DE102005039966B3

DE102005039966B3 - Prüfvorrichtung

Info

Publication number: DE102005039966B3
Application number: DE200510039966
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Heuser; Walter Dipl.-Ing. Liebers
Original assignee: Tuev Kraftfahrt - Tuev Rheinland Group GmbH; Tuev Kraftfahrt Tuev Rhei GmbH
Current assignee: TUEV RHEINLAND KRAFTFAHRT GMBH, 51105 KOELN, DE
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-08-25

Abstract

Prüfvorrichtung (18) und Prüfverfahren zum Beschleunigen eines Prüfkörpers (9) in einer Beschleunigungsrichtung unter einem vorgegebenen Winkel (20) auf ein Zielobjekt (4; 19), umfassend eine an einer Aufhängung (2) an der Prüfvorrichtung (18) befestigte Beschleunigungsvorrichtung (18b), deren Beschleunigungsrichtung unter dem vorgegebenen Winkel (20) fixierbar ist, wobei zur Erhöhung einer Treffsicherheit die Beschleunigungsvorrichtung (18b) eine in zumindest einer Raumrichtung einer Prüfkörperbeschleunigung entgegengesetzte Beschleunigung einer Hilfsmasse zur zumindest teilweisen Kompensation einer bei der Prüfkörperbeschleunigung auftretenden Reaktionskraft vorsieht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Beschleunigen eines Prüfkörpers in einer Beschleunigungsrichtung auf ein Zielobjekt.
Prüfvorrichtungen werden beispielsweise bei Crash-Tests im Automobilbereich verwendet, um einen Prüfkörper auf ein Automobil zu katapultieren. Dabei sind insbesondere hohe Anforderungen an eine Einhaltung der gewünschten Auftreffpositionen sowie Auftreffgeschwindigkeiten zu stellen.

DE 197 39 141 C1 offenbart zur Untersuchung von Verletzungsmöglichkeiten bei Zusammenstößen eines Kraftfahrzeuges mit einem Hindernis bzw. zur Entwicklung geeigneter Schutzmaßnahmen eine Einrichtung zum Nachstellen der dynamischen Intrusion von Fahrzeugteilen eines Kraftfahrzeuges bei einem Aufprall, wobei die Einrichtung mit einem Intrusionsschlitten versehen ist mit einer daran angelenkten Wirkvorrichtung, z.B. einer Fußplatte zum Nachstellen des Fußraumes im Bereich der Fußablage, wobei diese durch ein Antriebssystem eine stoßartige translatorische und eine damit zwangsgekoppelte rotatorische Bewegung entsprechend der bei einem Aufprall auftretenden Relativbewegungen des intrudierenden Werkzeugteiles gegenüber dem Kraftfahrzeug erfährt.

US 5,485,752 offenbart eine Vorrichtung zum Testen von Eisenbahnwagonpuffern, und US 6,739,175 B2 offenbart einen Schussapparat mit einem Schussrohr, aus welchem mit einem pyrotechnisch angetriebenen Kolben eine Schubstange zur Beschleunigung eines Prüfkörpers, insbesondere eines Eisenbahnwaggons, geschossen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treffgenauigkeit einer Prüfvorrichtung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Prüfverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung zum Beschleunigen eines Prüfkörpers in einer Beschleunigungsrichtung unter einem vorgegebenen Winkel auf ein Zielobjekt umfasst eine an einer Aufhängung an der Prüfvorrichtung befestigte Beschleunigungsvorrichtung, deren Beschleunigungsrichtung unter dem vorgegebenen Winkel fixierbar ist, wobei die Beschleunigungsvorrichtung eine in zumindest einer Raumrichtung einer Prüfkörperbe schleunigung entgegengesetzte Beschleunigung einer Hilfsmasse zur zumindest teilweisen Kompensation einer bei der Prüfkörperbeschleunigung auftretenden Reaktionskraft vorsieht.

Die Prüfvorrichtung ist dabei insbesondere so ausgestaltet, dass der Prüfkörper nach einer Beschleunigung freifliegend auf ein Zielobjekt auftrifft. Je nach Prüfzweck kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Prüfkörper bis zum Auftreffen auf ein Zielobjekt mit der Beschleunigungsvorrichtung verbunden bleibt.

