Die Erfindung bezieht sich auf einen Sturzhelm, bestehend aus einer relativ dünnen und harten Außenschale und einer relativ dicken und weichen Innenschale mit wenigstens einer Öffnung in der Außenund der Innenschale und wenigstens einer Leuchte, die zumindest teilweise innerhalb einer Öffnung angeordnet ist.
Es zählt schon seit sehr langer Zeit zum bekannten Stand der Technik, den Kopf als einen der empfindlichsten Teile des menschlichen Körpers durch äußere Abdeckungen gegen unwillkommene oder unbeabsichtigte Schläge, Stöße und andere Belastungen zu schützen.
Dafür wird eine harte Schale, die etwas größer als der Kopf ist, auf ihn aufgesetzt. In dieser einfachsten Variante verteilt sie punktförmig auftreffende Kräfte auf eine größere Fläche, wodurch Schädelbrüche vermieden werden.
In einer weiteren Verfeinerung sorgen Abstandshalter dafür, dass im Normalzustand zwischen der harten Schale und der Schädeldecke des Kopfes ein Abstand besteht. Im Vergleich zu einer direkt aufliegenden, harten Schale wird dadurch im Berührungsfall die Aufprallgeschwindigkeit etwas reduziert. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Luftraum zwischen der Schädeldecke und der harten Schale zur Ventilation und damit zum Abtransport von Schweiß dient. Diese Konfiguration wird meist als "Schutzhelm" bezeichnet und ist z. B. für Bauarbeiter und Bergarbeiter eine standardisierte Schutzeinrichtung. Im Bergbau ist es seit langem bekannt, einen solchen Schutzhelm mit einer Leuchte zu versehen.
Von den Schutzhelmen unterscheiden sich die verschiedenen Arten von "Sturzhelmen" dadurch, dass als Abstandshalter zwischen Kopf und dünner, harter Außenschale eine sehr viel dickere, sehr viel weichere Innenschale eingebracht ist. Bei einem Aufprall sorgt sie für eine kontinuierliche Verzögerung des Kopfes, sodass die Aufprallgeschwindigkeit des Kopfes auf die harte Außenschale ganz deutlich reduziert wird.
Mit einer nahezu durchgehend geschlossenen Außenschale werden derartige Sturzhelme vorrangig beim Betrieb von sehr schnellen Fahrzeugen ohne eine schützende Kabine, wie z. B. Motorrädern, Rennwagen, Motorbooten und Ähnlichem genutzt. Eine andere häufige Anwendung ist der Wintersport mit Abfahrtskiern, Motorschlitten und Eisseglern.
In einer weiteren Variante werden Sturzhelme bei der Nutzung von mit Muskelkraft betriebenen Fahrzeugen wie Fahrrädern oder Ruderrennern oder bei Fahrhilfen und Sportgeräten wie Skateboards und Inlinern benutzt. Bei diesen Anwendungen müssen zum Teil erhebliche körperliche Anstrengungen aufgebracht werden, sodass aus dem Kopf dauerhaft Schweiß abgesondert wird, der durch Luftzufuhr abtransportiert werden muss. Dafür sind Belüftungsöffnungen üblich.
Ausgehend von den vor Jahrzehnten bei Radfahrern üblichen Sturzkappen hat sich auf dem aktuellen Stand der Technik eine etwa mandelförmige Form der Belüftungsöffnungen eingebürgert. Diese Form hat sich daraus ergeben, dass Radfahrer als Sturzkappen von vorn nach hinten verlaufende, aus Leder gefertigte, mit Schaumstoff gefüllte und direkt auf dem Kopf aufliegende Schläuche genutzt haben. Diese Schläuche waren an ihren Enden mit einem um den Kopf herum laufenden, weiteren, mit Schaumstoff gefüllten Schlauch verbunden. Daraus ergab sich, dass die Öffnungen zwischen den Schläuchen etwa die Form einer Mandel hatten.
Die Öffnungen waren als Belüftungsschlitze zur Abfuhr von Wärme uns Schweiß sehr willkommen. Ihre Mandelform wurde später auf die Belüftungsöffnungen aktueller, zweischaliger Sturzhelme übertragen. Ebenso wie bei den historischen Sturzkappen sorgt deren weiche Innenschale beim Aufprall als eine "Knautschzone" dafür, dass die auf den Kopf ausgeübte Beschleunigung reduziert wird, indem die beim Aufprall auftretende Verzögerung auf einen längeren Zeitraum verteilt wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Schädelbruchs ganz deutlich reduziert wird.
