DE60226238T2

DE60226238T2 - Schützende kopfbedeckung und schutzschild sowie verfahren zum verändern von schützenden kopfbedeckungen und schutzschilden

Info

Publication number: DE60226238T2
Application number: DE60226238T
Authority: DE
Inventors: Kenneth David Pinner PHILLIPS
Original assignee: Phillips Helmets Ltd
Current assignee: Phillips Helmets Ltd
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: RU2298391C2; WO2003005844A1; EP1404189B1; ZA200400235B; RU2004103538A; US20040168246A1; CY1110902T1; ES2305260T3; DE60226238D1; CA2453114A1; JP4299660B2; CA2453114C; AU2002317312B2; PT1404189E; ATE392824T1; DK1404189T3; CN1543318A; JP2004534161A; US8615817B2; EP1404189A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine schützende Kopfbedeckung, wie etwa Sicherheitshelme, zur Verwendung beim Motorradfahren oder Fahrradfahren, oder Teilnahme bei gefährlichen sportlichen Aktivitäten, wie etwa Klettern, Reiten oder Wildwasserfahren. Die vorliegende Erfindung ist auch im industriellen Kontext für Sicherheitshelme relevant, die auf Baustellen, in Fabriken verwendet werden, sowie in militärischen Anwendungen. In der Tat kann die vorliegende Erfindung in jeder Umgebung benutzt werden, wo eine Art schützender Kopfbedeckung gewünscht ist, welche leichtgewichtig ist und den Benutzer nicht behindert, während sie wirkungsvoll darin ist, die Wirkungen eines Stoßes auf den Kopf zu verhindern oder zu minimieren. Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ihre Fähigkeit, Charakteristika des menschlichen Kopfes nachzuahmen, um für einen Verletzungsschutz zu sorgen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Schutzschild, wie etwa ein Körperschild, das von der Bereitschaftspolizei und bewaffneten Streitkräften verwendet wird.
Es sind in der Technik verschiedene Formen von Kopfschutz bekannt, welche danach gestrebt haben, den Aufprall eines Aufpralls oder Schlages zu verteilen und auszubreiten, indem Schutzhelme aus harten Materialien gebaut wurden. Es ist üblich, eine Polystyrol- oder ähnliche Schaumauskleidung oder Gurtstütze innerhalb solcher Helme vorzusehen, sowohl zur Energieabsorption als auch zum Komfort. Jedoch haben viele solche "harten Helme" eine begrenzte Kapazität der Energieabsorption und übertragen lediglich die Aufprallkräfte auf den Kopf eines Benutzers, gleichwohl über eine weitere Fläche. Noch schlechter ist, dass es bestimmte Helme erlaubt haben, dass die Quelle eines Aufpralls in direkten Kontakt mit dem Kopf eines Benutzers kommt, sobald das harte Material geopfert oder durchbrochen wurde, insbesondere im Fall eines starken Aufpralls. Zum Beispiel ist in der US-A-3946441 ein Sicherheitshelm offenbart, der eine primäre Schale aufweist, die zähe Aufprallwiderstandseigenschaften hat, und eine zweite äußere Schale aus brüchigem Material gebildet ist, die so ausgestaltet ist, dass sie bereits bei geringerem Aufprall bricht.
Auch ist in der Technik ein Schutzschild bekannt und ist in der Vergangenheit ein solcher Schild insbesondere dafür benutzt worden, den Körper bei der Ausübung von gefährlichen oder Kontakt-Sportarten zu schützen. In der US-A-3500472 ist eine Schutzkleidung offenbart, die Polstermittel aufweist, die in Taschen an der Schutzkleidung eingesetzt und aufgeblasen werden. Im Gebrauch ist die Kleidung so ausgestaltet, dass sie jegliche Relativbewegung zwischen dem Polstermittel und dem Taschenmittel begrenzt, wenn die Kleidung einem Aufprall ausgesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt und beinhaltet bestimmte Schutzmerkmale des menschlichen Kopfes, der selbst in der Lage ist, erhebliche Energiemengen zu absorbieren und zu verteilen, um ihn hierdurch vor Aufprall zu schützen. Eine schützende Kopfbedeckung und ein Schutzschild, die diese Merkmale enthalten, sind vom Anmelder in der EP 0790787 offenbart. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Verbesserungen in der Vorrichtung in den Verfahren, die in EP 0790787 offenbart sind.
Die vorliegende Erfindung sieht, in einem ersten Aspekt, eine schützende Kopfbedeckung vor, umfassend:
eine Schale mit einer nach innen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch zum Kopf eines Benutzers der Kopfbedeckung zeigt, und einer nach außen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch vom Kopf eines Benutzers weg zeigt;
eine Außenschicht, die über wenigstens einem Teil der nach außen zeigenden Oberfläche der Schale liegt, und
Bruchmittel zur Befestigung der Außenschicht am Rest der Kopfbedeckung an einer oder mehreren Stellen, wobei:
das Bruchmittel so konfiguriert ist, dass es versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche der Kopfbedeckung empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung wirkt, um die Kopfbedeckung und den Kopf des Benutzers zu drehen, und
bei Versagen des Bruchmittels an der einen oder den mehreren Stellen, die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht, die die Kraft empfängt, sich relativ zur Schale in einer Weise bewegt, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
In einem zweiten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine schützende Kopfbedeckung vor, umfassend:
eine Schale mit einer nach innen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch zum Kopf eines Benutzers der Kopfbedeckung zeigt, und einer nach außen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch vom Kopf eines Benutzers weg zeigt;
eine Außenschicht, die über wenigstens einem Teil der nach außen zeigenden Oberfläche der Schale liegt; und
Mittel zum Befestigung der Außenschicht am Rest der Kopfbedeckung an einer oder mehreren Stellen, wobei:
die Außenschicht so konfiguriert ist, dass sie versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche der Kopfbedeckung empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung zur Außenfläche der Kopfbedeckung wirkt, um die Kopfbedeckung und den Kopf des Benutzers zu drehen, und
bei Versagen der Außenschicht, die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht, die die Kraft empfängt, sich relativ zur Schale in einer Weise bewegt, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
In einem dritten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Schutzschild vor, umfassend:
eine Basisschicht mit einer nach innen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch zum Körper eines Benutzers des Schildes zeigt, und einer nach außen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch vom Körper des Benutzers weg zeigt; und
eine Außenschicht, die über wenigstens einem Teil der nach außen zeigenden Oberfläche der Basisschicht liegt, und
Bruchmittel zur Befestigung der Außenschicht am Rest des Schildes an einer oder mehreren Stellen, wobei:
das Bruchmittel so konfiguriert ist, dass es versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche des Schildes empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung wirkt, um den Schild und den Körper des Benutzers zu drehen, und
bei Versagen des Bruchmittels an der einen oder den mehreren Stellen, die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht, die die Kraft empfängt, sich relativ zur Basisschicht in einer Weise bewegt, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
In einem vierten Aspekt sieht die vorliegende Erifndung ein Schutzschild vor, umfassend:
eine Basisschicht mit einer nach innen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch zum Körper eines Benutzers des Schildes zeigt, und einer nach außen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch vom Körper des Benutzers weg zeigt; und
eine Außenschicht, die über wenigstens einem Teil der nach außen zeigenden Oberfläche der Basisschicht liegt, und
Mittel zur Befestigung der Außenschicht am Rest des Schildes an einer oder mehreren Stellen, wobei:
die Außenschicht so konfiguriert ist, dass sie versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche des Schildes empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung zur Außenfläche des Schildes wirkt, um den Schild und den Körper des Benutzers zu drehen, und
bei Versagen der Außenschicht die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht, die die Kraft empfängt, sich relativ zur Basisschicht in einer Weise bewegt, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
In einem fünften Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verändern einer existierenden Kopfbedeckung vor, wobei:
eine Außenschicht bereitgestellt wird, um wenigstens über einem Teil einer nach außen zeigenden Oberfläche der existierenden schützenden Kopfbedeckung zu liegen, und
ein Bruchmittel zur Befestigung der Außenschicht am Rest der existierenden schützenden Kopfbedeckung an einer oder mehreren Stellen bereitgestellt wird,
wobei das Bruchmittel so konfiguriert ist, dass es versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche der modifizierten Kopfbedeckung empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung wirkt, um die veränderte Kopfbedeckung und den Kopf des Benutzers zu drehen, und
bei Versagen des Bruchmittels an der einen oder den mehreren Stellen die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht, die die Kraft empfängt, sich relativ zur nach außen zeigenden Oberfläche der existierenden schützenden Kopfbedeckung in einer Weise dreht, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
In einem sechsten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verändern einer existierenden schützenden Kopfbedeckung vor, wobei:
eine Außenschicht bereitgestellt wird, um wenigstens über einem Teil einer nach außen zeigenden Oberfläche der existierenden schützenden Kopfbedeckung zu liegen, und
Mittel bereitgestellt werden zur Befestigung der Außenschicht am Rest der existierenden schützenden Kopfbedeckung an einer oder mehreren Stellen, wobei die Außenschicht so konfiguriert ist, dass sie versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche der veränderten Kopfbedeckung empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung zur Außenfläche der veränderten Kopfbedeckung wirkt, um die veränderte Kopfbedeckung und den Kopf des Benutzers zu drehen, und bei Versagen der Außenschicht die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht, die die Kraft empfängt, sich relativ zur nach außen zeigenden Oberfläche der existierenden schützenden Kopfbedeckung in einer Weise dreht, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
In einem siebten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Modifizieren eines existierenden Schutzschilds vor, worin:
