WO2005123505A1

WO2005123505A1 - Beschleunigungsschutzvorrichtung

Info

Publication number: WO2005123505A1
Application number: PCT/CH2005/000330
Authority: WO
Inventors: Andreas Reinhard
Original assignee: Lss Life Support Systems Ag
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2005-12-29
Also published as: BRPI0512221A; US20070293715A1; EP1755949A1; KR20070042919A; CA2566624A1; IL179213A0

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz des menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten, wie sie beispielsweise in Hochleistungsflugzeugen beim Fliegen von Richtungsänderungen auftreten. Die mit fluidischen Mitteln verkürzbaren Manschetten (1) werden hydrostatisch unter Druck gesetzt. Die Flüssigkeitssäule wird mittels flexibler Schläuche (2) und eines oben angebrachten Flüssigkeitsreservoirs (3) gebildet. Es sind drei Manschetten (1) vorhanden, zwei umschliessen die Oberschenkel und eine umschlingt die Taille des Trägers. Die Manschetten (1) sind in ein Unterwäsche-Kombi (4) integriert. Die Manschette (1) um die Taille kann beispielsweise mittels einer Schnalle (5) über einem Reissverschluss (6) zum An- und Ausziehen geöffnet werden. Die eng anliegenden Manschetten (1) mit verkürzbarem Innenumfang schnüren die unteren Körperbereiche bei Auftreten von kritischen Gz-Beschleunigungskräften ab und verhindern so ein Abfliessen des Blutes in tieferliegende Körperteile. Dadurch kann der für die Sauerstoffversorgung und damit für die Verhinderung eines G-LOC entscheidende Blutdruck auf Kopfhöhe weniger schnell absinken. Die Manschette (1) kann auch mit Druckluft betrieben werden.

Description

Beschleunigungsschutz orrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz des menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten, wie sie beispielsweise in Hochleistungsflugzeugen beim Fliegen Richtungsänderungen auftreten, nach dem Oberbegriffe des Patentanspruches 1.

Solche Vorrichtungen, insbesondere Schutzanzüge, sind mehrere bekannt geworden. Sie schützen den menschlichen Körper in der Regel vor in der momentanen lokalen Z-Achse nach unten gerichteten Beschleunigungskräften, sogenannten +G_Z- Beschleunigungskräften. In modernen Hochleistungsflugzeugen können extreme Beschleunigungen von bis zu +9 G_z über längere Zeit und mit hohen Onset-Raten auftreten. Alle bekannten Schutzanzüge arbeiten nach dem Prinzip, dass entweder der Aussendruck um den Körper des Trägers oder die Spannung im Gewebe eines eng anliegenden Anzuges erhöht wird. Daraus resultiert in beiden Fällen ein erhöhter Binnendruck in den Blutgefässen der unteren Körperregionen, was ein Absacken des Blutes in die Beine vermindert und eine gefährliche Senkung des Blutdruckes im Kopf verhindert. Dadurch wird die Gefahr eines ' G-LOC¹ (G_z-force induced loss of consciousness) , einer von G_z-Beschleunigungskräften verursachten Bewusstlosigkeit des Trägers unter grosser G_z-Last, erheblich reduziert, re- spektive ein G-LOC tritt erst bei wesentlich höheren G_z- Beschleunigungskräften auf als bei ungeschütztem Körper. Solche Schutzanzüge gibt es als pneumatische Varianten oder nach hydrostatischem Prinzip arbeitend. Ein Beispiel für einen hydrostatischen Schutzanzug ist beispielsweise in EP 0983190 (WO 99/54200) offenbart.

All diesen Anzügen ist gemein, dass sie prinzipbedingt grosse Teile der Körperoberfläche der Träger bedecken. Da die Blasen zur Druckerzeugung wasser- und dampfdicht sind, ist der Tragkomfort der Anzüge infolge begrenzter Atmungsaktivität und Hitzestau gemindert. Ausserdem schränken die ebenfalls prinzipbedingt enganliegenden Anzüge sowohl im Flug wie auch am Boden die Bewegungsfreiheit ihrer Träger erheblich ein. Die durch die vorliegende Erfindung zu lösende Aufgabe besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zum Schutz vor den Auswirkungen der Beschleunigungskräfte, wie sie beispielsweise beim Fliegen von Richtungsänderungen in Hochleistungsflug- zeugen auftreten, vorab in der momentanen und lokalen Z- Achse, welche gegenüber dem Stand der Technik Verbesserungen im Tragkomfort und eine vereinfachte Konstruktion aufweist. Die momentane lokale Z-Achse bezeichnet eine unabhängig von der absoluten Lage des Trägers der Vorrichtung im Wesentli- chen zur Wirbelsäule des Trägers parallel vom Körperrumpf in Richtung Kopf weisende Achse.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist wiedergegeben im Patentanspruch 1 hinsichtlich ihrer wesentlichen Merkmale, in den weiteren Patentansprüchen hinsichtlich weiterer vorteil- hafter Ausbildungen.

