DE4445219A1 - Einrichtung zur Sicherung des Kopfes und der Halswirbelsäule von Fahrzeugführern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Sicherung des Kopfes und der Halswirbelsäule von Fahrzeugführern, vorzugs­ weise des mit einem Schutzhelm versehenen Kopfes von Führern von Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen, insbesondere von Rennfahr­ zeugen, Rennbooten, Flugzeugen uvm.

Gegenwärtig sind eine Reihe von Sicherheitseinrichtungen zum Schutz von Fahrzeugführern von Rennfahrzeugen für den Fall von Kollision mit anderen Fahrzeugen oder mit Streckensicherungs­ einrichtungen vorgesehen. Solche Sicherungseinrichtungen be­ stehen einerseits aus einem Rückhaltesystem für den Körper des Fahrzeugführers mit Sicherheitsgurten und andererseits aus einer entsprechenden Sicherheitsausrüstung des Fahrzeuges selbst. Das sind beispielsweise zusätzliche Verstärkungen der Karosserie und Überrollbügel, die beispielsweise bei Über­ schlägen des Fahrzeuges verhindern sollen, daß der Kopf oder die Halswirbelsäule des Fahrzeugführers übermäßig belastet wird.

Zusätzlich ist es jedoch erforderlich, den Kopf des Fahrzeug­ führers durch einen Schutzhelm besonders zu schützen, um Gefährdungen des Kopfes beim Aufprall auf Teile der Karosserie zumindest zu verringern. Die gefürchtete Peitschenwirkung, d. h. das Zurückschlagen des Kopf es, kann durch Kopfstützen wirkungsvoll reduziert werden, nicht aber die Beschleunigung des Kopfes in Fahrtrichtung.

Bei Kraftfahrzeugen für den Straßenverkehr werden zum Schutz des Kopfes vor einem Aufprall auf das Lenkrad oder das Arma­ turenbrett an Stelle des Schutzhelmes zunehmend Airbags ver­ wendet. Diese Airbags sind jedoch für Rennfahrzeuge auf Grund der im normalen Betriebsfall auftretenden hohen Beschleuni­ gungswerte und der daraus resultierenden Gefahr der Fehlaus­ lösung nicht geeignet und würden zu einer unerwünschten Er­ höhung des Gesamtgewichtes des Rennfahrzeuges führen. Aus diesem Grund ist der Kopf von Führern von Rennfahrzeugen besonders gefährdet, da bei einem Frontalaufprall auf ein Hindernis zwar der Körper des Fahrzeugführers ausreichend zurückgehalten wird, aber der Kopf erheblichen Beschleuni­ gungskräften ausgesetzt ist, die unter Umständen zum Genick­ bruch führen können. Ähnliche starke Belastungen treten auch dann auf, wenn das Rennfahrzeug beispielsweise im spitzen Winkel auf eine Streckenbegrenzung auffährt. In diesem Fall treten erhebliche Querbeschleunigungen auf, die im ungünstig­ sten Fall zu einem Schleudertrauma führen können. Die Folge sind erhebliche körperliche Beeinträchtigungen oder auch dauerhafte Schäden, wie Querschnittslähmungen oder ähnliche Dauerschäden.

Aus der DE 43 06 555 A1 ist nun ein Kopfkappen-Rückhalte- Sicherungsgurt für Autofahrer mit Befestigung an der Kopf­ stütze der Vordersitze und der Rücksitze bekannt geworden. Bei dieser Lösung ist ein Sicherheitsgurt im unteren Rand einer Kopfkappe eingearbeitet, dessen beiden Enden mit einem Ver­ schluß versehen an der Kopfstütze befestigt oder lediglich um diese herumgelegt sind. Mit dieser sehr einfachen Lösung kann der Kopf des Fahrers oder eines anderen Insassen des Fahr­ zeuges bei einem Frontalaufprall relativ gut gesichert werden. Die Kopfkappe verhindert in Verbindung mit dem eingearbeiteten Sicherheitsgurt, daß der Kopf bei einer starken Verzögerung des Fahrzeuges nach vorn geschleudert wird, wobei allerdings Verletzungen durch die hohen Beschleunigungen und die dadurch auftretenden Flächenpressungen im Stirnbereich möglich sind. Außerdem ist eine solche Kopfkappe relativ unbequem und kann leicht vom Kopf heruntergerissen werden, so daß die erwünschte Schutzwirkung nicht erreicht wird.

