DE10159829B4 - Vertikaler Fallturm - Google Patents

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Abstract

Vertikaler Fallturm (10), bei dem ein mit einem Stoß- oder Prüfkörper versehener Schlitten (30) entlang einer vertikalen Beschleunigungsstrecke beschleunigt wird, wobei
der Schlitten in einem oberen Bereich der Beschleunigungsstrecke über einen vorgegebenen Weg über eine Kopplungseinrichtung (34, 35, 36, 28) mit einer Beschleunigungseinrichtung (20, 22, 24) gekoppelt ist, die dem Schlitten eine definierte Geschwindigkeit verleiht,
die Kopplungseinrichtung den Schlitten am Ende des vorgegebenen Weges mittels einer Ein-/Ausklinkeinrichtung von der Beschleunigungseinrichtung freigibt und
der Schlitten in einem unteren Bereich der Beschleunigungsstrecke allein unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung frei fällt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen vertikalen Fallturm zur hochdynamischen Prüfung von Bauteilen und Baugruppen.
  • Ein vertikaler Fallturm dient dazu, Werkstoffe, Bauteile und Baugruppen einer mechanischen Prüfung zu unterwerfen, die zumindest bereichsweise die im Einsatz des Bauteils auftretenden Bedingungen nachbilden kann. Beispielsweise im Automobilbau müssen Werkstoffe, die extremen Belastungen ausgesetzt werden, mechanischen Prüfungen unterzogen werden, die Aufprallgeschwindigkeiten bis 60 km pro Stunde oder mehr simulieren. Ein Beispiel für solche zu prüfenden Bauteile sind Innenwerkstoffe, die insbesondere unter dem Aspekt der Fahrzeuginsassen-Sicherheit vorgegebene Normen erfüllen müssen.
  • Ein vertikaler Fallturm dient dabei dazu, verschiedene Prüfgeschwindigkeiten zu simulieren, insbesondere diejenigen, die den realen Bedingungen im Fahrzeug sehr nahe kommen, da die Prüfgeschwindigkeit (also die Dehnrate) häufig einen sehr wesentlichen Einfluss auf das Werkstoffverhalten hat.
  • Gleichzeitig sollen im Rahmen von vertikalen Falltürmen die Beschleunigungen erfasst werden, die das zu prüfende Bauteil selbst oder das Prüfwerkzeug während des Aufpralls auf das zu prüfende Bauteil bzw. den Werkstoff erfährt, da sich aus den derart gemessenen Beschleunigungen Rückschlüsse auf das Verhalten des Werkstoffs während des Aufpralls ableiten lassen, wie beispielsweise ob sich der Werkstoff plastisch oder elastisch deformiert, ob er bricht oder Ähnliches.
  • Es werden zur Werkstoffprüfung verschiedene Arten von Falltürmen verwendet, wobei häufig vertikale Falltürme zum Einsatz kommen. Alternativ kommen dabei Anordnungen zum Einsatz, bei denen entweder der Prüfkörper auf einen Prallbock fällt oder bei denen der Prüfkörper fixiert ist und ein Prüfwerkzeug auf ihn fallengelassen wird.
  • Beispielsweise ist aus dem Gebrauchsmuster DE 6934387 eine Prüfeinrichtung für die dynamische Werkstoffprüfung im Fallversuch bekannt, bei der ein Fallteil auf einer vorgegebenen Höhe aus einer Halteeinrichtung freigegeben wird und auf einen Aufprallbock fällt, wobei es beim Aufprall die Geschwindigkeit hat, die sich aus V = √2gh ergibt (V = Geschwindigkeit beim Aufprall; g = Erdbeschleunigung; h = Fallhöhe). Das zu prüfende Bauteil wird dabei entweder zusammen mit dem Fallteil fallengelassen bzw. wird mittels eines Schlagkörpers, der am Fallteil befestigt ist und der auf das im Aufprallbock eingespannte Bauteil fällt, überprüft. Es kann eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen werden, um die für den Versuch erforderliche Aufprallcharakteristik (Dämpfungsfunktion) zu simulieren.