Der Erfindungsgedanke wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Beschleuni- gungsschutzvorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Beschleunigungsschutzvorrichtung in schematischer Darstel- lung,

Fig. 3 schematische Darstellung einer fluidischen Manschette, wie in Fig. 2 verwendet, a als Isometrie, b im Längsschnitt in deaktivierten Zustand, c als Draufsicht in deaktiviertem Zustand, d im Längsschnitt in druckbeaufschlagtem Zustand, e als Draufsicht in druckbeaufschlagtem Zustand,

Fig. 4 schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer fluidischen Manschette in isometrischer Darstellung, Fig. 5 schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer fluidischen Manschette in isometrischer Darstellung,

Fig. 6 schematische Darstellung einer um ein Körperteil gelegten fluidischen Manschette von Fig. 3 im Längsschnitt, a in deaktiviertem Zustand b in aktiviertem Zustand,

Fig. 7 schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer fluidischen Manschette im Längsschnitt,

Fig. 8 schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer fluidischen Manschette mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung als Aktor im Querschnitt,

Fig. 9 schematische Darstellung eines sechsten Ausfüh- rungsbeispiels einer Manschette, welche mittels eines linearen Aktors verkürzt wird,

Fig. 10 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Manschette, in schematischer Draufsicht,

Fig. 11 schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels einer Manschette im Querschnitt, a in deaktiviertem Zustand b in aktiviertem Zustand,

Fig. 12 schematische Darstellung eines Steuer- und Regelsystems zum Betrieb von erfindungsgemässen Manschetten,

Fig. 13 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Beschleunigungsschutzvorrichtung, mit Verstärkung des hydrostatischen Druckes in Oberarmhöhe, in schematischer Darstellung, Fig. 14 schematische Darstellung des Funktionsprinzips des dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 15 schematische Darstellung eines neunten Ausführungsbeispiels einer Manschette im Querschnitt, a in deaktiviertem Zustand b in aktiviertem Zustand.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs- gemässen Beschleunigungsschutz- oder auch Anti-G-Vorrichtung, wobei eine Seite des Trägers in der Fig. 1 zur Veranschaulichung verschiedener Möglichkeiten zusätzlich mit Schutzvorrichtungen an einem Arm und einem Unterschenkel ausgerüstet ist. In den Dokumenten gemäss dem Stand der Technik ist es üblich, mittels technischer Vorrichtungen den Binnendruck im unteren Körperbereich zu erhöhen. Die erfinderische Idee der vorliegenden Erfindung besteht dagegen darin, mit Hilfe von eng anliegenden Manschetten 1 mit verkürzbarem Innenumfang die unterhalb der Manschette 1 liegenden Körperbereiche bei Auftreten von kritischen G_z-Beschleunigungskräften sofort abzuschnüren, um ein Abfliessen des Blutes in tieferliegende Körperteile zu verhindern. Dadurch kann der für die Sauerstoffversorgung und damit für die Verhinderung eines G-LOC entscheidende Blutdruck auf Kopfhöhe weniger schnell absinken. Das venöse Blut wird am Rückfluss in die Beine gehindert, und bei genügend stark verengter Manschette 1 wird auch der Zu- oder Abstrom arteriellen Blutes in die abgeschnürten Bereiche unterbunden. Solche Manschetten 1 werden, wie in Fig. 1 gezeigt, beispielsweise im Taillenbereich und/oder möglichst weit oben an beiden Oberschenkeln platziert. Die Manschette 1 im Taillenbereich sollte dabei über dem Becken positioniert sein, um die gewünschte Abschnürungswirkung ohne Behinderung durch die Beckenknochen entfalten zu können. Fig. 1 zeigt weitere mögliche Stellen zum Anbringen von Anti-G Manschetten 1: Beispielsweise am Hals, möglichst weit oben am Oberarm, über oder unter dem Ellbogen und über oder unter dem Knie. Der Körper und damit die Körperflüssigkeitssäule wird it Hilfe der Manschetten 1 in Richtung der Beschleunigungskräfte segmentiert, wobei die Manschetten 1 im Wesentlichen in einer Ebene normal zur Beschleunigungsrichtung angeordnet werden. Durch die Abschnürung bei G_z-Belastung wird die Blut- säule in kürzere Stücke aufgeteilt, wodurch sich der maximale Blutdruck unter G_z-Belastung gemäss der hydrostatischen Formel p • g • h = p (1)

