Instituut voor Wegtransportmiddelen TNO Schoemakerstraat 97 Postbus 6033 2600 JA Delft
TNO-Industrie
Telex 38071 zptno nl Fax 015 - 62 07 66 Telefoon 015 - 69 69 00
TNO-rapport HET BEPROEVEN VOOR KLEMBEUGELS VOOR ADEMLUCHTTOESTELLEN
TESTPROCEDURE
754030016
Auteur Aantal pagina' s 20
Aantal bijlagen
C.G. Huijskens
Opdrachtgever
Ministerie van Binnenlandse Zaken Directie Brandweer Coördinator materieelbeleid Ing. P.Verhage
Aantal figuren
Aantal foto' s
5
Datum
1 oktober 1991 Aantal tabellen
2 Accoord
E.G. Janssen (sectiehoofd) Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldIgd enfof openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfTIm of op welke andere wijze dan ook. zonder voorafgaande toestemming van TNO.
Gezien
Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdracht nemer verwezen naar de 'Algemene Voorwaarden voor Onderzoeksopdrachten aan TNO'. dan wel de betreffende terzake tussen partijen gesloten overeenkomst. . Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan .
Gezien
©TNO
Nederlandse organisatie voor toegepast.natuurwetenschappelijk onderloek TNO.lndusuie doot onderzoek en verleent dionsten op het terrein van de Industrll!le Technologie. ZIJ richt zlch daarmee op de Industrie. de dienstenseotor en da overheid. Industriele tcehnoto91o omvat gebieden als toegepaste fySica, chemie. produktontwlkkeJing. produktiatechnologla. materiaalklInde. bedrijfskunde . micro·elektronlca. informatica en telematica.
H. Driever (a~delingshoofd)
Ir.Drs. P.D. van der Koogh (directeur)
VAN
TNO-rapport
Pagina
Datum
754030016
2/20
1 oktober 1991
Samenvatting
Op verzoek van het Ministerie van Binnenlandse Zaken heeft de afdeling Letselpreventie van het Instituut voor Wegtransportmiddelen TNO een beproevingsmethode ontwikkeld om de kwali tei t van klembeugels voor ademluchttoestellen te kunnen bepalen en bewaken. De methode wordt in dit rapport beschreven.
Foto 1: OVerzicht van de testopstelling.
'I
TNO-rapport
Pagina
Datum
754030016
3/20
1 oktober 1991
Inhoudsopgave
1. 0 INLEIDING..................................................................................................................
4
2 .. 0 OOEL 'VAN' Hm' ONDERZOEK..........................................................................................
5
3.0 OPZET 'VAN' DE DYNAMISCHE BEPROEVINGSMETHODE ••••••••••••••••••••••.••
6
4.0 OPBOUW 'VAN' DE TESTOPSTELLING •••••••••
7
4.1 De konstruktie. 4. 2 De dunmde ••••.. 5.0
O~KKELING
7
8
VAN DE DYNAMISCHE TEST •••••••••••••••.••••••••••••••••
5.1 De testmethode •••.••.• 5.2 De meetopstelling .•.. 5.3 De testcondities ••••
.........
9 9 9
11
6 .. 0 RESULTA.TE[t.l ONDERZOEKSTESTE[t.l.............................................................................
12
7.0 RESULTATE[t.l PRAKTIJKTESTE[t.l ••••••••••••
13
8 . 0 JlD'V'IES
F.ABRI~.................................................................................. ............ ....
15
9 .. 0 AANBEV'ELING~............................................................................................................
16
10.0 CONCLUSIES ••••••••••••••••••••••••••
17
RESULTATE[t.l ONDERZOEKSTESTE[t.l.
18
RESULTATE[t.l PRAKTIJKTESTEN •••••••••••
19
TEKEl'JINGEr'J.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..
20
APPENDIX
TNO-rapport
Pagina
Datum
754030016
4/20
1 oktober 1991
1.0 INLEIDING In 1988 is het Ministerie van Binnenlandse Zaken gestart met een onderzoek naar de kwaliteit van klembeugels voor ademluchttoestellen. Destijds heeft de afdeling Letselpreventie van het Instituut voor Wegtransportmiddelen TNO voornamelijk onderzoek verricht naar de mogelijke gevolgen voor het inzittend personeel, wanneer een brandweervoertuig bij een ongeval betrokken raakt. Door middel van een "full-scale" test zijn de omstandigheden geanalyseerd die zich kunnen voordoen bij een frontale botsing met een brandweervoertuig. Vervolgens zijn simulatieproeven gehouden om de personeelscabine zo veilig mogelijk in te richten. De resultaten hiervan werden tijdens het symposium "Letselpreventie in- en ongevalspreventie voor brandweervoertuigen" op vrijdag 11 maart 1988 bekend gemaakt. Als vervolg hierop heeft TIWjTNO nu een ontwikkeld om, verschillende klembeugels combinatie met een standaard heupgordel te wordt een standaard proefpap gebruikt brandweerman.