  • Aus der DE 4203709 C2 ist ebenfalls ein vertikaler Fallturm bekannt, bei dem ein Fallhammer mit dem Prüfling auf ein Prallmedium fällt. Am Fallhammer sowie an Funktionsteilen des Prüflings ist jeweils mindestens ein Beschleunigungsaufnehmer vorgesehen. Dadurch können die in die zu prüfenden Teile eingeleiteten Schockwirkungen quantitativ erfasst werden, das Schockübertragungsverhalten analysiert werden und der Prüfling entsprechend optimiert werden. Der Fallhammer wird ebenfalls lediglich durch die Wirkung der Schwerkraft im Fall aus einer bestimmten vorgegebenen Höhe beschleunigt. Damit ist, wie bei der oben erwähnten Anordnung, der erzielbaren Geschwindigkeit durch die Höhe des Fallturms eine natürliche Grenze gesetzt.
  • Die US 3,566,668 betrifft ebenfalls eine Anordnung für einen vertikalen Fallturm. Eine Fördereinrichtung für das Anheben des Schlittens sowie eine Kopplungseinrichtung für die Fördereinrichtung sind daraus bekannt. Die Fördereinrichtung dient lediglich dazu, den Schlitten nach dem Fall wieder in die Ausgangsposition zurückzubringen, d. h. anzuheben. Die gesamte Fallstrecke wird im Freifall ausgeführt.
  • Aus der US 5,739,411 ist ein sogenannter beschleunigter Fallturm bekannt. Dabei wird ein Fallteil in Richtung auf das in einer entsprechenden Vorrichtung eingespannte zu prüfende Teil beschleunigt, wobei beispielsweise als Beschleunigungseinrichtung eine Feder vorgesehen wird, die komprimiert wird und sich plötzlich expandieren kann, so dass das Fallteil beschleunigt wird. Es ist eine Sensoreinrichtung vorhanden, um die Aufprallgeschwindigkeit zu erfassen. Rückschlüsse auf das Werkstückverhalten beim Aufprall können jedoch nicht gezogen werden, da das Fallteil stets beispielsweise mittels der Feder geführt wird und somit die beim Aufprall auftretenden Beschleunigungen mit den Federkräften in Wechselwirkung gelangen, sodass keine eindeutigen Rückschlüsse auf das Aufprallverhalten des zu prüfenden Bauteils gezogen werden können. Das Prüfteil in Form einer Latte wird zusätzlich entlang Führungsschienen geführt und ist fest eingespannt, so dass es sich nicht mit dem Fallteil bewegt, was ebenfalls nachteilig beim Erfassen von während der Prüfung auftretenden Beschleunigungen ist.
  • Ferner sind im Stand der Technik verschiedene horizontale Anordnungen bekannt. So betrifft die US 5,623,094 eine Anordnung, die einen ersten Schlitten umfasst, der bewegbar auf einem Gestell montiert ist. Ein zweiter Schlitten ist bewegbar auf diesem ersten Schlitten angeordnet. Dieser zweite Schlitten ist mit einer Kolbenzylinderanordnung verbunden, die einen Teil der Beschleunigungskräfte absorbiert, so dass der Hauptschlitten mit einer anderen Beschleunigungskraft beschleunigt wird als der, zweite Schlitten. Ein zu prüfender Körper wird zum Testen auf den Hauptschlitten montiert. Dann wird der zweite Schlitten, der einen anderen Teil des zu prüfenden Körpers trägt, durch eine Beschleunigungseinrichtung horizontal beschleunigt, so dass der zweite Teil des zu prüfenden Körpers mit einer bestimmten Rate beschleunigt wird. Dabei wird der Absorptionskolben in den Aufnahmezylinder geführt, so dass der Aufnahmezylinder einen bestimmten Anteil der Beschleunigungskräfte absorbiert. Dies führt dazu, dass der Hauptschlitten zusammen mit dem ersten Teil des zu prüfenden Körpers mit einer anderen gewünschten Rate beschleunigt wird.