verringert, da die maximal mögliche Säulenhöhe verkleinert wird, wobei gilt: p, spezifische Dichte der Flüssigkeit [kgm^-3] ; g, Beschleunigung [ms^-2] ; h, Höhe der Flüssigkeitssäule [m] ; p, Druck in der Flüssigkeitssäule [Pa] . Die Manschetten 1 können gemäss Fig. 1 einzeln und voneinander unabhängig getragen werden. Praktischer ist es jedoch, die Manschetten 1 in ein Kleidungsstück, beispielsweise in Unterwäsche oder einen Overall, zu integrieren. Dadurch können die Anti-G Manschetten 1 problemlos angezogen werden und sind immer richtig positioniert. Denkbar und erfindungsgemäss ist auch die Verbindung einer Manschette 1 um die Taille mit zwei Manschetten 1 um den Oberschenkel zu einer Kombination zu vereinen, beispielsweise ähnlich einem Sitzgurt für Sportkletterer. Die Manschetten 1 sind dabei mittels Gurten oder Bändern miteinander verbunden, werden dadurch in der gewünschten Lage gehalten, und können wie eine kurze Hose übergestreift werden. Dem Fachmann sind weitere Möglichkeiten bekannt, wie solche Manschetten 1 in bestehende Kleidung integriert werden können oder wie man sie möglichst komfortabel über oder unter der Kleidung trägt. Es wird hier daher nicht weiter auf die verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten eingegangen. Wichtig ist, dass die Manschetten 1 nicht so sehr verrutschen, dass ihre korrekte und vollständige Klemmwirkung beeinträchtigt ist, und dass die Abschnürung an der gewünsch- ten Stelle erfolgt.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemässen Beschleunigungsschutzvorrichtung. Die in diesem Beispiel mit fluidischen Mitteln verkürzbaren Manschetten 1 werden hydrostatisch unter Druck gesetzt, wobei mit grösser werdenden G_z-Belastungen auch der durch die Flüssigkeitssäule erzeugte Druck zur Betätigung der Manschette 1 steigt. Die Flüssigkeitssäule wird mittels flexibler, in Quer- und Längs- richtung jedoch im Wesentlichen undehnbarer Schläuche 2 und eines oben angebrachten Flüssigkeitsreservoirs 3, gebildet. Die maximale Flüssigkeitsäulenhöhe h wird erreicht, indem die oder das Flüssigkeitsreservoir 3 im Schulterbereich platziert werden. Das ergibt Flüssigkeitssäulenhöhen von rund einem halben Meter. Falls weniger Druck für die Verengung der Manschetten 1 ausreicht, kann das Flüssigkeitsreservoir 3 weiter unten, beispielsweise im Brustbereich, angebracht werden. Im Falle von mehr Druckbedarf ist es möglich, die Flüssigkeitssäule über die Schulterhöhe hinaus zu verlängern, indem das • Flüssigkeitsreservoir 3 über oder neben dem Kopf des Trägers an der Cockpitstruktur befestigt und mittels eines Kupplungstückes mit den Manschetten 1 verbunden werden kann. Nebst einer Variation der Flüssigkeitssäulenhöhe h, können auch die Parameter spezifische Dichte p und Viskosität der Flüssigkeit durch die Wahl unterschiedlicher Flüssigkeiten angepasst werden. Das Produkt von p, G_z (Erdbeschleunigung normal ca. 9.81 ms^-2) und h ergibt die Steigung der linearen G_z-Abhängigkeit des Druckes p in der Flüssigkeitssäule, welcher für die Betätigung eines oder mehrerer fluidischer Akto- ren zur Verengung der Manschette zur Verfügung steht. Bei einer Flüssigkeitsäule von einem halben Meter und bei Verwendung von Wasser resultiert bei +1 G_z ein Druck p von ca. 49 hPa und bei +10 G_z von ca. 490 hPa. Zum Vergleich sei ein physiologisch hoher systolischer Blutdruck von 266 hPa (200 mmHg) erwähnt, welchem die Manschette 1 bei grossen G_z- Belastungen entgegenwirken soll. Da der Blutkreislauf im Körper ebenfalls eine der Hydrostatik gehorchende Flüssigkeitssäule ist, wird eine Differenz zwischen der Dichte von Blut und der Dichte der Flüssigkeit in der Anti-G-Vorrichtung für die Abschnürung der Blutgefässe und die Kompensation des Blutdruckes benötigt, sofern der hydrostatische Druck in den fluidischen Aktoren nicht mittels weiter unten beschriebener Mittel zusätzlich verstärkt wird. Es sind drei Manschetten 1 vorhanden, zwei umschliessen die Oberschenkel und eine umschlingt die Taille des Trägers. Die Manschetten 1 sind hier als mögliches Beispiel in ein ärmelloses und kurzbeiniges Unterwäsche-Kombi 4, beispielsweise aus Baumwolle oder Kunstfasern gefertigt, integriert. Die Manschette 1 um die Taille kann beispielsweise mittels einer Schnalle 5 über einem Reissverschluss 6 zum An- und Ausziehen geöffnet werden. Die Manschettenweite, und damit die Umlauf- Spannung der Manschette 1, lässt sich mittels Verstellvor- richtungen, beispielsweise mittels Klettverschlüssen oder Schnallen-Riemenkombinationen, an Körperbau und Gliedmasse des Trägers anpassen. Damit die Manschetten 1 bei der gewünschten +G_z-Belastung den Blutfluss unterbrechen, müssen sie bei +1 G₂ eine von p und h, sowie dem Blutdruck des Trä- gers abhängige UmlaufSpannung aufweisen. Diese Spannung kann beispielsweise mittels in die Manschette 1 integrierter Spannungssensoren 16 gemessen werden. Zweckdienlich ist es zudem, die Verstellungsvorrichtung für den Manschettenumfang mit einer Vermassung zu versehen, welche es ermöglicht, eine einmal optimierte Einstellung wiederzufinden und allenfalls anhand von Tabellen an Körpermasse und Blutdruck anzupassen. Hilfreich für die Einstellung einer optimalen Länge der Manschette 1 kann auch ein in die Manschette 1 integrierter Spannungssensor 16 sein, beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen, dessen Messwerte von einem externen Ausgabegerät ausgegeben werden können. Denkbar ist beispielsweise eine LED-Anzeige oder eine grün aufleuchtende Diode bei Einstellung einer gewünschten Grundspannung. Im Ausführungsbeispiel sind die Manschetten 1 selbst als fluidische Muskeln ausgebildet. Die Manschette 1 im Taillenbereich ist nach oben mit zwei separaten im Wesentlichen inelastischen Schläuchen 2 mit zwei Flüssigkeitsreservoirs 3 im Schulterbereich verbunden und nach unten mit zwei weiteren Schläuchen 2 mit den Manschetten 1 im Oberschenkelbereich. Die Flüssigkeit in den Flüssigkeitsreservoirs 3 dient dazu, die Zunahme des Flüssigkeitsvolumens bei Druckerhöhung in Manschetten 1 und Schläuchen 2 zu kompensieren, ohne dass sich die hydrostatisch wirksame Höhe der Flüssigkeitsäule h wesentlich verringert.

