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EP3442369A1 - Körperschutzelement - Google Patents

Körperschutzelement

Info

Publication number
EP3442369A1
EP3442369A1 EP17718716.8A EP17718716A EP3442369A1 EP 3442369 A1 EP3442369 A1 EP 3442369A1 EP 17718716 A EP17718716 A EP 17718716A EP 3442369 A1 EP3442369 A1 EP 3442369A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
protection element
damping
body protection
layer
damping layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17718716.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Karall
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP3442369A1 publication Critical patent/EP3442369A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D13/00—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches
    • A41D13/015—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches with shock-absorbing means
    • A41D13/0156—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches with shock-absorbing means having projecting patterns
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A42—HEADWEAR
    • A42B—HATS; HEAD COVERINGS
    • A42B3/00—Helmets; Helmet covers ; Other protective head coverings
    • A42B3/04—Parts, details or accessories of helmets
    • A42B3/10—Linings
    • A42B3/12—Cushioning devices
    • A42B3/124—Cushioning devices with at least one corrugated or ribbed layer
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D31/00—Materials specially adapted for outerwear
    • A41D31/04—Materials specially adapted for outerwear characterised by special function or use
    • A41D31/28—Shock absorbing

Definitions

  • the invention relates to a body protection element with at least one damping layer and its use in protective helmets and protectors.
  • protectors which usually consists of a hard shell and a cushioning padding.
  • a body protection element of visco-elastic foam which is usually made on the basis of N / polyvinyl chloride, N / vinyl acetate / vinyl chloride copolymer, silicone blends, polyurethane and related plastics.
  • the body protection elements used must fulfill the protective functions required by EN 1621-2, measured via the "transmitted force", in order to be suitable for use in protectors.
  • the main disadvantage of these foams is their high thermal insulation, their rigidity at temperatures below 10 ° C, the required strength (for example, for Level 2 at least 18 mm) and the associated poor comfort. In particular, such protectors are unsuitable for wearing under ordinary everyday wear.
  • protective equipment for the head namely protective helmets, for example, when riding a motorcycle, skiing, cycling used, which also have at least one body protection element.
  • protective helmets are usually made of an outer shell and a damping part and optionally a comfort part.
  • test standard EN 1077 for ski helmets which regulates in detail the testing of such helmets for a corresponding certification.
  • the Head Injury Criterion (HIC) value is a criterion for assessing acceleration head injury, for example, in a vehicle accident. This dimensionless value allows, for example, a comparison of the occupant safety of different vehicle models. with a: resulting head acceleration in [g]
  • a good damping behavior (tan6> 0.5) can generally be set over a maximum temperature range of about 40 ° C. This is due to the character of the glass transition itself from brittle to visco-elastic.
  • AT 512 078 B1 describes a helmet shell with a plastic mesh and / or honeycomb calotte body, which consists of an acrylonitrile rubber and at least two organic polymers.
  • This substantially foam-like body protection element already has significant improvements in comparison to the body protection elements commonly used in the art, for example made of polystyrene.
  • the at least one damping layer has a plurality of damping body in the form of hollow body having a substantially circular, elliptical, triangular, quadrangular and / or polygonal cross-section, on a plate-shaped body are arranged.
  • the damping bodies have a circular cross section with a diameter of 4 mm to 20 mm, preferably 12 mm. This form of damping body is easy to manufacture and provides excellent damping properties.
  • the damping bodies have a height of 10 mm to 20 mm, preferably 13.5 mm, a wall thickness of 0.1 mm to 4 mm, preferably 1 mm and a mean distance from each other of 4.1 mm 20.1 mm, preferably 15 mm.
  • This geometric design of the damping layer is effective especially for eccentrically acting forces.
  • the substantially cylindrical damping body whose central center axes are aligned in the normal state substantially perpendicular to the plate-shaped base plate are compressed at substantially perpendicular to them acting force, while at off-center force their central central axes are tilted so that they are not equal to 90 ° Cut plate-shaped base plate. This shift causes an energy distribution, so that the punctually acting force is significantly reduced.
  • the at least one damping layer is made of a compounded plastic polymer, wherein the plastic polymer by means of a mixture of trans polynorbornene, which initially with at least one preferred aromatic process oil is prepared in a second step with at least one further polymer and / or resin in a ratio of 1: 0.1 to 1: 5, preferably 5: 3 is prepared.
  • trans polynorbornene In the preparation of the trans polynorbornene, this is first treated with a RAE process oil as plasticizer in a ratio of 1: 0.5 to 1: 3, preferred wise 1: 1 mixed.
  • the glass transition temperature of the trans-polyno-boron by means of the preferably aromatic process oil is adjusted to a value of about 15 ° C to 30 ° C, before this processed trans polynorbornene, the so-called "masterbatch", with the at least one further polymer and / or mixed resin and then vulcanized or crosslinked.
  • the glass transition temperature of the plastic polymer from which the damping layer according to the invention is produced is brought to the value in which a maximum of the damping behavior is achieved within a desired application temperature range ,
  • the at least one further polymer and / or resin has a softening point according to ASTM D 3461 of 0 ° C. to 130 ° C., preferably 80 ° C. to 85 ° C. to achieve the desired glass transition temperature with the maximum damping effect.
  • those polymers and / or resins which have the desired material-specific glass transition temperature and in combination with the prepared trans-polynorbornene in a corresponding concentration provide the required glass transition temperature between 15 ° C. and 65 ° C. are suitable for this purpose.
  • the body protection elements according to the invention must be adapted to the environmental conditions, in particular to the outside temperature. For example, some plastics lose their elasticity when the outside temperature is low, become brittle and can break more easily. A body protection element for example for ski helmets must therefore be able to withstand particular loads corresponding to the test standard at temperatures between -20 ° C and + 23 ° C.
