Фехтовальная маска (2 варианта) - RU2181065C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к спортивному снаряжению, в частности к снаряжению для фехтования, и может быть использовано в конструкциях фехтовальных масок, изготавливаемых с применением полимерных материалов.

Фехтовальные маски, выполненные с применением полимерных материалов, отличаются малым весом. Они имеют прозрачный обзорный элемент, обеспечивающий фехтовальщику широкий диапазон зрения, включая боковое, а зрителю - возможность сопереживания боя по лицу спортсмена. Однако их прочностные характеристики, сопротивляемость усилию прокола, а также способность отводить тепло и продукты дыхания из внутреннего пространства не всегда отвечают требованиям, предъявляемым к фехтовальным маскам.

Известна фехтовальная маска с прозрачным корпусом, снабженным коническим насадком, расположенным в области дыхания, выполненная из полистирола (SU авт. свид. 715095, кл. А 63 В 71/10, опубл. 15.02.80, бюл. 6).

Известная маска не обладает требуемой сопротивляемостью усилию прокола, не обеспечивает вентиляцию внутреннего пространства ввиду того, что вентиляционные отверстия имеются лишь на насадке, не подлежит ремонту в случае повреждения. К тому же насадок расположен в поле зрения спортсмена и существенно снижает ему видимость.

Известна также фехтовальная маска, содержащая прозрачный обзорный элемент из ударопрочного прозрачного материала, корпус с вентиляционными отверстиями, включающий лобовую, подбородочную и височно-теменную части, обод, скобу, закрепленную сверху на височно-теменной части, элемент шейной защиты, закрепленный снизу на височно-теменной и подбородочной частях, и внутренний чехол, причем ее корпус и обзорный элемент выполнены из поликарбоната (DE вылож. заявка 3239348 А1, кл. А 63 В 71/10, опубл. 26.04.84).

Корпус известной маски также обладает недостаточной сопротивляемостью усилию прокола, хотя и выполнен из более стойкого материала, чем маска по SU авт. свид. 715095. Однако его прочность существенно снижена в результате нарушений структуры при образовании вентиляционных отверстий, создающих остаточные напряжения в краевых зонах отверстий и микротрещины. Отвод тепла из известной маски затруднен ввиду того, что маска выполнена из в большей степени теплостойкого, а не теплопроводного материала, каким является поликарбонат. Все это позволяет говорить о невысокой надежности этой маски. К другим ее недостаткам относится искаженность оптических свойств обзорного элемента из-за его двухслойности, а также неремонтируемость после повреждения.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является фехтовальная маска по выложенной заявки Германии 3239348. Данная маска выбрана в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка фехтовальной маски такой конструкции, которая обеспечила бы травмобезопасную защиту головы спортсмена, улучшенный теплоотвод и вентилируемость, неискаженную картину боя и имела бы длительный срок службы. Техническим результатом, который может быть получен при использовании изобретения, является повышение надежности маски за счет повышения сопротивляемости ее корпуса усилию прокола с исключением образования остаточных напряжений в краевых зонах вентиляционных отверстий, улучшение теплоотвода за счет использования теплопроводного материала для корпуса, улучшение оптических свойств обзорного элемента за счет его однослойности, а также долговечность и ремонтопригодность маски в целом.

Техническая задача решена за счет выбора нового материала для выполнения корпуса и разработки на его основе особой структуры стенки корпуса, а также за счет разработки особой взаимосвязи корпуса маски с обзорным элементом, ставшей возможной благодаря введению нового конструктивного элемента.

Задача решена применительно к двум вариантам фехтовальной маски, объединенным единым изобретательским замыслом с обеспечением одного и того же технического результата.