Fig. 3a,b,c zeigen eine Manschette 1, wie sie im zweiten Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommt. Die Manschette 1 be- steht im Wesentlichen aus einem flüssigkeitsdichten schlauch- förmigen Beutel 7, welcher über mindestens ein Ventil 8 mit Flüssigkeit gefüllt und unter Überdruck gesetzt werden kann. Der Beutel 7 ist aus wenig dehnbarem, flexiblem Material, beispielsweise aus mit Aramid armiertem Kunststoff, gefertigt und in Längsrichtung in mehrere miteinander kommunizierende Kammern 9 unterteilt. Die Kammern werden durch linienförmige kraftschlüssige Verbindungen 10 der Wände des Beutels 7 in Querrichtung gebildet, beispielsweise durch abgedichtete Abnäher oder Schweissnähte. Die Nähte verlaufen jedoch nicht über die ganze Breite des Beutels 7, so dass die Flüssigkeit von einer Kammer 9 in benachbarte Kammern 9 strömen kann, und somit derselbe Flüssigkeitsdruck in allen Kammern 9 einer Manschette herrscht. Die Verbindung 10 kann aus mehreren auf einer Linie liegenden punkt- oder linienförmigen Verbindungs- stellen bestehen, wie in Fig. 5 gezeigt.

Fig. 3a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Manschette 1 in zum Kreis geschlossenem Zustand in isometrischer Darstellung. Die Fig. 3b und 3d zeigen die geöffnete, längs ausgestreckte, Manschette 1 im Längsschnitt, und die Fig. 3c und 3e in der Draufsicht. In den Fig. 3d und 3e wurde die Manschette 1 mit Druck beaufschlagt und weist infolgedessen eine verkürzte Länge auf. Die theoretische maximale Verkürzung beträgt unter der Annahme, dass bei Druckbeaufschlagung die Kammern eine kreiszylindrische Form annehmen, 2/π « 64% der Länge der ausgestreckten leeren Manschette 1.

D D 2 • D 2 7T7 ⁼ _{\ /} ⁼ = - * 64% ⁽2⁾ /2 /2 Wobei gilt: D, Kreisdurchmesser; U, Kreisumfang.

Der Fachmann findet selbstverständlich viele weitere Möglichkeiten, wie eine Manschette 1 mit der oben beschriebenen Funktion alternativ konstruiert sein kann. Beispielsweise können die Kammern 9 durch Vernähen eines textilen Schlauches hergestellt werden, und anschliessend in die nicht fluiddich- ten Kammern 9 fluiddichte Blasen, welche im Gegensatz zum Beutel 7 auch elastisch sein können, eingelegt werden.

Eine abschnürende Wirkung kann statt durch eine Verkürzung der ganzen Manschette 1 auch durch Druckausübung infolge Verkürzung lediglich des Innenumfanges, respektive einer Verengung des Innendurchmessers der Manschette 1 bei im Wesentli- chen gleichbleibendem Aussendurchmesser, erfolgen. Eine solche Wirkung wird beispielsweise durch eine Manschette 1 erreicht, welche im Wesentlichen aus inelastischem Material gefertigt ist und auf deren Innenseite mit Druck beaufschlagbare, flexible Druckkammern, beispielsweise Schläuche, ange- bracht sind.

Manschetten 1 mit fluidischen Aktoren können statt hydraulisch auch mit kompressiblen Fluiden, also beispielsweise mit Druckluft, betrieben werden. Druckluftbetriebene G-Anzüge sind Stand der Technik. Viele Flugzeuge sind mit G_z-Sensoren und Steuer- und Regelelektronik sowie Kompressoren und Druckbehältern zur Bereitstellung von Druckluft bei höheren G_z- Belastungen und damit zum Betrieb von Druckluft-G-Anzügen ausgerüstet. Mit softwaremässigen Anpassungen der Regelcharakteristik können diese bestehenden Systeme zum Betrieb von Anti-G Manschetten 1 mit Druckluft verwendet werden. Die Manschetten 1 werden direkt mit Druckluft versorgt, das Flüssigkeitsreservoir 3 entfällt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für die Verbindungen 10. Die bei linienförmigen Verbindungen 10 für den Druckausgleich zwischen den Kammern 9 notwendigen Durchlässe können, wie in Fig. 4 gezeigt, abwechslungsweise beid- seitig angeordnet sein.

In Fig. 5 sind einige weitere mögliche Beispiele für die Ausgestaltung der Verbindung 10 an einer Manschette 1 darge- stellt. Es sind alle Zwischenstufen von einer aus mehreren auf einer Linie liegenden punktförmigen Verbindungen bestehenden Verbindung 10 bis zu einer durchgehenden linienförmigen Verbindung 10 mit mindestens einem Durchlass denkbar und erfindungsgemäss, solange die Funktion der Manschette 1 als fluidischer Muskel gewährleistet ist.

In Fig. 6a und 6b ist die Funktionsweise der in Fig. 3 dargestellten Manschette 1 gezeigt, wenn sie um ein Körperteil ge- legt ist. Fig. 6a zeigt die Manschette 1 im drucklosen und Fig. 6b im druckbeaufschlagten Zustand. Schematisch dargestellt sind im Querschnitt des Körperteiles Blutgefässe 11, welche bei verkürzter Manschette 1 in Fig. 6b zusammenge- presst werden, wodurch die Blutzirkulation behindert bis un- terbunden wird.

