用于撞击保护的头盔

技术领域

本发明总体上涉及防护帽。更具体地，本发明涉及保护佩戴者的头部免受撞击的头盔。

背景技术

为了在人例如在运动或工业环境中遭受头部撞击的风险时防止或减少伤害，头盔被用于吸收由撞击引起的能量，从而保护大脑。例如，通常在骑自行车、滑雪、打冰球或进行其它任何活动(在此期间，人可能遭受以头部跌落于地面上和/或被比如冰球的物体击中的风险)时使用头盔。

头盔通常包括减震材料作为内垫，以在撞击时吸收能量。通常，为了另外的保护、平滑的空气动力学特征以及美观原因的目的，外盖或外壳覆盖所述内垫。

撞击所述外壳的力在现实生活环境中包括法向分量和切向分量。然后，所述两个分量将被传递至所述内垫。随后，根据所述内垫的线性吸收特征以及所述力的大小，所述法向分量通过推动佩戴者的头部而对佩戴者的头部产生线性撞击。另一方面，切向分量根据方向以及同样根据大小致使大脑在颅骨内进行旋转运动。

由于由旋转撞击所引起的脑损伤与由线性撞击所引起的那些脑损伤不同，并且如桥接静脉破裂、急性硬膜下血肿以及弥漫性轴索损伤一样严重，所以可以将头盔设计成使得它根据头盔上的撞击力的大小以及方向或角度以不同的方式反应。

在WO2015089646A1中，公开这样的头盔，所述头盔包括内垫，所述内垫被构造成对撞击力的法向和切向分量以不同的方式反应。其中，所述内垫包括各种材料的复杂的布置，所述各种材料被布置成连接至连接器阵列的减震器，所述连接器阵列响应于撞击力的切向分量而弹性地变形。因此，所述头盔的外壳可以相对于减震器运动，以使得所述切向分量将被仅仅部分地传递至佩戴者的头部，从而降低由于大脑的旋转而引起损伤的风险。然而，缺点是头盔由于复杂的布置而难以组装。

在US20040168246A1中公开另一种解决方案，其中撞击力的切向分量被位于头盔的不同的位置(例如，头盔的末端)的刚性破裂装置吸收。所述破裂装置将所述头盔的外壳刚性地连接至内壳，并且被构造成在力的切向分量撞击所述外壳时通过将撞击力引导至这些装置而破裂。然而，缺点是，所述外壳需要完全为圆形的，以有效地将撞击力引导至所述装置。此外，由于所述破裂装置将所述外壳固定地附接至内层，所以在这些固定点处产生牢固的连接，从而降低吸收线性撞击的能力，特别是在那些连接点处。

本发明的一个目的是减轻上述缺陷，并且提供一种改进的解决方案，用以在头盔受到力撞击时减少由于大脑的旋转加速度而导致损伤的风险。

发明内容

通过一种用于保护佩戴者的头部的头盔来实现该目的，所述头盔包括：

-保护层，所述保护层被构造成在所述头盔受到力撞击时通过压缩而吸收所述力的法向分量并且在所述力的切向分量超过预定阈值时破裂。

例如，在例如骑自行车、滑雪或打冰球的体育活动期间，在佩戴头盔时，头盔保护佩戴者的头部。因此，头盔为佩戴者佩戴的用来保护头部免于损伤、以及更特别地保护佩戴者的大脑的保护装置。

所述头盔进一步包括保护层。所述保护层覆盖佩戴者的头部，并且具有一定的厚度，这可以取决于所述头盔所适合的活动的类型以及它需要提供的与这种类型的活动有关的舒适度。所述保护层可以进一步包括通风孔，而不限制它的保护特征。

