DE102013010098A1

DE102013010098A1 - Fahrradhelm mit Belüftung

Info

Publication number: DE102013010098A1
Application number: DE102013010098A
Authority: DE
Inventors: Matthew John Williams; Duncan James Bradley
Original assignee: Specialized Bicycle Components Inc
Current assignee: Specialized Bicycle Components Holding Co Inc
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2013-12-24
Also published as: GB2504182A; GB201308826D0; US20130340151A1

Abstract

Ein Fahrradhelm kann mindestens eine Ventilationsöffnung und eine Ausströmöffnung umfassen, so dass Fahrtwind durch die Ventilationsöffnung in den Helm eintritt und diesen durch die Ausströmöffnung wieder verlässt, was eine Belüftung für einen Benutzer bereitstellt. Das Ausrichten und die Anordnung der Ventilationsöffnungen kann den Luftwiderstand des Helms reduzieren, indem die Strömungstrennung von der Oberfläche des Helms nach hinten verlagert wird und eine Unterbrechung der Strömung um die Schultern und den Hals des Benutzers herum verhindert wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schutzhelme und insbesondere auf Fahrradhelme.
Beschreibung des Standes der Technik
Es gibt Schutzhelme in vielen Varianten, um einen Kopfschutz für Fahrradfahrer bereit zu stellen. Ein Helm muss jedoch nicht nur passenden Schutz vor schweren Kopfverletzungen bereitstellen, sondern vorzugsweise ist der Helm leicht, bequem und belüftet, um dem Fahrer zu helfen, kühl zu bleiben.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung ist die Wahrnehmung, dass ein anhaltender Bedarf besteht, Fahrradschutzhelme zu entwickeln, die die Belüftung für den Fahrer erhöhen, ohne den Luftwiderstand, der mit herkömmlichen Belüftungsanordnungen auf Fahrradhelmen verbunden ist, zu erhöhen. In einer Ausführungsform kann ein aerodynamischer Fahrradhelm eine oder mehrere Ventilationsöffnungen oder Belüftungsöffnungenen umfassen, die an den Seiten des Helmes angeordnet sind, welche als Kontrollsystem für den Fahrtwind fungieren, um den Fahrtwind in das Innere des Helms zu lenken, was eine Belüftung für den Fahrer darstellt. Der Fahrtwind kann dann durch eine Ausströmöffnung, die sich am hinteren Teil des Helms befindet, aus dem Helm austreten.
Ein anderer Aspekt wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung ist die Wahrnehmung, dass sich die Belüftungsöffnungen senkrecht zu der örtlichen Fließrichtung befinden können, um die Flussunterbrechung zu minimieren.
Noch ein weiterer erfinderischer Aspekt wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Erkennen, dass die Belüftungsöffnungen eine geringe Breite und Tiefe im Vergleich zu ihrer Höhe senkrecht zu der örtlichen Flussrichtung aufweisen können, um den Luftwiderstand, der aufgrund der Belüftungsöffnungen entsteht, zu reduzieren.
Ein weiterer erfinderischer Aspekt wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Erkennen, dass der Fahrtwind, der durch die Belüftungsöffnungen in den Helm strömt, durch eine Ausströmöffnung, die im hinteren Bereich des Helms angeordnet ist, wieder austritt.
In einigen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, wird ein Fahrradhelm offenbart. Der Fahrradhelm umfasst wünschenswerterweise eine Haupteinheit mit einer Höhlung, die so ausgestaltet ist, dass sie den Kopf des Anwenders aufnimmt, die eine Schale und einen Körper umfasst, und eine vordere Fläche und eine hintere Fläche definiert, welche ein paraboles Profil zeigen, wenn sie von oben betrachtet werden, wenn sich der Benutzer in einer aerodynamischen Position mit gesenktem Kopf befindet; einen Ventilationsmechanismus, umfassend mindestens eine Ventilationsöffnung, die in einer Seitenfläche der genannten Haupteinheit hinter dem weitesten vertikalen Querschnitt der Haupteinheit gebildet ist, wobei die genannte Ventilationsöffnung eine Höhe, eine Weite und eine Tiefe sowie eine Ausströmöffnung in einem hinteren Teil der Haupteinheit aufweist, wobei die Höhe der Ventilationsöffnung querlaufend zu einer örtlichen Strömungsrichtung an genannter Ventilationsöffnung das höchste Ausmaß der Ventilationsöffnung darstellt; wobei durch den Fahrtwind, der in die Haupteinheit durch die mindestens eine Ventilationsöffnung eintritt, und die Haupteinheit durch die Ausströmöffnung wieder verlässt, genannter Ventilationsmechanismus eine Luftströmung durch die Haupteinheit ermöglicht.
In anderen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, wird ein Fahrradhelm offenbart. Der Fahrradhelm umfasst wünschenswerterweise einen Hauptkörper mit einer Höhlung, die so ausgestaltet ist, dass sie den Kopf des Anwenders aufnimmt, einen Ventilationsmechanismus, der mindestens eine Ventilationsöffnung umfasst, welche in einer Seitenfläche der genannten Haupteinheit hinter dem weitesten Querschnitt der Haupteinheit angeordnet ist, und eine Ausströmöffnung, gebildet im hinteren Teil der Haupteinheit, wobei genannter Ventilationsmechanismus eine Luftströmung durch die Haupteinheit bereitstellt, wobei der Fahrtwind durch die mindestens eine Ventilationsöffnung in die Haupteinheit eintritt und die Haupteinheit durch die Ausströmöffnung wieder verlässt.
