Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Belüftungsvorrichtung für einen Helm.

Stand der Technik

Es ist bekannt, dass die physiologische Leistungsfähigkeit des Menschen auf grund einer Überhitzung des Körpers drastisch reduziert wird. Der damit einherge hende Hitzestress kann im schlimmsten Fall zu einem Hitzeschlag des Betroffe nen führen. Da der menschliche Körper einen Großteil der von ihm erzeugten Wärme über die Kopfhaut abführt, ist der zuvor genannte Aspekt insbesondere im Zusammenhang mit Sportarten, in denen aus Schutzgründen Helme zum Einsatz kommen, kritisch zu betrachten. Gerade weil bei solchen Anwendungsfällen re gelmäßig die Aerodynamik des Helmes eine wesentliche Rolle spielt, wonach der Helm aus strömungstechnischen Überlegungen eine möglichst ebenmäßig und vollflächig ausgebildete Oberfläche aufweisen sollte, kann es aufgrund der dadurch fehlenden Belüftungsöffnungen zu einem Hitzestau im Helminnenraum kommen, da die entstehende, feuchtwarme Helminnenluft des Helmträgers nicht nach außen abtransportiert werden kann. Allerdings ist ein Abtransport der feuchtwarmen Helminnenluft notwendig, um die Körpertemperatur des Helmträ gers zur Vermeidung von Hitzestress wirksam regulieren zu können.

Zwar sind aus dem Stand der Technik Schutzhelme, insbesondere für den Rad sport, bekannt, die zur Verbesserung der Helmklimatisierung und zur Vermeidung der Überhitzung des Helmträgers über entsprechende Belüftungsöffnungen verfü gen (US 4434514). Nachteilig daran ist jedoch, dass die dort vorgesehenen Belüf tungsöffnungen nicht dazu geeignet sind, einen gezielten Abtransport der feucht warmen Helminnenluft zu ermöglichen. Zum einen können durch die Anordnung der Belüftungsöffnungen Staudrücke entstehen, die die von der Kopfdecke des Helmträgers aufsteigende, feuchte Helminnenluft zurück in den Helminnenraum drücken. Zum anderen können sich durch derartige Belüftungsöffnungen Luftver wirbelungen ausbilden, die einen aktiven Abtransport der feuchten Helminnenluft durch die einströmende Luft erschweren und sich zusammen mit den auftretenden Staudrücken zudem ungünstig auf die Aerodynamik des Helmes auswirken kön nen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Belüftungsvorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die zur Aufrechterhaltung der physiologi schen Leistungsfähigkeit des Helmträgers einen gezielten Abtransport der feuch ten Helminnenluft ermöglicht, ohne dabei aerodynamische Einbußen in Kauf neh men zu müssen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein effektiver Abtransport der feuchten Helminnenluft in den Außenbereich stark von der Qualität der vorherr schenden Strömungsverhältnisse der den Helm umströmenden Außenluft beein flusst wird. Insbesondere sind dabei Luftverwirbelungen und Turbulenzen zu ver meiden, wohingegen zur Erzielung eines guten Abtransportes laminare Strö mungsverhältnisse zu bevorzugen sind. Derartige Strömungsverhältnisse können durch einen Strömungskanal erreicht werden, dessen Eingang sich vorderseitig zur Beschleunigung der eintretenden Luftströmung verjüngt und dessen Ausgang sich rückseitig zur Abbremsung der Luftströmung auf Einströmgeschwindigkeitsni veau erweitert und wobei sich im Strömungskanal vom Übergangsbereich zwi schen Ein- und Ausgang in Strömungsrichtung als Strömungsverbindung zum Be lüftungsbereich eine bündig mit der Strömungskanalwand abschließende Memb ran erstreckt, die eine Strömungsleitfläche zur Ausbildung einer laminaren Strö mung bildet. Demzufolge können gerade im Bereich der Strömungsverbindung des Belüftungsbereiches zum Strömungskanal Turbulenzen erzeugende Stoßver luste oder Strömungsabrisse vermieden werden, weil aufgrund der erfindungsge mäß vorgesehenen Strömungsleitfläche die Ausbildung laminarer Strömungsver- hältnisse begünstigt wird. Dieser Effekt kann weiter verstärkt werden, wenn die die Strömungsleitfläche bildende Membran bündig mit der Strömungskanalwand ab schließt, weil dann keine unerwünschten, die Luftströmung behindernden bzw. Luftverwirbelungen erzeugenden Kanalwandunebenheiten auftreten. Der bündige Abschluss der Membran mit der Strömungskanalwand kann beispielsweise durch Umschäumen oder Umspritzen der Membran mit Kunststoff erreicht werden. Da bei wird die Membran in einem Werkzeug zwischen zwei Kernen eingeklemmt und der umfangsseitige Membranüberstand umschäumt bzw. umspritzt. Zufolge der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird zudem sichergestellt, dass auch bei niedri gen Einströmgeschwindigkeiten eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindig keit im Strömungskanal erzielt wird, sodass die durch die Membran in den Strö mungskanal eintretende Helminnenluft von der laminaren Strömung erfasst und in Richtung Rückseite an die Umgebung abtransportiert werden kann. Dabei wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale auch mitberücksichtigt, dass die zuvor beschleunigte Luftströmung zum Austritt des Strömungskanals hin wieder auf Ein strömgeschwindigkeitsniveau entspannt werden muss, um auch hier keine uner wünschten Strömungsverluste bzw. Turbulenzen zu erzeugen. Dies kann im ein fachsten Fall dadurch erreicht werden, dass der rückseitige Kanalausgang einen gleich großen Querschnitt wie der scheitelseitige Kanaleingang aufweist.

