Materialforschung

Oben ohne war gestern – Hightech-Helme erobern Pisten  

Im Versuchslabor der Fürther Firma Uvex werden die Skihelme von morgen getestet. Die neuen Kopfbedeckungen müssen zunächst Stürze, Hitze und Kälte überstehen, bevor sie ausgeliefert werden. Die Nachfrage ist aktuell riesig. Nach dem Skiunfall von Thüringens Ministerpräsidenten Dieter Althaus musste der Hersteller sogar die Betriebsferien an Weihnachten unterbrechen. VDI nachrichten, Düsseldorf, 23. 1. 09, sta

Mit einem lauten Knall kracht der Kopf aus rund 1,6 m Höhe auf einen Eisenblock. Im Moment des Aufprall hat er eine Geschwindigkeit von immerhin 18 km/h erreicht. Glücklichweise ist das vermeintlich menschliche Haupt nicht aus Fleisch und Blut. Im Prüflabor der Fürther Firma Uvex kommen höchstens Dummys zu Schaden. Aber auch die nur selten. Schließlich tragen alle Helme.

„Schauen wir uns die Kopfbedeckung doch mal an“, sagt Produktentwickler Armin Schulze und greift in den roten Versuchskäfig. „Sehen Sie, bis auf einen feinen Riss im Kunststoff an der Oberfläche ist da nichts.“ Die zerstörerische Kraft des Aufschlags sei durch Außenschale und Styroporkern ausgebremst worden. Die Knautschzone habe ganze Arbeit geleistet.

„Geführter freier Fall“ heißt dieses Experiment. Dabei wird ein Gusskopf genutzt, der hinsichtlich Gewicht und Form dem menschlichen Schädel nachempfunden ist.

Die am Kopf gemessene Beschleunigung darf 250 g nicht überschreiten

Laut EU-Norm EN 1077 darf die am Kopf gemessene Beschleunigung 250 g nicht überschreiten. „g“ beschreibt dabei die Belastung eines Körpers durch Beschleunigung bzw. Verzögerung (=negative Beschleunigung). 1 g entspricht der normalen Erdbeschleunigung (9,81 m/s2). „Bei dem Versuch eben haben wir ein Maximum von 176 g verzeichnet“, so Schulze. „Dies ist ein gutes Ergebnis.“ Es bedeute, dass der behelmte Dummy-Kopf kurzfristig die 176-fache Erdbeschleunigung ertragen musste. Ein gewaltiger Wert – aber nicht tödlich. Lebenserhaltend ist die Tatsache, dass die Kraft bei einem Aufprall lediglich 5 ms einwirkt (siehe auch Kasten oben).

Getestet wird im Labor auch, in wieweit Hitze oder Kälte die Materialeigenschaften negativ beeinflussen. Um die Bedingungen auf der Skipiste zu simulieren, kühlen die Tester den Kopfschutz in einer Gefriertruhe auf -25 °C herunter. Im benachbarten Laborofen werden neu entwickelte Modelle auf +50 °C aufgeheizt. „Wenn so ein Helm auf der Hutablage im Auto liegt, und die Sonne scheint, werden ganz schnell solche Temperaturen erreicht“, erklärt Schulze.

Das Uvex-Werk verlassen darf ein neu entwickelter Helm erst, wenn er eine Reihe weiterer Sicherheitskriterien erfüllt: Unter anderem muss er so gut sitzen, dass er auch bei einem Sturz am Kopf bleibt und der Kinnriemen nicht reißt. Außerdem darf ihn kein spitzer Gegenstand durchdringen, etwa ein Stein oder ein Skispitze.

Inzwischen gibt es Exemplare nicht nur in allen Farben und Mustern, sondern auch mit MP3-Spielern und Bluetooth-Modul. Und die Entwickler tüfteln an Verfahren, um die Helme noch leichter und komfortabler zu machen. Vertriebsleiter Günther Kocher greift zu zwei Exemplaren: einem älteren Modell und einem Prototyp. Während der Oldie wenige kleine Löcher in der Styroporhaube spendiert bekam, hat der Newcomer zahlreiche Kanäle die vom Styroporkern nach außen in die Kunststoffschale führen. Wie bei einem Motorradhelm lässt sich die Belüftung mittels eines Schiebers öffnen oder schließen.

