Maximale transparantie: Mercedes-Benz eerste autofabrikant ter wereld die crashtests uitvoert met röntgenstraling

De technische sensatie begint met een zeer luide knal. Met 60 km/h ramt een apparaat met een stootblok de oranje C-Klasse Limousine en raakt hem vol in de flank. Crashtests zijn altijd iets bijzonders – zelfs voor de experts. Maar het echt spectaculaire deel van deze crashtest waarbij een botsing van opzij wordt gesimuleerd, bevindt zich in een frame aan het plafond van de hal boven het voertuig: een lineaire versneller doet dienst als röntgencamera. Samen met het Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, algemeen bekend als het Ernst-Mach-Institut (EMI) in Freiburg, heeft Mercedes-Benz nu de eerste röntgencrash ter wereld met een echte personenwagen uitgevoerd. Aan boord bevonden zich twee dummy’s van het SID II-model aan de linkerkant, de kant waar de botsing plaatsvond. De dummy’s waren proefexemplaren met een vrouwelijke anatomie, speciaal ontworpen voor zijdelingse crashtests.

Met behulp van snelle röntgentechnologie (ultrashort X-ray technolog) kunnen zeer dynamische interne vervormingsprocessen worden weergegeven, zoals blijkt uit deze technologiedemonstratie (proof of concept) in de EMI-onderzoekscrashfaciliteit nabij Freiburg. Vervormingen die voorheen onzichtbaar waren, en de exacte processen erachter, worden zo inzichtelijk gemaakt. De vele highres beelden maken een nauwkeurige analyse mogelijk.

“De röntgencrash van Mercedes-Benz vormt een mijlpaal in de ontwikkelingstools van de toekomst. Met een directe blik in het normaliter verborgen innerlijk van een voertuig kunnen belangrijke conclusies worden getrokken voor de verdere verbetering van de voertuigveiligheid. Mercedes-Benz bevestigt hiermee zijn rol als veiligheidspionier in de automobielbouw.”

Markus Schäfer, lid van de raad van bestuur van Mercedes-Benz Group AG, Chief Technology Officer

“De succesvolle röntgencrash geeft ons waardevolle inzichten om onze technologie voor het vastleggen van voorheen ontoegankelijke informatie verder te optimaliseren. Fraunhofer EMI zet hiermee consequent zijn strategie voort om met behulp van snelle röntgentechnologie dynamische processen zichtbaar te maken.”

            Dr. Malte Kurfiß, Hoofd Crashcenter, Fraunhofer EMI

“De eerste röntgencrash ter wereld laat zien dat röntgentechnologie belangrijke nieuwe inzichten kan opleveren. We zien wat er in een voertuig en met de dummy’s gebeurt tijdens een ongeval. De röntgenbeelden bieden ook de mogelijkheid om de modelkwaliteit van de digitale prototypen verder te verbeteren.”

    Prof. dr. Paul Dick, Directeur Voertuigveiligheid, Mercedes-Benz AG

Snelle röntgentechnologie: tot wel 1.000 beelden per seconde

De afdeling voertuigveiligheid van Mercedes-Benz doet al jaren samen met collega’s van EMI onderzoek naar het gebruik van röntgentechnologie bij crashtests. Doorslaggevend voor de doorbraak was het gebruik van een lineaire versneller met 1 kHz-technologie als stralingsbron. Dit apparaat is veel krachtiger dan de röntgenflitsen die eerder bij tests werden gebruikt: de fotonenenergie van de lineaire versneller is maximaal 9 mega-elektronvolt (MeV). Hierdoor kunnen alle materialen die vaak worden gebruikt in de automobielbouw worden onderzocht. De duur van de röntgenpuls bedraagt slechts enkele microseconden. Dit maakt het mogelijk om vervormingsprocessen in de crashtest op te nemen zonder bewegingsonscherpte. De lineaire versneller genereert ook een continue stroom van deze röntgenpulsen. Hiermee zijn maximaal 1.000 beelden per seconde mogelijk. Dat is ongeveer 1.000 keer zoveel als bij conventionele röntgenprocedures.

Tijdens de crashtest schijnen de stralen van bovenaf door de carrosserie en de eventueel in het voertuig aanwezige dummy’s heen. Onder het testvoertuig bevindt zich een röntgendetector. Deze dient als digitale beeldontvanger in het röntgensysteem: wanneer de straling de detector raakt, wordt een elektrisch signaal gegenereerd. De intensiteit hiervan hangt af van hoe sterk de straling eerder werd geabsorbeerd door de structuur van het voertuig en de dummy. Dit beïnvloedt de grijswaarde die later zichtbaar wordt – vergelijkbaar met de röntgencontrole van bagage op het vliegveld of vergelijkbare beelden die door een arts worden gemaakt.