eine Außenschicht bereitgestellt wird, um wenigstens über einem Teil einer nach außen zeigenden Oberfläche des existierenden Schutzschildes zu liegen, und
ein Bruchmittel zur Befestigung der Außenschicht am Rest des existierenden Schutzschildes an einer oder mehreren Stellen bereitgestellt wird,
wobei das Bruchmittel so konfiguriert ist, dass es versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche des modifizierten Schildes empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung wirkt, um den veränderten Schild und den Körper des Benutzers zu drehen, und
bei Versagen des Bruchmittels an der einen oder den mehreren Stellen die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht, die die Kraft empfängt, sich relativ zur nach außen zeigenden Oberfläche des existierenden Schutzschildes in einer Weise dreht, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
In einem achten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verändern eines existierenden Schutzschilds vor, wobei:
eine Außenschicht bereitgestellt wird, um wenigstens über einern Teil einer nach außen zeigenden Oberfläche des existierenden Schutzschildes zu liegen, und Mittel bereitgestellt werden zur Befestigung der Außenschicht am Rest des existierenden Schutzschildes an einer oder mehreren Stellen,
wobei die Außenschicht so konfiguriert ist, dass sie versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche des veränderten Schildes empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung zur Außenfläche des veränderten Schildes wirkt, um den veränderten Schild und den Körper des Benutzers zu drehen, und
bei Versagen der Außenschicht die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht, die die Kraft empfängt, sich relativ zur nach außen zeigenden Oberfläche des existierenden Schutzschildes in einer Weise dreht, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
Nun werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung nur als Beispiel in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
1 ist eine schematische Darstellung eines menschlichen Kopfes im koronalen Querschnitt;
2 ist eine vergrößerte Detailansicht des koronalen Querschnitts von 1;
3 stellt eine typische Form einer schützenden Kopfbedeckung gemäß der vorliegenden Erfindung im Gebrauch dar;
4 ist ein Querschnitt einer ersten Ausführung der schützenden Kopfbedeckung gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine vergrößerte Detailansicht, die ein Verfahren zum Anbringen einer Außenschicht an einem unteren Umfangsrand der schützenden Kopfbedeckung von 4 darstellt;
6a, 6b und 6c sind Detailquerschnittsansichten, die alternative Verfahren zum Anbringen einer Außenschicht an einem unteren Umfangsrand der schützenden Kopfbedeckung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
7a, 7b und 7c sind Perspektivansichten (von oben), die typische verteilte Befestigungsstellen einer Außenschicht an der schützenden Kopfbedeckung der 6a, 6b bzw. 6c darstellen;
8a und 8b sind Detailansichten eines unteren Umfangsrands einer alternativen Ausführung einer schützenden Kopfbedeckung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche eine Außenschicht in ersten und zweiten Positionen (vor und während/nach dem Aufprall) darstellen;
9a, 9b und 9c sind Detailansichten eines unteren Umfangsrands einer weiteren Ausführung einer schützenden Kopfbedeckung gemäß der vorliegenden Erfindung, die aufeinanderfolgende Positionen einer Außenschicht (vor, während und nach dem Aufprall) darstellen;
10a und 10b sind Detailansichten eines unteren Umfangsrands einer noch weiteren Ausführung der schützenden Kopfbedeckung gemäß der vorliegenden Erfindung, die erste und zweite Positionen einer Außenschicht (vor und während/nach dem Aufprall) darstellen;
11 ist eine schematische Darstellung, die bevorzugte Belastungs/Spannungscharakteristiken einer Außenschicht der schützenden Kopfbedeckung der 4 und 5 darstellt;
12 ist eine schematische Darstellung, die bevorzugte Belastungs/Spannungscharakteristiken einer Außenschicht der schützenden Kopfbedeckung der 8a und 8b darstellt;
13 ist eine schematische Darstellung, die bevorzugte Belastungs/Spannungscharakteristiken einer Außenschicht der schützenden Kopfbedeckung der 9a, 9b und 9c und der 10a und 10b darstellt;
14 ist eine schematische Darstellung eines Körperschilds gemäß der vorleigenden Erfindung;
15 ist ein Querschnitt durch den Körperschild von 14; und
16a, 16b, 16c, 16d und 16e sind Detailquerschnittsansichten, die alternative Verfahren zum Anbringen einer Außenschicht an einer Basisschicht des Schutzschilds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Zuerst in Bezug auf 1, so kann dort eine schematische Darstellung es menschlichen Kopfes 10 im koronalen Querschnitt gesetzten werden. Das Gehirn 12 ist von zerebrospinaler Flüssigkeit 14 umgeben, und beide sind in dem Schädel 16 enthalten. An der Außenseite des Schädels 16 ist die Kopfhaut 18. Eine vergrößerte Detailansicht des koronalen Querschnitts von 1 ist in 2 dargestellt.
Die folgenden Merkmale des menschlichen Kopfes 10 sind wie folgt:
Die Kopfhaut
Die Kopfhaut 18 ist eine stabile faserige Schicht, die in der Scherung im Wesentlichen nicht elastisch ist, aber elastisch ist, wenn sie einer Belastung in der normalen Richtung ausgesetzt ist. Besonders wichtig ist das Merkmal, dass die Kopfhaut 18 am Schädel 16 nicht fest angebracht ist, sondern stattdessen relativ zum Schädel 16 um begrenzte Distanzen frei beweglich ist, bevor sie zu reißen beginnt. Die Fähigkeit der Kopfhaut 18, sich relativ zum Schädel 16 zu bewegen, ist wichtig, weil dies der Mechanismus ist, der dazu beiträgt, den Effekten tangentialer Kraftkomponenten bei einem Aufprall entgegenzuwirken, wobei das Gehirn 12 besonders empfindlich auf Beschädigung bei plötzlicher Drehbewegung relativ zum Schädel 16 ist. Die Elastizität der Kopfhaut 18 in der normalen Richtung erlaubt eine Kompression, die dazu dient, die Energie eines Aufpralls zu absorbieren, der eine normale Kraftkomponente hat.
Der Schädel
Der Schädel 16 ist aus zwei Schichten aus dichtem kompakten Knochen 15 zusammengesetzt, die eine Schicht eines schwammigen, mit Hohlräumen versehenen Knochens 17 zwischen sich aufnehmen. Diese Struktur bietet eine harte Oberfläche 15 zur Energieverteilung, die einen Grad an Kompression oder Bruch des mit Hohlräumen versehenen Knochens 17 zur Energieabsorption erlaubt, und auch die Fläche erweitert, über die ein Aufprall wirkt. Der mit Hohlräumen versehene Knochen 17 kann auch einen Grad der Verformung des Schädels 16 erlauben, bevor irgendein Bruch auftritt.
Die Zerebrospinalflüssigkeit
Die Zerebrospinalflüssigkeit 14, die das Gehirn 12 umgibt, wirkt als weiteres Energieabsorptionselement, das das Gehirn 12 vor Bewegungen innerhalb des Schädels polstert. Schläge oder Aufprall auf den Kopf 10 werfen das Gehirn 12 zum Schädel hin, und die resultierende Verlagerung der nicht komprimierbaren Zerebrospinalflüssigkeit 14 wirkt als Verzögerungsmedium, das Energie absorbiert.
Durch Nachahmung von bestimmten der obigen Schutzmerkmale des menschlichen Kopfes 10 kann die schützende Kopfbedeckung und das Schutzschild der vorliegenden Erfindung wirkungsvoll darin sein, sowohl normale als auch tangentiale Kraftkomponenten, die während eines Aufpralls ausgenommen werden, zu dämpfen und in bestimmten Fällen zu neutralisieren.
3 stellt eine erste Ausführung der schützenden Kopfbedeckung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Form eines Fahrradhelms 20 dar, der über ein Kinnband 21 am Kopf 10 eines Benutzers gesichert wird. Es versteht sich, dass die schützende Kopfbedeckung der vorliegenden Erfindung die Form anderer Ausführungen einnehmen kann, wie etwa eines traditionellen "harten Helms" oder eines Motorradhelms, wobei der Letztere den Kopf des Benutzers 10 vollständig umschließt. Es können andere bekannte Mittel zum Sichern der schützenden Kopfbedeckung am Kopf eines Benutzers in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein an der Außenoberfläche des Helms 20 aufgenommener Aufprall hat tangentiale α- und normale β-Kraftkomponenten.
4 und 5 stellen im Querschnitt den Helm 20 von 3 dar, der ersichtlich eine Außenschicht 20, eine Schale 26 und eine innere Auskleidung 24 aufweist.
Obwohl nicht wesentlich, kann die innere Auskleidung 24 innerhalb der Schale 26 vorgesehen sein, sodass sie an den Kopf 10 des Benutzers angrenzt. Die Auskleidung 24 kann dazu dienen, die Fluidaufhängung nachzuahmen, welche durch die Zerebrospinalflüssigkeit 14 bereitgestellt wird, und/oder einen komfortableren und sicheren Sitz des Helms 20 auf dem Kopf 10 des Benutzers zu gewährleisten. Bevorzugt umfasst die innere Auskleidung 24 einen flexiblen Sack, der mit einer geeigneten viskosen Flüssigkeit (nicht gezeigt) gefüllt ist und der an der Innenoberfläche der Schale 26 durch irgendein konventionelles Befestigungsmittel befestigt wird (z. B. durch Verkleben mit Klebstoff oder durch mechanische Befestiger). Da die Flüssigkeit in einem einzelligen Sack zum unteren Umfangsrand des Helms 20 absinken würde, kann eine Kompartimentbildung notwendig sein, um eine geeignete Lagerungsart des Fluids unter einem Aufprall zu erlauben. Es können Strömungssteuermechanismen zwischen den Kompartimenten enthalten sein, um den Fluss zwischen den Kompartimenten zu steuern. Die Strömungssteuermechanismen verhindern den Fluidfluss zwischen den Kompartimenten bei normalen Gebrauch, erlauben aber einen Fluidfluss zwischen den Kompartimenten, wenn der Helm 20 einem Aufprall ausgesetzt wird. Die gegenseitige Verbindung der Kompartimente unterstützt die Entwicklung eines gleichmäßigen Drucks in allen Kompartimenten, um hierdurch den Effekt eines Aufpralls über eine große Fläche zu verteilen. Das Fluid in der inneren Auskleidung 24 kann eine viskose oder wässrige Flüssigkeit sein mit der Wirkung, die Bewegung des Kopfes 10 eines Benutzers relativ zum Helm 20 zu dämpfen, wenn der Helm 20 einem Aufprall ausgesetzt ist. Das Strömungssteuermittel könnte Schwächungslinien in den Wänden aufweisen, die die Kompartimente unterteilen, wobei die Wände bei normalem Gebrauch intakt bleiben, um die Kompartimente voneinander abzudichten, wobei aber unter Aufprallbedingungen die Schwächungslinien brechen, um in den Wänden Öffnungen zu bilden (und somit einen Fluidfluss zu erlauben). In einer alternativen Ausführung kann eine "Blasenpackungs"-artige Innenauskleidung 24 vorgesehen sein, entweder mit Flüssigkeit gefüllt, flüssig und Gas in Kombination oder allein mit Gasfüllung.