In einigen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, wird eine Methode zur Verringerung des Luftwiderstandes während des Fahrradbetriebs offenbart. Die Methode wird wünschenswerterweise durch die Bereitstellung eines aerodynamischen Fahrradhelms erreicht, der einen Körper umfasst, der so ausgestaltet ist, dass er den Kopf des Benutzers aufnimmt, einen Ventilationsmechanismus, der mindestens eine Ventilationsöffnung umfasst, die in einer Seitenfläche der genannten Haupteinheit hinter dem weitesten Querschnitt der Haupteinheit angeordnet ist, und eine Ausströmöffnung, gebildet im hinteren Teil der Haupteinheit; Aufsetzen des Helms auf den Kopf des Benutzers; Ausrichten des Kopfes des Benutzers während dem Betrieb des Fahrrades, so dass sich eine örtliche Strömungsrichtung des Fahrtwindes an der Ventilationsöffnung senkrecht zu dieser Öffnung befindet; und es dem Fahrtwind gestattet, durch die Ventilationsöffnung in den Helm zu gelangen und den Helm durch die Ausströmöffnung wieder zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile sind nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen in größerem Detail beschreiben, wobei diese dazu bestimmt sind, die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, aber nicht einzuschränken.
1 ist eine linksseitige Ansicht eines Fahrradhelms mit bestimmten Merkmalen, Aspekten und Vorteilen der vorliegenden Erfindung.
1A ist eine vergrößerte Ansicht eines zentralen Teils des vorderen Teils des Fahrradhelms, der in 1 gezeigt ist.
2 ist eine Ansicht der rechten Seite des Fahrradhelms, der in 1 gezeigt ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht der linken Seite des Fahrradhelms, der in 1 gezeigt ist, von hinten unten.
4 ist eine perspektivische Ansicht der rechten Seite des Fahrradhelms, der in 1 gezeigt ist, von vorne unten.
5 ist eine Draufsicht auf den in 1 gezeigten Fahrradhelm.
6 ist eine Ansicht der Vorderseite des in 1 gezeigten Fahrradhelms.
6A ist eine vergrößerte Ansicht der linken Seite des in 1 gezeigten Fahrradhelms, betrachtet von der Vorderseite des Helms.
6B ist eine vergrößerte schematische Ansicht der linken Seite des in 1 gezeigten Fahrradhelms, aus Sicht der Vorderseite des Helms.
7 ist eine Ansicht des in 1 gezeigten Fahrradhelms von unten.
8 ist eine teilweise Querschnittsansicht auf die Seiten des in 1 gezeigten Fahrradhelms, betrachtet von unterhalb des Helms.
8A ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Ventilationsöffnung des in 8 gezeigten Fahrradhelms.
9 ist eine Ansicht des in 1 gezeigten Fahrradhelms von hinten.
10 ist eine Ansicht der linken Seite des in 1 gezeigten Fahrradhelms, gezeigt auf dem Kopf eines Benutzers,
11 ist eine Ansicht der linken Seite eines Benutzers auf einem Fahrrad, der den in 1 gezeigten Fahrradhelm trägt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die folgende detaillierte Beschreibung ist auf eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung gerichtet. Nichtsdestotrotz kann die Erfindung in einer Vielzahl von verschiedenen Arten, wie sie durch die Ansprüche definiert und abgedeckt sind, verkörpert sein.
Obwohl es viele Arten von Fahrradhelmen gibt, wird der Fahrradhelm der vorliegenden Erfindung in Bezug auf einen aerodynamischen Fahrradhelm, wie sie von Wettkampfradfahrern verwendet werden, beschrieben. Es soll so verstanden werden, dass die Merkmale des hier diskutierten Fahrradhelms für jedes Helmdesign, bei dem ein geringer Luftwiderstand erwünscht wird, verwendet werden können und dabei bestimmte Vorteile bieten.
Die 1 bis 11 veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform eines Schutzhelms 10, der besonders gut angepasst ist für den Einsatz als Fahrradhelm. Der Helm 10 umfasst eine Haupteinheit 36, die vorzugsweise aus einer Verbundstruktur besteht, und eine Halterungszusammenstellung 80. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Haupteinheit 36 einen Körper 30 und eine Schale 32. Die Schale 32 überdeckt vorzugsweise wenigstens einen Teil einer äußeren Oberfläche des Körpers 30 und definiert so mindestens einen Teil der äußeren Oberfläche der Haupteinheit 36. Die Haupteinheit 36 bildet vorzugsweise den schützenden stoßresistenten Teil des Helms 10. Es ist gewünscht, dass die Haupteinheit 36 einen Ventilationsmechanismus umfasst, der eine Belüftung für den Benutzer bereitstellt und den Luftwiderstand reduziert. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Ventilationsmechanismus der Haupteinheit 36 wünschenswerterweise mindestens eine und bevorzugter zwei Ventilationsöffnungen oder Belüftungsöffnungen 12, die sich an der Seitenfläche der Haupteinheit 36 befinden, und eine Ausströmöffnung, die sich hinter einer Ebene 66 befindet, die die Haupteinheit 36 vertikal an der Stelle der Strömungstrennung von der äußeren Oberfläche der Haupteinheit 36 durchschneidet, so dass die Ausströmöffnung 14 Luft in den Nachströmbereich des Helms 10 leitet. In anderen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, kann der Ventilationsmechanismus mehr oder weniger Ventilationsöffnungen umfassen, die sich in anderen Bereichen des Helms, zum Beispiel auf der vorderen oder auf der oberen Seite des Helms befinden, und ebenfalls bestimmte Vorteile bieten. Die Ventilationsöffnungen 12 und die Ausströmöffnung 14 werden näher und ausführlicher nachstehend beschrieben.
