DE69518853T2

DE69518853T2 - Schützende kopfbedeckung und schutzschild sowie verfahren zum modifizieren von schützenden kopfbedeckungen und schutzschilden

Info

Publication number: DE69518853T2
Application number: DE69518853T
Authority: DE
Inventors: Dr. Phillips
Original assignee: Phillips Helmets Ltd
Current assignee: Phillips Helmets Ltd
Priority date: 1994-11-16
Filing date: 1995-11-16
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2015-11-17
Also published as: DK0790787T3; WO1996014768A1; DE69518853D1; GB9423113D0; AU3875695A; EP0790787A1; EP0790787B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine schützende Kopfbedeckung, wie etwa Sicherheitshelme zur Verwendung durch Motorradfahrer, Fahrradfahrer oder Bergsteiger, sowie in anderen gefährlichen Sportarten. Sie ist auch im industriellen Kontext relevant, beispielsweise in Fabriken oder auf Baustellen, in Verteidigungs- und militärischen Anwendungen oder unter der Erde, und kann auch in anderen Gebieten Anwendung finden, wo eine schützende Kopfbedeckung notwendig oder erforderlich ist, welche die Wirkung hat, eine Kopfverletzung zu reduzieren oder zu verhindern, während sie leichtgewichtig ist und den Träger nicht behindert. Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ihre Fähigkeit, die Charakteristiken des menschlichen Kopfs nachzuahmen, um den gewünschten Schutz gegen Verletzung zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Schutzschild, beispielsweise den Körperschutzschild, der von der Bereitschaftspolizei und Streitkräften verwendet wird.
Bisher hatten alle Kopfschutz-Konstruktionen zum Ziel, den Aufprall von Stürzen oder Schlägen zu verteilen oder auszubreiten, indem Schutzhelme aus Hartmaterialien mit einem begrenzten Elastizitätsgrad zur Energieabsorption konstruiert wurden. Die Innenkonstruktionen bestanden aus Stützbändern, einer Vielzahl von Schäumen oder einer Kombination dieser beiden, wobei viele von diesen erlaubten, daß bei einem starken Aufprall der Kopf mit dem Hartmaterial selbst in Kontakt kommt. Beispielsweise ist in der US-A-3946441 ein Sicherheitshelm offenbart, der eine primäre Schale mit hoher Aufprallbeständigkeit und eine zweite Außenschale aufweist, die aus einem brüchigen Material gebildet ist, das so ausgestaltet ist, daß es auch bei einem leichten Aufprall bricht.
In der Technik ist auch ein Schutzschild bekannt, und in der Vergangenheit war eine besondere Verwendung dieses Schilds die, bei der Sportausübung den Körper zu schützen. In der US-A-3500472 ist eine Schutzkleidung mit Polstermitteln offenbart, die in Taschen an der Schutzkleidung eingesetzt und aufgeblasen werden. Bei Verwendung ist die Kleidung so ausgestaltet, daß sie jegliche Relativbewegung zwischen den Polstermitteln und dem Taschenmittel unterbindet, wenn die Kleidung Stößen ausgesetzt ist.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt und inkorporiert die meisten Schutzmerkmale des menschlichen Kopfs, der von sich aus eine starke Energieausbreitung und einen Schutz gegen direkte und tangentiale Kräfte bietet. Die Hauptmerkmale des menschlichen Kopfs sind:

Die Kopfhaut

Dies ist eine feste fibröse elastische Schicht mit starken Energieabsorptionseigenschaften. Von besonderer Wichtigkeit ist die Tatsache, daß sie nicht fest an dem Schädel angebracht ist, sondern, weil sie nur am Umfang "befestigt" ist, sich auf dem Schädel um Wege bis zu einem Zentimeter bewegen kann, um hierdurch beträchtliche Energiemengen zu absorbieren, bevor sie zu reißen beginnt. Bei diesen zur Kopfoberfläche orthogonalen Stößen gestattet ihre faserige Elastizität eine Kompression und Energieabsorption.

Der Schädel

Der menschliche Schädel ist aus zwei dichten kompakten Knochenschichten aufgebaut, die eine Schicht aus schwammartigem spongiösem Knochen "sandwichartig" aufnehmen (Fig. 1). Dies ergibt eine harte Oberfläche für die Energieverteilung und Absorption, während eine gewisse Kompression oder Einbruch des spongiosen Knochens bei höherer Energieabsorption erlaubt. Der spongiöse Knochen kann auch eine gewisse Verformung erlauben, bevor irgendein Bruch auftritt.