Zusätzlich könnte eine dünne Polystyrol- oder ähnliche Auskleidung (nicht gezeigt), die an der Innenseite der flexiblen Sackinnenauskleidung 24 angeklebt oder anderweitig befestigt ist, dazu benutzt werden, deren Form und somit die Fluidverteilung innerhalb des Sacks einzuhalten, wobei in diesem Fall die Kompartimentbildung des Sacks nicht notwendigerweise genutzt wird. Die dünne Polystyrol- oder ähnliche Auskleidung könnte so ausgestaltet sein, dass sie den flexiblen Sack vollständig umschließt.
Auch könnte eine zusätzliche Schicht oder könnten zusätzliche Schichten (nicht gezeigt) zwischen die Schale 26 und die flexible Sackinnenauskleidung 24 eingefügt sein. In der Tat könnte eine zusätzliche Schicht oder könnten zusätzliche Schichten auch oder alternativ an der Innenseite der flexiblen Sackinnenauskleidung 42 vorgesehen sein. Die zusätzliche Schicht oder die zusätzlichen Schichten kann oder können die Form eines herkömmlichen Auskleidungsmaterials einnehmen, das in in der Technik bekannter schützender Kopfbedeckung verwendet wird, wie niedrigdichter Schaum oder Kombinationen von niedrig- und höherdichten Schäumen.
Alternativ könnte die Innenauskleidung 24 stattdessen die Form eines herkömmlichen Energieabsorptionsauskleidungsmaterials einnehmen, das in in der Technik bekannter schützender Kopfbekleidung verwendet wird, und den flexiblen Sack insgesamt erübrigen. Diese Innenauskleidung 24 kann ein Schaummaterial sein, das eine inhärente Dehnbarkeit hat, oder alternativ ein Gurtmaterial, das allgemein in Harthelmen für die Bauindustrie verwendet wird. In der Tat kann die Innenauskleidung 24 eine Anzahl diskreter Schichten aufweisen oder als Laminatmaterial gebildet sein. Zum Beispiel beinhaltet eine solche Modifikation das Vorsehen von zwei Schichten aus Kunststoffschaum in Kombination mit einer Polystyrolauskleidung, entweder beide außerhalb der Polystyrolauskleidung oder eine außerhalb und die andere innerhalb der Polystyrolauskleidung. Diese Schaumschichten können entweder niedrigdicht sein oder Kombination von niedrig- und höherdichten Schäumen. Es versteht sich aus dem Obigen, dass viele verschiedene Alternativen und Kombinationen der Innenauskleidung 24 für die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen werden.
Die Schale 26 ahmt den Schädel 16 nach und bietet somit eine harte Oberfläche zur Energieverteilung (ähnlich dem kompakt dichten Knochen 15 des Schädels 16), während sie einen Grad an Kompression oder Einbruch erlaubt, um eine erhöhte Energieabsorption zu erleichtern (ähnlich dem mit Hohlräumen versehenen Knochen 17 des Schädels 16). Unter Verwendung herkömmlicher Herstellungstechniken können diese Eigenschaften entweder in einem einzigen Material oder in einer Komposit- oder Laminatstruktur erreicht werden. Beim Test stellte sich heraus, dass geeignete Materialien für die Schale 26 enthalten: Polypropylen, Polycarbonat, ABS, Polycarbonat/ABS-Gemische, hochdichtes Polyethylen (HDPE), Carbonfaserkomposite, Glas verstärkte Kunststoffe, Zytel (ein Nylon, hergestellt von DuPont), Celstran (ein langfasriges Glas-, Carbon- oder Aramidfasermaterial in einem Modulträger, wie etwa Polypropylen, Polyethylen, Polycarbonat, ABS, TPU oder Nylon), Twintex (Glasfaser-verstärktes Polypropylen, hergestellt von Vetrotex), Curv PP (ein Polypropylenfaser-verstärktes Material, hergestellt von BP) und Kevlar Komposite (Aramidfasern in Harzträger).
Die Außenschicht 28 ist ausgestaltet, dass sie die Kopfhaut 18 nachahmt. Dementsprechend ist in einer ersten Ausführung eine Außenschicht 28 vorgesehen, die im Wesentlichen inelastisch in der Scherung, aber elastisch komprimierbar ist, wenn sie Kräften in der normalen Richtung ausgesetzt ist (ähnlich der Kopfhaut 18). Jedoch hat sich bei Tests herausgestellt, dass auch eine zweite Ausführung wirkungsvoll sein kann, die eine Außenschicht 28 aufweist, die sowohl in der Scherung als auch dann, wenn sie Kräften in der normalen Richtung ausgesetzt ist, im Wesentlichen elastisch ist. Dementsprechend wird, wenn man für die Außenschicht 28 ein geeignetes Material oder geeignete Materialien auswählt, sowohl den gewünschten mechanischen Eigenschaften des fraglichen Materials oder der fraglichen Materialien und dem gewünschten Betriebsmodus der schützenden Kopfbedeckung Rechnung getragen. Bei Tests hat sich herausgestellt, dass geeignete Materialien für die Außenschicht 28 thermoplastische Polymere beinhalten, wie etwa Santopren (hergestellt von Advanced Elastomer Systems im Bereich von Graden), Hytrel in massiver oder schaumiger Form, wärmehärtende Elastomere, wie etwa Polyurethanelastomere (typischerweise im Härtebereich 50 Shore A bis 70 Shore D), High Q (ein von Astron hergestellter Gummi), Sorbothan, Natur- oder Kunstgummis oder plastizierte Schäume, niedrig- oder hochdichtes Polyethylen (LDPE oder HDPE) sowie herkömmliche thermoplastische und wärmehärtende Kunststoffe, die in der Technik bekannt sind. Die Außenschicht 28 kann optional mit hochsteifen, sich lang erstreckenden Fasern, wie etwa Glas-, Carbon- oder Aramid-(Kevlar)Fasern verstärkt sein, um die Gesamtelastizität dieser Außenschicht zu reduzieren. Diese Faserverstärkung kann die Form von zufällig verteilten oder unidirektionalen Fasern einnehmen, gewobenen oder gestrickten Fasern oder Gazen, die dann in die Außenschicht eingeformt werden.
Es wird daran gedacht, dass maßgeschneiderte Komposit- oder Laminatstrukturen vorteilhaft darin verwendet werden können, um optimale mechanische Eigenschaften und Leistungscharakteristika der schützenden Kopfbedeckung zu erhalten. Um z. B. eine nicht elastische Außenschicht 28 zu erhalten, die in der normalen Richtung komprimierbar ist, kann eine im Wesentlichen nicht elastische Schicht (sowohl in der Scher- als auch in der Normalrichtung) mit einer elastischen Schicht kombiniert werden, sodass die resultierende Struktur in der Scherung im Wesentlichen irrelastisch ist, aber in der normalen Richtung elastisch komprimierbar ist. Geeignete Komposit- oder Laminatstrukturen können mittels Standardverfahren hergestellt werden, die in der Technik gut bekannt sind, einschließlich z. B. In-Mould-, Co-Mould-(oder Bi-Mould)-Glas-Gaze und Coextrusionstechniken.
Da die Außenschicht 28 ein poröses Material enthalten könnte, könnte eine Wasserabdichtung erwünscht sein, um zu verhindern, dass Wasser absorbiert wird und dieses die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Helms 20 nachteilig beeinträchtigt. Dies könnte mittels herkömmlicher Wasserabdichtungstechniken erzielt werden, wie etwa aufsprühbare Zusammensetzungen, oder durch Auflagerung (nicht gezeigt) einer dünnen, aber haltbaren Schicht, die wasserundurchlässig ist, oder durch beide Verfahren. Zusätzlich können dort, wo es erwünscht ist, den Reibungskoeffizienten der Außenschicht 28 zu reduzieren, die Wasserabdichtungsbehandlung so ausgewählt werden, dass sie auch für diesen Zweck dient. Alternativ könnte dort, wo keine Wasserabdichtung erforderlich oder gewünscht ist, nur ein Material oder ein Schicht mit niedrigem Reibungskoeffizient auf die Außenschicht 28 aufgelagert werden.
Um die günstigen Schutzmerkmale des menschlichen Kopfs 10 zu reproduzieren, ist das Anbringen der Außenschicht 28 an der harten Schale 26 kritisch. Es werden verschiedene Befestigungsarten der Außenschicht 28 an der harten Schale 26 in Betracht gezogen und werden nun beschrieben.
In der in den 4 und 5 dargestellten Ausführung ist die Außenschicht 28 einfach an den unteren Umfangsrand der Schale 26 mit einem Klebeband 30 geklebt. Geeignete Klebstoffe enthalten z. B. 3M doppelseitiges VHB-Band, 3M Klebstoff, Typ 10/99, Loctite Cyanacrylat und Epoxyharz. Alternativ könnten auch herkömmliche mechanische Befestigungsmittel verwendet werden. Die Außenschicht 28 ist ansonsten nicht befestigt und mit relativ zur Schale 26 frei beweglich, um die Schutzbewegung der Kopfhaut 18 nachzuahmen. Ein Schmiermittel, wie etwa Öl oder Fett (mit oder ohne Additive wie etwa Molybdändisulfid) oder ein anderes reibungsminderndes Element, wie etwa eine PTFE-Schicht, können auf eine oder beide zueinanderweisenden Oberflächen aufgetragen oder zwischen die Außenschicht 28 und die Schale 26 eingefügt werden (nicht gezeigt), um Reibung zu reduzieren und die Relativbewegung dazwischen zu unterstützen.
Bei einem Aufprall bewirken zum Helm 20 normale Kraftkomponenten β eine elastische Kompression der Außenschicht 28 in der normalen Richtung, um hierdurch Energie zu absorbieren und zu verteilen. Tangentiale Kraftkomponenten α induzieren in der Außenschicht 28 Scherkräfte.