Ein weiterer, entscheidender Fortschritt des Sturzhelmes gegenüber der Sturzkappe ist die glatte Außenfläche des Helms. Nach einem Sturz besteht in fast allen Fällen die dabei auftretende Bewegung nicht nur aus einer orthogonal zu einer Kante oder einer Fläche wirkenden Verzögerung. Vielmehr entstehen durch Drehungen weitere Kraftkomponenten, die parallel zur Aufprallfläche oder zur Aufprallkante verlaufen.
Um diese Kräfte abzubauen, muss der Helm möglichst widerstandsarm auf der Aufprallfläche oder der Aufprallkante entlang gleiten können. Andernfalls werden die entstandenen Reibungskräfte über den Sturzhelm und den Kopf auf die Halswirbel weitergeleitet, wodurch Wirbelbrüche und Nervenschäden, das sog. "Schleudertrauma", bewirkt werden kann oder der zumeinst finale Halswirbelbruch droht. Aus diesem Grund muss die harte Außenschale beim Gleiten auf Asphalt, Steinen und anderen zu erwartenden Oberflächen einen möglichst geringen "Gleitreibungskoeffizienten" aufweisen. Diese Forderung wird durch zahlreiche Kunststoffe erfüllt. Zusätzlich muss die Oberflächenkontur der Außenschale stetig gekrümmt sein und darf möglichst keine Kanten oder gar überstehenden Teile aufweisen.
Auf aktuellem Stand der Technik beschreibt
Ihr weiterer, noch schwerwiegenderer Nachteil ist, dass die Halterungen der Leuchten bei einem Aufprall von der Aufprallfläche durch die Belüftungsöffnungen hindurch in den Kopf des Benutzers gerammt werden können und dadurch das Risiko von punktuellen Brüchen der Schädeldecke heraufbeschwören.
Auch die Patentschrift
Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, in die Öffnungen von einem Sturzhelm eine Leuchte so zu integrieren, dass sie bei einem Aufprall die Sicherheitsfunktion des Helmes nicht beeinträchtigt, und zusätzlich die Stabilität des Helmes noch etwas verbessert.
Als Lösung präsentiert die Erfindung, dass jede Leuchte an einer Traverse befestigt ist, die zwei gegenüberliegende Kanten der Öffnung miteinander verbindet, in dem sie auf beiden Seiten der Öffnung über deren Kante hinausragt und mit wenigstens zwei Auflageflächen auf der Außenschale befestigt ist.
Durch die Verbindung von zwei gegenüberliegenden Kanten der Öff nung sorgt die Traverse für eine erhöhte Stabilität des Sturzhelms. Da sie auf der Außenschale befestigt ist, findet sie in der Struktur des Helmes den bestmöglichen Halt und stört die Schutzfunktion der Innenschale während des Aufpralls nicht.
Ein weiterer, noch wichtigerer Vorteil ist, dass die Leuchte innerhalb der Öffnung an der Traverse befestigt ist. Bevorzugt ist die Leuchte an der zum Zentrum des Helms weisenden Seite der Traverse angeordnet. Dadurch ist sicher gestellt, dass eine Leuchte im rückwärtigen Teil des Helms bei einem Aufprall nicht von ihrer trägen Masse weiter vorangetrieben wird und auf den eigentlich zu schützenden Helm katapultiert wird, sondern durch die Traverse daran gehindert wird, weil diese quer über der Öffnung liegt und sich auf der Außenfläche des Helms abstützt.
Die in Bewegungsrichtung des Helmes vorne angeordneten Leuchten werden bei einem Aufprall durch die Traverse vor Spitzen geschützt, die ansonsten in die Öffnung eindringen würden und dadurch die Leuchte auf den Kopf drücken könnten.
Falls z. B. spitze Steine auf den neben der Traverse sichtbaren Bereich der Leuchte treffen und dadurch die Leuchte in das Helminnere drücken würden, wird diese Bewegung durch die Traverse blockiert oder zumindest gehemmt.
Beim Aufprall auf eine ebene Fläche mit einer im Vergleich zur Leuchte recht stabilen Traverse oder mit einer gelenkigen Verbindung zwischen Leuchte und Traverse wird der über die Kontur des Helms hinausragende Teil der Leuchte in den Helm zurückgedrückt, sodass sich die Leuchte kurz nach dem Aufprall vollständig innerhalb der Außenschale befindet. Dadurch wird die beim Aufprall wünschenswerte Gleitfähigkeit des Helms auf der Aufprallfläche nicht weiter eingeschränkt.
Falls die Traverse bündig zur Außenschale des Helms angeordnet ist, vergrößert sie die effektive Außenfläche des Helms, wodurch die Spitzenwerte der Kräfte, die auf die Außenschale wirken, noch gleichmäßiger verteilt werden.
