[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz des menschlichen Körpers
vor Stößen entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
[0002] Insbesonders beim Paragleiten ist es erforderlich, den Körper eines Menschen vor
einem Aufprall zu schützen. Grundsätzlich ist es zu diesem Zweck möglich, Dämpfungselemente
vorzusehen, die die Aufprallenergie durch Verfonnung eines Festkörpers, etwa aus Schaumstoff,
aufnehmen. Nachteilig ist dabei jedoch einerseits das relativ hohe Gewicht von voluminöseren
Dämpfungskörpern und andererseits die starke Temperaturabhängigkeit des Dämpfungsverhaltens.
Außerdem stört das relativ große Transportvolumen.
[0003] In der AT 397 950 B des Anmelders ist eine verbesserte Dämpfungsvorrichtung beschrieben,
bei der der Dämpfungseffekt nicht durch einen Festkörper, wie etwa Schaumstoff, erzeugt
wird, sondern durch ein Luftvolumen, das in der Dämpfungsvorrichtung eingeschlossen
ist und das während eines Aufpralls gesteuert aus dieser entweichen kann. In dieser
Dämpfungsvorrichtung ist ein sehr leichter Schaumstoffkörper angeordnet, der jedoch
nur dazu ausgebildet ist, die Außenhülle der Vorrichtung in ihrem unbelasteten Zustand
aufgespannt zu halten. Da der Schaumstoffkörper selbst nur unwesentlich zu der Dämpfungswirkung
beiträgt, stellt dabei auch die Temperaturabhängigkeit kein Problem dar. Auf diese
Weise konnten erhebliche Verbesserungen gegenüber den zuvor bekannten Dämpfungsvorrichtungen
erzielt werden.
[0004] Aus der FR 2 676 178 A ist eine Schutzvorrichtung bekannt, bei der Schaumstoffkörper
vorgesehen sind, um Stöße zu dämpfen. Dabei treten die oben beschriebenen Nachteile
auf.
[0005] Die EP 0 836 811 A zeigt ein Körperschutzelement, das eine Formkörperfüllung aus
einzelnen relativ zueinander beweglichen Formkörpern aufweist. Die Dämpfungswirkung
einer solchen Vorrichtung hängt jedoch sehr stark von der geometrischen Anordnung
der Formkörper im Zeitpunkt des Aufpralls ab, und ist daher nicht in ausreichender
Weise reproduzierbar.
[0006] Wenn durch eine solche Dämpfungsvorrichtung ein Körperbereich geschützt werden soll,
dessen Abmessungen wesentlich über die Dicke der Dämpfungsvorrichtung hinausgehen,
so muß diese Vorrichtung in eine Mehrzahl von Kammern unterteilt werden, da sonst
die Gefahr besteht, daß ein Hindernis mit kleinen Abmessungen ungebremst durch die
Vorrichtung durchstößt, da die Luft in andere Bereiche ausweichen kann, in denen kein
Hindernis vorliegt. Es ist daher bekannt, zum großräumigeren Schutz von Personen entweder
mehrere kleinere Dämpfungskissen, etwa in einem Gurtzeug für Paragleiter anzuordnen
oder ein großes Kissen durch Zwischenwände in mehrere Kammern zu unterteilen.
[0007] Weiters ist aus der WO 92/04210 ein Dämpfungssystem für die Verwendung in Fahrzeugtüren
bekannt, das aus einer Vielzahl von im wescntlichen quaderförmigen Zellen besteht.
Auch bei dieser Lösung wird die Dämpfungswirkung durch die aus den Zellen ausströmende
Luft erzielt.
[0008] Bei den oben beschriebenen Lösungen besteht der Nachteil, daß die Dämpfungswirkung
dann geringer ist, wenn ein Hindernis genau im Grenzbereich zwischen zwei benachbarten
Kammern oder zwischen zwei benachbarten Kissen auftrifft. Ein weiterer Nachteil besteht
darin, daß sich am Beginn der Verfonnung durch einen eindringenden Gegenstand zunächst
die im wesentlichen ebenen Seitenwände der entsprechenden Kammer ausgebeult werden.
Da dies im allgemeinen ohne nennenswerte Krafteinwirkung möglich ist, wird dem Hindernis
zunächst ein relativ geringer Widerstand entgegengesetzt. Erst nachdem die Möglichkeit
der Ausbeulung der entsprechenden Kammer ausgeschöpft ist, steigt der Druck innerhalb
der Kammer so weit an, daß die eigentliche Dämpfungswirkung einsetzt.
