DE102007012492A1

DE102007012492A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Crash-Versuchen

Info

Publication number: DE102007012492A1
Application number: DE102007012492A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Moser; Manfred Dipl.-Ing. Hofinger; Gundula Steffan
Original assignee: DSD DR STEFFAN DATENTECHNIK GM; DSD DR STEFFAN DATENTECHNIK GmbH
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: CA2681048C; DE102007012492B4; EP2122322A4; US8453489B2; JP5243458B2; CA2681048A1; WO2008115343A1; EP2122322A1; CN101652648B; KR101395688B1; CN101652648A; KR20090129999A; JP2010521668A; US20100192666A1; EP2122322B1

Abstract

Verfahren zur Durchführung von Crash-Versuchen, bei welchen ein insbesondere auf einem Versuchsschlitten angeordneter Gegenstand, insbesondere Kraftfahrzeug oder Teil eines Kraftfahrzeugs, beschleunigt wird, wobei die Beschleunigungskraft über einen Gasdruckspeicher aufgebracht wird, der, insbesondere über einen Kolben und eine Schubstange, auf den zu beschleunigenden Gegenstand wirkt, wobei zur Verringerung der Zykluszeit der gewünschte Gasdruck im Gasdruckspeicher durch Verschieben eines auf das Gas wirkenden Kolbens mittels eines seinerseits auf den Kolben wirkenden Hydrauliköls erfolgt, sowie entsprechende Vorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Crash-Versuchen, bei welchen ein insbesondere auf einem Versuchsschlitten angeordneter Gegenstand, insbesondere Kraftfahrzeug oder Teil eines Kraftfahrzeugs, beschleunigt wird, wobei die Beschleunigungskraft über einen Gasdruckspeicher aufgebracht wird, der, insbesondere über einen Kolben und eine Schubstange, auf den zu beschleunigenden Gegenstand wirkt.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung von Crash-Versuchen, bei welchen ein insbesondere auf einem Versuchsschlitten angeordneter Gegenstand, insbesondere Kraftfahrzeug oder Teil eines Kraftfahrzeugs, beschleunigt wird, mit einem Gasdruckspeicher zur Erzeugung der Beschleunigungskraft, welcher, insbesondere über einen Kolben und eine Schubstange, auf den zu beschleunigenden Gegenstand wirkt.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art sind beispielsweise aus der WO 00/79236 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Verzögerung eines realen Crash-Versuches durch eine Beschleunigung des Versuchsobjekts simuliert. Das heißt, die bei einem Aufprall auf ein Hindernis auf die beweglichen Massen des Fahrzeugs wirkenden Beschleunigungskräfte werden direkt über eine Beschleunigung des Crash-Schlittens auf das Versuchsobjekt ausgeübt. Damit können reale Verzögerungskurven sehr gut nachgefahren werden. Eine Zerstörung des Versuchsobjekts erfolgt nicht. Die Erfindung ist grundsätzlich aber auch bei herkömmlichen Crash-Versuchen einsetzbar, bei denen das Objekt auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit beschleunigt wird und dann mit dieser Geschwindigkeit gegen ein Hindernis prallt, auch bei Crash-Versuchen bei denen nur Teile von Kraftfahrzeugen verwendet werden wie bspw. in der EP 1 750 112 A1 beschrieben.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird der erforderliche Gasdruck im Gasdruckspeicher durch einen Kompressor erzeugt. Die Befülldauer des Gasdruckspeichers ist verhältnismäßig groß. Daraus ergibt sich eine relativ lange Zykluszeit für die Crash-Versuche.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine kürzere Zykluszeit ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der gewünschte Gasdruck im Gasdruckspeicher durch Verschieben eines auf das Gas wirkenden Kolbens mittels eines seinerseits auf den Kolben wirkenden Hydrauliköls erfolgt.
Darüber hinaus wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Kolbenzylindereinheit vorgesehen ist mit einem Kolben, der den Zylinder in einen ersten Kolbenraum zur Aufnahme des Druckgases und einen zweiten Kolbenraum zur Aufnahme eines Hydrauliköls unterteilt, und dass der zweite Kolbenraum zur Verschiebung des Kolbens mit Hydrauliköl befüllbar ist.
Durch die Erzeugung des erforderlichen Gasdrucks mittels eines durch Hydrauliköl verschobenen Kolbens kann die Zykluszeit deutlich verringert werden. Das Hydrauliköl wird insbesondere durch eine Hydraulikpumpe gefördert, wodurch die Befülldauer des Gasdruckspeichers deutlich verringert werden kann. Je nach Ölpumpe können Zykluszeiten kleiner 15 Minuten erreicht werden.
