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Die
Erfindung betrifft eine Fußgängerschutzprüfeinrichtung
zur Simulation von Kollisionen von Fußgängern mit Kfz, bei der als
Schlagkörper
ausgebildete Körpermodelle
mit vordefinierter Geschwindigkeit auf definierte Aufprallpunkte
am Kfz geschossen werden.
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Da
der Anteil der Fußgänger an
den Verkehrstoten mit ca. 13% sehr hoch ist, wurden schon seit längerer Zeit
auf europäischer
Ebene Gesetzesvorschläge
zur Verbesserung des Fußgängerschutzes
diskutiert. Hierfür
wurden Arbeitsgruppen von dem „European
Enhanced Vehicle-Safty Committee" (EEVC)
gebildet und entsprechende Testverfahren ausgearbeitet, die nunmehr
in einer Entscheidung der Kommission der Europäischen Gemeinschaften vom 23.12.2003
festgelegt sind. Die Testverfahren die auf der Richtlinie 2003/102/EG
des Europäischen Parlamentes
und des Rates zum Schutz von Fußgängern vor
und bei Kollision mit Kfz basieren, schreiben den Einsatz verschiedener
Körpermodelle sogenannte
Schlagkörper
für die
Bereiche Kopf, Oberschenkel und Beine zur Prüfung der Fahrzeugvorderwagen
vor. Weiterhin sind für
die entsprechenden Prüfungen
die Prüfverfahren
festgelegt. Diese beinhalten die Festlegung der Aufprallpunkte,
Aufprallwinkel und Aufprallgeschwindigkeiten sowie Toleranzwerte
mit der die Schlagkörper
(Impaktoren) auf die Fahrzeugfront geschossen werden müssen.
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Zur
Einhaltung dieser vorgegebenen Prüfbedingungen sind Fußgängerschutzprüfeinrichtungen sowie
unterschiedliche Schlagkörper
entwickelt worden. Eine derartige bekannte Prüfeinrichtung ist das Hydropuls-Fußgängerschutzprüfsystem,
das zur Simulation der verschiedenen Beanspruchungen im Labor unter
Berücksichtigung
der oben genannten Testverfahren dient. Diese Prüfeinrichtung besteht im wesentlichen
aus einem Prüfrahmen,
der als Zweisäulensystem
mit horizontal angeordneten Quertraversen ausgebildet ist. Der Prüfrahmen
ist dabei unmittelbar auf einem Hallenboden verschraubt. Auf die Quertraverse
ist eine Zylinderaufnahme montiert, wobei diese horizontal und vertikal
positionierbar ist. Zusätzlich
ist die Zylinderaufnahme mit einer Winkelpositioniereinheit versehen,
so dass die für
die Kopfaufprallversuche erforderlichen Winkel simuliert werden
können.
Die Zylinderaufnahme selbst dient zur Befestigung unterschiedlicher
Stoßzylinder,
wobei die Stoßzylinder
an ihrem vorderen Endbereich Mittel zur Fixierung der unterschiedlichen
Schlagkörper bzw.
zur Fixierung einer Führungsschiene
mit Schlitten für
den Oberschenkelschlagkörperversuch
besitzen.
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Für die unterschiedlichen
Versuche muss dabei gegebenenfalls ein Umrüsten der Zylindergröße bzw.
Positionieren der Stoßzylinder
mit Schlagkörper
erfolgen. Die Prüfung
verschiedener PKW-Typen erfordert ebenfalls unterschiedliche Einstellungen
und ein aufwendiges Umrüsten.
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Vor
Prüfbeginn
werden an dem Fahrzeugvorderwagen Aufprallpunkte markiert und beim
Prüfablauf
wird der an die Kolbenstange des Stoßzylinders angekoppelte Schlagkörper entsprechend
beschleunigt. Nach der Beschleunigungsphase erfolgt dann ein Abkoppeln
des Schlagkörpers,
so dass dieser im freien Flug auf den Aufprallpunkt katapultiert wird.
