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Die
Erfindung betrifft eine Prüfeinrichutng
zur Kfz-Crashsimulation.
Derartige Prüfeinrichtungen sind
beispielsweise aus der
DE 198
57 429 sowie
DE 101
18 682 , US 2004/0230394 A1 und
DE 198 05512 B4 bekannt.
Wie es aus der Beschreibung der zuvor genannten Dokumente ersichtlich
ist, arbeiten diese Prüfeinrichtungen
mit sogenannten inversen Crashtests, d.h. die bei einer reellen
Kollision eines Kfz auftretenden Verzögerungen bei der Vorwärtsbewegung werden
in eine Beschleunigung umgewandelt, wobei der Prüfaufbau rückwärts bewegt wird.
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Um
eine möglichst
reelle Simulation von Unfallsituationen zu erzielen, werden bei
den Vorrichtung gem. der
DE
101 18 682 , US 2004/0230394 A1,
DE 198 05 512 B4 den kontrollierten
Längsbeschleunigungen
vertikale Beschleunigungen überlagert. Durch
die Einleitung von vertikalen Beschleunigungen auf die Schlittenanordnung
wird die Simulation von Auffahrunfällen verbessert, da eine Drehbewegung
um die Querachse des Kfz (Y-Achse)
nachgebildet werden kann. Dieser Winkel, der sich aus einer Drehung
um die Y-Achse ergibt, wird als Nickwinkel bezeichnet (Pitchangle)
DIN 70000. Die Prüfvorrichtungen
der
DE 101 18 682 sowie
der US 2004/0230394 A1 umfassen dabei eine erste und eine zweite übereinanderliegend
angeordnete Schlittenanordnung, die miteinander gelenkig gekoppelt sind.
Die zweite Schlittenanorndung ist dabei mit dem Prüfaufbau
versehen.
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Die
Prüfvorrichtung
gemäß der US 2004/0230394
A1 ist weiterhin derart ausgestaltet, dass die erste Schlittenanorndung
mit einer Beschleunigungseinheit in Verbindung steht, mittels der in
horizontaler Richtung Beschleunigungen auf die Schlittenanordnung übertragbar
sind.
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Zwischen
der ersten und zweiten Schlittenanordnung ist eine weitere aus Hydraulikzylindern
bestehende Beschleunigungseinheit angeordnet, die in vertikaler
Richtung vorgebbare Beschleunigungen auf die zweite Schlittenanordnung überträgt.
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Aus
der US 2004/0230394 A1 ist eine Prüfvorrichtung sowie ein Verfahren
zur Simulation von Auffahrunfällen
mit Pitching-Funktion
beschrieben, wobei dieses Verfahren den eigentlichen Prüfablauf beschreibt
und verbessert.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Prüfeinrichtung
zur Kfz-Crashsimulation mit Pitching-Funktion weiter zu verbessern
und insbesondere die Sicherheit eines Bedieners einer derartigen
Prüfeinrichtung
zu erhöhen,
als auch den zeitlichen Ablauf des Crashtests sowie das wieder in Ausgangsposition
bringen der Schlittenanordnung zu verkürzen und den gesamten Ablauf
bedienerfreundlich zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die Prüfeinrichtung
Bremseinrichtungen aufweist, die ein kontrolliertes Abbremsen und
Fixieren der zweiten Schlittenanordnung am Ende des Prüfablaufs
nach dem Abkoppeln von der ersten Beschleunigungseinheit ermöglicht,
dass Absenkeinrichtungen angeordnet sind, die nach dem Abbremsen
ein kontrolliertes Absenken der zweiten Schlittenanordnung in eine Ablageposition
ermöglichen,
dass Positionier- und Einfädelmittel
angeordnet sind, die ein nachfolgendes Ankoppeln der zweiten Schlittenanordnung
an die erste Beschleunigungseinheit ermöglicht.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung
der Bremseinrichtungen, Absenkeinrichtungen, Positionier- und Einfädelmittel
ist ein bedienerfreundlicher Versuchsablauf möglich. Die Schlittenanordnung,
die aus einer ersten und zweiten Schlittenanordnung besteht, kann
ohne manuelle Handgriffe wieder in die Ausgangsposition gebracht
werden. Hierdurch wird eine Gefährdung
des Bedienpersonals weitestgehend ausgeschlossen.
