NO341331B1 - Fremgangsmåte for design av klær og utstyr for beskyttelse av lovens håndhevere og fremgangsmåte for godkjennelse av slikt utstyr og klær - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører generelt utforming av utstyr for beskyttelse av politistyrker og lignende personell (styrker for opprettholdelse av offentlig orden).

Utstyr for beskyttelse av politistyrker, osv. betyr her bekledning eller utstyr som bæres av brukeren for på den måten å redusere eller hindre faren for spesifikke legemlige skader. Tradisjonelt utformes slikt beskyttelsesutstyr i hovedsaken empirisk: det fremstilles og testes flere prototyper, enten under virkelige forhold eller tilnærmet virkelige forhold (idet man passer på ikke å utsette den aktuelle testpersonen for altfor store påkjenninger).

WO 95/18655 viser en prøvefigur som er utstyrt med sensorer for å registrere slag mot prøvefiguren. Hensikten med oppfinnelsen er å overvinne slike begrensninger som hefter ved den kjente teknikk, og å foreslå fremgangsmåter som gjør det mulig, ved særlig å tilveiebringe nøyaktige og reproduserbare måleegenskaper for den beskyttende virkningen til bekledning eller utstyr beregnet for beskyttelse av det menneskelige legemet, og muliggjøre utformingen av slik bekledning eller slikt utstyrt i samsvar med en ønsket beskyttelse, for samtidig å bedre påliteligheten og tilby brukerne et spekter av bekledninger eller utstyr som kan gi ulike beskyttelsesgrader, alt avhengig av behovet.

Oppfinnelsen tar derfor sikte på å implementere en vitenskapelig tilnærming til evalueringen av slikt utstyr, slik at det kan oppnås en standardisert evalueringsbetegnelse med hensyn til traumatologi, som lett kan vurderes av kunden slik at han kan velge objektivt mellom ulike typer materiale under hensyntagen til et kalibrert beskyttelsesnivå, idet man eksempelvis begynner med en kølle og slutter med en øks.

Ifølge oppfinnelsen foreslås det således i samsvar med et første aspekt en fremgangsmåte for utforming av en bekledning eller et utstyr for beskyttelse av legemet til politipersonell og lignende,karakterisert vedat den innbefatter de følgende trinn: - forsyne en prøvefigur med et sett av kinematiske sensorer og/eller lastsensorer, - plassere en slagutøvelsesinnretning på en slik måte at den kan virke mot minst én forhåndsbestemt målsone for prøvefigur anslag i samsvar med en bestemt, reproduserbar kinematikk, - utøve de nevnte slag mot målsonen på prøvefiguren, som ikke er forsynt med beskyttende bekledning eller utstyr, og ta mål med sensoren/sensorene som er anordnet i området til målsonene, - plassere en beskyttende bekledning eller et beskyttende utstyr på prøvefiguren på en slik måte at den/det vil dekke målsonen, - utøve de nevnte slag mot målsonen på prøvefiguren, som er forsynt med den beskyttende bekledning eller det beskyttende utstyret, og ta mål som

tilveiebrakt med sensoren/sensorene,

- på basis av målingene trekke ut minst én verdi for absorbert energi og/eller svekking av anslagskraften som følge av den beskyttende bekledningen eller det beskyttende utstyret, og - dersom verdien/verdiene er høyere enn terskelverdier, merke bekledningen eller utstyret som aksepterbart relativt nevnte terskelverdiene, og hvis ikke så er tilfelle, - foreta strukturelle modifikasjoner av bekledningen eller utstyret, for derved å bedre verdiene for absorbert energi og/eller anslagskraftsvekkingen.