Mit einer Außenschicht 28, die in der Scherung im Wesentlichen nicht elastisch ist, werden diese Scherkräfte direkt über das Klebeband 30 auf die harte Schale 26 übertragen, vorausgesetzt, dass die Höhe der Scherkraft die Scherfestigkeit des Klebstoffs 30 nicht oder jene, die ein ÜBerdehnen und/oder Riss des Materials der Außenschicht 28 hervorruft, nicht überschreiten. Wenn jedoch die Stärke eines Aufpralls so ist, dass die in der Außenschicht 28 induzierte Scherbelastung die Scherfestigkeit des Klebebands 30 oder die Überdehn- und/oder Zugfestigkeit des Materials der Außenschicht 28 überschreitet, dann wird das Band 30 versagen oder wird die Außenschicht 28 überdehnen oder reißen (oder möglicherweise alles drei). In dieser Situation ist die Außenschicht 28 relativ zu der harten Schale 28 frei beweglich und sieht eine reibungsmindernde Oberfläche zwischen der Quelle des Aufpralls und der harten Schale 26 vor, was eine Relativbewegung dazwischen erlaubt. Dieser sogenannte "Ausfall"-Modus ist absichtlich und ist wirkungsvoll darin, der tangentialen Kraftkomponente α entgegenzuwirken und die resultierenden Rotationskräfte zu begrenzen oder zu verhindern, die auf den Rest des Sicherheitshelms 20 einwirken, der am Kopf des Benutzers 10 angebracht ist. Dies ist wichtig darin, die Übertragung von Rotationskräften über den Helm 20 auf das Gehirn 12 zu reduzieren oder zu beseitigen.
Alternativ mit einer Außenschicht 28, die in der Scherung im Wesentlichen elastisch ist, vorausgesetzt, dass die Höhe der Scherkraft die Scherfestigkeit des Klebstoffs 30 oder jene, die ein Überdehnen oder einen Riss des Materials der Außenschicht 28 verursacht, nicht überschreitet, so werden diese Scherkräfte über das Klebeband 30 auf die Schale 26 übertragen, aber typischerweise um einen geringeren Grad, als die tatsächlich erhaltenen Kräfte. Der Übertragungsgrad der Scherkräfte von der Außenschicht 28 auf die Schale 26 verändert sich in Abhängigkeit von der Energie, die beim elastischen Strecken und Entspannen der Außenschicht verteilt. Wenn die Außenschicht 28 bei einem Aufprall gestreckt wird (z. B. mit einer Straßenoberfläche), sich aber entspannt, wenn der Helm mit der Quelle des Aufpralls oder eines anderen Körpers nicht länger im Kontakt ist, dann wird keine Reaktionskraft außer jener innerhalb der Außenschicht 28 auftreten und dann den Helm 20 nur kaum oder gar nicht zurückfedern lassen, und es wird eine Energieverteilung stattfinden. Dies ist so, weil die Außenschicht 28 relativ zur Schale 26 frei beweglich ist und für eine reibungsarme Oberfläche zwischen der Quelle des Aufpralls und der harten Schale 26 sorgt, was eine Relativbewegung zwischen diesen gestattet. Wenn jedoch die Stärke eines Aufpralls so ist, dass die Scherbelastung, die in der Außenschicht 28 induziert wird, die Scherfestigkeit des Klebebands 30 oder die Überdehnungs- und/oder Rissfestigkeit des Materials der Außenschicht 28 überschreitet, dann wird ein Versagen des Bands 30 oder ein Überdehnen und/oder Riss der Außenschicht 28 auftreten (oder möglicherweise alle drei). In dieser Situation ist die Außenschicht 28 relativ zur harten Schale 26 frei beweglich und bietet eine reibungsarme Oberfläche zwischen der Quelle des Aufpralls und der Schale 26, was eine Relativbewegung zwischen diesen gestattet.
Diese "Ausfall"-(Betriebs)-Modi sind wirkungsvoll darin, der tangentialen Kraftkomponente α entgegenzuwirken, und die resultierenden Rotationskräfte zu begrenzen oder zu verhindern, die auf den Rest des Sicherheitshelms 20 einwirken, der auf dem Kopf des Benutzers 10 angebracht ist. Dies ist wichtig zum Reduzieren oder Eliminieren der Übertragung von Rotationskräften über den Helm 20 auf das Gehirn 12. Studien haben aufgezeigt, dass Rotationskräfte, die in Hirnbelastungpegeln oberhalb von 20 kpa resultieren, das menschliche Gehirn beschädigen können. Somit repräsentiert, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung, eine 20 kpa Hirnbelastungszahl einen kritischen Schwellenwert. Dementsprechend wird die Scherfestigkeit des Klebebands 30 und/oder des für die Außenschicht 28 gewählten Materials unter Berücksichtigung dessen beliebig ausgewählt (d. h. Versagen unterhalb des kritischen Schwellenwerts, der Hirnbelastungen von 20 kpa verursacht), da dies ein natürlich sehr wichtiger Faktor darin ist, zu verhindern, dass bei einem Aufprall eine Hirnverletzung auftritt.
11 ist eine schematische Darstellung, die bevorzugte Belastungs/Spannungscharakteristika der oben beschriebenen Ausfallmodi darstellt. Zuerst in Bezug auf die Ausführung mit einer inelastischen Außenschicht 28 ist ersichtlich, dass die Belastung (y-Achse) mit einer geringen Spannungszunahme (x-Achse) zunimmt, bis zu einem Punkt A, der das Versagen des Klebebands 30 oder die Überdehnung und/oder Riss der Außenschicht 28 darstellt. Jenseits dieses Punkts geht die "Dehnungs"-Komponente der Spannung nach Unendlich. Zweitens ist, in Bezug auf die Ausführung mit einer elastischen Außenschicht 28 ersichtlich, dass die Belastung mit zunehmender Spannung zunimmt, bis zu einem Punkt B, der das Versagen des Klebebands 30 oder ein Überdehnen und/oder Riss der Außenschicht 28 darstellt. Jenseits dieses Punkts tendiert die "Dehnungs"-Komponente der Spannung nach Unendlich.
Es muss betont werden, dass das Schema von 11 (und natürlich auch der nachfolgend genannten 12 und 13) ein Schema nur zu Illustrationszwecken ist. Es spiegelt die exakten Leistungscharakteristika nicht wider, die sich natürlich in Abhängigkeit von der jeweiligen Kombination von Materialien verändern wird, die für den Helm 20 gewählt werden.
Alternative Verfahren zum Anbringen der Außenschicht 28 an der harten Schale 26 sind in den 6a, 6b und 6c aufgezeigt, wo zugunsten der Einfachheit und Klarheit die innere Auskleidung 24 innerhalb der Schale 26 nicht gezeigt ist. Zuerst in Bezug auf 6a ist ersichtlich, dass die Außenschicht 28 Vorsprünge 31 aufweist, die in Flanschköpfen 32 enden, die passende Öffnungen in der Schale 26 durchsetzen. Die Flanschköpfe 32 liegen benachbart der Innenoberfläche der Schale 26 und halten die Außenschicht 28 in Position. Die Flanschköpfe 32 halten zusammen mit den Vorsprüngen 31 die Außenschicht 28 in Position, bis bei einer bestimmten Scherfestigkeit ein Ausfall auftritt, z. B. eines Pegels, der Hirnbeanspruchungen von 20 kpa hervorruft oder weniger. Diese Anordnung kommt ohne Klebstoff aus (obwohl unter bestimmten Umständen natürlich auch Klebstoff gemeinsam mit einer solchen Verbindung verwendet werden könnte.
Eine ähnliche Anordnung ist in 6b dargestellt. Jedoch ist, anstelle der Flanschköpfe 32, eine gesamte Innenschicht 33 so vorgesehen, dass sie die Außenschicht 28 in Position über der harten Schalte 26 hält. Die Vorsprünge 31 und die Innenschicht 33 sind so ausgestaltet, dass ein Versagen der Vorsprünge 31 bei der bestimmten Scherfestigkeit auftritt, z. B. bei einem Pegel, der Hirnbelastungen von 20 kpa hervorruft oder weniger. Wiederum kann diese Anordnung ohne Klebstoff auskommen. Ferner kann das Vorhandensein der gesamten Innenschicht 33 vorteilhaft als Innenauskleidung 24 verwendet werden, um hierdurch ohne separate zusätzliche Innenauskleidung auszukommen.
Eine noch weitere Anordnung ist in 6c dargestellt. In dieser Anordnung ist die Schale 26 mit Schwalbenschwanzzinken 34 ausgebildet, die so ausgestaltet sind, dass sie mit passenden Schwalbenschwanzzinken zusammenwirken, die in der Außenschicht 28 ausgebildet sind. Ein Versagen dieses Zusammenwirkens ist so ausgestaltet, dass es bei einer bestimmten Scherfestigkeit auftritt, d. h. bei einem Pegel, der Hirnbelastungen von 20 kpa hervorruft oder weniger. Wiederum kommt diese Anordnung ohne Klebstoff aus.
In jeder der Anordnungen, die in den 6a, 6b und 6c dargestellt sind, wird die Außenschicht 28 bevorzugt direkt auf der Schale 26 ausgebildet, unter Verwendung von z. B. In-Mould-, Co-Mould- oder Two-Shot-Herstellungsverfahren. Diese herkömmlichen Verfahren sind in der Technik gut bekannt und stellen sicher, dass exakte Toleranzen zuverlässig und konsistent erfüllt werden, um die gewünschten Ausfallmodi zu gewährleisten (z. B. wie oben beschrieben). Das Anbringen der Außenschicht 28 an der Schale 26 kann in jedem Fall allein am unteren Umfangsrand der Schale 26 stattfinden, wie in den 7a und 7b dargestellt, oder in allen Bereichen über die Oberfläche der Schale 26, wie in 7c dargestellt. Die in 7c dargestellte Raumordnung sorgt für eine effiziente "Punktverschweißung" der Außenschicht 28 an der Schale 26. Diese Anordnung kann natürlich auch in der Ausführung von 4 erreicht werden, die oben beschrieben ist, unter Verwendung eines Klebstoffs an jeder gewünschten Befestigungsstelle.
Während oben der Hirnbelastungs-Schwellenwertpegel von 20 kpa die kritische Zahl ist, bei der sich herausgestellt hat, dass eine Hirnverletzung auftritt, kann es natürlich wünschenswert sein (in der Tat bevorzugt), auf eine viel kleinere Zahl hin zu konstruieren, bei der der jeweilige Ausfallmodus stattfindet (z. B. bei einem Pegel, der Hirnbelastungen von z. B. 5, 10 oder 15 kpa hevorruft). Ferner kann es bei bestimmten Anwendungen bevorzugt sein, ein Befestigungsverfahren bereitzustellen, das progressiv bei Pegeln versagt, die Hirnbelastungspegeln von z. B. 5, 10, 15 und 20 kpa äquivalent sind, entweder in Richtung vom Scheitel des Helms 20 zum unteren Umfangsrand des Helms 20 hin, oder anderweitig. Eine solche Anordnung ist in 7a dargestellt, wo Öffnungen kleineren Durchmessers in der harten Schale 26 entsprechend bemessene Durchmesser von Vorsprüngen 31 der Außenschicht 28 aufnehmen. Diese Kombinationen von Öffnung/Vorsprung vergrößern sich im Durchmesser zum unteren Umfangsrand des Helms 20 hin, um einen gewünschten Modus eines stufenweise zunehmenden Versagens bei einem Aufprall zu erreichen.
