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Die Erfindung betrifft eine Crashsimulationsanlage mit mindestens einem Parallelschlitten, der translatorisch bewegbar sychron geführt ist, und mit mindestens einer Kamera. Dem Parallelschlitten ist eine Bremseinrichtung zugeordnet. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Crashsimulationsanlage.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 021 686 A1 sind eine gattungsgemäße Crashsimulationsanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Crashsimulationsanlage bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Crashsimulationsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und/oder den Betrieb einer derartigen Crashsimulationsanlage weiter zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einer Crashsimulationsanlage mit einem Parallelschlitten, der translatorisch bewegbar synchron geführt ist, und mit mindestens einer Kamera, der eine Bremseinrichtung zugeordnet ist, dadurch gelöst, dass die Bremseinrichtung eine berührungslose Bremse umfasst. Die berührungslose, das heißt berührungslos arbeitende Bremse liefert den Vorteil, dass ein Initialstoß mit unerwünschten kurzzeitigen Beschleunigungsspitzen am Anfang eines Bremsvorgangs entfällt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Crashsimulationsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die berührungslose Bremse als lineare Wirbelstrombremse ausgeführt ist. Das liefert den Vorteil, dass die Kamera ohne unerwünschten Initialstoß verschleißfrei abgebremst werden kann.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Crashsimulationsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung mindestens einen Dauermagneten umfasst.
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Der Dauermagnet dient dazu, ein Dauermagnetfeld zu erzeugen, durch das auch bei einem Stromausfall ausreichend Bremswirkung bereitgestellt werden kann.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Crashsimulationsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung mindestens ein metallisches, elektrisch leitendes Bremselement umfasst, das einem Kameraschlitten zugeordnet und zwischen zwei Dauermagneten hindurch bewegbar ist. Die Dauermagnete sind vorzugsweise als Platten ausgeführt, die voneinander beabstandet sind. Das elektrisch leitende Bremselement kann als Finne ausgeführt sein, die an dem Kameraschlitten befestigt ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Crashsimulationsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bremseinrichtung eine Entkopplungseinrichtung vorgeschaltet ist. Die Entkopplungseinrichtung dient dazu, den Kameraschlitten vor einem Bremsvorgang von einem Hauptschlitten zu entkoppeln. Der Hauptschlitten wird auch als Parallelschlitten bezeichnet und vorzugsweise in einem anderen Führungssystem als die Kamera bewegt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Crashsimulationsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung zusätzlich zu der berührungslosen Bremse eine mechanische und/oder eine hydraulische Bremse umfasst. Die zusätzliche Bremse umfasst vorzugsweise mindestens einen hydraulischen Pralldämpfer. Die zusätzliche Bremse dient dazu, die Kamera, nachdem sie berührungslos abgebremst wurde, zum Stillstand zu bringen. Dabei wird der Hauptteil der Bremswirkung von der berührungslosen Bremse aufgebracht. Die zusätzliche Bremse dient vorzugsweise nur dazu, die Kamera aus einem relativ langsamen Bewegungszustand vollständig zum Stillstand zu bringen.
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Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben einer vorab beschriebenen Crashsimulationsanlage alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Kamera berührungslos abgebremst wird. Durch das berührungslose Abbremsen kann der Verschleiß im Betrieb der Crashsimulationsanlage minimiert werden. Darüber hinaus werden unerwünschte Initialstöße, die mit ihren kurzzeitigen Beschleunigungsspitzen zu Beschädigungen der Kamera führen könnten, vermieden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera von dem Parallelschlitten entkoppelt wird, bevor sie berührungslos abgebremst wird. Der Parallelschlitten wird auch als Hauptschlitten bezeichnet und ist vorzugsweise unabhängig von der Kamera geführt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera mit Hilfe mindestens einer Wirbelstrombremse abgebremst wird. Als Wirbelstrombremse wird eine verschleißfreie Bremse bezeichnet, die Wirbelstromverluste von in Magnetfeldern bewegten Metallelementen zum Abbremsen nutzt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Crashsimulationsanlage in der Vorderansicht;
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2 eine vereinfachte Darstellung der Crashsimulationsanlage aus 1 in der Draufsicht;
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3 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremseinrichtung und
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4 einen Geschwindigkeits- und Bremskraftverlauf zu der Bremseinrichtung aus 3.