Bei der Prüfvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Prüfvorrichtung zur Durchführung eines Impaktortests an einem Kraftfahrzeug. Des Weiteren kann auch eine Prüfvorrichtung zum Impaktieren auf ein anderes Zielobjekt vorgesehen sein.

Vorzugsweise erfolgt die Beschleunigung derart, dass der Prüfkörper mit einer vordefinierten Geschwindigkeit das Zielobjekt erreicht. Des Weiteren wird durch den vorgegebenen Winkel insbesondere ein Einfallswinkel des Prüfkörpers auf das Zielobjekt vorgegeben. Je nach Schwerkrafteinwirkung kann der Auftreffwinkel vom Beschleunigungswinkel abweichen.

Die Beschleunigungsvorrichtung ist insbesondere ein Katapult. Beispielsweise erfolgt eine Beschleunigung anhand eines vorspannbaren Federelementes. Des Weiteren kann auch eine pyrotechnische Beschleunigung oder dergleichen vorgesehen sein.

Die Prüfvorrichtung ist dabei an einer Aufhängung befestigt, welche beispielsweise ein Portal, ein Gerüst, ein Gestell oder dergleichen sein kann.

Mit der Beschleunigung der Hilfsmasse wird eine Reaktionskraft bewirkt, welche einer Reaktionskraft aufgrund beschleunigter Massen der Beschleunigungsvorrichtung sowie des Prüfkörpers zumindest teilweise entgegengerichtet ist. Als beschleunigte Massen des Prüfkörpers und der Beschleunigungsvorrichtung sind insbesondere der Prüfkörper selber sowie bewegliche Teile der Beschleunigungsvorrichtung zu nennen. Vorzugsweise erfolgt die Beschleunigung der Hilfsmasse im Wesentlichen vollständig entgegengesetzt zur Beschleunigung des Prüfkörpers.

Bevorzugt wird eine Krafteinleitung bei einem Beschleunigungsvorgang durch die Prüfvorrichtung auf die Aufhängung zumindest weitestgehend vermieden. Insbesondere kann dabei eine mechanische Verschiebung, Verdrehung, Verkippung oder dergleichen vermindert beziehungsweise sogar vermieden werden. Vorteilhafterweise kann ein zur Aufhängung verwendetes Gestell leichter gebaut werden, als dies beispielsweise ohne eine Kompensation der Reaktionskraft möglich wäre.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die Aufhängung an einem Arm eines Mehrachsenroboters befestigt. Insbesondere wird durch die Kompensation der Reaktionskraft eine Veränderung von Achspositionen des Mehrachsenroboters vermindert beziehungsweise sogar verhindert. Vorteilhafterweise ermöglicht die Verwendung eines Mehrachsenroboters eine präzise Ausrichtung der Beschleunigungsvorrichtung zum Zielobjekt mit einer hohen Treffsicherheit.

Zur Beschleunigung des Prüfkörpers ist in einer Variante vorgesehen, dass die Beschleunigungsvorrichtung einen Hydraulikzylinder umfasst. Dieser wird zum Beschleunigen mit einem insbesondere regelbaren Druck beaufschlagt. Vorzugsweise ermöglicht der Hyd raulikzylinder eine Genauigkeit einer Endgeschwindigkeit im Bereich von +/– 0,1 Meter pro Sekunde (m × s^–1).

Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Hilfsmasse die Beschleunigungsvorrichtung, welche zwischen einer ersten und einer zweiten Endlage längs der Beschleunigungsrichtung bewegbar gelagert ist. Insbesondere sind die erste und die zweite Endlage so bemessen, dass die Beschleunigungsvorrichtung bei einer Beschleunigung des Prüfkörpers nicht in die Endlagen bewegt wird. Entsprechend ist ein Verfahrweg der Beschleunigungsvorrichtung zwischen den Endlagen an die Masse des Prüfkörpers und seine Endgeschwindigkeit angepasst. Beispielsweise umfasst die Hilfsmasse einen Hydraulikzylinder, der entgegen einer Kolbenstange mit dem daran befestigten Prüfkörper beschleunigt wird. Als Lagerung ist beispielsweise ein Gleitlager, Kugellager, Luftlager oder dergleichen vorgesehen.

