DE102007012492B4

DE102007012492B4 - Vorrichtung zur Durchführung von Crash-Versuchen

Info

Publication number: DE102007012492B4
Application number: DE102007012492.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Moser Andreas; Dipl.-Ing. Hofinger Manfred; Gundula Steffan
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2017-11-23
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: EP2122322B1; JP2010521668A; EP2122322A4; CN101652648A; KR101395688B1; WO2008115343A1; US20100192666A1; CA2681048C; KR20090129999A; CN101652648B; EP2122322A1; CA2681048A1; DE102007012492A1; JP5243458B2; US8453489B2

Abstract

Vorrichtung zur Durchführung von Crash-Versuchen, bei welchen ein auf einem Versuchsschlitten angeordneter Gegenstand, Kraftfahrzeug oder Teil eines Kraftfahrzeugs beschleunigt wird, mit einem als Gasdruckspeicher dienenden Zylinder (2), in welchem ein erster Kolben (3) verschiebbar geführt ist, wobei der erste Kolben (3) mit einer Schubstange (4) starr verbunden ist, die auf einer Seite aus dem Zylinder (2) herausgeführt ist und auf den Versuchsschlitten und den zu beschleunigenden Gegenstand wirkt, wobei im Zylinder (2) ein zweiter Kolben (5) ebenfalls verschiebbar geführt vorgesehen ist, welcher sich auf der Schubstange (4) abgewandten Seite des ersten Kolbens (3) befindet und einerseits mit diesem den Gasdruckraum (1) und andererseits mit dem Zylinder (2) einen weiteren Kolbenraum (6) bildet, welcher zur Verschiebung des zweiten Kolbens (5) mit Hydrauliköl befüllt ist, wobei der Gasdruckraum (1) über einen zweiten Kolben (5) durchgreifende Leitung (7) und ein Wegeventil (8) in Verbindung mit einem ersten Kolbenraum (9) einer separaten Kolben-Zylinder-Anordnung (10) steht, wobei durch die Leitung (7) das Gas aus dem Zylinder (2) in den ersten Kolbenraum 9 rückförderbar ist, wobei die separate Kolben-Zylinder-Anordnung (10) mit einem Kolben (11) versehen ist, der den Zylinder (12) in den ersten Kolbenraum (9) zur Aufnahme des Druckgases und einen zweiten Kolbenraum (13) zur Aufnahme eines Hydrauliköls unterteilt, und wobei der zweite Kolbenraum (13) zur Verschiebung des Kolbens (11) mit Hydrauliköl befüllt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung von Crash-Versuchen, bei welchen ein auf einem Versuchsschlitten angeordneter Gegenstand, Kraftfahrzeug oder Teil eines Kraftfahrzeugs beschleunigt wird, mit einem Gasdruckspeicher zur Erzeugung der Beschleunigungskraft, welche über einen Kolben und eine Schubstange auf den zu beschleunigenden Gegenstand wirkt.
Eine Vorrichtung der genannten Art ist beispielsweise aus der WO 00/79236 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung 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.
Die Druckschrift DE 695 20 858 T2 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufprallprüfung, insbesondere in simulierten Kraftfahrzeugzusammenstößen, und spezieller eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Prüfung von Insassenrückhaltevorrichtungen, wie Sitzgurten und Airbags, in einem simulierten Seitenaufprallzusammenstoß eines Kraftfahrzeugs mit einem Insassen.
Die Druckschrift DE 101 17 524 A1 betrifft eine Antriebseinrichtung für einen Katapultschlitten mit zwei hintereinander angeordneten Gaszylindern, einem zwischen diesen angeordneten und mit wenigstens einer Gasdurchtrittsöffnung versehenen Öffnungsteil, einer im hinteren Gaszylinder ausgebildeten Loadkammer für ein Druckgas und einer im vorderen Gaszylinder ausgebildeten Setkammer für ein Puffergas, einem in dieser verschiebbar angeordneten Arbeitskolben mit einer nach vorne ragenden Schubstange für den Katapultschlitten, einer zwischen dem Öffnungsteil und dem Arbeitskolben ausgebildeten Triggerkammer und wenigstens einem Gasanschluss für die Loadkammer zur Befüllung mit Druckgas. Um zu erreichen, dass der Beschleunigungsverlauf eines mit dem Katapultschlitten gekoppelten Antriebskolbens ohne Umrüsten der Antriebseinrichtung einstellbar ist, wird vorgeschlagen, im Öffnungsteil wenigstens ein die Gasdurchtrittsöffnung verschließendes und freigebendes steuerbares Ventil anzuordnen, über das der Druckgasstrom der Loadkammer in die Triggerkammer und der auf den Arbeitskolben wirkende Gasdruck steuerbar sind.
Bei den bekannten 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, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine kürzere Zykluszeit ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insbesondere vorgesehen, 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.
Der Gasvorrat in einem insbesondere separaten Kolben-speicher 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 der Erfindung wird das Gas nach Beendigung des Crash-Versuchs in das Gasreservoir, insbesondere den Kolbenspeicher zurückgefördert. Dadurch ergibt sich vorteilhaft-erweise 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.
Die Rückführung des Gases erfolgt durch einen im Gasdruck-speicher 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 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisierbare 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.
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 10 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 Kolben-raum 9 einer separaten Kolben-Zylinder-Anordnung 10. Das Wegeventil 8 15 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 Hydraulikaggregat 16 rückfließen kann, und eine dritte Stellung, in welcher die Hydraulikpumpe des Hydraulikaggregats 16 Öl in den zweiten Kolben-raum 6 des Gasdruckspeichers 2 fördert und Öl aus dem zweiten Kolben-raum 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 Hydraulik-aggregats 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 II 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.
Bezugszeichenliste