Bevorzugt wird der Gasvorrat in einem insbesondere separaten Kolbenspeicher vorgehalten, der auf einer Seite des Kolbens das Gas und auf der anderen Seite das Hydrauliköl enthält. Hierfür kann vorteilhafterweise ein handelsüblicher hydraulischer Kolbenspeicher verwendet werden, wodurch die Kosten gesenkt werden können.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Gas nach Beendigung des Crash-Versuchs in das Gasreservoir, insbesondere den Kolbenspeicher zurückgefördert. Dadurch ergibt sich vorteilhafterweise ein geschlossener Gaskreislauf, wobei das bisher auftretende Lärmproblem beim Ablassen der Druckluft wegfällt. Darüber hinaus wird das Problem der Temperaturänderung durch Expansion und Kompression des Gases stark abgeschwächt und dadurch eine exaktere Befüllung des Gasdruckspeichers hinsichtlich des Drucks ermöglicht.
Bevorzugt erfolgt die Rückführung des Gases durch einen im Gasdruckspeicher vorgesehenen weiteren Kolben, der insbesondere ebenfalls durch Hydrauliköl verschoben wird. Dabei wird das Hydrauliköl bevorzugt von derselben Hydraulikpumpe gefördert wie das Hydrauliköl zur Erzeugung des Gasdrucks. Die Rückführung des Gases in das Gasreservoir ist dadurch besonders einfach realisiert.
Um den Gasdruckspeicher mit einer variablen Gasmenge, also unterschiedlichem Druck zu befüllen, ist bevorzugt ein Hydraulikölreservoir vorgesehen, aus dem der zweite Kolbenraum der Kolben-Zylinder-Einheit bedarfsweise befüllbar ist.
Der weitere Kolben im Gasdruckzylinder wird seinerseits nach Beendigung des Crash-Versuchs durch Rückführen der Schubstange in seine Ausgangslage gebracht. Auch dies stellt wiederum eine besonders einfache Lösung dar.
Als Gas wird insbesondere Stickstoff verwendet. Dies ist vom Expansions- und Kompressionsverhalten vorteilhaft und verringert die Korrosionsgefahr.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft insbesondere bei Crash-Versuchen einsetzbar, bei denen die Verzögerungskräfte eines realen Aufpralls lediglich simuliert werden, und insbesondere bei einem Verfahren, bei welchem die durch den Gasdruck aufgebrachte Beschleunigungskraft größer ist als die tatsächlich benötigte Kraft, wobei zur Erzielung der gewünschten Beschleunigungskurve eine Bremseinrichtung verwendet wird.
Alle vorstehenden Ausführungen gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt als einzige Figur in schematischer Darstellung
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung des Gasdrucks in einem Gasdruckspeicher für einen Crash-Versuch.
Die dargestellte Vorrichtung umfasst einen als Gasdruckspeicher 1 dienenden Zylinder 2, in welchem ein Kolben 3 verschiebbar geführt ist. Der Kolben 3 ist mit einer Schubstange 4 starr verbunden, die auf einer Seite aus dem Zylinder 2 herausgeführt ist und zur Einwirkung auf einem Crash-Schlitten dient.
Ein zweiter Kolben 5 ist in dem Zylinder 2 ebenfalls verschiebbar geführt. Er befindet sich auf der der Schubstange 4 abgewandten Seite des ersten Kolbens 3 und bildet einerseits mit diesem den Gasdruckraum 1 und andererseits mit dem Zylinder 2 einen weiteren Kolbenraum 6.
Der Gasdruckraum 1 steht über eine den zweiten Kolben 5 durchgreifende Leitung 7 und ein Wegeventil 8 in Verbindung mit einem ersten Kolbenraum 9 einer separaten Kolben-Zylinder-Anordnung 10. Das Wegeventil 8 ist zwischen einer die Leitung 7 verschließenden und einer diese freigebenden, hier dargestellten Stellung verstellbar, insbesondere elektromagnetisch. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 10 umfasst einen Kolben 11, der in einem Zylinder 12 verschiebbar geführt ist und diesen in den ersten Kolbenraum 9 und einen zweiten Kolbenraum 13 unterteilt. Der zweite Kolbenraum 13 ist über eine Leitung 14 und ein weiteres Wegeventil 15 mit einem Hydraulikaggregat 16 verbunden, welches eine Hydraulikpumpe und ein Hydraulikreservoir umfasst. Das Hydraulikaggregat 16 steht zudem über das Wegeventil 15 und eine Hydraulikleitung 17 mit dem zweiten Kolbenraum 6 des Gasdruckspeichers 2 in Verbindung.