Insbesondere ist die Beschleunigungsvorrichtung schlittenartig gelagert. Eine Schlittenführung der Beschleunigungsvorrichtung ist dabei beispielsweise als Gestell ausgestaltet, an dem die Beschleunigungsvorrichtung wie ein Schlitten bewegbar befestigt ist. Insbesondere umfasst die Schlittenführung wenigstens ein Lager, welches beispielsweise als Kugel-, Nadel-, Luftlager oder dergleichen ausgestaltet sein kann. Ebenso kann ein Gleitlager vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Schlittenführung so ausgestaltet, dass sie Kräfte quer zur Bewegungsrichtung aufnehmen kann. Beispielsweise ist ein Lager der Schlittenführung als U-Profil ausgestaltet, an dem eine an der Beschleunigungsvorrichtung befestigte Schiene mittels eines Nadellagers gelagert ist. Die Schlittenführung ist dabei vorzugsweise an einem Gestell oder dergleichen an der Aufhängung der Prüfvorrichtung befestigt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Prüfvorrichtung wenigstens ein vorspannbares Federelement zur Schwerkraftkompensation, durch welches die Beschleunigungsvorrichtung, insbesondere bei einer nichthorizontalen Beschleunigungsrichtung, aus der ersten oder der zweiten Endlage in eine Stellung zwischen der ersten und der zweiten Endlage verschiebbar ist. Vorteilhafterweise wird dadurch bei einer nichthorizontalen Beschleunigung ein Kraftstoß vermindert, der auftritt, wenn die Beschleunigungsvorrichtung aufgrund der Schwerkraft in eine der beiden Endlagen bewegt ist. Eine Federkonstante beziehungsweise ein Kompressionsmodul des vorspannbaren Federelementes ist dabei vorzugsweise so bemessen, dass eine Bewegung der Beschleunigungsvorrichtung beim Beschleunigungsvorgang des Prüfkörpers nur eine geringe zusätzliche Kraft liefert.

Beispielsweise ist vorgesehen, dass das Federelement wenigstens einen Gaszylinder umfasst. Dieser weist insbesondere einen im Gaszylinder beweglichen Kolben auf, der den Gaszylinder in wenigstens zwei Teilvolumen unterteilt. Je nach Beaufschlagung des einen oder des anderen Volumens kann eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange eine Zug- oder Druckkraft bewirken. Zur Verminderung einer Einleitung eines Kraftstoßes über den Gaszylinder auf die Aufhängung kann es zweckmäßig sein, das Volumen des Gaszylinders möglichst groß zu wählen. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, ein Gas mit einem möglichst großen Adiabaten-Koeffizienten zu wählen. Druck und Kolbenflächen werden vorzugsweise so eingestellt, dass die auf die Beschleunigungsvorrichtung wirkende Schwerkraft in einer gewünschten Lage zwischen der ersten und der zweiten Endlage gerade kompensiert wird.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Federelement die Aufhängung zumindest indirekt mit der Beschleunigungsvorrichtung so verbindet, dass eine Bewegung der Beschleunigungsvorrichtung eine Änderung einer Spannung des Federelementes bewirkt. Beispielsweise kann das Federelement mit einem Ende an der Schlittenführung und mit seinem anderen Ende an der Beschleunigungsvorrichtung befestigt sein. Insbesondere ist bei Verwendung eines Gaszylinders als Federelement eine Kolbenstange des Gaszylinders mit der Beschleunigungsvorrichtung verbunden, wohingegen der Gaszylinder selbst mit der Schlittenführung oder zumindest indirekt mit der Aufhängung verbunden ist.

In einer anderen Variante verbindet das Federelement die Beschleunigungsvorrichtung mit wenigstens einem Befestigungspunkt an einem Gestell der Prüfvorrichtung oder außerhalb der Prüfvorrichtung. Der Befestigungspunkt kann dabei an einer Gebäudedecke oder dergleichen befindlich sein. Als Federelement ist beispielsweise wenigstens eine Spiralfeder vorgesehen. In einer anderen Ausgestaltung kann jedoch auch wenigstens ein Gaszylinder vorgesehen sein.