Fig. 7 zeigt eine fluidische Manschette 1 mit lediglich einer grossen Kammer 9. Eine solche Manschette 1 erzeugt bei gleichem Druck des enthaltenen Druckfluids eine grössere Umlaufspannung in der Manschette 1 als mehrere kleine Kammern 9 mit entsprechend kleineren Durchmessern.

In Fig. 8 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Manschette 1 dargestellt. Dieses Beispiel funktioniert mit einem beliebigen linearen Aktor 12 gemäss dem Stand der Technik. Als Beispiel ist ein hydraulisch oder pneumatisch betriebener Ak- tor mit Kolben 13 und Zylinder 14 dargestellt. Kolben 13 und Zylinder 14 sind im Schnitt dargestellt. Mittels eines Zugelementes 15 verkürzt der unter Druckbeaufschlagung sich im Zylinder 14 bewegende Kolben 13 die Manschette 1. Dem Fachmann sind viele Varianten bekannt, wie die Manschette 1 mit- tels eines Aktors 12, beispielsweise auch eines beliebigen elektrischen Aktors, verkürzt werden kann. Eine derartige Manschette 1 kann auch, analog Fig. 2, hydrostatisch betätigt werden. Eine erfindungsgemässe Manschette 1 kann auch unter Verwendung von verkürzbaren Fasern, beispielsweise aus elek- trostriktivem Material, gefertigt werden.

Fig. 9 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Manschette 1 in Seitenansicht, wobei der Aktor 12 ein beliebiger linearer Aktor sein kann, beispielsweise ein elektromotorisch getriebener. Fig. 10 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Manschette 1 als Beispiel für weitere mögliche mechanische Ausgestaltungen des Verkürzungsmechanismus der Manschette 1. Im in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Manschette 1 mittels eines Seilzuges ähnlich einer Schuhschnürung verkürzt. Auf der Manschette 1 ist ein Spannungssensor 16, beispielsweise ein Dehnungsmessstreifen, angebracht. Ein solcher Spannungssensor 16 kann in alle erfindungsgemässen Manschet- ten 1 eingearbeitet werden, um, im Falle einer elektronisch gesteuerten und geregelten Beschleunigungsschutzvorrichtung, den Zustand, respektive die Spannung der Manschette 1 erfassen und messen zu können und entsprechend einer auftretenden G_z-Belastung die gewünschte Blutzirkulationsunterdrückung herbeizuführen. Weiter kann ein solcher Spannungssensor 16 wie oben erwähnt auch dazu benützt werden, die Spannung der Manschette 1 beim Anziehen der Vorrichtung auf die Körpermasse des Trägers anzupassen. Für das richtige Funktionieren der Manschette 1 uss sie im Grundzustand, also bei Erdbe- schleunigung 1 G, eine gewisse Grundspannung aufweisen. Ist die Manschette 1 zu lose angebracht, setzt ihre abschnürende Wirkung zu spät oder gar nicht ein; wird sie hingegen zu eng getragen, setzt ihre abschnürende Wirkung entweder zu früh ein oder die Blutzirkulation wird sogar bereits im Grundzu- stand, bei 1 G, behindert. Der Spannungssensor 16 kann zum Zweck der Grundspannungseinstellung auch aus einem einfachen mechanischen Kraftmesser bestehen und mit einer Anzeige und einer Skala kombiniert sein. Fig. 11a, b zeigen ein achtes Ausführungsbeispiel einer Man- schette 1 in schematischer Darstellung im Querschnitt. Dieses Ausführungsbeispiel funktioniert nach einem anderen Prinzip, als die vorangehenden. Der Binnendruck im abgeschnürten Körperteil wird nicht durch Zusammenziehen der Manschette 1 erreicht, sondern durch Erhöhung des Druckes in einer auf der Innenseite eines im Wesentlichen inelastischen Bandes 24 mittels einer Längsverbindung 26 angebrachten Druckkammer 25, beispielsweise ein flexibler Schlauch. Fig. 11a zeigt die Manschette 1 mit flachgepresster Druckkammer 25 ohne abschnürende Wirkung und Fig. 11b zeigt die Manschette 1 mit unter Druck stehender Druckkammer 25 und somit verkürztem Innenumfang der Manschette 1.