Das Wegeventil 15 weist drei Stellungen auf, nämlich neben der dargestellten Schließstellung eine Stellung, in welcher die Hydraulikpumpe des Hydraulikaggregats 16 Hydrauliköl in den zweiten Kolbenraum 13 der Kolben-Zylinder-Anordnung 10 fördert, während Öl aus dem zweiten Kolbenraum 6 des Gasdruckspeichers 2 über die Leitung 17 in das Hyd raulikaggregat 16 rückfließen kann, und eine dritte Stellung, in welcher die Hydraulikpumpe des Hydraulikaggregats 16 Öl in den zweiten Kolbenraum 6 des Gasdruckspeichers 2 fördert und Öl aus dem zweiten Kolbenraum 13 der Kolben-Zylinder-Anordnung 10 in den Hydraulikspeicher des Hydraulikaggregats 16 rückfließen kann. Auch das zweite Wegeventil 15 ist bevorzugt elektromagnetisch betätigbar.
Zur Durchführung eines Crash-Versuchs mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird das Wegeventil 8 in seine Öffnungsstellung und das Wegeventil 15 in seine die Hydraulikpumpe des Hydraulikaggregats 16 mit dem Kolbenraum 13 der Kolben-Zylinder-Anordnung 10 verbindende Stellung gebracht. Durch Betätigen der Hydraulikpumpe des Hydraulikaggregats 16 wird Öl in den Kolbenraum 13 gefördert. Dadurch verschiebt sich der Kolben 11 gemäß Doppelpfeil III nach links, wodurch das im Kolbenraum 9 vorhandene Gas über das Wegeventil 8 und durch den Kolben 5 in den Gasdruckraum 1 gefördert wird. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis im Gasdruckraum 1 der gewünschte Druck eingestellt ist. Dabei verbleibt der Kolben 3 mit Kolbenstange 4 durch eine hier nicht dargestellte Bremseinrichtung in seiner Stellung, während sich gegebenenfalls der Kolben 5 gemäß Doppelpfeil I nach links in seine Endstellung bewegt, sofern er sich nicht bereits dort befindet. Nach Einstellung des gewünschten Druckes werden die beiden Wegeventile 8 und 15 geschlossen, so dass der Druck ohne Betätigung der Hydraulikpumpe aufrechterhalten bleibt. Nun kann ein Crash-Versuch durchgeführt werden, indem die nicht dargestellte Bremseinrichtung gelöst wird. Dadurch fährt die Schubstange 4, vom Kolben 3 getrieben, gemäß Doppelpfeil III nach rechts aus dem Gasdruckspeicher 2 aus und verschiebt den Versuchsgegenstand in der gewünschten Weise. Insbesondere wird die Bremseinrichtung so betätigt, dass der Gegenstand eine Beschleunigung entsprechend einer realen Verzögerungskurve erfährt.
Nach Beendigung des Crash-Versuchs wird das Wegeventil 8 wieder geöffnet und das Wegeventil 15 in seine zweite Öffnungsstellung gebracht, in welcher die Hydraulikpumpe des Hydraulikaggregats 16 mit dem zweiten Kolbenraum 6 des Gasdruckspeichers 2 in Verbindung steht und der Hydraulikspeicher mit dem zweiten Kolbenraum 13 der Kolben-Zylinder-Anordnung 10. Durch Betätigung der Hydraulikpumpe wird Hydrauliköl in den Kolbenraum 6 gefördert, wodurch sich der Kolben 5 gemäß Doppelpfeil I nach rechts bewegt. Das zwischen dem Kolben 5 und dem Kolben 3 befindliche Druckgas, insbesondere Stickstoff, wird dadurch über die Leitung 7 und das Wegeventil 8 in den Gasspeicherraum 9 rückgefördert. Dadurch bewegt sich auch der Kolben 11 gemäß Doppelpfeil III nach rechts und fördert das Öl aus dem Kolbenraum 13 über die Leitung 14 und das Wegeventil 15 in den Hydraulikspeicher des Hydraulikaggregats 16 zurück. Sobald der Kolben 5 an dem Kolben 3 zur Anlage kommt, ist das gesamte Druckgas wieder im Druckgasreservoir 9. Nun wird die Schubstange 4 gemäß Doppelpfeil II nach links ebenfalls in ihre Ausgangsstellung rückgeführt, wodurch sich der Kolben 5 gemäß Doppelpfeil I ebenfalls nach links in Richtung auf seine Ausgangsstellung bewegt. Dann kann eine erneute Beladung des Gasdruckraums 1 in der zuvor beschriebenen Weise erfolgen, wobei die Schubstange 4 durch die Bremseinrichtung wieder gehalten wird und sich der Kolben 5 durch den sich aufbauenden Gasdruck im Gasdruckraum 1 nach links in seine Endstellung bewegt. Dabei sowie beim Verschieben des Kolbens 5 durch die Schubstange 4 wird das im Kolbenraum 6 befindliche Öl über die Leitung 17 und das Wegeventil 15 in das Hydraulikreservoir des Hydraulikaggregats 16 rückgefördert.