Zur zumindest teilweisen Kompensation der bei der Prüfkörperbeschleunigung auftretenden Reaktionskraft kann gemäß einem Gedanken die Hilfsmasse einen mit einer Hilfsbeschleunigungsvorrichtung beschleunigbaren Hilfsprüfkörper umfassen. Beispielsweise ist ein zweites Katapult vorgesehen, welches den Hilfsprüfkörper in einer entgegengesetzten Richtung wie den Prüfkörper beschleunigt.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Hilfsbeschleunigungsvorrichtung mit der Beschleunigungsvorrichtung baugleich ist. Insbesondere sind dabei die bei einem Beschleunigungsvorgang bewegten Massen bzw. Aktoren identisch ausgestaltet. Beispielsweise werden sowohl bei der Hilfsbeschleunigungsvorrichtung als auch bei der Beschleunigungsvorrichtung identische Hydrauliktypen verwendet. Des Weiteren werden vorzugsweise identische Typen des Prüfkörpers bzw. der Kolbenstangen vorgesehen. Beschleunigungsvorrichtung und Hilfsbeschleunigungsvorrichtung bilden somit insbesondere eine so genannte "Zwillingsanordnung". Dies heißt, dass eine Beschleunigungsvorrichtung und eine damit baugleiche Hilfsbeschleunigungsvorrichtung in zueinander entgegengesetzten Richtungen einen Prüfkörper bzw. einen Hilfsprüfkörper beschleunigen.

Entsprechend einer Weiterbildung umfasst die Hilfsmasse ein Fluid. In einer ersten Variante kann das Fluid beispielsweise in einem Tank oder dergleichen beschleunigt werden. In einer weiteren Variante kann das Fluid beispielsweise aus der Beschleunigungsvorrichtung ausgestoßen werden. Masse und Beschleunigung des Fluids sind dabei vorzugsweise so bemessen, dass eine zumindest weitestgehende Kompensation der bei der Prüfkörperbeschleunigung auftretenden Reaktionskraft eintritt.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung umfasst das Fluid ein Hydrauliköl. Insbesondere wird dabei auf in einem Hydraulikzylinderkreislauf vorhandenes Hydrauliköl zurückgegriffen.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung umfasst die Hilfsmasse ein Gas. Insbesondere wird dabei ein Gas mit einem möglichst großen molekularen Gewicht verwendet. Des Weiteren wird das Gas vorzugsweise auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt.

In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass die Hilfsmasse wesentlich größer als die Masse des Prüfkörpers ist. Beispielsweise ist diese wenigstens etwa fünfzig oder hundert Mal so groß wie die Masse des Prüfkörpers. In einer anderen Ausgestaltung kann ein Faktor zwischen den beiden Massen von wenigstens etwa 10 vorgesehen sein. Insbesondere wird dabei ein geringer Rücklaufweg der Beschleunigungsvorrichtung ermöglicht. Bei einem Prüfkörper mit einem Gewicht von beispielsweise 4,8 Kilogramm kann beispielsweise ein Rücklaufweg von etwa drei Zentimetern vorgesehen sein. Das gesamte Katapult wiegt dabei in etwa 370 Kilogramm. Für andere Prüfkörpergewichte und Katapultgewichte können auch andere Rücklaufwege erzielt werden.

