Forscher der US Army und deren Industriepartner haben kürzlich eine Studie veröffentlicht, die zeigt, wie Gefechtshelme sich mit neuen Materialien und Herstellungsmethoden besser polstern lassen. Dadurch können neue Gefechts- und Freizeithelme die Wahrscheinlichkeit von Kopfverletzungen verringern.
Durch Fortschritte im 3D-Druck ist es einem Team des Army Research Laboratory des US Army Combat Capabilities Development Command und seiner HRL Laboratories-Partner gelungen, neue Helmpolster – sogenannte Pads – herzustellen, die aus abgestimmten offenzelligen Gitterstrukturen bestehen. „Die besondere Anordnung und sorgfältige Kontrolle des Gitterdesigns verleiht der Polsterung neuartige Kompressionseigenschaften, die die Kopfbeschleunigung bei stumpfen Aufprallereignissen im Vergleich zu herkömmlichen Schaumstoffpolstern dämpfen“, sagte Dr. Thomas Plaisted, Projektleiter des Labors. „Tests haben gezeigt, dass sich die Effizienz der Energiedämpfung eines Gefechtshelms im Vergleich zu den derzeit besten Schaumstoffpolstern um 27% steigern lässt.“
Die Herausforderung für das Design der Pads besteht darin, ein Höchstmaß an Schutz zu bieten, aber gleichzeitig leicht von Gewicht zu sein und nicht zu viel Platz im Helm einzunehmen. Die Polsterung muss bequem sein, damit der Soldat den Helm lange und ohne Einschränkung, Schmerzen oder Ermüdungserscheinungen tragen kann.
Klassische Materialien zur Stoßabsorption sind geschlossenzellige Schäume aus expandiertem Polypropylen und Vinylnitril, bei denen während der Energieaufnahme das Material zusammengedrückt wird und die inneren Poren zusammenfallen und dadurch die Aufprallenergie absorbieren. Das neue Material lässt sich sorgfältiger abstimmen, um bei einem Aufprall nachzugeben, wodurch Verletzungen gemindert werden.
Erst durch jüngste Fortschritte bei additiven Fertigungstechniken wurde die Herstellung von Zellmaterialien mit architektonischer Gittertopologie ermöglicht. „Wir haben durch das Design der zellularen Architektur eine verbesserte Kontrolle über den Kollapsprozess in elastomeren Gittern demonstriert, die eine Aufpralldämpfungsleistung ermöglicht, die sowohl für Einzel- als auch für Mehrtreffer-Szenarien über den gegenwärtigen Stand der Technik hinausgeht“, sagte Plaisted. „Während eines Standard-Helmtests wurde eine Verbesserung gegenüber hochmodernen Helmpolstern aus Vinylnitrilschaum erzielt, die zu einer geringeren Kopfbeschleunigung führte. Dieser Durchbruch könnte den Weg zu Helmen mit verbessertem Verletzungsschutz ebnen. Das offenzellige Design des Gitters trägt außerdem zu erhöhtem Komfort und Atmungsaktivität bei, um die Wärme besser vom Kopf abzuleiten.“
Als nächster Schritt müssen diese neuen Erkenntnisse und Materialien jetzt in die Gefechtshelme integriert werden. Parallel wurde auch an alternativen Helmaufhängungstechnologien und geschwindigkeitsaktivierten Haltegurten gearbeitet. Diese sollen neben den Pads die Verletzungsgefahr durch stumpfe Aufprallereignisse weiter senken. Bei der Integration arbeitet die US Army eng mit industriellen Partnern zusammen.
André Forkert
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