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In den 1 und 2 ist eine Crashsimulationsanlage 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Mit der Crashsimulationsanlage 1 können Fahrzeugsicherheitsversuche durchgeführt werden. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe eines Parallelschlittens 4 ein Aufprall simuliert, indem eine Fahrzeugkarosserie mit Dummies auf dem Parallelschlitten 4 einer Beschleunigung unterzogen wird, wie sie bei einem realen Blockaufprall auftritt. Wegen seiner Beschleunigung wird der Parallelschlitten 4 auch als Beschleunigungsschlitten bezeichnet. Analog wird die Crashsimulationsanlage 1 auch als Beschleunigungsanlage bezeichnet. Es gibt auch so genannte Verzögerungsanlagen mit Verzögerungsschlitten.
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Die zu beobachtenden und zu analysierenden Bewegungen laufen in etwa einer Zehntelsekunde ab. Da das menschliche Auge in dieser kurzen Zeit Vorgänge nicht detailliert erfassen und erkennen kann, werden Kameras, vorzugsweise Hochgeschwindigkeitskameras, eingesetzt, die den zu untersuchenden Vorgang im Allgemeinen in Millisekunden auflösen. Bei herkömmlichen Crashsimulationsanlagen werden die Kameras zusammen mit dem Parallelschlitten bewegt beziehungsweise geschossen. Wenn die Kameras mit Hilfe von Auslegern an dem Parallelschlitten befestigt sind, kann es passieren, dass sich die Beschleunigungskraft über die Ausleger negativ auf die Aufzeichnungsqualität der Kameras auswirkt.
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Der Parallelschlitten 4 ist, zum Beispiel mit Hilfe von Führungsschienen 5, 6 und/oder einer Führungseinrichtung 8, translatorisch bewegbar geführt. Die Bewegungsrichtung des Parallelschlittens 4 ist in 2 durch einen Pfeil 34 angedeutet. In 1 erfolgt die Bewegung des Parallelschlittens 4 senkrecht zur Zeichenebene. Auf dem Parallelschlitten 4 ist ein Kraftfahrzeug oder eine Kraftfahrzeugkarosserie 10 angedeutet, die bei der Crashsimulation über den Parallelschlitten 4 zunächst beschleunigt und dann langsam abgebremst wird.
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Interessierende Veränderungen an dem Kraftfahrzeug 10 werden mit Hilfe von drei Kameras 11, 12, 13 erfasst, die in Abständen von jeweils ein bis zwei Metern von dem Kraftfahrzeug 10 seitlich und oberhalb von diesem angeordnet sind. Die Abstände zwischen den Kameras 11 bis 13 und dem Kraftfahrzeug 10 sind erforderlich, um den Beobachtungsraum in dem Kraftfahrzeug beziehungsweise der Testkarosserie 10 scharf abbilden zu können.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die Kameras 11 bis 13 in unterschiedlichen Führungssystemen durch separate Kameraschlitten 21, 22, 23 geführt. Die Kameras 11 bis 13 sind, wie der Parallelschlitten 4, auf einem massiven, stabilen, schwingungsfreien Gestell montiert, das circa 1,5 bis 1,8 Meter neben der Schlittenbahn des Parallelschlittens 4 beziehungsweise oberhalb von diesem aufgestellt beziehungsweise aufgehängt ist.
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Die Bewegungsbahn des Parallelschlittens 4 hat eine Strecke von insgesamt circa 30 Metern, wobei das zu beobachtende Ereignis auf den ersten drei Metern stattfindet. Der restliche Weg ist reiner Bremsweg für den Parallelschlitten 4 mit der Karosserie 10. Der Bremsvorgang des Parallelschlittens 4 darf nicht zu scharf ausgeführt werden, damit ein unerwünschtes Verrutschen der Dummies beziehungsweise des Versuchsaufbaus verhindert wird.