dynamische beproevingsmethode voor ademluchttoestellen in kunnen gaan keuren. Hierbij als representant voor de
In dit rapport wordt het volledige onderzoeksprogramma beschreven. In hoofdstuk 3.0 worden de drie fasen besproken voor de opzet van de dynamische beproevingsmethode . Hoofdstuk 4.0 gaat over de opbouw van de testopstelling en hoofdstuk 5.0 gaat over de ontwikkeling van de dynamische test. De eerste onderzoeksresultaten zijn samengevat in Tabel 1 van hoofdstuk 6.0. Met twee verschillende klembeugels zijn de eerste praktijktesten uitgevoerd. De resultaten hiervan staan in Tabel 2 van hoofdstuk 7.0. Het advies aan de fabrikenaten is opgenomen in hoofdstuk 8.0. In hoofdstuk 9.0 worden enkele aanbevelingen ter verbetering van de ontwikkelde methode gegeven. In hoofdstuk 10.0 zijn de conclusies opgenomen.
TNO-rapport
754030016
Pagina
5/20
Datum
1 oktober 1991
2.0 DOEL VAN HET ONDERZOEK
Doel van het onderzoek is het opzetten van een dynamische beproevingsmethode om de kwaliteit van klembeugels voor ademluchttoestellen, zoals die in de huidige brandweervoertuigen gebruikt worden, te kunnen bepalen en bewaken. kwaliteit wordt bepaald door de mate waarin het geheel van eigenschappen voldoet aan de te stellen eisen, die uit het gebruiksdoel voortvloeien. De
fabrikanten wordt voor het uitvoeren van statische trekproef een maximale kracht opgegeven, waa~ee tijdens de ontwikkelingsfase de sterkte van de klembeugel 'binnenshuis' kan worden onderzocht.
Aan
TNO-rapport
Pagina
754030016
6/20
Datum
1 oktober 1991
3.0 OPZET VAN DE DYNAMISCHE BEPROEVINGSMETHODE De opzet bestaat feitelijk uit drie fasen, nl.:
fase 1: fase 2: fase 3:
het opbouwen van een testopstelling, het ontwikkelen van een dynamische test en het adviseren van een statische trekproef.
De testopstelling moet zo eenvoudig mogeli,j k zijn om de kosten voor de
fabrikant die een klembeugel wil laten keuren zo laag mogelijk te houden. Gekozen is voor een opstelling in kombinatie met de elastieke botsbaan (Ebaan) van de afdeling "Letselpreventie" van IW/'I'NO. Belangrijkste voordeel van deze keuze is dat de voorbereidende werkzaamheden als het monteren van de klembeugel aan de achterwand, al kunnen worden uitgevoerd voordat de Ebaan nodig is voor de dynamische test. De opstelling zal moeten bestaan uit een deel van het interieur van een tankautospuit, welke op de slede van de E-baan wordt gebouwd. De brandweerman wordt gesimuleerd door een Hybrid II dummde met een speciaal hiervoor geconstrueerd ademluchttoestel. Voortbouwend op ervaringen uit eerder onderzoek, waarin voornamelijk de criteria zijn onderzocht om de kwaliteit van een klembeugel te kunnen bepalen, moet voor fase 2 een sledeproef worden uitgevoerd met een botssnelheid van 30 knVu en een sledevertraging van maximaal lOg. De belangrijkste eis bij deze test is dat de klembeugel die de persluchtfles van het ademluchttoestel vasthoudt, niet mag loslaten tijdens de botsing. In fase 3 wordt gezocht naar een maximale kracht voor een statische trekproef, die de fabrikanten eventueel zelf tijdens de ontwikkeling van een nieuwe klembeugel kunnen uitvoeren om de sterkte van hun beugel te bepalen.
TNO-rapport
Pagina
Datum
754030016
7/20
1 oktober 1991
4.0 OPBOUW VAN DE TESTOPSTELLING 4.1 De konstruktie De testopstelling is een simulatie van een deel van het interieur van een brandweervoertuig . De stalen konstruktie bestaat uiteen achterwand met zi tbank en standaard ankerpunten voor een heupgordel. De achterwand is voorzien van een houten schot waarop de meest voorkomende klembeugels kunnen worden gemonteerd. De zitting van de, stoel bestaat uit polystyreen schuim met een dichtheid van 40 kg/m3 en een dikte van 40 mm, bekleed met kunstleer. De afmetingen van deze konstruktie zijn gelijk aan de afmetingen van de zitbank in de personeelscabine, zodat de zitpositie van de dummie het zelfde is als de zithouding van de brandweerman.