Для решения поставленной задачи по первому варианту в фехтовальной маске, содержащей обзорный элемент из ударопрочного прозрачного материала, преимущественно, поликарбоната, корпус с вентиляционными отверстиями, включающий лобовую, подбородочную и височно-теменную части, составляющие единое целое, обод, скобу, закрепленную сверху на височно-теменной части, элемент шейной защиты, закрепленный снизу на височно-теменной и подбородочной частях, и внутренний чехол, согласно изобретению, ее корпус дополнительно снабжен рамкой-фиксатором обзорного элемента, выполненной из внешней и внутренней деталей, спрофилированных с возможностью закрепления между ними кромок обзорного элемента и прилегающих к ним кромок лобовой, подбородочной и височно-теменной частей корпуса, при этом корпус и рамка-фиксатор обзорного элемента выполнены из композитов на основе волокнистых армирующих нитей, жгутов, лент или тканого материала и полимерных связующих, причем корпус выполнен слоистой ячеистой структуры из слоев, связанных полимерным связующим, перекрещенных между собой волокнистых армирующих нитей, жгутов или лент, размещенных в каждом слое с образованием равноудаленных друг от друга ячеек, а вентиляционные отверстия в корпусе образованы ячейками всех слоев, послойно совмещенными друг с другом, в виде каналов, преимущественно, цилиндрической или призматической формы, в качестве композита для выполнения рамки-фиксатора обзорного элемента использован композит на основе армирующего тканого материала, преимущественно стеклопластик, а для выполнения корпуса - гибридный композит на основе, с одной стороны, армирующих жгутов из неорганических, преимущественно, стеклянных или базальтовых волокон с расположением их в наружных слоях слоистой ячеистой структуры, а, с другой, - армирующих жгутов из органических, преимущественно, арамидных или полиэтиленовых волокон с размещением их во внутренних слоях структуры, причем в качестве полимерного связующего в обоих композитах использовано эпоксидное связующее.

Новыми и отличительными признаками маски по первому варианту конструкции являются следующие признаки:
- снабжение ее корпуса дополнительно рамкой-фиксатором обзорного элемента,
- выполненной из внешней и внутренней деталей,
- спрофилированных с возможностью закрепления между ними кромок обзорного элемента и прилегающих к ним кромок лобовой, подбородочной и височно-теменной частей корпуса,
- выполнение корпуса и рамки-фиксатора обзорного элемента из композитов на основе волокнистых армирующих нитей, жгутов, лент или тканого материала и полимерных связующих,
- выполнение корпуса слоистой ячеистой структуры из слоев, связанных полимерным связующим, перекрещенных между собой волокнистых армирующих нитей, жгутов или лент, размещенных в каждом слое с образованием равноудаленных друг от друга ячеек,
- образование вентиляционных отверстий в виде каналов, преимущественно, цилиндрической или призматической формы ячейками всех слоев, послойно совмещенных друг с другом,
- использование в качестве композита для выполнения рамки-фиксатора обзорного элемента композита на основе армирующего тканого материала и эпоксидного связующего, преимущественно, эпоксидного стеклопластика,
- использование в качестве композита для выполнения корпуса гибридного композита на основе эпоксидного связующего и армирующих жгутов из неорганических, преимущественно, стеклянных или базальтовых волокон, с одной стороны, и армирующих жгутов из органических, преимущественно, арамидных или полиэтиленовых волокон, с другой,
- размещение жгутов из неорганических волокон в наружных слоях структуры корпуса, а жгутов из органических волокон - во внутренних.

Во втором варианте конструкции в фехтовальной маске, содержащей обзорный элемент из ударопрочного, прозрачного материала, корпус, состоящий из лобовой, подбородочной и височно-теменной частей, имеющих вентиляционные отверстия, обод, скобу, закрепленную сверху на височно-теменной части корпуса, элемент шейной защиты, закрепленный снизу на височно-теменной и подбородочной частях, и внутренний чехол, согласно изобретению, ее корпус дополнительно снабжен рамкой-фиксатором обзорного элемента, выполненной из внешней и внутренней деталей, спрофилированных с возможностью закрепления между ними кромок обзорного элемента и прилегающих к ним кромок состыкованных между собой лобовой, подбородочной и височно-теменной частей с образованием из нее и обода силового каркаса, причем вышеуказанные части корпуса, рамка-фиксатор обзорного элемента и обод силового каркаса выполнены из композитов на основе волокнистых армирующих нитей, жгутов, лент или тканого материала и полимерных связующих, причем лобовая, подбородочная и височно-теменная части ее корпуса выполнены каждая слоистой ячеистой структуры из слоев, связанных полимерным связующим, перекрещенных между собой волокнистых армирующих нитей, жгутов или лент, размещенных в каждом слое структуры с образованием равноудаленных друг от друга ячеек, а вентиляционные отверстия в каждой из указанных частей корпуса образованы ячейками всех слоев ее структуры, послойно совмещенными друг с другом, в виде каналов, преимущественно, цилиндрической или призматической формы, при этом в качестве композита для выполнения рамки-фиксатора обзорного элемента и обода силового каркаса корпуса использован композит на основе армирующего тканого материала, преимущественно, стеклопластик, а для выполнения лобовой, подбородочной и височно-теменной частей корпуса - гибридный композит на основе, с одной стороны, армирующих жгутов из неорганических, преимущественно, стеклянных или базальтовых волокон с расположением их в наружных слоях структуры, с другой, - армирующих жгутов из органических, преимущественно, арамидных или полиэтиленовых волокон, с расположением их во внутренних слоях структуры, причем в качестве полимерного связующего в обоих композитах использовано эпоксидное связующее.