Die Cerebro-Spinal-Flüssipkeit

Die das Gehirn umgebende Flüssigkeit wirkt als weiteres Energieabsorptionselement, welche das Gehirn bei Bewegungen innerhalb des Craniums polstert. Queraufschläge oder Stöße werfen das Gehirn zu dem Cranium hin, und die Verdrängung der inkompressiblen Cerebro-Spinal- Flüssigkeiten wirkt als Verzögerungskraft.
Nach einem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine schützende Kopfbedeckung vor, umfassend:
eine Schale mit einer nach innen weisenden Fläche, die bei Benutzung zum Kopf eines Verwenders der Kopfbedeckung weist, sowie eine nach außen weisende Fläche, die bei Benutzung von dem Kopf des Verwenders weg weist,
eine Außenhaut, die zumindest auf einem Teil der nach außen weisenden Fläche der Schale aufliegt und die flexibler ist als die Schale, wobei
die schützende Kopfbedeckung derart aufgebaut ist, daß eine auf eine Außenfläche der Kopfbedeckung einwirkende Kraft, die die Kopfbedeckung und den Kopf des Verwenders in Drehung versetzt, bewirken kann, daß sich die Außenhaut relativ zu der Schale bewegt.
Bevorzugt ist die Haut aus einem energieabsorbierenden und komprimierbaren Material zusammengesetzt und bevorzugt ist das Material elastisch. Bevorzugt ist die Haut mit dem Rest der schützenden Kopfbedeckung entlang einem Unterrand der schützenden Kopfbedeckung verbunden, und die Haut kann so verlaufen, daß sie eine Relativbewegung zwischen der Haut und der Schale gestattet.
In einer Ausführung umfaßt die Haut ein hochdichtes Schaummaterial. Bevorzugt umfaßt die Schale ein Carbonfaser-Kompositmaterial.
Die Kopfbedeckung kann eine Innenschicht aufweisen, die ein verformbares zelluläres Material enthalten kann, wie etwa ein Innenauskleidungselement aus niedrigdichtem Schaum. Das Innenauskleidungselement könnte alternativ ein weiteres energieabsorbierendes Element aufweisen, nach Art eines flexiblen Beutels. Der flexible Beutel kann mit einer Flüssigkeit vorbestimmter Viskosität gefüllt sein, die im Beutel herumfließen kann, wenn die Kopfbedeckung einen Stoß erleidet, um die Bewegung eines Kopfs in der Kopfbedeckung relativ zu der harten Schale zu dämpfen. Die Innenauskleidung kann zelluläres Material in Kombination mit einem fluidgefüllten Beutel aufweisen. Der fluidgefüllte Beutel kann in eine Mehrzahl von Kammern oder Zellen unterteilt sein, um die Fluidverdrängung innerhalb des Beutels zu steuern, und bevorzugt sind die Kammern oder Zellen durch strömungsregulierende Passagen miteinander verbunden.
In einer bevorzugten Ausführung ist eine Zwischenschicht zwischen der harten Schale und der Außenschicht angeordnet, wobei die Zwischenschicht eine Relativbewegung zwischen der Schale und der Außenschicht erleichtert. Die Zwischenschicht kann integral in die Außenhaut eingebaut sein. Die Zwischenschicht kann ein reibungsminderndes Material oder ein Schmiermittel aufweisen, das die Bewegung zwischen der Außenschicht und der Helmschale erleichert.
Bevorzugt liegt die Haut auf den gesamten nach außen weisenden Oberflächen der Schale auf, und ist bevorzugt feuchtigkeitsundurchlässig.
In weiteren Ausführungen der Erfindung kann die Kopfbedeckung zusätzlich ein akustisches oder visuelles Schutzmittel aufweisen, und die Kopfbedeckung kann auch Lüftungsmittel enthalten, um den Komfort zu verbessern.
In dieser Beschreibung versteht es sich, daß die Worte außen und innen verwendet werden, um die Position relativ zur harten Schale der Kopfbedeckung zu spezifizieren.
Nach einem zweiten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Schutzschild vor, umfassend:
eine erste Materialschicht mit einer ersten Flexibilität, die eine erste Oberfläche aufweist, die bei Gebrauch zur Aufnahme von Stoßschlägen präsentiert wird und
eine Haut, die auf zumindest einem Abschnitt der ersten Oberfläche der ersten Schicht aufliegt und die flexibler ist als die erste Materialschicht, wobei
der Schutzschild derart aufgebaut ist, daß dann, wenn auf eine nach außen weisende Oberfläche des Schutzschilds eine Kraft einwirkt, die eine zur Außenfläche tangentiale Komponente hat, die Kraft bewirken kann, daß sich die Haut relativ zu der ersten Materialschicht bewegt.
Bevorzugt ist die Haut komprimierbar und elastisch und kann bei Kompression Energie absorbieren.
Bevorzugt ist die Haut mit dem Rest des Schutzschilds durch ein elastisches Verbindungsmittel verbunden, das so verlaufen kann, daß es eine Relativbewegung zwischen der Haut und der ersten Schicht erlaubt.
