EP0127811A2 - Sturzhelm - Google Patents

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EP0127811A2
EP0127811A2 EP84105497A EP84105497A EP0127811A2 EP 0127811 A2 EP0127811 A2 EP 0127811A2 EP 84105497 A EP84105497 A EP 84105497A EP 84105497 A EP84105497 A EP 84105497A EP 0127811 A2 EP0127811 A2 EP 0127811A2
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EP
European Patent Office
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helmet
helmet according
depressions
bumps
calotte
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Application number
EP84105497A
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English (en)
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EP0127811A3 (de
Inventor
Christian Zahn
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.)
Schuberth Werk GmbH and Co KG
Original Assignee
Schuberth Werk GmbH and Co KG
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Publication date
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    • 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
    • A42B3/06—Impact-absorbing shells, e.g. of crash helmets
    • A42B3/062—Impact-absorbing shells, e.g. of crash helmets with reinforcing means
    • A42B3/065—Corrugated or ribbed shells
    • 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
    • A42B3/0493—Aerodynamic helmets; Air guiding means therefor

Definitions

  • the invention relates to a helmet with a preferably approximately spherical cap.
  • Crash helmets are mainly used by motorcyclists who want to protect their head from damage from impact or shock in the event of an accident.
  • the helmets have been manufactured with predominantly approximately spherical, but also partially oval, plastic domes, which form the outer impact and shockproof shell of the helmet.
  • the calotte is provided with a soft interior that lies against the head of the helmet wearer.
  • the calotte has a chin strap which is intended to protect the chin area of the helmet wearer.
  • the calotte is provided with a viewing opening that can be covered with a visor disc.
  • Such a full-face helmet cannot fall below certain spatial minimum dimensions because of the high demands on the comfort and the shock-absorbing properties of the interior. Because of its relative size, the helmet is therefore an object that - at least at higher speeds - abilities - forms a noticeable air resistance and therefore exerts considerable forces on the helmet wearer, which must be absorbed by the neck muscles. As a result, the helmet wearer experiences fatigue during long journeys at high speed, which is caused by the tension in the neck muscles.
  • the aim has always been to give the helmet a shape that is as favorable as possible in terms of flow.
  • the surface of the helmet was therefore made as smooth as possible, which was easy to implement, especially with the plastic dome.
  • the possibility of changing the approximate spherical shape of the spherical cap to improve the aerodynamics is limited on the one hand because of the head shape of the helmet wearer, and on the other hand because the helmet wearer must be able to turn his head without difficulty while driving in order to observe the traffic situation.
  • the invention is therefore based on the object of designing a helmet in such a way that the flow resistance of the helmet is reduced at high speeds.
  • the surface of the helmet according to the invention is not made as smooth as possible in order to enable the air flow to be as laminar as possible, but rather has the unevenness formed by elevations and / or depressions which cause the air flow to swirl on the surface produce and prevent the formation of a laminar air flow.
  • a good, desired swirling occurs on the surface of the spherical cap if the unevenness is formed by depressions.
  • the depressions are preferably trough-shaped formed and have a circular cross section, which, however, can be elliptically distorted for technical reasons.
  • the maximum depth of the depressions and the size of the diameter must be selected so that, in relation to the size of the helmet, the negative pressure on the back of the helmet is optimally reduced at high speeds, but this must not lead to a strong increase in the frictional resistance caused by the wind.
  • the reduction according to the invention of the total rearward forces occurring on the helmet has occurred with depressions distributed over the entire helmet, the maximum depth of which was approximately 1.2 to 1.4 mm and the diameter of which was approximately 15 to 16 mm.
  • the depressions can be distributed tightly over the entire surface of the helmet.
  • Such a design of the helmet leaves practically no preferred direction for the helmet. If the helmet wearer turns his head to observe, for example, lateral traffic, this does not significantly increase the forces on the helmet.
  • the advantage of the slight increase in helmet forces on the head when turning the head can always be achieved if the arrangement of the bumps from the front and from the side is approximately the same, it not being necessary for the entire surface of the helmet to be provided with depressions.
  • the bumps according to the invention can also be formed by elevations. However, these must also be distributed with a certain uniformity, at least in fields, over the helmet surface in order to achieve a swirling of the air flow on the surface.
  • the bumps according to the invention can be produced very easily if they are formed by flattening the curved dome surface. This also causes the air flow to swirl to a certain extent. Therefore, the contour of the flats can be circular or elliptical or also be polygonal, in the latter case a somewhat greater depth of the flattening can be achieved.
  • a polygonal depression can be created with flat surfaces converging towards one another, which thus form a prismatic depression.
  • FIG. 1 shows an integral helmet with an approximately spherical cap 1, the front cutout 2 of which can be covered by means of a visor disk 4 located on a visor bracket 3.
  • the outer surface of the calotte 1 is provided over the entire area with circular depressions 5 which are adjacent to one another at a distance.
  • the depressions 5 are also on the visor bracket 3, but for optical reasons not on the visor disk 4.
  • Figure 2 illustrates that the recesses 5 are trough-shaped, that is, their depth increases continuously from the edge to a maximum depth and from there to the opposite takes the edge off again. Since the depressions have a circular contour in the top view, they are designed to be rotationally symmetrical about their center.
  • the maximum depth of the depressions 5 is 1.2 to 1.4 mm and the diameter is approximately 15 mm.
  • Figure 3 shows an embodiment of the unevenness, which is very easy to manufacture technically.
  • the unevenness is formed here only by flattening 5 'in the curved surface 6 of the spherical cap 1. These flattenings 5 'can be viewed as depressions, but also as elevations if the helmet surface between the lowest points T is viewed.
  • contour of these flats 5 ' can be circular, so that there is an appearance of the helmet, which is shown in Figure 1.
  • the contours can also be polygonal.
  • FIG. 4 shows in section depressions 5 ", the center of which forms the deepest point T and which consists of planes 7 which are inclined with respect to one another and which meet at point T.
  • prismatic depressions 5" are formed, the contour of which is polygonal. Exemplary embodiments of these contours are shown in FIG. 5.
  • Figure 5a shows a quadrangular contour with four flat surfaces 7 ''
  • Figure 5b shows a triangular contour with three flat surfaces 7 ''
  • Figure 5c shows a hexagonal contour with six flat surfaces 7 '' '.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Helmets And Other Head Coverings (AREA)