Die Verwendung einer solchen Einrichtung zum Schutz von Führern von Rennfahrzeugen ist nicht möglich, da diese üb­ licherweise einen Schutzhelm in Form eines Integralhelmes benutzen müssen, unter dem eine derartige Schutzkappe nicht getragen werden kann, da die beiden Enden des Sicherheits­ gurtes nur unterhalb des unteren Randes des Schutzhelmes herausgeführt werden können. Das würde bedeuten, daß der Sicherheitsgurt den Schutzhelm bei einer starken Verzögerung nach oben vom Kopf abhebeln würde, was die Schutzwirkung des Schutzhelmes beeinträchtigen würde.

Darüberhinaus können mit einer derartigen Lösung die in Quer­ richtung möglichen Beschleunigungen, wie bei einem seitlichen Aufprall auf ein Hindernis, nicht abgefangen werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung zur Sicherung des Kopfes von Fahrzeugführern, vor­ zugsweise des mit einem Schutzhelm versehenen Kopfes von Führern von Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen, insbesondere von Rennfahrzeugen, Rennbooten, Flugzeugen uvm., zu schaffen, die einen zuverlässigen Schutz des Kopfes, bzw. der Halswirbel, vor übermäßigen Beanspruchungen bietet und die dennoch einen ausreichenden Bewegungsspielraum im normalen Betriebsfall gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schutzhelm im Normalfall unter geringer Krafteinwirkung im Fahrzeug räumlich festgelegt ist, wobei die Resultierende der Kräfte Null oder nahezu Null ist und daß der Schutzhelm beim Auftreten von Quer- und/oder Längsbeschleunigungen räumlich fixiert ist.

Durch diese einfache Lösung wird erreicht, daß der Führer des Fahrzeuges seinen Kopf bei normaler Fahrt frei und nahezu ohne Behinderung bewegen kann. Eine störende oder ermüdende Be­ lastung des Kopfes tritt nicht auf. Treten erhebliche Be­ schleunigungskräfte in irgend einer Richtung auf, so ist der Schutzhelm und damit der Kopf, bzw. die Halswirbelsäule, sicher geschützt, da keine übermäßigen ruckartigen Kräfte auftreten können.

In einer Fortbildung der Erfindung erfolgt die Krafteinleitung oder Fixierung, in Fahrtrichtung gesehen, wenigstens beid­ seitig des Schutzhelmes, so daß auch Verdrehungen der Hals­ wirbelsäule sicher vermieden werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Krafteinleitung federelastisch erfolgt.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist seitlich und diametral gegenüberliegend jeweils ein Sicherheitsgurt am Schutzhelm befestigt, dessen anderes Ende mit einem Karos­ serieelement seitlich des Schutzhelmes verbunden ist. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung läßt sich auf besonders einfache und billige Weise ein sehr sicherer Schutz des Fahr­ zeugführers erreichen. Als Sicherheitsgurte können handels­ übliche Sicherheitsgurte Verwendung finden. Die Sicherheits­ gurte sollten in der Normallage miteinander fluchten, so daß sich der Schutzhelm, bzw. der Kopf des Fahrers, beim Auftreten eines Unfalles, beispielsweise eines Aufpralles auf ein Hin­ dernis, durch die Beschleunigungskräfte geringfügig in Be­ schleunigungsrichtung bewegen kann, wodurch die Energieab­ sorption gedämpft erfolgt. Die Normallage ist dann gegeben, wenn der Fahrzugführer seine normale Sitzposition eingenommen hat und keine übermäßigen Beschleunigungskräfte auf den Kopf des Fahrzeugführers einwirken.