Foto 2: De konstruktie met dummie.
TNO-rapport
Pagina
Datum
754030016
8/20
1 oktober 1991
4.2 De dUIllIllie Gekozen is voor een volwassendurnmie van het type 'Hybrid II'. Deze zogenaamde 50percentile-dummie is gekleed in katoenen kleding en draagt leren schoenen. De dunnnie heeft een massa van 75 kg en wordt op z'n heupen tegengehouden door een standaard 2-puntsgordel. Bij elk type klembeugel kan de heupgordel verankerd worden onder de meest gunstige hoek van ca. 60 graden met de horizontaal. Op z'n rug draagt de dummie een speciaal ontwikkelde rugplaat met daaraan vast g~last een cylindrische persluchtfles . De plaats van de onderste en bovenste bevestigingspunten voor het gordelsysteem aan deze onvervormbare rugplaat, zijn overgenomen van een rugplaat van het merk Dräger van het type "B". De schoudergordels en de buikriem zijn eveneens van dit zelfde merk en type.
Foto 3: De speciaal ontwikkelde rugplaat met gordelsysteem.
TNO-rapport
Pagina
Datum
754030016
9/20
1 oktober 1991
5.0 ON'IWIKKELING VAN DE DYNAMISCHE TEST 5.1 De testmethode De konstruktie kan op eenvoudige wijze worden gemonteerd op de slede van de
elastieke botsbaan ( E-baan). De slede met stoel wdrdt aangedreven met behulp van een aantal elastieke veren. Door de spanning in de elastieken te variëren kan de botssnelheid worden bepaald. De slede wordt afgeremd door middel van twee olijfvormige doornen die in ~en polyurethane buis, voorzien van een conische opening, worden gedrukt. Door de diameter van de olijven te variëren kan de sledevertraging worden bepaald. 5.2 De meetopstelling Voor elk meetkanaal is een "signaal-conditioner" op de slede aanwezig. Alle meetsignalen worden gefilterd voor zij worden geregistreerd. De signalen worden opgenomen met een 10-kanaals transiëntrecorder • De gegevens worden gedigitaliseerd met een resolutie van 12 bits. Het meetsysteem wordt bestuurd met behulp van de Digital PC-380 computer. Verdere dataverwerking wordt uitgevoerd met behulp van een Digital V,AX-8250 computer. Twee uniaxiale versnellingsopnemers zlJn "back-to-back" gemonteerd om de sledevertraging te registreren.
op
de
slede
botssnelheid wordt bepaald door het meten van de tijd tussen twee onderbrekingen van een lichtstraal. Daarvoor zijn aan de zijkant van de testslede twee metalen vinnen gemonteerd, op een bekende afstand. De klokfrequentie van de tijdmeeteenheid bedraagt 1 Mhz. Het moment van de botsing (~O) wordt geregistreerd door het onderbreken van de tweede lichtstraal.
De
De testen worden gefilm::i met een Stalex high-speed camera die 500 beelden
per seconde draait, zodat na de botsproef het 'gedrag' van de klembeugel geanalyseerd kan worden met behulp van een "motion-analyser". Tijdens alle onderzoekstesten (zie Tabel 1) zijn opnemers gebruikt om de krachten op de achterwand van de konstruktie te kunnen meten.
TNO-rapport
Pagina
754030016
10/20
Foto 4: OVerzicht onderzoekstest
Foto 5: Lokatie krachtopnemers (achteraanzicht).
Datum
1 oktober 1991
....
•
•
TNO-rapport
Pagina
754030016
Dalum
11/20
1 oktober 1991
5.3 De testcondities
Een
belangrijk doel bij het ontwikkelen van de dynamische test is het bepalen van de diameter(s) van de 'olijven' die met de nieuwe testopstelling (cc;( massa!) bij een gegeven botssne.lheid van 30 km/u de juiste sledevertraqing opleveren. De slede moet afgeremd worden bij een botssnelheid van 30 ± 2 kDVu. De sledevertraging moet daarbij binnen een 'corridor' liggen met een maximaal nivo van lOg (zie fig. 1).
10 9 8
7
6 g [m1sec2]
5 4 3 2
1 0 0
20
40
60
80
time [msec)
Figuur 1: De voorgeschreven 'corridor'
100
120
140
160
..]