Bevorzugt umfaßt die Haut einen hochdichten Schaum.
Bevorzugt umfaßt der Schutzschild eine Zwischenschicht zwischen der ersten Schicht und der Haut, wobei die Zwischenschicht eine Relativbewegung zwischen der Haut und der ersten Schicht erleichtert. Bevorzugt umfaßt die Zwischenschicht ein Schmiermittelmaterial. Alternativ hat die Zwischenschicht eine erste Oberfläche, die sich an der Haut abstützen kann, sowie eine zweite Oberfläche, die sich an der ersten Oberfläche der ersten Materialschicht abstützen kann, wobei die ersten und zweiten Flächen der Zwischenschicht jeweils einen niedrigen Reibungskoeffizienten haben.
Bevorzugt umfaßt die erste Materialschicht ein Carbonfaser- Kompositmaterial.
Der Schutzschild kann als Körperschutz verwendet werden.
Nach einem dritten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine schützende Kopfbedeckung vor, umfassend erste und zweite Sicherungsbänder zum Sichern des Rests der Kopfbedeckung am Kopf eines Verwenders, wobei das erste Band unter dem Kinn des Verwenders hindurchlaufen kann, um als Kinnhalter zu wirken, und das zweite Band um den unteren Teil der Kopfrückseite des Verwenders hindurchlaufen kann, um als Hinterkopfhalter zu wirken.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Modifizieren einer vorhandenen schützenden Kopfbedeckung vor, wobei eine Haut an dem Rest der Kopfbedeckung derart angebracht wird, daß sie zumindest über einem Teil der ursprünglichen Außenfläche der schützenden Kopfbedeckung liegt, um eine neue Außenfläche für die schützende Kopfbedeckung vorzusehen, wobei die Haut an dem Rest der Kopfbedeckung derart angebracht wird, daß dann, wenn auf die Außenfläche der Haut eine Kraft einwirkt, die schützende Kopfbedeckung in Drehung versetzt, die Kraft bewirken kann, daß sich die Haut relativ zum Rest der Kopfbedeckung bewegt.
Die vorliegende Erfindung sieht zusätzlich ein Verfahren zum Modifizieren eines vorhandenen Schutzschilds vor, wobei eine Haut an dem Rest des Schilds angebracht wird, so daß sie auf zumindest einem Abschnitt der ursprünglichen Außenfläche des Schutzschilds aufliegt, um eine neue Außenfläche für das Schutzschild vorzusehen, wobei die Haut an dem Rest des Schilds derart angebracht wird, daß dann, wenn auf die Außenfläche der Haut eine zur Haut tangentiale Kraft einwirkt, die Kraft bewirken kann, daß sich die Haut relativ zum Rest des Schutzschilds bewegt.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
Fig. 1 illustriert die Struktur des menschlichen Schädels;
Fig. 2a und 2b illustrieren Kinnbänder für eine erfindungsgemäße Kopfbedeckung;
Fig. 3 ist ein Querschnitt einer ersten bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Kopfbedeckung;
Fig. 4 ist ein Querschnitt einer zweiten bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Kopfbedeckung;
Fig. 5 ist ein Querschnitt einer dritten bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Kopfbedeckung;
Fig. 6 ist ein Querschnitt einer vierten bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Kopfbedeckung;
Fig. 7 ist ein Querschnitt einer fünften bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Kopfbedeckung;
Fig. 8 ist ein Querschnitt einer sechsten bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Kopfbedeckung;
Fig. 9 ist eine schematische Illustration eines Körperschilds nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist ein Querschnitt durch das Körperschild von Fig. 9.
In Fig. 3 kann man eine schützende Kopfbedeckung in der Form eines Helms sehen, der eine Hartschale 10 und eine äußere Energie absorbierende komprimierbare Schicht 11 umfaßt, die der Kopfhaut ähnlich ist und deren Schutzfunktion reproduziert. Diese Schicht 11 besteht aus einem faserigen und/oder elastischen Material, das Teppichfliesen oder Kunststoffschaum ähnlich ist. Dickes Leder hätte auch einige der beabsichtigten Qualitäten, wobei jedoch die Kosten und das Gewicht bestimmende Faktoren sein können, wobei in diesem Fall Synthetikmaterialien mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden könnten. Da die äußere weiche Abdeckschicht 11 auch ein poröses Material sein könnte, muß es besonders wasserdicht sein, da aufgenommenes Wasser seine Energieabsorptionseigenschaft reduzieren könnte. Dies könnte man erreichen, indem man das Material behandelt oder indem man eine dünne, jedoch haltbare Schicht auflagert, oder durch beide Verfahren.