Um zu verhindern, dass beispielsweise bei nasser Witterung Feuchtigkeit über den Strömungskanal durch die Strömungsverbindung in den Helminnenraum ge langt und dennoch der zufolge der erfindungsgemäßen Merkmale erzielte Ab transport der feuchten Helminnenluft erreicht wird, kann die Membran fluiddurch lässig und phasenselektiv ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform der Er findung kann das Material bzw. die Materialkombination für die Membran so ge wählt werden, dass diese sowohl dampfdurchlässig als auch wasserabweisend ist. Demnach können die Wasserdampfmoleküle der feuchtwarmen Helminnenluft durch die Membran in den Strömungskanal gelangen, wo sie von der laminaren Luftströmung erfasst und abtransportiert werden. Im Gegensatz dazu können Wassertropfen aufgrund ihrer relativen Größe nicht durch die Membran vom Strö mungskanal in den Helminnenraum gelangen. Gerade bei Regenwetter oder kal ten Außentemperaturen kann so störendes Regen- bzw. Kondenswasser vom Helminnenraum ferngehalten werden während der erfindungsgemäße Luftab transport unbeeinträchtigt bleibt.

Damit der Abtransport der feuchtwarmen Luft vom Helminnenraum über den Strömungskanal noch besser erfolgen kann, wird vorgeschlagen, dass die Memb ran porös ausgebildet ist, wobei die Poren normal zur Strömungsrichtung ange ordnet sind. Zufolge dieser Maßnahmen kann der im Strömungskanal über der Membran herrschende, durch die beschleunigte laminare Luftströmung hervorge rufene Unterdrück eine zusätzliche Sogwirkung auf die Helminnenluft ausüben, sodass diese verstärkt in den Strömungskanal hineingeleitet wird. Aufgrund der kleinen Porendurchmesser können zudem unerwünschte Strömungsturbulenzen vermieden werden. Es versteht sich dabei von selbst, dass gemäß obiger Ausfüh rungen die Porengröße der Membran so gewählt werden kann, dass diese sowohl dampfdurchlässig als auch wasserabweisend ist, ohne dass dadurch das Turbu lenzverhalten auf ungünstige Weise beeinflusst wird. Nachdem sich aufgrund der feuchtwarmen Helminnenluft im Helminnenraum in der Regel ein höherer Partial druck als im Strömungskanal einstellt, wirkt die durch die Poren erzielte Sogwir kung zudem besonders vorteilhaft mit dem vorhandenen Partialdruckgefälle zu sammen, wodurch ein noch effizienterer Abtransport der Innenluft ermöglicht wird.

Besonders vorteilhafte konstruktive Bedingungen können sich zudem dann erge ben, wenn der Strömungskanal eine Venturi-Düse bildet. Dabei verjüngt sich der scheitelseitige Eingang stetig hin zu einem Übergangsbereich, wonach der sich der Übergangsbereich anschließend wieder stetig hin zum rückseitigen Ausgang erweitert. Unter Berücksichtigung eines guten aerodynamischen Verhaltens des Schutzhelmes sowie eines effektiven Abtransportes der Helminnenluft können die Dimensionen des eine Venturi-Düse bildenden Strömungskanals so gewählt wer den, dass sich ein Verhältnis des Eingangsquerschnitts bzw. des Ausgangsquer schnitts zum kleinsten Kanalquerschnitt im Übergangsbereich von 3:1 einstellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch Bestandteil eines Helmes mit einer von der Stirnseite zu einem Scheitel hin konvex verlaufenden Schale sein, wobei der Strömungskanaleingang zum Scheitel und der Strömungskanalausgang zur Helmrückseite hin offen sind und wobei die die Membran eine Strömungsverbin dung zur Schaleninnenseite als Belüftungsbereich bildet. Um die sowohl für den Innenluftabtransport als auch in aerodynamischer Hinsicht unvorteilhaften Stau drücke am Helm zu vermeiden, kann der Strömungskanaleingang dabei zweck mäßigerweise im oder hinter dem Scheitelbereich des Helmes angeordnet sein. Dies bedeutet, dass der Eingang des Strömungskanals vorzugsweise im Winds chatten der von der Stirnseite aus betrachtet dem Fahrtwind ausgesetzten Helm abschnitte liegt, deren äußerster Randbereich den Scheitel bildet.