Um das Verstehen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, wird die dargestellte Ausführungsform im Zusammenhang mit einem Orientierungssystem beschrieben, das auf der Orientierung des Helms 10, wenn er von einem Benutzer getragen wird, beruht. Wie in den 1, 2 und 5 gezeigt, entspricht eine vordere Fläche 34 der Haupteinheit 36 einem Bereich vor der Lage einer Ebene 56, die die Haupteinheit 36 an deren maximaler Weite W_max (gezeigt in 7) vertikal durchschneidet, wobei diese vordere Fläche einen vorderen Teil des Kopfes des Benutzers bedeckt, eine hintere Fläche 64, die einem Bereich hinter der Ebene 66, die Haupteinheit 36 an der Stelle der Strömungstrennung von der äußeren Oberfläche der Haupteinheit 36 vertikal durchschneidet, entspricht, welche sich bis hinter den Kopf des Benutzers erstreckt, und eine mittlere Oberfläche 44, die dem Bereich zwischen der Ebene 56, entsprechend der maximalen Weite W_max und der Ebene 66, entsprechend der Stelle der Strömungstrennung, entspricht. Abhängig von der Geometrie der Haupteinheit 36 kann sich die Ebene 66 irgendwo zwischen der halben Strecke und zwei Dritteln des Abstands zwischen der Ebene 56 und dem hinteren Ende der Haupteinheit 36 befinden. Eine versetzte Oberfläche 84 entspricht einer Fläche vor den Ventilationsöffnungen 12, wie in den 1, 3, 6 und 6A gezeigt, die mindestens teilweise die Stirn des Benutzers überdeckt und von der vorderen Fläche 34 und der mittleren Fläche 44 versetzt ist. Die linke Seite der Haupteinheit 36 entspricht der linken Seite des Benutzers, wie in 1 gezeigt, und die rechte Seite der Haupteinheit 36 entspricht der rechten Seite des Benutzers, wie in 2 gezeigt. Eine Vorderkante entspricht einer Kante, die sich am nächsten zu der vorderen Seite des Helms befindet, und eine hintere Kante entspricht einer Kante hinter der vorderen Kante.
Das vordere Teil der Haupteinheit 36 weist wünschenswerterweise in einer horizontalen Ebene, wenn sie von oben oder unten betrachtet wird, eine parabolische Form auf, wie es in den 5 und 7 gezeigt wird. Unter Bezugnahme auf die 1A definiert die Haupteinheit 36 des Helms 10 eine Vorderkante A oder eine am weitesten vorne befindliche Kante der Haupteinheit 36. Wie hierin verwendet, bezieht sich ein Horizont auf eine imaginäre horizontale Ebene relativ zu dem Helm 10, wenn sich der Helm 10 in einer im Wesentlichen ebenen Lage parallel zur Fahroberfläche auf dem Kopf eines Benutzers befindet. Ein Horizont H verläuft durch die vordere Kante A, wie es in 1A illustriert ist.
Wie es von der vorderen Seite aus gesehen und 6 veranschaulicht wird, hat die Haupteinheit 36 vorzugsweise eine im Wesentlichen runde Form, wobei sich die Schale 32 wünschenswerterweise auf jeder Seite nach unten erstreckt, so dass die Schale 32 die Ohren des Benutzers bedeckt. Die Vorderseite der Haupteinheit 36 erstreckt sich wünschenswerterweise über die Stirn des Benutzers, so dass die Haupteinheit 36 den Kopf eines Benutzers vollständig bedeckt, ohne die Sicht des Benutzers einzuschränken. In einer Ausführungsform der Erfindung, wie in den 1 bis 3, 6 und 6A dargestellt, ist die versetzte Oberfläche 84 vor den Ventilationsöffnungen 12 als von der vorderen Fläche 34 und der mittleren Fläche 44 versetzt gezeigt. Die Tiefe des Versatzes zwischen den Oberflächen 84 und 34 an der Ebene 56, die die weiteste Stelle des Helms bezeichnet, ist in 6A als D_R dargestellt. D_R ist vorzugsweise die maximal versetzte Tiefe im Hinblick auf die vorderen und hinteren Parabeln, definiert durch die Scheitelpunkte F und R. In der dargestellten Ausführungsform ist die Tiefe der Ventilationsöffnungen 12 positiv, oder in Richtung auf die innere Oberfläche 38 der Haupteinheit 36 gerichtet, wie es gezeigt ist. In anderen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, kann die Tiefe der Ventilationsöffnungen 12 negativ sein, oder von der äußeren Oberfläche der Haupteinheit 36 nach auswärts gerichtet sein. Die versetzte Oberfläche 84 erlaubt wünschenswerterweise, dass Fahrtwind in die Ventilationsöffnungen 12 eintritt und regelt die Grenzschicht, wie es unten weitergehend diskutiert wird.