Um das Ein- oder Aussteigen des Fahrers, bzw. dessen Bergung zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn die Sicherheitsgurte lösbar mit dem Schutzhelm verbunden sind. Das kann durch üb­ liche Gurtschlösser erfolgen, die seitlich am Schutzhelm an­ geordnet sind.

In einer Variante der Erfindung sind die Gurtschlösser mit einer Verzögerungsschaltung versehen, die die Gurtschlösser nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach einer extremen Be­ schleunigung selbsttätig öffnet. Dadurch kann eine besonders schnelle Bergung des Fahrers im Notfall erfolgen.

Eine weitere Verbesserung der Handhabbarkeit wird erreicht, wenn die Sicherheitsgurte mit einer Aufrollautomatik versehen sind, die an den Karosserieelementen befestigt ist. Dadurch kann der Fahrer seinen Kopf nahezu ungehindert in jede Rich­ tung bewegen, so daß der Schutzhelm auch bei einer ungünstigen Kopfhaltung sicher festgehalten werden kann, wenn eine extreme Beschleunigung in irgend einer Richtung auftritt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die freien Enden der Sicherheitsgurte mit einem im Kopfbereich befindlichen Über­ rollbügel oder Sitzrahmen verbunden sind. Dazu ist der Über­ rollbügel oder Sitzrahmen jeweils außenseitig mit einer Gurt­ befestigungs-Platte versehen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Gurt­ befestigungs-Platten geringfügig höher angeordnet, als die Gurtschlösser, so daß der Schutzhelm, bzw. der Kopf des Fahrers besonders sicher in der günstigsten Position gehalten wird. Außerdem werden die Halswirbel durch die im Normalfall nach oben gerichtete resultierende Kraftkomponente entlastet.

Eine weitere Erhöhung der Sicherheit wird erreicht, wenn die Sicherheitsgurte um einen vorgegebenen Betrag plastisch ver­ formbar sind, so daß die Aufprallenergie durch die Dehnung des Gurtes verbraucht wird und somit die durch das Ansprechen der Sicherheitsgurte auf den Kopf einwirkende Verzögerung gedämpft wird.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung einer Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Sicherung des Kopfes von Fahrzeugführern, bei der an einem Überrollbügel 1 eines Rennfahrzeuges etwa in Kopfhöhe zwei Gurtbefestigungs- Platten 2, 3 jeweils auf der Außenseite befestigt sind. Es ist auch möglich, die Gurtbefestigungs-Platten 2, 3 sinngemäß an einem Sitzrahmen zu befestigen. An diesen Gurtbefestigungs- Platten 2, 3 ist jeweils eine Automatik-Gurtrolle 4, 5 für einen Sicherheitsgurt 6, 7 in der Weise montiert, daß die Sicherheitsgurte 6, 7 nach innen in Richtung zum Kopf des Fahrers, der mit einem Schutzhelm 8 ausgestattet ist, gezogen werden können.

Der Schutzhelm 8 ist auf beiden Seiten mit jeweils einem Gurt­ schloß 9, 10 zur Aufnahme der an den Sicherheitsgurten 6, 7 befindlichen Steckschlösser 11, 12 ausgestattet.

Wird nun der Schutzhelm 8 nach Besteigen des Fahrzeuges durch den Fahrer mittels der Sicherheitsgurte 6, 7 fixiert, so kann eine hohe Sicherheit des Fahrers bei einem Unfall gewähr­ leistet werden. Da die Automatik-Gurtrollen 4, 5 bei größeren Verzögerungen des Fahrzeuges sofort ansprechen, wird der Kopf des Fahrers festgehalten, so daß auf die Halswirbelsäule keine besonderen Kräfte ausgeübt werden können. Durch die beidseiti­ ge Anlenkung der Sicherheitsgurte 6, 7 wird außerdem wirkungs­ voll verhindert, daß sich der Kopf des Fahrers bei einem spitzen Aufprall des Fahrzeuges an eine Seitenbegrenzung even­ tuell verdrehen könnte. Die Gefahr eines Schleudertraumas wird damit durch die Erfindung zuverlässig verhindert.

