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Die Erfindung bezieht sich auf einen
vertikalen Fallturm zur hochdynamischen Prüfung von Bauteilen und Baugruppen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese Aufgabe wird mit einem Fallturm
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.
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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.
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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.
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Vorzugsweise umfasst die Beschleunigungseinrichtung
einen motorischen Antrieb, beispielsweise einen Servomotor oder Ähnliches.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In ähnlicher Weise ist als bevorzugte
Ausführungsform
für den
Schlitten eine Laufrollenführung vorgesehen,
die den Schlitten reibungsarm aber dennoch lagegenau führt.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend wird die Erfindung rein
beispielhaft anhand der beigefügten
Figuren beschrieben, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines oberen Bereichs des erfindungsgemäßen vertikalen Fallturms
ist;
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2 eine
Draufsicht auf die wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen vertikalen
Fallturms ist;
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3 ein
Ausschnitt aus dem vertikalen Fallturm aus 1 und 2 ist,
der die obere Zahnriemenumlenkung zeigt;
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4 ebenfalls
ein Ausschnitt aus der Anordnung gemäß 1 bis 3 ist,
der den am Zahnriemen angebrachten Mitnehmer zeigt;
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5 eine ähnliche
Ansicht wie 4 ist, wobei
der Mitnehmer in eine Klinkenanordnung am Schlitten eingeklingt
ist; und
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6 die
Anordnung beim Ausklinken zeigt.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.