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Nach
dem eigentlichen Prüfablauf
trennen sich die Gleitlagergelenke des Pitchingtisches, d.h. der
zweiten Schlittenanordnung aus den Führungsschienen.
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Hierbei
muss der Pitchingtisch mittels der Bremseinrichtungen kontrolliert
abgebremst und fixiert werden, da ansonsten ein unkontrolliertes
Kippen und Verdrehen des Pitchingtisches die Folge wäre und dies
eine Beschädigung
der Bauteile verursachen würde.
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Nach
einem kontrollierten Absenken des Pitchingtisches mittels der Absenkeinrichtungen
erfolgt anschließend
ein Positionieren des Pitchingschlittens sowie ein Einfädeln der
Gleitlagergelenke in die Führungsschienen.
Hierzu sind entsprechende Positioniermittel und Einfädelmittel
vorgesehen, so dass der gesamte Ablauf vollautomatisch und sehr
schnell durchgeführt
werden kann.
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In
den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt.
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Es
zeigt:
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1:
eine perspektivische Darstellung der Prüfeinrichtung,
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2:
die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung
in Seitenansicht,
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3:
den Pitchingtisch in einer möglichen Position
am Ende des Prüfablaufs,
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4:
den Pitchingtisch in Seitenansicht in einer abgesenkten und zum
Einfädeln
positionierten Stellung,
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5:
einen Schnitt längs
der Linie IX/IX in 4,
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6a:
eine schematische Darstellung der Schwingenkippbremse,
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6b:
eine schematische Darstellung der Tischkippbremse,
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7:
eine Seitenansicht eines Gleitlagergelenkes beim Einfädeln in
eine Führungsschiene,
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8:
eine perspektivische Ansicht eines Gleitlagergelenkes,
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9:
eine Darstellung eines Schaltschemas für Hydraulikzylinder (pitching-Zylinder).
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1 zeigt
hierbei in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 1 zur
Simulation von Unfallsituationen (servohydraulische Katapultanlage)
in Ausgangsposition. Die Prüfeinrichtung 1 weist
im wesentlichen eine Schienenanordnung 2 auf, die aus zwei
parallel beabstandet in der Horizontalen (X-Richtung) angeordneten
Schienenelementen 2', 2'' besteht. Das zu der 2 eingezeichnete
Koordinatensystem 3 definiert die Richtung der X-, Y- sowie
Z-Richtung. Die Schienenelemente 2', 2'' sind
jeweils auf einem Fundamentabschnitt angeordnet. Eine erste Schlittenanordnung, die
als Basisschlitten 4 ausgebildet ist, ist gleitend auf der
Schienenanordnung 2', 2'' geführt. Hierzu sind die Schienenelemente 2', 2'' vorzugsweise im Querschnitt als
I-Profil ausgebildet. Der Basisschlitten 4 weist ein Basiselement
auf, das jeweils seitliche Elemente 5 umfasst, die das
Schienenprofil umgreifen, so dass eine definierte Führung in
X-Richtung gewährleistet
ist. Die Prüfeinrichtung 1 besteht
weiterhin aus einer zweiten Schlittenanordnung, die nachfolgend
als Pitchingtisch 6 bezeichnet wird und der in Z-Richtung beabstandet
oberhalb des Basisschlittens 4 angeordnet ist und mit diesem über Schwingenelemente 7 gekoppelt
ist. Die beiden Schwingenelemente 7 sind jeweils in Y-Richtung
beabstandet angeordnet und drehbar um eine gemeinsame Achse 8 am
Pitchingtisch 6 gelagert. Des weiteren sind die Schwingenelemente 7 am
Basiselement des Basisschlittens 4 drehbar um eine Y-Achse 9 gelagert.
