SkiProTech

Entwicklung eines Test-Dummys für die Aufprall-Evaluation von Schutz-Elementen

Sicherheit beim Skifahren ist ein komplexes Thema, das oft in Zusammenhang steht mit der Effektivität von Schutz-Einrichtungen und Schutzbarrieren, entweder im Falle von Sturzunfällen oder im Falle von Kollisionen zwischen Skifahren oder Kollisionen mit festen Objekten. Unfälle durch Stürze oder Kollisionen können reduziert werden, wenn das Design von Sicherheitsausrüstungen verbessert wird. Es werden Schutzausrüstungen während dynamischer Tests evaluiert. Die Tests simulieren die Geschwindigkeiten bei Aufprall und die komplexen Belastungsbedingungen. Die Komplexität wird durch die spezielle Geometrie des menschlichen Körper und durch die Schwankungen in der Körperhaltung während Stürzen oder Kollisionen erhöht. Die Möglichkeit für eine funktionelle dynamische Evaluation von Leistung mit in typischer Schutzausrüstung wird verbessert durch die Entwicklung eines Menschen-ähnlichen Dummys mit Beschleunigungsmessern und Belastungssensoren an wichtigen Körperteilen (wie z.B. Kopf oder Rumpf). Wie in der Automobil-Industrie wird der Dummy verwendet, um einen Aufprall gegen typische Schutzbarrieren wie z.B. Netze oder Matten oder auch mögliche Stürze mit realistischer Geschwindigkeit und Ausrüstungsbedingungen zu simulieren. Der Dummy wird mit unterschiedlicher Schutzbekleidung ausgerüstet (Helme, Zahnschutz, Knieschutz etc.) und wird auf die Hindernisse in verschiedenen Haltungen treffen: Daten, die an den Beschleunigungsmessern und in den Videos der Hochgeschwindigkeitskamera gesammelt werden, sollen Hinweise auf die mechanische und die biomechanische Verbesserung der Skiausrüstung beim Skifahren geben.

Experimentelle Analyse zum Skischuh

In Labor- und Felduntersuchungen werden zuerst die Bedingungen des Mikroklimas im Skischuh ermittelt. Dazu werden spezielle Messsysteme entwickelt bzw. adaptiert um Druck-, Temperatur- und Feuchtigkeitsmessungen durchzuführen. Weiters werden verschiedene Skischuhkonstruktionen und deren Einfluss auf die Fußgeometrie untersucht. Zeitgleich werden verschiedene Aufbauten des Skischuh-Innenschuhs mit verschiedenen Materialien untersucht. Dazu werden physikalische und klimatische Messungen durchgeführt unter Berücksichtigung verschiedene Schwerpunkte wie z.B. der Verteilung der Feuchtigkeit/Wasser in den unterschiedlichen Zonen, Dynamik des Feuchtigkeitstransports usw. Anhand dieser Daten und der Untersuchungen zum Aufbau des Skischuh-Innenschuhs werden Prototypen entwickelt und wiederum in Labor- und Felduntersuchungen getestet.

Wärmebildkamera

Wärmebildkamera


Simulation von Verletzungsmechanismen im alpinen Skisport

Das Ziel des Projektes ist die Analyse von Verletzungsmechanismen des Knies des Skifahrers, die insbesondere das vordere Kreuzband (ACL) betreffen, und von Kollisionsunfällen im alpinen Skilauf. Modelle des Skifahrers, des Kniegelenks sowie des Skis und der Ski-Schnee Interaktion werden in einem Computersimulationsprogramm implementiert und numerische Simulationen von Verletzungsmechanismen durchgeführt. Insbesondere werden die Belastungen auf die Strukturen des Kniegelenks untersucht. Mittels Parameterstudien werden der Einfluss des Ausrüstung (Ski, Schuh, Bindung) und des Skifahrers (Sturzverhalten) bewertet und mögliche präventive Maßnahmen abgeleitet. Weiters werden verschiedene Schutzvorrichtungen für gefährdete Körperregionen wie Kopf und Knie getestet. Die numerischen Simulationen werden durch experimentelle Untersuchungen an Dummies, bekannt aus Aufpralluntersuchungen in der Automobilindustrie, unterstützt.

Simulation

Zahnschutz

Bei Skiunfällen sind Verletzungen, die den Mund betreffen, sehr häufig und können zu schweren Wunden führen. Es ist bekannt, dass das Gleichgewicht von Skifahrern durch die falsche Lage des Temporo Mandibular Gelenks (Haltungs-Nervensystem) beeinflusst werden kann und Haltungsungleichgewicht auslöst, was die Gefahr von Stürzen erhöht. Eine nicht korrekte Stellungslage kann die athletische Leistung während des Sports verringern. Ein anderer Aspekt, der den Komfort und die Sicherheit während des Skifahrens beeinflusst, ist die korrekte Atmung. Wenn die Atmung nicht natürlich ist oder gar behindert wird, wird der Skifahrer auf falsche Weise mit Sauerstoff versorgt, wodurch die Muskeln nicht ihre volle Leistung bringen können.
Wir wollen einen Mundschutz entwickeln, der diese drei Aspekte, wie oben genannt, vereint: Schutz für den Mund, Verbesserung der Haltung und der Atmung des Athleten. Entgegen den Produkten auf dem derzeitigen Markt wird dieser Mundschutz maßgeschneidert direkt aus einem Abdruck des Zahnbogens, bereitgestellt von einem Zahnarzt, erstellt. Der Mundschutz wird durch Einspritzen des Materials in den Abdruck geformt. Diese Methodik soll einen präzisen und bequemen Mundschutz garantieren.
Die Entwicklung teilt sich in drei Phasen:

1) Identifikation von passenden Materialen und mechanische Unterscheidung zwischen den Materialien. Sturz- und Belastungstests mit Mustern: Belastungseigenschaften werden in Abstimmung mit der UNI EN ISO 527-2:1997 getestet. Sturzeigenschaften werden in Abstimmung mit der prEN 15721:2007 Norm getestet.

2) Entwicklung eines Prototyps und Vergleich des Prototyps mit handelsüblichem Mundschutz. Während dieser Phase wird ein Abdruck-Prototyp entwickelt, der bei Aufprall auf eine Reproduktion eines Zahnbogens – ausgestattet mit Sensoren – getestet wird, um Messungen der Energie-Absorption beim Aufprall zu messen. Der Zahnschutz wird mit einer speziellen Schiene aus steifem Material ausgestattet, um die Sturzbelastung auf den Zahnbogen gleichmäßig zu verteilen. Der Zahnschutz wird ebenso mit zwei verschiedenen Dicken ausgestattet, um das Gleichgewicht und die Atmung zu verbessern.
Wir werden Sturztests mit Modellen mit und ohne diese Eigenschaften machen, sowie die Ergebnisse am Zahnbogen evaluieren.

3) Entwicklung eines endgültigen Modells des Zahnschutzes. Diese Phase wird beinhalten:
- Laufzeittests (prEN 15721:2007)
- Sturztest mit unechtem Kopf und Sturztest mit einem Dummy gegen Barrieren
- Abschätzung von Komfort und Gleichgewicht während realer Sportaktivitäten

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