Aufgrund beim Abschuss der Schlagkörper auftretender Rückstellkräfte muss
gegebenenfalls eine Korrektur der Schusslinie, d.h. ballistischen
Bahn des Schlagkörpers
vorgenommen werden, damit ein innerhalb der Toleranzen vorgeschriebener
Aufprall gewährleistet
wird. Des weiteren muss aufgrund der auftretenden Rückstoßkräfte der
Prüfrahmen
entsprechend steif ausgebildet sein.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, Fußgängerschutzprüfeinrichtungen
derart weiterzubilden, dass ein schnelles und einfaches Umrüsten und
Positionieren bzgl. verschiedener Prüfungen möglich und ein genaues Auftreffen
der Schlagkörper (Impaktoren)
auf vorgebbare Aufprallpunkte gewährleistet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Durch die Anordnung einer Rückstoßkompensationsvorrichtung
ist der Stoßzylinder
parallel zur Schussrichtung verschiebbar gelagert und geführt. Hierdurch
wird eine Entkopplung der auf den Stoßzylinder wirkenden Rückstellkräfte beim
Prüfablauf
zum Positioniersystem möglich,
so dass eine hohe Zielgenauigkeit beim Schuss der Schlagkörper auf
die festgelegten Aufprallpunkte gewährleistet ist.
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Durch
den Einsatz eines Industrieroboters als Positioniersystem ist zu
dem eine schnelle und einfache Positionierung für unterschiedliche Prüfabläufe möglich.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale sowie die Funktion der Erfindung ergeben sich
aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnungen.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung sind am Zylindergehäuse des Stoßzylinders zusätzliche
Massen wie die Ventileinheit, Druckspeichereinheiten angeordnet.
Hierdurch erfolgt die Rückstellbewegung
des Aufnahmeschlittens mit einer geringen Geschwindigkeit.
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Es
zeigt:
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1:
die Aufnahmeanordnung mit Stoßzylinder,
Ventileinheit, Hochdruckspeichereinheit in Seitenansicht;
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2:
eine Draufsicht auf die Darstellung gem. 1;
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3:
eine Schnittdarstellung längs
des Schnittes F-F in 1;
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4:
eine schematische Darstellung eines Prüfaufbaus mit zwei um 180° versetzt
angeordneten PKW;
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5:
eine perspektivische Darstellung der Aufnahmeanordnung mit Stoßzylinder,
Ventileinheit, Druckspeichereinheiten sowie Aufnahmeelement.
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Wie
in der Beschreibungseinleitung bereits ausführlich dargestellt, dient die
Fußgängerschutzprüfeinrichtung
zur Durchführung
von festgelegten Testverfahren. Bei diesen Testverfahren werden
Körpermodelle,
die nachfolgend als Schlagkörper
bezeichnet werden, mit einer definierten Geschwindigkeit in freiem
Flug oder bei speziellen Prüfabläufen auch
definiert geführt
auf vorgegebene Prüfpunkte sogenannte
Aufprallpunkte katapultiert.
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Die
erfindungsgemäße Fußgängerschutzprüfeinrichtung 1 besteht
dabei im wesentlichen aus einem Positioniersystem 2, einem
als Hochgeschwindigkeitszylinder ausgebildeten Stoßzylinder 3, einer
Hydraulikversorgung sowie dazugehöriger Mess- und Regelelektronik.
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Als
Positioniersystem 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel ein handelsüblicher
Industrieroboter eingesetzt, der beispielsweise ein ABB Industrierobotertyp
IRB 6600 ist. Dieser Industrieroboter ist als 6-achsiger Manipulator
mit Steuerung ausgebildet. Der Industrieroboter ist in der 1 nur
angedeutet eingezeichnet. 4 zeigt
den Industrieroboter in Draufsicht sowie seine Verschwenkmöglichkeit
um 180°.
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Ein
Bestandteil der Fußgängerschutzprüfeinrichtung 1 ist
der als Hydraulikzylinder ausgebildete Stoßzylinder 3, der in
Schussrichtung (Pfeil 4) vorgebbare Beschleunigungen auf
den Schlagköper 5 überträgt. Der
Stoßzylinder 3 ist
dabei mit einem Servoventil 6 ausgerüstet, welches einen hohen Nenndurchfluss
aufweist, so dass die zur Prüfung
geforderten Geschwindigkeiten erreicht werden können. Die erforderliche hydraulische
Energie wird von Hochdruckspeichereinheiten 7 geliefert.