Für den Prüfkörper ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass dieser aus der Gruppe umfassend Kopfimpaktor, Beinimpaktor und Hüftimpaktor ausgewählt ist. Diese Impaktoren sind in Masse und Größe den entsprechenden anatomischen Abmessungen des menschlichen Körpers angepasst. Das Gewicht eines Kopfimpaktors beträgt beispielsweise in etwa 4,8 Kilogramm, wohingegen das Gewicht eines Beinimpaktors in etwa 15 Kilogramm betragen kann.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Prüfverfahren, bei dem ein Prüfkörper unter einem vorgegebenen Winkel mittels einer an einer Aufhängung an einer Prüfvorrichtung, insbesondere gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen, befestigten Beschleunigungsvorrichtung auf ein Zielobjekt beschleunigt wird, wobei eine bei der Beschleunigung des Prüfkörpers auftretende Reaktionskraft zumindest teilweise kompensiert wird, indem eine Hilfsmasse in zumindest einer Raumrichtung entgegengerichtet beschleunigt wird, so dass eine Einleitung einer Reaktionskraft in die Aufhängung zumindest vermindert wird.

Die Hilfsmasse kann dabei Teile der Beschleunigungsvorrichtung, die gesamte Beschleunigungsvorrichtung oder zusätzliche Teile umfassen.

Gemäß einer Variante wird ein Hilfsprüfkörper mit einer Hilfsbeschleunigungsvorrichtung in eine der Beschleunigungsrichtung des Prüfkörpers entgegengerichtete Richtung beschleunigt.

In einer Weiterbildung wird ein unter einem Überdruck stehendes Fluid entspannt, wobei wenigstens ein entgegen der Beschleunigungsrichtung des Prüfkörpers gerichteter Fluidstrahl gebildet wird. Dieser Fluidstrahl ist dabei insbesondere so ausgestaltet, dass dieser freifliegend und unabgelenkt eine hinreichende Wegstrecke zurücklegt, bevor er von der Prüfvorrichtung aufgefangen wird. In einer anderen Ausgestaltung kann der Fluidstrahl auch außerhalb der Prüfvorrichtung aufgefangen werden, so dass die Freiflugstrecke verkürzt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführung wird ein Überschallfluidstrahl gebildet. Insbesondere handelt es sich bei dem Fluid dabei um ein Gas. Beispielsweise kann es sich um Gas handeln, welches von einer Druckversorgung beispielsweise für Pneumatikzylinder bereitgestellt wird. Insbesondere kann es sich dabei um Druckluft handeln. Vorteilhafterweise kann ein Auffangen des Fluidstrahles bei Verwendung von Druckluft oder einem anderem ungefährlichen Gas vermieden werden.

Alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten Maßnahmen kann vorgesehen sein, dass die Beschleunigungsvorrichtung bei einem Beschleunigungsvorgang des Prüfkörpers entgegen dessen Beschleunigungsrichtung beschleunigt wird.

