DE2318041A1

DE2318041A1 - Energieschluckendes verbindungsglied

Info

Publication number: DE2318041A1
Application number: DE2318041A
Authority: DE
Inventors: Harvey Larry Penberthy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-04-10
Filing date: 1973-04-10
Publication date: 1973-10-31
Also published as: FR2179944A1; IT980144B; JPS498351A; US3797039A; GB1384833A; FR2179944B3

Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER DR.-ING. H. KINKELDEY DR-ING. W. STOCKMAIR. Ae. E. <cauf .»er of technj

PATENTANWÄLTE

8000 MÖNCHEN 22 MoximitianstraBe 43 Telefon 297100 /29 47 44 / 2211 91 Telegramme Monopat Manchen Telex 05-28380

10. April P 6395

1973

Harvey Larry Penberthy 631 South 96th Avenue Seattle, Washington, USA

Energieschluckendes Verbindungsglied

Die Erfindung bezieht sich auf ein energieschluckendes Verbindungsglied mit zwei Befestigungsenden und einem energieschluckenden Mittelteil sowie auf einen Schutzhelm mit einer Helmschale und einer Stützkappe aus. relativ unelastischen Teilen zum Stützen der Helmschale in bestimmtem Mindestabstand zum Kopf des Trägers und energieschluckenden Teilen.

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Die Erfindung findet insbesondere Anwendung für Schutzhelme, vorzugsweise für Bergsteigerhelme. Das Amercan National Standards Institute, Inc. hat gewisse Sicherheits-'.normen für gewerblichen Kopfschutz, insbesondere für Schutzhelme unter der Normenbezeichnung ANSI-Z89.1-1969 herausgegeben. Ein gemäß den Anforderungen dieser Normen gefertigter Helm muß eine kuppeiförmige Helmaschale von einstückigem, nahtlosem Aufbau, ein verstellbares Stirnband und eine Stützkappe aufweisen, welche die Helmschale derart auf dem Kopf des Trägers abstützt, daß sich der Abstand zwischen der Oberseite des Kopfs und der Unterseite der Schale nicht auf weniger als 25 bis 32 mm, gemessen nach Abschnitt 8.32 der ANSI-Norm Z89.1-1969 einstellen läßt. Der Helm muß, gemessen nach Abschnitt 8.4-der genannten Norm, einen solchen Durchschlagwiderstand haben, daß er sich um nicht mehr als 9 bis 11 mm durchstoßen läßt. Gemäß Abschnitt 8.3 der genannten Norm muß der Helm ferner einen solchen Aufschlagwiderstand haben, daß er nur Kräfte von höchstens 386 kp überträgt.

Um den Anforderungen hinsichtlich Aufschlag- und Durchschlag _t widerstand zu genügen, darf sich die Stützkappe bei einem Aufschlag um nicht mehr als etwa 19 mm verformen, um beim Eindringen eines Gegenstandes einen ausreichenden Schutzabstand zwischen dem Kopf des Trägers und der Unterseite der Schale aufrecht zu erhalten. Die Stützkappe muß also nach Erreichen einer Verformung von etwa 19 mm höhere Kräfte ohne nennenswerte Verformung aufnehmen können. Bei einem Bergsteigerhelm würde sich bei einer Verformung von mehr als etwa 19 mm die Spannung des Kinnriemens derart lockern, daß der Helm abfallen könnte, wenn der Bergsteiger, etwa unter der Wirkung von Steinschlag, abstürzen sollte.

Es wurden bereits Stützkoppen vorgeschlagen, welche aus relativ unelastischen Bändern zusammengesetzt und mittels energieschluckender Anschlußteile an dor Helmschale veran-