Um die zuvor erwähnten, in strömungstechnischer Hinsicht ungünstigen Staudrü cke zu unterbinden kann vorgesehen sein, dass sich zusätzliche Belüftungsöff nungen nur im Windschatten der von der Stirnseite aus betrachtet dem Fahrtwind ausgesetzten Helmabschnitte befinden. Damit dennoch ein gleichmäßiger Ab transport der Helminnenluft über den gesamten Kopfdeckenbereich des Helmträ gers und somit eine gute Helmklimatisierung erreicht wird, können auf der Scha leninnenseite des Helmes Abstandshalter zur Ausbildung eines Luftabzugsberei ches vorgesehen sein. Durch die Schaffung eines Freiraumes zwischen der Kopf decke des Helmträgers und der Schaleninnenseite kann der Helminnenluftab transport, mit Ausnahme von Auflagebereichen zur Helmpositionierung, nahezu über den gesamten Kopfdeckenbereich und nicht nur in dem der Membran zuge wandten Bereich des Kopfes des Helmträgers erfolgen. Darüber hinaus wird dadurch ermöglicht, dass durch die zusätzlich über die Helmunterseite in den Luftabzugsbereich zugeführte Außenluft ein verbesserter Abtransport der Helmin nenluft erfolgen kann.

Kurze Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zei gen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Belüftungs vorrichtung und

Fig. 2 einen schematischen Schnitt eines Helmes mit einer erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung. Wege zur Ausführung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung weist einen Strömungskanal 1 mit einem zur Vorderseite 2 hin offenen Eingang 3 und einem zur Rückseite 4 hin of fenen Ausgang 5 auf. Zur Beschleunigung der in den Strömungskanal 1 eintretenden Luftströmung ver jüngt sich der Eingang 3 von seiner, der Vorderseite 2 zugewandten Eingangsöff nung hin zu einem Übergangsbereich 6. Um Strömungsverluste bzw. Luftverwirbe lungen zu vermeiden, erweitert sich zur Entspannung der Luftströmung der Aus gang 5 vom Übergangsbereich 6 hin zu der der Rückseite 4 zugewandten Aus- gangsöffnung.

Im Übergangsbereich 6 zwischen Eingang 3 und Ausgang 4 des Strömungskanals 1 erstreckt sich zudem eine bündig mit der Strömungskanalwand abschließende Membran 7, die als Strömungsverbindung zum Belüftungsbereich 8 dient. Die Membran 7 bildet dabei eine Strömungsleitfläche zur Ausbildung einer laminaren Strömung. Die einströmende Luft kann dadurch die Membran 7 bzw. die Leitfläche als turbulenzfreie Schichtenströmung überströmen. Zudem kann vorgesehen sein, dass die mit der Strömungskanalwand bündig abschließende Membran 7 ebenflä chig oder zumindest im Längsschnitt geradlinig ausgebildet ist, um besonders vor teilhafte Strömungsverhältnisse zu erreichen. Damit die Helminnenluft die Membran 7 einerseits passieren kann und anderer seits verhindert wird, dass von außen in den Strömungskanal 1 hinein gelangtes Regen- oder Kondenswasser über die Membran 7 in den Belüftungsbereich 8 ein dringt, kann die Membran 7 fluiddurchlässig und phasenselektiv ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise über Materialien wie gereckte Fluorpolymere bzw. Mate- rialien im Sinne von Gore-Tex Membranen oder Laminaten, realisiert werden.

Überdies kann der Abtransport der Helminnenluft weiter verbessert werden, wenn die Membran 7 porös ausgebildet ist, wobei die Poren bzw. deren Längsrichtun gen normal zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Ein in Fig. 2 beispielsweise dargestellter Helm mit einer erfindungsgemäßen Belüf tungsvorrichtung umfasst eine von der Stirnseite 9 zu einem Scheitel 10 hin kon vex verlaufenden Schale 1 1. Dabei sind der Strömungskanaleingang zum Scheitel 10 und der Strömungskanalausgang zur Helmrückseite 12 hin offen. Die Membran 7 bildet eine Strömungsverbindung zur Schaleninnenseite 13 als Belüftungsbe reich. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein Helm auch mehrere erfin dungsgemäße Belüftungsvorrichtungen umfassen.

Auf der Schaleninnenseite 13 eines Helmes mit einer erfindungsgemäßen Belüf tungsvorrichtung können Abstandhalter 14 zur Ausbildung eines Luftabzugsberei- ches 15 vorgesehen sein, sodass nahezu über den gesamten Kopfdeckenbereich des Helmträgers ein effektiver Abtransport der feuchtwarmen Helminnenluft erfol gen kann, ohne dabei aerodynamisch ungünstige Belüftungsöffnungen beispiels weise in den dem Fahrtwind ausgesetzten, stirnseitigen Abschnitten des Helmes vorsehen zu müssen.