一方面，所述保护层被构造成从撞击力、因此在头盔被它的表面上的力撞击时吸收法向分量。所述法向分量为这样的分量：该分量包括在表面上的撞击点处指向头部的重心的方向。例如，该力源自佩戴者以他的头部跌落在地上，或者源自撞击头盔的物体，例如冰球。然后，通过压缩吸收撞击力的法向分量。换句话说，所述保护层根据撞击力的大小以及所述保护层的弹性模量通过弹性地或塑性地变形而保护佩戴者的头部以及因此他的大脑免受法向分量的影响。换句话说，所述保护层不将所述切向分量传递至佩戴者的头部或另外的弹性或塑性层，而是通过所述保护层的破裂而吸收所述切向分量。

此外，取决于所述力撞击曲形表面的角度，所述撞击力还可以包括切向分量并且将它传递至所述保护层。因此，所述切向分量为撞击点处的垂直于所述法向分量的切向分量。因此，另一方面，所述保护层被构造成在所述力的切向分量超过预定阈值时破裂。换句话说，当所述力的切向分量超过所述预定阈值时，所述保护层断裂或破裂。因此，所述保护层通过破裂而不是压缩来吸收所述切向分量。以不同的方式表达，源自撞击力的切向分量的能量使所述保护层破裂。因此，在倾斜撞击期间，通过在所述切向分量所产生的载荷分布下开裂而减轻所述切向分量的影响。

优点在于，由于所述保护层通过在它的体积上减压来吸收撞击力的法向分量，所以不存在硬节点。当力撞击在这样的节点处时，这样的硬节点对佩戴者的头部有害。因此保护佩戴者的头部，因为压缩的是所述保护层，从而限制撞击力的法向分量至佩戴者的大脑的传递。

此外，由于所述切向分量的传递由于通过破裂对所述分量的吸收而被阻碍，所以也防止大脑在颅骨内的旋转运动。而且，由于所述保护层可能破裂，所以它的吸收切向分量的能力与弹性或甚至塑性变形相比更高。这样，当佩戴者跌落在地上或被物体撞击时，防止颅骨的旋转运动或加速度。而且，所述切向分量可以在头盔层的整个体积上被吸收，并且不必被首先引导至可以吸收该分量的任何其它装置。

另外，破裂具有的进一步的优点在于，可容易地看出所述头盔不适合于进一步使用。这样，防止佩戴者在头盔的保护特征显著地降低或者甚至不存在时继续佩戴头盔。以不同的方式表达，作为对撞击力的切向分量的反应，连续的弹性或塑性变形导致所述头盔的保护特征降低，尤其是当材料被频繁地弯曲或剪切并且由此随时间的流逝而在材料内部出现劣化时，但是这保持对佩戴者不可见，并且因此不阻止进一步的不适当的使用。另一方面，所述破裂不仅为立即地可见的，而且确保所述头盔在它的保护能力可能不再被确保时将不被进一步使用。

根据一个实施例，所述保护层包括被构造成执行所述吸收和所述破裂的闭孔泡沫。

因此，所述保护层为具有固体结构的轻质材料，比如聚乙烯泡沫或聚苯乙烯泡沫，其在吸收线性撞击方面是有效的。此外，通过使用闭孔泡沫，可以容易地以有效的和经济的方式将所述保护层成形为期望的形式。另外，在使用闭孔泡沫的情况下，在由于撞击力的切向分量而破裂时，将不会出现整齐的切口或锋利的边缘。换句话说，所述保护层将破裂而不会引起有害的或危险的点。

除了期望的形状之外，所述闭孔泡沫材料进一步容许提供通风孔。最后，可以仅仅使用一种材料来生产所述保护层，这减少在制造过程期间出现制造误差的可能性。

根据一个实施例，所述闭孔泡沫包括发泡珠。

因此，所述保护层为例如包括可以被压缩和熔合的发泡珠的模内(in-mold)发泡聚苯乙烯。然后可以使用具有不同的特征的珠的混合物来制造所述保护层，以实现所述保护层的各向异性强度特征。然后，破裂可以在与其它珠相比具有较小的密度的珠处开始。这样，可以选择所述保护层中的与其它区域相比更易于破裂的区域，以使得所述头盔可以适于将主要使用所述头盔的活动的类型。另外地或同时地，出于美学原因或其它原因，例如当需要基于头盔的颜色来区分运动员时(比如在团队运动中)，可以使用具有特定的颜色、或者甚至颜色的混合的珠。这样，不需要以期望的颜色进一步喷涂所述保护层，而是可以直接以所述颜色生产所述保护层。