Aufgrund dieser Kopplung können
Längskräfte von
dem Basisschlitten 4 auf den Pitchingtisch 6 übertragen werden.
Die weitere Abstützung
und Lagerung des Pitchingtisches 6 erfolgt über vier
Hydraulikzylinder 10, die eine erste Beschleunigungseinheit
bilden. Hierbei sind jeweils zwei Hydraulikzylinder 10 seitlich neben
den Fundamentabschnitten in X-Richtung beabstandet angeordnet. Die
Hydraulikzylinder 10 sind jeweils in Z-Richtung ausgerichtet,
wobei die einseitig nach außen
geführte
Kolbenstange der Hydraulikzylinder 10 in Z-Richtung nach
oben weist. Die jeweils in X-Richtung nebeneinander angeordneten Hydraulikzylinder 10 sind
jeweils mit ihren Kolbenstangenenden mit einer in X-Richtung ausgerichteten Führungsschiene 11 verbunden.
Die Führungsschienen 11 weisen
im Querschnitt ein U-Profil auf. Am vorderen und hinteren Endbereich
des Pitchingtisches 6 sind jeweils seitlich Gleitlagergelenke 12 angeordnet,
die in die Führungsschienen 11 seitlich
eingeführt
und in diesen gleiten können.
Nicht zeichnerisch dargestellt ist der Prüfaufbau, der vor einem Prüfablauf
zur Crashsimulation auf dem Pitchintisch 6 fixiert wird.
Der Prüfaufbau
besteht im allgemeinen aus einer Fahrzeugkarosserie mit zu prüfenden Fahrzeugkomponenten
wie Fahrzeugsitzen, Lenkräder, Windschutzscheiben,
Armaturenbretter, Sicherheitsgurte und -befestigungen, Airbagsystemen
sowie Dummys. Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert, arbeiten
die Prüfeinrichtungen
nach dem Stand der Technik mit sogenannten inversen Crashtests,
d. h. die bei einer reellen Kollision eines Kraftfahrzeuges auftretenden
Verzögerungen
bei der Vorwärtsbewegung
werden in eine Beschleunigung umgewandelt, wobei der Prüfaufbau
rückwärts in X-Richtung
bewegt wird. Diese Beschleunigung in X-Richtung wird hierbei von
einer zweiten Beschleunigungseinheit aufgebracht. Diese Beschleunigungseinheit
besteht ebenfalls aus einem Beschleunigungszylinder, wobei der Servozylinder über mehrstufiges
Servoventil gesteuert wird, das mit einer Kolbenspeichereinheit
in Verbindung steht. Die Beschleunigung wird gemäß einer Sollwertvorgabe über den
in X-Richtung beweglich in dem Servozylinder gelagerten Kolben mit
nach außen
geführter
Kolbenstange auf den Basisschlitten 4 übertragen. Die zweite Beschleunigungseinheit
ist zeichnerisch nicht dargestellt, die Einleitung der Beschleunigung
in X-Richtung ist
durch den Pfeil 13 angedeutet. Vor dem eigentlichen Prüfablauf
wird der Pitchingtisch 6 zunächst in eine vordefinierte
Schussposition angehoben. Die beim Anheben des Pitchingtisches 6 auftretende
Kraftkomponente bewirkt eine Bewegung des Basisschlittens in X-Richtung.
Um dies zu vermeiden und den Basisschlitten in der Ausgangsposition
in X-Richtung zu
halten, ist eine Arretiervorrichtung vorgesehen. Die Arretiervorrichtung
verhindert eine horizontale Bewegung des Basisschlittens und ist
beispielsweise als Haltebremse ausgebildet. Die Arretiervorrichtung
ist zeichnerisch nicht dargestellt. Der Pitchingtisch 6 mit
Prüfaufbau,
der über
die Schwingenelemente 7 mit dem Basisschlitten 4 gekoppelt
ist, wird dann entsprechend der eingeleiteten Beschleunigung längs der
Schienenanordnung 2, d.h. in einer horizontalen Ebene beschleunigt.