  • In der DE 21 43 540 A ist eine horizontale Testanordnung beschrieben, bei der das zu prüfende Fahrzeug von einem Federkraftspeicher auf eine Geschwindigkeit beschleunigt wird, die höher ist als die vorgesehene Auffahrtgeschwindigkeit. Ehe das Fahrzeug am Prallbock auftrifft, wird es von der Beschleunigungsvorrichtung durch eine Ausklinkvorrichtung getrennt. Zuvor wird es mittels einer Wirbelstrombremse auf die vorgesehene Auffahrtgeschwindigkeit abgebremst.
  • Aus der DE 299 10 483 U1 ist schließlich eine horizontale Anordnung bekannt, bei der ein zu prüfendes Fahrzeugteil an einem ortsfesten Gestell abgestützt und angeordnet wird, während ein Stoßkörper auf einer Führungsbahn gegen die Komponente bewegt wird. Der Stoßkörper. ist auswechselbar am freien Ende einer Führungsstange befestigt, die ihrerseits in einem Beschleunigungsschlitten linear frei verschiebbar, horizontal geführt ist. Der Schlitten nimmt den Stoßkörper mit Führungsstange mit, bis er mittels eines Anschlags und kollidiert abgebremst wird. Danach werden der Stoßkörper und die Führungsstange durch ihre Massenträgheit weiterbewegt und sind vom Beschleunigungsschlitten entkoppelt, bis sie auf den zu prüfenden Körper auftreffen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fallturm zur dynamischen Werkstoffprüfung vorzusehen, der bei einer begrenzten Bauhöhe Prüfgeschwindigkeiten erlaubt, die über diejenigen hinausgehen, die im freien Fall erzielbar sind, und bei dem es möglich ist, durch Erfassen der Beschleunigungen beim Aufprall Rückschlüsse auf das Werkstoffverhalten zu ziehen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Fallturm mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Fallturm derart auszugestalten, dass neben einer Freifallstrecke unmittelbar vor Aufprall des an einem Schlitten angebrachten Fallteils eine durch eine Beschleunigungseinrichtung beschleunigte Fallstrecke vorgesehen wird, innerhalb derer der Schlitten auf eine verhältnismäßig hohe Ausgangsgeschwindigkeit vor Eintritt in die Freifallphase beschleunigt wird. Ein gleichmäßiger Übergang zwischen der geführten und durch eine Beschleunigungseinrichtung beschleunigten Phase und der Freifallphase wird durch eine Kopplungseinrichtung erreicht, mittels derer der Schlitten an die Beschleunigungseinrichtung an- und entkoppelbar ist, sodass der Schlitten keine abrupte Geschwindigkeitsänderung beim Übergang zwischen der durch die Beschleunigungseinrichtung beschleunigten Fallphase und der Freifallphase erfährt. Damit lassen sich Endgeschwindigkeiten erzielen, die über der liegen, die erzielbar wäre, wenn das Fallteil bzw. der Schlitten die gesamte Fallstrecke im Freifall zurücklegen würde, nämlich V = √2gh.