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kert sind. Die energieschluckenden Anschlußteile sind so ausgebildet, daß sie sich unter Aufschlag plastisch verformen und dabei die Aufschlagenergie aufnehmen, damit also die übertragenen Aufschlagkräfte verringern. Beispiele für derartige Ausbildungen sind in der US-PS 2 758 305 beschrieben. Die beschriebenen Einrichtungen haben eine in der Richtung der auf sie einwirkenden Kräfte verlaufende schrauben- oder schlangenlinienförmige Geometrie. Die Anmelderin hat ermittelt, daß solche energieschluckenden Teile bei der Verwendung für Schutzhelme insgesamt größere Kräfte als 386 kp übertragen, wenn sie gemäß den ANSI-Normen geprüft werden und ihre Verformung auf etwa19 unn begrenzt ist.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Stützkappe für einen Schutzhelm, welcher unter den durch ANSI-Normen festgelegten Prüfungsbedingungen und bei einer auf etwa 19 mm begrenzten Verformung nur Aufschlagkräfte von weniger als 386 kp überträgt. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer solchen Stützkappe, welche sich nicht nennenswert über etwa 19 nun hinaus verformen läßt und dabei beträchtlich höheren Aufschlagkräften zu widerstehen vermag. Ein weiteres Ziel ist die Schaffung von energieschluckenden Verbindungs- oder Anschlußgliedern für die Verwendung in einer Stützkappe eines Schutzhelms, welche den vorstehend angeführten Anforderungen genügt.

In bezug auf die Anwendung für Schutzhelme schafft die Erfindung eine Stützkappe zum Stützen einer Helmschale in bestimmtem Abstand zum Kopf eines Trägers, mit einer Anzahl von Kappenbändern und einer Anzahl von energieschluckenden Verbindungsgliedern zum Befestigen der Bänder an der Helmschale. Die Kappenbänder sind aus einem relativ unelastischen, also relativ undehnbaren, nicht energieschluckenden Werkstoff gefertigt, so daß sie einen großen Teil einer auf den Helm einwirkenden

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Aufschlagenergie zu den energieschluckenden Gliedern überführen können und diese die Energie durch Dehnungsbzw. Längungsverformung aufnehmen. Gegebenenfalls können auch zusätzliche energieschluckende Einrichtungen wie etwa eine Auskleidung aus Schaumstoff vorhanden sein.

Im folgenden sind energieschluckende Glieder gemäß der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele für damit gefertigte Schutzhelme anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

ig. 1 eine Schrägansicht eines Schutzhelms gemäß der

Erfindung, , _v

Fig. 2 eine Teil-Schnittansicht eines Schutzhelms gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines energieschluckenden Verbindungsgliedes gemäß der Erfindung,

Fig. 4 und 5 Vorderansichten des in Fig. 3 gezeigten Gliedes in zwei aufeinanderfolgenden Zuständen der Verformung bzw. Längung,

Fig. 6 und 7 andere Ausführungsformen von energieschluckenden Verbindungsgliedern gemäß der Erfindung.

Der in Fig. 1 gezeigte Helm 10 setzt sich aus einer Helmschale 12 und einer Stützkappe 14 zusammen. Die Stützkappe 14 ist aus einer Anzahl von Kappenbändern 16 gebildet, wel- * ehe mittels energieschluckender Glieder 18 an der Helmschale verankert sind. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind drei Bänder 16 mittels sechs Gliedern verankert.

Die energieschluckenden Glieder 18 sind aus jeweils einem Stück Draht geformt und haben an einem Ende ein Anschlußteil 18a für ein Kappenband, am anderen Ende ein Verankerungsteil 18b für die Befestigung an der Helmschale und dazwischen

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ein energieschluckendes Mittelteil 18c. Letzteres besteht aus zwei im wesentlichen quer zur Längsrichtung des Gliedes verlaufenden schlangenförmig gekrümmten Cßeilstücken. Die beiden Enden der beiden schlangenformigen Teilstücke verlaufen im wesentlichen in der Längsrichtung der Kappenbänder. Das innere Ende der Teilstücke geht jeweils in das Verankerungsteil 18b und das äußere Ende in das Anschlußteil 18a über. Die beiden schlangenformigen Teilstücken haben das gleiche Energie-Schluckvermögen und verlaufen quer zur · Richtung 20 einer vom jeweiligen Band 16 auf das Glied übertragenen Aufschlagkraft. Aufgrund der querliegenden Anordnung der schlangenformigen Teilstücke bewirkt eine Aufschlagkraft eine Verformung und Längung der Glieder in , der in 3?ig. 4- und 5 dargestellten Weise.