Um die Energieabsorptionseigenschaften der Kopfhaut nachzuahmen, ist das Anbringen der äußeren Energie absorbierenden komprimierbaren Schicht 11 an der Hartschale 10 kritisch. Sie wird an die Hartschale 10 des Helms um den Rand der Hartschale 10 herum aufgeklebt, in einer Weise, die in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften der für die Kopfbedeckung gewählten Materialien gewählt wird. Die Schicht 11 wird nur an den Rand der Hartschale geklebt, um eine Relativbewegung zwischen der äußeren energieabsorbierenden Schicht 11 und der Hartschale 10 zu erlauben, um die Schutzbewegung der Kopfhaut nachzuahmen. Die Außenschicht 11 kann sich strecken, um eine Relativbewegung zu erlauben. Vorteilhaft kann ein Schmiermittel 12 zwischen der Energie absorbierenden Schicht und der Schale benutzt werden.
Es ist bevorzugt, daß die Hartschale 10 selbst ein Sandwichmaterial ist, mit harten Außenschichten, die eine verformbare Innenschicht sandwichartig aufnehmen. Andernfalls wird eine einzelne Materialschicht aus Kunststoff, Glasfaser oder einem anderen geeigneten Material verwendete wobei jedoch die Härte- und Verformbarkeitscharakteristik an die neue Konstruktion angepaßt sind und einen optimalen Schutz bei Standard- oder neu entwickelten Prüfverfahren erzielen.
Um die Fluidabfederung nachzuahmen, die durch die Cerebro-Spinal- Flüssigkeit erreicht wird, wird ein flexibler Beutel 13, der mit einer geeigneten viskosen Flüssigkeit gefüllt ist, an die Innenfläche der Hartschale 10 geklebt. Da Fluid in einem einzelligen Beutel zum Rand hin absinken würde, wird eine Kammerung notwendig, um eine Verdrängung bei einem Aufstoß zu gestatten. Zwischen die Kammern werden Strömungssteuermechanismen eingebaut, um die Strömung zwischen den Kammern zu steuern. Der Strömungssteuermechanismus erlaubt bei normalem Gebrauch keine Fluidströmung zwischen den Kammern, erlaubt jedoch eine Fluidströmung zwischen den Kammern, wenn der Helm einem Stoß ausgesetzt wird (die Verbindung zwischen den Kammern erlaubt einen gleichmäßigen Druckaufbau in allen Kammern, um hierdurch einen Stoß über einen großen Bereich zu verteilen). Das Fluid in der Schicht 13 kann ein viskoses oder wässriges Fluid sein und bewirkt eine Bewegungsdämpfung des Helms relativ zum Kopf eines Benutzers, wenn der Helm einem Stoß ausgesetzt wird. Die Strömungssteuerung könnte Schwächungslinien in Wänden aufweisen, welche die Kammern unterteilen, wobei die Wände bei normalem Gebrauch intakt bleiben, um die Kammern abzudichten, wobei jedoch unter Stoßbedingungen die Schwächungslinien brechen, um Öffnungen in den Wänden zu bilden (und hierdurch einen Fluidfluß erlauben). Eine alternative Ausführung ist eine Auskleidung vom "Blasenverpackungs"-Typ, mit einer Flüssigkeits-, einer kombinierten Flüssigkeits- und Gas- oder alleinigen Gasfüllung.
Eine dünne Polystyrolauskleidung, die an die Innenfläche des Beutels geklebt ist, könnte alternativ benutzt werden, um die Form davon und somit die Fluidverteilung in dem Beutel zu erhalten, in welchem Fall die Unterkammerung nicht notwendigerweise benutzt wird.
Fig. 6 zeigt, wie eine Außenhaut 10 aus geschlossenzelligem plastifiziertem Polyvinylchlorid (PVC) an einer Carbonfaser-Verbundschale 11 angebracht werden kann, um eine Relativbewegung zwischen der Haut 30 und der Schale 31 zu gestatten. Der Einfachheit halber sind die Innenschichten innerhalb der Schale 31 (z. B. eine Kopfauskleidung) nicht gezeigt.
Die Außenhaut 30 ist an einer Innenfläche der Schale 31 um den Rand der Schale 31 herum über ein Zwischenband 60 aus dehnbarem Material angebracht. Es wird ein Epoxyklebstoff benutzt, um das Zwischenband 60 an der Innenfläche der Schale 31 um den Unterrand herum anzukleben. Dieses Zwischenband 60 wird an die Innenfläche angeklebt und erstreckt sich dann um den Unterrand herum und dann nach oben um die Außenseite des Unterteils der Schale 31, Die Außenhaut 30 wird mittels eines Klebstoffs an dem Teil des Zwischenbands angeklebt, das auf dem nach außen weisenden Unterrand der Schale 31 aufliegt. Das Zwischenband 60 wird aus einem stärker dehnbaren Material hergestellt als die Außenhaut 30. Die Haut 30 wird an der Schale 31 nur über das Zwischenband 60 angebracht, und daher ist der Rest der Haut 30 relativ zur darunterliegenden Schale 31 frei beweglich. Sowohl die Haut 30 als auch das Zwischenband 60 sind beim Anlegen einer Kraft streckbar, um eine Relativbewegung zwischen der Haut 30 und der Schale 31 zu erlauben.
Eine Schicht 32 aus Schmiermittelgel ist zwischen der Haut 30 und der Schale 31 eingeschlossen, und dies erleichtert die Relativbewegung zwischen der Haut 30 und der Schale.