  • a body protection element for this purpose, in which the at least one damping layer is made of a compounded plastic polymer, wherein the plastic polymer by means of a mixture of trans polynorbornene, which is first - as already described above - treated with at least one preferably aromatic process oil, in a second step with a rubber, preferably homo-butyl rubber in a ratio of 5: 1 to 1: 1, preferably 5: 2 is prepared.
  • a polymer polymer based on trans polynorbornenes having a glass transition temperature of 5 ° C to 25 ° C, preferably 15 ° C is obtained.
  • crosslinking methods for example by means of sulfur crosslinking, peroxide crosslinking, imide crosslinking or physical crosslinking, are used during the compounding for the production of the plastic polymer according to the invention. During this vulcanization, the shaping of the damping layer according to the invention takes place in correspondingly suitable tools.
  • the degree of crosslinking is increased and / or the addition of fillers, further polymers and / or resins is provided.
  • plastic polymer it may also be necessary to reduce the hardness and strength of the plastic polymer. In this case, this can be achieved by a lower degree of crosslinking, by the addition of process oils, other polymers and / or resins.
  • the body protection element according to the invention should also be stable against environmental influences.
  • UV stabilizers, antioxidants and other additives customary in polymer production are added to the compound polymer produced by the compounding during compounding.
  • the body protection element is made of two damping layers, wherein preferably a first damping layer of the first aforementioned plastic polymer and a second damping layer of the second plastic polymer are made.
  • These combined damping layers are in this case preferably arranged slidably with respect to one another, but may be adhesively bonded to one another at points, for example.
  • damping layers are made of plastic polymers with high visco-elasticity to achieve the required damping properties.
  • at least one outer layer is provided, which is formed in a development of the invention as a plastic film, preferably made of polyester.
  • films as an outer layer is already known, especially in bicycle helmets, these are usually made of polycarbonate, ABS, etc.
  • the polyester film used according to the invention is characterized, in contrast to the films used in the prior art, by a high impact strength, combined with a lower hardness for plastics, which makes this material particularly suitable for protection against penetration.
  • Such films are sold under the brand name AXPET.
  • the outer layer is particularly preferably glued to the at least one damping layer.
  • the body protection element according to the invention is particularly suitable for producing a protective helmet. It is characterized in particular by a low weight and excellent properties as required in the respective test standards.
  • an adjoining the at least one damping layer inner layer is provided, which consists of a foam, preferably acrylonitrile rubber in conjunction with two other organic polymers, in particular from the material group Polynorbornene, polyvinyl chloride, ethylene vinyl acetate, polyisoprenes, butyl and / or vinyl acetate.
  • a foam layer which was produced, for example, as described in AT 512.078 Bl, also has excellent damping properties.
  • such a foam adapts very well to the head, for example, which in turn increases the wearing comfort.
  • the body protection element according to the invention is used for producing a back protector, for example for motorcyclist protective clothing according to EN 1621.
  • a back protector for example for motorcyclist protective clothing according to EN 1621.
  • at least one textile reinforcement is subsequently provided on the outer layer and / or the at least one damping layer is again provided for increasing the wearing comfort.
  • FIG. 1 shows a cross section through a first embodiment of the body protection element according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic plan view of the damping layer of Fig. 1;
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the body protection element according to the invention in a schematic cross-sectional view
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the body protection element according to the invention in a schematic cross-sectional view.
  • the damping layer 110 has a plate-shaped basic body 111, on which hollow damping bodies 112 are arranged.
  • This damping body 112 are cylindrical in this embodiment and are entirely continuous, so formed as extensions of the base body 111 whose central center axes M intersect the surface plane of the base body 111 substantially perpendicular.
  • the damping body 112 in this case preferably have a height of 13.5 mm, a diameter of 12 mm and a wall thickness of 1.5 mm.
  • the distance between the central center axes M to each other is preferably 15 mm, wherein the damping body 112 are particularly preferably arranged in a hexagonal arrangement on the base body 111 (see Fig. 2).
  • a film is glued as the outer layer 120 on the side facing away from the damping bodies 112, which is preferably made of polyester, for example from AXPET ® from Covestro Deutschland AG.
  • the film thickness is in this embodiment of Invention 0.5 mm to 0.8 mm.
  • This outer layer 120 serves for the penetration protection as well as the positional stability of the damping layer 110. This construction is much lighter than conventional constructions due to the reduced material height.
  • FIGS. 1 and 2 The in the Figs. Body protection element 110 shown in FIGS. 1 and 2 is used in a first application in a ski helmet, the layer structure of which is shown in FIG.
  • the damping body 210 here consists of a damping layer 210 with a geometric structure as described above.
  • the damping layer 210 is in this case made of a compounded plastic polymer, which is mixed in a first step of trans polynorbornene and RAE process oil, usually in a mixing ratio of 1: 1 to a base polymer and then in a second step in a compounding with homo-butyl rubber in Ratio 5: 3 was made.
  • the glass transition temperature of the trans Polynorbornen was set to about 15 ° C.
  • This mixture was then vulcanized by conventional sulfur crosslinking and provided in a known manner with UV protection and ozone protection.
  • This damping layer 210 is particularly suitable for use at low outside temperatures.
  • an inner layer 230 is provided as a comfort layer with a thickness of 5 mm.
  • This inner layer 230 which is designed as a foam part, is hereby arranged loosely on the damping layer 210.
  • the body protection element 300 is used for the manufacture of a motorized helm, here two damping layers 310A, 310B are used.