根据一个实施例，所述保护层包括：

-第一层；以及

-从所述第一层延伸的突起；以及

其中所述突起被构造成在超过所述预定阈值时从所述第一层破裂。

换句话说，所述第一层以及从所述第一层延伸的突起形成所述保护层，其中所述突起被构造和设计成破裂，以在撞击力的切向分量超过预定阈值时保护佩戴者的大脑免受旋转运动或加速度的影响。此外，可以控制所述破裂，因为所述破裂将在层与突起之间的过渡部处出现或开始。这样，通过突起的尺寸和数量实现对破裂特征的良好控制。

在头盔被佩戴时，所述突起可以面向佩戴者的头部。这样，头部在这些突起处与所述保护层接触，并且同时容许空气在突起之间流动，以使得头部在密集的体育活动期间保持凉爽，并且同时保证针对旋转运动或加速度的保护。

所述突起也可以背离佩戴者的头部，以使得头部与第一层直接接触。例如，当所述头盔通过所述第一层被成形为使得它以舒适的且安全的方式覆盖头部时，这可能也是有益的，而在外侧处所述突起同样确保针对旋转运动或加速度的保护。

根据一个实施例，所述保护层进一步包括覆盖所述突起的第二层。

所述第二层可以在所述突起背离佩戴者的头部时在外侧覆盖所述突起，也可以在所述突起面向佩戴者的头部时在内侧覆盖所述突起。在第一构造中，保护所述突起免受比如雨水和/或灰尘的外部条件的影响。类似地，当所述第二层在所述头盔被佩戴时覆盖佩戴者的头部时，所述第二层可以适合于在体育活动期间吸收汗水，并且之后可以被容易地更换，从而使所述第一层的突起保持干净。

根据一个实施例，所述第二层也包括突起，所述突起被构造成在超过预定阈值时从所述第二层破裂。

换句话说，通过所述第一层和所述第二层的突起，提供针对旋转运动或加速度的双重保护。

根据一个实施例，所述第一层的突起和所述第二层的突起面向彼此。

所述第一或第二层覆盖佩戴者的头部，并且另一层(因此未覆盖佩戴者的头部的层)位于头盔的外部。在两个层之间，存在突起，一个从所述第一层延伸，一个从所述第二层延伸。所述第一层和第二层的突起保护佩戴者的大脑免受旋转运动或加速度的影响。另外，这样，所述第一层和第二层可以进一步相对于彼此相对地运动，这还提供针对旋转运动或加速度的另外的保护。此外，这样，容易产生所述保护层，因为具有突起的第一层可以以直接的方式放置于具有突起的第二层上。

根据一个实施例，所述第一层和第二层通过所述突起与彼此连接。

换句话说，从彼此面对的两个层延伸的突起可以在形式上或形状上对应于彼此，并且以它们可以与相对的突起扣紧的方式布置于它们的相应的层上，从而将第一层与第二层连接。

有利地，所述头盔可以由两个部分组装而成，即具有突起的第一层以及同样具有突起的第二层，其中一个层被视为外层，该外层面向外部，并且一个层被视为内层，该内层为覆盖佩戴者的头部的层。因此，所述内层对于所有类型的头盔而言可以为相同的并且因此可以被经济地生产，而所述外层可以适于它将被用于的活动的类型并且随后扣紧于所述内层上。

根据一个实施例，所述第一层的突起与所述第二层的突起互连。

优选地，所述第一层和第二层通过所述突起互连或连接。然后，所述保护层包括一个整体，所述一个整体包括通过所述突起接合或互连的第一和第二层。在突起之间以及因此在第一层与第二层之间，可以存在空气或另一种气体，从而获得提供针对线性和旋转撞击的保护的轻质保护层。这样，所述保护层以及因此所述头盔适合于这样的体育活动，其中轻质头盔有益于例如在计时赛期间传递性能。而且，可以通过例如将所述突起之间的空间减小到最小值来减小所述保护层的厚度。此外，所述保护层可以容易地组装，因为所述第一层的突起可以以直接的方式卡在所述第二层的突起中。