  • Dies bedeutet insbesondere, dass bei Bauhöhen von Falltürmen von z.B. 2,5 m, mit denen (ohne Betrachtung der Reibung) maximale Geschwindigkeiten bis ca. 25 km/h erzielbar wären, nunmehr höhere Geschwindigkeiten erreichbar sind. Betrachtet man die Reibung, so wäre bei der Vorgabe einer Endgeschwindigkeit von 25 km/h eine Fallturmhöhe von etwa 4 m oder mehr erforderlich, wobei bei dieser Höhe die Steifigkeitsprobleme, die die linearen Führungen für den Fallkörper mit sich bringen, zu dominieren beginnen und somit höhere Falltürme unmöglich machen. Durch die vorliegende Erfindung wird jedoch nicht mehr die gesamte Fallenergie durch die Fallhöhe gewonnen, sodass sich beispielsweise Geschwindigkeiten von etwa 20 m/s (72 km/h) bei einem Fallgewicht von 5 kg und einer Bauhöhe von knapp 5 Metern erreichen lassen. Dies ermöglicht es insbesondere, Werkstoff-, Bauteil- und Baugruppenprüfungen am Fallturm vorzunehmen, die bislang nur in weitaus aufwändiger gestalteten Crashanlagen oder Schlittenanlagen durchgeführt werden konnten.
  • Die Anlage eignet sich beispielsweise besonders für hochdynamische Biegeversuche an Prüfkörpern, hochdynamische Durchstoßversuche, hochdynamische Aufprallversuche, wie Kopfaufprall, Knieaufprall, Abdomenaufprall bzw. andere Anwendungen, insbesondere im Fahrzeugbau. Die Anlage kommt dabei mit einem geringen Platzbedarf aus, insbesondere einer verhältnismäßig geringen Bauhöhe, sodass die Anlage auch kostengünstig realisierbar ist. Gleichzeitig ermöglicht die Freifallstrecke am Ende der Beschleunigung, dass durch Aufnahme der Beschleunigung bei Aufprall des Fallkörpers Rückschlüsse auf das Werkstoffverhalten während des Aufpralls gezogen werden können. Der Fallturm ist so gestaltet, dass ein Fallkörper am Schlitten befestigt wird und auf einen an einem festen Aufprallbock befestigten Prüfkörper fällt.
  • Durch das Vorsehen der Kopplungseinrichtung zwischen dem Antrieb und dem Schlitten ist es möglich, dass der Antrieb beim Übergang des Schlittens in die Freifallphase nicht abrupt verzögert werden muss, sondern nach Entkopplung des Schlittens weiterlaufen und kontrolliert zum Stillstand gebracht werden kann. Dies bietet die Möglichkeit, den Antrieb schonender zum Stillstand zu bringen, als wenn eine abrupte Verzögerung vorgesehen werden müsste, sodass Beschädigungen des Antriebs unwahrscheinlicher werden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.
  • So ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Stoß- oder Prüfkörper mit einem Beschleunigungssensor versehen. Dadurch können ohne großen Aufwand direkt Rückschlüsse auf die Reaktion des Stoß- oder Prüfkörpers beim Aufprall gezogen werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird als Beschleunigungseinrichtung ein Zug- oder Druckfederpaket verwendet, mit dem der Schlitten mit dem Stoß- oder Prüfkörper vor dem Ausklinken aus der Beschleunigungseinrichtung auf eine vorgegebene Geschwindigkeit beschleunigt wird. Zug- oder Druckfederpakete sind einfache mechanische Bauteile, die wenig versagensanfällig und somit sehr zuverlässig und überdies kostengünstig sind.
  • Vorzugsweise umfasst die Beschleunigungseinrichtung einen motorischen Antrieb, beispielsweise einen Servomotor oder Ähnliches.
  • Dabei wird nach einer bevorzugten Ausführungsform eine Geschwindigkeitsregelung zum Regeln der Geschwindigkeit des Schlittens vorgesehen. Dadurch kann die Geschwindigkeit, die der Schlitten beim Ausklinken und Übergang in die Freifallstrecke hat, genau eingestellt werden, sodass eine definierte Aufprallgeschwindigkeit am Ende der gesamten Fallstrecke, also der beschleunigten Fallstrecke und der Freifallstrecke, erreicht wird.