Abstract

Bei einem Sturzhelm mit einer vorzugsweise annähernd kugelförmigen Kalotte (1) wird bei höheren Geschwindigkeiten eine Verminderung der am Helm angreifenden Windkräfte dadurch erreicht, daß die äußere Oberfläche der Kalotte (1) eine Verwirbelung der Luftströmung an der Oberfläche produzierende, nebeneinander angeordnete Unebenheiten (5, 5', 5") aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sturzhelm mit einer vorzugsweise annähernd kugelförmigen Kalotte.
  • Sturzhelme werden ganz überwiegend von Motorradfahrern benutzt, die bei einem eventuellen Unfall ihren Kopf vor Beschädigungen durch Stoß oder Schlag schützen wollen. Seit längerer Zeit wer- den die Sturzhelme mit vorwiegend angenähert kugelförmigen, teilweise aber auch langovalen Kunststoffkalotten hergestellt, die die äußere schlag- und stoßfeste Schale des Sturzhelms bilden. Die Kalotte ist mit einer weichen Innenausstattung versehen, die am Kopf des Helmträgers anliegt. Im Falle eines Integralhelmes weist die Kalotte einen Kinnbügel auf, der die Kinnpartie des Helmträgers schützen soll. Oberhalb des Kinnbügels ist die Kalotte mit einer Sichtöffnung versehen, die mit einer.Visierscheibe abdeckbar ist.
  • Ein derartiger Integralhelm kann wegen der hohen Anforderungen an die Bequemlichkeit und die stoßabsorbierenden Eigenschaften der Innenausstattung bestimmte räumliche Mindestmaße nicht unterschreiten. Wegen seiner relativen Größe stellt der Sturzhelm daher einen Gegenstand dar, der - zumindest bei höheren Geschwin-digkeiten - einen merklichen Luftwiderstand bildet und daher nicht unerhebliche Kräfte auf den Helmträger ausübt, die von dessen Nackenmuskulatur aufgefangen werden müssen. Als Folge hiervon treten bei längeren Fahrten mit hoher Geschwindigkeit Ermüdungserscheinungen bei dem Helmträger auf, die durch die Anspannung der Nackenmuskulatur verursacht werden.
  • Um die durch den Fahrtwind auf den Helm ausgeübten Kräfte möglichst gering zu halten, ist immer angestrebt worden, dem Sturzhelm eine strömungstechnisch möglichst günstige Form zu geben. Zur Erzielung einer möglichst reibungsarmen, laminaren Strömung ist die Oberfläche des Helmes daher so glatt wie möglich ausgeführt worden, was insbesondere bei den Kunststoffkalotten leicht zu realisieren war.
  • Die Möglichkeit der Änderung der angenäherten Kugelform der Kalotte zur Verbesserung der Aerodynamik ist begrenzt einerseits wegen der Kopfform des Helmträgers, andererseits wegen der Notwendigkeit, daß der Helmträger seinen Kopf während der Fahrt ohne Schwierigkeiten drehen können muß, um das Verkehrsgeschehen zu beobachten.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sturzhelm derart auszugestalten, daß der Strömungswiderstand des Sturzhelms bei hohen Geschwindigkeiten verringert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die äußere Oberfläche der Kalotte eine Verwirbelung der Luftströmung an der Oberfläche produzierende, nebeneinander angeordnete Unebenheiten aufweist.
  • In überraschender Weise ist die Oberfläche des erfindungsgemäßen Sturzhelms nicht möglichst glatt ausgeführt, um eine möglichst laminare Luftströmung zu ermöglichen, sondern weist die durch Erhöhungen und/oder Vertiefungen gebildeten Unebenheiten auf, die eine Verwirbelung der Luftströmung an der Oberfläche produzieren und die Ausbildung einer laminaren Luftströmung verhindern.
