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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung von ABC-Schutzanzügen.
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ABC-Schutzbekleidung hat die Aufgabe, Soldaten vor Massenvernichtungswaffen zu schützen. Diese Waffen werden üblicherweise in Form von Tropfen, Gasen oder Aerosolen ausgebracht. Um die Wirksamkeit von Schutzbekleidung gegenüber diesen Substanzen zu prüfen, werden Materialproben genommen und in speziell ausgelegten Teststrecken unter definierten Bedingungen auf ihre Schutzeigenschaften gegenüber Kampfstoffen oder geeigneten Similisubstanzen getestet.
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Das kritischste Merkmal eines ABC-Schutzanzuges ist dessen Dichtheit. Die Dichtheit muss ständig während des gesamten Lebenslaufs eines ABC-Schutzanzuges bestimmbar sein.
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So offenbart die Patentschrift
DE 10 2006 004 946 B4 ein funktionelles Bekleidungsstück in Form von Schutzbekleidung mit Schutzfunktion gegenüber biologischen und/oder chemischen Gift- oder Schadstoffen, wobei das Bekleidungsstück bereits im Lagerungszustand in einer luftdichten Umverpackung eingebracht ist, wobei das Bekleidungsstück mit einer mindestens eine die Lagerzeit des Bekleidungsstücks über eine für die Lagerzeit charakteristische Messgröße erfassenden Meßeinrichtung zur Bestimmung der Verwendbarkeit des Bekleidungsstücks ausgestattet ist.
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Vor der Überwachung der Nutzungsdauer steht jedoch die Untersuchung der eigentlichen Eigenschaften des ABC-Schutzanzuges bzw. dessen Materials.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2013225 190 A1 ist bereits eine Prüfungsapparatur zur Prüfung der Rückhaltefähigkeit von Schutzkleidungsmaterialien bekannt, die ein einen ersten Hohlraum ausbildendes erstes Gehäuseteil und ein einen zweiten Hohlraum ausbildendes zweites Gehäuseteil aufweist. Dabei ist der erste Hohlraum des ersten Bauteils von dem zweiten Hohlraum des zweiten Bauteils durch einen Prüfling getrennt. Weiter weist die Prüfungsapparatur mindestens ein Befestigungselement zur Befestigung des Prüflings zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil auf. Das erste Gehäuseteil ist dabei zumindest teilweise lichtdurchlässig, insbesondere UV-durchlässig.
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Ebenso beschreibt die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2006 013 800 U1 einen Prüfstand zum Ermitteln des Partikel-Rückhaltevermögens von permeablen Schutzmaterialien für Schutzanzüge, mit folgenden Merkmalen:
- - der Prüfstand umfasst eine Messanordnung,
- - die Messanordnung umfasst einen Einspannrahmen und eine Messkammer, der Einspannrahmen weist Einspannmittel auf, mit denen eine flächige Probe randseitig abgedichtet einspannbar ist,
- - der Einspannrahmen weist bei eingespannter Probe eine Probenanströmseite und eine Probenrückseite auf,
- - bei eingespannter Probe schließt sich an die Probenrückseite die Messkammer an,
- - die Messkammer weist ein zur Probenrückseite hin offenes Messkammergehäuse auf, - das Messkammergehäuse weist einen Abführungsstutzen auf, über den ein Partikel-Messgerät anschließbar ist,
- - das Messkammergehäuse weist ferner einen Zuführungsstutzen auf, über den gereinigte Luft zuführbar ist,
- - der Prüfstand weist einen Strömungskanal auf, durch den im Versuchsbetrieb ein Luftstrom mit einem eingestellten Gehalt an Partikeln strömt,
- - im Versuchsbetrieb ist die Messanordnung in den Strömungskanal eingebaut,
- - im Versuchsbetrieb weist der Prüfstand mindestens einen Bypasskanal auf, der so ausgebildet ist, dass die eingespannte Probe der Messanordnung anströmbar und umströmbar ist.
