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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Schutzanzug für Motorradfahrer mit außen in Streifen
aufgebrachten Prallsäcken,
die mit mehreren Treibladungen expandiert werden.
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Die
Folgen eines Unfalls sind für
Motorradfahrer ungleich gravierender, als für Fahrer und Mitfahrern im
PKW. Der Biker ist fast ungeschützt – keine
Knautschzonen, keine Airbags dämpfen
seinen Aufprall. Dementsprechend schwer ist eine große Zahl
derartiger Unfall-Verletzungen.
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Dagegen
war Versuchen, den gesamten Körper
des Motorradfahrers bei Unfällen
zu schützen,
bisher noch wenig Erfolg beschieden.
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Es
gibt zwar stoßabsorbierende
Protektoren die in Motorradschutzkleidung eingearbeitet werden. Bisher
können
diese aber nur bei leichten Unfällen Schutz
bieten.
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Daneben
sind eine Vielzahl von Vorschlägen,
Patenten und Gebrauchsmuster bekannt, die sich dieses Problems annahmen.
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So
beantragte J.J. Bonnvier 1980 das US-Patent 4.227.717 für ein aufblasbares
Schutzgehäuse
für Motorräder. Fraglich
war jedoch, wie der Motorradfahrer darin den Verkehr beobachten
und das Motorrad lenken sollte.
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Zudem
werden Rückhaltesysteme
und Airbags auf der Maschine, die den Fahrer vor dem Wegschleudern
bewahren sollen, von Unfallforschern mit Skepsis gesehen. Denn mit
ihnen steigt das Risiko des Unfallopfers, von der Maschine erschlagen
oder unter ihr eingeklemmt zu werden. Zudem verschlechtern sich
bei ihnen meist die Übersicht
und Reaktionsfähigkeit
des Fahrers.
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Im
Gegensatz dazu stehen Versuche, den Fahrer im Falle eines Unfalls
mit Vorrichtungen weniger aufzufangen, als vielmehr über die
Maschine und das mögliche
Hindernis hinwegzuleiten.
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Ein
derartiger Vorschlag wurde 1980 mit dem schwedischen Patent Nr.
8005146 von B. Häggkvist gemacht.
Doch bei der Prüfung
durch Münchner
Unfallforscher, wie auch an der Brunel University in England und
der Fa. Norton erwies sich, dass auch bei einer brauchbaren Funktion
dieses Verfahrens die Risiken für
den Biker beim Aufprall auf andere Fahrzeuge oder auf der Straße nahezu
unverändert
bleiben.
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Auch
Verfahren, den Fahrer selbst durch Airbags zu schützen, wie
das bei PKWs mittlerweile selbstverständlich ist, sind bekannt. Die
ersten Systeme dieser Art waren offensichtlich den Automatik-Rettungswesten
in der Seefahrt entlehnt.
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Dort
werden an Gurte genähte
PVC-Beutel durch CO2-Patronen beim Sturz ins Wasser automatisch
aufgeblasen, wobei sich ein massiver Kragen hinter dem Kopf entfaltet,
der den Überbordgegangenen
in optimaler Rettungslage hält.
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Ein ähnlicher
Kragen kann, wenn der Helm des Bikers korrekt festgezogen ist, diesen
so abstützen,
dass ein Überdehnen
der Halswirbel verhindert wird, gleichzeitig könnte er den Aufprall dämpfen und damit
die Zahl der Schädeltraumata
verringern.
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Ein
Patent dazu brachte 1994 unter USP 5313670 der Kalifornier S.M.
Archer zur Anmeldung. Ähnliches
wurde in Deutschland unter
DE
26 54 051 patentiert.
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Ein
weiterer Ausführungsvorschlag
wurde fast gleichzeitig mit dem Schutzrecht von Archer von dem Münchner S.
Langwieser unter
DE 4405074 vorgestellt.
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Daneben
hat es zahlreiche weitere Ideen gegeben, den Körper der Motorradfahrer durch
aufblasbare Elemente zu schützen
(u.a. JT TO950394/EP0743021A2, USP 4089065, USP 4059852).