Falls - in einer anderen Ausführungsform - die Traverse geringfügig über die Kontur der Außenschale hinausragt, ist das zwar weniger vorteilhaft als eine zur Kontur des Helms bündige Integration. Da jedoch der über die Kontur hinausragende Teil bei Gleitbewegungen des Sturzhelms auf der Aufprallfläche als erster verschleißt, indem er durch Reibung abgeschliffen wird, wird dadurch die Traverse recht schnell auf einen gleichmäßigen Verlauf der Kontur abgeschliffen.
Wenn die Traverse nur sehr geringfügig über die Kontur hinausragt, bewirkt der Aufprall keine unzulässig hohe Konzentration der Aufprallkräfte in diesem Bereich und die zusätzlichen Impulse, die sich bei einer Gleitbewegung des Helms auf der Aufprallfläche auf die Halswirbel übertragen sind nicht allzu groß. Dennoch sollte in diesem Fall der herausragende Teil der Kontur der Traverse möglichst flach verlaufen.
In dieser Ausführungsform ist eine erfindungsgemäße Leuchte auch für das Nachrüsten von Helmen geeignet. Die Traverse kann dann mit wenigstens je einer Auflagefläche an ihren beiden Enden auf der Außenfläche in der Nähe der Kante einer Öffnung aufgeklebt werden.
Alternativ ist es auch denkbar, dass die Traverse mit einer dauerhaft elastischen Rastnase in ein dazu komplementäres Gegenstück in der Außenschale einrastet. Natürlich muss diese Rastverbindung so stabil sein, dass sie den bei einem Aufprall maximal zu erwartenden Kräften Stand hält und trotzdem so flach bauend, dass sie auch bei einer deutlichen Kompression des Helmes an dieser Stelle keine punktuelle Überlastung des Kopfes bewirkt.
Eine andere Befestigungsmöglichkeit ist, dass beide Auflageflächen der Traverse konkav und komplementär zu Wülsten an den Kanten geformt sind und in Bezug auf die Wülste von zwei gegenüberliegenden Kanten eine Hinterschneidung bilden. Eine derartige Verbindung kann als Rastverbindung ausgebildet werden, sofern die Materialien von Außenschale und Traverse eine entsprechende Elastizität aufweisen.
Denkbar ist auch, dass mit einer wie zuvor beschriebenen, konkaven Profilierung versehene Auflageflächen in eine etwa mandelförmige Belüftungsöffnung an der breitesten Stelle von außen hineingesenkt werden und dann innerhalb der Öffnung in Richtung von deren Längsachse so weit verschoben werden, bis die beiden Auflageflächen auf den Wülsten der Kante aufliegen. Da die konkaven Auflageflächen komplementär zu den Wülsten an den Kanten der Öffnung geformt sind, und so ausgerichtet sind, dass sich eine Hinterschneidung bildet, ist die Traverse mit den konkaven Auflageflächen hinter den Wülsten gesichert.
Es ist lediglich eine Sperre gegen ein Verrutschen innerhalb der Belüftungsöffnung vorzusehen. Das kann z. B. eine -sehr viel kleinere - Rastnase sein oder eine Klebverbindung.
Wenn die Traverse in einen Belüftungsschlitz am obersten Punkt des Helms eingesetzt wird, der in Bewegungsrichtung des Helms ausgerichtet ist, dann weist auch eine starr an der Traverse befestigte Leuchte in Bewegungsrichtung nach vorne und/oder nach hinten. Dabei befindet sie sich im Wesentlichen innerhalb der Kontur der Außenschale und stört deshalb beim Aufprall nicht.
Falls jedoch die Haltung des Kopfes geändert wird, ändert sich damit auch die Strahlrichtung der Leuchte. Deshalb ist es von Vorteil, wenn die Leuchte über wenigstens ein Gelenk gegenüber der Traverse verschwenkbar ist, sodass die Richtung des Lichtstrahles der Leuchte immer wieder an die aktuelle Kopfhaltung angepasst werden kann.
Falls die Leuchte in eine Belüftungsöffnung an der Vorderseite oder der Rückseite des Helms eingesetzt-werden soll, kann die Längsachse der Leuchte nicht mehr tangential zur vorderseitigen Außenfläche des Helms ausgerichtet werden. Dann muss sie gegenüber der Traverse verschwenkbar sein. Da die Leuchte dann aus der Öff nung herausragt und über die Kontur des Helmes übersteht, muss sie beim Aufprall zurückgeklappt werden, was selbsttätig durch das Aufstoßen auf der Aufprallfläche geschieht.