[0009] Da die Gesamtdicke der Vorrichtung aus einer Vielzahl von Gründen beschränkt ist,
kann die Belastung der Versuchsperson nur dann möglichst gering gehalten werden, wenn
über die gesamte Dicke der Dämpfungsvorrichtung eine möglichst gleichmäßige Kraft
aufgebaut werden kann. Außerdem soll die Dämpfungswirkung möglichst unabhängig von
dem Ort des Auftreffens des Hindernisses sein.
[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Vorrichtungen so
weiterzubilden, daß unter vergleichbaren Umständen die Belastung der Person durch
einen Stoß möglichst gering gehalten werden kann. Umgekehrt soll bei einer vorgegebenen
Güte des Schutzes die Dicke der Dämpfungsvorrichtung möglichst gering sein.
[0011] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils
von Patentanspruch 1 gelöst.
[0012] Als konvex im Sinne der vorliegenden Erfindung wird verstanden, daß die jeweilige
Kammer in unbelastetem Zustand ballig ist, d. h. weder einspringende Bereiche, noch
ebene Oberflächenbereiche in nennswertem Umfang aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsvariante
der Erfindung sind die konvexen Kammern etwa zylindrisch ausgebildet und besitzen
an ihren Enden nach außen gerichtete gerundete Kappen. Alternativ dazu können die
konvexen Kammern im wesentlichen kugelförmig oder drehelliptisch ausgebildet sein.
Um die Herstellung zu vereinfachen, können die zylindrisch ausgebildeten Kammern am
Ende auch abgeflacht etwa in der Form einer Tube abgeschlossen sein.
[0013] Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, daß die konvexen Kammern eine Form
aufweisen, die auch bei einer nicht vollflächigen Belastung einem eindringenden Gegenstand
bereits von Anfang an einen nennenswerten Widerstand entgegensetzt. Diese Wirkung
wird bei der Erfindung dadurch erreicht, daß weitgehend vermieden wird, daß sich in
einem solchen Fall die Vorrichtung lokal ohne nennenswerten Widerstand zusammendrücken
läßt, weil sich die Seitenwände der betreffenden Kammer nach außen beulen.
[0014] Die Untersuchung von Unfällen und die medizinische Forschung hat ergeben, daß der
menschliche Körper eine stoßartige Belastung üblicherweise dann ertragen kann, wenn
die entsprechenden Beschleunigungswerte nicht größer als 20g sind. g ist dabei die
Erdbeschleunigung (9,81 m/s
2). Die durchschnittliche Beschleunigung, die bei einem Aufprall einwirkt, ergibt sich
rein rechnerisch aus der Aufprallgeschwindigkeit und dem zur Verfügung stehenden Bremsweg.
Es ist offensichtlich, daß die maximal auftretende Beschleunigung unter sonst gleichen
Verhältnissen dadurch verringcrt werden kann, daß über den gesamten Bremsweg eine
möglichst gleichmäßige Beschleunigung erreicht wird. Insbesonders ist es wichtig,
bereits am Anfang des Aufpralls entsprechende Beschleunigungswerte aufzubauen. Wenn
einer eindringenden Kraft am Anfang des Aufpralls zu wenig Widerstand entgegengesetzt
wird, dann muß dies in der späteren Phase des Aufpralls durch entsprechend größere
Beschleunigungswerte kompensiert werden, was die Personen entsprechend stärker belastet.
[0015] Eine besonders gleichmäßige Dämpfungswirkung nach allen Richtungen wird vorzugsweise
dadurch erreicht, daß die mindestens eine konvexe Kammer vollständig mit Schaumstoff
ausgefüllt ist. Es ist jedoch möglich, den Schaumstoffkörper mit Ausnehmungen zu versehen,
um die Luftverteilung zu begünstigen.
[0016] Um auch einen Schutz gegenüber Hindernissen mit kleinen Abmessungen, wie etwa gegen
spitze Steine erreichen zu können, und um eine Druckverteilung über einen größeren
Bereich sicherstellen zu können, kann weiters vorgesehen sein, daß in einem vorbestimmten
Bereich der Außenhülle eine an sich bekannte Druckverteilungsplatte oder Prallplatte
vorgesehen ist, die mindestens eine der konvexen Kammern überdeckt. Grundsätzlich
kann eine solche Prallplatte sowohl biegesteif als auch elastisch ausgebildet sein.
In einer Variante kann die Prallplatte etwa die Form eines Schuppenpanzers aufweisen.