Fig. 12 zeigt schematisch, welche Elemente eine elektronisch geregelte Beschleunigungsschutzvorrichtung zur Betätigung, Steuerung und Regelung der Manschetten 1 aufweist. Die elektronische Steuer- und Regelvorrichtung, kann als auf dem Körper tragbare Komponente oder als fest im Cockpit eingebautes Modul ausgeführt sein. Ein G_z-Sensor 17 liefert einer pro- grammierbaren Recheneinheit 18 die aktuellen Beschleunigungsdaten in Z-Richtung. Die Recheneinheit 18 kann zusätzlich mit Messdaten eines Spannungssensors 16 über den Spannungszustand der Manschette 1 und/oder mit zusätzlichen Flugzustandsdaten, wie beispielsweise Steuerknüppelstellung, Fusspedalstellung und Fluggeschwindigkeit beliefert werden. Die letztgenannten Flugzustandsdaten können dazu dienen, auftretende G_z- Beschleunigungsspitzen frühzeitig zu antizipieren, um eine unverzögerte Schutzwirkung der Anti-G Manschetten 1 zu ermöglichen. Die Recheneinheit 18 weist eine Schnittstelle 19 auf, über die ein externer Rechner angeschlossen werden kann. Dies ermöglicht beispielsweise einerseits das Laden von neuen oder modifizierten Programmen oder Datentabellen und andererseits die externe Protokollierung und Aufzeichnung von Mess- und Betriebsparametern der Beschleunigungsschutzvorrichtung. Es sind Leitungen 20 vorhanden, über welche die Messdaten und Steuerbefehle transportiert werden können. Die Datenübertragung kann beispielsweise mittels eines Bus-Systems bewerkstelligt werden. Je nach Art des Aktors 12 benötigt die Beschleunigungsschutzvorrichtung weitere Komponenten, wie bei- spielsweise einen Kompressor, einen Druckbehälter, Druckleitungen, eine Verteileinheit für das Druckfluid. Für den Fachmann ergeben sich diese Teile aus dem Stand der Technik und aus seinem allgemeinen Fachwissen, es wird daher an dieser Stelle nicht weiter auf die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten eingegangen.

Ein grosser Vorteil einer hydrostatisch betriebenen und geregelten Manschette, wie in Fig. 2 dargestellt besteht darin, dass die Beschleunigungsschutzvorrichtung autonom und ohne Fremdenergie funktioniert, ohne Steuer- und Regelvorrichtung auskommt und daher wartungsarm und pannensicher ist und in beliebigen Flugzeugtypen, ohne Modifikation und Anpassung derselben, eingesetzt werden kann. Die Fig. 13 und Fig. 14 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Beschleunigungsschutzvorrichtung. Da die Höhendifferenz zwischen Schulter und Oberarm klein ist und demzufolge nur einen kleinen hydrostatischen Druck ermöglicht, ist es nötig, den hydrostatischen Druck p_u in der Manschette 1 am Oberarm zu verstärken. Diese Verstärkung kann beispielsweise mittels einer doppeltwirkenden hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung 21, die im Bereich der Taille oder des Oberschenkels positioniert ist und durch Ver- wendung zweier unterschiedlich dichter Flüssigkeiten 22,23 mit den spezifischen Dichten pi und p₂. Das Flüssigkeitsreservoir 3 auf der Schulter ist mit der schwereren Flüssigkeit 22 gefüllt, welche in der Kolben-Zylinder-Anordnung 21 einen hydrostatischen Druck p_d erzeugt. Die zweite, leichtere Flüs- sigkeit 23 füllt die Schläuche 2 und die Manschette 1 im Oberarmbereich und hat primär die Aufgabe, den hydrostatischen Druck möglichst unvermindert durch selbstverursachte hydrostatische Effekte an die um den Oberarm gelegte Manschette 1 weiterzugeben. Idealerweise kommt ein inkompressi- bles Fluid mit möglichst geringer spezifischer Dichte zur Anwendung. Die spezifischen Dichten der Flüssigkeiten können entsprechend der tatsächlich vorliegenden Höhen hi und h₂ variiert werden, um sowohl am Oberarm als auch auf Oberschenkelhöhe die zum Abklemmen der Blutgefässe benötigten Drucke zu erreichen. Das folgende Rechenbeispiel soll das Prinzip veranschaulichen. Die schwere Flüssigkeit 22 sei Glycerin (p₁=l'260 kgπf³) , die leichtere Flüssigkeit 23 sei Wasser (p₂=l'000 kgm^"3) . Es gilt: ρ_xgh_x = p₂gh₂ + p_u ( 3 )

daraus folgt für p_u : p_u = g(pA - ρ₂h₂) ( 4 )

Für die Höhen der Flüssigkeitssäulen werden folgende Werte angenommen: hι=0.5 m und h₂=0.25 m. Für G_z = +1 G ergibt sich sodann p_u « 37 hPa und für G_z = +10 G wird die Manschette am Oberarm mit einem Druck von p_u « 373 hPa beaufschlagt (gegenüber p_u « 309 hPa ohne Verstärkung) , während auf Höhe der Kolben-Zylinder-Anordnung 24 ein Druck p_d « 618 hPa gemessen wird. Diesem Rechenbeispiel liegt eine rein statische Be- trachtungsweise zugrunde. Es werden sämtliche Reibungsverluste in den Leitungen 2 und der Kolben-Zylinder-Anordnung 21 vernachlässigt, welche bei Änderungen von g die Dynamik und Anpassungscharakteristik der Beschleunigungsschutzvorrichtung mit beeinflussen. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 21 kann bei- spielsweise auch durch eine flüssigkeitsdichte elastische Membran in einem Behälter ersetzt werden, welche die Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichten 22,23 voneinander trennt und einen Druckausgleich zwischen den beiden Flüssigkeiten 22,23 ermöglicht . Eine weitere Möglichkeit für eine Druckverstärkung bei hydrostatisch betriebenen Manschetten 1 besteht darin, die doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Anordnung 21 mit unterschiedlichen Kolbenwirkflächen zu versehen, was zu einer Druckverstärkung proportional zum Verhältnis der beiden Kolben- wirkflächen führt. Ist die Kolbenwirkfläche auf der Seite des fluidischen Aktors beispielsweise halb so gross wie die gegenwirkende Kolbenwirkfläche, so erfolgt eine Druckverdoppelung. Bei pneumatisch betriebenen Manschetten 1 kann durch teilwei- se Perforation des Beutels 7 auf der körperzugewandten Seite eine Belüftungswirkung der bedeckten Körperteile erzielt werden. Die vom Körper ausgeschiedene Flüssigkeit verdunstet permanent und kann durch den Luftstrom abtransportiert werden. Dadurch wird der Tragekomfort der Vorrichtung vergrö- ssert, und die Bildung nasser Schweissstellen im Bereich der aus luftdichtem Material gefertigten, und daher nicht atmungsaktiven Manschette 1, vermindert.