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

Claims

Vorrichtung zur Durchführung von Crash-Versuchen, bei welchen ein auf einem Versuchsschlitten angeordneter Gegenstand, Kraftfahrzeug oder Teil eines Kraftfahrzeugs beschleunigt wird, mit einem als Gasdruckspeicher dienenden Zylinder (2), in welchem ein erster Kolben (3) verschiebbar geführt ist, wobei der erste Kolben (3) mit einer Schubstange (4) starr verbunden ist, die auf einer Seite aus dem Zylinder (2) herausgeführt ist und auf den Versuchsschlitten und den zu beschleunigenden Gegenstand wirkt, wobei im Zylinder (2) ein zweiter Kolben (5) ebenfalls verschiebbar geführt vorgesehen ist, welcher sich auf der Schubstange (4) abgewandten Seite des ersten Kolbens (3) befindet und einerseits mit diesem den Gasdruckraum (1) und andererseits mit dem Zylinder (2) einen weiteren Kolbenraum (6) bildet, welcher zur Verschiebung des zweiten Kolbens (5) mit Hydrauliköl befüllt ist, wobei der Gasdruckraum (1) über einen zweiten Kolben (5) durchgreifende Leitung (7) und ein Wegeventil (8) in Verbindung mit einem ersten Kolbenraum (9) einer separaten Kolben-Zylinder-Anordnung (10) steht, wobei durch die Leitung (7) das Gas aus dem Zylinder (2) in den ersten Kolbenraum 9 rückförderbar ist, wobei die separate Kolben-Zylinder-Anordnung (10) mit einem Kolben (11) versehen ist, der den Zylinder (12) in den ersten Kolbenraum (9) zur Aufnahme des Druckgases und einen zweiten Kolbenraum (13) zur Aufnahme eines Hydrauliköls unterteilt, und wobei der zweite Kolbenraum (13) zur Verschiebung des Kolbens (11) mit Hydrauliköl befüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Kolbenraum (13) über eine Hydraulikpumpe an ein Hydraulikreservoir angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Kolbenraum (6) über dieselbe Hydraulikpumpe an das Hydraulikreservoir angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der weitere Kolben (5) durch Rückführen der Schubstange (4) in seine Ausgangsposition bringbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gaskreislauf geschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Hydraulikkreislauf geschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Stickstoff vorgesehen ist.