DE2719628A1

DE2719628A1 - Aufhaengeelement

Info

Publication number: DE2719628A1
Application number: DE19772719628
Authority: DE
Inventors: Harry W Austin; Roy D Marangoni
Original assignee: Mine Safety Appliances Co
Current assignee: MSA Safety Inc
Priority date: 1976-06-25
Filing date: 1977-05-03
Publication date: 1977-12-29
Also published as: GB1530538A; US4106127A; JPS532143A; CA1065552A

Description

DR.-ING. DIPL-ING. M. SC. IJIPL.-PHYS. LlR. DIPL.-PHVS.

HÖGER - STELLRECHT - GRIF.SS3ACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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21. April 1977

Mine Safety Appliances Company 600 Penn Center Blöd. Pittsburgh, Pa. 15223/USA

Aufhängeelement

Die Erfindung betrifft ein Aufhängeelement zum Lagern einer Last und zur Energieabsorption bei einem plötzlichen Anstieg der Belastung über einen vorgegebenen Wert.

Übliche industrielle Kopfschutzsysteme bestehen aus einer festen steifen Schale, die über den Kopf eines Trägers gestülpt wird, sowie aus einem zugeordneten Trägersystem, welches einen Biegekäfig, ein gabelförmiges Gerüst oder muldenartig ausgebil-

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dete Haltebänder umfaßt, die auf dem Kopf des Trägers unmittelbar aufliegen und die Schutzhelmschale so lagern, daß diese sich oberhalb des Kopfes im Abstand ai diesem befindet. Wird die feste Helmschale von einem nach unten gerichteten Schlag oder einer Stoßeinwirkung getroffen, dann werden die sich entwickelnden Kräfte auf das Trägergurtsystem an dessen Verbindungspunkten mit der Schale rund um den Schalenrand übertragen. Da das Trägergurtsystem aus flexiblen Bändern oder Streifen besteht, werden in diesem lediglich Spannungskräfte entwickelt. Bestehen die flexiblen Streifen aus einem gegossenen oder gespritzten Kunststoffmaterial, dann können die Bänder durch den Schlag einer permanenten Dehnung unterworfen werden, so daß auf diese Weise die Schlagenergie absorbiert wird. Allerdings können die während einer solchen dynamischen Spannungseinwirkung sich ergebenden Eigenschaften der Kunststoffbänder erheblichen Veränderungen unterworfen sein, es ist auch möglich, daß die Bänder sehr spröde und unelastisch werden, insbesondere, wenn sich die Temperatur, in welcher sich Helm mit Tragegurtsystem befindet, unterhalb der Raumtemperatur liegt. Werden die Haltebänder jedoch spröde und unelastisch, dann können sie nicht mehr wirksam Energie absorbieren und aufzehren, sie werden nämlich sehr steif und gehen dann in eine unkontrollierte plastische Verformung über, sie können auch reißen oder bröcklig werden. Ein Hauptnachteil eines solchen Gurtträgersystems, insbesondere für Schutzhelme ist daher darin zu sehen, daß einwirkende Energien lediglich durch Zugspannungen absorbiert und vernichtet werden können, solche Zugspannungen können jedoch nicht in einer solchen wirksamen Weise, wie dies eigentlich erforderlich ist, kontrolliert und beeinflußt werden. Die gleichen Probleme ergeben sich auch, wenn solche Bänder für andere Anwendungszwecke verwendet werden, wo es erforderlich ist, daß einwirkende Energien absorbiert werden, beispielsweise bei Ver-

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bindungs- und Sicherungselementen bei Sicherheitsgurten Fensterputzer u. dgl.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein energieabsorbierendes Aufhängeelement oder ein Aufhängesystem zu schaffen, welches sowohl Biege- als auch Dehnkräfte aufnehmen bzw. entwickeln kann und welches umfassender eingesetzt werden kann, äußerst zuverlässig und von einfachem kostengünstigen Aufbau ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Aufhängeelement wie eingangs beschrieben und besteht erfindungsgemäß darin, daß ein im wesentlichen steifer Ring sowie Verbindungsmittel vorgesehen sind, die diametral gegenüberliegende Ringbereiche mit der Last und einer Unterstützung verbinden und daß der Ring so ausgebildet ist, daß er dann, wenn die Last über den vorgegebenen unteren Wert ansteigt,permanent deformierbar ist, wobei gegenüberliegende Ringbereiche, die von den Verbindungsmitteln frei sind, bei Belastungsanstieg unter gleichzeitiger Längung des Ringes in Belastungsrichtung aufeinander zu bewegbar sind und die zur Deformation des Ringes erforderliche Energie von diesem absorbiert wird.