另一个优点是，通过使所述两个层互连，确保固定的连接，以使得当例如在比如活动(例如打冰球)期间动态地且密集地运动期间使用头盔时，所述两个层保持连接。

根据一个实施例，所述突起包括以下组中的至少一个：

-管状突起；

-梁形突起；

-具有椭圆形或多边形底部的锥形突起。

所述突起可以具有不同的形状，例如管、梁形形状或条以及锥形或金字塔形。这样，可以调整突起的关于它们的在超过切向分量时破裂的能力的特征。例如，锥形突起包括底部和顶点，由此，通过从它的底部至它的顶点的锥形或圆锥形构造，特征通过它的变化的横截面而沿纵向方向改变。因此，在底部破裂之前，顶点将更易于破裂。这样，可以选择所述保护层中的专用点，所述专用点与其它点相比更快速地破裂。此外，所述底部可以为椭圆形的，或者可以包括圆形、三角形、矩形或任何其它多边形。在其它点上，在纵向方向之上的相等的强度可能是优选的，由此使用管状或梁形突起。突起的交替的模式因此可以出现并且被构造成使得源自所述切向分量的应力集中于所述保护层的专用位置中。

根据另一个优选实施例，所述保护层包括珠和第二颗粒的混合物。

替代地，除了珠的混合物之外，所述保护层还可以包括第二颗粒。所述第二颗粒与所述珠相比具有不同的成分，并且被布置于所述保护层内。所述颗粒也可以作为预定的形状的簇团布置于所述保护层内。

根据一个实施例，所述保护层被进一步布置成使得破裂在所述珠与所述颗粒之间的边界处开始。

通过使用所述颗粒，破裂可以在所述颗粒的边界处开始，因此在所述珠与所述颗粒之间的界面处开始。这样，可以选择所述保护层的专用点，其中将所述颗粒布置于所述保护层内，以使得在这些边界或界面处，在所述切向分量超过所述预定阈值时开始破裂。此外，这样，获得对优选破裂的开始的点的更好的控制。

根据一个实施例，所述珠和颗粒具有的直径为大约0.5mm至大约5mm、优选地为大约1mm至大约3mm。

换句话说，所述珠和颗粒可以具有相同的直径，以使得可以通过压缩和融合所述珠和颗粒来经济地生产所述保护层。此外，由于所述颗粒具有相等的直径，所以所述珠在压缩和融合时将不会被颗粒损坏。

根据一个实施例，所述珠具有在50与70m

以不同的方式表达，也可以使用具有不同的密度(即优选地为60m

根据一个实施例，所述混合物包括在25和75之间的重量％、优选地50重量％的具有第一密度的珠。

然后通过具有第一密度的珠的重量百分比确定具有第二密度的珠的重量百分比。

附图说明

现在将参考附图描述一些示例性实施例。

图1A示出根据本发明的示例说明性实施例的头盔；以及

图1B以剖视图示出图1A的头盔；以及

图2A示出根据本发明的第一示例说明性实施例的保护层，所述保护层包括第一和第二层以及突起；以及

图2B示出图2A的包括破裂的突起的保护层；以及

图3A示出根据本发明的第二示例说明性实施例的保护层，所述保护层包括第一和第二层以及突起；以及

图3B示出类似于图3A的示例说明性实施例的保护层，所述保护层包括反向地定向的突起；以及

图4A示出根据本发明的第三示例说明性实施例的保护层，所述保护层包括第一和第二层以及突起；以及

图4B示出根据本发明的第四示例说明性实施例的保护层，所述保护层包括第一和第二层以及突起；以及

图5A示出根据本发明的第五示例说明性实施例的保护层，所述保护层包括第一层和突起；以及

图5B示出图5A的包括破裂的突起的保护层；以及

图6示出根据本发明的第六示例说明性实施例的保护层。

具体实施方式

图1A示出根据本发明的示例说明性实施例的头盔，图1B以剖视图示出同一头盔。头盔100适合于在例如骑自行车或滑雪的体育活动期间佩戴。在佩戴头盔100时，佩戴者的头部处于位置107中。