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Jedoch
haben sich alle derartigen Verfahren bisher nicht durchsetzen können. Ihre
Funktionsfähigkeit
ist auch zweifelhaft, sofern – wie
in den genanten Schutzrechten – das
Unfallopfer mit durch Gasdruck aufzublasende Schläuche oder
Kammern unter der Motorradkleidung geschützt werden soll. Dabei wurde
in den vorliegenden Vorschlägen
offenbar die Aufprallenergie unterschätzt, mit der bei Unfällen zu
rechnen ist. So haben die negativen Erfahrungen mit weichen Protektoren
gezeigt, dass ein "Durchschlagen" von Körperteilen,
insbes. von Gelenken eintritt, wenn die Protektoren nicht eine gewisse
Steife aufweisen, oder einfach so dick sind, wie ein richtiger Airbag.
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Dazu
kommt das Problem, dass bei schlagartig aufgeblasenen Schutzschläuchen unter
der Kleidung ein erheblicher Pressdruck vielseitig von außen auf
den Körper
des Unfallopfers einwirkt, der auch ohne die Wirkung eines Aufpralls
durch den Unfall zu einem klinischen Schock führen kann.
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Andererseits
gab es mehrere Vorschläge, die
gefalteten Prallsäcke
außen
an der Motorradkleidung anzubringen.
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Ein
derartiges Schutzrecht stammt mit US-Pat. 4685151 von D. Kinchloe.
Wie allerdings die Patentzeichnung erkennen lässt, bezieht sich die Konstruktion
insbes. auf eine Cèpeartigen
Kopfschutz, der den heutigen Helmen in seiner Schutzwirkung erheblich
unterlegen sein dürfte
und bestehenden Normen nicht mehr entspricht. Auch erregt die Form
eines Umhanges hinsichtlich ihrer Schutzwirkung, wie auch der Kleidsamkeit
und daraus resultierenden Verkäuflichkeit
Zweifel.
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Ein
weiterer Vorschlag stammt vom Tutzinger Medizinprofessor Dr. U.
Stocksmeier, der 1987 hierfür
das deutsche Gebrauchsmuster DG8709145.3 anmeldete. Er versucht,
den gesamten Körper
des Unfallopfers vor dem Aufprall möglichst zu immobilisieren.
Dies soll durch ringförmige Prallsäcke erfolgen,
die sich gegeneinander abstützen.
Im Ergebnis soll der Motorradfahrer im Flug dann so aussehen, wie
das berühmte
Michelin- Männchen.
Offen blieb dabei jedoch, wie die Schläuche sinnvoll und optisch akzeptabel
auf der Kleidung angebracht werden sollten.
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Eine
Lösung
dazu bot aber 1993 das Gebrauchsmuster DG 9308489.7 von Tunger.
Hier sollten ausreichend große
Prallsäcke
für Knie
und Armgelenke so zwischen zwei Schichten der Kleidung einlegt werden,
dass sich die obere Schicht im Bedarfsfall ausdehnt und an definierten
Stellen Klettbänder
aufreißt,
damit sich der Airbag voll entfalten kann.
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Bei
dieser, wie auch den anderen bisher geschützen Ideen zu Prallsäcken wurde
jedoch der Einsatz nur eines Gasgenerators und die Verteilung seiner
Aufblasenergie über
Schläuche
vorgesehen.
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Es
ist es aber nahezu unmöglich,
das Treibgas in einem Punkt einzuleiten und über Schläuche zu verteilen. Die Erfahrung
mit der Konstruktion von Auto-Airbags zeigt nämlich, dass derartige Systeme nur
dann funktionieren, wenn der Weg, den das Gas nehmen soll, möglichst
kurz und frei von Hindernissen ist. Zwar muss und darf der Schutzanzug
für Motorradfahrer
nicht in 25 bis 30 Millisekunden expandieren, wie ein Auto-Airbag, bei dem Zeit
und Weg bis zum Aufprall des Körpers
des Unfallopfers im Regelfalle wesentlich kürzer sind. Dennoch entstehen hohe
Gasgeschwindigkeiten und entsprechend hoher Strömungsdruck. Denn wenn man dem
Motorrad-Prallsack 1/10 Sec. bis zur fertigen Entfaltung vorgibt
und der Airbag 100 l Volumen aufweist, ferner der Schlauch ca. 3
cm Durchmesser bzw. 7 cm2 Querschnittsfläche hat
(was in etwa den Darstellungen in den Zeichnungen zu entnehmen ist),
dann muss die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases im Einlass ca. 1400 m/sec, also mehr als vierfache Schallgeschwindigkeit
betragen, wobei durch Reibung und Turbulenzen Belastungen auftreten,
denen verfügbare
Materialien kaum standhalten können.