Новыми и отличительными признаками маски по второму варианту являются следующие:
- снабжение ее корпуса дополнительно рамкой-фиксатором обзорного элемента,
- выполненной из внешней и внутренней деталей,
- спрофилированных с возможностью закрепления между ними кромок обзорного элемента и прилегающих к ним кромок состыкованных между собой лобовой, подбородочной и височно-теменной частей,
- с образованием из указанной рамки-фиксатора обзорного элемента и из обода силового каркаса, скрепляющего указанные части корпуса в местах стыков,
- выполнение вышеперечисленных частей корпуса, а также рамки и обода силового каркаса из композитов на основе волокнистых армирующих нитей, жгутов, лент или тканого материала и полимерных связующих,
- выполнение каждой из всех вышеперечисленных частей корпуса слоистой ячеистой структуры,
- образование в каждой из указанных частей корпуса стенки слоями ее структуры из связанных полимерными связующими перекрещенных между собой волокнистых армирующих нитей, жгутов или лент, размещенных в каждом слое соответствующей структуры с образованием равноудаленных друг от друга ячеек, а вентиляционных отверстий в виде каналов, преимущественно, цилиндрической или призматической формы из ячеек всех слоев ее структуры, послойно совмещенных друг с другом,
- использование в качестве композита для выполнения рамки-фиксатора обзорного элемента и обода силового каркаса корпуса композита на основе армирующего тканого материала и эпоксидного связующего, преимущественно, эпоксидного стеклопластика,
- использование в качестве композита для выполнения лобовой, подбородочной и височно-теменной частей корпуса гибридного композита на основе эпоксидного связующего и армирующих жгутов из неорганических, преимущественно, стеклянных или базальтовых волокон, с одной стороны, и армирующих жгутов из органических, преимущественно, арамидных или полиэтиленовых волокон, с другой,
- размещение жгутов из неорганических волокон в наружных слоях структуры указанных частей корпуса, а жгутов из органических волокон - во внутренних.

Указанные признаки маски обоих вариантов являются существенными, так как каждый из них направлен на достижение заявляемого технического результата в соответствии с поставленной задачей. В технических решениях предшествующего уровня техники их использования обнаружено.

Предложенная фехтовальная маска имеет корпус многослойной конструкции, выполненный из композита. По сравнению с маской по прототипу, чей корпус выполнен из поликарбоната, заявленная маска обладает, кроме легкости, общей для обеих масок, улучшенным теплоотводом за счет более высокой теплопроводности композита. О других ее преимуществах будет сказано ниже.

Оба предложенных варианта маски: с цельноформованным и с составным корпусами - реализуемых известными методами формования, например, прессованием, выкладкой, наметкой. Даже при сверлении вентиляционных отверстий в корпусах обеих масок их прочность на пробитие (прокол) выше, чем у прототипа.

Предпочтительный вариант исполнения конструкции маски по обоим вариантам исключает снижение указанной прочности, исключает образование остаточных напряжений в краевых зонах вентиляционных отверстий благодаря одновременному формированию корпуса (целиком или по частям) и вентиляционных отверстий в нем. Выбранная схема армирования позволяет заложить в нее форму, размеры и порядок расположения отверстий без нарушения целостности армирующего материала.

Она состоит в том, что в каждом слое жгуты или нити ориентированы друг относительно друга под разными углами до пересечения их друг с другом и с касанием или частичном огибанием заданных мест расположения отверстий. Указанные места в каждом последующем слое совпадает с такими местами в каждом предыдущем слое, в результате чего образуется слоистая ячеистая структура. Перекрещенные хаотично или регулярно (на выбор) нити или жгуты структуры образуют стенку корпуса, а совмещенные послойно ячейки - вентиляционные отверстия. Последние приобретают вид каналов. Форма каналов может быть любой. Она зависит от изменения формы ячеек от слоя к слою. На практике удобнее задавать правильную форму ячеек (круглую, квадратную, прямоугольную), постепенно изменяющуюся или неменяющуюся от слоя к слою, и получать каналы призматической или цилиндрической формы, соответственно.