Zusammengefaßt besteht daher die Erfindung aus einem Suspensions- oder Aufhängeelement, welches eine Last zu tragen vermag und dann Energie absorbiert, wenn die Last plötzlich einer einen bestimmten unteren Wert überschreitenden Belastungseinwirkung ausgesetzt wird. Das Aufhängeelement besteht aus einem normalerweise steifen festen Ring, der unter einer den genannten Wert übersteigenden Belastungseinwirkung permanent deformiert werden kann. Diametral gegenüberliegende Bereiche des Ringes sind einerseits mit der Last, in diesem Falle mit einem

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Schutzhelm und andererseits mit einer Unterstützung verbunden, so daß die Last aufgefangen werden kann. Zwischen den Verbindungsbereichen des Ringes befinden sich gegenüberliegende Ringseiten, die frei sind und die dann aufeinander zugedrückt oder gezogen werden, wenn die Last, die der Ring lagert, plötzlich über den vorgegebenen unteren Wert ansteigt. In diesem Fall längt sich der Ring in der Richtung der Lasteinwirkung. Die zur Verformungsänderung des Rings erforderliche Energie wird von dem Ring absorbiert, wobei in vorteilhafter Weise Kompressions- und Zugspannungen im Ring entwickelt werden, die durch entsprechende Formgebung beherrscht werden können.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung nach Aufbau und Wirkungsweise im einzelnen erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schutzhelm, bei dem das erfindungsgemäße Aufhängeelement verwendet wird,

Fig. 2 als vergrößerten Ausschnitt eine Draufsicht auf ein Aufhängeelement,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III der Fig. 2 und

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein abgeändertes Ausführungsbeispiel eines das erfindungsgemäße Aufhängungselement umfassendes Gurtlagersystem, beispielsweise für einen Schutzhelm.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße, energieabsorbierende Aufhängungs- bzw. Suspensionssystem anhand eines auf einen

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Schutzhelm bezogenen AusfUhrungsbeispiels im einzelnen näher erläutert. Es versteht sich, daß die folgende, sich auf den Schutzhelm beziehende Erläuterung nicht einschränkend zu verstehen ist.

Der Fig. 1 der Zeichnung läßt sich ein Schutzhelm beliebiger Form mit einer festen Schale 1 entnehmen, die dem Kopf eines Trägers angepaßt ist. Um den obersten Teil, nämlich die Krone der Helmschale zum Kopf des Trägers im Abstand zu halten, ist ein Aufhängungsgerüst, ein muldenartiger Biegekäfig oder ein Traggestell (suspension cradle) vorgesehen, welches den Kopf eines Trägers aufnimmt und aus flexiblen Streifen, Bändern oder Gurten 2 besteht, die sich über den Kopf, auf dem sie auflie gen, erstrecken. Die unteren Enden der Bänder sind in geeigne ter Weise mit der Helmschale verbunden, beispielsweise mittels Ansätzen, Aufhängeösen oder Nasen 3, die von entgegengesetzten Seiten jedes Bandes vorspringen und in Sockeln 4 im unteren Teil der Helmschale nahe deren Rand aufgenommen sind. Direkt oberhalb der Ansätze 3 sind an den Bändern Klemmen oder Klipse in geeigneter, beliebiger Weise befestigt, die ein Kopfband 6 tragen. Die Bänder erstrecken sich nicht kontinuierlich durchlaufend von einer Seite des Helms zur anderen, sondern sie sind durch energieabsorbierende Aufhänge-, Trage- oder Suspensionselemente in obere und untere Abschnitte unterteilt. Jedes die ser, im folgenden lediglich noch als Tragelemente bezeichneten, energieabsorbierenden Suspensionsmittel umfassen einen normalerweise festen steifen Ring 8, bei welchem diametral gegenüberliegende Bereiche mit den unteren und oberen Bandteilen verbunden sind. Der Durchmesser jedes Rings ist größer als die Breite der Bänder. Bevorzugt weisen die Ringe eine runde Form auf, sie können aber auch, falls gewünscht, jede beliebige andere Form annehmen. In entsprechender Weise kann auch der Quer-