Sowohl Servoventil 6 als auch Hochdruckspeichereinheiten 7 sind
am Zylindergehäuse 8 des
Stoßzylinders 3 befestigt.
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Die
einseitig aus dem Zylindergehäuse 8 geführte Kolbenstange 9 besitzt
an ihrem Endbereich ein Aufnahmeelement 10, welches zur
Aufnahme der Schlagkörper 5 dient.
Da bei den meisten Prüfverfahren
ein Auftreffen der Schlagkörper 5 auf
die Aufprallpunkte im freien Flug festgelegt ist, muss ein Abkoppeln
der Schlagkörper 5 am
Ende der Beschleunigungsphase erfolgen. Um dies zu gewährleisten, werden
die Schlagkörper 5 zunächst über Magnetkräfte an das
Aufnahmeelement 10 angekoppelt. Über eine entsprechende Steuerung
wird am Ende der Beschleunigungsphase die Magnetkraft aufgehoben,
das heißt,
der Magnet wird elektrisch entmagnetisiert, so dass der Schlagkörper 5 abgeschossen wird.
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Der
Stoßzylinder 3 selbst
ist in einer Aufnahmeanordnung 11 aufgenommen, wobei die
Aufnahmeanordnung 11 an dem Roboterarm des Industrieroboters 2 fixiert
ist. Aufgrund der Bewegungsmöglichkeit
des Industrieroboters 2 kann der Stoßzylinder 3 einfach
und schnell in alle gewünschten
Schussrichtungen positioniert werden. Wie es aus der schematischen
Darstellung der 4 zu ersehen ist, können auch
gleichzeitig zwei in 180° versetzter
Anordnung aufgestellte Fahrzeuge 12 nacheinander einem Prüfablauf
unterzogen werden. Hierzu verschwenkt der Industrieroboter 2 in
die nächste
Prüfposition (dargestellt
durch Pfeil 13) wobei gegebenenfalls vor Prüfbeginn
ein anderer Stoßzylinder 3 mit
anderem Schlagkörper 5 an
die Aufnahmeanordnung 11 angekoppelt wird. Bei der Darstellung
gemäß 4 erfolgt zunächst eine
Prüfung
mit Kopfform-Schlagkörper 5 auf
die Fronthaube des PKWs, anschließend kann in sehr kurzer Zeit
eine Prüfung
bei einem zweiten PKW erfolgen, wobei eine freifliegende Kopfform
mit definierter Geschwindigkeit auf einen definierten Punkt im Fahrzeuginnenraum
geschossen wird.
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Um
ein schnelles Wechseln unterschiedlicher Stoßzylinder 3 sicherzustellen,
sind die hydraulischen Verbindungen mittels Schnellkupplungen ausgeführt. Die
elektrischen Verbindungen sind ebenfalls als Steckverbindungen einfach
und schnell lösbar
und wieder anschließbar
ausgestaltet.
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Aus
der Schnittdarstellung gem. 3 ist die Anordnung
des Stoßzylinders 3 auf
der mit dem Industrieroboter 2 in Verbindung stehenden
Aufnahmeanordnung 11 deutlich zu erkennen. Damit die beim Prüfablauf
am Stoßzylinder 3 auftretenden
Rückstellkräfte nicht
auf den Industrieroboter 2 übertragen werden, ist zwischen
Stoßzylinder 3 und
Industrieroboter 2 ein Rückstoßkompensationselement vorgesehen.
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Hierfür ist der
Stoßzylinder 3 mittels
seines Zylindergehäuses 8 auf
einem im Querschnitt als U-Profil ausgebildeten Aufnahmeschlitten 14 befestigt.
An den nach außen
weisenden Seitenwänden der
Schenkel 15 des U-Profils sind parallel zur Längsachse 16 des
Stoßzylinders 3 Führungsschienen 17 angeordnet.
Die Führungsschienen 17 sind gleitend
in entsprechenden als Kugelbüchsen
ausgebildeten Führungselementen 18 gelagert.
Diese Führungselemente 17 sind
an dem Aufnahmeelement 11 befestigt. Wie es aus der Schnittdarstellung
ersichtlich ist, ist die Aufnahmeanordnung 11 als den Aufnahmeschlitten 14 umgreifendes äußeres U-Profil ausgebildet.