In de tiende van een seconde die de daadwerkelijke botsing duurt, maakt het röntgensysteem ongeveer 100 stilstaande beelden. Als deze worden samengevoegd tot een video, geven ze zeer boeiende inzichten in wat er tijdens de crash gebeurt in veiligheidsrelevante onderdelen en in het lichaam van de dummy. Op deze manier is het mogelijk om in detail te observeren hoe de borstkas van de dummy wordt ingedrukt of hoe een onderdeel wordt vervormd. In het onderzoek naar industriële toepassing is het feit dat de röntgencrash geen invloed heeft op andere analysetools een belangrijk gegeven. Zelfs de interieurcamera’s van het crashvoertuig kunnen zonder enige verstoring registreren.

De EMI-experts stelden een uitgebreid stralingsbeschermingsconcept op voor de röntgencrash. Met behulp van dosimeters wordt gecontroleerd of medewerkers niet worden blootgesteld aan straling. De overheidsinstantie heeft de exploitatie van de fabriek goedgekeurd in overeenstemming met de wettelijke vereisten. Tot de omvangrijke fysieke beschermingsmaatregelen behoren een extra betonnen muur van 40 cm dik rond het gebouw en een stralingswerende deur van circa 45 ton.

Crashtests: onderdeel van de ‘Real Life Safety’-filosofie van Mercedes-Benz

Op 10 september 1959 vond de eerste crashtest in de geschiedenis van Mercedes-Benz plaats – op een open terrein vlakbij de fabriek in Sindelfingen. Een testvoertuig werd frontaal tegen een vast obstakel gereden. Dit luidde een nieuw tijdperk in het veiligheidsonderzoek bij Mercedes-Benz in, want het maakte het mogelijk om van zowel voertuigen als van inzittenden het gedrag bij botsingen onder realistische omstandigheden te bestuderen met behulp van testauto's en dummy’s. Samen met de analyses van het eigen ongevallenonderzoek vormen de crashtests de basis voor de ‘Real Life Safety’-veiligheidsfilosofie.

Mercedes-Benz voert momenteel tot 900 crashtests per jaar uit en circa 1.700 ‘sledetests’ in het Technologiezentrum Fahrzeugsicherheit in Sindelfingen. Bij deze crashsimulatie wordt een testslede versneld en afgeremd. Op de slede is een testvoertuig (carrosserie of testframe) bevestigd, dat wordt onderworpen aan de krachten die optreden tijdens een echte botsing. Deze sledetests kunnen worden gebruikt om afzonderlijke componenten niet-destructief te testen, met name veiligheidssystemen als de gordels.

En dat veiligheid bij Mercedes-Benz geen kwestie van aandrijfsysteem is, blijkt uit ‘s werelds eerste openbare crashtest ter wereld met twee volledig elektrische voertuigen in de herfst van 2023.  De EQA en EQS SUV botsten tegen elkaar in een reëel ongevalsscenario, elk met een snelheid van 56 km/h en een overlap van 50 procent. De test bevestigde het hoge niveau van inzittendenbescherming: het passagierscompartiment en de HV-accu van beide voertuigen bleven intact zoals beoogd, de portieren konden worden geopend en de HV-systemen werden automatisch uitgeschakeld. Meer informatie is hier te vinden.

Over het Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut (EMI)

Het Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, algemeen bekend als het Ernst-Mach-Institut (EMI) en ook onder de afkorting Fraunhofer EMI is gespecialiseerd in de fysica, engineering en informatica van snelle processen in experimenten en simulaties. Het doel is om oplossingen te ontwikkelen voor industriële toepassingen met een focus op betrouwbaarheid, veiligheid, veerkracht, efficiëntie en duurzaamheid.

Het Fraunhofer EMI houdt zich bezig met crash-, impact- en schokgolfverschijnselen in alle materialen. Het instituut analyseert en optimaliseert met een allesomvattende aanpak het hele scala van materialen en microstructuren tot complexe structuren aan toe. Toepassingen variëren van materialen tot componenten, voertuigen, vliegtuigen, satellieten, gebouwen, stedelijke systemen en infrastructuurnetwerken.

De Fraunhofer-Gesellschaft is de toonaangevende organisatie voor toegepast onderzoek in Europa. Onder deze paraplu werken 76 instituten en onderzoeksfaciliteiten op locaties door heel Duitsland. De meer dan 30.000 medewerkers genereren een jaarlijks onderzoeksvolume van meer dan 2,9 miljard euro.