„Also das Argument, Helme seien hässlich und unkomfortabel, gilt nicht mehr. Die heutige Generation ist mindestens so bequem wie eine Mütze“, meint Kocher. Der Experte weiß, dass der Kopf nur in 10 % aller Skiunfälle verletzt wird. Er weiß aber auch, dass 85 % dieser Verletzungen mit einem Helm hätten vermieden werden können.

Skihelme könnten 85 % aller Kopfverletzungen verhindern

Um zu demonstrieren, welche Kräfte auf ungeschützte Köpfe bei einem Aufprall wirken, führt Produktentwickler Schulze einen zweiten Versuch durch. Diesmal lässt er den nackten Gusskopf aus 15 cm Höhe auf den Amboss krachen. Das Ergebnis: etwa 450 g bei einer Geschwindigkeit von nur knapp 6 km/h. „Man sieht also, was für eine extreme Beschleunigung der Helm schluckt, wenn er wie vorhin aus einer Höhe von 1,6 m herunterdonnert“, betont Schulze.

Heute sind moderne Sturzhelme Hightech-Produkte. Es gibt sie in zwei Varianten: als Hartschalenhelme mit dicker Außenwand und einem Polystyrol-Kern, also Styropor. Beim so genannten „In-Mould“-Verfahren werden eine dünnere Polycarbonat-Außenhaut und ein Schaumkern unter großem Druck und starker Hitze miteinander verbacken.

Laut Branchenangaben wurden im deutschsprachigen Raum etwa 1,1 Mio. Skihelme für die Saison 08/09 produziert. Die Nachfrage steigt stetig. Jeder dritte Kopfschutz stammt vom Fürther Mittelständler, der nach eigenen Angaben Marktführer in diesem Bereich ist. Produziert werden die Helme in Lederdorn (bayerischer Wald) und Obernzell (Niederbayern). Uvex „made in Germany“ – darauf ist man beim fränkischen Familienbetrieb stolz.

„Nach dem Skiunfall von Ministerpräsident Althaus hatten wir innerhalb kurzer Zeit 20 000 Nachbestellungen. Unsere Mitarbeiter hatten Weihnachtsferien, sie mussten den Urlaub unterbrechen, damit wir die Nachfrage befriedigen können. Würden wir im Ausland fertigen, wären wir nicht so flexibel“, sagt Günther Kocher.

1,1 Mio. neue Helme pro Jahr im deutschsprachigen Raum

Die Entwicklung von Helmen gehörte anfangs gar nicht zur Kernkompetenz von Uvex. Schutzbrillen, Bekleidung, Schuhe, Strümpfe, Unterwäsche, Gehörschutz – alles was ein Werker in einer Industrieumgebung oder auf dem Bau als Arbeitsschutz benötigt, wird vom Unternehmen entwickelt und hergestellt. So haben die Uvex-Chemiker und -Verfahrenstechniker beispielsweise für Arbeitsschutzbrillen die Mehr-Komponenten-Technologie, eine Kombination von verschieden harten Kunststoffen, ausgetüftelt und sich damit technologisch an die Spitze der Arbeitsschutzbranche katapultiert. „Die Sicherheitsanforderungen im Arbeitsbereich sind sehr viel höher. Zum Beispiel werden Schutzbrillen beschossen oder müssen Kettensägen standhalten. Von den Entwicklungen im Arbeitsschutz profitiert dann auch der Sport“, erläutert Kocher.

Seit Anfang Januar produziert Uvex täglich 2500 Helme. Unter normalen Umständen hätten die Mitarbeiter die Produktion zurückgefahren, um die Maschinen für den nächsten Winter umzustellen. „Aufgrund der großen Nachfrage müssen wir die Fertigung in zwei Schichten hochhalten. Und wir werden sie auch weiter hochhalten, damit wir rechtzeitig die Waren für die Wintersaison 2009/2010 ausliefern können“, erklärt Günther Kocher.