Der Pitchingtisch 6 gleitet hierbei in den Führungsschienen 11.
Zusätzlich
zu der in der X-Achse eingeleiteten Beschleunigung über die
zweite Beschleunigungseinheit können
die vier Hydraulikzylinder 10 der erstem Beschleunigungseinheit
angesteuert werden, die über
die Kolbenstange die entsprechenden Lagerstellen sowie die Führungsschienen 11 mit
dem Pitchingtisch 6 in Verbindung stehen. Somit können Beschleunigungen
in Richtung der Z-Achse eingeleitet werden, so dass die sogenannte
Pitchingbewegung des Fahrzeuges simuliert werden kann. Je nach Ansteuerung,
d.h. nach einer generierten Sollwertvorgabe kann jede beliebig zusammengesetzte translatorische
Bewegung in Z-Richtung und Verdrehbewegung um die Y-Achse eingeleitet
werden, so dass ein Kippen des Pitchingtisches 6 um die Y-Achse
möglich
ist. Am Ende des Prüfablaufs
trennen sich die Gleitlagergelenke 12 des Pitchingtisches 6 aus
den Führungsschienen 11.
Diese Situation ist in 3 in einer möglichen Stellung des Pitchingtisches
dargestellt.
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Um
in dieser ausgefädelten
Position des Pitchingtisches 6 ein unkontrolliertes Abstürzen des
Pitchingtisches 6 auf den Basisschlitten 4 zu
verhindern, sind als Bremseinrichtungen sogenannte Kippbremsen 14/15 vorgesehen,
die den Pitchingtisch 6 nach dem Verlassen der Führungsschienen 11 in
seiner Schrägstellung
fixieren. Die Kippbremsen 14/15 sind in 6a und 6b perpektivisch
dargestellt. Da der Pitchingtisch 6 in den Schwingenelementen 7 und
diese an dem Basisschlitten 4 drehbar gelagert sind, werden
die Schwingenelemente 7 und der Pitchingtisch 6 getrennt
abgebremst. Es sind hierfür
jeweils zwei Kippbremsen 14/15 links und rechts
in X-Richtung beabstandet auf dem Basisschlitten 4 befestigt
(Schwingen-Kippbremse 14/Tisch-Kippbremse 15).
Die dazugehörigen
Bremsschwerter 16/17 sind an den Schwingenelementen 7 bzw.
am Pitchingitsch 6 befestigt. Die Bremsschwerter 16 der Schwingenkippbremsen 14 sind
gebogen ausgebildet und an einem die Schwingenelemente 7 verbindenden
Rohr 18 aufgeklemmt. Die Bremsschwerter 17 der
Pitchingtischkippbremsen 15 sind gerade ausgebildet und
mit einem Gelenklager 19 am Pitchingtisch 6 angeschraubt.
Sie folgen der Bewegung der Schwingenelemente 7 und des
Pitchingtisches 6. Die Kraft der Kippbremsen 14/15 wird
durch Tellerfedern aufgebracht und durch die Druckbeaufschlagung
eines Kolbens wieder aufgehoben. Das Bremsschwert 16/17 befindet
sich jeweils zwischen den Bremsbacken und ist mit einer entsprechenden
Führungsnut 20/21 versehen.
Ein als Kolbenstange ausgebildetes Führungselement ist jeweils durch
die Führungsnut 20/21 des
Bremsschwertes 16/17 geführt und bildet mit einer Sechskantmutter 22 die
Gegenlagerung der Tellerfedern. Mit dieser Sechskantmutter 22 kann
die Vorspannung der Tellerfedern eingestellt werden. Mittels der
oben beschriebenen Kippbremsen 14/15 kann des
weiteren ein kontrolliertes Absenken des Pitchingtisches in eine
Ablageposition durch entsprechende Ansteuerung vorgenommen werden.