Der Körper 30 des Helms 10 ist vorzugsweise aus einem energieabsorbierenden Material hergestellt, wie zum Beispiel einem aufgeschäumten Material. Es können jedoch auch andere geeignete Materialien verwendet werden. Der Körper 30 kann mittels einer Vielzahl von geeigneten Herstellungstechniken, die einem Fachmann bekannt sind oder naheliegend erscheinen, hergestellt werden. Der Körper 30 kann aus einem einzigen Stück Material hergestellt sein, oder er kann aus einer Vielzahl von Komponenten bestehen. Wenn der Körper 30 aus verschiedenen Komponenten hergestellt ist, können die Komponenten entweder separat hergestellt und dann zusammengefügt werden, oder sie können als einzelne Schichten einer einheitlichen Struktur gebildet sein. Beispielsweise können in einer Anordnung viele Komponenten durch eine interne Trägerstruktur zusammengefügt werden, oder verschiedene Materialien können in aufeinanderfolgenden Schritten geformt werden, um eine einheitliche Struktur zu bilden. Alternativ könnte der Körper 30 mehr als ein Stück umfassen, die an der Schale 32 befestigt sind, nicht jedoch untereinander verbunden sind.
Die Schale 32 bedeckt vorzugsweise einen Teil der äußeren Oberfläche des Körpers 30 und stellt wünschenswerterweise einen Schutz des Körpers 30 dar, zusätzlich zu der Bereitstellung aerodynamischer Vorteile. Darüber hinaus kann die Schale 32 auch eine energieabsorbierende Funktion bereitstellen. In der dargestellten Ausführungsform bedeckt die Schale 32 einen wesentlichen Teil der äußeren Oberfläche des Körpers 30, einschließlich des vorderen, seitlichen, oberen und hinteren Teils des Körpers 30. Vorzugsweise besteht die Schale 32 aus einer relativ dünnen Schicht eines Polycarbonatmaterials. Wünschenswerterweise ist die mittlere Dicke der Schale 32 wesentlich geringer als die mittlere Dicke des Körpers 30. In einer Anordnung kann die Schale 32 auf einen Körper 30, der in einem vorhergehenden Verfahrensschritt gebildet wurde, spritzgegossen werden. Die innere Oberfläche der Schale 32, die die Ohren des Benutzers bedeckt, kann mit einem Material, wie beispielsweise IEPE ausgekleidet sein; es können jedoch auch andere Materialien verwendet werden. Die Tiefe des Körpers D_B ist in 6B als der Abstand zwischen der innenliegenden Oberfläche 38 des Körpers 30 und der inneren Oberfläche der Schale 32 zu erkennen.
Vorzugsweise schließt der Helm 10 auch eine Halterungsanordnung 80 ein, die sich unterhalb eines unteren hinteren Teils der Haupteinheit 36 erstreckt, wie in 1, 2, 10 und 11 gezeigt. Wünschenswerterweise ist die Halterungsanordnung 80 so ausgestaltet, dass sie einen unteren hinteren Teil des Kopfes des Benutzers berührt, um das Sichern des Helms 10 am Kopf des Benutzers zu unterstützen und ungewünschte Bewegungen des Helms 10 zu verhindern.
Die Erfinder haben erkannt, dass die aerodynamische Leistung des Fahrradhelms durch die Oberflächenrauheit des Helms beeinflusst werden kann, die typischerweise ein Ergebnis der herkömmlichen Platzierung der Belüftungsöffnungen ist. Um den Faktor der Oberflächenrauheit zu reduzieren, der zum Luftwiderstand beiträgt, ist in der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wünschenswerterweise eine Belüftung oder Öffnung an der vorderen Oberfläche 34 der Haupteinheit 36 entfernt worden. Wie in den 1, 2, 5 und 6 gezeigt, hat die vordere Oberfläche 34 der Haupteinheit 36 wünschenswerterweise eine glatte, durchgehende Oberfläche, vorzugsweise ohne irgendwelche Belüftungen oder Öffnungen. In anderen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, kann die vordere Oberfläche 34 jedoch eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, um für den Fahrer eine zusätzliche Belüftung und weitere bestimmte Vorteile bereit zu stellen.
Von oben betrachtet, gezeigt in 5, umfasst die Haupteinheit 36 wünschenswerterweise zwei glatte parabole Oberflächen am vorderen und am hinteren Ende, die jedoch zum hinteren Ende hin stumpf zulaufen. Punkt F ist der Scheitelpunkt der parabolen vorderen Oberfläche und Punkt R ist der Scheitelpunkt der parabolen hinteren Oberfläche. Die obere Außenfläche der Haupteinheit 36 ist eine im Wesentlichen glatte und kontinuierliche Oberfläche, vorzugsweise ohne Ventilationsöffnungen. Wünschenswerterweise wird durch das Entfernen von Ventilationsöffnungen von der obenliegenden Außenfläche der Haupteinheit 36 die Oberflächenrauheit des Helms 10 reduziert und der Luftwiderstand minimiert, der durch diese Öffnungen verursacht werden kann. In anderen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführung, kann jedoch die obere Außenfläche der Haupteinheit eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, um zusätzliche Belüftung für den Fahrer und immer noch bestimmte Vorteile bereit zu stellen. Die Ebene 56, die die Haupteinheit 36 im Bereich der maximalen Weite der Haupteinheit 36 durchschneidet, ist in den 1, 2, 5 und 7 abgebildet. Wie es weiter unten näher diskutiert wird, sind die Ventilationsöffnungen 12 vorzugsweise hinter der Ebene 56 der Haupteinheit 36 angeordnet.