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Zur Prüfung bereits fertig konfektionierter ABC-Schutzanzüge ist aus der Patentschrift
DE 10 2012 006 243 B4 eine Versuchspuppe zur Bestimmung der Dekontaminationswirkung von eine Dekontaminations-Testflüssigkeit ausbringenden Notduscheinrichtungen bekannt, dadurch gekennzeichnet, dass die Versuchspuppe mindestens einen ersten Sensor zum quantitativen Erfassen mindestens einer Messgröße der am Sensor vorbeifließenden Dekontaminations-Testflüssigkeit und/oder eines Kontaminats aufweist wobei die Versuchspuppe mit einem Messwerteaufzeichnungssystem versehen ist, mit dem der zeitliche Verlauf der quantitativ erfassten Messsignale aufgezeichnet und ausgewertet werden kann.
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Die chinesische Patentanmeldung
CN 1 10 307 948 A offenbart ein Schutzkleidungssystem mit einem Injektionsprüfgerät und ein Verfahren zur Verwendung des Systems. Das System ist geeignet um die Schutzkleidung mit Flüssigkeit wie Wasser zu besprühen, um den Flüssigkeitswiderstand zu ermitteln. Daraufhin kann die Schutzkleidung in einer bestimmten Umgebung wie einer bestimmten Konzentration von Schwefelsäure oder einer bestimmten Gas-Flüssigkeits-Mischung eingesetzt werden.
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Ein Prüfverfahren während des Einsatzes eines ABC-Schutzanzuges offenbart die Patentschrift
GB 251 54 95 B . Vorgestellt wird ein computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen der Zeit, die eine Herausforderungschemikalie benötigt, um kumulativ durch einen Bereich eines chemischen Schutzmaterials, der der Herausforderungschemikalie ausgesetzt ist, bis zu einer Toxizitätsgrenze zu dringen, wobei das chemische Schutzmaterial einen Teil einer persönlichen Schutzkleidung bildet. Das Verfahren umfasst: Abrufen, mit einem Prozessor, von Barriereeigenschaften des chemischen Schutzmaterials aus einem Computerspeicher; Erhalten, mit dem Prozessor, von Informationen bezüglich der Herausforderungschemikalie, wobei die Informationen eine Toxizitätsgrenze für die Herausforderungschemikalie einschlie-ßen; Empfangen, an dem Prozessor, einer Temperatur des chemischen Schutzmaterials, für die die Zeit bestimmt werden soll; Verwenden der Temperatur, der Barriereeigenschaften und der Informationen über die Herausforderungschemikalie, um die Zeit für die kumulative Permeation der Herausforderungschemikalie durch das chemische Schutzmaterial zu bestimmen, um die Toxizitätsgrenze bei der empfangenen Temperatur zu erreichen; und Ausgeben der bestimmten Zeit an einen Benutzer, um den Benutzer über die Zeit zu informieren, die ein Träger der persönlichen Schutzkleidung der Herausforderungschemikalie ausgesetzt sein kann, bevor die Toxizitätsgrenze bei der empfangenen Temperatur erreicht wird.
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Weitere Vorrichtungen zum Aufspüren von wasserundichten Stellen eines Bekleidungsstücks und ein dreidimensionales Dummy-Objekt sind aus der Patentschrift
DE 38 26 275 C2 bzw. der Offenlegungsschrift
WO 2012/156 484 A1 bekannt.
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Nachteil dieses bekannten Standes der Technik ist, dass bisher lediglich die Materialeigenschaften und die Lager- oder Einsatzdauer eines ABC-Schutzanzuges festgestellt oder überwacht und eine Dichtheitsprüfung am ruhenden Schutzanzug geprüft werden kann. Neben der Prüfung an Materialproben ist auch ein Systemversuch an kompletter Bekleidung wichtig, da Schadstoffe nicht nur das jeweilige Material durchdringen, sondern bevorzugt über Schnittstellen, Übergänge und Verschlüsse in das Anzuginnere gelangen und so den Menschen gefährden können.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzustellen, bei dem die Schutzfunktionen und ggf. Schwachstellen von ABC-Schutzanzügen, vor allem an den Übergängen, Nähten und Verschlüssen in Ruhe und in Bewegung, aufgezeigt werden.
