DE10355987B4 - Schutzeinsatz für eine Kopfbedeckung - Google Patents

Abstract

Schutzeinsatz für eine Kopfbedeckung, mit einer eine Anzahl innerer Öffnungen (2a) aufweisenden inneren Schale (4),
mit einer von der inneren Schale (4) beabstandeten, eine Anzahl äußerer Öffnungen (2) aufweisenden äußeren Schale (3),
mit einem zwischen den Schalen (3, 4) angeordneten nachgiebigen Verbindungsmaterial (6),
wobei die gesamte Verbindungsfläche, welche das Verbindungsmaterial (6) auf der äußeren Oberfläche der inneren Schale (4) einnimmt, geringer ist als die äußere Oberfläche der inneren Schale (4) abzüglich der Summe aus der Fläche der inneren Öffnungen (2a) und der Fläche der äußeren Öffnungen (2).

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schutzeinsatz für eine Kopfbedeckung, insbesondere zur Integration in eine herkömmliche Kopfbedeckung, wie eine Mütze oder einen Hut. Ein derartiger Schutzeinsatz ist beispielsweise aus der DE 164 8274 U bekannt.
• Die aus der DE 164 8274 U bekannte Kopfbedeckung, nämlich Schirmmütze, weist zur Sicherung gegen Schlag oder Stoß einen Einsatz aus gezogenem Vulkanfiber auf. Der schützende Einsatz soll nur eine geringe Gewichtserhöhung der Kopfbedeckung verursachen und von außen nicht sichtbar sein. Hierbei sind jedoch die Energie absorbierenden Eigenschaften des Schutzeinsatzes nur sehr gering ausgeprägt.
• Aus der DE 94 07 533 U1 ist ein Radfahrerhelm mit einem mehrschaligen Aufbau bekannt. Der Radfahrerhelm weist anstelle eines massiven Helmkörpers aus geschäumtem Kunststoff einen gitterartigen Rahmen aus sich kreuzenden Stäben auf, von dem eine äußere Polyesterschale beabstandet ist, wobei sich zwischen der Polyesterschale und dem gitterartigen Rahmen elastisch nachgiebige Elemente befinden. Der Gitterrahmen ist an dessen unterer Begrenzung mit einem Polystyrolrahmen derart verbunden, dass zwischen diesem Polystyrolrahmen und der äußeren Polyesterschale ein durchgehender freier Spalt gebildet ist. Zusätzlich kann die Polyesterschale zur Verbesserung der Lüftung Ausnehmungen aufweisen.
• Aus der US 5,289,591 A ist ein Schutzeinsatz aus Kunststoff für eine herkömmliche Golfmütze bekannt. Der Schutzeinsatz ist im Wesentlichen halbkugelförmig und soll für Mützen verschiedener Größen geeignet sein. Das Kunststoffmaterial des Schutzeinsatzes, welches einen Schutz gegen Golf bälle bieten soll, ist 1/16 Zoll oder 1/8 Zoll stark. Der Schutzeinsatz weist etwa dreißig Lüftungsöffnungen auf.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutzeinsatz für eine herkömmliche Kopfbedeckung anzugeben, welcher trotz kompaktem, Gewicht sparendem Aufbau besonders gute Dämpfungseigenschaften aufweist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Schutzeinsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser Schutzeinsatz hat einen zwei- oder mehrschaligen Aufbau, wobei zwischen den einzelnen, voneinander beabstandeten Schalen jeweils ein nachgiebiges Verbindungsmaterial angeordnet ist. Sowohl die äußere als auch die innere Schale, gegebenenfalls auch mittlere Schalen, weisen Öffnungen auf. Die gesamte Verbindungsfläche, welche vom Verbindungsmaterial auf der äußeren Oberfläche der inneren Schale eingenommen wird, ist geringer als die äußere Oberfläche der inneren Schale abzüglich der Summe aus der Fläche der Öffnungen der inneren Schale und der Fläche der Öffnungen der äußeren Schale. Hierbei ist das Verbindungsmaterial vorzugsweise zumindest annähernd gleichmäßig zwischen den Schalen verteilt. Die Formstabilität des Schutzeinsatzes beruht insgesamt hauptsächlich auf den Materialeigenschaften der Schalen, zumindest einer der Schalen, vorzugsweise der äußeren Schale, während die Verformungsreserve des Schutzeinsatzes zu einem wesentlichen Teil auf die elastischen Eigenschaften des Verbindungsmaterials zurückzuführen ist. Durch die nur teilweise Ausfüllung des Spaltraums zwischen den Schalen mit dem Verbindungsmaterial sind bei Gewicht sparender Konstruktion besonders gute Belüftungsmöglichkeiten gegeben.
• Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Öffnungen der inneren Schale relativ zu den Öffnungen der äußeren Schale versetzt. Selbst mit größeren Lüftungsöffnungen weist der Schutzeinsatz damit eine ausreichende Schutzwirkung gegen schmale oder spitze Gegenstände, insbesondere auch gegen Projektile aus Schusswaffen, auf. Die versetzt zueinander angeordneten Öffnungen sind durch Volumenbereiche des Spaltraums verbunden, in denen sich kein Verbindungsmaterial befindet. Die Lüftungsfunktion des Schutzeinsatzes ist somit in besonders vorteilhafter Weise mit dessen Schutzfunktion kombiniert.
• Zumindest eine der Schalen des Schutzeinsatzes ist vorzugsweise aus einem faserverstärkten Material, insbesondere einem Faserverbundmaterial mit Karbon, Keflar, Glasfaser und/oder Aramid, gefertigt. Mittels des faserverstärkten Materials ist bei geringem Gesamtgewicht der Kopfbedeckung eine besonders gute Durchschlagsfestigkeit, auch gegen Beschuss, erzielbar.
• Die Form des Schutzeinsatzes ist grundsätzlich der Form der Kopfbedeckung, in welche der Schutzeinsatz fest oder herausnehmbar integriert ist, anpassbar. Sofern die Kopfbedeckung einen Kinnriemen aufweist, ist dieser vorzugsweise zur Befestigung an mindestens einer der Schalen, beispielsweise an zwei oder vier Befestigungspunkten, vorgesehen.
• Als Verbindungsmaterial zwischen den Schalen ist jedes Material geeignet, mit dem ein insgesamt elastischer Aufbau des Schutzeinsatzes erzielbar ist, beispielsweise ein zähes Gel, Gummi oder ein gummiartiges Material, und/oder ein geschäumtes Material wie geschäumtes Polystyrol oder Polyurethan. Das Verbin dungsmaterial kann hierbei mehrere Schichten oder Bereiche unterschiedlicher Dämpfungs- und Elastizitätseigenschaften aufweisen. Das Verbindungsmaterial bildet insgesamt entweder einen einzigen, zusammenhängenden, beispielsweise netzförmigen Verbindungsbereich zwischen den Schalen oder mehrere, beispielsweise streifenförmige, voneinander getrennte Verbindungsbereiche. Vorzugsweise sind die Verbindungsbereiche als einzelne, beispielsweise vier, acht oder zwölf durch Klebung mit den Schalen verbundene Abstandshalter realisiert, welche eine regelmäßige, insbesondere kreisrunde, Form aufweisen.
• Die Abmessungen des Schutzeinsatzes sind vorzugsweise derart gewählt, dass dieser nicht als Teil der Kopfbedeckung sichtbar ist oder zumindest nicht störend in Erscheinung tritt. Die Spaltbreite zwischen den Schalen beträgt vorzugsweise mindestens 1,5 mm und maximal 10 mm, bevorzugt maximal 3 mm, insbesondere ca. 2 mm. Die Wandstärke jeder Schale beträgt bevorzugt zwischen 0,3 mm und 2 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, wobei im Fall unterschiedlicher Wandstärken der Schalen die äußere Schale stärker als die innere Schale ist. Die Summe der Wandstärken der Schalen entspricht bevorzugt mindestens einem Viertel, insbesondere mindestens der Hälfte, und höchstens dem Doppelten der Spaltbreite. Insgesamt beträgt die Stärke des Schutzeinsatzes, d.h. die Summe aus Spaltbreite bzw. Spaltbreiten und Wandstärken vorzugsweise mindestens 2,5 mm und höchstens 10 mm, besonders bevorzugt höchstens 6 mm. Das mittlere Flächengewicht des Schutzeinsatzes, das heißt des gesamten Schalenaufbaus aus zwei oder mehr, beispielsweise drei oder vier, mit Öffnungen versehenen Schalen und zwischen