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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Simulation feuchtigkeitsbedingter Folgeerscheinungen, insbesondere zur Prüfung dynamischer Dichtheit lackierter Fahrzeugrohkarosserien, die einen Windkanal und eine Beregnungsanlage umfasst.
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Aus der
DE 2522371 A1 ist ein Windkanal bekannt, der mit geschlossener Luftführung gute Strömungsqualität über verschiedene Messstrecken erzeugt. Die auf dieser Schrift basierende
DE 29903255 U1 beschreibt einen Windkanal in Kombination mit Umwelteinflüsse simulierenden Einheiten, wie z. B. Wasserinjektoren im Windkanal, Heiz- und Kühlaggregaten, Sand- und Verschmutzungsmodulen. Auf einer Messstrecke mit einer stationären Messanordnung könnten durch die Bewindung dynamische Prozesse in kinematischer Umkehr simuliert werden. Darüber hinaus wird dieser Windkanal, wie in einem Skript der
Fa. RAIL TEC ARSENAL zum 7. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium 2006 von Herrn Gabriel Haller beschrieben, zu Klima- und Funktionstests an Straßenfahrzeugen genutzt. Im Deckenbereich des Klima-Windkanals (KWK) ist eine Beregnungsanlage vorgesehen, und entlang des KWKs sind Anschlüsse für lokale Beschneiung bzw. Beregnung vorhanden.
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Der Nachteil dieser Anlagen liegt jedoch in der mangelnden Abbildung von realen feuchtigkeitsbedingten Folgeerscheinungen, wie z. B. das Eindringen von Regen in den Bodenbereich einer Karosserie bei Regenfahrt, insbesondere bei geänderten Innendruckverhältnissen, wie sie beispielsweise bei geöffnetem Seitenfenster oder Schiebedach bei höheren Geschwindigkeiten etwa bei 160 km/h erzeugt werden. In den bisher bekannten Anlagen besteht darüber hinaus die Problematik, dass die Feuchtigkeit im Gegensatz zu einer realen Regenfahrt bei Windgeschwindigkeiten ab 70–80 km/h über die Karosserie durch deren Strömungseigenschaften ohne ausreichende Benetzung hinweg geblasen werden kann. Darüber hinaus wird die Feuchtigkeit durch die Wirkung des Windkanals zerstäubt, bevor sie auf die Karosserie trifft, was zu weiterer Abweichung der simulierten Situation im Vergleich zur realen Fahrt führt. Ergänzt wird die realitätsferne Beregnung durch den Nachteil, dass bisher Gischt, wie sie bei einer in Realität flächig rollenden feuchtigkeitsbelasteten Karosserie auftritt, nicht simulierbar ist.
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Es ist daher Aufgabe, eine Anlage zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, feuchtigkeitsbedingte Folgeerscheinungen an einem Prüfkörper, insbesondere einer lackierten Fahrzeugkarosserie, realitätsnah zu simulieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anlage mit Windkanal, Prüfraum und Beregnungsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Hauptaspekt der Erfindung betrifft einen Windkanal mit einer Turbine. Dieser Windkanal ist über ein Windkanaltor an einen Prüfraum angeschlossen. Der Prüfraum mit Prüfraumboden besitzt Prüfkörperaufnahmen, die zur Positionierung eines Prüfkörpers vorgesehen sind. Weiterhin ist eine Beregnungsanlage Bestandteil der Anlage, mit der der im Prüfraum befindliche Prüfkörper mit Prüfflüssigkeit beaufschlagt werden kann. Die Beregnungsanlage zeichnet sich durch eine Vielzahl von Düsen aus, die auf oder unter einer bodenparallelen Ebene der Prüfkörperaufnahmen angeordnet sind und dadurch einen dem Prüfraumboden zugewandten Bodenbereich des Prüfkörpers mit Prüfflüssigkeit beaufschlagen können.