Unter Einwirkung einer Aufschlagkraft verformen sich die schlangenformigen Teilstücke zunächst soweit, bis ihr Mittelteil etwa senkrecht zum Kraftvektor 20 verläuft. Dabei tritt zunächst über eine sehr kurze Strecke eine elastische Verformung ein Bei der weiteren Schwenkbewegung der Mittelteile wird dann die elastische Verformungsgrenze überschritten, die Länge χ der Kraftmomentarme vergrößert sich und die Krümmungen j nehmen an Härte zu. Die Zunahme der Länge .der Kraftmomentarme bewirkt eine Verringerung der zum weiteren Verformen und Längen des Gliedes erforderlichen Kräfte. Demgegenüber bewirkt die zunehmende Härte der Krümmungen y eine Zunahme der zur weiteren Verformung und Längung des Gliedes erforderlichen Kräfte und hebt somit die Wirkung der verlängerten Kraftmomentarme im wesentlichen wieder auf. Sobald also die plastische Verformung einsetzt, stabilisiert sich die durch die Aufhängung der Kappe übertragene Kraft auf einem im wesentlichen konstanten Wert, bis die Mittelteile der schlangenformigen Teilstücke die beschriebene, im wesentlichen zum Kraftvektor 20 senkrechte Lage erreichen. Die Größe der Längung der Glieder bei einem im wesentlichen konstanten Wert der übertragenden Kräfte läßt sich durch Vergrößerung oder Verkürzung der Mittelteile der schlangenformigen Teil-

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stücke steigern bzw. verringern."

Bei einer über den in Fig. 5 dargestellten Zustand hinaus "fortgesetzten-Verformung der Glieder kommt.es zur Streckung der Krümmungen zwischen den Endtsücken und den Mittelteilen. Dadurch verkürzen sich die Kraftmomentarme, die Härte der Krümmungen nimmt weiter zu und die über die Aufhängung der Kappe übertragenen Kräfte steigen schnell an. Die Gesamtlängung des Gliedes ist bei der beschriebenen fortgesetzten Verformung klein im Vergleich zu der eingangs eintretenden Längung.

Das in Fig. 3 gezeigte Glied ist eine .bevorzugte Ausführungsform für'die Verwendung an einem den Anforderungen der ANSI-Norm-Z89.1-1969 genügenden Bergsteigerhelm. Das Glied ist aus 2 mm starkem Flußstahldraht geformt. Zur Bildung des Anschlußteils 18a sind die beiden Enden des vorgeformten Drahtstücks in der in Fig. 2 gezeigten Weise nebeneinanderliegend zusammengeschweißt. Diese Anordnung der Drahtenden ergibt eine größere Angriffsfläche . für das Band 16 und verringert somit die Konzentration von Kräften an dessen Anschlußschlaufe 16a. Das Verankerungsteil 18b ist im Winkel von etwa 20° einwärts abgewinkelt, und das energieschluckende Mittelteil verläuft in einer gemeinsamen Ebene mit dem an dem Glied befestigten Band 16. Das in Fig. 3' gezeigte Glied übt seine energieschluckende Wirkung in der folgenden Weise aus: Während der anfänlichen .elastischen Verformung, welche sich im wesentlichen gemäß den Hookeschen Dehnungsgesetzen vollzieht, tritt eine Längung von nicht mehr als etwa 2,5 mm ein, bis die Grenze der elastischen Verformbarkeit erreicht ist. Mit dem Einsetzen der plastischen Verformung erreichen die übertragenen Kräfte einen stabilisierten, im wesentlichen konstanten Wert, welchen sie während der weiteren Längung des Gliedes um etwa 16,5 mm behalten. Anschließend steigen die übertragenen Kräfte schnell an, wobei nur eine relativ geringe \ireitere Längung stattfindet.