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Bei
der Planung Tungers sind sogar nur 50 m/sec. Expansionszeit, dagegen
aber 200 l Airbag-Volumen vorgesehen – hier würde die Strömung mit 16-facher Schallgeschwindigkeit
auftreten, was eine funktionierende Ausführung kaum denkbar erscheinen
lässt.
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Alle
bisherigen Vorschläge
und Schutzrechte zu einer derartigen Schutzkleidung, einschließlich der
jüngeren
Kreation der Fa. Aprilia/Italien, die eine Art Schutz-Rucksack für Rollerfahrer
vorsieht, beinhalten ferner die Auslösung des Expansionsmechanismus
durch eine Reißleine,
die am Fahrzeug-Rahmen eingehängt
wird und beim Ausriss den Gasgenerator oder -Speicher aktiviert.
Dass Reißleinen
in allen genannten Schutzrechten zur Anspruchsgrundlage gemacht
wurden, ist überraschend,
zumal Prall- und andere Unfall-Sensoren seit vielen Jahren serienmäßig in KFZs
eingesetzt werden.
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Reißleinen
haben nicht nur den Nachteil verzögerter Auslösung, weil sie ja erst ansprechen, wenn
der Körper
des Unfallopfers schon beschleunigt ist und einen gewissen Weg zurückgelegt
hat, denn die Reißleine
muss dem Motorradfahrer je eine gewisse Bewegungsfreiheit auf der
Maschine gewähren.
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Reißleinen
beinhalten auch die Gefahr möglicher
Fehlauslösung,
wenn nicht der Mechanismus bei Langsamfahrt und im Stand der Maschine
ausgeschaltet wird (was in den genannten Patent- und Gebrauchsmusterschutz-Schriften
jedoch stets unerwähnt
bleibt). Fehlauslösungen
könnten
z.B. schon beim Absteigen entstehen, falls der Fahrer durch eine
Situation bedingt vergisst, die Reißleine zu lösen.
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Zudem
beweist auch das Beispiel der Nicht-Anwendung von Reißleinen
zur Notabschaltung von Außenbordmotoren
beim Wassersport, dass zu viele Menschen eine Abneigung dagegen haben,
sich daran anbinden zu lassen – faktisch
wird diese Sicherung kaum benutzt, obwohl sie z.B. in Holland vorgeschrieben
ist.
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Andererseits
erscheint es fraglich, ob eine Reißleine beim Motorrad allen
Unfallsituationen entsprechen könnte.
Denn bei einer nicht unerheblichen Zahl von Unfällen rutscht der Fahrer, unter
die Maschine verklemmt, mit ihr zusammen seitlich weg, oder bleibt
trotz Aufprall auf ein Hindernis an ihr hängen.
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Um
die benannten Nachteile des derzeitigen Standes der Technik zu überwinden,
ist es die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Motorradfahrer-Schutzkleidung
mit Airbags zu schaffen, die den Fahrer zuverlässig schützt, nur wenig behindert, zur Sicherheit
möglichst
frühzeitig
ausgelöst
wird und durch den Aufblasdruck nicht rückwirkend gefährlichen
Pressdruck oder punktuelle Hitzeeinwirkung auf das mögliche Unfallopfer
ausübt.
Dabei soll die Gestaltung ein optisch ansprechendes Design ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass aufblasbare Prallsäcke
plisseeartig auf die Motorradschutzkleidung aufgebracht, und nur
an den Rändern
fest mit ihr vernäht
werden, dazwischen aber an den innenliegenden Plisseekanten so auflaminiert
werden, dass sich diese durch den Aufblasdruck lösen.
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Um
die Plissees zu schützen,
ist es dazu möglich,
diese mit Abdeckungen zu versehen, die mit Druckknöpfen oder
Klettpunkten verschlossen, durch den Aufblasdruck mit aufgesprengt
werden.
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Zur
Auslösung
können
im Prinzip alle bekannte Techniken eingesetzt werden: Reißleine,
Neigungsaufnehmer, Gierwinkelaufnehmer, Prallsensoren etc. und Kombinationen
davon, sowie entsprechende elektronische Auswertungssysteme und
moderne, derzeit in der rprobung befindliche bildaufnehmende und
-auswertende Unfall-Analysesysteme.