  • Vorzugsweise umfasst die Beschleunigungseinrichtung einen durch einen Servomotor antreibbaren, vorzugsweise über Umlenkrollen und parallel zum Schlitten geführten Zahnriemen. Dieser Zahnriemen ist mit dem Schlitten in Eingriff zu bringen und kann so den Schlitten über den Antrieb durch den Servomotor oder eine andere entsprechende motorische Einrichtung in der beschleunigten Fallstrecke beschleunigen. Neben der Ausführungsform, die einen Servomotor umfasst, der einen Zahnriemen antreibt, sind beispielsweise auch Linearantriebe oder andere Antriebe denkbar.
  • Vorzugsweise umfasst die Kopplungseinrichtung einen an einem Zahnriemen befestigten Mitnehmer wobei die Ein- und Ausklinkeinrichtung am Schlitten angebracht ist. Diese Ausführungsform bietet eine mechanisch einfache Lösung, um die Beschleunigungseinrichtung mit dem Schlitten zu koppeln und an einem vorgegebenen Ort zu entkoppeln.
  • Die Ein-/Ausklinkeinrichtung ist vorteilhafterweise als federbelastete Klinke mit Anschlag ausgestattet, sodass sie bei der Umlenkung des Zahnriemens um eine Umlenkrolle am Ende der beschleunigten Fallstrecke automatisch den Mitnehmer freigibt, sodass der Schlitten in die Freifallphase übergeht. Diese Ausführungsform ist ebenfalls mechanisch robust und arbeitet somit zuverlässig. Zudem ist sie verhältnismäßig kostengünstig herstellbar.
  • Um eine parallele Führung zwischen dem Zahnriemen und dem Schlitten vorzusehen, ist nach einer bevorzugten Ausführungsform eine Gleitschiene als Führungseinrichtung für den Zahnriemen vorgesehen. Eine Führung ist günstig, damit die z.B. formschlüssige Verbindung zwischen der Beschleunigungseinrichtung und dem Schlitten über das Kopplungsglied über die gesamte Beschleunigungsstrecke beibehalten bleibt. Eine Gleitschiene bietet bei der Verwendung eines Zahnriemens eine einfache Möglichkeit der Führung des Zahnriemens, da sie diesen seitlich umgreifen kann.
  • In ähnlicher Weise ist als bevorzugte Ausführungsform für den Schlitten eine Laufrollenführung vorgesehen, die den Schlitten reibungsarm aber dennoch lagegenau führt.
  • Der Stoß- oder Prüfkörper ist dabei entweder direkt am Schlitten oder über Seile daran befestigt. Bei der Verwendung von Seilen wird günstigerweise die Kopplung zwischen Schlitten und Stoß- oder Prüfkörper beim Aufprall aufgehoben, so dass der Schlitten keinen Einfluss auf die Beschleunigung des Stoß- oder Prüfkörper beim Aufprall hat.
  • Selbstverständlich kann die Erfindung auch auf verschiedene andere Arten realisiert werden. Insbesondere ist beispielsweise eine Beschleunigung des Schlittens im oberen Bereich durch Magnetkräfte oder Ähnliches denkbar, sodass möglicherweise beispielsweise durch magnetische Anziehung die Kopplung zwischen der Beschleunigungseinrichtung und dem Schlitten hergestellt wird, die durch Abschalten eines Stroms unmittelbar gelöst werden kann, sodass der Schlitten in den Freifall übergeht.
  • Auch andere Arten der Beschleunigung im beschleunigten Bereich der Fallstrecke sind denkbar, solange sie ermöglichen, dass der Schlitten an einem definierten Punkt, der durchaus für verschiedene Versuche variabel gestaltet sein kann, wenn dies die Anordnung zulässt, in den Freifall übergeht und den Rest der Beschleunigung durch die Erdanziehung erfährt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines oberen Bereichs des erfindungsgemäßen vertikalen Fallturms ist;
  • 2 eine Draufsicht auf die wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen vertikalen Fallturms ist;
  • 3 ein Ausschnitt aus dem vertikalen Fallturm aus 1 und 2 ist, der die obere Zahnriemenumlenkung zeigt;
  • 4 ebenfalls ein Ausschnitt aus der Anordnung gemäß 1 bis 3 ist, der den am Zahnriemen angebrachten Mitnehmer zeigt;
  • 5 eine ähnliche Ansicht wie 4 ist, wobei der Mitnehmer in eine Klinkenanordnung am Schlitten eingeklingt ist; und
  • 6 die Anordnung beim Ausklinken zeigt.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung:
  • 1 und 2 zeigen in perspektivischer Ansicht und in Draufsicht den oberen Bereich, also den beschleunigten Bereich, eines vertikalen Fallturms 10. Mit dem Ausdruck „oberer Bereich" ist dabei derjenige Bereich gemeint, der bei aufgestelltem Fallturm den oberen Abschluss der Anordnung bildet.