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Die Verformung des Gliedes setzt bei dynamischer Einwirkung einer Kraft von etwa 5^ kp ein. Dieser Wert bleibt bei der plastischen Verformung bis zu dem in Fig. 5 gezeigten Zustand im wesentlichen konstant. Die sechs Glieder übertragen mithin gemeinsam eine Kraft von etwa 324 kp. Bei einer Aufschlagprüfung gemäß den ANSI-Normen wird auf die' Helmschale eine Aufschlagenergie von 5»53 kpm zur Einwirkung gebracht. Ein Helm mit sechs Verbindungsgliedern der bevorzugten Ausführungsform ist für die Aufnahme einer . Aufschlagenergie von etwa 6,29 kpm ohne t)berschreitung der Grenze für die Kraftübertragung von 386 kp und der .Verformungsgrenze von etwa 19 mm ausgelegt.

Die Anschluß- und Verankerungsenden der Glieder können zur Anpassung an andere Befestigungsarten auch anders ausgebildet sein, sofern dabei nicht die Wirkung des energieschluckenden Mittelteils verloren geht. So kann der Draht beispielsweise so geformt sein, daß seine beiden Enden das Verankerungsteil für die Befestigung an der Helmschale und nicht das Anschlußteil für das Kappenband bilden. Anderenfalls kann das Glied auch an beiden Enden Anschlußteile ^ für Kappenbänder haben. Die energieschluckenden Teilstücke können anstatt spiegelverkehrt auch gleichlaufend miteinander ausgebildet sein.

Das Glied in der in Fig.. 6 gezeigten Ausführung hat im wesentlichen die gleiche Wirkungsweise wie das in Fig. 3 gezeigte. Insbesondere ist das energieschluckende Mittelteil 18e in gleicher Weise ausgebildet. Lediglich die Anschluß- und Verankerungsteile sind zur Anpassung an . andere Befestigungsarten anders ausgeführt. Das Anschlußende 18a ist hier zum Einführen in ein hohles Kappenband bestimmt, in welchem es etwa mit einer Naht 22 befestigt wird. Das Verankerungsende 18b ist für die Verankerung an zwei Stellen anstelle von einer einzigen ausgebildet.

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Das. in Fig. 7 gezeigte energieschluckende Glied ist im wesentlichen als eine Hälfte eines Gliedes der vorstehend beschriebenen Ausführungen ausgebildet. Das energieschluckende Mittelteil 18c weist ein einziges, schlangenförmig in Querrichtung angeordnetes Teilstück auf und die Endstücken 18a und 18b sind für die Befestigung mittels Nieten oder ähnlicher Befestigungselemente ausgebildet.

Gegebenenfalls können die ehergieschluckenden Glieder auch zur Verbindung zwischen Teilstücken der Kappenbänder verwendet werden. Sie brauchen also nicht'zwangsläufig mit einem Ende an der Helmschale verankert zu sein. Zur Erleichterung der Fertigung verdient jedoch die Verankerung der Glieder an der Helmschale den Vorzug.

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Claims

Patentansprüche:

1. Energieschluckendes Verbindungsglied mit zwei Befestigungsenden und einem energieschluckenden Mittelteil, .gekennzeichnet durch wenigstens ein im wesentlichen quer zur Längsrichtung des .Gliedes (18) verlaufendes schlangenförmig gekrümmtes Teilstück.

2. Energieschluckendes Verbindungsglied nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei nebeneinanderliegende, im wesentlichen quer zur Längsrichtung des Gliedes (18) verlaufende schlangenförmig gekrümmte Teilstücke.

3. Energieschluckendes Verbindungsglied nach Anspruch 2, dadurch gekennz e i chne't, daß es in Form einer geschlossenen Schleife aus einem Drahtstück mit aneinander befestigten Enden gebildet ist.

4. Energieschluckendes Verbindungsglied nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß es aus einem Drahtstück geformt ist, dessen freie Enden (18b) als Verankerungsteile ausgebildet sind. -

5- Energieschluckendes Verbindungsglied nach Anspruch 2 für die Verwendung an einem Schutzhelm mit einer Helmschale und diese in gewissem Abstand zum Kopf eines Trägers stützenden Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet daß das Glied in Form einer geschlossenen Schleife aus einem Drahtstück gebildet ist, dessen freie Enden aneinander befestigt sind und zur Bildung eines Anschlußteils für die die Helmschale stützenden Einrichtungen quer zur Längsrichtung des Gliedes verlaufen und daß das eine Befestigungsende (18b) an der Helmschale (12) und das andere Ende (18a) an den diese stützenden Einrichtungen (14) befestigbar ist.