Von vorne oder von hinten betrachtet, ist der hintere Teil der Haupteinheit 36 ebenfalls im Wesentlichen parabol, kann jedoch, wie in der dargestellten Ausführungsform, die in den 1 bis 11 gezeigt ist, vorzugsweise eher ein stumpfes Ende als einen glatten parabolischen Bogen oder Punkt aufweisen. Die Kanten der nach hinten zeigenden Oberfläche, wie die stumpfe Oberfläche 35, sind vorzugsweise durch einen im Wesentlichen gekrümmten Bogen der hinteren Oberfläche 64 der Haupteinheit 36 und einer Oberfläche der Unterseite 37 definiert, wie es in den 3, 4, 7 und 9 gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen, einschließlich der gezeigten Ausführungsform, kann sich der obere Bogen der Haupteinheit 36 weiter in Richtung des hinteren Teils der Haupteinheit 36 erstrecken als die Unterseite der Haupteinheit 36, wie es am deutlichsten in den linken und rechten Seitenansichten, die in den 1 und 2 dargestellt sind, gezeigt ist. Eine obere Hinterkante 76 und eine untere Hinterkante 78 sind in den 1 und 2 gezeigt. Die hintere Oberfläche 64 der Haupteinheit 36, die stumpfe Fläche 35 und die Oberfläche der Unterseite 37 definieren vorzugsweise einen Hohlraum am hinteren Ende des Helms 10. Vorzugsweise definiert die stumpfe Fläche 35 eine Ausströmöffnung 14, die zwischen der oberen Hinterkante 76 und der unteren Hinterkante 78 angeordnet ist. Die Ausströmöffnung 14 kann innerhalb der stumpfen Fläche 35 zentriert sein, oder sie kann sich irgendwo innerhalb der stumpfen Fläche 35 befinden. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Ausströmöffnung 14 gezeigt. Es können jedoch auch mehrere Ausströmöffnungen enthalten sein. Außerdem wird die Ausströmöffnung 14 auf der stumpfen Fläche 35 angeordnet gezeigt, sie kann sich aber auch irgendwo im Bereich der hinteren Oberfläche 64 oder der Oberfläche der Unterseite 37 befinden und bietet trotzdem einen Helm mit einigen Vorteilen. Weitere Details, die sich auf die Ausströmöffnung 14 als Teil des Ventilationsmechanismus des Helms 10 beziehen, werden unten näher diskutiert.
Die Unterseite der Haupteinheit 36 definiert vorzugsweise eine innere Oberfläche 38, wie aus den 3, 4 und 7 ersichtlich ist. Die innere Oberfläche 38 umfasst wünschenswerterweise die innere Oberfläche des Körpers 30 und kann konturiert oder flach sein, in Abhängigkeit von den gewünschten innenliegenden Fahrtwindcharakteristiken oder den Komfortwünschen des Benutzers. Wie es in 7 gezeigt ist, ist die konkave Öffnung der Haupteinheit 36 vorzugsweise so geformt, dass sie auf den Kopf eines Benutzers passt, ohne freien Raum hinter dem Kopf des Benutzers aufzuweisen. Wie oben diskutiert, erstreckt sich ein hinterer Teil der Unterseite der Haupteinheit 36 hinter den Hinterkopf des Benutzers und definiert die Oberfläche der Unterseite 37. Das Innere der Haupteinheit 36 innerhalb des freien Raums, definiert durch die innere Oberfläche 38, die stumpfe Fläche 35 (am deutlichsten in 9 zu sehen) und die Oberfläche der Unterseite 37, ist vorzugsweise hohl, so dass der Fahrtwind durch diesen Bereich strömen kann und die Haupteinheit 36 durch die Ausströmöffnung 14 verlassen kann, wie es detaillierter unten diskutiert wird.
Wie oben diskutiert, stellen die 1 und 2 linke und rechte Seitenansichten des Helms 10 dar. Diese Figuren stellen am deutlichsten die bevorzugte Stelle der Ventilationsöffnungen 12 dar. In der gezeigten Ausführungsform in den 1 bis 11 befindet sich je eine Ventilationsöffnung innerhalb der mittleren Oberfläche 44 an jeder Seite der Haupteinheit 36. Eine größere oder geringere Anzahl von Ventilationsöffnungen 12 kann an den Seiten der Haupteinheit 36 angeordnet sein, abhängig von der gewünschten Belüftung und den Fahrtwindcharakteristiken. Die 1 bis 3, 6 und 6A veranschaulichen, dass die Oberfläche der Haupteinheit 36 gewünschtenfalls Teile umfassen kann, die von der glatten parabolen Oberfläche nach innen versetzt sind, welche zu den Ventilationsöffnungen 12 führen. In den 1 bis 3, 6 und 6A ist die Oberfläche der Haupteinheit 36 glatt und parabol gezeigt, ohne sich auf die versetzten Teile zu beziehen. In anderen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, kann die Oberfläche der Haupteinheit 36 auch keine versetzten Teile umfassen. Eine Vorderkante 112 der Ventilationsöffnung 12 und eine Hinterkante 212 jeder der Ventilationsöffnungen 12 sind in 8 gezeigt. Wie es in den 1 bis 3, 6A, 8 und 8A gezeigt ist, kann die Vorderkante 112 der Ventilationsöffnungen 12 in einer Ebene mit der Oberfläche der Haupteinheit 36 sein, oder die Vorderkante 112 der Ventilationsöffnungen 12 kann nach innen in einer Tiefe D_R im Vergleich zu der mittleren Oberfläche 34 der Haupteinheit 36 versetzt sein.
