ES2639647T3 - Casco con un facilitador de deslizamiento dispuesto en una capa de absorción de energía - Google Patents

Casco con un facilitador de deslizamiento dispuesto en una capa de absorción de energía Download PDF

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ES2639647T3 ES16176965.8T ES16176965T ES2639647T3 ES 2639647 T3 ES2639647 T3 ES 2639647T3 ES 16176965 T ES16176965 T ES 16176965T ES 2639647 T3 ES2639647 T3 ES 2639647T3
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Abstract

Un casco, que comprende: una capa de absorción de energía (2); un dispositivo de fijación (3) previsto para la colocación del casco en la cabeza del usuario; caracterizado por un facilitador de deslizamiento (5) configurado para permitir el deslizamiento entre el dispositivo de fijación (3) y la capa de absorción de energía (2) durante un impacto, en el que el facilitador de deslizamiento es un material de baja fricción integrado en la superficie interior de la capa de absorción de energía (2) orientada hacia el dispositivo de fijación (3).

Description

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DESCRIPCION
Casco con un facilitador de deslizamiento dispuesto en una capa de absorcion de energfa Campo tecnico
La presente invencion se refiere en general a un casco que incluye una capa de absorcion de energfa, con o sin envuelta exterior, y un facilitador de deslizamiento integrado en la superficie interior de la capa de absorcion de energfa.
Antecedentes de la invencion
Con el fin de evitar o reducir las lesiones del craneo y del cerebro, muchas actividades requieren cascos. La mayorfa de los cascos constan de una envuelta exterior dura, a menudo hecha de un plastico o un material compuesto, y una capa de absorcion de energfa llamada revestimiento. Hoy dfa, un casco protector tiene que estar disenado con el fin de cumplir ciertos requisitos legales que se refieren, entre otros, a la aceleracion maxima que puede haber en el centro de gravedad del cerebro a una carga especificada. Se realizan tfpicamente pruebas en las que lo que se conoce como un craneo de muneco equipado con un casco se somete a un golpe radial hacia la cabeza. Esto ha dado lugar a que los cascos modernos tengan buena capacidad de absorcion de energfa en el caso de golpes radialmente contra el craneo mientras que la absorcion de energfa en otras direcciones de carga no es tan optima.
En el caso de un impacto radial, la cabeza se acelerara en un movimiento traslacional que da lugar a una aceleracion lineal. La aceleracion traslacional puede producir fracturas del craneo y/o lesiones por presion o abrasion del tejido del cerebro. Sin embargo, segun las estadfsticas de las lesiones, los impactos radiales puros son raros.
Por otra parte, un golpe tangencial puro que produzca una aceleracion angular pura en la cabeza tambien es raro.
El tipo de impacto mas comun es un impacto oblicuo que es una combinacion de una fuerza radial y otra tangencial que actuan al mismo tiempo en la cabeza, produciendo por ejemplo conmocion cerebral. El impacto oblicuo da lugar tanto a aceleracion traslacional como a aceleracion rotacional del cerebro. La aceleracion rotacional hace que el cerebro gire dentro del craneo originando lesiones en elementos corporales que conectan el cerebro al craneo y tambien en el cerebro propiamente dicho.
Los ejemplos de lesiones rotacionales son, por una parte, los hematomas subdurales, HSD, sangrado como consecuencia de rotura de vasos sangufneos, y, por otra parte, lesiones axonales difusas, LAD, que se pueden definir en resumen afirmando que las fibras nerviosas se estiran en exceso como consecuencia de altas deformaciones de corte del tejido del cerebro. Dependiendo de las caracterfsticas de la fuerza rotacional, tales como la duracion, la amplitud y la velocidad de aumento, se produce HSD o DAI, o se padece una combinacion de ellas. En terminos generales, se produce HSD en el caso de corta duracion y gran amplitud, mientras que tiene lugar LAD en el caso de cargas de aceleracion mas largas y mas amplias. Es importante que estos fenomenos se tomen en cuenta con el fin de poder proporcionar buena proteccion del craneo y del cerebro.