6. Energieschluckendes Verbindungsglied nach Anspruch 1

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für die Verwendung an einem Schutzhelm mit einer Helmschale und einer Anzahl von diese in gewissem Abstand zum Kopf des Trägers stützenden Kappenbändern, welche jeweils mit Befestigungsschlaufen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (18) aus Draht geformt ist und ein Befestigungsende (18a) mit einem quer zur Längsrichtung des Gliedes verlaufenden, an einer Befestigungsschlaufe eines Kappenbandes (16) befestigbaren Teilstück und ein anderes, an der Helmschale (12) befestigbares Befestigungsende (18b) aufweist.

7. Energieschluckendes Verbindungsglied nach Anspruch für die Verwendung an einem Schutzhelm mit einer Helmschale ^l und diese in gewissem Abstand zum Kopf des Trägers stützenden Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (18) aus einem Drahtstück geformt ist^ aus dessen freien Enden zwei Befestigungsteile (18b) an einem Befestigungsende des Gliedes für die Befestigung an der Helmschale (12) gebildet sind, und daß das Glied mit einem Befestigungsende (18b) an der Helmschale und mit dem anderen Ende (18a) an den diese stützenden Einrichtungen (14, 16) befestigbar ist.

8. Energieschluckendes Verbindungsglied nach Anspruch für die Verwendung an einem Schutzhelm mit einer Helmschale und diese in gewissem Abstand zum Kopf des Trägers stützenden Einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (18) aus einem Drahtstück geformt ist, dessen freie Enden an beiden Befestigungsenden (18a, 18b) des Gliedes jeweils ein Befestigungsteil bilden, und daß das Glied derart in die die Helmschale (12) stützenden Einrichtungen (14, 16) einbezogen ist, daß es einen wesentlichen Teil von darauf einwirkenden Aufschlagkräften aufnimmt. .

9. Schutzhelm mit einer Helmschale und einer Stützkappe aus relativ unelastischen Teilen zum Stützen der Helmschale in einem bestimmten Abstand zum Kopf des Trägers und aus

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energieschluckenden Teilen, dadurch gek'ennzei'chn e t, daß die energieschluckenden Teile als energieschlickende Verbindungsglieder (18) jeweils mit zur Befestigung dienenden Endstücken (18a, 18b) und einem wenigstens ein im wesentlichen quer zur Längsrichtung des jeweiligen Gliedes verlaufendes, schlangenförmig gekrümmtes Teilstück aufweisenden Mittelteil (18c) ausgebildet sind.

10. Schutzhelm nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß jedes Glied (18) zwei nebeneinander im wesentlichen quer zur Längsrichtung des Gliedes verlaufende, schlangenförmig gekrümmte Teilstücke hat.

11. Schutzhelm nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Glieder (18) jeweils aus einem Drahtstück gebildet sind, dessen freie Enden zur Bildung einer geschlossenen Schleife für die Befestigung an den unelastischen Teilen (16) aneinander befestigt- sind.

12. Schutzhelm nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzei cn η et, daß die unelastischen Teile eine Anzahl von Kappenbändern (16) sind und daß die einzelnen Glieder 5^ewei^{ls aus} einem Drahtstück gebildet sind, dessen eines Befestigungsende (18a) ein im wesentlichen quer zur Idngsrichtung des Gliedes (18) verlaufendes und an einem Kappenband befestigtes Teilstück aufweist.

Schutzhelm nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Glieder (18) jeweils aus einem Drahtstück geformt sind, dessen freie Enden (18b) zwei Befestigungsteile für die Befestigung an der Helmschale (12) bilden.

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14-, Schutzhelm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Glieder (18) jeweils aus einem Drahtstück geformt sind, dessen freie Enden ein Befestigungsteil (18t>) für die Befestigung an der Helmschale (12) und ein anders Befestigungsteil (18a) für die Befestigung an den unelastischen Teilen (16) bilden.

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