Ifølge et andre inventivt aspekt foreslås det en fremgangsmåte for test-typegodtgjørelse av bekledning eller utstyr for beskyttelse av legemet til politipersonell og lignende, kjennetegnet ved at den innbefatter de følgende trinn: - tilveiebringe en prøvefigur med et sett av kinematiske sensorer og/eller lastsensorer, - plassere en slagutøvelsesinnretning på en slik måte at den kan virke mot minst én forhåndsbestemt målsone på prøvepersonen, som skal beskyttes med bekledningen eller utstyret som testes, med slag i samsvar med en bestemt, reproduserbar kinematikk, - utøve de nevnte slag mot målsonen på prøvepersonen, som ikke er forsynt med beskyttende bekledning eller utstyr som skal testes, og ta målinger med sensoren/sensorene som er anordnet i området til målsonene, - plassere den beskyttende bekledning eller det beskyttende utstyret som skal testes på prøvefiguren på en slik måte at den/det vil dekke målsonen, - utøve de nevnte slag mot målsonen på prøvefiguren, som nå er forsynt med bekledningen eller utstyret, og ta mål som tilveiebrakt med sensoren/sensorene, - ut fra målingene trekke ut minst én verdi for absorbert energi og/eller svekking av anslagskraften som følge av den/det beskyttende bekledningen eller utstyret, og, dersom verdien/verdiene er høyere enn terskelverdier, merke bekledningen eller utstyret som typegodkjent.

Visse foretrukne aspekter, som ikke er ment å være begrensende, av disse fremgangsmåter, er som følger: - fremgangsmåten innbefatter videre et trinn med bestemmelse av de nevnte terskelverdier i samsvar med nummeriske data som reflekterer forholdet mellom traumatisme og verdier for slagkraften og/eller den energien som virker direkte på de bestemte sonene på det menneskelige legemet, - slagene påføres ved hjelp av en rettsnorpendel som bærer en støtte for en impaktor,

- støtten innbefatter minst én kinematisk sensor og/eller lastsensor,

- målingene som tilveiebringes med sensoren/sensorene velges fra en gruppe som innbefatter forskyvningsmålinger, hastighetsmålinger, akselerasjonsmålinger, slagkraftmålinger og deres endringer over tid, - slagene utøves med en impaktor som har en form valgt blant avrundede former eller med skarpe kanter,

- slagene utøves i samsvar med minst to ulike anslagsvinkler,

- én av anslagsvinklene er i hovedsaken ortogonal på overflaten til prøvepersonen ved målet,

- slagene utøves mot prøvepersonen i flere ulike stillinger av denne,

- for beskyttende utstyr av leggskinnetypen, forsynes prøvefigurens ben med en sko plassert mot en realistisk testflate på en slik måte at friksjonskrefter mellom prøvefiguren og underlaget simuleres, - prøvefiguren er en delfigur med minst ett leddet ben forsynt med en sko og utsatt for en vektbelastning for derved å presse den mot en testflate som tilsvarer et virkelig underlag,

- slagene utøves med en impaktor som har en skarp kant,

- fremgangsmåten innbefatter en innsynkingsmåling av impaktoren i materialet i bekledningen eller utstyret, - bekledningen og utstyret for beskyttelse velges fra gruppen som innbefatter leggskinner, lårputer, vester, skulderputer, armbeskyttelser.

Andre aspekter, hensikter og fordeler med oppfinnelsen vil gå frem ved et studium av den nedenfor gitte, mer detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen. Det dreier seg her om ikke-begrensende eksempler. Det vises til tegningen, hvor:

Fig. 1 er et generelt skjema for et testutstyr ifølge oppfinnelsen,

Fig. 2a og 2b er sideriss og enderiss av en første impaktortype som brukes i testutstyret, og Fig. 3a og 3b er side- og enderiss av en andre impaktortype som brukes i testutstyret.