La cabeza tiene sistemas protectores naturales que intentan amortiguar estas fuerzas usando el cuero cabelludo, el craneo duro y el fluido cerebroespinal debajo del mismo. Durante un impacto, el cuero cabelludo y el fluido cerebroespinal actuan como amortiguadores de choques rotacionales tanto por compresion como por deslizamiento sobre el craneo. La mayorfa de los cascos usados hoy dfa no proporcionan proteccion contra una lesion rotacional.
Caracterfsticas importantes, por ejemplo, de los cascos de bicicleta, de equitacion y de esquf son que esten bien ventilados y tengan una forma aerodinamica. Los cascos de bicicleta modernos son generalmente del tipo de envuelta en molde fabricado incorporando una envuelta rfgida fina durante el proceso de moldeo. Esta tecnologfa permite formas mas complejas que los cascos de envuelta dura y tambien la creacion de orificios de ventilacion mas grandes. El documento US 2005/262619 A1 divulga antecedentes tecnologicos relevantes para la invencion.
Sumario
La presente invencion se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se describe ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos acompanantes, en los que:
La figura 1 representa un casco, segun una realizacion, en una vista en seccion.
La figura 2 representa un casco, segun una realizacion, en una vista en seccion, colocado en la cabeza del usuario.
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La figura 3 representa un casco colocado en la cabeza del usuario, al recibir un impacto frontal.
La figura 4 representa el casco colocado en la cabeza del usuario, al recibir un impacto frontal.
La figura 5 representa un dispositivo de fijacion con mas detalle.
La figura 6 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion.
La figura 7 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion.
La figura 8 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion.
La figura 9 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion.
La figura 10 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion.
La figura 11 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion.
La figura 12 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion.
La figura 13 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion.
La figura 14 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion.
La figura 15 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion.
La figura 16 muestra una tabla de resultados de pruebas.
La figura 17 muestra un grafico de resultados de pruebas.
Y la figura 18 muestra un grafico de resultados de pruebas.
Descripcion detallada
A continuacion, se ofrece una descripcion detallada de las realizaciones. Se apreciara que las figuras tienen fines ilustrativos solamente y de ninguna forma limitan el alcance. Asf, las referencias a una direccion, tal como “arriba” o “abajo”, solamente hacen referencia a las direcciones representadas en las figuras.
Una realizacion de un casco protector incluye una capa de absorcion de energfa, y un facilitador de deslizamiento dispuesto dentro de la capa de absorcion de energfa. Segun una realizacion, se facilita un casco en molde adecuado para ciclismo. El casco incluye una envuelta rfgida exterior preferiblemente fina, hecha de un material polimerico tal como policarbonato, ABS, PVC, fibra de vidrio, aramida, Twaron®, fibra de carbono o Kevlar®. Tambien es concebible prescindir de la envuelta exterior. En el interior de la envuelta se ha dispuesto una capa de absorcion de energfa que podrfa ser de un material polimerico de espuma tal como EPS (poliestireno expandido), EPP (polipropileno expandido), EPU (poliuretano expandido) u otras estructuras analogas a un panal, por ejemplo. Un facilitador de deslizamiento esta dispuesto dentro de la capa de absorcion de energfa y esta adaptado para deslizar contra un dispositivo de fijacion que se facilita para colocar el casco en la cabeza del usuario. El dispositivo de fijacion se fija a la capa de absorcion de energfa y/o la envuelta por medio de elementos de fijacion adaptados para absorber energfa y fuerzas de impacto.
El facilitador de deslizamiento es un material que tenga un bajo coeficiente de friccion: Ejemplos de los materiales concebibles son PTFE, ABS, PVC, PC, Nylon, materiales tejidos. Tambien es concebible que el deslizamiento lo habilite la estructura del material, por ejemplo, el material que tenga una estructura de fibra tal que las fibras deslicen una contra otra, pero esto no forma parte de la invencion reivindicada.