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schnitt jedes solchen Ringes von beliebiger Form sein. Das Material, aus welchem die Ringe bestehen, darf nicht bröcklig, spröde oder zerbrechlich sein; es muß im Gegenteil einer einwirkenden deformierenden Kraft durch ein Verbiegen und einer Dehnung so lange widerstehen, bis eine vorgegebene Belastung, für welche die Ringe ausgelegt sind, überschritten wird. Die Ringe können daher aus Metall oder aus einem sonstigen, geeigneten synthetischen Kunststoff als Gußform oder Spritzgußform hergestellt sein. Bei den Kunststoffen ist Polyäthylen bevorzugt, obwohl auch Polyurethane, Polycarbonate, Nylon, PMMA und andere Kunststoffe verwendet werden können. Zur Verwendung bei einem Schutzhelm wird tatsächlich ein Kunst-Stoffmaterial bevorzugt, da dieses leichtgewichtig ist und dielektrische Eigenschaften aufweist. Für andere Anwendungen, beispielsweise bei einem Trag- oder Aufhängeharnisch für Fensterputzer oder für Sicherheitsgurte oder Seile bei an Hochbauten arbeitenden Arbeitern können auch Metallringe verwendet werden. Die Bandabschnitte können an dem Ring dadurch befestigt werden, daß die Bänder schleifenartig durch den Ring gezogen werden, so daß sie ihn umschlingen; andererseits können die Streifen und Ringe dann, wenn sie aus dem gleichen Kunststoff material hergestellt werden, auch, wie in der Zeichnung gezeigt, einstückig zueinander ausgebildet sein. Es ist auch möglich, wie in Fig. 1 gezeigt, die Streifen oder Bänder und die zugehörigen Ansätze 3 in einem Stück als Formgußteil herzustellen.

Sehr viele Schläge oder Stöße, die sich auf den dargestellten Helm auswirken, beeinträchtigen das so gebildete Halte- oder Tragesystem nicht, da die einwirkenden Stoß- oder Schlagkräfte nicht groß genug sind, überschreiten diese Kräfte jedoch die Belastungsgrenze,für die das Tragsystem ausgelegt ist, dann absorbiert das Tragegurtgerüst einen Teil oder die gesamte

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überschüssige Energie. Wird daher der Schutzhelm einer Schlageinwirkung ausgesetzt, die die sich auf den Helm auswirkende Belastung um einen vorgegebenen unteren Wert übersteigt, dann ziehen die unteren Dandteile an den Ringen mit so ausreichender Kraft nach unten, daß sie die Ringe verbiegen und längen, und zwar derart, daß sich nunmehr unter der Zugeinwirkung gegenüberliegende Seitenbereiche der Ringe annähern, wie dies in strichpunktierter Form in Fig. 2 gezeigt ist. Während dieses Biege- und Längungsvorgangs der gegenüberliegenden Ringseiten wird die innere Fläche jedes Rings einer Zugspannung ausgesetzt, während seine äußere Fläche der Einwirkung von Druckkräften ausgesetzt ist. In der Mitte zwischen den inneren und äußeren Oberflächen jedes Ringes befindet sich ein neutraler Punkt oder eine neutrale Linie, von welchem Punkt in Richtung auf die Ringinnenseite ausgehend sich die Zugspannungen vergrößern, während in Richtung auf die Ringaußenseite die Druckkräfte oder kompressiven Kräfte ansteigen. Da mit anderen Worten zu diesem Zeitpunkt Biegespannungen überwiegen, erfahren die inneren Flächen einander gegenüberliegender Seiten des Ringes Zugspannungen, die linear bis zur neutralen Achse auf Null abnehmen und von dort ausgehend allmählich als Druckspannungen wieder ansteigen.

Bei fortgesetzter Belastung steigen auch die sich auf die inneren Oberflächen auswirkenden Zugspannungen kontinuierlich an, bis der Fließpunkt des Materials erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt haben jedoch nur die innersten Fasern oder Schichtbereiche des Ringes die Fließspannung erreicht, während der Rest der Ringstruktur sich noch immer elastisch verhält. Steigt die Belastung dann weiter an, dann vergrößert sich der Gesamtbereich des plastisch nachgebenden und deformierten Materials in einer linearen, jedoch kontrollierbaren Weise. Dies steht im Gegen-

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satz zu der vollständig gleichförmigen Zugbelastung und Zugspannungseinwirkung, die bei einem plastisch deformierbaren Suspensionsband auftritt.

Ein Fließen bzw. ein Nachgeben des gesamten Querschnittsbereichs jeder Ringseite ergibt sich erst, nachdem eine erhebliche Deformation des Ringes eingetreten ist, so daß dessen Seiten nahezu gerade verlaufende parallele Ringabschnitte bilden. Die Fließspannung und ihre sich progressiv auswirkende Veränderungsrate bis zur gesamten plastischen Deformation des Ringes wird von dem Material bestimmt, aus welchem der Ring besteht, sowie von den inneren und äußeren Durchmessern des Ringes und seines gesamten Querschnittsbereichs.

Obwohl nicht in allen Fällen notwendig, wird jedoch bevorzugt jeder Ring noch mit einem losen oder durchhängenden Spannungsglied 9 ausgestattet, welches auf die angrenzenden Bandbereiche

ausgerichtet ist. Die gegenüberliegenden Enden dieses Spansind

nungsgliedes/i wie in der Zeichnung gezeigt, an diametral gegenüberliegenden Ringpunkten befestigt. Bei einem gegossenen oder sonstwie geformten Kunststoffring kann das Spannungsglied ein einstückiger, integraler Teil der Gesamtstruktur sein. Ein solches Spannungsglied begrenzt entweder den Dehnungsvorgang des sich unter Belastung befindenden Ringes oder trägt dazu bei, daß der Ring einer weiteren Dehnung Widerstand leistet, nachdem das Spannungsglied von dem sich längenden Ring straff gezogen worden ist.