  • Obwohl eine verwirbelte Luftströmung einen höheren Reibungswiderstand erzeugt, haben Versuche ergeben, daß bei höheren Geschwindigkeiten mit dem erfindungsgemäßen Sturzhelm insbesondere bei angenähert kugelförmigen Kalotten deutlich geringere Kräfte auf den Helmträger ausgeübt werden, so daß die erforderliche Anspannung der Nackenmuskulatur verringert wird. Der möglicherweise etwas höher liegende Luftwiderstand des erfindungsgemäßen Sturzhelmes bei niedrigen Geschwindigkeiten ist für den Sturzhelmträger praktisch nicht merkbar, weil die bei niedrigen Geschwindigkeiten auftretenden Kräfte sehr gering sind.
  • Eine Erklärung für die überraschende Wirkung, daß trotz der Un- ebenheiten an der Oberfläche der Helmkalotte bei hohen Geschwindigkeiten ein niedrigerer Strömungswiderstand erzeugt wird, kann darin liegen, daß bei einer glatten Oberfläche eine im wesentlichen laminare Strömung von der Vorderseite des Helmes bis zur Höhe des größten Durchmessers entsteht, während insbesondere bei angenähert kugelförmigen Kalotten zur Rückseite hin eine starke Verwirbelung eintritt, weil auf der Rückseite des Helmes ein starker Unterdruck entsteht. Die Druckdifferenz zwischen Helmvorderseite und Helmrückseite ist daher sehr groß und führt zum Auftreten großer Kräfte, die den Helm nach hinten ziehen. Bei der erfindungsgemäßen Kalotte entsteht dagegen eine Verwirbelung an der Oberfläche, die die Stärke des Unterdrucks auf der Helmrückseite verringert. Die wesentliche Verringerung der Druckdifferenz zwischen Helmvorderseite und Helmrückseite führt trotz der etwas höheren Reibungsverluste an der Helmoberfläche zu einer Verringerung der am Helm angreifenden, nach hinten gerichteten Kräfte.
  • Eine gute, gewünschte Verwirbelung tritt an der Oberfläche der Kalotte ein, wenn die Unebenheiten durch Vertiefungen gebildet sind. Dabei sind die Vertiefungen vorzugsweise muldenförmig ausgebildet und weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf, der allerdings aus formtechnischen Gründen elliptisch verzerrt sein kann. Die maximale Tiefe der Vertiefungen sowie die Größe des Durchmessers müssen so gewählt werden, daß in Relation zur Helmgröße eine den Unterdruck auf der Helmrückseite bei hohen Geschwindigkeiten optimal vermindernde Verwirbelung eintritt, die aber nicht zu einer starken Erhöhung des Reibungswiderstandes durch den Fahrtwind führen darf. Die erfindungsgemäß angestrebte Verringerung der am Helm auftretenden, nach hinten gerichteten Gesamtkräfte hat sich bei über den gesamten Helm verteilten Vertiefungen eingestellt, deren maximale Tiefe etwa 1,2 bis 1,4 mm betrug und deren Durchmesser etwa 15 bis 16 mm war.
  • Die Vertiefungen können über die gesamte Oberfläche des Helmes dicht an dicht verteilt sein. Eine derartige Ausbildung des Helmes läßt für den Helm praktisch keine Vorzugsrichtung entstehen. Wendet der Helmträger seinen Kopf, um beispielsweise den seitlichen Verkehr zu beobachten, tritt hierdurch keine wesentliche Erhöhung der am Helm entstehenden Kräfte auf. Der Vorteil der geringen Erhöhung der Helmkräfte am Kopf beim Drehen des Kopfes läßt sich immer dann erreichen, wenn die Anordnung der Unebenheiten von vorn und von der Seite etwa gleich ist, wobei nicht die gesamte Oberfläche des Helmes mit Vertiefungen versehen sein muß.
  • Die erfindungsgemäßen Unebenheiten können auch durch Erhöhungen gebildet sein. Diese müssen jedoch ebenfalls in einer gewissen Gleichmäßigkeit zumindest in Feldern über die Helmoberfläche verteilt sein, um eine Verwirbelung der Luftströmung an der Oberfläche zu erreichen.