Schließlich ist zur Kompensation der Schwerkraft gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Beschleunigungsvorrichtung mittels wenigstens eines Federelementes aus einer Endlage einer Lagerung der Beschleunigungsvorrichtung angehoben wird. Dies vereinfacht insbesondere eine Verminderung der bei der Prüfkörperbeschleunigung auftretenden Reaktionskraft auf die Aufhängung bei einem nichthorizontalen Beschleunigungsvorgang. Beispielsweise wird die Beschleunigungsvorrichtung bei einer Beschleunigung des Prüfkörpers schräg noch oben beziehungsweise schräg nach unten aus der Endlage angehoben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in den einzelnen Figuren gezeigten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung sowie den Figuren dargestellte Merkmale zu Weiterbildungen kombinierbar. Es zeigen:
1: eine Übersicht über eine erste Anordnung einer ersten Prüfvorrichtung,
2: eine schematische Aufsicht auf eine zweite Prüfvorrichtung,
3: eine schematische Frontansicht einer dritten Prüfvorrichtung,
4: eine Übersicht über eine Anordnung einer vierten Prüfvorrichtung,
5: eine schematische Aufsicht auf eine fünfte Prüfvorrichtung und
6: eine schematische Aufsicht auf eine sechste Prüfvorrichtung.
1 zeigt eine schematische Übersicht einer Anordnung einer ersten Prüfvorrichtung 1. Diese ist an einer Aufhängung 2 an einem Mehrachsenroboter 3 befestigt. Die erste Prüfvorrichtung 1 ist dabei auf ein Kraftfahrzeug 4 ausgerichtet, welches als Zielobjekt für den Beinimpaktor 5 fungiert. In der dargestellten Phase des Bewegungsablaufes ist der Beschleunigungskolben 6 ausgefahren, welcher den Beinimpaktor 5 auf das Kraftfahrzeug 4 beschleunigt hat.
Im Folgenden werden gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
2 zeigte eine schematische Aufsicht auf eine zweite Prüfvorrichtung 7. Diese umfasst einen Hydraulikzylinder 8, welcher als Katapult dient. Zum Beschleunigen eines Prüfkörpers 9, welcher im dargestellten Fall ein Kopfimpaktor ist, wird eine Kolbenstange 10 aus dem Hydraulikzylinder 8 ausgefahren. Dies erfolgt vorzugsweise mit einem regelbaren Beschleunigungsprofil.
Des Weiteren umfasst die zweite Prüfvorrichtung 7 eine Lagerung 11, welche als Schlittenführung 12 mit einem Nadellager 13 ausgestaltet ist. Dadurch ist der Hydraulikzylinder 8 längs der mit dem Bewegungspfeil 14 angedeuteten Richtung verschiebbar. Wenn der Prüfkörper 9 in Richtung eines Pfeils 14b beschleunigt wird, wird der Hydraulikzylinder 8 in Richtung des Bewegungspfeils 14 beschleunigt. Die zweite Prüfvorrichtung 7 ist dabei so ausgestaltet, dass bei einem Beschleunigungsvorgang die Verschiebung des Hydraulikzylinders 8 innerhalb einer ersten Endlage 15 und einer zweiten Endlage 16 liegt.
3 zeigt eine schematische Frontalansicht einer dritten Prüfvorrichtung 17. Diese entspricht im Wesentlichen der bereits in 2 gezeigten zweiten Prüfvorrichtung 7. Nicht dargestellt ist jedoch ein Prüfkörper. An einer Schlittenführung 12 ist ein Hydraulikzylinder 8 wiederum mittels einer Lagerung 11, welche ein Nadellager 12 umfasst, senkrecht zur Zeichenebene bewegbar befestigt. Mittig im Hydraulikzylinder 8 ist eine Kolbenstange 10 angeordnet, welche den nicht dargestellten Prüfkörper trägt. Die Schlittenführung 12 ist über eine Aufhängung 2 an einem nicht dargestellten Mehrachsenroboter befestigt. Anstelle eines Mehrachsenroboters kann auch ein Gestell oder dergleichen zur Befestigung verwendet werden. Wenn die Kolbenstange 10 für einen Beschleunigungsvorgang des nicht dargestellten Prüfkörpers aus der Zeichenebene nach vorne herausgefahren wird, wird der Hydraulikzylinder 8 in die Zeichenebene hinein nach hinten verfahren. Insbesondere sind die dabei bewegten Massen, Verfahrwege und Beschleunigungen so dimensioniert, dass in die Aufhängung 2 keine Reaktionskraft eingeleitet wird.