Eine weitere Helmausführung ist in Fig. 7 dargestellt. In dieser Ausführung ist die Außenhaut 40 aus Polyethylen an der Innenseite einer Glasfaserschale 41 über ein Zwischenband 61 angebracht, das an den Unterrand der Innenseite der Glasfaserschale 41 geklebt ist. Die Haut 40 wird an der Schale 41 nur über das Band 61 angebracht, so daß die Haut 40 anderweitig frei streckbar ist und relativ zu der Schale 41 bewegbar ist. Das Band 41 ist aus einem Material aufgebaut, das dehnbarer ist als die Außenhaut 40 und sich auch streckt, um eine Relativbewegung zu erlauben. Die Relativbewegung wird durch die Zwischenlage einer PTFE- Schicht 42 zwischen der Haut 40 und der Schale 41 unterstützt; die Oberflächen der PTFE-Schicht haben einen niedrigen Reibungskoeffizienten.
Eine zusätzliche Helmausführung ist in Fig. 8 dargestellt. In dieser Ausführung ist eine Haut 30 aus Ethylenvinylacetat-Copolymeren an der Innenseite einer Glasfaser-verstärkten Kunststoff (GFK) Schale 51 angebracht, wobei die Haut 50 direkt an den inneren Unterrand der Schale 51 angeklebt ist. Die nach innen weisende Fläche der Haut 50 ist behandelt, um den Reibungskoeffizienten der Oberfläche zu reduzieren, und die nach außen weisende Fläche der GFK-Schale ist ebenfalls behandelt, um den Reibungskoeffizient der Oberfläche zu reduzieren. Da die Haut 50 nur am Unterrand der Schale 51 angebracht ist, ist die Haut 50 frei streckbar und relativ zu der Schale 51 beweglich, unterstützt durch den geringen Reibungskoeffizienten der Anlageflächen der Haut 50 und der Schale 51.
Die nach innen weisende Fläche der Haut 50 und die nach außen weisende Fläche der Schale 51 dieser Ausführung können ein Schmiermittel enthalten, um den Bedarf nach einer Zwischenlage, wie etwa einem Schmiermittelgel, zu erübrigen.
Andere weniger bevorzugte Materialien für die Außenhaut umfassen quervernetzten hochdichten Polyurethanschaum und Silikonschaumgummi.
An den erfindungsgemäßen Helmausführungen wurden Tests durchgeführt. In jedem Fall wurde ein Standardvollgesichts-GFK-Helm getestet, und ein anderer GFK-Helm des gleichen Typs wurde durch Abdecken des Helms mit einer Haut erfindungsgemäß modifiziert. Jeder Helm wurde auf eine Kopfform mit einer Reihe von neun Beschleunigungsmessern aufgesetzt und dann auf einen Testamboß mit einer Aufprallfläche mit Aluminiumoxidpapier, 80er Körnung, fallengelassen. Die Aufprallgeschwindigkeit betrug 8,5 m/s und die Aufprallstelle befand sich an der rechten oder linken Seite des Helms.
Sehr signifikante Abnahmen wurden in der maximalen Tangentialkraft an der Kopfform in dem Helm erzielt. Auch wurde eine mäßige Abnahme der maximalen linearen Beschleunigungskräfte erzielt.
Die Materialkombinationen für die Kopfbedeckung werden unter Berücksichtigung davon gewählt, daß die Schallisolationsqualitäten der Kombination bei Kraftrad- oder Fahrradanwendungen einen Nachteil darstellen. Es ist immer möglich, im Ohrbereich der Kopfbedeckung Perforationen vorzusehen.
Bei militärischen/Luftfahrt-Anwendungen würde zusätzliches Material oder Ohrkapseln für einen Schallschutz und einen zusätzlichen Schutz gegen Queraufschläge sorgen, die Brüche an der Schädelbasis erzeugen könnten. Auch könnten visuelle Schutz- und Verbesserungsvorrichtungen in den Helm eingebaut werden, sowie auch Atemvorrichtungen, wie etwa Gasmasken und Luftfilter. Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung besitzt ein Paßband 14.
Da die Wärmeisolationseigenschaften der beschriebenen Helme hoch sein könnten, wenn bestimmte Materialkombinationen gewählt werden, muß für die Ventilation bei geeigneten Wetterbedingungen vorgesorgt werden. Einlaß- und Auslaßöffnungen werden mit einer variablen Steuerung des Lufteinlasses vorgesehen, und es werden Vorkehrungen getroffen, um Ventilationsöffnungen am Scheitel vorzusehen, und zwar bei solchen Anwendungen, bei denen keine Luftströmung erzeugt wird.
Bei vielen Unfällen, insbesondere bei einen Sturz beinhaltenden Industrieunfällen, wird der Helm weggeschleudert. Das Rückhaltesystem ist daher ein kritisches Element für den Kopfschutz. An jeder Seite des Helms wäre bevorzugt eine Zweipunkthalterung vorgesehen, eine vor und die andere hinter der vertikalen Quermittelebene. In Abhängigkeit von der Form des Helms und der Anwendung wäre entweder ein Doppelband 15 vorgesehen, das zur Bildung einer Kinnkappe 16 angeschlossen wäre, wie in Fig. 2a gezeigt, oder ein Einzelband 17, 18 von jedem Halterungspunkt aus, wobei das vordere 17 einen Kinnhalter und das hintere 18 einen Hinterkopfhalter bildet, wie in Fig. 2b gezeigt.
