Syndrom?

"Das Halswirbelsäulen-Syndrom ist eine typische Folge von Auffahrunfällen bei niedrigen Geschwindigkeiten bis zu etwa 30 km/h. Diese Unfallart macht europaweit bis zu 50% aller polizeilich erfassten Unfälle aus", erklärt Dr. Alexander Hasler, Sales Director Foam bei Johnson Controls Automotive Experience in Burscheid und unter anderem verantwortlich für den Vertrieb der riACT-Kopfstützen. "Zum Schleudertrauma oder HWS-Syndrom kann es kommen, wenn ein stehendes oder langsam fahrendes Fahrzeug bei einem Heckaufprall abrupt nach vorn beschleunigt wird. Der Körper vollzieht diese Bewegung mit, der Kopf aber aufgrund der Massenträgheit nicht", erläutert der promovierte Mediziner und Biomechaniker die physikalischen Zusammenhänge.

Richtige Einstellung von Sitz und Kopfstütze mindert das Risiko

Grund hierfür ist die mangelnde Abstützung des Kopfes, ein Umstand, der mehrere Gründe hat, wie etwa die eingeschränkte Verstellmöglichkeit von konventionellen Kopfstützen. "Viele Systeme erlauben es nicht, das Kissen so nah an den Hinterkopf zu bringen, dass dieser bei einem Heckaufprall keine ruckartige, kritische Rückwärtsbewegung vollziehen kann. Maximal 4 cm darf der Abstand betragen", sagt Dr. Alexander Hasler. Er betont aber auch, dass eine Vielzahl von Autofahrern selbst dann einen zu großen Abstand zwischen Kopf und Kopfstütze einstellt, wenn die Konstruktion des Sitzes und der Kopfstütze einen geringeren Abstand durchaus zuließe. "Hier spielen Komfortgründe eine große Rolle. Der direkte Kontakt wird von vielen Menschen als unangenehm empfunden, weil er die Bewegungsfreiheit einschränkt." Darüber hinaus sei es wichtig, dass der Kopf nicht über die Oberkante der Kopfstütze hinausragt und dass die Sitzlehne möglichst wenig geneigt ist, gibt Hasler weitere Tipps zur optimalen Kopfstützen-Einstellung.

Peitschenhiebbewegung überbeansprucht die Halswirbelsäule

Warum die richtige Einstellung von Sitz und Kopfstütze so wichtig ist, zeigen die typischen Bewegungsabläufe bei einem Heckaufprall: Das stehende oder langsamer fahrende Auto erfährt durch den Heckaufprall einen Impuls in Fahrtrichtung, der sich über den Sitz auf den Körper überträgt. Dadurch kann es zur gefährlichen, an einen Peitschenhieb (Whiplash) erinnernden Bewegung von Kopf und Halswirbelsäule kommen: Denn der Körper bewegt sich mit dem Sitz nach vorn und wird gleichzeitig ein wenig nach oben gedrückt. Der Kopf dagegen verharrt – relativ zum nach vorn beschleunigten Körper gesehen – in seiner ursprünglichen Position, vollzieht dadurch also quasi eine Rückwärtsbewegung. Die Halswirbelsäule erweist sich nun als schwächstes Glied im gesamten Bewegungsablauf: "Aus ihrer normalen Stellung wird sie durch die entgegengesetzten Bewegungsrichtungen von Rumpf und Kopf zunächst in eine leicht S-förmige Scherbewegung gezwungen sowie anschließend überstreckt und gedehnt. Eine zu niedrig eingestellte Kopfstütze wirkt dann durch die Aufwärtsbewegung des Körpers doppelt verhängnisvoll, denn der Kopf kann dann über sie hinausragen, wodurch er weit nach hinten kippt und die Halswirbelsäule überdehnt", schildert Dr. Alexander Hasler die kritischste Phase eines Heckaufpralls. "Hierbei können durch Stauchung und Dehnung der Halswirbelsäule bzw. deren Weichteile, Bänder, Bandscheiben, Muskeln und Nerven verletzt werden."

Das HWS-Syndrom ist mit den aktuellen Diagnose-Verfahren häufig nicht sicher erkennbar, typischerweise treten gesundheitliche Beeinträchtigungen erst Stunden oder Tage nach dem Unfall auf. "Kopf- und Nackenschmerzen, die oft rasch wieder abklingen, sind harmlosere Folgen", referiert Dr. Alexander Hasler Erkenntnisse von Unfallforschern und Medizinern. Es kann aber auch zu Übelkeit und Konzentrationsstörungen, ja sogar zu Lähmungserscheinungen und Sehbehinderungen kommen. Jeder 10. Auffahrunfall mit einer Differenzgeschwindigkeit von bis zu 30 km/h verursacht darüber hinaus Langzeitschmerzen oder Behinderungen. Entsprechend hoch sind die durch HWS-Syndrome verursachten Behandlungskosten von bis zu 10 Milliarden Euro jährlich in Europa. Weitere Kosten entstehen durch Arbeitsunfähigkeit, Schmerzensgeld und Gerichtskosten zu dessen Durchsetzung.

Aktive riACT-Kopfstützen mindern die Gefahr von Schleudertraumata

Unabhängige Studien zeigen, dass geeignete Schutzsysteme das Risiko von durch Schleudertraumata verursachten Langzeitschäden um über 50% senken, die Verletzungsgefahr der Halswirbelsäule wird um rund ein Drittel reduziert. Ein wirksames Instrument zur Vermeidung von HWS-Syndromen sind intelligente Kopfstützen wie riACT von Johnson Controls. Sie stützen den Kopf bei einem Heckaufprall effektiv ab und verhindern eine Überlastung der Halswirbelsäule. "Die Schutzwirkung bleibt zudem auch erhalten, wenn der Abstand zum Hinterkopf aus Gründen der Behaglichkeit zu groß gewählt ist. Denn im Falle eines Falles hat unser riACT-System innerhalb von Sekundenbruchteilen den richtigen Abstand hergestellt", skizziert Dr. Alexander Hasler die Vorteile der von Johnson Controls entwickelten Aktiv-Kopfstützen.