Die Platzierung der Ventilationsöffnungen wird die Oberflächenrauheit des Helms 10 beeinflussen, was wiederum den Luftwiderstand beeinflusst, wie bereits oben diskutiert. Die Platzierung der Ventilationsöffnungen 12 ist ein wichtiger Gesichtspunkt für die Gestaltung des Fahrradhelms 10 zur maximalen Reduzierung des Widerstands, da herkömmliche Anordnung von Belüftungen einen merklichen Luftwiderstand bewirken können. In einer bevorzugten Ausführungsform, die entworfen wurde, um den Luftwiderstand zu minimieren, wie beispielsweise in der, die in den 1 bis 11 gezeigt wird, ist die Oberfläche 84 vor den Ventilationsöffnungen 12 von der vorderen Oberfläche 34 der Haupteinheit 36 versetzt. In anderen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, kann sich die Hinterkante 212 der Ventilationsöffnungen 12 oberhalb der äußeren Oberfläche der Haupteinheit 36 befinden und immer noch bestimmte Vorteile bieten.
Die Geometrie der Ventilationsöffnungen 12, einschließlich der Querschnittsfläche, der Richtung der Ventilationsöffnung 12, der Höhe H der Ventilationsöffnung 12, der Weite W der Ventilationsöffnung 12 und der Tiefe D_R der Ventilationsöffnung 12, beeinflussen die Effizienz des Ventilationsmechanismus und die Aerodynamik des Helms 10. Wünschenswerterweise ist die Tiefe D_R minimiert, um den vorderen Bereich der Haupteinheit 36 so klein wie möglich zu halten. Ventilationsöffnungen 12 an der Haupteinheit 36 sind im Allgemeinen so gestaltet, dass sie den Transfer von Wärme von dem Kopf eines Benutzers durch erzwungene Konvektion fördern. An dem Helm 10 sind, wie es in den 1 bis 11 dargestellt ist, die Ventilationsöffnungen 12 und die Ausströmöffnung 14 so gestaltet, dass sie eine optimale Wärmeableitung erreichen, indem es der Luft gestattet wird, durch die Ventilationsöffnungen 12 in die Haupteinheit 36 einzudringen, über den Kopf des Benutzers zu strömen und die Haupteinheit 36 durch die Ausströmöffnung 14 im hinteren Teil der Haupteinheit 36 im Nachstrombereich des Helms 10 wieder zu verlassen.
In einigen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, sind die Ventilationsöffnungen 12 vorzugsweise so ausgerichtet, dass der Querschnitt der Öffnungen 12 senkrecht zu einer örtlichen Strömungsrichtung 22 an der Öffnung 12 liegt. Die Linie 22, gezeigt in den 3, 4 und 7, zeigt eine Luftströmung entlang der äußeren Oberfläche der Haupteinheit 36. Die Ventilationsöffnungen 12 sind so angeordnet, dass die Richtung des lokalen Luftstroms 22 senkrecht zu der Höhe H der Ventilationsöffnung ist, wie es in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Der Luftstrom 22 tritt durch die Ventilationsöffnungen 12 in die Haupteinheit 36 ein, strömt durch das Innere der Haupteinheit 36 und verlässt die Haupteinheit 36 durch die Ausströmöffnung 14, wie es in den 3, 4 und 7 gezeigt ist. Diese Strömung der Luft stellt wünschenswerterweise eine Belüftung für den Benutzer bereit, indem Wärme vom Kopf des Benutzers abgeleitet wird. Die Höhe H der Öffnungen 12 ist vorzugsweise wesentlich größer als die Weite W der Öffnungen. In einigen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, entspricht die Höhe H der Ventilationsöffnung 12 wünschenswerterweise zwischen 2 bis 10 mal der Weite W, bevorzugt zwischen 4 bis 8 mal der Weite W und am meisten bevorzugt zwischen 6 bis 8 mal der Weite W. Die Höhe H der Ventilationsöffnungen 12 kann größer sein als das Zehnfache der Weite W. In einigen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, entspricht die Höhe H der Ventilationsöffnungen 12 mindestens dem Vierfachen der Weite W, mindestens dem Fünffachen der Weite W, mindestens dem Sechsfachen der Weite W, mindestens dem Siebenfachen der Weite W oder mindestens dem Achtfachen der Weite W. In einigen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, können die Weite W und die Tiefe der Ventilationsöffnungen 12 vom oberen bis zum unteren Ende entlang der Höhe H der Ventilationsöffnungen 12 variieren. Die Tiefe der Ventilationsöffnungen 12 kann von der Geometrie der Haupteinheit 36 abhängig sein. Die Höhe H der Ventilationsöffnungen 12 ist bevorzugt zwischen dem Zwei- bis Fünfundzwanzigfachen der Tiefe, noch bevorzugter zwischen dem Fünf- bis Fünfundzwanzigfachen der Tiefe und am meisten bevorzugt zwischen dem Zehn- und Fünfzehnfachen der Tiefe. Die Höhe H der Ventilationsöffnungen 12 kann größer sein als das Fünfundzwanzigfache der Tiefe. In einigen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, entspricht die Höhe H der Ventilationsöffnungen 12 mindestens dem Vierfachen der Tiefe, mindestens dem Achtfachen der Tiefe, mindestens dem Zehnfachen der Tiefe, mindestens dem Fünfzehnfachen der Tiefe, oder mindestens dem Fünfundzwanzigfachen der Tiefe.