Die Figuren 15a und 15b zeigen schematische Darstellungen eines neunten Ausführungsbeispiels einer Manschette 1. Fig. 15a zeigt einen Schnitt durch eine ein Körperteil umschliessende Manschette 1 in deaktiviertem Zustand und Fig. 15b in aktiviertem Zustand. Die Manschette 1 verfügt über Mittel, mindestens eine Presseinheit 27, um an bestimmbaren Stellen lokal einen erhöhten Druck auf den umschlossenen Körperteil auszuüben.

Eine solche Ausführung ist nützlich bei Körperteilen, welche oberflächennah wichtige Blutgefässe 11 aufweisen. Beispiels- weise können bei einer um den Hals gelegten Manschette 1 auf diese Weise gezielt Blutgefässe 11 zugedrückt werden, ohne dass gleichzeitig die Luftröhre vollständig abgeschnürt wird. Zum gezielten Zusammendrücken eines Blutgefässes 11, beispielsweise einer Arterie, ist eine Presseinheit 27 befe- stigt, beispielsweise auf der körperzugewandten Seite der Manschette 1. Diese Presseinheit 27 kann sowohl aus festem im Wesentlichen nicht deformierbarem Material als auch aus elastischem Material gefertigt sein. Die Presseinheit 27 wird bei Verengung der Manschette 1, analog einem medizinischen Druckverband, auf das darunterliegende Blutgefäss 11 gedrückt und unterbindet oder hemmt den Blutfluss durch das Blutgefäss 11. Die Fig. 15 zeigt zur Veranschaulichung drei verschiedene Beispiele für die Ausführung derartiger Presseinheiten 27 in einer Manschette 1. Die Presseinheit 27 kann so ausgestaltet und an den Körperbau des Trägers angepasst werden, dass die den Blutfluss unterdrückende Wirkung optimal ist. Die Formen bleiben nicht auf die in den Fig. 15 gezeigten beschränkt. Es ist denkbar, dass die Länge der Manschette 1 unverändert bleibt, und lediglich die Presseinheit 27 durch aktive Verän- derung ihrer Geometrie mehr oder weniger stark gegen den Körper drückt. Diese Änderung des Anpressdruckes kann sowohl mechanisch als auch fluidisch ausgelöst werden. Mechanisch kann der Anpressdruck beispielsweise mittels eines in der Presseinheit 27 integrierten Aktors gelöst werden, wobei dieser Aktor die Ausdehnung der Presseinheit 27 vergrössern kann und sie so gegen den Körper pressen kann. Fluidisch kann der Anpressdruck beispielsweise erhöht werden, indem die Presseinheit 27 ganz oder teilweise als druckbeaufschlagbarer, aus flexiblem Material gefertigter Hohlraum 28 ausgestaltet ist, und das Volumen dieses Hohlraums 28 und somit das Volumen der ganzen Presseinheit 27 bei Druckbeaufschlagung vergrössert wird, wodurch lokal die Presseinheit 27 auf den Körperteil gepresst wird. Es ist im Erfindungsgedanken enthalten, die speziellen Merkmale der verschiedenen obengenannten Ausführungsbeispiele zu weiteren Varianten zu kombinieren.

Claims

Patentansprüc e

1. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Manschette (1) mit Mitteln zur lokalen Erhöhung des Binnendruckes im von der Manschette (1) um- fassten Körperteil vorhanden ist, deren Innenumfang bei Auftreten von Beschleunigungskräften grösser als 1 G verkleinert werden kann, wobei die Manschette (1) in einer im Wesentlichen normal zu den auftretenden Beschleunigungskräften liegenden Ebene um ein Körperteil gelegt ist und so den Körper in Richtung der auftretendenden Beschleunigungskräfte in mehrere Segmente aufteilt und im abschnürenden Zustand, bei lokal erhöhtem Binnendruck, den Fluss von Körperflüssigkeiten durch diese von der Manschette (1) definierte Ebene von einem Segment zu einem benachbarten Segment einschränken oder ganz unterbinden kann.

2. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, welche den am Körperteil anliegende Innenumfang der Manschette (1) durch Verdickung des Querschnitts der Manschette (1) nach Innen bei gleichzeitig konstant bleibendem Aussenumfang verkürzen können.

3. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, welche den am Körperteil anliegenden Innenumfang der Manschette (1) durch Zusammenziehen der Manschette (1) verkürzen können.

4. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, welche bei Auftreten von Beschleunigungskräften die Mittel zur lokalen Erhöhung des Binnendruck im von der Manschette (1) umfassten Körperteil selbsttätig aktivieren können.

5. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (1) mittels aktorgetriebenem Verkürzungs- mechanismus verengt werden kann.

6. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der am Körperteil anliegende Innenumfang der Manschette (1) mittels drucktluidgetriebenem Aktor verkürzbar ist.

7. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach Patentanspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass der am Körperteil anliegende Innenumfang der Manschette (1) mittels elektrischem Aktor verkürzbar ist.

8. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Be- schleunigungseffekten nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (1) über ihre ganze oder einen Teil ihrer Länge als fluiddichter schlauchförmiger Beutel (7) ausgeführt ist, wobei der Beutel (7) ein Ventil (8) aufweist und in Längsrichtung mittels in Querrichtung verlaufender Verbindungen (10) der Innen- und Aussenseite der Manschette in mehrere miteinander druckkommunizierende Kammern (9) unterteilt ist, und diese Kammern (9) bei Druckbeaufschlagung des Beutels (7) in Längsrichtung als Flu- idmuskel wirken und den Umfang der Manschette (1) verkürzen, sowie die Manschette (1) nach Innen verdicken.

9. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (1) über ihre ganze oder einen Teil ihrer Länge als schlauchförmige, im Wesentlichen inelastische Membran ausgeführt ist, wobei diese Membran in Längsrichtung mittels in Querrichtung verlaufender Verbindungen (10) der Innen- und Aussenseite der Manschette (1) in Taschen unterteilt ist, wobei in die Taschen fluiddichte Beutel (7) eingelegt sind, und diese miteinander druckkommunizierenden Beutel (7) über ein Ventil (8) mit Druck beaufschlagt werden können, wobei die Taschen bei Druckbeaufschlagung des Beutels (7) in Längsrichtung als Flu- idmuskel wirken und den Umfang der Manschette (1) verkür- zen, sowie die Manschette (1) nach Innen verdicken.

10. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckfluid Luft verwendet wird.

11. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckfluid Flüssigkeit verwendet wird.

12. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid eine Flüssigkeitssäule bildet und bei auftretenden Beschleunigungen hydrostatisch unter Druck gesetzt wird und die fluidischen Aktoren zur Verengung der Manschette (1) mittels des am unteren Ende der Flüssigkeitssäule auftretenden Druckes betrieben werden.

13. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein fluidischer Aktor zur Verengung der Manschette (1) und eine hydrostatische Flüssigkeitssäule vorhanden sind, wobei ein im Wesentlichen in Beschleunigungsrichtung angebrachter Schlauch (2) die Flüssigkeitssäule enthält und am unteren Ende mittels Ventil (8) mit dem fluidischen Aktor verbunden ist.

14. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der Flüssigkeitssäule mindestens ein Flüssigkeitsreservoir (3) vorhanden ist.

15. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Be- schleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck eines Fluids für den Betrieb eines fluidischen Aktors mittels eines Doppelkolbens mit ungleich grossen Kolbenwirkflächen verstärkt wird.

16. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrostatische Druck eines ersten Fluids mittels ei- nes zweiten, leichteren, Fluids zu einem Aktor geleitet wird, wobei zwischen erstem und zweitem Fluid mittels einer elastischen Membran oder einer Doppelkolben/Zylinderanordnung ein Druckausgleich geschaffen wird, ohne dass eine gegenseitige Vermischung der Fluide er- folgt.

17. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind zur Steuerung und Regelung der Verengung der Manschette (1) sowie zur Messung der momentanen Beschleunigung.

18. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden zur Messung der momentanen Veränderungs- rate der Beschleunigung.

19. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (1) in einem Kleidungsstück integriert ist.

20. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (1) über Mittel verfügt, mittels welchen sie manuell geöffnet und geschlossen werden kann.

21. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Be- schleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (1) über Mittel verfügt, mittels welchen ihr Umfang und ihre Spannung manuell verändert werden kann.

22. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, welche die Manschette (1) propor- tional zur Beschleunigung verengen.

23. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, zur Anzeige optimaler Spannung der Manschette (1) beim Anlegen um ein Körperteil.

24. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass Distanzmarken auf der Manschette (1) angebracht sind, zur reproduzierbaren manuellen Einstellung einer bestimmten Spannung der Manschette (1) beim Anlegen um ein Körperteil .

25. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Be- schleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungssensor und eine Spannungsanzeige vorhanden sind, zur Messung und Anzeige der Spannung der Manschette (1) beim Anlegen um ein Körperteil.

26. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten nach einem der Patentansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (1) mindestens eine Presseinheit (27) auf- weist.

27. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Beschleunigungseffekten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine im Wesentlichen inelastische Manschette (1) vorhanden ist, die Manschette (1) auf der körperzugewandten Seite mindestens eine Presseinheit (27) aufweist, mittels welcher bei Auftreten von Beschleunigungskräften grösser als 1 G durch Veränderung der geometrischen Ausdehnung dieser Presseinheit (27) gezielt und aktiv ein Blutgefäss (11) zusammengedrückt werden kann, wobei die Manschette (1) in einer im Wesentlichen normal zu den auftretenden Beschleunigungskräften liegenden Ebene um ein Körperteil gelegt ist und so den Körper in Richtung der auftretendenden Beschleunigungskräfte in mehrere Segmente aufteilt und im abschnürenden Zustand, den Fluss von Blut durch diese von der Manschette (1) de- finierte Ebene von einem Segment zu einem benachbarten Segment einschränken oder ganz unterbinden kann.

28. Vorrichtung zum Schutz eines menschlichen Körpers vor Be- schleunigungseffekten nach Patentanspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinheit (27) mindestens teilweise aus einem mit einem Druckfluid beaufschlagbaren Hohlraum (28) besteht.