  • the first cushioning layer 310A is hereby made of Norsorex NS, a trans-polynorbornene of the company Startech Advanced Materials GmbH with a RAE processol of the company H & R in the ratio 1: 1, which is subsequently mixed with an Inden-Cumaron resin Type C30 of the Rütgers Novares GmbH with a Softening Point (ASTM D 3461) is prepared from 80 ° C to 85 ° C in a ratio of 1: 0.6 by compounding as Plast. By adding known additives and by selecting the type and extent of crosslinking the required material properties can be adjusted.
  • the shaping of the first damping layer 310A takes place during vulcanization in a corresponding shaping tool.
  • the first damping layer 310A is used for damping, especially at higher outside temperatures above 15 ° C.
  • Their damping bodies 312A have a height of about 13 mm.
  • the second damping layer 310B corresponds in its material composition to the damping layer 210 of the first application example, wherein its damping bodies 312B also have a height of about 13 mm and an inner diameter of 12 mm, this second damping layer 310B having a higher elasticity and a lower rigidity than the first Has damping layer 310A.
  • Both damping layers 310A, 310B are each provided with a base film 313A, 313B which has a film thickness of 0.8 mm and is preferably made of polyester.
  • the respective damping bodies 312A, 312B are each spaced apart in a hexagonal arrangement by 20 mm, measured from their central center axes M-. Furthermore, the two damping layers 310A, 310B are preferably arranged slidingly relative to one another.
  • the second cushioning layer 310B is followed by an inner layer 330 of foam material having a thickness of 7 mm.
  • the outer layer 320 again acts a polyester film with a thickness of 0.8 mm, which adhered to the first damping layer 310A.
  • the function of the outer layer can also be taken over by a hitherto customary outer shell made of plastic (PUR, ABS, etc.) or by a fiber-reinforced shell construction (carbon fibers or glass fibers in an epoxy matrix, etc.).
  • a hitherto customary outer shell made of plastic (PUR, ABS, etc.) or by a fiber-reinforced shell construction (carbon fibers or glass fibers in an epoxy matrix, etc.).
  • the inner layer 330 can be made with a thickness of about 20 mm and cover the application Ambient (normal temperature) and low temperature. Here you can also work with two foam layers.
  • the body protection element according to the invention is not only suitable for damping in protective helmets, but can also be used in protectors.
  • at least one damping layer is optionally provided with at least one inner layer of foam and a corresponding outer layer.
  • a back protector according to the invention may also consist exclusively of a damping layer which is provided with textile supports.
  • a back protector with this structure fulfills the requirements of EN 1621-2: 2014, whereby comparative values can be obtained with a market product in the following Table 1:
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the shape of the damping layer may vary, as well as the combination of different damping layers with each other and with other additional layers such as hard shells, inner layers, in particular Helmkalotten example of EPS foam and the like may be provided.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Körperschutzelement (100, 200, 300) mit zumindest einer Dämpfungsschicht (110, 210, 310A,310B), wobei die zumindest eine Dämpfungsschicht (110, 210, 310A, 310B) eine Vielzahl von Dämpfungskörper (112, 312A, 312B) in Form von Hohlkörper mit einem im Wesentlichen kreisrunden, elliptischen, dreieckigen, viereckigen und/oder polygonen Querschnitt aufweist, die auf einem plattenförmigen Grundkörper angeordnet sind.

Description

Körperschutzelement
Die Erfindung betrifft ein Körperschutzelement mit zumindest einer Dämpfungsschicht sowie dessen Verwendung in Schutzhelmen und Protektoren.
Bei vielen Sportarten ist es üblich und oft auch Vorschrift, eine am Körper getragene Schutzausrüstung, sogenannten Protektoren, zu verwenden, die üblicherweise aus einer harten Schale sowie einer dämpfenden Polsterung besteht. So sind die derzeitig am Markt befindlichen Rücken Protektoren mit einem Körperschutzelement aus visko-elastischem Schaum versehen, der üblicherweise auf Basis von N/Polyvinylchlorid, N/Vinylacetat/Vinylchlorid - Copolymer, Silikon-Blends, Polyurethan und artverwandten Kunststoffen gefertigt ist.
Je nach Materialstärke und Schaumtype müssen die verwendeten Körperschutzelemente die in der Norm EN 1621-2 geforderten Schutzfunktionen, gemessen über die "transmitted force" erfüllen, um für die Verwendung in Protektoren geeignet zu sein. Der wesentliche Nachteil dieser Schäume ist deren hohe Wärmeisolierung, deren Steifigkeit bei Temperaturen kleiner 10°C, die erforderliche Stärke (beispielsweise für Level 2 mindestens 18 mm) und der damit verbundene schlechte Tragekomfort. Insbesondere sind derartige Protektoren ungeeignet für das Tragen unter gewöhnlicher Alltagskleidung.
Ebenso werden weitere Schutzausrüstungen für den Kopf, nämlich Schutzhelme, beispielsweise beim Motorradfahren, Skifahren, Fahrradfahren eingesetzt, die ebenfalls über zumindest ein Körperschutzelement verfügen. Diese Schutzhelme sind in der Regel aus einer Außenschale und einem Dämpfungsteil sowie gegebenenfalls einem Komfortteil gefertigt.
Für die Fertigung von Helmen sind zahlreiche Normen relevant, so beispielsweise die Prüfnorm EN 1077 für Skihelme, die detailliert die Prüfung derartiger Helme für eine entsprechende Zertifizierung regelt.