Das Funktionsprinzip der riACT-Kopfstützen ist, dass unabhängig von der gewählten Einstellung das Kissen bei einem Heckaufprall so dicht an den Hinterkopf gerückt wird, dass die relative Rückwärtsverlagerung des Kopfes und die sich anschließende Peitschenschlagbewegung verhindert oder stark abgemildert werden. "Hierzu haben wir einen intelligenten, auf einer Schraubbewegung basierenden Teleskopmechanismus entwickelt, der zwischen dem Kissen und dem Hinterteil der Kopfstütze liegt. Er verbindet diese beiden Teile und ist in einer der beiden Ausführungen durch eine Feder vorgespannt, im anderen Modell wird er durch den Insassen selbst angetrieben", erklärt Dr. Alexander Hasler das Kernelement der riACT-Technologie. Das Kissen lässt sich auf einem horizontalen Weg von bis zu 54 mm justieren, so dass jeder Fahrer den für ihn angenehmsten Abstand zwischen Kissen und Hinterkopf einstellen kann.

Im Falle einer Heckkollision gilt es nun, das Kissen möglichst schnell nahe an den Hinterkopf zu bringen, um ihn aufzufangen und die verletzungsträchtige Rückverlagerung des Kopfes zu verhindern. Dr. Alexander Hasler: "Die Kopfstütze braucht also ein Signal, um auszulösen. Wie dieses Signal gegeben wird, macht den Unterschied zwischen unserem re-aktiven und unserem pro-aktiven riACT-System aus."

Re-aktives riACT-System: Körperbewegung meldet den Crash

Das re-aktive Kopfstützen-System erhält vom Körper den Befehl zum Auslösen, er dient quasi als Crash-Sensor: Wird er beim Heckaufprall in den unteren Bereich der Sitzlehne gepresst, aktiviert dieser Flächendruck einen in die Lehne integrierten mechanischen Aktuator, der wiederum einen Bowdenzug strafft. Dieser führt durch die Lehne bis zur Kopfstütze und treibt den integrierten Teleskopmechanismus an. "Etwa 50 Millisekunden nach Beginn des Aufpralls bzw. 25 Millisekunden nach Aktuierung ist das Kissen der Kopfstütze in seiner Endposition angelangt – in jedem Fall frühzeitig genug, damit dieses riACT-System seine volle Wirkung erreicht", weiß Dr. Alexander Hasler aus internen Testläufen, die die Crashtests des Euro NCAP (European New Car Assessment Programme) bestätigen: Die unabhängige Organisation beurteilte die Schutzwirkung dieses re-aktiven riACT-Systems in allen getesteten Fahrzeugen mit der Bestnote gut und verlieh mit 3,7 von 4 Punkten die höchste je vergebene Wertung.

Pro-Aktives riACT-System: Auslösung per Crash-Sensor

Während das re-aktive System auf die dynamische Bewegung des Körpers beim Aufprall reagiert, nutzt die pro-aktive riACT-Kopfstütze zur Erkennung des Ernstfalles die Informationen der Crash-Sensoren, die auch Gurtstraffer und andere Rückhaltesysteme des Fahrzeugs steuern. Diese Sensoren melden die Überschreitung eines vordefinierten Schwellenwertes in der Beschleunigung direkt an eine kleine pyrotechnische Einheit in der Kopfstütze. Sie sitzt in einer Entriegelungseinheit, die den vorgespannten Teleskopmechanismus im Normalfall blockiert. Durch die Zündung der gesundheitsunschädlichen pyrotechnischen Ladung wird ein Bolzen aus seiner ursprünglichen Position entfernt, und die Kopfstütze schnellt in ihre Schutzposition. Da dies unabhängig von der Bewegung des Körpers passiert, nennt Johnson Controls dieses riACT-System pro-aktiv. "Durch den Wegfall einiger mechanischer Bauteile und die schnellere Information durch den Crash-Sensor ist die pro-aktive Kopfstütze etwa 25 Millisekunden nach dem Crash-Signal in Endposition", erläutert Dr. Alexander Hasler.

"Die pro-aktive Kopfstütze hat durch ihre externe Ansteuerung noch mehr Schutzpotential als die re-aktive, wenn Sitzposition, Gewicht oder Größe des zu schützenden Menschen stark von der Norm abweichen. Dieses höhere Schutzpotential ist mit Kosten verbunden, die Fahrzeug-Hersteller eher in Fahrzeugen der Mittelklasse und darüber hinaus akzeptieren", sagt Dr. Detlef Jürss, Vice President Engineering SEATing, Interieurs & Systems Europe bei Johnson Controls Automotive Experience. Dr. Jürss weiter: "Es ist allerdings unser Bestreben, den Sicherheitsgewinn durch unsere riACT-Technologie auch für Käufer kleiner und preiswerter Fahrzeuge erreichbar zu machen. Daher haben wir für die millionenfach gekauften Fahrzeuge der preissensibleren Klassen das re-aktive System entwickelt. Da kleine und kompakte Fahrzeuge nahezu überall auf der Welt die höchsten Zulassungszahlen haben, kommt dieser Sicherheitsgewinn besonders vielen Verkehrsteilnehmern zugute und kann dazu beitragen, im Gesundheitswesen Milliarden Euro einzusparen."