  • Der in 1 und 2 dargestellte vertikale Fallturm 10 umfasst drei Träger 11, 12, 14, die beispielsweise an einer vertikalen Wand verschraubt sind oder an einem anderen Gestell standfest und mit ausreichender Steifigkeit um Verformungen vorzubeugen gesichert sind. Die vertikalen Träger 11, 12, 14 sind dabei bevorzugterweise Profilelemente, die eine hohe Eigensteifigkeit aufweisen, damit sie über die gesamte Baulänge des Fallturms, die wesentlich im Hinblick auf die maximal erreichbare Fallgeschwindigkeit ist, ausreichend steif sind.
  • An zweien der vertikalen Träger 11, 12 sind Führungswellen 16, 17 für einen Schlitten 30 vorgesehen. Die Führungswellen 16, 17 treten dabei in der dargestellten Ausführungsform mit entsprechenden Rollen 31, 32 am Schlitten 30 in Wechselwirkung. Durch die Führung über die Führungswellen 16, 17 und die Laufrollen 31, 32 an den Trägern 11, 12 bzw. am Schlitten 30 kann dieser während seines gesamten Fallwegs, also des über die Beschleunigungseinrichtung beschleunigten Fallwegs sowie im Freifall genau geführt werden, sodass keine Verdrehung oder eine andere Führungsungenauigkeit auftritt, die beispielsweise das Ein- und Ausklinken beim Übergang zwischen dem durch die Beschleunigungseinrichtung beschleunigten Fall und dem freien Fall behindern würde.
  • An dem dritten Träger 14 ist, wie es am Besten 3 zu entnehmen ist, die Beschleunigungseinrichtung angebracht, die in der dargestellten Ausführungsform einen aus Segmenten aufgebauten Zahnriemen 20 umfasst, der über zwei Rollen, eine Umlenkrolle 22 und eine Antriebsrolle 24 (in 3 nicht dargestellt, siehe 6), geführt und angetrieben wird. Das Antriebsrad 24 ist dabei mit einer Antriebseinrichtung, beispielsweise einem Servomotor und gegebenenfalls einer Regelungseinrichtung zum Regeln der Geschwindigkeit des Zahnriemens 20 während des Beschleunigungsvorgangs im oberen Bereich des Fallturms versehen. Der Zahnriemen 20 wird bei seiner Bewegung in Zahnriemenführungen 26, 27 geführt, die an der Stütze 14 angebracht sind. Das Antriebs- und das Umlenkrad 22, 24 ist jeweils so gestaltet, dass sie mit der Verzahnung des Zahnriemens 20 in Wechselwirkung treten können und diesen somit beschleunigen können.
  • Wie es am Besten 5 zu entnehmen ist, ist am Zahnriemen 20 ein Mitnehmer 28 angebracht, der in der dargestellten Ausführungsform einen Anschlagbereich 28a und einen Sperrklinkenarretier- und Lösebereich 28b aufweist, wobei der Mitnehmer 28 im Bereich seines Anschlagbereichs 28a am Zahnriemen 20 befestigt ist, sodass bei der Umlenkung des Zahnriemens um die untere Antriebsrolle 24 der Mitnehmer 28 im Bereich seines Arretier- und Lösebereichs 28b mit dem Zahnriemen 20 einen Winkel einschließen kann (siehe 6).