Hierzu werden die Kippbremsen 14/15 mittels hydraulischer Energie
gelöst,
so dass die Kippbremsen als Absenkeinrichtungen wirken. Beim Absenken
kommt der Pitchingtisch 6 auf elastische Dampferelemente 23 zur
Auflage die im vorderen und hinteren Endbereich in Y-Richtung beabstandet
den Pitchingtisch 6 aufnehmen. Diese Situation ist in den 4 und 5 gezeigt,
wobei 4 die Dämpferelemente 23 sowohl
im unbelasteten als auch im belasteten Zustand darstellt.
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Nachdem
der Pitchingtisch 6 kontrolliert in einer Ablageposition
abgesenkt wurde, muss anschließend
ein Positionieren des Pitchingtisches 6 zum Einfädeln in
die Führungsschienen 11 mittels
Positioniermittel erfolgen. Hierzu wird der Pitchingtisch 6, mit
Hubzylinder, in die Einfädelposition
angehoben. Die Kolben der Hydraulikzylinder 10, die mit
den Führungsschienen 11 verbunden
sind, befinden sich, drucklos, in unterster Stellung (Einfädelposition).
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Der
Pitchingtisch 6 wird mittels einer Hubvorrichtung, die
vorzugsweise am Basisschlitten 4 angeordnet und aus 3 bzw.
4 Hubzylindern besteht, in eine definierte Höhenposition gefahren. Die Höhenposition,
d.h. die Position in Z-Richtung des Pitchingtisches 6 wird über Sensoren
abgefragt. Nach dem die Positionierung beendet ist, wird der Pitchingtisch 6 in dieser
Position über
einen Trolly- oder einen Kettenantrieb zu den Führungsschienen 11 bewegt.
Im weiteren müssen
nun die Gleitlagergelenke 12, die seitlich am Pitchingtisch 6 angeordnet
sind in die Führungsschienen 11 eingefädelt werden.
Diese Gleitlagergelenke 12 sind nach dem Versuchsablauf
meist in verdrehtem Zustand und müssen zum Einfädeln in die
Führungsschienen 11 ebenfalls
positioniert werden. 7 zeigt ein Gleitlagergelenke
beim Einfädeln
in eine Führungsschiene 11.
Zum positionierten Einfädeln
der Gleitlagergelenke 12 sind in Einfädelrichtung seitlich am Gleitlagergelenk 12 sogenannte Lagerrückstellungselemente 25 als
Einfädelmittel
angeordnet, die sowohl in Z- als auch in Y-Richtung zur Führungsschiene 11 verlaufend
verjüngend
ausgebildete Seitenflächen
aufweisen. Die Führungsschienen 11 weisen
ebenfalls abgeschrägte
Gegenflächen 26 zum
Einfädeln
auf. Das Positionieren der Gleitlagergelenke 12 könnte auch
beim Verfahren des Pitchingtisches 6 zu den Führungsschienen 11 erfolgen, wobei
dann entsprechende Mittel am Fundament angeordnet sein müssten, die
beim Durchfahren des Pitchingtisches 6 ein entsprechende
Verschwenken und Geradestellen der Gleitlagergelenke 12 bewirkt. Die
Gleitlagergelenke 12 sind entsprechend kugelig gelagert.
Vorzugsweise sind die Gleitflächen
der Gleitlagergelenke 12 zur besseren Gleiteigenschaft kunststoffbeschichtet
ausgeführt.