Die 8a und 8b sind Detailansichten, die eine alternative Ausführung der Außenschicht 28 darstellen, die verwendet wird, um eine bestimmte Charakteristik einer Relativbewegung zwischen sich und der Schale 26 vor dem Versagen zu erhalten, die nun in Bezug auf 12 beschrieben wird.
Die Außenschicht 28 ist an der Schale 26 um deren unteren Umfangsrand herum in ähnlicher Weise angebracht, wie oben beschrieben und in den 4 und 5 dargestellt, d. h. durch Verkleben mit Klebeband 30 (obwohl die anderen oben beschriebenen mechanischen Befestigungsverfahren gleichermaßen anwendbar sind). Jedoch ist die Außenschicht 28 zusätzlich mit einem zwischenliegenden ziehharmonikaförmigen Band 40 versehen. Das zwischenliegende Band 40 kann als integrales Teil der Außenschicht 28 ausgebildet sein, oder als ein darin anbringbares separates Teil. Das zwischenliegende Band 40 ist so konfiguriert, dass es dem unteren Umfangsrand des Helms 20 angenähert ist. Im Falle einer im Wesentlichen inelastischen Außenschicht 28 hält das zwischenliegende Band 40 die Außenschicht 28 dicht über der Schale 26, wie in 8a dargestellt. Bei einem Aufprall unterliegt das zwischenliegende Band 40 einer plastischen Deformation und dehnt sich, wie in 8b dargestellt, um eine Relativbewegung der Außenschicht 28 in Bezug auf die harte Schale 26 zu erlauben, bevor schließlich in der oben beschriebenen gewöhnlichen Weise ein Versagen auftritt (sobald das zwischenliegende Band 40 seine volle Dehnung erreicht hat). Im Fall einer im Wesentlichen elastischen Außenschicht 28 wird das zwischenliegende Band 40 auf natürliche Weise vorgespannt, um die Außenschicht 28 dicht über der Schale 26 zu halten, wie in 8a dargestellt. Bei einem Aufprall unterliegt das zwischenliegende Band 40 einer elastischen Verformung und dehnt sich, wie in 8b dargestellt, um eine Relativbewegung der Außenschicht 28 in Bezug auf die Schale 26 zu gestatten, bevor schließlich auf die oben beschriebene gewöhnliche Weise ein Versagen stattfindet (sobald das zwischenliegende Band 40 seine volle Dehnung erreicht hat).
Diese Ausfallmodi sind in 12 dargestellt, eine schematische Darstellung, die bevorzugte Belastungs/Spannungscharakteristiken darstellt. Zuerst ist in Bezug auf die Ausführung mit einer inelastischen Außenschicht 28 zu sehen, dass die Belastung (x-Achse) bei geringfügiger Zunahme in der Spannung (y-Achse) zunimmt, bis das zwischenliegende Band 40 am Punkt A seine volle Dehnung erreicht hat. Nach diesem Punkt ist ersichtlich, dass die Belastung bei geringer Spannungszunahme zunimmt, bis zu einem Punkt B, der das Versagen des Klebebands 30 oder das Überdehnen und/oder Reißen der Außenschicht 28 repräsentiert. Jenseits dieses Punkts tendiert die "Dehnungs"-Belastungskomponente nach Unendlich. Zweitens ist ersichtlich, in Bezug auf die Ausführung mit einer elastischen Außenschicht 28, dass die Belastung mit zunehmender Spannung zunimmt, bis zu einem Punkt C, der das Versagen des Klebebands 30 oder Überdehnen und/oder Reißen der Außenschicht 28 repräsentiert. Jenseits dieses Punkts tendiert die "Dehnungs"-Spannungskomponente nach Unendlich.
Das zwischenliegende Band 40 kann aus dem gleichen Material wie die Außenschicht 28 bestehen oder kann aus einem Material gebildet sein, das eine größere oder geringere Dehnbarkeit hat als die Außenschicht 28. Die Außenschicht 28 ist an der Schale 26 nur über das zwischenliegende Band 40 angebracht, und daher ist der Rest der Außenschicht 28 relativ zu der darunter liegenden Schale 26 frei beweglich. Das zwischenliegende Band 40 braucht nicht die Ziehharmonikaform haben, sondern kann stattdessen jegliche Form einnehmen, die einen spezifischen Bereich für plastische oder elastische Verformung der Außenschicht 28 bei einem Aufprall sorgt.
Eine Schicht aus Schmiergel oder einem anderen reibungsmindernden Material kann zwischen der Außenschicht 28 und der Schale 26 vorgesehen sein, und dies erleichtert die Relativbewegung zwischen der Außenschicht 28 und der Schale 26. Geeignete Schmiermittel und reibungsmindernde Materialien enthalten (sind aber nicht beschränkt auf) Silikon, Kluber-Farbe auf PTFE, Molybdänfett und Kluber-Fett in Nahrungsmittelqualität.
Eine weitere Ausführung des Helms 20 ist in den 9a, 9b und 9c dargestellt. In dieser Ausführung ist die Außenschicht 28 auch mit einem zwischenliegenden Band 40 versehen, das an der Schale 26 angebracht ist, in ähnlicher Weise wie oben beschrieben und in den 8a und 8b dargestellt.
Jedoch ist ein zusätzliches Umfangsband aus Klebstoff 32 oder anderen Befestigungsmitteln in einem allgemein proximalen Ort vorgesehen, aber weiter distal als das zwischenliegende Band 40, wie am besten in 9a dargestellt. Die Außenschicht 28 ist an der Schale 26 nur über die Klebebänder 30, 32 angebracht, und somit ist die Außenschicht 28 anderweitig relativ zur Schale 26 frei bewegbar. Bevorzugt ist jedoch das zusätzliche Klebeband 32 so ausgestaltet, dass es eine geringere Scherfestigkeit hat, äquivalent Hirnbelastungspegeln von z. B. 10 kpa. Daher ist, unter der Wirkung eines Aufpralls auf den Helm 20, der Hirnbelastungspegeln von bis zu 10 kpa erzeugt, der Betriebsmodus der Außenschicht 28 ähnlich jenem der Ausführungen, die in den 4 und 5 dargestellt sind. Sollte jedoch der in der Außenschicht 28 erreichte Scherbelastungspegel einen Pegel überschreiten, der einem Hirnbelastungspegel von 10 kpa äquivalent ist, wird das Klebeband 32 abscheren, was in einem nachfolgenden Betriebsmodus der Außenschicht 28 resultiert, der ähnlich jenem für die Ausführungen der 8a und 8b ist, die oben dargestellt und beschrieben sind. Wiederum kann die Relativbewegung durch die Zwischenlage einer reibungsarmen Oberfläche (z. B. PTFE) oder einer anderen Schmierschicht zwischen der Außenschicht 28 und der Schale 26 unterstützt werden.
Diese Ausfallmodi sind in 13 dargestellt, eine schematische Darstellung, die bevorzugte Belastungs/Spannungscharakteristiken veranschaulicht. Zuerst in Bezug auf die Ausführung, die eine inelastische Außenschicht 28 hat, ist ersichtlich, dass die Belastung (y-Achse) mit geringer Zunahme der Spannung (x-Achse) bis zu einem Punkt a zunimmt, der ein Versagen des Klebebands 23 repräsentiert, wonach ersichtlich ist, dass die Spannung mit geringfügiger Belastungszunahme zunimmt, bis das zwischenliegende Band 40 die volle Dehnung am Punkt C erreicht. Nach diesem Punkt ist ersichtlich, dass die Belastung mit geringfügiger Zunahme der Spannung zunimmt, bis zu einem Punkt D, der das Versagen des Klebebands 30 oder Überdehnung und/oder Riss der Außenschicht 28 repräsentiert. Jenseits dieses Punkts tendiert die "Dehnungs"-Spannungskomponente nach Unendlich. Zweitens ist in Bezug auf die Ausführung mit einer elastischen Außenschicht 28 ersichtlich, dass die Belastung mit zunehmender Spannung zunimmt, bis zu einem Punkt B, der ein Versagen des Klebebands 32 repräsentiert, wonach ersichtlich ist, dass die Spannung mit zunehmender Belastung zunimmt, bis das zwischenliegende Band 40 am Punkt C die volle Dehnung erreicht. Nach diesem Punkt ist ersichtlich, dass die Belastung mit zunehmender Spannung zunimmt, bis zu einem Punkt, der ein Versagen des Klebebands 30 oder Überdehnen und/oder Riss der Außenschicht 28 repräsentiert. Jenseits dieses Punkts tendiert die "Dehnungs"-Spannungskomponente nach Unendlich.
Eine weitere Ausführung des Helms 20 ist in 10a und 10b dargestellt. In dieser Ausführung ist die Außenschicht 28 mit einem zwischenliegenden Band 40 versehen und an der Schale 26 in ähnlicher Weise angebracht, wie oben beschrieben und in den 8a und 8b dargestellt. Jedoch ist anstelle des Vorsehens eines zusätzlichen Klebebands 32, wie in den 9a, 9b und 9c dargestellt, ein abscherbares Band 39 parallel zu dem zwischenliegenden Band 40 vorgesehen. Dieses abscherbare Band ist, wie auch das Klebeband 32, so ausgestaltet, dass es eine Scherfestigkeit hat, die äquivalent zu Hirnbelastungspegeln von z. B. 10 kpa ist. Somit ist unter der Wirkung eines Aufpralls auf den Helm 20, der Hirnbelastungspegel von bis zu 10 kpa erzeugt, der Betriebsmodus der Außenschicht 28 ähnlich jenem für die Ausführung, die in den 4 und 5 dargestellt ist. Sollte jedoch der Scherbelastungspegel, der in der Außenschicht 28 erreicht wird, einen Pegel erreichen oder überschreiten, der Hirnbelastungspegeln von 10 kpa äquivalent ist, wird das abscherbare Band 29 abscheren, was in einem Betriebsmodus der Außenschicht 28 resultiert, der ähnlich jenem für die Ausführung von 8a und 8b ist, die oben dargestellt und beschrieben wurden.