diesen angeordnetem Verbindungsmaterial, gegebenenfalls einschließlich Kleber oder sonstiger Zwischenschichten, beträgt vorzugsweise mindestens 8 g/dm² und höchstens 120 g/dm², insbesondere höchstens 80 g/dm², beispielsweise bis zu 40 g/dm². Ein besonders bevorzugter Bereich des durchschnittlichen Flächengewichtes des Schutzeinsatzes liegt zwischen 10 g/dm² und 30 g/dm². Einen besonders geringen Gewichtsanteil am Schutzeinsatz hat das Verbindungsmaterial: Das mittlere Flächengewicht des zwischen den Schalen befindlichen Verbindungsmaterials, das heißt das durchschnittliche Flächengewicht des im Spaltraum angeordneten Materials einschließ lich freier Volumenbereiche, welche zur Senkung des mittleren Flächengewichtes beitragen, entspricht in bevorzugter Ausgestaltung höchstens einem Viertel, insbesondere höchstens einem Achtel, beispielsweise einem Zehntel, des gesamten Flächengewichtes der das Verbindungsmaterial umgebenden Schalen. Die Dichte des Materials, insbesondere faserverstärkten Materials, aus welchem die Schalen gefertigt sind, beträgt vorzugsweise mindestens 1 g/cm³ und maximal 3 g/cm³, insbesondere zwischen 1,4 g/cm³ und 2,7 g/cm³, wobei nicht notwendigerweise beide beziehungsweise alle Schalen die gleiche Dichte aufweisen. Sofern sich die Dichte der verschiedenen Schalen unterscheidet, nimmt diese vorzugsweise zur äußeren Schale hin zu.
• Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass für Tätigkeiten, insbesondere sportliche Aktivitäten, bei denen häufig aus praktischen oder ästhetischen Erwägungen heraus auf das Tragen eines Helmes verzichtet wird, eine einen Schutzeinsatz aufweisende Kopfbedeckung zur Verfügung steht, welche bei großen Variationsmöglichkeiten hinsichtlich deren Formgebung in besonders vorteilhafter Weise einen hohen Tragekomfort, insbesondere aufgrund eines geringen Gewichtes und einer guten Belüftung, mit einer mittels einer mehrschaligen, jedoch zugleich kompakten Bauweise erzielten weit reichenden Schutzfunktion vereint.
• Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
• 1a bis 1c einen Schutzeinsatz für eine Kopfbedeckung in verschiedenen Ansichten,
• 2 einen Vertikalschnitt des Schutzeinsatzes, und
• 3a, 3b in einem Ausschnitt aus 2 den Schutzeinsatz in verschiedenen Belastungszuständen.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Die 1a bis 1c zeigen in Frontansicht, Draufsicht und Seitenansicht einen Schutzeinsatz 1 für eine herkömmliche, nicht dargestellte Kopfbedeckung, beispielsweise eine Baseballkappe, einen Hut oder eine Schirmmütze. Von außen sichtbare Lüftungsöffnungen sind als Öffnungen 2 bezeichnet, während weitere, innere Lüftungsöffnungen 2a relativ zu den äußeren Öffnungen 2 versetzt und in den 1a bis 1c lediglich in einem Fall gestrichelt angedeutet sind. Ein optionaler, am Schutzeinsatz 1 an zwei oder vier Befestigungspunkten beispielsweise mit Druckknöpfen befestigbarer Kinnriemen ist nicht dargestellt. Ebenso kann beispielsweise ein Nackenschutz an der Kopfbedeckung vorgesehen sein.
• Der zweischalige Aufbau des Schutzeinsatzes 1 geht aus den 2 sowie 3a und 3b hervor. Der Schutzeinsatz 1 umfasst eine äußere Schale 3 und eine innere Schale 4, welche aus einem faserverstärkten Material, nämlich einem mit Keflar verstärkten Kunststoff, gefertigt sind und zwischen sich einen Spaltraum 5 einer Spaltbreite S von 2 mm einschließen. Im Spaltraum 5, welcher damit ähnlich dimensioniert ist wie die Summe der Wandstärken der beiden Schalen 3, 4, befindet sich an einzelnen, etwa gleichmäßig verteilten Stellen ein durch Klebung mit den Schalen 3, 4 verbundenes Verbindungsmaterial 6 in Form elastischer, plättchenförmiger Abstandshalter aus einem geschäumten Kunststoff oder ähnlich nachgiebigen Material, beispielsweise so genanntem Moosgummi. Der gesamte Verbund aus Verbindungsmaterial 6 und Schalen 3, 4 wird auch als Schalenaufbau 7 bezeichnet und weist ein Flächengewicht von ca. 15 g/dm² bis 40 g/dm² auf, woran die Schalen 3, 4, deren Dichte jeweils im Bereich zwischen 1,4 g/cm³ und 2,7 g/cm³ liegt, einen Anteil von mehr als 80% haben.