Bei einem Schutzhelmsystem können die Bänder 2 auch in anderer Form ausgebildet sein. Bei der Darstellung der Fig. 1 verlaufen die Bänder in Längsrichtung quer über die Helminnenfläche; entsprechend der Darstellung der Fig. 4 können ähnliche Bänder 12,

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die ebenfalls aus einem Kunststoff gegossen oder geformt sind, sich in etwa diagonal relativ zueinander erstrecken, wobei die inneren oder oberen Enden der Bandteile einstückig an einem kurzen Zwischenverbindungsstück 13 befestigt sein können, welches sich in Längsrichtung zur Helmlängsachse erstreckt. Die äußeren oder unteren Enden der Bänder können mit einstückigen Ansätzen oder Vorsprüngen 14 zur Befestigung an einer Helmscha-Ie in der gleichen Weise ausgebildet sein, wie weiter vorn mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben. Jedes Band umfaßt auf jeden Fall einen eine Schlag- oder Schockeinwirkung absorbierenden Ring 15.

Bei vorliegender Erfindung ist noch vorteilhaft, daß ein solches energieabsorbierendes System sowohl bei Raumtemperatur als auch bei sehr kalten Temperaturen wesentlich wirksamer ist als die bisher bekannten Systeme.

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Claims

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1. Aufhängungselement zum Lagern einer Last und zur Energieabsorption bei einem plötzlichen Anstieg der Belastung über einen vorgegebenen Wert, dadurch gekennzeichnet , daß ein im wesentlichen steifer Ring (8) sowie Verbindungsmittel (2) vorgesehen sind, die diametral gegenüberliegende Ringbereiche mit der Last und einer Unterstützung verbinden und daß der Ring so ausgebildet ist, daß er dann, wenn die Last über den vorgegebenen unteren Wert ansteigt, permanent deformierbar ist, wobei gegenüberliegende Ringbereiche, die von den Verbindungsmitteln (2) frei sind, bei Belastungsanstieg unter gleichzeitiger Längung des Ringes in Belastungsrichtung aufeinander zu bewegbar sind und die zur Deformation des Ringes erforderliche Energie von diesem absorbiert wird.

2. Aufhängeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus einem nichtspröden, gegossenen oder geformten Kunststoffmaterial besteht.

3. Aufhängeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (8) unter angestiegener Belastung derart einer plastischen Dehnungsverformung unterworfen ist, daß der Ringurafang vergrößert wird.

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4. Aufhängeelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein normalerweise durchhängendes, loses Spannungsglied (9) vorgesehen und in QuererStreckung über dem Ring (8) an den Ringbereichen befestigt ist, an denen auch die Verbindungsmittel (Bänder 2) befestigt sind, und daß das Spannungsglied (9) ein weiteres Dehnen des Ringes (8) unter Lasteinwirkung begrenzt, nachdem es straffgezogen ist.

5. Aufhängeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Last gebildet ist von einer steifen Schutzhelmschale (1) und die Unterstützung aus einem flexiblen Tragegerüst oder Bandsystem besteht, welches zur Auflage auf dem Kopf des Schutzhelmträgers im Schutzhelminneren angeordnet ist.

6. Aufhängeelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von aus einem gegossenen oder gespritzten, nichtspröden Kunststoffmaterial bestehenden Ringen (8) vorgesehen sind, die bei vergrößerter Lasteinwirkung einer Dehnung unterworfen sind, wobei die Last aus einer steifen Helmschale (1) besteht und die Verbindungsmittel (2) obere und untere, an den Ringen

(8) befestigte Bandteile (2) sind, daß die unteren Bandteile (2) mittels Halteanordnungen (3, 4) an/umfangsmäßigen Abstand angeordneten Punkten der Helmschale an dieser befestigt sind und daß die Abstützung aus einem flexiblen Traggerüst im Helmschaleninneren besteht, welches die oberen Bandteile (2) zur Auflage auf dem Kopf des Schutzhelmträgers umfaßt.

7. Aufhängeelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial von

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Ring und/oder Bändern Polyäthylen ist.

8. Aufhängeelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Ringe (8) und Bänder (2) sowie die Befestigungselemente aus einem einstückigen, gegossenen oder geformten Kunststoffstück bestehen.

9. Aufhängeelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente für die Bänder (2) am unteren Helmschalenbereich Vorsprünge (3) sind, die in seitlicher Richtung an den unteren Enden der Bänder (2) angeordnet sind.

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