Jüngste Innovation: Brille mit Visier auf Flüssigkristallbasis

Warum nicht drei Schichten? Da ist man in Fürth ganz pragmatisch: „Wir haben“, so der Uvex-Mann, „gar nicht die räumlichen und logistischen Kapazitäten, um diese Mengen zu bewältigen. Es ist auch gar nicht so einfach, von heute auf morgen die Rohmaterialien zu bekommen. Außerdem ist abzusehen, dass wir eine Marktsättigung erreichen werden und dann wieder einen ganz normalen Bedarf haben. Wenn wir die Produktion jetzt ausbauen würden, wäre sie später nicht ausgelastet“. Lieber konzentriert man sich in Fürth darauf, Innovationen auf den Markt zu bringen. Die neuste ist eine Skibrille mit Visier auf Flüssigkristallbasis, das der Nutzer auf Knopfdruck abdunkeln kann. E. TSAKIRIDOU /sta

Die Geschichte von Uvex

1926 eröffnete Exportkaufmann Philipp Winter die „Optische-Industrie-Anstalt Philipp M. Winter“. Zunächst handelt er aus einem Schuppen als Untermieter von Gustav Schickedanz mit Schutzbrillen jeglicher Art. Zehn Jahre später beginnt der Mittelfranke mit der Fertigung eigener Brillen.

1962 steigt Winters Sohn Rainer in die Firma ein. Der Junior übernimmt die Leitung des Bereichs Sonnenbrille und erfindet für das Vertriebsprogramm die Marke „uvex“, was nichts anderes als die Kurzform des Qualitätsmerkmals „Ultra Violet Excluded“ ist.

Seit 1994 ist Uvex eine familiengeführte Holding, die vier Gesellschaften unter einem Dach vereinigt: „Uvex Arbeitsschutz“ fertigt Augen-, Kopf, Gehör-, Handschutz, Sicherheitsschuhe und Berufskleidung. „Uvex Sports“ und „Alpina International“ stellen Ski-, Rad-, Motorradhelme, Sportbrillen und optische Fassungen her. „Filtral“ arbeitet im Consumer-Bereich mit Sonnenbrillen und Lesehilfen.

Insgesamt sind 2300 Menschen beim fränkischen Familienunternehmen beschäftigt. Schwerpunkt der Produktion ist in Deutschland. Zwei Drittel der Mitarbeiter sind hier beschäftigt. Vergangenes Jahr erwirtschaftete die Gruppe einen Umsatz von 330 Mio. €. et

g wie Gravitation

Rennfahrer müssen Beschleunigungen um die 6 g aushalten, Astronauten um die 8 g – allerdings jeweils am ganzen Körper und das für einen relativ langen Zeitraum.

10 g treten bei extremen Flugmanövern von Kampfpiloten auf, etwa bei engen und schnellen Kurvenflügen. Der Pilot wird dann mit dem 10-fachen seines Körpergewichts in den Sitz gepresst. Eine solche Belastung kann tödlich sein. Das Blut schießt in die Beine. Das Herz schafft es nicht mehr, das Blut nach oben zu pumpen. Atmen ist nur noch schwer möglich.

Bei untrainierten Menschen führen bereits 6 g zu Bewusstlosigkeit, ab 8 g sind Schleudertraumata zu befürchten, schon 14 g kann in schweren Verletzungen münden. Am Kopf können Beschleunigungen zwischen 50 g bis 100 g zu Hirnverletzungen führen (s. auch Handbuch Bd. 1 „Gerichtliche Medizin“ von Karger, Brinkmann, Madea).  ƒnet

Im freien Fall lässt Produktentwickler Armin Schulze einen Dummy auf eine Metallplatte krachen. Dank Helm erfährt der Kopf eine Beschleunigung von nur 176 g. Ein Mensch hätte gute Überlebenschancen gehabt. Ohne Helm wäre die Belastung höher gewesen – und mit Sicherheit tödlich.

Von Et

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