4 zeigt eine schematische Übersicht einer Anordnung einer vierten Prüfvorrichtung 18. Diese ist mit einem Mehrachsenroboter 3 so auf eine Motorhaube 19 eines Kraftfahrzeuges 4 ausgerichtet, dass der Prüfkörper 9 unter einem vorgegebenen Winkel 20 auf die Motorhaube beschleunigt wird. Der Winkel liegt in einem Bereich von 0° bis 90°. Hier beträgt dieser Winkel in etwa 30 Grad. Um zu vermeiden, dass eine Beschleunigungsvor richtung 18b der vierten Prüfvorrichtung 18 in Folge der wirkenden Schwerkraft in eine Endlage einer nicht dargestellten Lagerung entsprechend einer Lagerung 11 in 2 bewegt wird, ist eine Spiralfeder 21 vorgesehen. Diese ist an einem Befestigungspunkt 22 an einer Gebäudedecke 23 befestigt. Des Weiteren ist die Spiralfeder 21 an der vierten Prüfvorrichtung 18 befestigt. Durch eine Vorspannung der Spiralfeder 21 wird die Beschleunigungsvorrichtung 18b aus der nicht dargestellten Endlage bewegt. Somit wird über die Spiralfeder 21 die wirkende Schwerkraft kompensiert.
5 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine fünfte Prüfvorrichtung 24. Diese ist in einem Winkel α zu einer Horizontalen 25 ausgerichtet. Die fünfte Prüfvorrichtung 24 umfasst wiederum einen Hydraulikzylinder 8, welcher mittels einer Lagerung 11, die ein Nadellager 13 umfasst in einer Schlittenführung 12 längsverschieblich gelagert ist. Eine Beschleunigungsrichtung 26 eines Prüfkörpers 9 auf ein nicht dargestelltes Zielobjekt verläuft schräg nach unten. Um wiederum zu vermeiden, dass der Hydraulikzylinder 8 in eine erste 15 oder eine zweite Endlage 16 bewegt wird, ist ein Pneumatikzylinder 26b vorgesehen, in dem ein Kolben 27 bewegbar gelagert ist. Der Kolben 27 ist über eine Pneumatikkolbenstange 28 mit dem Hydraulikzylinder 8 verbunden. Der Kolben 27 unterteilt den Pneumatikzylinder 26 in ein erstes Teilvolumen 29 und ein zweites Teilvolumen 30. Diese beiden Teilvolumina 29 und 30 können unabhängig voneinander mit jeweils einem Druck beaufschlagt werden. In Abhängigkeit dieser Drücke kann eine entsprechende Vorspannung eingestellt werden, so dass der Hydraulikzylinder 8 trotz der darauf wirkenden Schwerkraft in eine Mittellage 31 zwischen der ersten 15 und der zweiten Endlage 16 bewegt werden kann. Zur Kompensation der Schwerkraft wird das erste Teilvolumen mit einem größeren Druck als das zweite Teilvolumen 30 beaufschlagt. In einem nicht dargestellten Beschleunigungsvorgang nach oben wird entsprechend das zweite Teilvolumen 30 mit einem größeren Druck als das erste Teilvolumen 29 beaufschlagt.
6 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine sechste Prüfvorrichtung 32. Diese entspricht im Wesentlichen der bereits in 2 gezeigten zweiten Prüfvorrichtung 7. Die sechste Prüfvorrichtung 32 unterscheidet sich jedoch von dieser durch eine andere Kompensation der bei einer Beschleunigung eines Prüfkörpers 9 auftretenden Reaktionskraft. Ein zur Beschleunigung verwendeter Hydraulikzylinder 8 ist fest und unbeweglich mit einer Schlittenführung 12 verbunden, die mittels einer nicht dargestellten Aufhängung an einem ebenfalls nicht dargestellten Mehrachsroboter befestigt ist. Zur Kompensation der bei der Prüfkörperbeschleunigung auftretenden Reaktionskraft sind eine erste Austrittsdüse 33 und eine zweite Austrittsdüse 34 vorgesehen, aus denen jeweils ein erster 35 und ein zweiter Fluidstrahl 36 austreten kann. Dabei kann in einer alternativen Ausführungs form auch nur eine Düse vorgesehen sein. Die beiden Fluidstrahlen 35 und 36 werden von einem nicht dargestellten Fluidreservoir gespeist, welches unter einem erhöhten Druck steht. Als Fluid ist ein Gas vorgesehen, welches über eine Zuleitung 37 aus einem nicht dargestellten Versorgungsnetz in die sechste Prüfvorrichtung 32 eingespeist wird. Anstelle des dargestellten Gases kann auch ein Hydrauliköl oder dergleichen verwendet werden. Bevorzugt sind die Austrittsdüsen 33, 34 als Überschalldüsen ausgestaltet. Dies bewirkt insbesondere, dass die Fluidstrahlen 35, 36 einer Beschleunigungsrichtung 26 ausgerichtete Strahlrichtung aufweisen.