Требуемые прочностные параметры, включая прочность на пробитие (прокол) в 1600 Н, достигнуты не только разработкой особой схемы армирования слоистой структуры корпуса, но и соответствующим выбором элементов этой структуры: армирующего материала и связующего.

Для противодействия усилию пробития корпус должен хорошо работать на изгиб. Из теории сопротивления слоистых композитных материалов известно, что при изгибе наружные слои работают на сжатие, а внутренние на растяжение. На сжатие лучше работают композиты, армированные неорганическими волокнами, а на растяжение - композиты, армированные органическими, что и использовано в конструкциях корпусов маски. Поэтому нити, жгуты или ленты из неорганических, преимущественно, стеклянных или базальтовых волокон размещены в наружных слоях структуры, а из органических, преимущественно, арамидных или полиэтиленовых - во внутренних. В процентном отношении наружные слои составляют от 20 до 60%, а внутренние - от 40 до 80% всех слоев структуры.

В качестве связующего выбрано эпоксидное, как обеспечивающее наиболее прочную связь армирующих нитей, жгутов или лент между собой, хотя может быть использовано и любое другое связующее, пригодное для этой цели, например, полиэфирное.

Композит, образованный на основе разных типов волокнистых армирующих материалов (здесь, двух) называют гибридным.

Для обеспечения жесткой взаимосвязи композитного корпуса с обзорным элементом, выполненным, например, из поликарбоната предложена рамка-фиксатор обзорного элемента, которая скрепляет собою прилегающие кромки корпуса и обзорного элемента. Рамка выполнена из композита в виде прессованного изделия с использованием тканого армирующего материала, например, тканых лент. Она состоит из профилированных внутренней и внешней деталей.

В цельноформованном корпусе рамки-фиксатора достаточно для обеспечения жесткости соединения. В составном корпусе возникает необходимость в придании жесткости месту соединения частей корпуса между собой и с рамкой. Для этой цели предусмотрен обод, выполненный из того же материала и тем же способом, что и рамка-фиксатор.

Придавая необходимую жесткость корпусу и маске в целом, обод и рамка-фиксатор обзорного элемента образуют силовой каркас.

Изобретение поясняется чертежами и описанием конкретных, но не ограничивающих его примеров реализации. На фиг. 1 изображен общий вид фехтовальной маски по первому варианту, на фиг. 2 дано схематическое изображение слоистой ячеистой структуры корпуса маски (по любому из вариантов), на фиг.3 представлен общий вид фехтовальной маски по второму варианту.

Фехтовальная маска по первому варианту (фиг.1) содержит прозрачный обзорный элемент 1 из поликарбоната, корпус 2 с вентиляционными отверстиями 3, состоящий из лобовой 4, подбородочной 5 и височно-теменной 6 частей, составляющих одно целое, и рамки-фиксатора 7 обзорного элемента 1, скобу 8, закрепленную сверху на височно-теменной части 6 корпуса 2, элемент 9 шейной защиты, закрепленный снизу на подбородочной 5 и височно-теменной 6 частях корпуса 2, и внутренний чехол (условно не показан). Для придания товарного вида маска окантована декоративными полосами 10 и 11.

Рамка 7, как следует из ее названия, служит для жесткой фиксации обзорного элемента 1 на корпусе 2. Она состоит из двух прессованных стеклопластиковых деталей: внутренней 12 и внешней 13, спрофилированных так, что между ними размещены и ими скреплены кромки 14 обзорного элемента 1 и прилежащие к кромкам 14 кромки 15 корпуса 2. Корпус 2 с вентиляционными отверстиями 3 выполнен слоистый ячеистой структуры (фиг.1, 2) из гибридного стеклоорганопластика. Наружные слои 16 (фиг.2) этой структуры образованы перекрещенными жгутами 17 (фиг. 1) из стекловолокна, а внутренние 18 (фиг.2) - жгутами 19 (фиг.1) из арамидного волокна. Жгуты 17 и 19 в каждом слое 16 и 18 взаимноперекрещены и размещены так, что между ними образованы равноудаленные друг от друга ячейки 20. Последние совмещены послойно и образуют вентиляционные отверстия 3 в виде каналов цилиндрической или призматической формы.