Bei praktisch allen Polymeren liegt das Dämpfungsmaximum im Bereich der Glasübergangstemperatur, ein Maß für das Dämpfungsverhalten ist hierbei der Verlustfaktor tan6. Er gibt die Wirksamkeit an, inwieweit Materialien auf eine Energieeinbringung, beispielsweise auf einen Stoß, dissipativ reagieren, nämlich die kinetische Energie in Wärmeenergie umwandeln, um auf diese Weise Energie zu absorbieren und in der Folge die transmittierte Energie und damit den HIC-Wert zu reduzieren. Der HIC-Wert ("Head Injury Criterion", Kopf-Verletzungsfaktor oder Kopfbelastungswert) ist ein Kriterium zur Bewertung von beschleunigungsbedingten Kopfverletzung, zum Beispiel bei einem Fahrzeugunfall . Dieser dimensionslose Wert erlaubt beispielsweise einen Vergleich der Insassensicherheit verschiedener Fahrzeugmodelle. mit a : resultierende Kopfbeschleunigung in [g]
ti, t2: das betrachtete Zeitintervall
Bei den üblicherweise eingesetzten Polymeren kann in der Regel ein gutes Dämpfungsverhalten (tan6 > 0,5) über einen maximalen Temperaturbereich von ca. 40°C eingestellt werden. Dies ist durch den Charakter des Glasübergangs selbst von spröde auf visko-elastisch bedingt.
In der AT 512.078 Bl wird eine Helmkalotte mit einem netz- und/oder wabenartigen Kalottenkörper aus Kunststoff beschrieben, der aus einem Acrylnitrilkautschuk und zumindest zwei organischen Polymeren besteht. Dieses im Wesentlichen schaumartige Körperschutzelement weist bereits wesentliche Verbesserungen im Vergleich zu den im Stand der Technik üblicherweise verwendeten Körperschutzelementen beispielsweise aus Polystyrol auf.
Dennoch gibt es insbesondere auch bei Helmen weiterhin einen Verbesserungsbedarf, zumal die bereits bekannten Aufbauten einen außermittigen Krafteintrag nur bedingt dämpfen können. Bei einem außermittigen Krafteintrag, beispielsweise bei Sturz, wirkt die Kraft nicht normal auf den Tangentenschnittpunkt mit der üblicherweise gekrümmten Oberfläche des Helms, sondern unter einem Winkel ungleich 90°. Durch diese im Wesentlichen tangentiale Krafteinwirkung kann es jedoch zu massiven Schädelhirntraumata kommen. Bisher wurde versucht, durch einen höheren Materialaufbau derartige Verletzungen zu verhindern. Ein erhöhter Materialaufbau bedingt jedoch ein höheres Gewicht, das insbesondere dem Tragekomfort entgegensteht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Körperschutzelement bereitzustellen, das insbesondere auch für die Verwendung in Schutzhelmen geeignet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Körperschutzelement der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die zumindest eine Dämpfungsschicht eine Vielzahl von Dämpfungskörper in Form von Hohlkörper mit einem im Wesentlichen kreisrunden, elliptischen, dreieckigen, viereckigen und/oder polygonen Querschnitt aufweist, die auf einem plattenförmigen Grundkörper angeordnet sind.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass bei Verwendung des erfindungsgemäßen Körperschutzelements bei geringere Materialstärke und geringerem Gewicht aufgrund der speziellen Formgebung gleiche oder verbesserte Dämpfungseigenschaften gemäß der angewandten Prüfnormen erzielt werden.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die Dämpfungskörper einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von 4 mm bis 20 mm, vorzugsweise von 12 mm auf. Diese Form der Dämpfungskörper ist einfach herzustellen und liefert hervorragende Dämpfungseigenschaften.
In einer besonders bevorzugten Variante weisen die Dämpfungskörper einen eine Höhe von 10 mm bis 20 mm, vorzugsweise 13,5 mm, eine Wandstärke von 0,1 mm bis 4 mm, vorzugsweise von 1 mm und einen mittleren Abstand zueinander von 4,1 mm bis 20,1 mm, vorzugsweise 15 mm auf.
Diese geometrische Ausbildung der Dämpfungsschicht ist insbesondere bei außermittig einwirkenden Kräften wirksam . Die im Wesentlichen zylindrischen Dämpfungskörper, deren zentrale Mittelachsen im Normalzustand im Wesentlichen senkrecht auf die plattenförmige Grundplatte ausgerichtet sind, werden bei im Wesentlichem senkrecht auf sie einwirkender Kraft gestaucht, während bei außermittiger Krafteinwirkung ihre zentralen Mittelachsen gekippt werden, sodass sie einen Winkel ungleich 90° die plattenförmige Grundplatte schneiden. Diese Verschiebung bedingt eine Energieverteilung, sodass die punktuell einwirkende Kraft signifikant reduziert wird.
Bei einer ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Körperschutzelements, das insbesondere für die Verwendung bei höheren Außentemperaturen geeignet ist, ist die zumindest eine Dämpfungsschicht aus einem compoundierten Kunststoffpolymer gefertigt ist, wobei das Kunststoffpolymer mittels eines Ge- mischs von trans-Polynorbornen, das zunächst mit zumindest einem vorzugsweisen aromatischen Prozessöl aufbereitet ist, in einem zweiten Schritt mit zumindest einem weiteren Polymer und/oder Harz im Verhältnis 1 : 0,1 bis 1 : 5, vorzugsweise 5 : 3 hergestellt ist.