  • Die Umlenkrolle 22 und die Antriebrolle 24 sind jeweils an einer nicht dargestellten Halterung gelagert, an der auch die ebenfalls nicht dargestellte Antriebseinrichtung angebracht sein kann. Dies bedeutet, dass die Lagerungen von Antrieb- und Schlittenführungen unabhängig ausgeführt sind, sodass keine Kopplung vom Antrieb auf den Schlitten auftritt. Die Schlitteneinrichtung 30 umfasst, wie es am Besten 3 zu entnehmen ist, neben den erwähnten Laufrollen 31, 32, mit denen der Schlitten 30 entlang der Führungswellen 16, 17 geführt wird, eine Halterung 33, an der ein Element zur Kopplung zwischen der Beschleunigungseinrichtung, also dem angetriebenen Zahnriemen 20 mit dem Mitnehmer 28, und dem Schlitten 30 vorgesehen ist. In der dargestellten Ausführungsform umfasst diese Kopplungseinrichtung zwei parallel zueinander am Schlitten 30 angebrachte und senkrecht von diesem abstehende Profilelemente 33, zwischen denen eine Klinkeneinrichtung gelagert ist, die in 5 zu erkennen ist. In 5 ist die entsprechende Halterung 33 ausgelassen. Wie es 5 zu entnehmen ist, umfasst die Klinkeneinrichtung einen Anschlagbereich 34, der mit dem Anschlagbereich 28a des Mitnehmers in Wechselwirkung tritt. Zusätzlich ist eine durch die Feder 35 in die Arretierposition vorgespannte Klinke 36 vorgesehen, die so gestaltet ist, dass der Mitnehmer 28 zwischen ihr und dem Anschlagbereich 34 sicher und formschlüssig geführt werden kann.
  • Gelangt der Mitnehmer 28 in den Bereich der Antriebsrolle 24, also der unteren Rolle, so tritt die in 6 gezeigte Situation ein. Durch die Umlenkung des Zahnriemens 20 um die Rolle 24 kippt der Mitnehmer 28, so dass er nicht mehr in der Vertikalen ist und mit dem vertikalen Bereich des Zahnriemens 20 einen Winkel einschließt. Dadurch drückt er gegen die federbelastete Klinke 36, wodurch diese die Arretierung des Mitnehmer 28 freigibt, sodass der Schlitten 30 seine Bewegung auf der Fallstrecke im freien Fall fortsetzt, bis er zum Aufprallort gelangt.
  • Wird der Fallturm verwendet, so wird ein Prüfkörper durch eine an sich bekannte Befestigungsvorrichtung an einem Aufprallort befestigt, sodass der Schlitten am Ende der Fallstrecke einen Aufprall des Fallkörpers auf dem Prüfkörper bewirkt. Anschließend wird der Schlitten manuell in die Antriebseinrichtung durch den Mitnehmer 28 und die Klinkeneinrichtung 34, 35, 36 eingeklinkt, das Antriebsrad 24 wird beschleunigt, gegebenenfalls über eine Regelung, sodass eine vorgegebene Geschwindigkeit eingehalten werden kann. Der Schlitten 30 wird dadurch zusammen mit dem Mitnehmer nach unten gezogen und beschleunigt. Der Schlitten wird dabei über die Rollenführungen mittels der Rollen 31, 32 reibungsarm geführt und der Zahnriemen 20 wird in den Gleitschienen 26, 27 geführt, sodass über den gesamten Beschleunigungsweg der Schlitten und der Zahnriemen absolut parallel laufen und keine Beeinträchtigung der formschlüssigen Verbindung zwischen der Klinkeneinrichtung und dem Mitnehmer 28 auftritt.