Durante un impacto, la capa de absorcion de energfa actua como un dispositivo de absorcion de impacto comprimiendo la capa de absorcion de energfa y si se usa una envuelta exterior, difundira la energfa de impacto sobre la capa de absorcion de energfa. El facilitador de deslizamiento permitira el deslizamiento entre el dispositivo de fijacion y la capa de absorcion de energfa permitiendo una forma controlada de absorber la energfa rotacional que en otro caso es transmitida al cerebro. La energfa rotacional puede ser absorbida por calor de friccion, deformacion de la capa de absorcion de energfa o deformacion o desplazamiento del al menos unico elemento de fijacion. La energfa rotacional absorbida reducira la cantidad de aceleracion rotacional que afecte al cerebro, reduciendo asf la rotacion del cerebro dentro del craneo. Con ello se reduce el riesgo de lesiones rotacionales tal como hematomas subdurales, HSD, rotura de vasos sangufneos, conmociones y LAD.
La figura 1 representa un casco segun una realizacion en la que el casco incluye una capa de absorcion de energfa
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2. La superficie exterior 1 de la capa de absorcion de energfa 2 se puede hacer del mismo material que la capa de absorcion de energfa 2 o tambien es concebible que la superficie exterior 1 pueda ser una envuelta rfgida 1 hecha de un material diferente de la capa de absorcion de energfa 2. Un facilitador de deslizamiento 5 esta dispuesto dentro de la capa de absorcion de energfa 2 en relacion con un dispositivo de fijacion 3 proporcionado para la colocacion del casco en la cabeza del usuario. Segun la realizacion representada en la figura 1, el facilitador de deslizamiento 5 esta integrado en la capa de absorcion de energfa 2. El casco de la figura 1 tiene una pluralidad de orificios de ventilacion 17 que permiten el flujo de aire a traves del casco.
El dispositivo de fijacion 3 esta fijado a la capa de absorcion de energfa 2 y/o la envuelta exterior 1 por medio de cuatro elementos de fijacion 4a, 4b, 4c y 4d adaptados para absorber energfa por deformacion de forma elastica, semielastica o plastica. La energfa tambien podrfa ser absorbida mediante friccion que crea calor y/o la deformacion del dispositivo de fijacion, o cualquier otra parte del casco. Segun la realizacion representada en la figura 1, los cuatro elementos de fijacion 4a, 4b, 4c y 4d son elementos de suspension 4a, 4b, 4c, 4d, que tienen porciones primera y segunda 8, 9, donde las primeras porciones 8 de los elementos de suspension 4a, 4b, 4c, 4d estan adaptadas para fijarse al dispositivo de fijacion 3, y las segundas porciones 9 de los elementos de suspension 4a, 4b, 4c, 4d estan adaptadas para fijarse a la capa de absorcion de energfa 2.
El facilitador de deslizamiento 5 es un material de baja friccion, que en la realizacion no reivindicada representada esta dispuesto fuera del dispositivo de fijacion 3 mirando a la capa de absorcion de energfa 2. El material de baja friccion podrfa ser un polfmero de cera, tal como PTFE, PFA, FEP, PE y UHMWPE, o un material en polvo al que se pueda infundir un lubricante. Este material de baja friccion esta integrado en la superficie interior de la capa de absorcion de energfa; en algunas realizaciones, la capa de absorcion de energfa propiamente dicha esta adaptada para actuar como facilitador de deslizamiento y puede incluir un material de baja friccion.
El dispositivo de fijacion se podrfa hacer de un material polimerico elastico o semielastico, tal como PC, ABS, PVC o PTFE, o un material de fibra natural tal como tela de algodon. Por ejemplo, una gorra de textil o una red podrfan formar un dispositivo de fijacion. La gorra podrfa estar provista de facilitadores de deslizamiento, a modo de parches de material de baja friccion. En algunas realizaciones, el dispositivo de fijacion propiamente dicho esta adaptado para actuar como un facilitador de deslizamiento y puede incluir un material de baja friccion. La figura 1 tambien describe un dispositivo de ajuste 6 para ajustar el diametro de la banda de cabeza al usuario concreto. En otras realizaciones, la banda de cabeza podrfa ser una banda de cabeza elastica en cuyo caso el dispositivo de ajuste 6 se podrfa excluir.