Diese Ausfallmodi sind auch in 13 dargestellt. Zuerst in Bezug auf die Ausführung mit einer inelastischen Außenschicht 28 ist ersichtlich, dass die Belastung (y-Achse) mit geringfügiger Zunahme der Spannung (x-Achse) bis zu einem Punkt A zunimmt, der das Versagen des abscherbaren Bands 29 repräsentiert, wonach ersichtlich ist, dass die Spannung mit geringfügiger Zunahme der Belastung zunimmt, bis das zwischenliegende Band 30 am Punkt C die volle Dehnung erreicht. Nach diesem Punkt ist ersichtlich, dass die Belastung mit geringfügiger Zunahme der Spannung zunimmt, bis zu einem Punkt D, der ein Versagen des Klebebands 30 oder Überdehnen und/oder Riss der Außenschicht 28 repräsentiert. Jenseits dieses Punkts tendiert die "Dehnungs"-Spannungskomponente nach Unendlich. Zweitens, in Bezug auf die Ausführung mit einer elastischen Außenschicht 28, ist ersichtlich, dass die Belastung mit zunehmender Spannung bis zu einem Punkt B zunimmt, der das Versagen des abscherbaren Bands 29 repräsentiert, wonach ersichtlich ist, dass die Spannung mit zunehmender Belastung zunimmt, bis das zwischenliegende Band 40 die volle Dehnung am Punkt C erreicht. Nach diesem Punkt ist ersichtlich, dass die Belastung mit zunehmender Spannung zunimmt bis zu einem Punkt, der das Versagen des Klebebands 30 oder Überdehnung und/oder Riss der Außenschicht 28 repräsentiert. Jenseits dieses Punkts tendiert die "Dehnungs"-Spannungskomponente nach Unendlich.
Es sollte angemerkt werden, dass die Materialien, die oben als für die Außenschicht 28 und die Schale 26 geeignet aufgelistet sind, beispielhaft und nicht einschränkend sind, da in jedem Fall das wichtige Kriterium die besondere Anordnung von Materialien ist, sowie die Wechselwirkung der jeweiligen mechanischen Eigenschaften, beim Erreichen eines Helms 20, der die Schutzmerkmale des menschlichen Kopfes 10 nachahmt.
Es versteht sich, dass die fortlaufende Arbeit im Gebiet der Materialwissenschaft neue Materialien oder neue Kombinationen existierender Materialien erlangen wird (um Herstellungstechniken nicht zu erwähnen), die gleichermaßen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
In allen obigen Ausführungen kann die einwärts zeigende Oberfläche der Außenschicht 28 und die auswärts zeigende Oberfläche der Schale 26 ein Schmiermittel oder ein reibungsminderndes Material enthalten, um ohne zwischenliegende Schicht, wie etwa ein Schmiergel oder eine reibungsmindernde Schicht auszukommen.
An den Ausführungen des Helms der Erfindung sind intensive Tests durchgeführt worden, und es wurden sehr signifikante Reduktionen in der maximalen Tangentialkraft, die durch den Sicherheitshelm 20 auf den Helm 10 eines Benutzers übertragen werden, erzielt. Auch wurde eine mäßige Abnahme der maximalen linearen Beschleunigungskräfte erzielt.
Die Materialkombinationen für die Kopfbedeckung werden im Hinblick darauf ausgewählt, dass Schallisolationsqualitäten der Kombination eine Gefährdung in Motorrad- oder Fahrradanwendungen darstellen können. Es ist immer möglich, Perforationen im Ohrbereich der schützenden Kopfbedeckung vorzusehen.
In militärischen/Luftfahrt-Anwendungen würde zusätzliches Material oder Ohrkappen für einen Lärmschutz zusätzlichen Schutz gegen seitliche Stöße sorgen, welche tendenziell Brüche an der Schädelbasis hervorrufen. Auch könnten visuelle Schutz- und Verbesserungsvorrichtungen in den Helm eingebaut werden, und es könnten auch Atmungsvorrichtungen, wie etwa Gasmasken und Luftfilter eingebaut werden.
Da die Wärmeisolationsqualitäten der beschriebenen Helme hoch sein könnten, wenn bestimmte Materialqualitäten gewählt werden, muss für Lüftung bei geeigneten Wetterbedingungen gesorgt werden. Einlass- und Auslassöffnungen werden mit einer variablen Steuerung des Lufteinlasses versehen, und es wird darauf geachtet, dass Lüftungsöffnungen am Scheitel vorgesehen werden bei Anwendungen, wo keine Luftströmung erzeugt wird.
Bei vielen Unfällen, insbesondere bei Unfällen in der Industrie einschließlich Fall, fällt der Helm ab. Das Rückhaltesystem ist daher ein kritisches Element des Kopfschutzes. An jeder Seite des Helms 20 ist bevorzugt eine Zweipunkthalterung angebracht, eine vor und andere hinter der vertikalen Mittelquerebene. Typischerweise ist dort entweder ein Doppelband 21 vorgesehen, das zur Bildung eines Kinnbandes oder einer Kappe verbunden ist, oder es ist ein einzelnes Band von jedem Befestigungspunkt vorgesehen, wobei das vordere Band für einen Kinnrückhalt sorgt und das hintere Band für einen Rückhalt am Hinterkopf. Das Rückhaltesystem wird unvermeidbar von der Form des Helms und seiner besonderen Anwendung abhängig sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Umwandlung existierender "harter" Helme in Helme mit "weicher" Außenhaut, gemäß der Erfindung, bevorzugt mit dem Vorsehen effektiver Rückhaltesysteme. Weiche Abdeckungen und neue Rückhaltesysteme, die zum Anbringen an eine existierende Kopfbedeckung ausgestaltet sind, sind im Umfang der Erfindung eingeschlossen. Ferner ist daran gedacht, dass austauschbare oder ersetzbare Außenschichten zur Verwendung mit verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können. Die Außenschichten werden im Wesentlichen in verschiedenen Farben und graphischen Designs hergestellt, etwa wie austauschbare Abdeckungen für Mobiltelefone. Es wird nicht empfohlen, dass diese Außenschichten dazu verwendet werden, "beschädigte" Außenschichten zu ersetzen, da die strukturelle Integrität vom Rest des Helms 20 beeinträchtigt sein könnte, selbst wenn eine solche Beschädigung für das Auge nicht leicht sichtbar ist.
Während oben die vorliegende Erfindung in Bezug auf ihre Verwendung für schützende Kopfbedeckung beschrieben ist, kann die Erfindung auch auf Schutzschilde, wie etwa Körperschilder, angewendet werden. Das gleiche Prinzip der Verwendung einer darüberliegenden Außenschicht kann verwendet werden, wie auch die Befestigungsverfahren an einer Basisplatte des Schilds, und die verschiedenen "Ausfall"-Modi, die oben beschrieben sind.
In Bezug auf 14 ist ein Schutzschild in der Form einer Brustplatte 100 dargestellt, die an der Vorderseite eines Benutzers getragen und mit Gurten 101 gesichert werden kann. 15 stellt einen Querschnitt durch das Schutzschild von 14 dar, wobei die Brustplatte eine Basisplatte 102 aufweist, die eine erste Oberfläche hat, die im Gebrauch so repräsentiert wird, dass sie Aufprallstöße aufnimmt. Das Schild umfasst auch eine Außenschicht 104, die auf der ersten Oberfläche der Basisschicht 102 aufliegt. Die Außenschicht 104 ist so ausgestaltet, dass sie die Kopfhaut 18 nachahmt. Dementsprechend wird, in einer ersten Ausführung, eine Außenschicht 104 vorgesehen, die im Wesentlichen scherunelastisch ist, jedoch elastisch komprimierbar ist, wenn sie Kräften in der normalen Richtung ausgesetzt ist (ähnlich der Kopfhaut 18). Jedoch hat sich bei Tests herausgestellt, dass auch eine zweite Ausführung wirksam sein kann, die eine Außenschicht 104 aufweist, die sowohl in der Scherung als auch dann, wenn sie Kräften in der normalen Richtung ausgesetzt wird, im Wesentlichen elastisch ist. Die Basisschicht 102 ahmt den Schädel 16 nach und bietet somit eine harte Oberfläche zur Energieverteilung, während ein Grad an Kompression oder Einbruch erlaubt wird, um eine vergrößerte Energieabsorption zu erleichtern. Geeignete Materialien für die Außenschicht 104 und die Basisschicht 102 enthalten jene, die oben für die schützende Kopfbedeckung aufgelistet und beschrieben sind.
Die Außenschicht 104 kann an der Basisschicht 102 in ähnlicher Weise wie bei den oben beschriebenen Mechanismen für die schützende Kopfbedeckung angebracht und benutzt werden. Diese Ausführungen sind in den 16a, 16b, 16c, 16d und 16e dargestellt.
Eine Zwischenschicht aus Schmiermittelgel kann vorteilhaft zwischen der Außenschicht 104 und der Basisschicht 102 enthalten sein und erleichtert die Relativbewegung zwischen diesen. Diese Schicht ist nicht wesentlich und könnte durch eine Schicht aus Festmaterial mit niedrigen Reibungskoeffizienten ersetzt werden (z. B. eine PTFE-Schicht). Alternativ könnte ein Schmiermittel in die Innenoberfläche von einer oder der anderen oder beiden der Außenschicht 104 und der Basisschicht 102 eingebaut werden.
Das Schutzschild ist so konstruiert, dass dann, wenn die Kraftkomponenten eines Aufpralls von der nach außen weisenden Oberfläche der Außenschicht 104 aufgenommen werden, die Art der Verteilung und Absorption der Energie identisch mit jener für die oben beschriebene schützende Kopfbedeckung ist.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Modifizieren eines Schutzschilds vor, das das Vorsehen einer "weichen" Außenschicht aufweist, um eine existierende Basisplatte zu überdecken.