  • Die erfindungsgemäßen Unebenheiten lassen sich sehr einfach herstellen, wenn sie durch Abflachungen der gewölbten Kalottenfläche gebildet sind. Auch hierdurch kommt es bereits in einem gewissen Maße zu einer Verwirbelung der Luftströmung. Daher kann die Kontur der Abflachungen kreisförmig bzw. elliptisch oder auch vieleckig ausgebildet sein, wobei sich im letzteren Fall eine etwas größere Tiefe der Abflachung erzielen läßt.
  • In ähnlicher Weise läßt sich eine vieleckige Vertiefung mit aufeinander zulaufenden ebenen Flächen erstellen, die somit eine prismatische Vertiefung bilden.
  • Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Figur 1 - eine Seitenansicht eines Integralhelms mit dicht an dicht über die Oberfläche verteilten Vertie- fungen
    • Figur 2 - einen Schnitt durch ein Stück der Helmkalotte aus Figur 1
    • Figur 3 - einen der Figur 2 entsprechenden Schnitt durch ein Stück einer Helmkalotte mit lediglich durch Abflachungen gebildeten Unebenheiten
    • Figur 4 - einen Schnitt durch ein Stück einer Helmkalotte mit prismatischen Vertiefungen
    • Figur 5 - Ansichten auf Konturen von mehreckigen prismatischen Vertiefungen.
  • Figur 1 zeigt einen Integralhelm mit einer angenähert kugelförmigen Kalotte 1, deren vorn befindlicher Sichtausschnitt 2 mit Hilfe einer an einem Visierbügel 3 befindlichen Visierscheibe 4 abdeckbar ist.
  • Die äußere Oberfläche der Kalotte 1 ist ganzflächig mit kreisförmigen Vertiefungen 5 versehen, die mit Abstand zueinander benachbart sind. Die Vertiefungen 5 befinden sich auch auf dem Visierbügel 3, aus optischen Gründen jedoch nicht auf der Visierscheibe 4.
  • Figur 2 verdeutlicht, daß die Vertiefungen 5 muldenförmig ausgebildet sind, ihre Tiefe also stetig vom Rand bis zu einer maximalen Tiefe zunimmt und von dort stetig zum gegenüberliegenden Rand wieder abnimmt. Da die Vertiefungen in der Draufsicht eine kreisförmige Kontur aufweisen, sind sie um ihren Mittelpunkt rotationssymmetrisch aufgebildet.
  • Es ist allerdings auch möglich, die Vertiefungen 5 so auszubilden, daß sie vom Rand aus relativ schnell eine gewisse Tiefe erreichen und daß diese Tiefe zur Mitte der Vertiefung 5 hin etwa konstant bleibt oder nur noch sehr wenig zunimmt.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel, das bei praktischen Erprobungen eine erhebliche Kräfteverminderung gegenüber konventionellen Helmen ergeben hat, ist die maximale Tiefe der Vertiefungen 5 1,2 bis 1,4 mm und der Durchmesser ca. 15 mm groß.
  • Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Unebenheiten, die sich formtechnisch sehr einfach herstellen läßt. Die Unebenheiten sich hierbei durch lediglich Abflachungen 5' inder gewölbten Oberfläche 6 der Kalotte 1 gebildet. Diese Abflachungen 5' können als Vertiefungen angesehen werden, aber auch als Erhebungen, wenn die Helmoberfläche zwischen den niedrigsten Punkten T betrachtet wird.
  • Die Kontur dieser Abflachungen 5' kann kreisförmig sein, so daß sich ein Aussehen des Helms ergibt, die in Figur 1 dargestellt ist. Die Konturen können aber auch vieleckig ausgebildet sein.
  • Figur 4 zeigt im Schnitt Vertiefungen 5", deren Mittelpunkt die tiefste Stelle T bildet und die aus Ebenen, zueinander geneigten Flächen 7 besteht, die sich im Punkt T treffen. Hierdurch werden prismatische Vertiefungen 5" gebildet, deren Kontur vieleckig ist. Ausführungsbeispiele dieser Konturen sind in Figur 5 dargestellt. Figur 5a zeigt eine viereckige Kontur mit vier ebenen Flächen 7', Figur 5b eine dreieckige Kontur mit drei ebenen Flächen 7'' und Figur 5c eine sechseckige Kontur mit sechs ebenen Flächen 7'''.