• Die Abstandshalter 6, allgemein auch als Verbindungsbereiche zwischen den Schalen 3, 4 bezeichnet, nehmen insgesamt eine Fläche im Spaltraum 5 ein, welche wesentlich geringer als die Hälfte, vorzugsweise geringer als 15%, der äußeren Oberfläche der inneren Schale 4 ist, wobei die genannte Oberfläche aufgrund der dünnwandigen Bauweise des Schutzeinsatzes 1 mit einer Gesamtwandstärke W des Schalenaufbaus 7 von nicht mehr als 5 mm annähernd der inneren Oberfläche der äußeren Schale 3 entspricht. Die nicht von Verbindungsmaterial 6 umgebenen Oberflächenbereiche der äußeren Oberfläche der inneren Schale 4 sind insgesamt größer als die Summe der Flächen der Öffnungen 2 der äußeren Schale 3 und der Flächen der Öffnungen 2a der inneren Schale 4. Hierbei weisen beide Schalen 3, 4 in der Summe etwa gleich große, relativ zueinander versetzte Belüftungsöffnungen 2, 2a auf.
• Durch die in der beschriebenen Weise nur teilweise Ausfüllung des Spaltraums 5 mit Verbindungsmaterial 6 ist trotz versetzter Anordnung der Belüftungsöffnungen 2, 2a in der äußeren Schale 3 einerseits und der inneren Schale 4 andererseits insgesamt eine sehr gute Belüftung des Schutzeinsatzes 1 gegeben. Selbst mit groß dimensionierten Belüftungsöffnungen 2, 2a ist der Schutzeinsatz 1 durchschusssicher gegenüber Beschuss mit kleinkalibrigen Waffen und bietet einen guten Schutz gegenüber scharfkantigen oder spitzen Gegenständen. Zugleich ist der Schutzeinsatz 1 insbesondere aufgrund dessen doppelwandiger, eingeschränkt verformbarer Struktur auch im Sinne eines Sturzhelmes nutzbringend. Damit kombiniert der Schutzeinsatz 1 einen hohen Tragekomfort mit verschiedenen Schutzmechanismen.
• Das Verhalten des Schutzeinsatzes 1 bei einer Stoßbelastung wird durch einen Vergleich der 3a und 3b verdeutlicht. Hierbei zeigt die 3a den Schutzeinsatz 1 ausschnittsweise in mechanisch unbelastetem Zustand, während in 3b eine Krafteinwirkung, symbolisiert durch einen umrandet gezeichneten Pfeil, dargestellt ist. Die annähernd senkrecht auf die äußere Schale 3 einwirkende Kraft wird, wie durch mehrere Pfeile veranschaulicht, durch die Sandwich-Struktur des Schutzeinsatzes 1 besonders gut auch in tangentialer Richtung, das heißt auf größere Oberflächenbereiche, verteilt. Zur dynamischen Absorption der einwirkenden Kraft trägt dabei sowohl die zumindest geringfügig elastisch verformbare äußere Schafe 3 als auch das Verbindungsmaterial 6 bei. Die innere Schale 4 bleibt dagegen im dargestellten Belastungszustand weitgehend unverformt. Selbst bei höheren einwirkenden Kräften wird der Spaltraum 5 zwischen den Schalen 3, 4 nicht vollständig geschlossen. Das Verbindungsmaterial 6 ist insgesamt annä hernd gleichmäßig im Spaltraum 5 verteilt, wobei die äußere Schale 3 schwimmend auf der inneren Schale 4 gelagert ist. Die Innenschale 4 kann, um den Tragekomfort weiter zu verbessern, ein nicht dargestelltes Futter aufweisen. Die Außenschale 4 ist vorzugsweise mit einem luftdurchlässigen Stoff, welcher eine ausreichende Belüftung durch die Öffnungen 2, 2a ermöglicht, bespannt oder in sonstiger Weise umgeben. In nicht dargestellter Weise ist es ebenso möglich, den Schutzeinsatz 1 beispielsweise mittels eines Klettverschlusses mit einer Kopfbedeckung herkömmlicher Form zu verbinden.