Aufgrund dieser parallel zur Schussrichtung 4 des Stoßzylinders 3 angeordneten
geführten gleitenden
Lagerung zwischen Zylindergehäuse 8 und
mit dem Industrieroboter 2 in Verbindung stehenden Aufnahmeelement 11 wird
eine Entkopplung der auf den Stoßzylinder 3 wirkenden
Rückstellkräfte beim
Prüfablauf
zum Industrieroboter 2 möglich.
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Die
Rückstellkräfte bewirken
dabei eine Verschiebung des Zylindergehäuses 8 mit daran befestigtem
Servoventil 6 und Hydraulikspeichereinheit 7 längs der
Führungselemente 17/18.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform könnten die
Führungsschienen 17 auch
unmittelbar an dem Zylindergehäuse 8 befestigt
sein. Der Rückstellweg
des Aufnahmeschlittens 14 mit Zylindergehäuse 8 wird
mit einem Wegaufnehmer aufgezeichnet, so dass die hieraus resultierenden
Veränderungen
des Ölvolumens
in den Druckmittelkammern des Stoßzylinders 3 über die
Steuerung mit berücksichtigt
und ausgeglichen werden kann. Des weiteren sind parallel beabstandet
am vorderen sowie hinteren Endbereich des Aufnahmeelementes 11 Anschläge 19 mit
Dämpfungselementen 20 angeordnet, so
dass nach dem Prüfablauf
die freie Bewegung des mit dem Zylindergehäuses 8 in Verbindung
stehenden Aufnahmeschlittens 14 in eine gedämpfte Bewegung übergeht.
Ohne Dämpfungselemente
würde der
Aufnahmeschlitten 14 ungedämpft an die Anschläge 19 fahren,
was zu einer Beschädigung
der aufeinandertreffenden Teile führen kann.
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In
Abhängigkeit
der durchzuführenden
Testverfahren ist die Schussrichtung des Stoßzylinders entsprechend ausgerichtet.
In 1 ist eine horizontale Ausrichtung des Stoßzylinders
dargestellt. Es sind allerdings auch Positionierungen des Stoßzylinders 3 erforderlich,
die eine Anordnung des Stoßzylinders 3 zwischen
horizontaler bis zu senkrechter Anordnung unter jedem beliebigen
Winkel erfordern. Bei jeder von der horizontalen Anordnung des Stoßzylinders 3 abweichenden
Anordnung kommt bei dem Prüfablauf
eine in Abhängigkeit
des Positionierungswinkels zusätzliche
Komponente der Gewichtskraft des Aufnahmeschlittens 14 mit
Stoßzylinder 3, Ventilanordnung 6 sowie
Hochdruckspeichereinheiten 7 zum Tragen.
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Um
den Einfluss der Gewichtskraft entgegen zu wirken, sind parallel
beabstandet am hinteren Endbereich Pneumatikzylinder 21 angeordnet.
Diese Pneumatikzylinder 21 sind über ihr Zylindergehäuse mit
dem Aufnahmeelement 11 verbunden, die einseitig aus dem
Zylindergehäuse
ragenden Kolbenstangen sind an dem Aufnahmeschlitten 14 fixiert.
Je nach Positionierungswinkel wird der Druck in der vorderen Druckmittelkammer
eingestellt. Mittels dieses Luftdruckes in der vorderen Druckmittelkammer
ruht das Gewicht des Aufnahmeschlittens 14 auf dem Luftpolster.
Durch Volumenänderung
kann die Abschussposition des Aufnahmeschlittens 14 geändert werden.
Das Gasvolumen in der Druckmittelkammer wird möglichst groß gewählt, damit eine beim Prüfablauf
auftretende Volumen- und Druckänderung durch
die Rückstoßbewegung
des Aufnahmeschlittens möglichst
gering ist. Damit wird erreicht, dass sich die Belastung und Verformung
des Industrieroboters beim Abschuss kaum ändert und somit die vorbestimmte
Schussrichtung des Schlagkörpers,
im Rahmen der geforderten Toleranz, eingehalten wird.
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Die
zweite Druckmittelkammer muss drucklos und mit der Raumluft verbunden
sein, damit sich beim Abschuss kein Druck aufbauen kann.