1: Gasdruckraum
2: Gasdruckspeicher
3: Kolben
4: Schubstange
5: Kolben
6: Kolbenraum
7: Leitung
8: Wegeventil
9: Kolbenraum
10: Kolben-Zylinder-Anordnung
11: Kolben
12: Zylinder
13: Kolbenraum
14: Leitung
15: Wegeventil
16: Hydraulikaggregat
17: Leitung
I: Doppelpfeil
II: Doppelpfeil
III: Doppelpfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 00/79236 A1 [0003]
- EP 1750112 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Durchführung von Crash-Versuchen, bei welchen ein insbesondere auf einem Versuchsschlitten angeordneter Gegenstand, insbesondere Kraftfahrzeug oder Teil eines Kraftfahrzeugs, beschleunigt wird, wobei die Beschleunigungskraft über einen Gasdruckspeicher (2) aufgebracht wird, der, insbesondere über einen Kolben (3) und eine Schubstange (4), auf den zu beschleunigenden Gegenstand wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der gewünschte Gasdruck im Gasdruckspeicher (2) durch Verschieben eines auf das Gas wirkenden Kolbens (5) mittels eines seinerseits auf den Kolben wirkenden Hydrauliköls erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliköl durch eine Hydraulikpumpe gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erforderliche Gasvorrat in einem insbesondere separaten Kolbenspeicher (10) vorgehalten wird, der auf einer Seite des Kolbens (11) das Gas und auf der anderen Seite das Hydrauliköl enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas nach Beendigung des Crash-Versuchs in das Gasreservoir (9) zurückgefördert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Rückförderung des Gases durch Verschieben eines im Gasdruckspeicher (2) vorhandenen weiteren Kolbens (5) erfolgt, der insbesondere durch Hydrauliköl verschoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliköl von derselben Hydraulikpumpe (16) gefördert wird, wie das Hydrauliköl zur Erzeugung des Gasdrucks.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kolben (5) durch Rückführen der Schubstange (4) in seine Ausgangslage gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskreislauf geschlossen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkreislauf geschlossen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkreislauf ein Hydraulikreservoir (16) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Stickstoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungskräfte eines realen Aufpralls simuliert werden, indem der Gegenstand entsprechend der realen Verzögerungskurve beschleunigt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Versuches auf dem Crash-Schlitten einerseits eine Kraft in Beschleunigungsrichtung ausgeübt wird, die größer ist als die zur Beschleunigung entsprechend der realen Verzögerungskurve jeweils nötige Kraft, und dass zur Erzielung der gewünschten Beschleunigungskurve auf den Crash-Schlitten oder auf eine diesen antreibende Vorrichtung andererseits eine der Beschleunigungsrichtung entgegengerichtete Bremskraft ausgeübt wird, die so groß ist, dass die resultierende Kraft den Schlitten entsprechend der gewünschten Beschleunigungskurve beschleunigt.
Vorrichtung zur Durchführung von Crash-Versuchen, bei welchen ein insbesondere auf einem Versuchsschlitten angeordneter Gegenstand, insbesondere Kraftfahrzeug oder Teil eines Kraftfahrzeugs, beschleunigt wird, mit einem Gasdruckspeicher (2) zur Erzeugung der Beschleunigungskraft, welcher, insbesondere über einen Kolben (3) und eine Schutzstange (4) auf den zu beschleunigenden Gegenstand wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolben-Zylinder-Anordnung (10) vorgesehen ist mit einem Kolben (11), der den Zylinder (12) in einen ersten Kolbenraum (9) zur Aufnahme des Druckgases und einen zweiten Kolbenraum (13) zur Aufnahme eines Hydrauliköls unterteilt, und dass der zweite Kolbenraum (13) zur Verschiebung des Kolbens (11) mit Hydrauliköl befüllbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolbenraum (13) über eine Hydraulikpumpe an ein Hydraulikölreservoir angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylinder-Anordnung (10) als separater Kolbenspeicher ausgebildet ist und dass der erste Kolbenraum (9) über eine Druckleitung (7) mit dem Gasdruckspeicher (2) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Gasdruckspeicher (2) ein weiterer Kolben (5) vorgesehen ist, durch welchen das Gas aus dem Gasdruckspeicher (2) in das Gasreservoir (9) rückförderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kolben (5) den Gasdruckspeicher (2) in einen ersten Kolbenraum (1) für das Gas und einen zweiten Kolbenraum (6) unter teilt, welcher zur Verschiebung des Kolbens (5) mit Hydrauliköl befüllbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolbenraum (6) über dieselbe Hydraulikpumpe an das Hydraulikreservoir angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kolben (5) durch Rückführen der Schubstange (4) in seine Ausgangsposition bringbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskreislauf geschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkreislauf geschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Stickstoff vorgesehen ist.