1) Definisjoner

a) Beskyttelsessone: en sektor av det menneskelige legemet som dekkes helt med en beskyttende bekledning eller utstyrt og dets tilbehør, b) testsone: del av en sone eller soner av en beskyttende bekledning eller et beskyttende utstyr som særlig skal undersøkes, c) mål: anatomiske områder av det menneskelige legemet hvor slaget rettes, blant disse mål finner man: - primære mål, i hovedsaken armer, seter, lår, baksiden av hælen og vristen; dette er i hovedsaken sektorer hvor muskelmassen beskytter skjelettet og hvor det ikke finnes vitale organer, - sekundære mål, i hovedsaken ansett som baksiden av hendene, innsiden av vristen, albueledd, overarmer, skuldre, skulderblad, kraveben og kneledd, - avslutningsvis tertiære mål, generelt ansett å være alle deler av ansiktet, av hodet eller nakken, områder av ryggsøylen og ribbenene, sektoren like under

ribbenene, leverområdet, solar plexus, milten, nyrene, det nedre området av maven, skrittet og coccyx, d) slaginnfallsvinkelen - denne er definert som treffvinkelen i forhold til en akse normalt på målets generelle overflate (z-akse), idet verdien 0° svarer til et

frontanslag,

e) ytelsesnivåer: ytelsesnivået til en bekledning eller et utstyr er et tall som brukes for å gi en indikasjon på den beskyttelsesgraden som bekledningen eller

utstyret skal gi, som bestemt med ytelsestester som vil bli beskrevet nærmere nedenfor. Jo større tallet er, jo høyere er ytelsesgraden.

2) Beskrivelse av utstyret

Hensikten med oppfinnelsen er å utforme og teste bekledning eller utstyr for beskyttelse av det menneskelige legemet for offisiell eller privat typegodkjenning, idet det foreslås en testinnretning som gjør det mulig å måle svekkelsen av energien og anslagskraften mot slik bekledning eller slikt utstyr, når det påvirkes av en impaktor som simulerer et virkelig slag.

Eksempelvis kan en impaktor simulere et slag med en baseballkølle eller med en øks.

Testinnretningen innbefatter i en fordelaktig utførelse:

- en biomekanisk prøvefigur M,

- en testbenk med en rettsnorpendel P,

- en impaktor I (her baseballkøllen eller øksen) montert på pendelen.

Prøvefiguren M simulerer, innenfor grensene av dens nøyaktighet, et menneske av hannkjønn, med en høyde på 175 cm og en vekt på 80 kg. Prøvefiguren er instrumentert, dvs. at den er forsynt med et sett av slagkraftsensorer, tids-(moment) sensorer, forskyvningssensorer og akselerasjonssensorer.

I dette utførelseseksemplet brukes det en prøvefigur M som har de følgende kjennetegn: - hybrid III frontalt, med to kanaler som er en forskyvningssensor og et akselerometer, - beninstrumenter frontalt med fem kanaler, her to slagkraftsensorer, to tidssensorer og et akselerometer, - lårben instrumentert frontalt med fire kanaler i samsvar med EuroSID-2-standarden, med to slagkraftsensorer, en tidssensor og et akselerometer, - skulder instrumentert sideveis med fire kanaler i samsvar med EuroSID-2-standarden, med tre slagkraftsensorer og et akselerometer.

Det skal bemerkes at disse standardiserte definisjonene av prøvefigurer særlig stammer fra offentlig overvåkede automobilkollisjonstester og at de er tilgjengelige sammen med alle de nevnte detaljer som anses nødvendig av fagpersoner, fra de offentlige myndigheter (se særlig internett www. inrets. fr, Institut National de Recherche sur les Transports et leur Sécurité - det franske nasjonale instituttet for transport- og sikkerhetsforskning).

En slik prøvefigur forsynes med den beskyttende bekledningen eller det beskyttende utstyret som skal testes.

Testbenken i testinnretningen er her en rettsnorpendel P med en impaktor I. En slik pendel vil simulere et treff med impaktoren mot et individ. Pendelen har en snorlengde eksempelvis på 5 meter, hvilken lengde fordelaktig kan reguleres.

Utgangsstillingen og massen til impaktoren vil på gjentagbar måte bestemme dens anslagshastighet mot prøvefiguren, den kraften som overføres til prøvefiguren og energianslaget.

Som nevnt foran kan impaktoren være av to utførelsestyper, dvs. som en baseballkølle eller en øks.