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Die Lösung der Aufgabe wird in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und dem nebengeordneten Verfahrensanspruch beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen menschlichen Torso auf, der in seinen Abmessungen einer genormten Konfektionsgröße entspricht. Auf die Kontur sind Messstellen an verschiedenen frei wählbaren Stellen anbringbar. Dafür ist der Torso vorteilhaft aus einem Metallgewebe geformt, wobei auch andere Materialien, die eine kraft- oder formschlüssige Verbindung, wie beispielsweise ein Schlinggewebe o.ä., verwendbar sind. Das Innere des Torsos ist hohl und mit einem Leitungs- bzw. Schlauchsystem der Messzellen und Auswertedetektoren ausgefüllt. Um die Schnittstelle des ABC-Schutzanzuges zu einer Gasmaske, Handschuhen und Stiefeln zu untersuchen, weist der Torso bewegliche Gliedmaßenattrappen und einen Schädel auf, wobei im Bereich der Schnittstellen besonders viele Sensoren platziert werden können.
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Vorteilhafterweise sind die Attrappen menschlicher Extremitäten mit einem Antriebsystem gekoppelt, welches von extern die Extremitäten, in einem dem natürlichen Bewegungsraum nachempfundenen Bereich, bewegt. Die Verbindungstelle kann als Griff oder Pedal ausgeführt sein, um die zu untersuchenden Accessoires wie Stiefel oder Handschuhe ohne Beschädigung verwenden zu können. Vorteilhaft werden rotierende Scheiben oder Hebel verwendet, die in der Art einer Fahrradpedalerie die Attrappen der Gliedmaßen in Bewegung setzen. Selbstverständlich sind auch lineare Antriebe oder Kombinationen wie Koppelgetriebe denkbar.
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An der Oberfläche des Torsos und den beweglichen Attrappen der Extremitäten sind Messzellen angebracht. Die Messzellen weisen eine topfförmige Form auf mit einer zur Innenseite des ABC-Schutzanzuges weisenden Öffnung. In die topfförmige Form ragen von außen zwei Röhren, an die außerhalb der topfförmigen Form jeweils ein Schlauch eines Schlauchsystems angebracht ist.
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Der besondere Vorteil dieser Messzellen liegt darin, das durch die verschiedenen Querschnitte der topfförmigen Form und der Röhren, die Messzelle einerseits gespült werden kann und eingedrungene Partikel so dem Auswertedetektor zugeführt werden können, jedoch wird kein Unterdruck erzeugt, durch dessen Saugeffekt die Anzahl durchdringender Partikel versuchsbedingt erhöht wird. Dieser Effekt tritt bereits bei einem Durchmesserverhältnis von 3:1 ein. Besonders vorteilhaft ist jedoch ein Verhältnis des Durchmessers der Öffnung der topfförmigen Form zu dem Innendurchmesser der Röhren von 6:1.
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Der Nachweis durch die Schutzbekleidung eingedrungener Partikel kann über optische Partikelzähler (OPC) erfolgen. Diese Geräte erfassen Partikel nach Anzahl und Größe, liefern aber keine Informationen zu Herkunft und Zusammensetzung. Für Versuchszwecke können definierte Partikel generiert werden, deren Herkunft und Zusammensetzung dann bekannt ist. Um die Identifizierung der generierten Partikel zu vereinfachen, wird die monodisperse Ausbringung eines Testaerosols, beispielsweise, aber nicht abschließend, das ungiftige Testfluid DEHS (Diethylhexylsebacat), mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von ca. 1 µm, vorgeschlagen.