Claims

Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) zum Beschleunigen eines Prüfkörpers (5; 9) in einer Beschleunigungsrichtung unter einem vorgegebenen Winkel (20) auf ein Zielobjekt (4), umfassend eine an einer Aufhängung (2) an der Prüfvorrichtung befestigte Beschleunigungsvorrichtung (18b), deren Beschleunigungsrichtung unter dem vorgegebenen Winkel (20) fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsvorrichtung (18b) eine in zumindest einer Raumrichtung (14) einer Prüfkörperbeschleunigung (14b) entgegengesetzte Beschleunigung einer Hilfsmasse zur zumindest teilweisen Kompensation einer bei der Prüfkörperbeschleunigung auftretenden Reaktionskraft vorsieht.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängung (2) an einem Arm eines Mehrachsenroboters (3) befestigt ist.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsvorrichtung (18b) einen Hydraulikzylinder (1) zur Beschleunigung umfasst.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmasse die Beschleunigungsvorrichtung (18b) umfasst, welche zwischen einer ersten (15) und einer zweiten Endlage (16) längs der Beschleunigungsrichtung (14b) bewegbar gelagert ist.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsvorrichtung (18b) schlittenartig gelagert ist.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein vorspannbares Federelement (21; 26b) zur Schwerkraftkompensation umfasst, durch welches die Beschleunigungsvorrichtung (18b), insbesondere bei einer nicht-horizontalen Beschleunigungsrichtung, aus der ersten (15) oder der zweiten Endlage (16) in eine Stellung zwischen der ersten (15) und der zweiten Endlage (16) verschiebbar ist.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26b) mindestens einen Gaszylinder (26b) umfasst.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26b) die Aufhängung (2) mit der Beschleunigungsvorrichtung (18b) so verbindet, dass eine Bewegung der Beschleunigungsvorrichtung (18b) eine Änderung einer Spannung des Federelementes (26b) bewirkt.
Prüfvorrichtung nach (1; 7; 17; 18; 24; 32) Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (21, 26b) die Beschleunigungsvorrichtung (18b) mit mindestens einem Befestigungspunkt an einem Gestell (12) der Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) oder außerhalb der Prüfvorrichtung verbindet.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmasse einen mit einer Hilfsbeschleunigungsvorrichtung beschleunigbaren Hilfsprüfkörper (5; 9) umfasst.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsbeschleunigungsvorrichtung mit der Beschleunigungsvorrichtung (18b) baugleich ist.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmasse ein Fluid (35; 36) umfasst.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmasse ein Hydrauliköl (35; 36) umfasst.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmasse ein Gas (35; 36) umfasst.
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsmasse wesentlich größer ist als die Masse des Prüfkörpers (5; 9).
Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkörper (5; 9) aus der Gruppe umfassend Kopfimpaktor (9), Beinimpaktor (5) und Hüftimpaktor ausgewählt ist.
Prüfverfahren, bei dem ein Prüfkörper (5; 9) unter einem vorgegebenen Winkel (20) mittels einer an einer Aufhängung (2) an einer Prüfvorrichtung (1; 7; 17; 18; 24; 32) befestigten Beschleunigungsvorrichtung (18b) auf ein Zielobjekt (4; 19) beschleunigt wird, wobei eine bei der Beschleunigung des Prüfkörpers (5; 9) auftretende Reaktionskraft zumindest teilweise kompensiert wird, indem eine Hilfsmasse in zumindest einer Raumrichtung entgegengerichtet beschleunigt wird, so dass eine Einleitung einer Reaktionskraft in die Aufhängung (2) zumindest vermindert wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hilfsprüfkörper mit einer Hilfsbeschleunigungsvorrichtung in eine der Beschleunigungsrichtung des Prüfkörpers (5; 9) entgegengerichtete Richtung beschleunigt wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass unter einem Überdruck stehendes Fluid (35; 36) entspannt wird, wobei wenigstens ein entgegen der Beschleunigungsrichtung des Prüfkörpers gerichteter Fluidstrahl (35; 36) gebildet wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überschall-Fluidstrahl (35; 36) gebildet wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsvorrichtung (18b) bei einem Beschleunigungsvorgang des Prüfkörpers (5; 9) entgegen dessen Beschleunigungsrichtung (14b) beschleunigt wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsvorrichtung (18b) zur Kompensation der Schwerkraft mittels wenigstens eines Federelementes (21; 26b) aus einer Endlage (15; 16) einer Lagerung (11) der Beschleunigungsvorrichtung (18b) angehoben wird.