I alle tilfeller vil impaktoren ha en basisstøtte S eller metallramme (typisk av stål) forsynt med et akselerometer og en hastighetssensor.

Den minste massen for basisen S vil typisk være 2,5 kg.

På denne basisen kan det festes en ende av en egnet form som utgjør impaktoren I, for derved å simulere den ønskede trusselen, dvs. her en ende som simulerer den bredeste delen av en baseballkølle eller simulerer bladet til en øks (som en alternativ form for impaktoren kan det benyttes en form som gjenspeiler en annen trussel - så som en bambusstokk, en stor kniv, en beskjæringskniv, etc).

I denne spesielle utførelsen simulerer enden II en baseballkølle som vist i fig. 2a og 2b. Utførelsen innbefatter en sylindrisk del av massivt stål, med en lengde på 200 mm og en diameter på 50 mm og med en Rockwell-hardhet på 55 +/- 3 (type C-stål).

Enden 12 simulerer et økseblad og er i form av en stålstang, med identisk hardhet og med et tverrsnitt stort sett i form av en likesidet trekant med 5 mm side og en lengde på 200 mm, slik det er vist i fig. 3a og 3b.

Selvfølgelig kan det også brukes andre impaktortyper, særlig en impaktor som simulerer et slag med en forsvarskølle av tonfa-typen, eller en jernstang, etc.

3) Beskrivelse av bruken av utstyret

Testinnretningen ifølge oppfinnelsen brukes på følgende måte.

En av de to impaktormodellene som er montert på basisen, blir først plassert på rettsnorpendelen, idet det hele plasseres og holdes på en slik måte at man oppnår den ønskede energien, hastigheten og kraften i anslaget. Opprettholdelsen skjer på en slik måte at den kan reproduseres på en nøyaktig måte, slik at impaktoren kan treffe målet med de samme betingelser med eller uten beskyttelsen.

Den beskyttende bekledningen eller det beskyttende utstyret som skal testes blir først plassert i en ovn i fire timer ved 80°C og deretter lagret i 20°C i 48 timer under en relativ fuktighet på 65 %.

I et tilfelle hvor testen av bekledningen eller utstyret må gjennomføres under andre temperaturer eller fuktigheter, foretrekkes det å gjennomføre testen innen 5 min. etter uttaket fra lageret, og at testen skal ha en varighet på maksimalt 20 min.

Den beskyttende bekledningen/utstyret som skal testes, plasseres på prøvefiguren som beskrevet foran, på en slik måte at man best mulig kan reprodusere virkelige forhold. Typisk blir bekledningen eller utstyret plassert på prøvefiguren og plassert i kontakt med den med en kontaktkraft på ca. 20-30 N, når denne kraften kan måles eller estimeres.

Prøvefiguren blir så plassert i testbenken på en slik måte at man kan simulere en virkelig bæring av bekledningen eller utstyret i en situasjon hvor lov og regler må opprettholdes.

Testprosedyrene kan så gjennomføres. I utgangspunktet velger man ønskede verdier for slaghastigheten, slagenergien og den maksimale kraften som skal overføres (i virkeligheten valg av anslagsvinkel), slik det er nevnt foran.

Eksempelvis kan testene gjennomføres med enden av en baseballkølle og med de nedenfor gitte parameterne:

- slaghastighet: 5 m/s

- slagenergi: 120 Joules

- anslagsvinkel: 0° og 30°

og med enden av økstypen kan man bruke de følgende parameterne:

- slaghastighet: 5 m/s

- slagenergi: 50 Joules

- anslagsvinkel: 0°.

Det skal nevnes at disse parameterne kan variere i samsvar med den trusseltype som det antas at brukeren mest utsettes for, særlig i forbindelse med opprettholdelse av lov og orden.

Dessuten brukes det fordelaktig en gjennomsnittskraft som transmitteres ulikt, alt i samsvar med det aktuelle målet, idet det eksempelvis brukes en verdi mindre enn 5 kN for albuen eller lårskinnen, en verdi mindre enn 8 kN for overarmen, underarmen eller tibia, og en verdi mindre enn 10 kN for skulder og kne.