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In
einer ersten Verbesserung gegenüber
der Reißleinenauslösung wäre dabei
ein System von Abstandssensoren z.B. auf der Basis einer Interferenzmessung
eines reflektierten Infrarotstrahles zwischen der Schutzkleidung
(etwa im im Beckenbereich) und dem Motorrad möglich, die zur Erhöhung der
Genauigkeit auf der Schutzkleidung angebrachte Reflektionspunkte
abtastet.
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Bevorzugt
ist dagegen der Vergleich und die logische Auswertung der gemessenen
Beschleunigungs-Vektoren von Aufnehmern an der Maschine und an der
Schutzkleidung. Erhöhte
Sicherheit bietet zudem die Kombination mit weiteren Sensoren, wie die
im Automobil bewährten,
und als Miniatur-Schaltkreis erhältlichen
Beschleunigungs-, Prall, und Drehwinkel-Sensoren. Gemeinsam lösen sie
bei sachgemäßer Kombination
und Auswertung bei Unfall nämlich
schneller und zuverlässiger
aus – insbesondere nicht
erst dann, wenn das Unfallopfer bereits wegkatapultiert wurde. Dabei
ist es möglich,
die Auslösung durch
sinnvolle Kombination von Sensordaten auf wirkliche Unfallsituationen
zu beschränken.
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Weiter
ist die Kombination mit modernen Bild-aufnehmenden und -auswertenden
Unfall-Früherkennungs-Systemen
denkbar, wie sie derzeit für PKWs
erprobt werden. Sie wären
jedoch nicht in der Motorradkombination einzubauen, sondern im Motorrad
selbst – was
dann auch für
einige der zuvor aufgeführten
Verfahren sinnvoll wäre.
Eine Übertragung des
Auslöseimpulses
könnte
drahtlos, z.B. mit codiertem, retundanten Funksignal erfolgen. Dies
kann wichtige Sekundenbruchteile Vorsprung vor dem Aufprall für das Entfalten
der Airbags bedeuten.
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Die
Kommunikation zwischen beiden Elektroniken kann auch durch eine
Infrarot- oder Ultraschall-Verbindungsstrecke erfolgen, wobei Geber und
Aufnehmer zweckmäßig auf
der Brustseite der Schutzkleidung und auf dem vorderen Teil des
Tanks bzw. an den Amatouren des Motorrades angebracht sind. Diese
Verbindungsstrecke ist durch eine Monitoringschaltung bevorzugt
so ausgeführt,
dass bei Unterbrechung des Signalweges eine Fehlermeldung auftritt,
jedoch keine Auslösung
wegen Signal-Inkongruenz auftritt.
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Damit
sind auch Unfallsituationen wie Abkommen von der Straße ohne
sofortigen Aufprall, Wegrutschen der Maschine ohne (primäre) Schleuderbewegung, Überschlag
nach Überfahren
rampenartiger Hindernisse etc. vor einem Lösen des Fahrers von der Maschine
oder gar einem Aufprall erfassbar und von vergleichbaren willkürlichen
Aktionen, wie Sprünge
bei Geländefahrt,
zu differenzieren.
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Im
Falle besonderer Sicherheitsanforderungen ist es ferner möglich, das
Risiko fehlerhafter Sensoren durch Redundanz zu vermindern, indem
alle Sensoren doppelt ausgeführt
und die Paare so miteinander abgeglichen werden, so dass nur identische Signale
zur Auswertungselektronik weitergegeben werden, im Falle unterschiedlicher
Signale jedoch eine Störungsanzeige
ausgelöst
wird.
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Zu
Expansion der Prallsäcke
sind wegen ihrer geringen Größe bevorzugt
pyrotechnische Treibladungen angebracht, wie sie z.B. für Seiten-Airbags bei
KFZs Verwendung finden.
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Die
Zündenergie
wird vorzugsweise in einer elektronischen Einheit mit der Logikschaltung
für die Auslösung aus
mit ihr verbundenen Kleinbatterien generiert.
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Um
dem Problem entgegenzutreten, dass bei explosionsartigem Aufblähen des
Prallsacks ein entsprechender Druck auf den Körper des Unfallopfers einwirkt,
ist die Gasentladung so in die Schutzkleidung integriert, dass bei
der Auslösung
der Gasgeneratoren zuerst Vorkammern auf der Innenseite der Schutzkleidung
expandieren, die eine Distanz zwischen dem Körper des Unfallopfers und der Schutzkleidung
herstellen, bevor das Gas die eigentlichen Prallsäcke austreibt.