[0017] Ein besonderer Komfort wird dadurch erreicht, daß an der dem Körper zugewandten Seite
der Außenhülle eine an sich bekannte der Körperform angepaßte Sitzschale vorgesehen
ist, und daß zwischen der Außenhülle und der Sitzschale inkompressible Distanzelemente
befestigt sind. Die Distanzelemente können je nach Konstruktioin entweder an der Sitzschale
oder an der Außenhülle befestigt sein.
[0018] In einer besonders begünstigten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist
vorgesehen, daß eine Mehrzahl von konvexen Kammern vorgesehen ist, die einander in
unbelastetem Zustand berühren und daß die luftgefüllten Zwischenräume zwischen den
konvexen Kammern und der Außenhülle frei von Schaumstoffkörpern sind. In einem solchen
Fall tragen die Zwischenräume ebenfalls zur Dämpfungswirkung bei, da auch sie mit
einem Luftvolumen gefüllt sind, das geeignet ist, einen Aufprall zu dämpfen, sie brauchen
jedoch nicht durch eigene Schaumstoffkörper aufgespannt zu werden, da dies durch die
umgebenden konvexen Kammern erfolgt. Jedenfalls sollten auch die Zwischenräume entlüftbar
sein.
[0019] In einer Variante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, daß die konvexen Kammern
Luftdurchtrittsöffnungen besitzen, die sich in benachbarte Kammern öffnen. Auf diese
Weise wird erreicht, daß bei einem Aufprall im Bereich einer der konvexen Kammern
die Luft zunächst aus dieser Kammer in die umgebenden Räume ausströmen muß. Dadurch
wird neben der eigentlichen Dämpfungswirkung im Bereich der betreffenden konvexen
Kammer auch erreicht, daß die umgebenden Abschnitte der Vorrichtung mit einem höheren
Druck beaufschlagt werden, so daß sie für die weitere Ausbreitung des Aufpralls besser
vorbereitet sind.
[0020] Wenn eine konvexe Kammer in einem Randabschnitt der Vorrichtung ausgebildet ist,
kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß ein Wandabschnitt mindestens einer konvexen
Kammer gleichzeitig einen Teil der Außenhülle darstellt.
[0021] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Außenhülle abgewinkelt ausgebildet ist und
daß eine konvexe Kammer jeweils im Bereich des Scheitels dieses Winkels angeordnet
ist. Die Eckbereiche waren bei bisherigen Dämpfungsvorrichtungen besonders kritisch
im Hinblick auf das Eindringen von Hindernissen.
[0022] In der Folge wird die vorliegcnde Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen unterschiedliche
Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung jeweils im Schnitt.
[0023] Bei der Ausführungsvariante von Fig. 1 ist eine Außenhülle 1 vorgesehen, die die
gesamte Vorrichtung dicht umschließt. Innerhalb der Außenhülle 1 sind drei konvexe
Kammern 2a, 2b, 2c vorgesehen, die in sich ebenfalls als geschlossene Körper ausgebildet
sind. Über nur angedeutete Nähte 3 sind die konvexen Kammern 2a, 2b, 2c mit der Außenhülle
1 verbunden. Es ist alternativ auch möglich, die notwendigen Verbindungen durch Verkleben,
Verschweißen o. dgl. zu realisieren. In ihrem Inneren sind die konvexen Kammern 2a,
2b, 2c vollständig mit Schaumstoffkörpern 4a, 4b, 4c aus einem leichten offenporigen
Material ausgefüllt. Die Dichte des Materials ist so gewählt, daß die Spannkraft gerade
ausreicht, die Kammern 2a, 2b, 2c in unbelastetem Zustand in ihrer völlig geöffneten
Form aufgespannt zu halten. Um diese Spannkraft zu erreichen, kann der jeweilige Schaumstoffkörper
4a, 4b, 4c etwas größer ausgebildet sein als die zugehörige Kammer 2a, 2b, 2c. Der
Querschnitt dieser Kammern 2a, 2b, 2c ist dann im wesentlichen kreisförmig. Je nach
der Breite der Vorrichtung können die Kammern 2a, 2b, 2c in ihrem mittleren Abschnitt
die Form eines Zylinders aufweisen, dessen Achse rechtwinkelig zur Zeichenebene der
Fig. 1 ist. An ihren beiden Enden sind die Kammern 2a, 2b, 2c jedenfalls im wesentlichen
sphärisch ausgebildet.
[0024] Auch der Raum zwischen den Kammern 2a, 2b, 2c ist mit Schaumstoffkörpern 5a, 5b ausgefüllt.
Dadurch wird auch zwischen diesen Kammern 2a, 2b, 2c die gewünschte Form gewährleistet.