1

Schutzeinsatz

2, 2a

Öffnung

3

äußere Schale

4

innere Schale

5

Spaltraum

6

Verbindungsmaterial, Abstandshalter

7

Schalenaufbau

S

Spaltbreite

W

Gesamtwandstärke

Claims (22)

1. Schutzeinsatz für eine Kopfbedeckung, mit einer eine Anzahl innerer Öffnungen (2a) aufweisenden inneren Schale (4), mit einer von der inneren Schale (4) beabstandeten, eine Anzahl äußerer Öffnungen (2) aufweisenden äußeren Schale (3), mit einem zwischen den Schalen (3, 4) angeordneten nachgiebigen Verbindungsmaterial (6), wobei die gesamte Verbindungsfläche, welche das Verbindungsmaterial (6) auf der äußeren Oberfläche der inneren Schale (4) einnimmt, geringer ist als die äußere Oberfläche der inneren Schale (4) abzüglich der Summe aus der Fläche der inneren Öffnungen (2a) und der Fläche der äußeren Öffnungen (2).
2. Schutzeinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Öffnungen (2a) relativ zu den äußeren Öffnungen (2) versetzt sind.
3. Schutzeinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schale (3, 4) aus faserverstärktem Material gebildet ist.
4. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mehrere Befestigungspunkte an einer Schale (3, 4) zur Anbringung eines Kinnriemens.
5. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmaterial (6) ein Gel umfasst.
6. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmaterial (6) ein geschäumtes Material umfasst.
7. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmaterial (6) einen einzigen, zusammenhängenden Verbindungsbereich zwischen den Schalen (3, 4) bildet.
8. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmaterial (6) mindestens vier voneinander getrennte Verbindungsbereiche zwischen den Schalen (3, 4) bildet.
9. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite (S) zwischen den Schalen (3, 4) mindestens 1,5 mm beträgt.
10. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite (S) zwischen den Schalen (3, 4) maximal 10 mm beträgt.
11. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Wandstärke einer Schale (3, 4) von mindestens 0,3 mm.
12. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Wandstärke einer Schale (3, 4) von maximal 2 mm.
13. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite (S) zwischen den Schalen (3, 4) mindestens der Hälfte der Summe der Wandstärken der Schalen (3, 4) entspricht.
14. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite (S) zwischen den Schalen (3, 4) höchstens dem Vierfachen der Summe der Wandstärken der Schalen (3, 4) entspricht.
15. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Summe aus der Spaltbreite (S) zwischen den Schalen (3, 4) und den Wandstärken der Schalen (3, 4) gebildete Gesamtwandstärke (W) mindestens 2,5 mm beträgt.
16. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Summe aus der Spaltbreite (S) zwischen den Schalen (3, 4) und den Wandstärken der Schalen (3, 4) gebildete Gesamtwandstärke (W) höchstens 10 mm beträgt.
17. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch mehr als zwei beabstandet zueinander angeordnete Schalen (3, 4).
18. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein mittleres Flächengewicht des die Schalen (3, 4) sowie das zwischen diesen angeordnete Verbindungsmaterial (6) einschließenden Schalenaufbaus (7) von mindestens 10 g/dm².
19. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch ein mittleres Flächengewicht des die Schalen (3, 4) sowie das zwischen diesen angeordnete Verbindungsmaterial (6) einschließenden Schalenaufbaus (7) von maximal 120 g/dm².
20. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Flächengewicht des zwischen den Schalen (3, 4) befindlichen Verbindungsmaterials (6) höchstens einem Viertel des Flächengewichtes der Schalen (3, 4) entspricht.
21. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte einer Schale (3, 4) mindestens 1 g/cm³ beträgt
22. Schutzeinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte einer Schale (3, 4) höchstens 3 g/cm³ beträgt.