Modifikationen der Kopfbedeckung von Fig. 3 sind in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Eine Modifikation läßt den flexiblen Beutel 13 weg und umfaßt zwei Schichten aus Kunststoffschalen in Kombination mit einer Polystyrolauskleidung, entweder beide außerhalb der Polystyrolauskleidung (siehe Fig. 5, wo zwei Schichten aus Plastikschaum 19 und 20 beide außerhalb einer Polystyrolauskleidung 21 sind), oder eine außerhalb und die andere innerhalb der Polystyrolauskleidung (siehe Fig. 4, wo eine Schicht aus Kunststoffschaum 22 innerhalb einer Polystyrolauskleidung 23 ist und eine Schicht aus Kunststoffschaum 24 außerhalb der Polystyrolauskleidung 23 ist). Diese zwei Schaumschichten können entweder niedrigdichte Schäume oder Kombinationen niedrig- und höherdichter Schäume.
Trotz der Benutzung heutiger schützender Kopfbedeckungen kommen weiterhin schwere Kopfverletzungen vor, und allein in der amerikanischen Industrie kommt es zu nationalen Kosten bis zu Milliarden von Dollar. Viele dieser Verletzungen resultieren von Stürzen, bei denen der Helm abfällt; ähnlich gibt es noch immer viele Kraftrad-Verletzungen aufgrund derselben Ursache. Diese sind weit weg von jenen Verletzungen, die durch einen inadäquaten Schutz durch existierende Kopfschutzkonstruktionen verursacht werden.
Eine Hauptverbesserung wird daher durch die Umwandlung vorhandener harter Kopfbedeckungen zu solchen Kopfbedeckungen mit erfindungsgemäßen "weichen" Außenhäuten erreicht, bevorzugt durch das Vorsehen effektiver Rückhaltesysteme. Weiche Abdeckungen und neue Rückhaltesysteme, die für das Anbringen an einer vorhandenen Kopfbedeckung ausgestaltet sind, sind im Umfang der Erfindung eingeschlossen.
Obwohl obigen die vorliegende Erfindung in Bezug auf deren Verwendung für eine schützende Kopfbedeckung beschrieben wird, kann die Erfindung auch bei einem Schutzschild, wie etwa einem Körperschild angewendet werden. Es kann das gleiche Prinzip benutzt werden, eine darüber liegende Haut zu benutzen. In Fig. 9 ist ein Schutzschild in der Form einer Brustplatte 100 gezeigt, die, durch Bänder 101 gesichert, vor einem Verwender getragen werden kann.
Die Brustplatte 100 umfaßt eine erste Schicht 102, die aus Glasfaser (oder Carbonfaser, einem Metall oder einem Kunststoff) hergestellt ist, die eine erste Oberfläche 102A aufweist, die bei Gebrauch präsentiert wird, um Stoßschläge aufzunehmen. Der Schild besitzt auch eine dehnbare elastische Haut 103, beispielsweise aus geschlossenzelligem plastifiziertem Polyvinylchlorid (oder aus Polyethylen, Ethylenvinylacetat-Copolymeren, quervernetztem hochdichtem Polyurethanschaum oder Silikonschaumgummi). Diese Haut 103 liegt bei Gebrauch auf der ersten Oberfläche 102A an der ersten Schicht 102 auf. Die Haut 103 ist flexibler als die erste Schicht 102 und ist komprimierbar und elastisch und kann unter Kompression Energie absorbieren.
Die Haut 103 ist mit der ersten Schicht 102 durch ein Zwischenband 104 aus elastischem Material verbunden.
Das Zwischenband 104 ist um den Rand einer Seite 102B des ersten Elements 102 (der Seite 102B, die in der zur Seite 102A entgegengesetzten Richtung weist) herum angeklebt. Das Zwischenband 104 erstreckt sich um den Rand des ersten Elements 102 und liegt auf einem Randabschnitt der Oberfläche 102A auf. Das Zwischenband 104 ist nur an das erste Element 102 an dessen Oberfläche 102B angeklebt. Die Haut 103 ist um ihren Umfang herum an der Zwischenwand 104 angeklebt.
Eine Zwischenschicht 105 aus Schmiermittelgel ist zwischen der Haut 103 und der ersten Schicht 102 eingeschlossen und erleichtert eine Relativbewegung zwischen diesen. Diese Schicht ist nicht wesentlich und könnte durch eine feste Schicht eines Materials mit niedrigem Reibungskoeffizient ersetzt werden (z. B. eine PTFE-Schicht). Alternativ könnte ein Schmiermittel in die Innenfläche der Haut 103 eingeschlossen werden.
Der Schutzschild ist derart konstruiert, daß dann, wenn auf die nach außen weisende Oberfläche der Haut 103 eine Kraft einwirkt, die eine zur Außenfläche tangentiale Komponente hat, die Kraft bewirken kann, daß sich die Haut 103 relativ zur ersten Schicht 102 bewegt.
Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Modifizieren eines Schutzschilds vor, umfassend das Vorsehen einer "weichen" Außenhaut, um eine existierende Platte zu bedecken.