Testene gjennomføres mot ulike mål på prøvefiguren og særlig slik:

- på en leggskinne som er fast montert på et ben på prøvefiguren, mellom kneet (inkludert) og ankelen, med mål ved toppen av foten, ved bunnen av tibia, midt på tibia, øverst på tibia og på kneet, - på en lårpute som er festet til prøvefigurens lår, mellom men ikke inkludert hoften og kneet, med mål ved den nedre delen av låret, midt på låret og øverst på

låret,

- mot en vest som er festet på prøvefigurens kropp og forsynt med leddede beskyttende skall for skuldre og for den øvre delen av armene så vel som en skjerm for pelvissonen, med mål i hjørnet av skulderen, på overarmen, i solar plexus, mot nyrene, mot kraveben og mot pelvissonen, - mot en skulderpute med leddede skall montert på skulderen (eventuelt fastholdt ved hjelp av en vest som foran), med mål mot hjørnet av skulderen og mot overarmen, - mot en armbeskyttelse som er montert på forarmen til prøvefiguren, med mål mot vristen, mot to områder på underarmen og mot albuen.

Selvfølgelig er det mulig å gjennomføre andre tester mot annet beskyttende utstyr eller annen beskyttende bekledning.

Testprosedyren består helt enkelt i at prøvefiguren, uten beskyttende kledning eller utstyr, plasseres på en testflate, så som et bord eller mer generelt enhver annen fast støtte som kan holde prøvefiguren. Fordelaktig plasseres prøvefiguren stående på en testflate som reproduserer et virkelig underlag (typisk bitumen eller sement når det dreier seg om beskyttelse for politipersonell i bymiljøer).

Som indikert innstilles prøvefigurens posisjon slik at den mest mulig svarer til en realistisk situasjon. For eksempelvis å teste leggskinner skal prøvefigurens posisjon simulere en mann som står oppreist, og kontakttrykket mellom prøvefigurens fot og testunderlaget innstilles slik at det svarer til den som vil forekomme for en mann med normal vekt. Sensorene kalibreres, på i og for seg kjent måte fra sikkerhetstester for biler.

Prøvefigurens posisjon innstilles også slik at anslagsvinkelen (ortogonalt eller skrått treff, se foran) er som ønsket.

Rettsnorpendelen blir så innstilt, mer nøyaktig blir utgangspunktet og impaktorens belastning (massen til den mobile delen) innstilt på en slik måte at man kan oppnå den ønskede hastigheten, kraften og energianslaget. Det gjennomføres en markering slik at utgangspunktet kan bestemmes på en reproduserbar måte for en gitt testserie.

Testene mot forhånds valgte mål blir så gjennomført, først på prøvefiguren uten beskyttende bekledning eller utstyr.

Deretter plasseres bekledningen eller utstyret på de aktuelle sonene på prøvefiguren, og testene blir så gjennomført igjen, med samme hastighet, kraft og energi.

Fortrinnsvis innbefatter hver enkelt test, både med og uten beskyttelse, en måling av akselerasjonen (m/s<2>) over tid (i sek.), påkjenningen (i daN) over tid (i sek.) og forskyvningen (i meter) over tid, idet det benyttes sensorer som er plassert på prøvefiguren.

Hver test innbefatter også en måling, på impaktoren, av akselerasjonen (i m/s<2>) over tid (i sek.).

Fortrinnsvis, ved en test mot en leggskinne, blir det først gjennomført en test ved at prøvefigurens ben plasseres på en slik måte at det ikke kan vike unna (med bruk av en kile), hvoretter det gjennomføres en test hvor benet kan gi etter eller beveges bakover (på bakgrunn av at det er viktig å oppnå realistiske friksjonskrefter mellom foten og underlaget, hvilket muliggjør bruk av et materiale av bitumen- eller sementtypen for testflaten).