Claims (15)

1. Sturzhelm mit einer vorzugsweise annähernd kugelförmigen Kalotte (1), dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der Kalotte (1) eine Verwirbelung der Luftströmung an der Oberfläche produzierende, nebeneinander angeordnete Unebenheiten (5,5',5") aufweist.
2. Sturzhelm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten (5,5',5") durch Vertiefungen gebildet sind.
3. Sturzhelm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (5) muldenförmig ausgebildet sind.
4. Sturzhelm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (5,5') eine kreisförmige Kontur aufweisen.
5. Sturzhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch.gekennzeichnet, daß die Unebenheiten (5,5',5") im wesentlichen über die gesamte Oberfläche der Kalotte (1) verteilt sind.
6. Sturzhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten (5,5',5") nur auf einem Teil der Oberfläche angeordnet sind.
7. Sturzhelm nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten (5,5',5") in gleichmäßiger Dichte angeordnet sind.
8. Sturzhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im vorderen Bereich der.Kalotte (1) Vertiefungen (5,5',5") nur in geringerer Dichte vorgesehen sind.
9. Sturzhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß im vorderen Bereich der Kalotte (1) keine Vertiefungen (5,5',5") vorgesehen sind.
10. Sturzhelm nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (5,5',5") eine maximale Tiefe von ca. 1,2 bis 1,4 mm aufweisen.
11. Sturzhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (5,5',5") einen Durchmesser von .ca. 15 mm aufweisen.
12. Sturzhelm nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten durch ebene Abflachungen (5') der gewölbten Kalottenoberfläche gebildet sind.
13. Sturzhelm nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen (5') eine kreisförmige oder elliptische Kontur aufweisen.
14. Sturzhelm nach Anspruch 12,_dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen (5') eine vieleckige Kontur aufweisen.
15. Sturzhelm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (5") prismatisch ausgebildet sind.
EP84105497A 1983-06-04 1984-05-15 Sturzhelm Withdrawn EP0127811A3 (de)

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DE3320301 1983-06-04
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EP0127811A3 EP0127811A3 (de) 1985-01-23

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CA (1) CA1222852A (de)
DE (2) DE3320301C1 (de)
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