  • Diese beschleunigte Bewegung, die eine höhere Beschleunigung hat, als sie durch einzig die Erdanziehungskraft erzielbar wäre, wird über einen vorgegebenen Weg beibehalten. In der dargestellten Ausführungsform ist dieser beschleunigte Bereich so lang, bis der Mitnehmer 28 die untere Rolle, in diesem Fall die Antriebsrolle 24, erreicht. Dort wird der Mitnehmer 28 aus der Klinkeneinrichtung ausgeklinkt, sodass der Schlitten seine Bewegung durch die Beschleunigung der Erdanziehungskraft fortsetzt, bis er auf einen Prüfkörper aufprallt. Da beim Aufprall keinerlei Wechselwirkungen mit einer Beschleunigungsseinrichtung vorhanden sind, kann ein am Fallkörper angebrachter Beschleunigungssensor die Beschleunigungen beim Aufprall erfassen und somit Rückschlüsse auf das Prüfkörperverhalten beim Aufprall ermöglichen.
  • Der wesentliche Aspekt der Erfindung liegt darin, dass die Vorteile eines frei fallenden Fallkörpers mit denen beschleunigter Falltürme vereinigt werden, sodass einerseits auf verhältnismäßig kurzen Wegstrecken eine hohe Beschleunigung und damit Endgeschwindigkeit erreicht werden kann und andererseits eine genaue Beschleunigungsaufnahme über eine Messeinrichtung beim Aufprall möglich ist, ohne dass eine negative Übertragung von Schwingungen von der Antriebseinheit auf den Fallkörper auftritt. Dies wird durch das Vorsehen einer Kopplungseinrichtung erreicht.

Claims (10)

  1. Vertikaler Fallturm (10), bei dem ein mit einem Stoß- oder Prüfkörper versehener Schlitten (30) entlang einer vertikalen Beschleunigungsstrecke beschleunigt wird, wobei der Schlitten in einem oberen Bereich der Beschleunigungsstrecke über einen vorgegebenen Weg über eine Kopplungseinrichtung (34, 35, 36, 28) mit einer Beschleunigungseinrichtung (20, 22, 24) gekoppelt ist, die dem Schlitten eine definierte Geschwindigkeit verleiht, die Kopplungseinrichtung den Schlitten am Ende des vorgegebenen Weges mittels einer Ein-/Ausklinkeinrichtung von der Beschleunigungseinrichtung freigibt und der Schlitten in einem unteren Bereich der Beschleunigungsstrecke allein unter dem Einfluss der Erdbeschleunigung frei fällt.
  2. Fallturm (10) nach Anspruch 1, bei dem der Stoß- oder Prüfkörper mit einem Beschleunigungssensor versehen ist.
  3. Fallturm (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschleunigungseinrichtung ein Zug- oder Druckfederpaket umfasst.
  4. Fallturm (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschleunigungseinrichtung einen motorischen Antrieb umfasst.
  5. Fallturm (10) nach Anspruch 4, bei dem der Antrieb eine Geschwindigkeitsregelung zum Regeln der Geschwindigkeit im oberen Bereich der Beschleunigungsstrecke umfasst.
  6. Fallturm (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Beschleunigungseinrichtung einen durch einen Servomotor antreibbaren und parallel zum Schlitten geführten Zahnriemen (20) umfasst.
  7. Fallturm (10) nach Anspruch 6, bei dem die Kopplungseinrichtung einen am Zahnriemen (20) befestigten Mitnehmer (28) umfasst und die Ein-/Ausklinkeinrichtung (34, 35, 36) am Schlitten angebracht ist.
  8. Fallturm (10) nach Anspruch 7, bei dem die Ein-/Ausklinkeinrichtung eine federbelastete Klinke (36) und einen Anschlag (34) umfasst.
  9. Fallturm (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem eine Gleitschiene (26, 27) als Führungseinrichtung für den Zahnriemen (20) vorgesehen ist.
  10. Fallturm (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Laufrollenführung (31, 32) für den Schlitten (30) vorgesehen ist.
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