Videre blir de ulike testene fordelaktig gjennomført med prøvefiguren i ulike stillinger, typisk en angrepsstilling, en forsvarsstilling og en statisk stilling.

Samtlige av de foran nevnte målinger gjennomføres med en impaktor som simulerer en baseballkølle.

Som nevnt foran kan det gjennomføres andre tester med en impaktor som eksempelvis simulerer en tonfa eller en jernstang, hvilket vil være en prosedyre som ligner den som brukes for en impaktor som simulerer en baseballkølle.

De dataene som oppnås med sensorene i løpet av tester med ulike impaktorer mot de ulike målene, blir registrert. Derved oppnås det en serie av målinger som gjør det mulig for designerne av utstyret og bekledningen på en progressiv måte å bedre dettes virkning.

Mer nøyaktig, de registrerte dataene blir reprosessert, særlig ved at de sammenlignes med data innhentet i forbindelse med slag direkte mot prøvefiguren (uten beskyttelsen) og ved slag mot beskyttelsen plassert på prøvefiguren. Derved kan det særlig beregnes en energiabsorpsjonskoeffisient og en svekkingskoeffisient for den kraften som overføres til de ulike målstedene.

Testseriene innbefatter også bruk av en impaktor som simulerer en øks. Det foretas da ingen målinger ved hjelp av sensorene. Isteden måler man på en enkel og manuell måte øksbladets innsynkingsdybde. I denne forbindelsen blir det beskyttende utstyret eller den beskyttende bekledningen ikke plassert på prøvefiguren, men mot en stiv og fast ambolt, og impaktoren av økstypen blir så anvendt med den ønskede kraften, hastigheten og energien.

Prosessen for validering av utformingen av den beskyttende bekledningen eller det beskyttende utstyret kan basere seg på en sammenligning av disse koeffisientene med på forhånd etablerte terskelverdier, i samsvar med beregningsregler som kan variere (ut fra målet, på en global måte, etc).

Fordelaktig baserer disse terskelverdiene seg på nummeriske medisinske data, særlig tilveiebrakt av personell eller eksperter som er spesialisert i traumatologi, idet de reflekterer forholdet mellom traumatisme og de verdiene av slagkraft og/eller energi som anvendes direkte mot bestemte soner på det menneskelige legemet. Mer nøyaktig og eksempelvis i forhold til benbrudd, er det i dag relativt godt kjent nøyaktig hvilket kraftnivå eller energinivå som vil gi et benbrudd, når visse områder av det menneskelige legemet utsettes for belastninger.

En terskel-minimumsverdi for en absorpsjon av det beskyttende utstyret eller den beskyttende bekledningen i en viss kroppssone, oppnås derfor ut fra forskjellen mellom den kraften og/eller den energien som på en effektiv måte utøves med slagutøvelsesinnretningen og den kraften og/eller den maksimale energien som kan tåles i den aktuelle sonen uten fare for en viss traumatisme (brudd, men også andre traumaformer).

Designeren kan særlig arbeide med arten og de mekaniske egenskapene til de materialene som brukes (stive plastmaterialer, poret lerret) og kan også endre dimensjonsparameterne, i hovedsaken hva angår tykkelse.

Selvfølgelig vil fagpersoner vite hvordan man kan foreta forskjellige alternativer og modifikasjoner av oppfinnelsen.

For å forenkle implementeringen av oppfinnelsen når det dreier seg om en bestemt del av et beskyttende utstyr, kan det utformes en delvis instrumentert prøvefigur. For eksempelvis å teste leggskinner, kan det anordnes to leddede ben, hengslet ved kneet, og det kan utøves en vekt på eksempelvis 40 kg på hvert ben. Bena blir så forsynt med sko på en slik måte at man får de ønskede friksjonskrefter mellom skoen og den valgte flaten.

Fagpersoner vil også vite hvordan man kan gjennomføre tilpasninger som nødvendig for reprodusering av realistiske tilstander som politi og annet tilsvarende personell utsettes for, slik at man derved kan oppnå pålitelige testresultater.