Die Verwendung der Automatik-Gurtrollen 4, 5 als Rückhalte­ system hat den besonderen Vorteil, daß der Fahrer seinen Kopf im Normalen Betriebsfall nahezu ungehindert bewegen kann.

Durch die seitliche Anlenkung der Sicherheitsgurte 6, 7 er­ folgt der Abbremsvorgang des Kopfes gedämpft, was bei einem Einsatz von in Längsrichtung plastisch verformbaren Sicher­ heitsgurten noch verbessert wird. Da im Gegensatz zu den übli­ chen Drei- und Vierpunktgurten, die den gesamten Körper zu­ rückhalten sollen, geringere Massenkräfte abzufangen sind, können die Sicherheitsgurte 6, 7 einerseits kleiner dimensio­ niert werden und sollten andererseits leichter plastisch ver­ formbar sein. Da die Halswirbel einen relativ großen Bewe­ gungsspielraum besitzen, kann eine größere Längendehnbarkeit der Sicherheitsgurte 6, 7 zugelassen werden. Das hätte den Vorteil, daß die Energieabsorption zeitlich gestreckt wird, so daß die auf den Kopf des Fahrers einwirkenden Kräfte beim Aufprall des Fahrzeuges auf ein Hindernis auf ein erträgliches Maß reduziert werden.

Die technische Ausgestaltung der Sicherheitsgurte 6, 7, ins­ besondere die Längendehnbarkeit, muß auf das Rückhaltesystem für den Körper des Fahrzeugführers abgestimmt sein, um zu Verhindern, daß der Kopf in seiner ursprünglichen Lage fixiert wird, während sich der Körper des Fahrzeugführers weiter nach vorn bewegen kann. Das bedeutet, daß sich der Körper nicht weiter nach vorn bewegen darf, wie der Kopf des Fahrers, da dieser sonst im Falle eines Aufpralles auf ein Hindernis even­ tuell gewaltsam nach hinten gerissen werden könnte. Umgekehrt können die Sicherheitsgurte 6, 7 so gestaltet sein, daß sich der Kopf geringfügig weiter nach vorn bewegen kann, wie der Körper des Fahrzeugführers.

Eine weitere Erhöhung der passiven Sicherheit kann dadurch erreicht werden, wenn die Gurtschlösser 9, 10 am Schutzhelm 8 mit einer Auslöseschaltung gekoppelt werden, die die Gurt­ schlösser 9, 10 nach einem Aufprall auf ein Hindernis nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit öffnen. Dadurch wird die Bergung des Fahrzeugführers nicht behindert, oder der Fahr­ zeugführer kann das Fahrzeug selbst in kürzester Zeit ver­ lassen, da dann nur noch die üblichen Sicherheitsgurte zu lösen sind.

Werden die Gurtbefestigungs-Platten 2, 3 geringfügig höher angeordnet sind, als die Gurtschlösser 9, 10 am Schutzhelm 8, so wird der Schutzhelm 8, bzw. der Kopf des Fahrers besonders sicher in der günstigsten Position gehalten. Außerdem werden die Halswirbel durch die im Normalfall nach oben gerichtete resultierende Kraftkomponente, die durch die Aufrollautomatik der Automatik-Gurtrollen 4, 5 entsteht, entlastet.

Grundsätzlich ist es auch möglich, anstelle der Sicherheits­ gurte 6, 7 mit Aufrollautomatik auch statische Sicherheits­ gurte zu verwenden. Dies hätten aber den Nachteil, daß der Bewegungsspielraum des Kopfes stark eingeschränkt werden muß, damit die Sicherheitsgurte möglichst ohne Verzögerung an­ sprechen. Würde der Bewegungsspielraum zu groß gewählt, so würde der Kopf des Fahrers bei einem Aufprall des Fahrzeuges auf ein Hindernis stark beschleunigt und dann plötzlich abge­ bremst, was zu schädlichen Verzögerungswerten führen könnte.