La figura 2 representa una realizacion de un casco similar al casco de la figura 1, colocado en la cabeza del usuario. Sin embargo, en la figura 2, el dispositivo de fijacion 3 esta fijado a la capa de absorcion de energfa por medio de dos elementos de fijacion 4a, b solamente, adaptados para absorber energfa y fuerzas elastica, semielastica o plasticamente. La realizacion de la figura 2 incluye una envuelta exterior dura 1 hecha de un material diferente de la capa de absorcion de energfa 2.
La figura 3 representa el casco segun la realizacion de la figura 2 al recibir un impacto frontal oblicuo I que crea una fuerza rotacional en el casco haciendo que la capa de absorcion de energfa 2 deslice en relacion con el dispositivo de fijacion 3. El dispositivo de fijacion 3 esta fijado a la capa de absorcion de energfa 2 por medio de los elementos de fijacion 4a, 4b. Los elementos de fijacion 4a, 4b absorben las fuerzas rotacionales deformandose elastica o semielasticamente.
La figura 4 representa el casco segun la realizacion de la figura 2 al recibir un impacto frontal oblicuo I que crea una fuerza rotacional en el casco haciendo que la capa de absorcion de energfa 2 deslice en relacion con el dispositivo de fijacion 3. El dispositivo de fijacion 3 esta fijado a la capa de absorcion de energfa por medio de elementos de fijacion rompibles 4a, 4b que absorben la energfa rotacional deformandose plasticamente y por ello tienen que ser sustituidos despues del impacto. Una combinacion de las realizaciones de la figura 3 y la figura 4 es muy concebible, es decir, una porcion de los elementos de fijacion se rompe, absorbiendo energfa plasticamente, mientras que otra porcion de los elementos de fijacion se deforma y absorbe fuerzas elasticamente. En realizaciones combinadas es concebible que solamente la porcion que se deforme plasticamente tenga que ser sustituida despues del impacto.
La parte superior de la figura 5 representa el exterior de un dispositivo de fijacion 3 segun una realizacion en la que el dispositivo de fijacion 3 incluye una banda de cabeza 3a, adaptada para rodear la cabeza del usuario, una banda dorsoventral 3b que llega desde la frente del usuario a la parte trasera de la cabeza del usuario, y que esta unida a la banda de cabeza 3a, y una banda latrolateral 3c que llega desde el lado lateral izquierdo de la cabeza del usuario al lado lateral derecho de la cabeza del usuario y que esta unida a la banda de cabeza 3a. Partes o porciones del dispositivo de fijacion 3 pueden estar provistas de facilitadores de deslizamiento. En la realizacion mostrada, el material del dispositivo de fijacion puede funcionar como un facilitador de deslizamiento propiamente dicho. Tambien es concebible dotar al dispositivo de fijacion 3 de un material de baja friccion anadido.
La figura 5 representa ademas cuatro elementos de fijacion 4a, 4b, 4c, 4d, fijados al dispositivo de fijacion 3. En otras realizaciones, el dispositivo de fijacion 3 podrfa ser solamente una banda de cabeza 3a, o una gorra completa adaptada para cubrir totalmente la porcion superior de la cabeza del usuario o cualquier otro diseno que funcione
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como un dispositivo de fijacion para colocacion en la cabeza del usuario.
La parte inferior de la figura 5 representa el interior del dispositivo de fijacion 3 que describe un dispositivo de ajuste 6 para ajustar el diametro de la banda de cabeza 3a para el usuario concreto. En otras realizaciones, la banda de cabeza 3a podrfa ser una banda de cabeza elastica en cuyo caso el dispositivo de ajuste 6 se podrfa excluir.
La figura 6 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion 4 en la que la primera porcion 8 del elemento de fijacion 4 esta fijada al dispositivo de fijacion 3, y la segunda porcion 9 del dispositivo de fijacion 4 esta fijada a la capa de absorcion de energfa 2 por medio de un adhesivo. El elemento de fijacion 4 esta adaptado para absorber energfa de impacto y fuerzas deformandose de forma elastica, semielastica o plastica.