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Zur
Versuchsdurchführung
wird der Pitchingtisch mit den Hydraulikzylindern 10, in
Minderdruck, automatisch in eine definierte Höhenposition angehoben. In einer
weiteren Ausführungsform
könnten die
Hydraulikzylinder 10 auch mit Mindergeschwindigkeit betrieben
werden. Diese Variante, bei der die Hydraulikzylinder mit maximalem
Druck, jedoch reduziertem Volumenstrom betrieben werden, stellt eine
erhebliche Risikominimierung dar. Mit dem zur Regelung der Hydraulikzylinders 10 erforderlichen Servoventilen
und dem anstehenden Speichervolumen besteht die Gefahr, dass bei
einer Fehlbedienung oder einem Regelausfall der Pitchingtisch 6 zerstört wird.
Beim Verfahren des Pitchingtisches 6 in die Ausgangsposition/Abschussposition
ist eine weitere Voraussetzung, dass der Verfahrweg der Kolben der
Hydraulikzylinder 10 annähernd gleich bleibt, da ansonsten
der Pitchingtisch 6 verspannt und bei unterschiedlichen
Verfahrwegen beschädigt
wird. Aufgrund des Verfahrens des Pitchingtisches in eine definierte
Höhenposition
mit niedriger Geschwindigkeit, kann bei jeglicher Störung während des
Verfahrens sofort durch den Bediener ein Abschalten der Anlage durchgeführt werden.
Ein entsprechendes Schaltschema, dass eine Durchflussbegrenzung
für die
Hydraulikzylinder 10 während
des Verfahrens in die Ausgangsposition bewirkt, ist in 9 dargestellt und
nachfolgend kurz erläutert.
Gleiche bereits zuvor beschriebene Teile werden mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet. Wie es aus dem Schaltschema zu ersehen ist, ist der
Pitchingtisch 6 nur schematisch dargestellt. Auf die Details
der Ankopplung der Hydraulikzylinder 10 über die
Führungsschienen 11 mit dem
Pitchingtisch 6 wurde verzichtet. Weiterhin wurden in dem
Schaltschema übliche
Hydraulikbauteile verwendet, die in der üblichen Darstellung gezeichnet
sind. Die verwendeten Hydraulikelemente sind dem Fachmann bekannt,
so dass auf eine nähere Beschreibung
verzichtet wurde. Aus 9 ist ersichtlich, dass das
Schema für
alle vier Hydraulikzylinder 10 gleich aufgebaut ist und
daher nur für
einen Hydraulikzylinder 10 beschrieben wird.
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Dem
Hydraulikzylinder 10 ist ein handelsübliches Servoventil 30 zur
Steuerung des Hydraulikzylinders 10 vorgeschaltet. Das
Servoventil 30 besitzt eine Druckleitung P, eine Rücklaufleitung
R sowie Zuführleitungen
A/B zu den Hydraulikkammern des Hydraulikzylinders 10.
In die Druckleitung P ist zwischen dem Servoventil 30 und
einem Druckspeicher 31 ein mit einem Wegeventil 32 hydraulisch
betätigter Sperrschieber 33 eingebaut.
Der Sperrschieber 33 kann über entsprechende Ansteuerung
des Wegeventils 32 das Servoventil 30 von dem
mit hohem Druck aufgeladenen Druckspeicher 31 trennen.
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Damit
die Hydraulikzylinder 10 positioniert werden können, wird
das zum langsamen Verfahren der Kolben benötigte Drucköl über Steuerleitungen 34 den
Servoventilen 30 zugeführt.
Die Steuerleitungen sind als Bypassleitungen um den Sperrschieber 33 geführt und
weisen eine Drosselstelle 35 auf. Mittels Veränderung
des Öffnungsquerschnittes
der Drosselstelle 35 ist die Verfahrgeschwindigkeit der Kolben
der Hydraulikzylinder 10 anpassbar.
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Durch
die geringe Verfahrgeschwindigkeit ist es möglich, die Zylinder bei einem
Störfall
anzuhalten, bevor der Pitchingtisch 6 zerstört wird.
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Zur
Versuchsdurchführung
kann dann der Sperrschieber 33, ohne die sich in der Regelung
befindenden Servoventile 30 zu beeinflussen, geöffnet werden.