头盔100可以包括扣环或带扣110，当佩戴时，扣环或带扣110可以包围佩戴者的下巴，以确保在活动期间将头盔100安全地佩戴于头部上。头盔100可以进一步包括外壳101和通风孔111。外壳101可以充当抵抗比如风或雨的外部条件的保护层，并且通风孔可以用来管理对佩戴者的头部的热量调节，和/或出于空气动力学和/或美观的原因。应当进一步理解的是，这些功能110和111为示例说明性的，并且可以根据头盔被设计用于的活动的类型而变化，或者甚至可以不存在。

头盔100包括保护层106，其在图1B中被以剖视图120示出。保护层106在外侧具有曲形表面112，并且它可以进一步被外壳101覆盖。替代地，保护层106的曲形表面112本身可以包括头盔100的外层，这意味着不存在外壳101。

在活动期间，头盔100可能受到由撞击力105示出的力的撞击。该力例如可能源自跌落在地面上或源自物体的撞击。撞击力105的大小和方向为事先未知的，但是可以由包括法向分量102和切向分量103的矢量105表示。矢量105进一步指向表示撞击点的点104。然而，应当进一步理解的是，根据头盔100的佩戴者跌落于其上的表面或撞击头盔100的物体的形状和大小，撞击点还可以包括撞击区或撞击区域。

在图2A中进一步示出撞击力105，图2A示出包括第一或外层200和第二或内层201的保护层106。该第一示例说明性实施例中的保护层106进一步包括从层200和201两者延伸并且将层200和201彼此连接的突起202。

力105在保护层106外侧、因此在曲形表面112处撞击保护层106，并且其切向分量103被传递至保护层106的其它区域。同样，法向分量102也被传递至保护层106的其它区域。

替代地，当头盔100包括外壳101时，撞击力105首先撞击外壳101，随后力105被传递至保护层106。

法向分量102被保护层106通过压缩而吸收。换句话说，保护层106压缩以使得外层200、突起202以及内层201在压缩期间更靠近在一起，然后，当不再存在撞击力105时，层200和201以及突起202可以返回至它们的初始形状，或者可以根据法向分量102的相对于保护层106的弹性模量的大小塑性地变形，而不断裂或破裂。

切向分量103被传递至保护层106的主体，如箭头210所示。箭头210因此示出的是，由于撞击力105的切向分量103，发生外层200相对于突起202和/或内层201的相对运动。

当切向分量103超过预定阈值时，保护层106的突起202被构造成破裂。因此，破裂由撞击力105的切向分量103引发，并且取决于撞击力105撞击104保护层106的角度以及其大小。

突起202的破裂由破裂部211和破裂部212示出。在该第一示例说明性实施例中，突起202包括管状或梁形突起。因此，突起的强度特征在它们各自的纵向方向之上保持相等。这意味着突起将在它的横截面不再抵抗预定阈值的点处破裂。例如，这可以处于突起的中间处，如破裂部211所示，或者处于末端处，如破裂部212所示。因此，所述位置将由撞击力105的位置104以及它被传递210至突起202的方式确定。取决于撞击力105的大小和方向，在层200处也可能发生破裂，如破裂部213所示。

作为破裂的结果，外层200与内层201分离203。进一步可能发生的是，仅仅一部分突起破裂。换句话说，源自撞击力105以及更特别地其切向分量103的旋转撞击或加速度随后被一部分突起的破裂吸收，而其它突起保持完整。

与管状或梁形形状相比，突起还可以包括其它形状。在图3A和图3B中，示出本发明的第二示例说明性实施例，所述第二示例说明性实施例包括比如锥体302的锥形突起300。应当进一步理解的是，锥体为从底部至顶点平滑地成锥形的三维几何形状，其中底部和顶点可以为圆形，但是也可以包括任何其它多边形形状。突起300因此也可以例如包括金字塔形。