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Die elektronische Auswerte- und Ausgabeeinheit besteht aus einem Sender an den Auswertedetektoren, einem Empfänger außerhalb des menschlichen Torsos und einer zentralen Recheneinheit mit entsprechender Software. Die drahtlose Verbindung ermöglicht eine Versuchsdurchführung mit vollständig geschlossenem ABC-Schutzanzug, ohne Durchführung einer Daten- oder Versorgungsleitung. Ebenso können mithilfe der Software verschiedene Auswertedetektoren angezeigt werden um deren Messwerte während des Versuchs direkt, vorteilhaft in Echtzeit, zu überwachen und aufzuzeichnen. In Verbindung mit der frei wählbaren Platzierung der Messzellen am Torso und den Attrappen der Extremitäten, ist die Dichtheit an jeder beliebigen Stelle zu jeder Zeit der Versuchsdurchführung messbar und dokumentierbar.
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Die Recheneinheit ist gleichzeitig in der Lage einen Schutzfaktor zu berechnen. Der Schutzfaktor ist die Differenz aus Außenkonzentration durch Innenkonzentration des Aerosols oder Gases. Der Rechenwert ist die bestimmbare Größe der Wirksamkeit eines Schutzsystems.
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Die Vorrichtung wird mit folgendem Verfahren verwendet:
- Die Nachbildung eines menschlichen Torsos aus Metallgewebe mit beweglichen Attrappen menschlicher Gliedmaßen wird mit mehreren Messzellen versehen. Die Messzellen werden vorzugsweise in Regionen am Torso und den Gliedmaßenattrappen angebracht in denen im späteren Versuch Übergänge, Nähte und Verschlüsse des zu untersuchenden ABC-Schutzanzuges zu liegen kommen.
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Die Messzellen werden mit einem Schlauchsystem versehen. Ein Schlauch führt von jeweils einer Messzelle zu einem Auswertedetektor. Alternativ kann das Schlauchsystem auch mit Ventilen versehen sein um mehrere Messzellen mit einem Auswertedetektor zu verbinden. Von dem Auswertedetektor führt jeweils ein Schlauch in mindestens einen Filter indem alle Partikel zurückgehalten werden. Von dort fließt das reine Gas durch einen weiteren Schlauch zurück zur Messzelle, um diese ständig zu spülen und dabei die eingetretenen Partikel zum Auswertedetektor zu leiten.
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Die Messzellen und die Auswertedetektoren sowie die Filteranlage und das Schlauchsystem befinden sich an bzw. innerhalb des Torsos.
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Über den Torso wird der zu untersuchende ABC-Schutzanzug in passender Konfektionsgröße gezogen, in der Art, dass die Innenseite des ABC-Schutzanzuges über den Öffnungen der topfförmigen Messzelle zu liegen kommt. Accessoires des ABC-Schutzanzuges wie Handschuhe, Stiefel und Gasmaske werden verbunden und auf Antriebseinrichtungen befestigt.
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Die Antriebseinrichtungen werden während des Versuchs betrieben und ermöglichen die Untersuchung des ABC-Schutzanzuges vergleichbar eines tatsächlichen Einsatzes in der Bewegung.
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Außerhalb des Schutzanzuges werden in einem geschlossenen Raum Aerosoltropfen gebildet, mit denen der ABC-Schutzanzug kontaminiert wird. Die Aerosoltropfen müssen nicht zwingend B- oder C-Kampfstoffe sein. Lediglich das Durchdringungsverhalten muss identisch sein und die Tropfen müssen geeignet sein optimal von den Auswertedetektoren erfasst zu werden.
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Die Erzeugung des Aerosols in einem geschlossenen Raum ist Voraussetzung für die spätere Bestimmung der Außenkonzentration zur Berechnung des Schutzfaktors.