Damit die Leuchte dabei wieder vollständig in die Öffnung zurückschwenkt, muss ihr Verschwenkwinkel kleiner als 90° sein. Nur dann ist sicher gestellt, dass die Leuchte nicht noch weiter nach außen geschwenkt wird, sondern stets in die jeweilige Öffnung zurück.
Damit in diesem Fall die Leuchte in jedem Winkel einen sicheren Halt findet, kann die Verschwenkung durch ein Reibungselement oder ein Rastelement mit mehreren Raststufen gehemmt werden. Dann bleibt die Leuchte auch bei Durchfahren eines Schlagloches in der gewünschten Position. Zusätzlich kann ein Stoßdämpfer vorgesehen werden, der bei einem Zurückschwenken der Leuchte im Falle des Aufpralls auftretende Kräfte abzubauen hilft. Ein solcher Stoßdämpfer ist auch sinnvoll, wenn eine selbsttätige Ausrichtung der Leuchte vorgesehen wird, dazu kann z. B. der Schwerpunkt der Leuchte tiefer als die Verschwenkachse des jeweiligen Gelenkes angeordnet werden. Dadurch weist der austretende Lichtstrahl nach Beendigung der Schwenkbewegung stets in die gewünschte Richtung.
In einer sehr komfortablen Ausführungsform kann die Ausrichtung der Leuchten je nach aktueller Stellung des Kopfes - auch automatisch erfolgen. Dazu ist ein selbsttätiger Verschwenkantrieb für die Leuchten erforderlich.
Als eine Ausführungsform schlägt die Erfindung vor, dass an einer Seitenfläche ein Pendelarm verschwenkbar befestigt ist, der mechanisch oder pneumatisch mit den verschwenkbaren Leuchten verbunden ist und bei senkrecht nach unten weisendem Pendelarm die Leuchten in die gewünschte Richtung strahlen.
Wenn ein solches Pendel an der Längsseite des Sturzhelmes angebracht wird, wird damit ein Nicken des Kopfes nach vorn oder nach hinten ausgeglichen.
Für die Verbindung von Pendelarm und verschwenkbaren Leuchten schlägt die Erfindung als eine Ausführungsvariante eine pneumatische Verbindung vor. Sowohl am Pendelarm als auch an jeder Leuchte muss dazu ein kleiner Pneumatikzylinder oder - noch einfacher - ein Faltenbalg oder ein Rollbalg befestigt werden. Diese Pneumatikelemente sind durch kleine Luftschläuche miteinander verbunden. Der Vorteil ist, dass die Luftschläuche kostengünstig sind und ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Schutzwirkung des Sturzhelmes - z. B. in der Fuge zwischen Innen- und Außenschale verlegt werden können.
Eine andere Verbindung zwischen Pendelarm und Leuchten ist eine Mechanik, entweder über Druck- und Zugstangen oder über Seilzüge oder Ketten. Denkbar ist auch eine elektromotorische Verschwenkung jeder einzelnen Leuchte. Über einen Lagesensor und eine E-lektronikbaugruppe zur Auswertung des Lagesensors wird dann der Elektromotor die Leuchte entsprechend verschwenken.
Eine andere Möglichkeit zum Ausgleich von Bewegungen des Kopfes sind mehrere Lichtquellen in einer Leuchte, von denen jeweils nur diejenige aktiviert wird, die etwa in die zurzeit gewünschte Richtung strahlt.
Diese Einrichtungen zum Ausgleich von Bewegungen des Kopfes basieren nach aktuellem Stand der Technik auf bekannten Hilfsmitteln, sind aber dennoch vergleichsweise komplex und daher störanfällig.
Um die Störanfälligkeit so gering wie nur möglich zu halten, schlägt die Erfindung als eine Ausführungsvariante vor, dass jede Leuchte eine autonome Funktionseinheit ist, dass also in jede Leuchte eine Lichtquelle wie z. B. eine LED, eine Glühbirne oder eine OLED integriert ist und dass eine Energiequelle wie z. B. eine Batterie und dass ebenfalls ein Schalter in das Gehäuse der Leuchte eingebaut sind.
Für eine optimale Bündelung der Lichtstrahlen empfiehlt die Erfindung, dass in die Leuchte Linsen eingebaut sind, welche das abgestrahlte Licht bündeln.
Da es sich im Straßenverkehr weltweit durchgesetzt hat, dass an der Vorderseite meist weißes oder hellgelbes Licht abgestrahlt wird und an der Rückseite rotes, ist es sinnvoll auch die Leuchten eines erfindungsgemäßen Sturzhelmes an der Vorderseite weißes oder schwach gelbes Licht und an der Rückseite rotes Licht aussenden zu lassen.