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Um
den Vorkammern ausreichend Platz zu geben, kann der Schutzanzug
entweder ausreichend weit gewählt
werden, vorzugsweise ist er aber mit dehnbaren Streifen versehen,
wie sie bisher schon in Knie- und Armgelenk-Regionen von Motorradkombinationen
verbreitet sind.
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Die
Expansion der Vorkammern kann entweder dadurch geschehen, dass der
Aufblasluftstoßjeweils
zuerst eine Vorkammer durchläuft,
mit der die Distanz des Prallsacks zum Körper hergestellt wird und erst
nach Erreichen einen definierten Grenzdrucks den Durchlaß zum eigentlichen
Prallsatz aufreißt.
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Wegen
des direkten Gasflussen ist jedoch bevorzugt, dass gesonderte Treibladungen
für diese Vorkammern
so ausgelöst
werden, dass erst die Distanzsäcke
aufgeblasen werden, bevor der Expansionsvorgang der eigentlichen
Prallsäcke
beginnt.
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Zum
Aufblasen finden die z.B. für
Seiten-Airbags in KFZs verbreiteten pyrotechnischen Treibsätze Verwendung,
die kaum noch fingerdick sind, und hier in größerer Zahl für die einzelnen
Distanz- und Prallsäcke
und daher noch dünner
bzw. flach ausgeführt
werden können.
Eine Unterlage aus flammfesten, isolierenden Material (vorzugsweise
Aramidfaservliessen) dient gleichzeitig als Hitzeschutz und Polster
bei einem möglichen
Aufprall auf diese Kapseln, die zudem möglichst außerhalb des Bereichs von Knochen
und Gelenken oder anderen prallempfindlichen Körperregionen positioniert sind.
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Um
längere
Gaszuführungen
zu vermeiden, sind mehrere dieser Treibsätze auf geeignete Stellen der
Schutzkleidung verteilt und werden am einfachsten über eingenähte Drahtverbindungen
zentral ausgelöst.
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Die
Gestaltung und Anbringung der Prallsäcke ist vorzugsweise so ausgeführt, dass
das mögliche
Unfallopfer für
die Zeit bis zur Deflation der Prallsäcke (für Motorradfahrer zweckmäßig ca.
8 Sekunden, gegenüber
Auto-Airbags mit ca. 1 Sekunden bis zum Druckabbau) weitgehend immobilisiert
ist, gleichzeitig aber eine Körperhaltung
gewahrt bleibt, die der Sitzhaltung auf der Maschine entspricht.
Dies wird durch die Anordnung der Prallsäcke erreicht, die in ihrer
Gesamtheit die mittlere Haltung eines Fahrers auf der Maschine unterstützen. Dies
soll verhindern, dass bei einer möglichen Fehlauslösung der
Airbags während
der Fahrt der Fahrer zwangsläufig
von der Maschine geschleudert wird, oder die Herrschaft über sie
verlieret.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert:
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1 zeigt den Schutzanzug
im Querschnitt. Dabei ist [1] das Trägermaterial des Anzuges, [2, 4, 5 und 6]
stellen die einzelnen Prallsäcke
im aufgeblasenen Zustand dar, während
[3] die aufgeblasenen Vorkammern und [7] den Helm
des Fahrers bezeichnet.
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2 zeigt die Ausführung einer
derartigen Schutzkleidung, mit einem Detailauszug in 2a, darauf die auf dem Trägermaterial
in Falten [8] auflamellierten Prallsäcke [9] und Taschen
mit Polsterung, die die Treibladungen und Sensoren bzw. Elektronik-Schaltungen
enthalten [10].
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3 zeigt im Querschnitt das
Prinzip der Faltung und Befestigung des Prallsacks [2]
auf dem Trägermaterial
des Schutzanzuges [1] durch Streifen von durch den Preßdruck absprengbarem
Klebematerial [13] und Nähte [15]. Die Kurve
[4] stellt die Kontur des aufgeblähten Prallsacks im Querschnitt
dar.
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4 zeigt – im Querschnitt – die mögliche Anordnung
von Treibladungen [16] zwischen dem Trägermaterial [1] des
Schutzanzuges und den gefalteten Prallsäcke [2], in Verbindung
mit Polsternden Schutzstreifen [17] und einem Reißverschluß zum Service
der Treibladungen [18] und der polsternden und gegen das
Heißgas
der Treibladung isolierenden Unterlage [19].