Claims

Schützende Kopfbedeckung (20), umfassend: eine Schale (26) mit einer nach innen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch zum Kopf (10) eines Benutzers der Kopfbedeckung (20) zeigt, und einer nach außen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch vom Kopf (10) eines Benutzers weg zeigt; und eine Außenschicht (28), die über wenigstens einem Teil der nach außen zeigenden Oberfläche der Schale (26) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die schützende Kopfbedeckung (20) weiter umfasst: Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) zur Befestigung der Außenschicht (28) am Rest der Kopfbedeckung (20) an einer oder mehreren Stellen, wobei: das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) so konfiguriert ist, dass es versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche der Kopfbedeckung (20) empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung wirkt, um die Kopfbedeckung (20) und den Kopf (10) des Benutzers zu drehen, und bei Versagen des Bruchmittels (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) an der einen oder den mehreren Stellen, die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht (28), die die Kraft empfängt, sich relativ zur Schale (26) in einer Weise bewegt, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 1, wobei das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) eine getrennte Sache ist, die zwischen der Schale (26) und der Außenschicht (28) angeordnet ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 1, wobei das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) ein integraler Teil der Außenschicht (28) ist.
Schätzende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 1, wobei das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) ein integraler Teil der Schale (26) ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) einen Klebstoff umfasst.
Schätzende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 5, wobei der Klebstoff irgendeinen oder eine Kombination von doppelseitigem VHB-Band von 3M, Klebstofftyp 10/99 von 3M, Cyanacrylat von Loctite oder Epoxyharz umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) mechanische Befestigungsmittel umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) so abgestuft ist, dass es inkremental versagt, wobei ein Teilversagen des Bruchmittels (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) bei einer Kraft eintritt, die niedriger ist als der ausgewählte Schwellenwert, und das Teilversagen sich mit ansteigender Kraft fortsetzt, bis ein Gesamtversagen des Bruchmittels (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) beim ausgewählten Schwellenwert eintritt
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 8, wobei die Abstufung des Bruchmittels (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) erreicht wird durch Variieren der Festigkeits- oder Grenzflächeneigenschaften des Bruchmittels (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) an einer oder mehreren Befestigungsstellen.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Außenschicht (28) bei Scherung im Wesentlichen unelastisch ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 10, wobei die Außenschicht (28) vor dem Versagen des Bruchmittels (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) eine plastische Verformung durchläuft, wenn eine Kraft, die niedriger ist als der ausgewählte Schwellenwert, auf der Außenfläche der Kopfbedeckung (20) empfangen wird.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 11, wobei die Außenschicht (28) mit Bereichen für lokalisierte plastische Verformung beim Empfangen einer Kraft versehen ist, die niedriger ist als die Kraft, die erforderlich ist, um zu bewirken, dass das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) versagt.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 12, die weiter zusätzliches Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) umfasst, das so konfiguriert ist, dass es bei einem ausgewählten Schwellenwert versagt, der niedriger ist als derjenige, der für das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) ausgewählt ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 13, wobei das zusätzliche Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) plastische Verformung der Außenschicht (28) verhindert, bis das zusätzliche Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) versagt.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Außenschicht (28) bei Scherung im Wesentlichen elastisch ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 15, wobei die Außenschicht (28) vor dem Versagen des Bruchmittels (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) eine elastische Verformung durchläuft, wenn eine Kraft, die niedriger ist als der ausgewählte Schwellenwert, auf der Außenfläche der Kopfbedeckung (20) empfangen wird, wobei die Außenfläche (28), die die Kraft empfängt, die niedriger ist als der ausgewählte Schwellenwert, sich relativ zur Schale (26) in einer Weise bewegt, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 16, wobei die Außenschicht (28) mit Bereichen für lokalisierte elastische Verformung versehen ist, die sich bei einer Kraft elastisch verformen, die niedriger ist als diejenige, die erforderlich ist, um eine elastische Verformung des Restes der Außenschicht (28) zu bewirken, wobei die empfangene Kraft eine ist, die niedriger ist als die Kraft, die erforderlich ist, um zu bewirken, dass das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) versagt.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 17, die weiter zusätzliches Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) umfasst, das so konfiguriert ist, dass es bei einem ausgewählten Schwellenwert versagt, der niedriger ist als derjenige, der für das Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) ausgewählt ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 18, wobei das zusätzliche Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) eine elastische Verformung der Außenschicht (28) in den Bereichen für lokalisierte elastische Verformung verhindert, bis das zusätzliche Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) versagt.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 13, 14, 18 oder 19, wobei das zusätzliche Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) einen Klebstoff umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 13, 14, 18 oder 19, wobei das zusätzliche Bruchmittel (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) ein scherbares Band umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schale (26) ein Verbundmaterial umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schale (26) eine Laminatstruktur umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schale (26) eines oder mehrere von Polypropylen, Polycarbonat, ABS, Polycarbonat/ABS-Gemisch, Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), Kohlefaserverbundwerkstoffen, glasverstärkten Kunststoffen, Zytel (ein von DuPont hergestelltes Nylon), Celstran (ein langsträngiges Glas-, Kohle- oder Aramidfasermaterial in einem Modulträger, wie etwa Polypropylen, Polyethylen, Polycarbonat, ABS, TPU oder Nylon), Twintex (glasfaserverstärktes Polypropylen, hergestellt von Vetrotex), Curv PP (ein polypropylenfaserverstärktes Material, hergestellt von BP) oder Kevlar-Verbundwerkstoffen (Aramidfasern in einem Harzträger) umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Außenschicht (28) ein Verbundmaterial umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Außenschicht (28) eine Laminatstruktur ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Anspreche, wobei die Außenschicht (28) eines oder mehrere von thermoplastischen Elastomeren, wie etwa Santoprene (hergestellt von Advanced Elastomer Systems in einem Bereich von Qualitätsstufen), Hytrel in einer festen oder geschäumten Form, wärmegehärteten Elastomeren, wie etwa Polyurethan-Elastomeren (typischerweise im Härtebereich 50 Shore A bis 70 Shore D), High Q (ein von Astron hergestellter Gummi), Sorbothan, natürlichen oder synthetischen Gummis oder Weichschäumen, Polyethylen mit niedriger oder hoher Dichte (LDPE oder HDPE) oder herkömmlichen thermoplastischen oder wärmehärtbaren Kunststoffen umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Außenschicht (28) mit Fasern mit hoher Steifigkeit und geringer Verlängerung verstärkt ist, wie etwa Glas-, Kohle- oder Aramidfasern (Kevlar), um die Gesamtelastizität der Außenschicht (28) zu verringern.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, die weiter eine Schicht (24) aus Schaum mit niedriger Dichte umfasst, die zwischen der Schale (26) und dem Kopf (10) eines Benutzers angeordnet ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der vorangehenden Ansprüche, die weiter eine Schicht aus nicht-komprimierbarem Fluid umfasst, die zwischen der Schale (26) und dem Kopf (10) eines Benutzers angeordnet und in einem flexiblen Beutel eingekapselt ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 30, wobei der flexible Beutel, der nicht-komprimierbares Fluid enthält, in eine Mehrzahl von Kammern unterteilt ist, und der flexible Beutel Verbindungsmittel umfasst, das jede Kammer mit wenigstens einer weiteren Kammer verbindetn, wobei das Verbindungsmittel so arbeitet, dass es Fluidstrom von einer Kammer in eine andere verhindert, bis ein Stoß auf die Außenfläche der Kopfbedeckung (20) einen Schwellenwert überschreitet, wobei zu diesem Zeitpunkt das Verbindungsmittel Fluidstrom zwischen den Kammern ermöglicht.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 31, wobei das nicht-komprimierbare Fluid ein Fluid ist, das einem Strom zwischen den Kammern widersteht, um eine Bewegung der Schale (26) zu dämpfen.