锥形突起300通过它们各自的顶点(如顶点311所示)连接至外层200，并且通过它们各自的底部(比如底部310)连接至内层201。所述构造也可以为颠倒的，即，如图3B的突起301所示，底部连接至外层200并且顶点连接至内层201。

由于突起300和301的锥形构造，强度特征由于横截面的变化而变化。例如，当切向分量103被传递时，源自其的应力可能集中于锥形突起的顶点处，以使得在这些顶点处开始破裂。这由外层200处的破裂部312以及内层201处的破裂部313示出。取决于撞击力105的大小和方向，在外层200处也可能发生破裂，如破裂部314所示。

除了锥形突起的均匀的方向布置(比如其中底部全部位于内层201处的构造300或其中顶点全部位于内层201处的构造301)之外，锥形突起也可以以交替的模式布置，如在图4A中由突起400所示出的。在该第三示例说明性实施例中，可以改变锥形构造的方向，并且所述实施例可以进一步包括梁形和/或管状突起。换句话说，可以调整突起的模式以使得它包括多种形状、横截面和/或布置。

一部分突起400也可以从外层200延伸，而另一部分从内层201延伸，由此外层200和内层201通过突起连接至彼此。如图4B中所示，也可以通过保护层106的第四示例说明性实施例使层200和201两者的突起互连。突起401被成形为使得它们以相对的突起互连或扣紧。例如，从外层200延伸的突起403与从内层201延伸的突起402扣紧。结果，互连的突起401的模式与内层201和外层200一起形成保护层106。

根据第五示例说明性实施例，如图5A和图5B中所示，保护层106可以包括具有从其延伸的突起的一个层。突起502从其延伸的层500可以为头盔100的外层，或者可以为内层，即在被佩戴时佩戴者的头部107位于的层。

然后，撞击力105被传递503至突起502，或者突起502直接地受到所述力的撞击。突起502同样被构造成在撞击力105的切向分量103超过预定阈值时破裂。这由图5B中的破裂部510示出。

根据第六实施例，保护层106还可以包括一个整体形状600，例如，包括发泡珠和颗粒602的模内发泡聚苯乙烯。颗粒602被布置成使得当切向分量103超过预定阈值时在颗粒602的边界处开始破裂。然后，破裂可能在保护层106的整个长度之上引起破裂部601。

如图6A中所示的保护层也可以包括不带有颗粒602但是包括具有不同的密度的珠的混合物的一个整体形状。例如，珠的第一混合物具有在50与70m

尽管已经通过参考特定实施例示例说明了本发明，但是对于本领域技术人员而言将显而易见的是，本发明不限于前述示例说明性实施例的细节，并且本发明可以以各种改变和修改实施而不脱离其范围。因此，本发明的实施例在所有方面都应当被认为是示例说明性的而不是限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述指示，并且落入权利要求的含义和等同范围内的所有改变因此旨在被包含于其中。换句话说，预期涵盖落入构成原理的基础的范围内并且本质属性在本专利申请中被要求保护的任何和所有修改、变化或等同形式。此外，本专利申请的读者将理解的是，词语“包括”不排除其它元件或步骤，词语“一”不排除多个，并且比如计算机系统、处理器或另一集成单元的单个元件可以实现权利要求中所阐述的几个装置的功能。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为限制所涉及的相应的权利要求。当在说明书或权利要求书中使用时，引入术语“第一”、“第二”、“第三”、“a”、“b”、“c”以及等等来区分相似的元件或步骤，并且不一定描述相继顺序或者时间顺序。类似地，术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”以及等等是出于描述目的而被引入的，并且不一定表示相对位置。应当理解的是，在适当的情况下，这样使用的术语为可互换的，并且本发明的实施例能够按照本发明以其它顺序或者以不同于上面所描述或示出的一个或多个取向的取向进行操作。