Bei der Aufbereitung des trans-Polynorbornen wird dieses zunächst mit einem RAE-Prozessöl als Weichmacher in einem Verhältnis von 1 : 0,5 bis 1 : 3, Vorzugs- weise 1 : 1 vermengt. Hierbei wird die Glasübergangstemperatur des trans-Polynor- bornen mittels des vorzugsweise aromatischen Prozessöls auf einen Wert von ca. 15°C bis 30°C eingestellt, bevor dieses aufbereitete trans -Polynorbornen, der sogenannte "Masterbatch", mit dem zumindest eine weitere Polymer und/oder Harz vermengt und anschließend vulkanisiert bzw. vernetzt wird. Durch die Compoun- dierung des trans-Polynorbornens mit dem zumindest eine weitere Polymer und/oder Harz wird die Glasübergangstemperatur des Kunststoffpolymers, aus dem die erfindungsgemäße Dämpfungsschicht hergestellt ist, auf jenen Wert gebracht, in dem ein Maximum des Dämpfungsverhaltens innerhalb eines gewünschten Anwendungstemperaturbereich erzielt wird.
Für die Verarbeitung mit dem trans-Polynorbornen ist es besonders vorteilhaft, wenn das zumindest eine weitere Polymer und/oder Harz einen Softening Point nach ASTM D 3461 von 0°C bis 130°C, vorzugsweise 80°C bis 85°C aufweist, um die gewünschte Glasübergangstemperatur mit der maximalen Dämpfungswirkung zu erzielen. Es kommen hierfür insbesondere jene Polymer und/oder Harze in Betracht, die über die gewünschte materialspezifische Glasübergangstemperatur verfügen und in Kombination mit dem aufbereiteten trans-Polynorbornen in entsprechender Konzentration die geforderte Glasübergangstemperatur zwischen 15°C und 65°C liefern.
Untersuchungen des Anmelders haben hierbei ergeben, dass bei der Verwendung eines Inden-Cumaron-Harzes als zumindest ein weiteres Polymer und/oder Harz besonders gute Dämpfungseigenschaften beim erfindungsgemäßen Körperschutzelement erhalten werden.
Je nach Einsatzgebiet müssen die erfindungsgemäßen Körperschutzelemente an die den Umweltbedingungen, insbesondere an die Außentemperatur angepasst sein. So verlieren manche Kunststoffe bei tiefen Außentemperaturen stark an Elastizität, werden spröde und können leichter brechen. Ein Körperschutzelement für beispielsweise Skihelme muss daher insbesondere der Prüfnorm entsprechende Belastungen bei Temperaturen zwischen -20°C und +23°C widerstehen können. Hierfür hat sich ein erfindungsgemäßes Körperschutzelement bewährt, bei dem die zumindest eine Dämpfungsschicht aus einem compoundierten Kunststoffpolymer gefertigt ist, wobei das Kunststoffpolymer mittels eines Gemischs von trans-Polynorbornen, das zunächst -wie bereits zuvor beschrieben - mit zumindest einem vorzugsweisen aromatischen Prozessöls aufbereitet ist, in einem zweiten Schritt mit einem Kautschuk, vorzugsweise Homo-Butylkautschuk in einem Verhältnis von 5 : 1 bis 1 : 1, vorzugsweise 5 : 2 hergestellt ist. Auf diese Weise wird ein Kunststoffpolymer auf Basis von trans-Polynorbornenen mit einer Glasübergangstemperatur von 5°C bis 25°C, vorzugsweise von 15°C erhalten.
Bei der Prüfung dieses Körperschutzelements hat sich gezeigt, dass mit diesem zweiten Kunststoffpolymer bei geringerer Material stärke und geringerem Gewicht im Vergleich zu handelsüblichen Aufbauten ebenfalls gleiche oder verbesserte Dämpfungseigenschaften bei deutlich verbessertem Temperaturverhalten, insbesondere bei niedrigen Temperaturen erzielt werden.
Für die Herstellung des Kunststoffpolymers gemäß der Erfindung kommen während der Compoundierung handelsübliche Vernetzungsmethoden, beispielsweise mittels Schwefelvernetzung, peroxidische Vernetzung, Imid-Vernetzung oder physikalische Vernetzung zum Einsatz. Während dieser Vulkanisierung erfolgt auch die Formgebung der erfindungsgemäßen Dämpfungsschicht in entsprechend geeigneten Werkzeugen.
Des Weiteren kann zur Erhöhung der Festigkeit der Dämpfungsschicht vorgesehen sein, dass der Vernetzungsgrad erhöht wird und/oder der Zusatz von Füllstoffen, weiteren Polymeren und/oder Harzen vorgesehen ist.
Je nach Anwendungsgebiet kann auch die Verringerung der Härte und Festigkeit des Kunststoffpolymers gefordert sein. In diesem Fall kann dies durch einen niedrigeren Vernetzungsgrad, durch den Zusatz von Prozessölen, weiteren Polymeren und/oder Harzen erreicht werden.
Schließlich soll das erfindungsgemäße Körperschutzelement auch gegen Umwelteinflüsse stabil sein . Hierzu werden dem durch Compoundierung hergestellten Kunststoffpolymer insbesondere UV-Stabilisatoren, Antioxidantien und weitere in der Polymerfertigung übliche Zusatzstoffe während der Compoundierung zugesetzt.
Schutzausrüstungen beispielsweise Schutzhelme für Motorradfahrer müssen über einen sehr weiten Temperaturbereich wirksam sein, was mit einem Körperschutzelement aus einer einzigen Materialschicht praktisch nicht erzielt werden kann. In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass das Körperschutzelement aus zwei Dämpfungsschichten gefertigt ist, wobei vorzugsweise eine erste Dämpfungsschicht aus dem ersten vorgenannten Kunststoffpolymer und eine zweite Dämpfungsschicht aus dem zweiten Kunststoffpolymer gefertigt sind. Durch Kombination von Dämpfungsschichten mit unterschiedlichen Glasüber- gangstemperaturwerten kann die Gebrauchstemperatur eines Schutzhelms, insbesondere eines Motorradhelms auf den gewünschten Temperaturbereich eingestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wurde die durch die Motorradhelmnorm EC 22-05 vorgegebene Gebrauchstemperatur von -25°C bis 50°C, also eine Gebrauchstemperaturbandbreite von 75°C durch zwei unterschiedliche, miteinander kombinierte Materialschichten mit entsprechenden Glasübergangstemperaturen abgedeckt. Diese kombinierten Dämpfungsschichten sind hierbei bevorzugterweise gleitend zueinander angeordnet, können aber auh beispielsweise punktuell miteinander verklebt sein .