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Die durch den ABC-Schutzanzug dringenden Partikel werden in den Messzellen aufgenommen und über das Schlauchsystem mithilfe der Umgebungsluft zu den Auswertedetektoren gespült. Von dort wird der Luftstrom in eine Filteranlage geleitet, in der alle Aerosoltropfen ausgefiltert werden. Die gereinigte Luft wird zur ständigen Spülung der Messzellen zu diesen zurückgeleitet.
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Die Anzahl der Aerosoltropfen wird ermittelt und über eine drahtlose Verbindung zu der Auswerte- und Ausgabeeinheit übertragen.
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Die Auswerte- und Ausgabeeinheit zeichnet die Werte auf und setzt sie ins Verhältnis zur Außenkonzentration der Aerosoltropfen. Das Ergebnis ist ein Schutzfaktor des ABC-Schutzanzuges an verschiedenen markanten Übergängen, Nähten und Verschlüssen während der Bewegung des ABC-Schutzanzuges.
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Es zeigt 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung während des Verfahrens.
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Es zeigt 2 eine erfindungsgemäße Messzelle in dreidimensionaler Darstellung.
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Es zeigt 1 einen menschlichen Torso 1 mit beweglichen Attrappen 2 menschlicher Extremitäten. An die Oberfläche des menschlichen Torsos 1 sind Messzellen 3 verbaut. Die Positionen sind derart gewählt, dass sie im Bereich der Übergänge 4, Nähte und Verschlüsse eines über den menschlichen Torso 1 gezogenen ABC-Schutzanzug 5 angebracht sind. Die beweglichen Attrappen 2 werden durch einen externen Antrieb 6 bewegt. Jede Messzelle 3 ist mithilfe eines ersten Schlauchs 7 mit einem optischen Partikelzähler 8 verbunden. Der optische Partikelzähler 8 ermittelt die Anzahl der über den ersten Schlauch 7 eingespülten Aerosoltropfen 9 und sendet ständig das Ergebnis an die Auswerte- und Ausgabeeinheit 10. Die gezählten Aerosoltropfen 9 werden weiter über jeweils einen zweiten Schlauch 11 zu einer Pump- und Filtereinheit 12 geleitet. In der Pump- und Filtereinheit 12 wird ein Volumenstrom erzeugt und die Aerosoltropfen 9 durch das Schlauchsystem zu spülen und aus dem Rücklauf zu filtern. Gefiltert werden Aerosoltropfen 9 mit einer Größe von 1 µm des ungiftigen Testfluid DEHS (Diethylhexylsebacat), die als Standardtestaerosol erzeugt wurden. Von der Pump- und Filtereinheit 12 führen zuletzt dritte Schläuche 13 zu den Messzellen 3, um den Kreis zu schließen.
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Es zeigt 2 eine Messzelle 21 mit einer topfförmigen Form 22. Seitlich in die topfförmige Form 22 sind Röhren 23 eingebracht. Die Röhrenenden 24 ragen in den Innenraum 25 der topfförmigen Form 22. Die Öffnung 26 der topfförmigen Form 22 weist einen Durchmesser von 30 - 40mm auf und ist etwa sechsmal so groß wie der Innendurchmesser 27 der Röhren 23. Die Tiefe der topfförmigen Form beträgt etwa 20 mm. Die Messzellen sind geeignet sowohl an einem Versuchsaufbau als auch direkt an einem menschlichen Träger verwendet zu werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- menschlicher Torso
- 2
- bewegliche Attrappen
- 3
- Messzellen
- 4
- Übergänge
- 5
- ABC-Schutzanzug
- 6
- Antrieb
- 7
- Erster Schlauch
- 8
- Partikelzähler
- 9
- Aerosoltropfen
- 10
- Auswerte- und Ausgabeeinheit
- 11
- Zweiter Schlauch
- 12
- Pump- und Filtereinheit
- 13
- Dritter Schlauch
- 21
- Messzelle
- 22
- Topfförmige Form
- 23
- Röhren
- 24
- Röhrenenden
- 25
- Innenraum
- 26
- Öffnung
- 27
- Innendurchmesser