La figura 7 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion 4 en la que la primera porcion 8 del elemento de fijacion 4 esta fijada al dispositivo de fijacion 3, y la segunda porcion 9 del dispositivo de fijacion 4 esta fijada a la capa de absorcion de energfa 2 por medio de elementos de fijacion mecanicos 10 que entran en el material de la capa de absorcion de energfa 2.
La figura 8 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion 4 en la que la primera porcion 8 del elemento de fijacion 4 esta fijada al dispositivo de fijacion 3, y la segunda porcion 9 del dispositivo de fijacion 4 esta fijada dentro de la capa de absorcion de energfa 2, por ejemplo, moldeando el dispositivo de fijacion dentro del material de la capa de absorcion de energfa 2.
La figura 9 representa un elemento de fijacion 4 en una vista en seccion y una vista A-A. El dispositivo de fijacion 3 segun esta realizacion esta unido a la capa de absorcion de energfa 2 por medio del elemento de fijacion 4 que tiene una segunda porcion 9 colocada en una parte hembra 12 adaptada para deformacion elastica, semielastica o plastica, y una primera parte 8 conectada al dispositivo de fijacion 3. La parte hembra 12 incluye pestanas 13 adaptadas para flexionarse o deformarse elastica, semielastica o plasticamente cuando se ponen bajo una deformacion suficientemente grande por el elemento de fijacion 4 de modo que la segunda porcion 9 pueda salir de la parte hembra 12.
La figura 10 representa una realizacion alternativa de un elemento de fijacion 4 en la que la primera porcion 8 del elemento de fijacion 4 esta fijada al dispositivo de fijacion 3, y la segunda porcion 9 del dispositivo de fijacion 4 esta fijada a dentro de la envuelta 1, a traves de la capa de absorcion de energfa 2. Esto se podrfa hacer, por ejemplo, moldeando el dispositivo de fijacion 4 dentro del material de la capa de absorcion de energfa 2. Tambien es concebible colocar el dispositivo de fijacion 4 a traves de un orificio en la envuelta 1 del exterior del casco (no representado).
La figura 11 muestra una realizacion en la que el dispositivo de fijacion 3 esta fijado a la capa de absorcion de energfa 2 en su periferia mediante una membrana o espuma de sellado 24, que podrfa ser elastica o estar adaptada para deformacion plastica.
La figura 12 representa una realizacion donde el dispositivo de fijacion 3 esta unido a la capa de absorcion de energfa 2 por medio de un elemento de fijacion mecanico incluyendo elementos de enganche mecanicos 29, con una funcion de autobloqueo, similar a la de una tira de union de autobloqueo 4.
La figura 13 representa una realizacion en la que el elemento de fijacion es una capa intercalada de interconexion 27, tal como una tela intercalada, que podrfa incluir fibras deformables elastica, semielastica o plasticamente que conectan el dispositivo de fijacion 3 a la capa de absorcion de energfa 2 y estando adaptadas para corte cuando se apliquen fuerzas de corte y asf absorban energfa o fuerzas rotacionales.
La figura 14 representa una realizacion en la que el elemento de fijacion incluye un elemento de fijacion magnetico 30, que podrfa incluir dos imanes con fuerzas de atraccion, tal como hiperimanes, o una parte incluyendo un iman y una parte incluyendo un material de atraccion magnetica, tal como hierro.
La figura 15 representa una realizacion en la que el elemento de fijacion se puede volver a unir por medio de una parte elastica macho 28 y/o una parte elastica hembra 12 conectadas de manera que se pueden soltar (que se denomina fijacion por salto) de tal manera que la parte macho 28 se separe de la parte hembra 12 cuando se ejerza una deformacion suficientemente grande en el casco, a la aparicion de un impacto, y la parte macho 28 se puede volver a insertar en la parte hembra 12 para recuperar la funcionalidad. Tambien es concebible fijar por salto el elemento de fijacion sin que se pueda soltar a una deformacion suficientemente grande y sin que se pueda volver a unir.
En las realizaciones aquf descritas, la distancia entre la capa de absorcion de energfa y el dispositivo de fijacion podrfa variar desde ser practicamente nula a ser una distancia sustancial.