I
/]
TNO-rapport
Pagina
754030016
6.0
Datum
12/20
1 oktober 1991
RESULTATEN ONDERZOEKSTESTEN
resultaten van de onderzoekstesten die in het kader van fase 2 zijn uitgevoerd, zijn samengevat in Tabel 1. De
E5787
E5788
E5789
E5790
E5791
E5792
E5793
E7017
Diam. olijf 1 [mmJ 2 [mmJ
47.0 47.0
46.5 46.5
46.5 46.5
45.5 45.5
44.5 44.5
44.5 44.5
44.5 44.5
44.0 44.0
Tube temp.
[ °CJ
19.0
19.0
19.0
19.0
19.0
19.0
19.0
19.0
Botssnelheid Cm/sj [km/hJ
8.49 30.5
8.56 30.8
8.37 30.1
8.46 30.5
8.45 30.4
8 . 44 30.4
8.40 30.3
7.88 28.4
[mm)
302
330
330
410
490
500
455
510
Sledevertr. (maximaal)
[gJ
17.3
16.8
14.6
12.4
9.8
9.7
11. 2
8.43
Sledevertr . (gemiddeld)
[g}
5.36
5.49
5.60
5.68
5.67
5.69
5.61
5.55
Tot. kracht (maximaal)
[kN}
4.51
4.53
9.07
7.88
6.61
6.95
2.90 *
Test no.
Remweg
*
5.34
Test zonder dummiel
Tab.l r: Resultat e n onderzoekstastt e n
Drie van de acht uitgevoerde testen voldeden in principe aan de gestelde eisen voor botssnelheid en sledevertraging • De testen E5791 en E5792, met een botssnelheid van 30.4 knVu, bereiken echter de maximale limiet van 10 mvsec2 voor de sledevertraging. Een iets gunstiger resultaat is verkregen met laatste test E7017. De maximale sledevertraging ligt bij deze test iets lager in vergelijking met de testen E5791 en E5792 en meer in het midden van de gestelde 'envelop'. De vertragingscurve vertoont tussen de 40 en 100 ms een redelijk 'vlak' verloop rond de 8 mVsec2• De gemiddelde sledevertraging over zo'n 160 ms is daarbij ca. 5.6 mVS2. Tijdens deze test werd een gesommeerde kracht van maximaal 5.34 kN op de achterwand gemeten. Test E5793 werd uitgevoerd om te zien wat de gesommeerde kracht op de achterwand zou z1Jn, indien een klembeugel met ademluchttoestel zónder dummie (cq brandweerman) wordt belast!
TNO-rapport
Pagina
754030016
7.0
Datum
13/20
1 oktober 1991
RESULTATEN PRAKTIJKTESTEN
resultaten van de praktijktesten, die in het kader van fase 2 zijn uitgevoerd, zijn samengevat in Tabel 2. De
Test no.
E5845
Diameter
olijf 1 2
Tube temperatuur Botssnelheid Remweg
E7018
"A"
"B"
44.5 44.5
44.5 44.5
19.0
8.56 30.5
E7019
E7020
"A"
"A"
"A"
44.0 44.0
44.0 44.5
44.0 44.5
19.0
19.0
19.0
19.0
8.42 30.3
8.42 30.3
7.97 28.4
7.91 28.7
7.95 28.6
505
500
485
545
515
525
[mm] [mm]
44.5 44.5
[0 C]
19.0
[mis] [km/hl
Code klembeugel
[mm]
E5846
E5847
"All
Sledevertraging (maximaal)
[g]
10.5
10.6
11.1
7.71
8.36
8.40
Sledevertraging (gemiddeld, '1'=160 ms)
[g]
5.74
5.81
5.56
5.43
5.36
5.56
Tabel rr: Resultaten prakt i jktesten
Conform de onderzoekstesten E5791 en E5792, ZIJn in eerste instantie twee verschillende typen klembeugels beproefd op hun kwaliteit. Zowel klembeugel "A" als klembeugel "B" bleek niet sterk genoeg te zijn om tijdens de botsing de persluchtfles vast te houden. Hierdoor wordt het bovenlichaam van de d~e geheel niet afgeremd, zodat de 2-punts heupgordel de dummde moet opvangen. Hierdoor kan de heupgordel bij een brandweerman in de weken delen van de buik dringen en daarbij ernstig buikletsel veroorzaken (knipmeseffect) • In test E5845 met klembeugel "A" brak de verbinding tussen de beugelgeleider en het handvat. Echter, na reparatie van dit defect schoot de persluchtfles in test E5846 toch ook weer uit de klembeugel. Klembeugel "B" heeft nauwelijks de persluchtfles tijdens de botsproef kunnen vasthouden. Direkt aan het 'begin' van de botsproef schoot de persluchtfles al uit zijn bevestiging. Gezien deze eerste resultaten, waarbij mogelijk de gestelde eisen contraproduktief zouden kunnen werken, werden in tweede instantie nieuwe testen uitgevoerd overeenkomstig de onderzoekstest E7017 met een iets lagere
TNO-rapport
754030016
Pagina
14/20
Datum
1 oktober 1991
s1édèvertraging. .voor testE7018 werd een nieUWe klembeugel 'iA" ge.ï nstalléerd. Deze test liep volledig volgens wens, dat wil zeggen de test voldeet aan de eisen én de klembeugel funktioneerdegoed. Ter verificatie werd met een tweede klembeugel "At! test E7019 uitgevoerd. Tijdens deze te$t 'b rak, evenals in test E5845, de verbinding tussen de beugelgeleider en het h~at. Na reparatie van dit defe·c t verliep nu ook test E7020 naar wens.