Sowohl das Material der Außenhülle 1, als auch das Material, aus dem die konvexen
Kammern 2a, 2b, 2c hergestellt sind, ist in einem vorbestimmten Ausmaß luftdurchlässig.
Diese Luftdurchlässigkeit kann entweder dadurch erreicht werden, daß das Material
selbst luftdurchlässig ist, oder dadurch, daß ein luftdurchlässiges Material mit Löchern
von vorbestimmten Abmessungen versehen ist. Wenn durch eine stoßartig wirkende Kraft
versucht wird, die Kammern zusammenzudrücken, wird zunächst das darin enthaltene Luftvolumen
komprimiert und danach in gesteuerter Weise durch das Material hindurch austreten.
Auf diese Weise wird die Stoßkraft gedämpft und in dieser gedämpften Form an eine
Person weitergegeben, welche die Vorrichtung benützt. Die in der Fig. 1 dargestellte
Vorrichtung ist etwa als Schutz für den Gesäß- und Rückenbereich eines Paragleiters
konzipiert. An der Unterseite der Vorrichtung ist eine Prallplatte 6 vorgesehen, die
dazu dient, die Vorrichtung vor dem Eindringen kleiner Hindernisse, wie etwa spitzer
Steine, zu schützen. Die Vorderkante 6a der Prallplatte 6 ist aufgebogen, um etwa
bei einer Landung mit Rückenwind ein Abgleiten auf ebenem Untergrund zu ermöglichen,
wie dies etwa bei einem Schlitten der Fall ist. An der gegenüberliegenden Seite ist
eine Sitzschale 16 vorgesehen, die der Körperform angepaßt ist.
[0025] Wenn nun eine Kraft in der Richtung des Pfeils F
1 stoßartig auf die Vorrichtung einwirkt, dann verteilt die Prallplatte 6 die Kraft
auf die konvexen Kammern 2a, 2b und den dazwischenliegenden Abschnitt, die sich wiederum
an der Sitzschale 16 abstützen. Dieser Bereich der Vorrichtung bildet dann gleichsam
eine einzelne Kammer, die durch die Kraft F
1 unter Druck gesetzt wird. Da diese Kammer ausschließlich konvex nach außen gekrümmte
Außenflächen aufweist, gibt es bei gleichbleibendem Innenvolumen keine Möglichkeit,
die Dicke dieser Kammer deutlich zu verringern, wie dies etwa der Fall wäre, wenn
die Kammer ebene Begrenzungswände aufwiese. Daher wird der Kraft F
1 von Anfang an Widerstand entgegengesetzt, und es steht die gesamte Dicke D der Vorrichtung
zur Verfügung, um den Aufprall zu dämpfen.
[0026] Wenn der Aufprall in der Richtung des Pfeils F
2 erfolgt, dann erfolgt die Dämpfung im wesentlichen durch die Kammer 2c. Auch hier
ist durch die konvexe Form dieser Kammer gewährleistet, daß der einwirkenden Kraft
bereits von Anfang an Widerstand entgegengesetzt wird. Eine weitere vorteilhafte Wirkung
ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß die Kammer 2c vollständig innerhalb der Außenhülle
1 angeordnet ist, so daß der Austritt der Luft aus der Kammer 2c zunächst in das Innere
der Außenhülle 1 hin erfolgt. Auf diese Weise wird in dem Ausmaß, in dem die Kammer
2c zusammengedrückt wird, der übrige Teil der Vorrichtung durch einen inneren Überdruck
vorgespannt. Da sich im Zuge eines Aufpralls der betroffene Bereich üblicherweise
ausdehnt, stehen in den benachbarten Bereichen dann größere Dämpfungskräfte zur Verfügung,
die ein Durchschlagen des Hindernisses besser verhindern.
[0027] Wenn es für die rechnerisch notwendige oder am Prüfstand ermittelte Luftdurchlässigkeitsrate
erforderlich ist, können die verschiedenen Nähte, mit denen die Außenhülle 1 zusammengenäht
ist, luftdurchlässig ausgeführt sein. Ansonsten werden diese Nähte luftundurchlässig
ausgerüstet. Weiters ist es möglich, Öffnungen mit vorbestimmten Abmessungen vorzusehen,
um den Luftaustritt zu steuern.
[0028] Bei der Ausführungsvariante von Fig. 2 sind mehrere konvexe Kammern 2d, 2e, 2f, 2g
und 2h innerhalb der Außenhülle 1 so angeordnet, daß sie die jeweils benachbarten
Kammern berühren. Wie bei der Ausführungsvariante von Fig. 1 sind die Kammern 2d bis
2h mit Schaumstoffkörpern 4d bis 4h gefüllt, um sie aufzuspannen. Da durch diese Kammern
2d bis 2h die äußere Form der Vorrichtung im wesentlichen vorgegeben ist, ist es nicht
notwendig, den Zwischenraum zwischen diesen Kammern ebenfalls mit Schaumstoff zu füllen.