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Die Kameraschlitten 21 bis 23 sind jeweils in einer separaten Kameraführung 25, 26, 27 unabhängig von dem Parallelschlitten 4 geführt. Die Führungen 25, 26, 27 sind vorzugsweise schwingungs- und spielfrei sowie reibungsarm ausgelegt. Durch die separaten Kameraführungen 25 bis 27 ist sichergestellt, dass die Kameras 11 bis 13 mit den Kameraschlitten 21 bis 23 jeweils nur einen Bewegungsfreiheitsgrad in Bewegungsrichtung des Parallelschlittens 4 haben.
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Über Gestänge 28, 29, 30 sind die Kameraschlitten 21 bis 23 einzeln mit dem Parallelschlitten 4 koppelbar. Durch eine zeitweise Kopplung der Kameraschlitten 21 bis 23 mit dem Parallelschlitten 4 kann auf einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass die Kameras 11 bis 13 in dem zu untersuchenden Bewegungsabschnitt auf ihrer jeweiligen Führung 25 bis 27 zeitlich und mechanisch synchron zu dem Parallelschlitten 4 ihre Bewegung in Schussrichtung ausführen. Die Kameraschlitten 21 bis 23 sind vorzugsweise zu einem Startzeitpunkt der Bewegung des Parallelschlittens 4 mit diesem gekoppelt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kameraschlitten 21 bis 23 beim Start eines Versuchs die gleiche Beschleunigung wie der Parallelschlitten 4 erfahren.
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In 2 ist eine mechanische Kopplungseinrichtung 40 angedeutet, durch die der Kameraschlitten 21 über das Gestänge 28 mechanisch mit dem Parallelschlitten 4 koppelbar ist. Die Antriebsleistung der Kameraschlitten 21 bis 23 wird dem Parallelschlitten 4 entnommen. Über die vorzugsweise hochsteif ausgeführten Gestänge 28 bis 30 wird die bei der Beschleunigung auftretende Schubkraft von dem Parallelschlitten 4 auf die Kameraschlitten 21 bis 23 übertragen. Die Steifigkeit der Kopplungsgestänge 28 bis 30 ist für die Qualität der horizontalen Bewegsynchronität entscheidend. Die erforderliche Steifigkeit wird vorzugsweise durch leichte, hochfeste Werkstoffe, zum Beispiel in Compositebauweise, ermöglicht.
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Die Kameraführungen 25 bis 27 können wesentlich kürzer als die Führung des Parallelschlittens 4 gebaut werden, da die Kameraschlitten 21 bis 23 mit den Kameras 11 bis 13 mit der gleichen Beschleunigung abgebremst werden können, mit der sie beschleunigt werden. Nach der gemeinsamen Beschleunigungsphase und einer Beobachtungsstrecke von zum Beispiel zwei Metern können die Kameraschlitten 21 bis 23 mit Hilfe einer Entkopplungseinrichtung 44 von dem Parallelschlitten 4 abgekoppelt werden.
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Das Abkoppeln kann durch eine sanft ansteigende Kurvenbahn erfolgen, an der ein Entkopplungsriegel entlang geführt wird. Nach einer kurzen Sicherheitszone von circa 0,2 Metern sind die Kopplungsgestänge 28 bis 30 und die zugehörigen Kameraschlitten 21 bis 23 vollständig von dem Parallelschlitten 4 entkoppelt und können mit Hilfe einer Bremseinrichtung 50 unabhängig von dem Parallelschlitten 4 abgebremst werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung verbleiben die Gestänge 28 bis 30 an dem Parallelschlitten 4 und das Koppeln beziehungsweise Entkoppeln erfolgt zwischen den Gestängen 28 bis 30 und den zugehörigen Kameraschlitten 21 bis 23.