.. "
•
"
•
TNO-rapporl
Pagina
Datum
754030016
15/20
1 oktober 1991
8.0 ADVIES FABRIKANTEN
Tijdens de testen E5791 en E5792 (zie Tabel 1) zijn de krachten gemeten die op de onvervormbare achterwand optraden. Op de achterwand van de stalen kon$truktie werd een gesommeerde kracht gemeten van maximaal 7 kN. Tijdens de test E!7017 , met een iets lagere maximale sledevertraging in vergelijking met de testen E57.91 en E.5792, werd een totaal kracht van 5.3 JeN gemeten. Tijdens de ontwikkelingsfase van een klembeugel kan de fabrikant eventueel zelf eerst een statische trekproef uitvoeren om te zien of zijn klembeugel al sterk genoeg is voor een keuring bijIW/TNO. Als advies kan een trekkracht opgegeven worden die ligt tussen de 5.3 en 7 kN, met een tijdsduur van minimaal 30 ms.
TNO-rapport
Pagina
754030016
16/20
Datum
1 oktober 1991
9090AANBEVELINGEN Tijdens dit onderzoek hebben zich een aantal nieuwe aspecten voorgedaan, die mogelijk tot een verbeterde beproevingsmethode kunnen leiden. Zo kan nog aandacht besteed worden aan het gordelsysteem (schoudergorde1s en buikriem), dat aan de speciaal gekonstrueerde rugplaat vastzit. Gebleken is, dat gedurende een aantal testen de schoudergordels zijn gaan rafelen. Voorkomen moet worden dat slijtage aan dit g~rdelsysteem invloed zou kunnen hebben op de testresultaten. De bevestiging van de klembeugel aan de achterwand verdient meer aandacht.
In alle experimenten is de boutverbinding tussen klembeugel en het houten schot zo sterk mogelijk gehouden, om te voorkomen dat de klembeugel zou los breken. Dit is géén bevestiging zoals die in een brandweerauto normaal wordt toegepast! Gezien de grote krachten die op de achterwand tijdens de botsproef werken, zo'n 5 à 7 kN, lijkt het verstandig om tevens de bevestiging zoals die in de brandweerauto wordt toegepast mee te onderzoeken.
i.
TNO-rapport
754030016
Pagina
Datum
17/20
1 oktober 1991
10.0 CONCLUSIES Op grond van ervaringen die opgedaan werden tijdens onderzoek, kunnen de volgende conclusies worden getrokken.
het uitgevoerde
Met de ontwikkelde dynamische beproevingsmethode is het mogelijk om de kwaliteit van de huidige klembeugels voor ademluchttoestellen te bepalen en te bewaken. De eisen die gesteld worden aan het uitvoeren van de dynamische test zlJn,
met betrekking tot wat feitelijk in de praktijk tijdens een ongeval met een brandweerauto verwacht kan worden, minimale waarden voor sledevertraging en botssnelheid. In de toekomst zal opnieuw bekeken moeten worden, afhankelijk van de toekomstige ontwikkelingen in klembeugels, of de huidige voorgestelde eisen kunnen worden bijgesteld. experimenten, waarbij de klembeugel de persluchtfles niet heeft kunnen vasthouden, tonen nog eens duidelijk aan dat het gebruik van alleen een heupgordel afgeraden dient te worden. Een goed funktionerende klembeugel zal in belangrijke mate het risico op letsel verminderen bij de brandweerman tijdens een ongeval. De