Es versteht sich, daß anstelle der beschriebenen Kraftein­ leitungspunkte auch andere Positionen denkbar sind. Insbeson­ dere ist es auch möglich, einen dritten Sicherheitsgurt vor­ zusehen, der an der Hinterseite des Schutzhelmes 8 angreift, so daß im Falle eines Aufpralles auf ein Hindernis eine noch bessere Lagefixierung des Kopfes erreicht wird.

Durch die Erfindung wird in Verbindung mit dem ohnehin vorhan­ denen Rückhaltesystem für den Fahrzeugführer eine wesentliche Verbesserung der Sicherheit erreicht. Die zusätzliche Siche­ rung des Kopfes gewährleistet, daß einerseits der Kopf selbst zuverlässig gegen ein Aufschlagen auf Karosserieelemente ge­ sichert wird und andererseits eine übermäßige Belastung der Halswirbel vermieden wird. Das bedeutet, daß die bisher mögli­ chen Genickbrüche oder Schleudertraumata in der Regel nicht mehr auftreten können.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung zur Sicherung des Kopfes und der Halswirbelsäule von Fahrzeugführern kann ohne weiteres in entsprechender Weise auch für Führer von Renn­ booten, Flugzeugen o. dgl. verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1 Überrollbügel
2, 3 Gurtbefestigungs-Platte
4, 5 Automatik-Gurtrolle
6, 7 Sicherheitsgurt
8 Schutzhelm
9, 10 Gurtschloß
11, 12 Steckschloß

Claims (14)

1. Einrichtung zur Sicherung des Kopfes und der Halswirbel­ säule von Fahrzeugführern, vorzugsweise des mit einem Schutzhelm versehenen Kopfes von Führern von Hochgeschwin­ digkeitsfahrzeugen, insbesondere von Rennfahrzeugen, Renn­ booten, Flugzeugen uvm., dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schutzhelm (8) im Normalfall unter geringer Krafteinwirkung im Fahrzeug räumlich fest­ gelegt ist, wobei die Resultierende der Kräfte Null oder nahezu Null ist und daß der Schutzhelm (8) beim Auftreten von Quer- und/oder Längsbeschleunigungen räumlich fixiert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Krafteinleitung oder Fixierung, in Fahrtrichtung gesehen, wenigstens beidseitig des Schutzhelmes (8) erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Krafteinleitung feder­ elastisch erfolgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß seitlich und diametral ge­ genüberliegend jeweils ein Sicherheitsgurt (6, 7) am Schutzhelm (8) befestigt ist, dessen anderes Ende mit einem Karosserieelement seitlich des Schutzhelmes (8) verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Sicherheitsgurte (6, 7) in der Normallage miteinander fluchten.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsgurte (6, 7) lösbar mit dem Schutzhelm (8) verbunden sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sicherheitsgurte (6, 7) über Gurtschlösser (9, 10) mit dem Schutzhelm (8) verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Gurtschlösser (9, 10) mit einer Verzögerungsschaltung versehen sind, die die Gurt­ schlösser (9, 10) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach einer extremen Beschleunigung selbsttätig öffnet.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sicher­ heitsgurte (6, 7) mit einer Aufrollautomatik versehen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufrollautomatik an den Ka­ rosserieelementen befestigt ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Sicherheitsgurte (6, 7) mit einem im Kopf­ bereich befindlichen Überrollbügel (1) oder Sitzrahmen verbunden sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Überrollbügel (1) jeweils außenseitig mit einer Gurtbefestigungs-Platte (2, 3) ver­ sehen ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gurt­ befestigungs-Platten (2, 3) geringfügig höher angeordnet sind, als die Gurtschlösser (9, 10).

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sicher­ heitsgurte (6, 7) um einen vorgegebenen Betrag plastisch verformbar sind.