Die oben bezeichneten Dämpfungsschichten sind, um die erforderlichen dämpfenden Eigenschaften zu erzielen, aus Kunststoffpolymeren mit hoher Visko-Elastizität gefertigt. Um jedoch dem Körperschutzelement eine entsprechende Festigkeit sowie einen Schutz gegen Penetration durch scharfe Gegenstände zu verleihen, ist zumindest eine Außenschicht vorgesehen, die in einer Weiterbildung der Erfindung als Kunststofffolie, bevorzugterweise aus Polyester ausgebildet ist.
Die Verwendung von Folien als Außenschicht ist insbesondere bei Fahrradhelmen bereits bekannt, diese sind üblicherweise aus Polycarbonat, ABS, etc. hergestellt. Die erfindungsgemäß eingesetzte Polyesterfolie zeichent sich im Gegensatz zu den im Stand der Technik verwendeten Folien durch eine hohe Schlagzähigkeit, verbunden mit einer für Kunststoffe geringeren Härte, aus, wodurch sich dieses Material besonders für einen Schutz gegen Penetration eignet. Solche Folien werden unter dem Markennamen AXPET vertrieben.
Insbesondere für die Anwendung bei Schutzhelmen ist besonders bevorzugt die Außenschicht mit der zumindest einen Dämpfungsschicht verklebt.
Wie bereits oben ausgeführt ist das erfindungsgemäße Körperschutzelement zur Herstellung eines Schutzhelms besonders geeignet. Er zeichnet sich insbesondere durch ein geringes Gewicht und ausgezeichnete Eigenschaften wie in den jeweiligen Prüfnormen gefordert aus. Um den Tragekomfort des Helms zu gewährleisten, ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass zusätzlich eine an die zumindest eine Dämpfungsschicht anschließende Innenschicht vorgesehen ist, die aus einem Schaum, bevorzugterweise aus Acrylnitrilkautschuk in Verbindung mit zwei weiteren organischen Polymeren, insbesondere aus der Materialgruppe Polynorbornene, Polyvinylchlorid, Ethylenvinylacetat, Polyisoprene, Butyl- und/ oder Vinylacetat, hergestellt ist. So weist eine derartige Schaumschicht, die beispielsweise wie in der AT 512.078 Bl beschrieben hergestellt wurde, für sich ebenfalls ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften auf. Des Weiteren passt sich ein derartiger Schaum beispielsweise dem Kopf sehr gut an, was wiederum den Tragekomfort erhöht.
Alternativ hierzu wird das erfindungsgemäße Körperschutzelement zur Herstellung eines Rückenprotektors beispielsweise für Motorradfahrer-Schutzbekleidung gemäß der EN 1621 eingesetzt. Hierzu ist bevorzugterweise zumindest eine textile Verstärkung anschließend an die Außenschicht und/oder die zumindest eine Dämpfungsschicht wiederum zur Erhöhung des Tragekomforts vorgesehen.
Im Folgenden wird anhand von nichteinschränkenden Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen :
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Körperschutzelements;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Dämpfungsschicht aus Fig. 1;
Fig. 3 eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Körperschutzelements in einer schematischen Querschnittsansicht; und
Fig. 4 eine dritte Ausführung des erfindungsgemäßen Körperschutzelements in einer schematischen Querschnittsansicht.
Eine erste Variante des erfindungsgemäßen Körperschutzelements 100 ist in den Figs. 1 und 2 dargestellt. Die Dämpfungsschicht 110 weist einen plattenförmigen Grundkörper 111 auf, auf dem hohle Dämpfungskörper 112 angeordnet sind. Diese Dämpfungskörper 112 sind in dieser Ausführungsvariante zylindrisch ausgeführt und sind zur Gänze durchgängig, also als Fortsätze des Grundkörpers 111 ausgebildet, deren zentrale Mittelachsen M die Flächenebene des Grundkörpers 111 im Wesentlichen senkrecht schneiden. Die Dämpfungskörper 112 weisen hierbei bevorzugterweise eine Höhe von 13,5 mm, einen Durchmesser von 12 mm und eine Wandstärke von 1,5 mm auf. Der Abstand der zentrale Mittelachsen M zueinander beträgt vorzugsweise 15 mm, wobei die Dämpfungskörper 112 besonders bevorzugt in einer hexagonalen Anordnung auf dem Grundkörper 111 angeordnet sind (siehe Fig. 2).
An dem Grundkörper 111 der Dämpfungsschicht 110 ist an der den Dämpfungskörpern 112 abgewandten Seite eine Folie als Außenschicht 120 aufgeklebt, die bevorzugterweise aus Polyester, beispielsweise aus AXPET® der Firma Covestro Deutschland AG, hergestellt ist. Die Folienstärke beträgt bei dieser Ausführung der Erfindung 0,5 mm bis 0,8 mm . Diese Außenschicht 120 dient dem Penetrationsschutz sowie der Positionsstabilität der Dämpfungsschicht 110. Dieser Aufbau ist durch die reduzierte Materialhöhe wesentlich leichter als handelsübliche Aufbauten.