Wesentlich dabei sind die Kammern 2e und 2g, die jeweils am Scheitel der winkelförmigen
Ausbildung der Vorrichtung angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine Kraft, die in
der Richtung des Pfeils F
3 schräg einwirkt, in besonders vorteilhafter Weise aufgenommen werden. Eine solche
Kraft kann mit herkömmlichen Vorrichtungen nur in äußerst unbefriedigender Weise gedämpft
werden.
[0029] Die Ausführungsvariante der Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsvariante
der Fig. 1 dadurch, daß die Außenhülle 1 mit den Kammern 2d bis 2h verklebt ist und
daß die entsprechenden Außenabschnitte der Kammern 2d bis 2h gleichzeitig die Außenhülle
1 darstellen.
[0030] Bei der Ausführungsvariante von Fig. 3 ist eine Sitzschale 16 als Sitz für eine Person
ausgebildet. Unterhalb der Sitzschale 16 ist mittig eine Kammer 2j in einer Außenhülle
1 vorgesehen. Zwischen der Sitzschale 16 und der Außenhülle 1 sind keilförmige Distanzelemente
7a, 7b vorgesehen, um bei einem schrägen Aufprall eine Verfonnung der Außenhülle 1
zu verhindern, die zu einer Verringerung des Dämpfungsweges führen könnte. Bei einem
solchen schrägen Aufprall bildet eine der beiden benachbarten Kammern 12a, 12b mit
der mittleren Kammer 2j einen im wesentlichen konvexen Bereich, der auch in diesem
Fall eine gute Schutzwirkung gewährleistet.
[0031] Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die physikalisch vorgegebenen Randbedingungen
zur Dämpfung von Stößen auf menschliche Körper soweit als möglich auszunützen und
die Sicherheit in einer Vielzahl von Unfallsszenarien beträchtlich zu erhöhen.
1. Vorrichtung zum Schutz des menschlichen Körpers vor Stößen, mit einer flexiblen Außenhülle
(1), die eine vorbestimmte Luftdurchlässigkeit aufweist und in der mindestens ein
luftgefüllter Schaumstoffkörper (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h) vorgeschen ist, der
dazu bestimmt ist, die Außenhülle (1) in unbelastetem Zustand in einer bestimmten
Form aufgespannt zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Außenhülle (1) mehrere Kammern (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h,
2j) vorgesehen sind, von denen mindestens eine Kammer (2b, 2e, 2f, 2g, 2i) in unbelastetem
Zustand konvex mit annähernd kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist, einen luftgefüllten
Schaumstoffkörper (4b, 4e, 4f, 4g, 2j) enthält und die ihr benachbarten Kammern voneinander
trennt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine konvexe Kammer (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2j) im wesentlichen
zylindrisch ausgebildet ist und an ihren beiden Enden nach außen gebogene im wesentlichen
halbkugelfönnige Kappen aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine konvexe Kammer (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2j) im wesentlichen
kugelförmig oder drehelliptisch ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine konvexe Kammer (2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2j) im wesentlichen
vollständig mit Schaumstoff (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h) ausgefüllt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vorbestimmten Bereich der Außenhülle eine Druckverteilungsplatte (6)
vorgesehen ist, die mindestens eine der konvexen Kammern (2a, 2b) überdeckt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Körper zugewandten Seite der Außenhülle (1) eine Sitzschale (16) vorgesehen
ist, die der Körperform angepaßt ist, und daß zwischen der Außenhülle (1) und der
Sitzschale (16) inkompressible Distanzelemente (7a, 7b) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von konvexen Kammern (2d, 2e, 2f, 2g, 2h) vorgesehen ist, die einander
in unbelastetem Zustand berühren und daß die Zwischenräume zwischen den konvexen Kammern
(2d, 2e, 2f, 2g, 2h) und der Außenhülle frei von Schaumstoffkörpern sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen Kammern (2a, 2b, 2c) Luftdurchtrittsöffnungen besitzen, die sich
nur ins Innere der Außenhülle (1) öffnen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüchc 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen Kammer an ihren Enden abgeflacht ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle (1) im wesentlichen winkelförmig ausgebildet ist und daß eine
konvexe Kammer (2e, 2g) im Bereich des Scheitels dieses Winkels angeordnet ist.