Die Ventilationsöffnungen 12 werden verwendet, um die Grenzschicht zu leiten, was dadurch bewerkstelligt wird, dass eine Grenzschichtströmung mit niedriger Energie von der Außenseite der Haupteinheit 36 zu der Innenseite der Haupteinheit 36 hin abgezweigt oder abgeleitet wird, um es der Luftströmung zu gestatten, weiter hinten an der Haupteinheit 36 mit der äußeren Oberfläche der Haupteinheit 36 verbunden zu bleiben.
Das Abreißen der Grenzschicht von der Oberfläche der Haupteinheit 36 hinter der Ebene 56 schafft zwischen dem Hals und den Schultern des Benutzers eine Zone mit hohem Druck oder einen Bereich, in dem die Strömung stagniert. Diese Zone hohen Drucks steigert den Luftwiderstand. Die Ventilationsöffnungen 12 sind wünschenswerterweise so angeordnet, dass sich die Öffnungen 12 in dem Bereich hinter der Ebene 56 befinden, welche den weitesten Punkt der Haupteinheit 36 anzeigen und vor der Ebene 66, welche den Bereich der Strömungstrennung von dem Helm anzeigt, wobei diese irgendwo zwischen halber Strecke und zwei Dritteln der Distanz zwischen der Ebene 56 und dem hinteren Ende der Haupteinheit 36, gemessen von der Ebene 56 aus, liegen kann, wie es oben diskutiert wurde und wie es in den 1, 2, 7 und 8 gezeigt ist. Vorteile können sich ergeben, wenn die Ventilationsöffnungen 12 so angeordnet sind, dass sie sich vor einer Ebene, die sich auf halber Strecke zwischen der Ebene 56 und dem hinteren Ende der Haupteinheit 36 befinden. Vorteile können sich auch durch die Anordnung der Ventilationsöffnungen 12 vor einer Ebene, die sich zwischen zwei Dritteln der Distanz zwischen der Ebene 56 und dem hinteren Ende der Haupteinheit 36, gemessen von der Ebene 56 aus, befindet, ergeben. Die Anordnung der Ventilationsöffnungen 12 in diesem Bereich wird es der Grenzschicht vorzugsweise gestatten, weiter hinter der Haupteinheit 36 verbunden zu bleiben und dadurch den Luftwiderstand des Helms 10 durch Verkleinern der Zone mit hohem Druck, die sich aus dem Abriss der Luftströmung ergibt, zu reduzieren. Darüber hinaus wird die Anordnung der Ventilationsöffnungen 12 vor der Ebene 66, die den Bereich der Strömungstrennung von der Haupteinheit 36 anzeigt, helfen, eine Stockung der Strömung um die Schultern des Benutzers und dessen Hals herum zu vermeiden, was die aerodynamische Leistung des Helms 10 zusätzlich verbessert. In anderen Ausführungsformen, einschließlich der dargestellten Ausführungsform, können die Ventilationsöffnungen 12 in Abhängigkeit von der Geometrie der Haupteinheit 36 vor dem weitesten Querschnitt der Haupteinheit 36 angeordnet sein, aber am meisten bevorzugt befinden sich die Ventilationsöffnungen 12 vor dem Punkt der Strömungstrennung von der äußeren Oberfläche der Haupteinheit 36 angeordnet.
Obwohl diese Erfindung im Zusammenhang mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen und Beispielen offenbart ist, wird es von den Fachleuten so verstanden werden, dass sich die vorliegende Erfindung über die besonders offenbarten Ausführungsformen hinaus auf andere alternative Ausführungsformen und/oder Verwendungen der Erfindung und auf offensichtliche Abänderungen oder Äquivalente davon erstreckt. Darüber hinaus, während eine Anzahl von Variationen der Erfindung gezeigt und im Detail beschrieben wurden, sind andere Modifikationen, die innerhalb des Bereiches dieser Erfindung liegen, für die Fachleute auf diesem Gebiet, basierend auf dieser Offenbarung leicht ersichtlich. Es ist darüber hinaus beabsichtigt, dass verschiedene Kombinationen oder Unterkombinationen der dargestellten Merkmale und Aspekte der Ausführungsformen gemacht werden können und immer noch in den Bereich der Erfindung fallen. Dementsprechend soll man es so verstehen, dass verschiedene Merkmale und Aspekte der offenbarten Ausführungsformen miteinander kombiniert oder durch andere ersetzt werden können, um unterschiedliche Ausführungsformen der offenbarten Erfindung zu bilden. Also ist es beabsichtigt, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung, der hier offenbart ist, durch die oben beschriebenen bestimmten offenbarten Ausführungsformen nicht beschränkt sein soll, sondern durch ein verständiges Lesen der Ansprüche, die folgen, bestimmt wird.