Das in den Figs. 1 und 2 dargestellte Körperschutzelement 110 ist in einer ersten Anwendung in einem Skihelm eingesetzt, dessen Schichtaufbau in der Fig. 3 dargestellt ist.
Der Dämpfungskörper 210 besteht hier aus einer Dämpfungsschicht 210 mit einem geometrischen Aufbau wie oben beschrieben. Die Dämpfungsschicht 210 ist hierbei aus einem compoundierten Kunststoffpolymer hergestellt, der in einem ersten Schritt aus trans-Polynorbornen sowie RAE-Prozessöl, üblicherweise in einem Mischungsverhältnis 1 : 1 zu einem Basispolymer vermischt und anschließend in einem zweiten Schritt in einer Compoundierung mit Homo-Butylkautschuk im Verhältnis 5 : 3 gefertigt wurde. Damit wurde die Glasübergangstemperatur des trans- Polynorbornen auf etwa 15°C eingestellt. Dieses Gemisch wurde anschließend mittels herkömmlicher Schwefelvernetzung vulkanisiert und auf bekannte Weise mit einem UV-Schutz und einem Ozon-Schutz ausgestattet. Diese Dämpfungsschicht 210 ist insbesondere für den Einsatz bei tiefen Außentemperaturen besonders geeignet.
Als Außenschicht 220 fungiert wiederum eine aufgeklebte Folie mit einer Stärke von 0,8 mm. Schließlich ist noch eine Innenschicht 230 als Komfortschicht mit einer Stärke von 5 mm vorgesehen. Diese Innenschicht 230, die als Schaumteil ausgebildet ist, ist hierbei lose an der Dämpfungsschicht 210 angeordnet. Durch diese frei bewegliche Anordnung der Dämpfungsschicht 210 an der Innenschicht 230, die direkt oder durch eine dünne aufgeklebte Textillage getrennt am Kopf des Trägers anliegt, kann sich die Dämpfungsschicht 210, insbesondere deren Dämpfungskörper bei außermittiger Krafteinwirkung gegenüber der Innenschicht 230 verdrehen, wodurch eine bessere Verteilung der einwirkenden Energie, insbesondere bei außermittigem Krafteintrag erzielt wird.
In einer zweiten Anwendung wird das erfindungsgemäße Körperschutzelement 300 für die Herstellung eines Motoradhelms verwendet, wobei hier zwei Dämpfungsschichten 310A, 310B zum Einsatz kommen.
Die erste Dämpfungsschicht 310A ist hierbei aus Norsorex NS, einem trans-Polynorbornen der Firma Startech Advanced Materials GmbH mit einem RAE-Pro- zessol der Firma H&R im Verhältnis 1 : 1, das anschließend im Gemisch mit einem Inden-Cumaron-Harz Type C30 der Firma Rütgers Novares GmbH mit einem Softening Point (ASTM D 3461) von 80°C bis 85°C im Verhältnis 1 : 0,6 durch Com- poundierung als Plast hergestellt wird. Durch Zugabe von an sich bekannten Zusatzstoffen sowie durch Wahl der Art und des Ausmaßes der Vernetzung können die erforderlichen Materialeigenschaften eingestellt werden. Die Formgebung der ersten Dämpfungsschicht 310A erfolgt während der Vulkanisation in einem entsprechenden formgebenden Werkzeug.
Die erste Dämpfungsschicht 310A dient der Dämpfung insbesondere bei höheren Außentemperaturen über 15°C. Ihre Dämpfungskörper 312A weisen eine Höhe von etwa 13 mm auf.
Die zweite Dämpfungsschicht 310B entspricht in ihrer Materialzusammensetzung der Dämpfungsschicht 210 aus dem ersten Anwendungsbeispiel, wobei ihre Dämpfungskörper 312B eine Höhe von ebenfalls etwa 13 mm und einen Innendurchmesser von 12 mm aufweisen, wobei diese zweite Dämpfungsschicht 310B eine höhere Elastizität und eine geringere Steifigkeit als die erste Dämpfungsschicht 310A aufweist.
Beide Dämpfungsschichten 310A, 310B sind jeweils mit einer Basisfolie 313A, 313B versehen, die eine Folienstärke von 0,8 mm aufweist und vorzugsweise aus Polyester gefertigt ist. Die jeweiligen Dämpfungskörper 312A, 312B sind in hexa- gonaler Anordnung jeweils 20 mm - gemessen von ihren zentralen Mittelachsen M- voneinander beabstandet. Des Weiteren sind die beiden Dämpfungsschichten 310A, 310B bevorzugterweise gleitend zueinander angeordnet.
An die zweite Dämpfungsschicht 310B schließt eine Innenschicht 330 aus Schaummaterial mit einer Dicke von 7 mm an.
Als Außenschicht 320 fungiert wiederum eine Polyesterfolie mit einer Stärke von 0,8 mm, die an der ersten Dämpfungsschicht 310A aufgeklebt.
Die Funktion der Außenschicht kann natürlich auch von einer bisher üblichen Außenschale aus Kunststoff (PUR, ABS, etc.) oder von einer faserverstärkten Schalenkonstruktion (Carbon- bzw. Glasfasern in einer Epoxymatrix, etc.) übernommen werden.
Zudem kann auch die Innenschicht 330 mit einer Stärke von rund 20 mm ausgefertigt sein und den Anwendungsbereich Ambient (Normaltemperatur) und Tieftemperatur abdecken. Hier kann ebenfalls mit zwei Schaumlagen gearbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Körperschutzelement ist nicht nur für die Dämpfung in Schutzhelmen geeignet, sondern kann auch in Protektoren verwendet werden. Hierzu ist zumindest eine Dämpfungsschicht gegebenenfalls mit zumindest einer Innenschicht aus Schaumstoff sowie einer entsprechenden Außenschicht versehen.