Falls mehrere Leuchten an einen Sturzhelm anmontiert werden soll, können die Traversen benachbarter Öffnungen zu einem gemeinsamen Leuchtenträger verbunden werden, der auf der Außenschale verläuft. Wenn dieser Leuchtenträger nur recht flach gearbeitet ist, also kaum über die Kontur des Sturzhelmes hinausragt, behindert er die optimale Sicherung im Aufprall kaum.
Für Sturzhelme, die auch bei widrigen Witterungsverhältnissen eingesetzt werden sollen, wie z. B. Regen, Schneetreiben oder Kälte, ist es sinnvoll, dass keine zusätzlichen Öffnungen zum Eintritt von Luft vorhanden sind, durch die dann ebenfalls Schnee oder Regen eindringen könnte. Alle erforderlichen Öffnungen in der Innenschale sollten dann sogar an ihrer Innenseite zusätzlich verschlossen werden. Damit dieser Verschluss weiter atmungsaktiv bleibt, kann er z. B. als eine textile Schicht ausgeführt werden, die feuchte Luft vom Kopf nach außen hin austreten lässt aber kaum von außen eindringende Feuchtigkeit durchlässt.
Als eine andere oder zusätzliche Belüftungsmöglichkeit kann der Helm mit einem Lüfter ausgerüstet werden, welcher Umgebungsluft ansaugt und durch Röhren, Schläuche oder andere Kanäle innerhalb der Innenschale auf die Innenfläche verteilt.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann an den beiden Längsseiten eines Sturzhelmes je eine Leuchte mit blinkender Lichtquelle angeordnet werden. Diese Blinkleuchten können als Fahrtrichtungsanzeiger dienen. Um sie aus- und einzuschalten schlägt die Erfindung eine drahtlose Aktivierung und Ausschaltung vor, z. B. von der Lenkstange eines Fahrrades aus.
Skateboard- oder Inline-Fahrer können die Blinkleuchte ebenso wie die nach vorn oder nach hinten weisenden Leuchten durch einen Schalter direkt an der Leuchte aktivieren.
In einer Ausführungsvariante sind beide Auflageflächen der Traverse nicht nur mit der Außenschale sondern auch mit der Innenschale verklebt. In Abhängigkeit von der Dimensionierung der einzelnen Komponenten werden dadurch die Stabilität des Sturzhelms sowie auch die Stabilität der Leuchtenbefestigung weiter erhöht. Sofern der zum Verkleben genutzte Flächeanteil der Innenschale in einem spitzen Winkel zur Kontur des Sturzhelmes verläuft und deshalb trotz einer relativ großen Klebefläche oder aus einem anderen, konstruktiven Grund die Traverse nur mit einem relativ geringen Maß in die weiche Innenschale hineinragt, wird im Falle eines Sturzes die passive Wirksamkeit des Komprimierens der weichen Innenschale nicht nennenswert behindert.
Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden. Diese sollen die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Die obere Leuchte 2 befindet sich noch im eingeschwenkten Zustand, in dem sie etwa in der Ebene der Außenschale 11 des Sturzhelms liegt.
Die beiden unteren Leuchten 2 sind gegenüber der Traverse 3 so weit verschwenkt, dass ihre Lichtaustrittsfläche 21 in Fahrtrichtung nach vorne bzw. nach hinten weist und dadurch Lichtstrahlen 22 in Bewegungsrichtung (z. B. für Fahrbahnbeleuchtung) und entgegen der Bewegungsrichtung (z. B. als Rücklicht) aussenden.
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In der dargestellten, autonomen Version, also mit einem integrierten Energiespeicher sind die erfindungsgemäßen Traversen 3 mit den daran schwenkbar befestigten Leuchten 2 auch für die Nachrüstung von existierenden Helmen geeignet. In dieser Variante werden empfindliche Kabelverbindungen und externe Batteriehalterungen und Schalter, die empfindlich gegen Schweiß und Erschütterungen sind, eingespart.
In
In sechs Öffnungen 13 der Außenschale 11 ist jeweils eine Leuchte 2 mittels einer Traverse 3 befestigt. Zu erkennen ist, wie die Traverse 3 über die Öffnung 13 hinausragt und im Bereich der Außenschale 11 aufliegt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen vier Leuchten 2 nach vorne und zwei Leuchten 2 nach hinten. Die beiden äußeren, nach vorne weisenden Leuchten sind noch in die Kontur der Außenschale 11 eingeschwenkt, sodass die Leuchten noch nicht parallel zu den anderen beiden Leuchten 2 strahlen könnten.
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