Подобную структуру изготавливают т. н. "штыревой" намоткой. Расстояние между вентиляционными отверстиями выбирают в диапазоне 1-3 мм, учитывая, что при расстоянии, меньшем 1 мм, непозволительно снижается прочность на пробитие (прокол), а при расстоянии, большем 3 мм, снижается воздухопроводимость.

Структура частей составного корпуса маски по второму варианту, а также материалы, из которых изготовлены корпус и рамка-фиксатор обзорного элемента, аналогичны структуре корпуса и материалам маски по первому варианту, поэтому их описание опущено.

Фехтовальная маска по второму варианту (фиг.3) содержит прозрачный обзорный элемент 21 из поликарбоната, корпус 22, состоящий из состыкованных между собой лобовой 23, подбородочной 24 и височно-теменной 25 частей, имеющих каждая вентиляционные отверстия 26, силовой каркас, скрепляющий части 23-25 корпуса 22 между собой и с обзорным элементом 21, состоящий из рамки 27-фиксатора обзорного элемента 21 и обода 28, скобу 29, закрепленную сверху на части 25 корпуса 22, элемент шейной защиты, закрепленный снизу на частях 24 и 25 корпуса 22, и внутренний чехол (условно не показан). Декоративной полосой 31 окантована височно-теменная часть 25 корпуса 22.

Рамка 27 аналогична рамке 7 маски по первому варианту и выполняет ту же функцию.

Обод 28, как и рамка 27, выполнен из прессованного стеклопластика. Он размещен снаружи корпуса 22 по единой вертикальной линии стыка частей 23 и 25 между собой и части 25 с рамкой 27 и с охватом свободной кромки подбородочной части 24. Он служит для придания жесткости стыковому соединению и кромке части 24. Рамка 27 и обод 28 выполняют одну и ту же функцию. Они жестко связаны друг с другом и образуют силовой каркас 32.

Сборку и крепление частей 23-25 корпуса 22 с силовым каркасом 32, а через него и с обзорным элементом 21 производят в полуотвержденном состоянии указанных частей корпуса 22 и элементов каркаса 27 и 28, а соединение выполняют клеевым и заклепочным.

Такое же соединение используют при сборке маски по первому варианту.

Обзорные элементы 1 и 21 (фиг.1, 3) обоих вариантов маски выполнены однослойными, тем самым исключено искажение видимой фехтовальщиком картины боя.

Экспериментальные образцы маски выдержали испытания и показали прочность на пробитие (прокол), равную 1600 Н, что отвечает предъявленным требованиям.

Заявленная фехтовальная маска легка, прочна, надежна, долговечна и удобна в эксплуатации. Она ремонтнопригодна как любое изделие из композита.

Промышленная применимость
Фехтовальные маски по обоим вариантам изготавливают в промышленных условиях на оборудовании для намотки изделий из композитов с использованием специальных, известных в технике, оправок.

Реферат

Фехтовальная маска содержит обзорный элемент из ударопрочного прозрачного материала, корпус с вентиляционными отверстиями, включающий лобовую, подбородочную и височно-теменную части, составляющие единое целое, обод, скобу, элемент шейной защиты, внутренний чехол. Корпус дополнительно снабжен рамкой-фиксатором обзорного элемента, выполненной из внешней и внутренней деталей, спрофилированных с возможностью закрепления между ними кромок обзорного элемента и прилегающих к ним кромок лобовой, подбородочной и височно-теменной частей корпуса, при этом корпус и рамка-фиксатор обзорного элемента выполнены из композита на основе волокнистых армирующих нитей, жгутов, лент или тканого материала и полимерных связующих. Фехтовальная маска содержит обзорный элемент из ударопрочного прозрачного материала, корпус, состоящий из лобовой, подбородочной и височно-теменной частей, имеющих вентиляционные отверстия, обод, скобу, элемент шейной защиты, внутренний чехол. Корпус дополнительно снабжен рамкой-фиксатором обзорного элемента, который выполнен из внешней и внутренней деталей, спрофилированных с возможностью закрепления между ними кромок обзорного элемента и прилегающих к ним кромок лобовой, подбородочной и височно-теменной частей с образованием из нее и обода силового каркаса, скрепляющего указанные части корпуса в местах стыков. Указанные части корпуса, рамка-фиксатор и обод силового каркаса выполнены из композитов на основе волокнистых армирующих нитей, жгутов, лент или тканого материала и полимерных связующих. Использование заявленной группы изобретений обеспечивает повышение надежности, улучшение теплоотвода и оптических свойств обзорного элемента, а также долговечность. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

Формула