En las realizaciones aquf descritas es mas concebible que los elementos de fijacion sean hiperelasticos, de tal manera que el material absorba energfa elasticamente, pero al mismo tiempo se deforme parcialmente
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plasticamente, sin fallo completo.
En realizaciones que incluyen varios elementos de fijacion es mas concebible que uno de los elementos de fijacion sea un elemento de fijacion maestro adaptado para deformarse plasticamente cuando se coloque bajo una deformacion suficientemente grande, mientras que los elementos adicionales de fijacion estan adaptados para deformacion puramente elastica.
La figura 16 es una tabla derivada de una prueba realizada con un casco que tiene un facilitador de deslizamiento (MIPS), en relacion con un casco ordinario (Orginal) sin una capa de deslizamiento entre el dispositivo de fijacion y la capa de absorcion de energfa. La prueba se realiza con una cabeza de muneco de cafda libre que impacta en una chapa de acero que se mueve horizontalmente. El impacto oblicuo da lugar a una combinacion de aceleracion traslacional y rotacional que es mas realista que los metodos de prueba comunes, donde los cascos caen en puro impacto vertical a la superficie horizontal de impacto. Se puede lograr velocidades de hasta 10 m/s (36 km/h) tanto en direccion horizontal como vertical. En la cabeza de muneco hay un sistema de nueve acelerometros montados para medir las aceleraciones traslacionales y las aceleraciones rotacionales alrededor de todos los ejes. En la prueba corriente, los cascos caen desde 0,7 metro. Esto da lugar a una velocidad vertical de 3,7 m/s. La velocidad horizontal elegida era 6,7 m/s, que da lugar a una velocidad de impacto de 7,7m/s (27,7km/h) y un angulo de impacto de 29 grados.
La prueba describe una reduccion de la aceleracion traslacional transmitida a la cabeza, y una gran reduccion de la aceleracion rotacional transmitida a la cabeza, y de la velocidad rotacional de la cabeza.
La figura 17 muestra un grafico de la aceleracion rotacional con el tiempo con cascos que tienen facilitadores de deslizamiento (MIPS_350; MIPS_352), en relacion con cascos ordinarios (Org_349; Org_351) sin capas de deslizamiento entre el dispositivo de fijacion y la cabeza de muneco.
La figura 18 representa un grafico de la aceleracion traslacional con el tiempo con cascos que tienen facilitadores de deslizamiento (MIPS_350; MIPS_352), en relacion con cascos ordinarios (Org_349; Org_351) sin capas de deslizamiento entre el dispositivo de fijacion y la cabeza de muneco.
Observese que cualquier realizacion o parte de realizacion, asf como cualquier metodo o parte de metodo se podrfa combinar de cualquier forma. Todos los ejemplos se deberan considerar parte de la descripcion general y por lo tanto es posible combinarlos de cualquier forma en terminos generales.

Claims (5)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    REIVINDICACIONES
    1. Un casco, que comprende:
    una capa de absorcion de energfa (2);
    un dispositivo de fijacion (3) previsto para la colocacion del casco en la cabeza del usuario; caracterizado por
    un facilitador de deslizamiento (5) configurado para permitir el deslizamiento entre el dispositivo de fijacion (3) y la capa de absorcion de energfa (2) durante un impacto, en el que el facilitador de deslizamiento es un material de baja friccion integrado en la superficie interior de la capa de absorcion de energfa (2) orientada hacia el dispositivo de fijacion (3).
  2. 2. El casco segun la reivindicacion 1, en el que el material de baja friccion es un polfmero de cera, tal como PTFE, EFA, PEP, PE y UHMWPE, o un material en polvo que podrfa infusionarse con un lubricante.
  3. 3. El casco segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de fijacion (3) comprende un tapon adaptado para cubrir totalmente la porcion superior de la cabeza del usuario.
  4. 4. Un casco segun la reivindicacion 1 o 2, en el que el dispositivo de fijacion (3) comprende medios de apriete para ajustar el dispositivo de fijacion (3) a la cabeza del usuario.
  5. 5. Un casco segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la capa de absorcion de energfa (2) esta formada a partir de un material de espuma de polfmero o una estructura de celosfa.
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