Claims

Ein Fahrradhelm umfassend: eine Haupteinheit, die eine Höhlung aufweist, die so ausgestaltet ist, dass sie den Kopf eines Benutzers aufnimmt, wobei die Haupteinheit eine Schale und einen Körper umfasst, wobei die Haupteinheit eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche definiert, die von oben betrachtet ein paraboles Profil aufweisen, wenn sich der Benutzer in einer aerodynamischen Position mit nach unten geneigtem Kopf befindet; ein Ventilationsmechanismus, umfassend mindestens eine Ventilationsöffnung, gebildet in einer seitlichen Oberfläche der Haupteinheit hinter einem weitesten vertikalen Querschnitt der Haupteinheit, wobei die Ventilationsöffnung eine Höhe, eine Weite und eine Tiefe aufweist und eine Ausströmöffnung in einem hinteren Teil der Haupteinheit hat, wobei die Höhe der Ventilationsöffnung quer zu einer örtlichen Strömungsrichtung an genannter Ventilationsöffnung die größte Dimension der Ventilationsöffnung darstellt; wobei der Ventilationsmechanismus eine Luftströmung durch die Haupteinheit bereitstellt, indem der Luftstrom des Fahrtwindes in die Haupteinheit durch die mindestens eine Ventilationsöffnung eintritt und die Haupteinheit durch die Ausströmöffnung verlässt.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei die örtliche Strömungsrichtung an der Ventilationsöffnung senkrecht zu der Höhe der Ventilationsöffnung ist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei die Ausströmöffnung mindestens eine Öffnung im hinteren Teil der Haupteinheit umfasst.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei die Ausströmöffnung unterhalb einer oberen Hinterkante des Helms lokalisiert ist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei die Ausströmöffnung unterhalb einer unteren Hinterkante des Helms lokalisiert ist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei die Ventilationsöffnung vor einer Ebene, die durch die Strömungstrennung an der Oberfläche des Helms definiert ist, lokalisiert ist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei die Höhe der Ventilationsöffnung wesentlich größer ist als die Weite der Ventilationsöffnung.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 7, wobei die Höhe der Ventilationsöffnung das Sechsfache der Weite darstellt.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 7, wobei die Höhe der Ventilationsöffnung das Achtfache der Weite darstellt.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 7, wobei die Höhe der Ventilationsöffnung das Sechs- bis Achtfache der Weite darstellt.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei eine vordere Kante der Ventilationsöffnung in einer Ebene mit der Seitenfläche des Helms ausgebildet ist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei eine vordere Kante der Ventilationsöffnung von der Seitenoberfläche des Helms nach innen versetzt ist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei die hintere Oberfläche in Richtung auf das hintere Ende des genannten Körpers spitz zuläuft.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei der Helm eine im Wesentlichen tränenförmige Form aufweist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 13, wobei die hintere Oberfläche eingesenkt ist, um die Länge des genannten Körpers zu reduzieren.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, außerdem umfassend eine obere Oberfläche, wobei diese obere Oberfläche keinerlei Öffnungen aufweist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, außerdem umfassend eine vordere Oberfläche, wobei diese vordere Oberfläche keinerlei Öffnungen aufweist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, außerdem umfassend einen im Wesentlichen hohlen hinteren Teil des Helms, der sich vom Hinterkopf des Benutzers zu der Ausströmöffnung erstreckt, wobei dieser hintere Teil so ausgestaltet ist, dass eine untere Oberfläche des hinteren Teils im Wesentlichen flach ist, und eine obere Oberfläche des hinteren Teils gebogen ist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei die Ventilationsöffnung vor einer Ebene, die sich auf halber Strecke hinter dem weitesten Querschnitt des Helms zum hinteren Teil des Helms befindet, angeordnet ist.
Der Fahrradhelm gemäß Anspruch 1, wobei die Ventilationsöffnung vor einer Ebene, die sich auf zwei Dritteln des Abstands hinter dem weitesten Querschnitt des Helms zum hinteren Teil des Helms hin befindet, gemessen vom weitesten Querschnitt des Helms, angeordnet ist.
Ein Fahrradhelm umfassend: einen Körper, der eine Höhlung aufweist, die so ausgestaltet ist, dass sie den Kopf des Benutzers aufnimmt; einen Ventilationsmechanismus, umfassend mindestens eine Ventilationsöffnung, die in einer seitlichen Oberfläche der Haupteinheit hinter dem weitesten Querschnitt der Haupteinheit ausgebildet ist, und eine Ausströmöffnung, die im Wesentlichen in einem hinteren Teil der Haupteinheit ausgebildet ist; wobei der Ventilationsmechanismus aufgrund des Fahrtwindes, der in die Haupteinheit durch die mindestens eine Ventilationsöffnung eintritt und die Haupteinheit durch die Ausströmöffnung verlässt, einen Luftstrom durch diese Haupteinheit bereitstellt.
Ein Verfahren zur Reduzierung des Luftwiderstands während des Betriebs eines Fahrrades, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines aerodynamischen Fahrradhelms, umfassend einen Körper, der eine Höhlung aufweist, die so ausgestaltet ist, dass sie den Kopf eines Benutzers aufnimmt, einen Ventilationsmechanismus, umfassend mindestens eine Ventilationsöffnung, die in einer seitlichen Oberfläche des Helms hinter dem weitesten Querschnitt der Haupteinheit ausgestaltet ist, und eine Ausströmöffnung, die in einem hinteren Teil der Haupteinheit ausgestaltet ist; Aufsetzen des Helms auf den Kopf des Benutzers; Ausrichten des Kopfes des Benutzers während des Betriebs eines Fahrrades, so dass eine örtliche Luftstromrichtung an der Ventilationsöffnung senkrecht zu genannter Öffnung steht; und Ermöglichen, dass dieser Luftstrom durch die Ventilationsöffnung in den Helm eintritt und den Helm durch die Ausströmöffnung wieder verlässt.