Alternativ hierzu kann ein erfindungsgemäßer Rückenprotektor auch ausschließlich aus einer Dämpfungsschicht bestehen, die mit Textilauflagen versehen ist. Ein Rücken protektor mit diesem Aufbau erfüllt die Bedingungen der EN 1621-2 : 2014, wobei Vergleichswerte mit einem Marktprodukt der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden können :
Tabelle 1
MARKTPRODUKT gehoERFINDUNG
bener Qualität
PROTECTION LEVEL 2 2
Testergebnis EN 1621-2 5,6 kN 5,7 kN
Gewicht 191 Gramm 163 Gramm
Dicke 19 mm 13,5 mm
Perforation 6 Prozent 40 Prozent
Beweglichkeit mittel keine Einschränkung
Tieftemperatursensitivität ja gering
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsvarianten beschränkt ist. Insbesondere kann die Formgebung der Dämpfungsschicht variieren, ebenso ist die Kombination von unterschiedlichen Dämpfungsschichten miteinander und mit weiteren zusätzlichen Schichten wie Hartschalen, Innenschichten, insbesondere Helmkalotten beispielsweise aus EPS-Schaum und dergleichen vorgesehen sein.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Körperschutzelement (100, 200, 300) mit zumindest einer Dämpfungsschicht (110, 210, 310A,310B), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Dämpfungsschicht (110, 210, 310A, 310B) eine Vielzahl von Dämpfungskörper (112, 312A, 312B) in Form von Hohlkörper mit einem im Wesentlichen kreisrunden, elliptischen, dreieckigen, viereckigen und/oder polygonen Querschnitt aufweist, die auf einem piattenförmigen Grundkörper angeordnet sind.
2. Körperschutzelement (100, 200, 300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungskörper (112, 312A, 312B) einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von 4 mm bis 20 mm, vorzugsweise von 12 mm aufweisen.
3. Körperschutzelement (100, 200, 300) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungskörper (112, 312A, 312B) eine Höhe von 10 mm bis 20 mm, vorzugsweise 13,5 mm, eine Wandstärke von 0,1 mm bis 4 mm, vorzugsweise von 1 mm und einen mittleren Abstand zueinander von 4,1 mm bis 20,1 mm, vorzugsweise 15 mm aufweisen.
4. Körperschutzelement (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Dämpfungsschicht (110, 210, 310A, 310B) aus einem compoundierten Kunststoffpolymer gefertigt ist, wobei das Kunststoffpolymer mittels eines Gemischs von trans-Polynorbor- nen, das zunächst mit zumindest einem vorzugsweisen aromatischen Pro- zessöl aufbereitet ist, in einem zweiten Schritt mit zumindest einem weiteren Polymer und/oder Harz im Verhältnis 1 : 0,1 bis 1 : 5, vorzugsweise 5 : 3 hergestellt ist.
5. Körperschutzelement (100, 200, 300) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine weitere Polymer und/oder Harz einen Softening Point nach ASTM D 3461 von 0°C bis 130°C, vorzugsweise 80°C bis 85°C aufweist.
6. Körperschutzelement (100, 200, 300) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine weitere Polymer und/oder Harz ein Inden-Cumaron-Harz ist.
7. Körperschutzelement (100, 200, 300) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Dämpfungsschicht (110, 210, 310A, 310B) aus einem compoundierten Kunststoffpolymer gefertigt ist, wobei das Kunststoffpolymer mittels eines Gemischs von trans-Polynorbornen, das zunächst mit zumindest einem vorzugsweise aromatischen Prozessöls aufbereitet ist, in einem zweiten Schritt mit einem Kautschuk, vorzugsweise Homo- Butylkautschuk in einem Verhältnis von 5 : 1 bis 1 : 1, vorzugsweise 5 : 2 hergestellt ist.
8. Körperschutzelement (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das compoundierte Kunststoffpolymer mittels Schwefelvernetzung, peroxidischer Vernetzung, Imid-Vernetzung oder physikalischer Vernetzung hergestellt ist und vorzugsweise zusätzlich einen UV- Schutz und/oder einen Ozonschutz aufweist.
9. Körperschutzelement (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Dämpfungsschichten (110, 210, 310A, 310B) vorgesehen sind, die aus Kunststoffpolymeren mit unterschiedlichen Glasübergangstemperaturen hergestellt sind.
10. Körperschutzelement (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest eine Außenschicht (120, 220, 320) vorgesehen ist, die als Kunststofffolie, bevorzugterweise aus Polyester, ausgebildet ist.
11. Körperschutzelement (100, 200, 300) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (120, 220, 320) mit der zumindest einen Dämpfungsschicht (110, 210, 310A, 310B) verklebt ist.
12. Verwendung eines Körperschutzelements (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Schutzhelms.
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest eine an die zumindest eine Dämpfungsschicht (110, 210, 310A, 310B) anschließende Innenschicht (230, 330) vorgesehen ist, die aus einem Schaum, bevorzugterweise aus Acrylnitrilkautschuk in Verbindung mit zwei weiteren organischen Polymeren, insbesondere aus der Materialgruppe Po- lynorbornene, Polyvinylchlorid, Ethylenvinylacetat, Polyisoprene, Butyl- und/oder Vinylacetat, hergestellt ist.
14. Verwendung eines Körperschutzelements (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines Rückenprotektors.
15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zumindest eine textile Verstärkung anschließend an die Außenschicht (120, 220, 320) und/oder die zumindest eine Dämpfungsschicht (110, 210, 310A, 310B) vorgesehen ist.
2017 04 11
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