Schützende Kopfbedeckung (20), umfassend: eine Schale (26) mit einer nach innen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch zum Kopf (10) eines Benutzers der Kopfbedeckung (20) zeigt, und einer nach außen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch vom Kopf (10) eines Benutzers weg zeigt; und eine Außenschicht (28), die über wenigstens einem Teil der nach außen zeigenden Oberfläche der Schale (26) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die schützende Kopfbedeckung (20) weiter umfasst: Mittel zur Befestigung der Außenschicht (28) am Rest der Kopfbedeckung (20) an einer oder mehreren Stellen, wobei; die Außenschicht (28) so konfiguriert ist, dass sie versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche der Kopfbedeckung (20) empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung zur Außenfläche der Kopfbedeckung (20) wirkt, um die Kopfbedeckung (20) und den Kopf (10) des Benutzers zu drehen, und bei Versagen der Außenschicht (28), die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht (28), die die Kraft empfängt, sich relativ zur Schale (26) in einer Weise bewegt, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 33, wobei das Mittel zur Befestigung der Außenschicht (28) am Rest der Kopfbedeckung (20) an einer oder mehreren Stellen einen Klebstoff umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 34, wobei der Klebstoff irgendeinen oder eine Kombination von doppelseitigem VHB-Band von 3M, Klebstofftyp 10/99 von 3M, Cyanacrylat von Loctite oder Epoxyharz umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 33, wobei das Mittel zur Befestigung der Außenschicht (28) am Rest der Kopfbedeckung (20) an einer oder mehreren Stellen mechanische Befestigungsmittel umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 36, wobei die Außenschicht (28) bei Scherung im Wesentlichen unelastisch ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 37, wobei die Außenschicht (28) vor dem Versagen des Mittels zur Befestigung der Außenschicht (28) am Rest der Kopfbedeckung (20) an einer oder mehreren Stellen eine plastische Verformung durchläuft.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 37 oder Anspruch 38, wobei die Außenschicht (28) mit Bereichen für lokalisierte plastische Verformung beim Empfangen einer Kraft versehen ist, die niedriger ist als die Kraft, die erforderlich ist, um zu bewirken, dass das Mittel zur Befestigung der Außenschicht (28) am Rest der Kopfbedeckung (20) an einer oder mehreren Stellen versagt.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 36, wobei die Außenschicht (28) bei Scherung im Wesentlichen elastisch ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 40, wobei die Außenschicht (28) vor dem Versagen des Mittels zur Befestigung der Außenschicht (28) am Rest der Kopfbedeckung (20) an einer oder mehreren Stellen eine elastische Verformung durchläuft, wenn eine Kraft, die niedriger ist als der ausgewählte Schwellenwert, auf der Außenfläche der Kopfbedeckung (20) empfangen wird, wobei die Außenschicht (28) sich relativ zur Schale (26) in einer Weise bewegt, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 40 oder Anspruch 41, wobei die Außenschicht (28) mit Bereichen für lokalisierte elastische Verformung versehen ist, die sich bei einer Kraft elastisch verformen, die niedriger ist als diejenige, die erforderlich ist, um eine elastische Verformung des Restes der Außenschicht (28) zu bewirken, wobei die empfangene Kraft eine ist, die niedriger ist als die Kraft, die erforderlich ist, um das Versagen des Mittels zur Befestigung der Außenschicht (28) am Rest der Kopfbedeckung (20) an einer oder mehreren Stellen zu bewirken.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 42, wobei die Schale (26) ein Verbundmaterial umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 43, wobei die Schale (26) eine Laminatstruktur umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 44, wobei die Schale (26) eines oder mehrere von Polypropylen, Polycarbonat, ABS, Polycarbonat/ABS-Gemisch, Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), Kohlefaserverbundwerkstoffen, glasverstärkten Kunststoffen, Zytel (ein von DuPont hergestelltes Nylon), Celstran (ein langsträngiges Glas-, Kohle- oder Aramidfasermaterial in einem Modulträger, wie etwa Polypropylen, Polyethylen, Polycarbonat, ABS, TPU oder Nylon), Twintex (glasfaserverstärktes Polypropylen, hergestellt von Vetrotex), Curv PP (ein polypropylenfaserverstärktes Material, hergestellt von BP) oder Kevlar-Verbundwerkstoffen (Aramidfasern in einem Harzträger) umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 45, wobei die Außenschicht (28) ein Verbundmaterial umfasst,
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 46, wobei die Außenschicht (28) eine Laminatstruktur ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 47, wobei die Außenschicht (28) eines oder mehrere von thermoplastischen Elastomeren, wie etwa Santoprene (hergestellt von Advanced Elastomer Systems in einem Bereich von Qualitätsstufen), Hytrel in einer festen oder geschäumten Form, wärmegehärteten Elastomeren, wie etwa Polyurethan-Elastomeren (typischerweise im Härtebereich 50 Shore A bis 70 Shore D), High Q (ein von Astron hergestellter Gummi), Sorbothan, natürlichen oder synthetischen Gummis oder Weichschäumen, Polyethylen mit niedriger oder hoher Dichte (LDPE oder HDPE) oder herkömmlichen thermoplastischen oder wärmehärtbaren Kunststoffen umfasst.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 48, wobei die Außenschicht (28) mit Fasern mit hoher Steifigkeit und geringer Verlängerung verstärkt ist, wie etwa Glas-, Kohle- oder Aramidfasern (Kevlar), um die Gesamtelastizität der Außenschicht (28) zu verringern.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 49, die weiter eine Schicht (24) aus Schaum mit niedriger Dichte umfasst, die zwischen der Schale (26) und dem Kopf (10) eines Benutzers angeordnet ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht nach einem der Ansprüche 33 bis 50, die weiter eine Schicht aus nicht-komprimierbarem Fluid umfasst, die zwischen der Schale (26) und dem Kopf (10) eines Benutzers angeordnet und in einem flexiblen Beutel eingekapselt ist.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 51, wobei der flexible Beutel, der nicht-komprimierbares Fluid enthält, in eine Mehrzahl von Kammern unterteilt ist, und der flexible Beutel Verbindungsmittel umfasst, das jede Kammer mit wenigstens einer weiteren Kammer verbindet, wobei das Verbindungsmittel so arbeitet, dass es Fluidstrom von einer Kammer in eine andere verhindert, bis ein Stoß auf die Außenfläche der Kopfbedeckung (20) einen Schwellenwert überschreitet, wobei zu diesem Zeitpunkt das Verbindungsmittel Fluidstrom zwischen den Kammern ermöglicht.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in Anspruch 52, wobei das nicht-komprimierbare Fluid ein Fluid ist, das einem Strom zwischen den Kammern widersteht, um eine Bewegung der Schale (26) zu dämpfen.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 33 bis 53, wobei bei Versagen der Außenschicht (28) die Kopfbedeckung (20) Belastungsniveaus im Gehirn unter 20 kpa aufrechterhält.
Schützende Kopfbedeckung (20), wie beansprucht in einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei bei Versagen des Bruchmittels (29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) die Kopfbedeckung (20) Belastungsniveaus im Gehirn unter 20 kpa aufrechterhält.
Schutzschild (100), umfassend: eine Basisschicht (102) mit einer nach innen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch zum Körper eines Benutzers des Schildes (100) zeigt, und einer nach außen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch vom Körper des Benutzers weg zeigt; und eine Außenschicht (104), die über wenigstens einem Teil der nach außen zeigenden Oberfläche der Basisschicht (102) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzschild (100) weiter umfasst: Bruchmittel (106; 108; 110; 29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) zur Befestigung der Außenschicht (104) am Rest des Schildes (100) an einer oder mehreren Stellen, wobei: das Bruchmittel (106; 108; 110; 29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) so konfiguriert ist, dass es versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche des Schildes (100) empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung wirkt, um den Schild (100) und den Körper des Benutzers zu drehen, und bei Versagen des Bruchmittels (106; 108; 110; 29; 30; 31; 32; 33; 34; 40) an der einen oder den mehreren Stellen, die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht (104), die die Kraft empfängt, sich relativ zur Basisschicht (102) in einer Weise bewegt, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
Schutzschild (100), umfassend: eine Basisschicht (102) mit einer nach innen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch zum Körper eines Benutzers des Schildes (100) zeigt, und einer nach außen zeigenden Oberfläche, die im Gebrauch vom Körper des Benutzers weg zeigt; und eine Außenschicht (104), die über wenigstens einem Teil der nach außen zeigenden Oberfläche der Basisschicht (102) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzschild (100) weiter umfasst: Mittel zur Befestigung der Außenschicht (104) am Rest des Schildes (100) an einer oder mehreren Stellen, wobei: die Außenschicht (104) so konfiguriert ist, dass sie versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche des Schildes (100) empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung zur Außenfläche des Schildes (100) wirkt, um den Schild (100) und den Körper des Benutzers zu drehen, und bei Versagen der Außenschicht (104), die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht (104), die die Kraft empfängt, sich relativ zur Basisschicht (102) in einer Weise bewegt, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
Verfahren zum Verändern einer existierenden schützenden Kopfbedeckung, wobei: eine Außenschicht (28) bereitgestellt wird, um wenigstens über einem Teil einer nach außen zeigenden Oberfläche der existierenden schützenden Kopfbedeckung zu liegen, dadurch gekennzeichnet, dass: Bruchmittel (29; 30; 31; 32, 33; 34; 40) zur Befestigung der Außenschicht (28) am Rest der existierenden schützenden Kopfbedeckung an einer oder mehreren Stellen bereitgestellt wird, wobei das Bruchmittel (29; 30; 31; 32, 33; 34; 40) so konfiguriert ist, dass es versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche der modifizierten Kopfbedeckung (20) empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung wirkt, um die veränderte Kopfbedeckung (20) und den Kopf (10) des Benutzers zu drehen, und bei Versagen des Bruchmittels (29; 30; 31; 32, 33; 34; 40) an der einen oder den mehreren Stellen, die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht (28), die die Kraft empfängt, sich relativ zur nach außen zeigenden Oberfläche der existierenden schützenden Kopfbedeckung in einer Weise dreht, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
Verfahren zum Verändern einer existierenden schützenden Kopfbedeckung, wobei: eine Außenschicht (28) bereitgestellt wird, um wenigstens über einem Teil einer nach außen zeigenden Oberfläche der existierenden schützenden Kopfbedeckung zu liegen, dadurch gekennzeichnet, dass: Mittel bereitgestellt werden zur Befestigung der Außenschicht (28) am Rest der existierenden schützenden Kopfbedeckung an einer oder mehreren Stellen, wobei die Außenschicht (28) so konfiguriert ist, dass sie versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche der veränderten Kopfbedeckung (20) empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung zur Außenfläche der veränderten Kopfbedeckung (20) wirkt, um die veränderte Kopfbedeckung (20) und den Kopf (10) des Benutzers zu drehen, und bei Versagen der Außenschicht (28), die empfangene Kraft bewirkt dass wenigstens ein Teil der Außenschicht (28), die die Kraft empfängt, sich relativ zur nach außen zeigenden Oberfläche der existierenden schützenden Kopfbedeckung in einer Weise dreht, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
Verfahren zum Verändern eines existierenden Schutzschildes, wobei: eine Außenschicht (104) bereitgestellt wird, um wenigstens über einem Teil einer nach außen zeigenden Oberfläche des existierenden Schutzschildes zu liegen, dadurch gekennzeichnet, dass: Bruchmittel (106; 108; 110; 29; 30; 31; 32, 33; 34; 40) zur Befestigung der Außenschicht (104) am Rest des existierenden Schutzschildes an einer oder mehreren Stellen bereitgestellt wird, wobei das Bruchmittel (106; 108; 110; 29; 30; 31; 32, 33; 34; 40) so konfiguriert ist, dass es versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche des modifizierten Schildes (100) empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung wirkt, um den veränderten Schild (100) und den Körper des Benutzers zu drehen, und bei Versagen des Bruchmittels (106; 108; 110; 29; 30; 31; 32, 33; 34; 40) an der einen oder den mehreren Stellen, die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht (104), die die Kraft empfängt, sich relativ zur nach außen zeigenden Oberfläche des existierenden Schutzschildes in einer Weise dreht, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.
Verfahren zum Verändern eines existierenden Schutzschildes, wobei: eine Außenschicht (104) bereitgestellt wird, um wenigstens über einem Teil einer nach außen zeigenden Oberfläche des existierenden Schutzschildes zu liegen, dadurch gekennzeichnet, dass: Mittel bereitgestellt weiden zur Befestigung der Außenschicht (104) am Rest des existierenden Schutzschildes an einer oder mehreren Stellen, wobei die Außenschicht (104) so konfiguriert ist, dass sie versagt, wenn eine Kraft, die größer ist als ein ausgewählter Schwellenwert, auf einer Außenfläche des veränderten Schildes (100) empfangen wird, die in einer wenigstens teilweise tangentialen Richtung zur Außenfläche des veränderten Schildes (100) wirkt, um den veränderten Schild (100) und den Körper des Benutzers zu drehen, und bei Versagen der Außenschicht (104), die empfangene Kraft bewirkt, dass wenigstens ein Teil der Außenschicht (104), die die Kraft empfängt, sich relativ zur nach außen zeigenden Oberfläche des existierenden Schutzschildes in einer Weise dreht, die ähnlich ist zur Schutzbewegung der menschlichen Kopfhaut relativ zum Schädel.