Claims

1. Schützende Kopfbedeckung, umfassend:

eine Hartschale (10; 31; 41; 51) mit einer nach innen weisenden Fläche, die bei Verwendung zum Kopf eines Verwenders der Kopfbedeckung weist, sowie einer nach außen weisenden Fläche, die bei Verwendung vom Kopf des Verwenders weg weist,

eine Außenhaut (11; 30; 40; 50), deren Dicke nicht größer ist als der Rest der Kopfbedeckung und die zumindest auf einem Abschnitt der nach außen weisenden Fläche der Schale (10; 31; 41; 51) aufliegt, wobei:

die Außenhaut (11; 30; 40; 50) nur entlang einem Unterrand der Hartschale (10; 31; 41; 51) fest am Rest der Kopfbedeckung angebracht ist, so daß sich die Außenhaut (11; 30; 40; 50) relativ zur Hartschale (10; 31; 41; 51) bewegen kann, wenn auf eine Außenfläche der Kopfbedeckung eine Kraft ausgeübt wird, die die Wirkung hat, die Kopfbedeckung und den Kopf des Verwenders zu drehen, dadurch gekennzeichnet, daß:

die Außenhaut (11; 30; 40; 50) komprimierbar und elastisch und flexibler als die Hartschale (10; 31; 41; 51) ist und daß die Außenhaut (11; 30; 40; 50) in Antwort auf die auf die Kopfbedeckung ausgeübte Kraft komprimiert werden kann und sich die Außenhaut (11; 30; 40; 50) streckt, wenn die Drehkraft auf die Kopfbedeckung ausgeübt wird, um eine Relativbewegung zwischen der Haut (11; 30; 40; 50) und der Hartschafe (10; 31; 41; 51) zu erlauben, und hierdurch im Vorsehen einer Schutzbewegung eine menschliche Kopfhaut nachahmen kann.

2. Schützende Kopfbedeckung nach Anspruch 1, wobei die Außenhaut (30; 40) mit dem Rest der Kopfbedeckung nur über ein elastisches Zwischenelement (60; 61) verbunden ist.

3. Schützende Kopfbedeckung nach Anspruch 2, wobei das elastische Zwischenelement (60; 61) dehnbarer ist als die Außenhaut (30; 40).

4. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haut (11; 30; 40; 50) geschlossenzelliges plastifiziertes Polyvinylchlorid aufweist.

5. Schützende Kopfbedeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Haut (11; 30; 40; 50) Polyethylen aufweist.

6. Schützende Kopfbedeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Haut (11; 30; 40; 50) Ethylenvinylacetat-Copolymere aufweist.

7. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hartschale (10; 31; 41; 51) ein Carbonfaser- Kompositmaterial aufweist.

8. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine zusätzliche Schicht (13) aus nicht komprimierbarem Fluid aufweist, die sich bei Verwendung zwischen der Schale (10) und dem Kopf des Verwenders befindet und in einem flexiblen Beutel (13) eingeschlossen ist.

9. Schützende Kopfbedeckung nach Anspruch 8, wobei der das nicht komprimierbare Fluid enthaltende flexible Beutel (13) in eine Mehrzahl von Kammern gekammert ist und der flexible Beutel (13) ein Verbindungsmittel aufweist, das jede Kammer mit zumindest einer anderen Kammer verbindet, wobei das Verbindungsmittel betreibbar ist, um einen Fluidfluß von einer Kammer in eine andere zu verhindern, bis ein Stoß auf die schützende Kopfbedeckung einen Schwellenwert überschreitet, bei dem das Verbindungsmittel einen Fluidfluß zwischen den Kammern erlaubt.

10. Schützende Kopfbedeckung nach Anspruch 9, wobei das nicht komprimierbare Fluid ein Fluid ist, das eine Strömung zwischen den Kammern hemmt, um die Bewegung der Schale (10) zu dämpfen.

11. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich eine Schicht aus niedrig dichtem Schaum (19; 20; 21; 22; 23; 24) aufweist, die sich bei Verwendung zwischen der Schale (10) und dem Kopf des Verwenders befindet.

12. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Zwischenschicht (12; 32; 42) aufweist, die zwischen der Schale (10; 31; 41) und der Haut (11; 30; 40) angeordnet ist, wobei die Zwischenschicht (12; 32; 42) eine Relativbewegung zwischen der Haut (11; 30; 40) und der Schale (10; 31; 41) erleichtert.

13. Schützende Kopfbedeckung nach Anspruch 12, wobei die Zwischenschicht (12; 32) eine Schmiermittelschicht ist.

14. Schützende Kopfbedeckung nach Anspruch 12, wobei die Zwischenschicht (42) eine erste Fläche aufweist, die die Haut (40) stützen kann, sowie eine zweite Fläche, die die Schale (41) stützen kann, und wobei die erste und die zweite Fläche jeweils einen niedrigen Reibkoeffizienten aufweisen.

15. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haut (11; 30; 40; 50) auf der gesamten nach außen weisenden Fläche der Schale (10; 31; 41; 51) aufliegt.

16. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haut (11; 30; 40; 50) feuchtigkeitsundurchlässig ist.

17. Schützende Kopfbedeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, die zusätzlich eine feuchtigkeitsbeständige Außendecke aufweist, welche auf der Haut (11; 30; 40; 50) aufliegt.

18. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich ein Schallschutzmittel aufweist.

19. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich ein Sichtschutz- und -verbesserungsrnittel aufweist.

20. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich ein Lüftungsmittel aufweist.

21. Schützende Kopfbedeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die erste und zweite Sicherungsbänder (17, 18) aufweist, um die Kopfbedeckung am Kopf des Verwenders zu sichern, wobei das erste Band (17) eine Kinnhalterung bildet und das zweite Band (18) eine Hinterkopfhalterung bildet.