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Die in den 3 und 4 detailliert dargestellte Bremseinrichtung 50 dient dazu, die Kameraschlitten 21 bis 23 abzubremsen. Zu diesem Zweck ist jedem Kameraschlitten 21 bis 23 eine Bremseinrichtung 50 zugeordnet. Vor dem Abbremsen werden die Kameraschlitten 21 bis 23 von dem Parallelschlitten 4 entkoppelt, der auch als Hauptschlitten bezeichnet wird. Danach werden die Kameraschlitten 21 bis 23 mit den darauf montierten Kameras 11 bis 13 mit Hilfe der Bremseinrichtungen 50 auf kurzer Strecke abgebremst.
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Die in den 3 und 4 dargestellte Bremseinrichtung 50 umfasst eine lineare Wirbelstrombremse 55. Die Wirbelstrombremse 55 liefert den Vorteil, dass die Bremskraft berührungslos wirkt, so dass kein unerwünschter Initialstoß mit seinen schädlichen kurzzeitigen Beschleunigungsspitzen entstehen kann.
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Die Wirbelstrombremse 55 umfasst zwei zum Beispiel plattenförmige Dauermagneten 51 und 52. Die beiden Dauermagnete 51 und 52 sind parallel zueinander angeordnet. Die Bremseinrichtung 50 umfasst des Weiteren ein ebenfalls plattenförmiges Bremselement 54, das aus einem elektrisch leitenden Metall, wie Kupfer, Aluminium und/oder Stahl, gebildet ist.
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Wenn das Bremselement 54 in einem kleinen Abstand zwischen den beiden Dauermagneten 51 und 52 hindurch bewegt wird, wie es durch einen großen horizontalen Pfeil 56 angedeutet ist, dann werden in dem Bremselement 54 Wirbelströme erzeugt. Diese Wirbelströme wiederum bauen ein Magnetfeld um sich herum auf, das eine Kraftwirkung gegen das Magnetfeld der Dauermagneten 51, 52 zur Folge hat, das durch vertikale Pfeile 57 angedeutet ist.
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Die Kräfte aus dem Dauermagnetfeld 57 und den durch Wirbelströme induzierten Magnetfeldern des schnell bewegten Bremselements 54 wirken entgegengesetzt, so dass das bewegte Bremselement 54 abgebremst wird, das heißt seine Geschwindigkeit verringert wird.
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In 4 ist durch Pfeile der Geschwindigkeitsverlauf 61 zusammen mit dem Bremskraftverlauf 62 angedeutet. Das Verhältnis zwischen Geschwindigkeit und Bremskraft ist nicht proportional. Wenn die Geschwindigkeit gegen Null geht, dann werden keine Wirbelströme und somit auch kein gegenwirkendes Kraftmagnetfeld mehr induziert. Daher kann die Geschwindigkeit mit Hilfe der Wirbelstrombremse 55 nicht vollständig auf Null herabgebremst werden.
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Um das Bremselement 54 vollständig zum Stillstand zu bringen, ist vorzugsweise eine hydraulische Bremse in Form eines hydraulischen Pralldämpfers mit minimaler Bremsleistung vorgesehen.
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In 4 ist angedeutet, dass sich das als elektrisch leitende Platte ausgeführte Bremselement 54 in den Zwischenraum zwischen die beiden Dauermagnete 51 und 52 hinein bewegt. Zunächst befindet sich nur ein kleines Ende des Bremselements 54 im Dauermagnetfeldbereich 57. Es können somit keine großen Wirbelströme und folglich keine großen Bremskräfte erzielt werden. Je weiter die Metallplatte zwischen die Dauermagneten 51 und 52 eindringt, desto stärkere Wirbelströme und somit wachsende Gegenmagnetfelder entstehen.
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Auf die abzubremsende Masse des Bremselements 54 wirkt im ersten Augenblick eine moderate Kraft, welche anschließend rasant ansteigt und eine entsprechende Bremskraftwirkung zur Geltung bringt. Das Bremselement 54 ist vorzugsweise fest mit einem der Kameraschlitten 21 bis 23 verbunden. Die Dauermagnete 51 und 52 können seitlich neben den Kameraführungen 25 bis 27 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, einen der Dauermagneten mit den Kameraführungen 25 bis 27 zu kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009021686 A1 [0002]
