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Helmspezifikationen und Mittelstufenphysik
(Andreas Weickenmeier)
 
1. Was ein Fahrradhelm nicht ist
Ein Radhelm ist kein Hartschalenhelm. Die Schale ist dafür da, Verzahnungseffekte mit der Fahrbahnoberfläche und damit ein ruckartiges Abbremsen des Kopfes zu vermeiden. Daher gelten die Helme der ersten Generation ohne Schale mittlerweile als gefährlich. Für wie stabil die Hersteller die Schale halten, erkennt man aus der Empfehlung, runtergefallene Helme zu ersetzen.
 
2. Was der Helm ist
Der Radhelm ist eine Knautschzone. Stößt der Kopf auf ein hartes Hindernis, so wird das Gehirn ruckartig auf Stillstand gebremst. Die dabei auftretende Verzögerung (negative Beschleunigung) schädigt das Gehirn. Die Styroporschicht dient dazu, die Verzögerung auf 300 g (g = Erdbeschleunigung) zu verringern. Man hat zusätzlichen Bremsweg (etwa 1cm) zum Abbremsen und kann daher etwas milder abbremsen, so das Prinzip.
 
3. Hingeknallt: hat der Helm gewirkt?
Der Helm hat dann optimal gewirkt, wenn die Dämmschicht unzerbrochen auf Minimalstärke komprimiert wurde. Ist hingegen der Helm zerbrochen, konnte die Dämmschicht nicht wirken. Zerbrechen ist also eher ein Beweis für das Versagen, nicht für das Wirken des Helmes. Wohlgemerkt: wir reden hier nicht von Kratzerchen.
 
4. Worauf ist ein Helm ausgelegt
Der Test ist so: ein 5 kg schwerer Prüfkörper wird in den Helm eingebracht und ein Fallexperiment durchgeführt. Dabei wird die maximale Beschleunigung des Prüfkörpers gemessen. Liegt sie unter 300 g, gilt der Helm als gut.
    Die Beschleunigung definiert, welche Kraft zur Verzögerung aufgewendet wird (Steifigkeit des Absorbers). Nun steht nur eine definierte Bremsstrecke zur Verfügung (etwa die Hälfte der 2 cm Helmdicke, eher weniger). Hat man auf dieser Strecke nicht auf Null gebremst, kommt es zum Durchschlag (der Helm besteht nicht den Test).
    Nun kann man aus den Prüfbedingungen ausrechnen, welche Energie der Absorber aufnehmen kann (für Physiker und Konsorten). Die Bremskraft ist
F = m * a = m * 300 g = 14.715 kN. Die deponierte Energie ist also
W = F * s = 14.7 kN * 0.01m = 0.147 kNm = 147 J
Hieraus können wir die maximale Geschwindigkeit ausrechnen, denn kinetische Energie = absorbierte Energie. Aus 1/2 m v^2 = W berechnen wir v = 27 km/h.
 
Was lernen wir daraus:
Ein 5 kg schwerer Prüfkörper, der behelmt gegen die Wand knallt, wird von v = 27km/h auf v = 0 abgestoppt ohne Helmdurchschlag. Die Beschleunigung des Prüfkörpers beträgt dabei die 300-fache Erdbeschleunigung. Daher der Satz:
"...wirkt bis 25 km/h."
5. Was der Test nicht aussagt
Das Kopfgewicht beträgt etwa 5 kg. Nur fliegt der Kopf eher selten ohne Körper durch die Gegend. Muß der Helm mehr als 5 kg abbremsen, so nimmt die Verzögerung ab. Der Kopf wird also langsamer abgebremst, es kommt zum Durchschlag.
    Nehmen wir an, der Fahrer fliegt mit dem Kopf voran gegen ein Hindernis und wiegt 75 kg, die dann vom Helm gebremst werden müssen. Wir berechnen die Verzögerung a = F/m = 20 g, also nur noch die 20-fache Erdbeschleunigung. Lassen wir den Fahrer mit 25 km/h auftreffen. Hat er den Absorber komprimiert, so hat er immer noch eine Restgeschwindigkeit von
v = v_0 - a * t (t aus s = v_0 * t - 1/2 a * t^2), das ist etwa 24 km/h.
 
Was lernen wir daraus:
Muß der Helm nicht nur die 5 kg des Prüfkörpers, sondern die 75 kg eines Fahrers abbremsen, so bremst er von einer Geschwindigkeit von v = 25 km/h auf eine Geschwindigkeit von v = 24 km/h ab. Von einer Wirksamkeit kann dann wohl nicht mehr gesprochen werden.
    Das Szenario einer Stecklandung mag übertrieben erscheinen. Aber allein, wenn nur ein kleiner Teil des Körpergewichtes mitgebremst werden muß, kommt man schon zu erstaunlichen Durchschlagsgeschwindigkeiten. Verdoppeln wir das Gewicht des Prüfköpers lediglich auf 10 kg, so beträgt die Durchschlagsgeschwindigkeit bereits 15 km/h.
 
Andreas Weickenmeier
alw@gmx.de

 
Autorenbeiträge:
Anton Ertl | Bernd Sluka | Carsten Lechte | Christian Sachs
Christoph Kaufmann | Harald Kirsch | Karl Brodowsky | Kurt Fischer
Markus Imhof | Mathias Böwe | Natalja Rakowsky | Rolf Mantel
Sven Bauer | Urs Vollmer | Volker Speer | Werner Icking
 
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