22. Schutzschild, umfassend:

eine erste Materialschicht (102) mit einer ersten Flexibilität, die eine erste Fläche (102A) aufweist, die bei Verwendung zur Aufnahme von Stoßschlägen präsentiert wird, und

eine komprimierbare elastische Haut (103), deren Dicke nicht größer als der Rest des Schutzschilds ist und die zumindest auf einem Abschnitt der ersten Fläche (102A) der ersten Schicht (102) aufliegt und die flexibler ist als die erste Materialschicht (102) und die sich relativ zur ersten Materialschicht (102) bewegen kann, dadurch gekennzeichnet, daß:

die Haut (103) nur entlang einem Rand der ersten Materialschicht (102) an der ersten Materialschicht (102) fest angebracht ist, so daß, wenn eine Kraft auf eine nach außen weisende Fläche des Schutzschilds ausgeübt wird, die eine zur nach außen weisenden Fläche tangentiale Komponente aufweist, sich die komprimierbare elastische Haut (103) streckt, um eine Relativbewegung zwischen der Haut (103) und der ersten Materialschicht (102) zu erlauben, und

das Schutzschild ein Mittel (105) aufweist, um die Relativbewegung zwischen der Haut (103) und der ersten Fläche (102A) der ersten Materialschicht (102) zu erleichtern, indem es den Reibungswiderstand der Relativbewegung senkt.

23. Schutzschild nach Anspruch 22, wobei die Haut (103) mit dem Rest des Schutzschilds durch ein elastisches Verbindungsmittel (104) verbunden ist, das sich dehnen kann, um eine Relativbewegung zwischen der Haut (103) und der ersten Schicht (102) zu erlauben.

24. Schutzschild nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei die Haut (103) geschlossenzelliges plastifiziertes Polyvinylchlorid aufweist.

25. Schutzschild nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei die Haut (103) Polyethylen aufweist.

26. Schutzschild nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei die Haut (103) Ethylenvinylacetat-Copolymere aufweist.

27. Schutzschild nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei das Mittel (105), welches eine Relativbewegung zwischen der Haut (103) und der ersten Fläche (102A) der ersten Materialschicht (102) erleichtert, eine Schicht (105) aufweist, die zwischen der ersten Schicht (102) und der Haut (103) befindet.

28. Schutzschild nach Anspruch 27, wobei die Zwischenschicht (105) Schmiermittel aufweist.

29. Schutzschild nach Anspruch 27, wobei die Zwischenschicht (105) eine erste Fläche aufweist, die die Haut (103) stützen kann, und eine zweite Fläche, die die erste Fläche (102A) der ersten Materialschicht (102) stützen kann, wobei die erste und zweite Fläche der Zwischenschicht (105) jeweils einen niedrigen Reibkoeffizienten aufweisen.

30. Schutzschild nach einem der Ansprüche 22 bis 29, wobei die erste Materialschicht (102) Carbonfaser-Kompositmaterial aufweist.

31. Schutzschild nach einem der Ansprüche 22 bis 30 zur Verwendung als Körperschild.

32. Verfahren zum Modifizieren einer vorhandenen schützenden Kopfbedeckung, wobei eine komprimierbare elastische Haut (11; 30; 40; 50), deren Dicke nicht größer als die vorhandene schützende Kopfbedeckung ist, an dem Rest der Kopfbedeckung so angebracht wird, daß sie zumindest auf einem Abschnitt der ursprünglichen Außenfläche der schützenden Kopfbedeckung aufliegt, um eine neue Außenfläche der schützenden Kopfbedeckung vorzusehen, wobei die Haut (11; 30; 40; 50) nur entlang einem Unterrand der Kopfbedeckung an dem Rest der Kopfbedeckung fest angebracht wird, so daß, wenn auf die Außenfläche der Haut eine Kraft ausgeübt wird, die die Wirkung hat, die schützende Kopfbedeckung und den Kopf zu drehen, sich die Haut (11; 30; 40; 50) streckt, um eine Relativbewegung zwischen der Haut (11; 30; 40; 50) und dem Rest der Kopfbedeckung zu erlauben, und hierdurch im Vorsehen einer Schutzbewegung eine menschliche Kopfhaut nachahmt.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Haut (30; 40) am Rest der Kopfbedeckung nur über ein elastisches Zwischenelement (60; 61) angebracht wird, das dehnbarer ist als die Haut (30; 40).

34. Verfahren zum Modifizieren eines vorhandenen Schutzschilds, wobei eine komprimierbare elastische Haut (103), deren Dicke nicht größer ist als das vorhandene Schutzschild, an dem Rest des Schilds so angebracht wird, daß sie zumindest auf einem Abschnitt der ursprünglichen Außenfläche des Schutzschilds aufliegt, um eine neue Außenfläche des Schutzschilds vorzusehen, wobei die Haut (103) nur entlang einem Rand des Schilds am Rest des Schilds fest angebracht wird, so daß, wenn auf die Außenfläche der Haut (103) eine Kraft ausgeübt wird, die eine zur Haut (103) tangentiale Komponente aufweist, sich die Haut (103) strecken kann, um eine Relativbewegung zwischen der Haut (103) und dem Rest des Schutzschilds zu erlauben, wobei das Verfahren den Schritt beinhaltet, den Schild mit Mitteln (105) zu versehen, um die Relativbewegung durch Mindern des Reibungswiderstands der Relativbewegung zu erleichtern.

35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Haut (103) an dem ursprünglichen Schutzschild nur über ein elastisches Zwischenelement (104) angebracht wird, das dehnbarer ist als die Haut (103).