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Die Kombination des durch den Windkanal bewindeten Prüfraums mit einer Beregnungsanlage mit einer Vielzahl von Düsen, die sich zwischen Prüfraumboden und Prüfkörperbodenbereich befinden, ist deshalb vorteilhaft, weil damit eine Beregnung bzw. Befeuchtung, wie sie im Realfall durch Gischt und nassen Untergrund beim Abrollen auf selbigem entstehen würde, simulierbar wird. Die Erfindung beruht demnach auf dem Gedanken, das Prinzip der Realisierung abroll- und strömungsspezifischer Feuchtigkeitsbeaufschlagung besonders durch eine realistische Darstellung einer Regenfahrt bei hohen Geschwindigkeiten durch den Einsatz der Vielzahl von Düsen auch unter dem Prüfkörper, zu berücksichtigen. Wie der Regen kommt die Feuchtigkeit dabei aus einer Vielzahl von Quellen und trifft über Wind und Aufprall-Reflektionen an Unterseiten und Hinterschneidungen des Prüfkörpers, was besonders die Wirkung der Dynamik bei Regenfahrt simulierbar macht. Darüber hinaus ist durch einen leistungsfähigen Windkanal mit hohen Windgeschwindigkeiten eine Nachstellung einer realen Fahrt insbesondere für Fahrzeuge möglich, die vom Kunden auch bei diesen Geschwindigkeiten genutzt werden. Bei den hier zu prüfenden feuchtigkeitsbedingten Folgeerscheinungen bietet die Anlage die Möglichkeit, die Bedingungen bei einer Geschwindigkeitsfahrt durch Regen bei 160 km/h und mehr mit dem Prüfkörper abzuprüfen und dabei noch die Situation eines geöffneten Schiebedachs oder eines geöffneten Seitenfensters mit der entstehenden Unterdrucksituation im Innenraum durch den „Fahrtwind” zu kombinieren. Da die Öffnung des Innenraums bei noch höheren Fahrtgeschwindigkeiten als unrealistisch angenommen hat, wurde bisher eine Prüfung bei max. 160 km/h vorgenommen. Besonders wertvoll sind hier die Informationen, die durch die Möglichkeit gewonnen werden, in dieser Anlage eine prüfkörperformspezifische Strömungssituation mit Feuchtigkeitsverhalten wie bei einer Fahrtsituation auf einem Untergrund darzustellen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform ist, die Position der Düsen im Prüfraum variieren zu können. Hier bieten ganze Düsenmodule z. B. in Form von mehreren auf einem Rohr angebrachten Düsen Vorteile in der Rüstzeit des Prüfraumes und der Wiederholbarkeit von Einstellungen. Damit kann je nach Prüfkörper und Prüfbedingung (z. B. Temperatur, Windgeschwindigkeit, Windrichtung) eine gezielte realitätsgetreue Befeuchtung erzielt werden. Darüber hinaus können die Austrittswinkel der Düsen für die Prüfflüssigkeit eingestellt werden, was eine weitere Annäherung an reale Verhältnisse in der Simulation ermöglicht. Durch die Positionierbarkeit ist auch eine größere Nähe zum Prüfkörper realisierbar, wodurch ein bisher zu starkes Vernebeln und Hinwegtragen der Prüfflüssigkeit vermieden wird. Abhängig vom Druck der Prüfflüssigkeit und der Düsenform wird die Prüfflüssigkeit in Geschwindigkeitsfahrt ähnlichem Maße zerstäubt. Es erfolgt eine tatsächliche Benetzung des Prüfkörpers mit Feuchtigkeit. Besonders vorteilhaft werden die beiden Merkmale Positions- und Austrittswinkelvariabilität kombiniert. Dann ist über die Parameter Position und Austrittswinkel nahezu jede Beregnungssituation in Kombination mit dem „strömungsabbildenden” Wind simulierbar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden weitere Düsen zwischen Windkanaltor und Prüfkörperfront vorgesehen. Damit kann die Beaufschlagung mit genügend Prüfflüssigkeit auch bei sehr geringen oder auch besonders hohen Windgeschwindigkeiten und evtl. besonders stromlinienförmigen Prüfkörpern abgesichert werden. Darüber hinaus bietet diese Anordnung weitere Vorteile hinsichtlich der Ausrichtung der Prüfflüssigkeitswege bis zur Benetzung des Prüfkörpers.
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Vorteile insbesondere bei der gleichzeitigen Ansteuerung und Bündelung von Düsen bietet das Anordnen mehrerer Düsen auf einem Beregnungsrohr. Dieses Rohre sind sehr zeitsparend zu positionieren, zu wechseln und anzuschließen. Darüber hinaus bleibt eine einmal gefundene optimale Einstellung fixiert und reproduzierbar für die entsprechende Prüfsimulation erhalten.
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Zweckmäßigerweise wird der Druck der Prüfflüssigkeit zur Beaufschlagung der Düsen mit einem Regelmechanismus variierbar gehalten. Besonders vorteilhaft ist dabei der Anschluss an ein Hochdrucksystem mit elektrischer Steuerung von Ventilen, die zur Regelung eingesetzt werden. Dadurch sind auch ein realitätsnahes Pulsen der Beaufschlagung sowie lokal geringere) höhere Beaufschlagungsbereiche realisierbar.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Beregnung mit der Bewindung im Prüfraum koppelbar und in Kopplung einstellbar. Aus realen Regenfahrten hat man die Erfahrung über das Verhalten von Fahrtwind und Benetzung durch Regen eines Prüfkörpers gewonnen und festgestellt, dass ein Erhöhen der Fahrtgeschwindigkeit – im Prüfraum durch den Wind bzw. durch die Bewindung des Prüfraums, dargestellt – ein anderes Benetzungsverhalten des Regens am Prüfkörper – im Prüfraum durch die Beregnung realisiert – zur Folge hat. Dies kann vorteilhaft in der Simulation umgesetzt werden, indem Parameter zur Einstellung der Windgeschwindigkeit (z. B. mit den Parametern Turbinenleistung und Klappenstellung) und Parameter zur Einstellung der Beregnung (z. B. mit den Parametern Drucksteuerungsmuster, Düsenposition, Austrittswinkel) miteinander gekoppelt veränderbar sind.
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Von Vorteil ist darüber hinaus, wenn die Düsen einen Sprühwinkel von ≥ 60° und ein konisches Gehäuse aufweisen. Dadurch wird auch bei größerem Druck im Hochdrucksystem die Prüfflüssigkeit nicht als Strahl auf den Prüfkörper gelenkt sondern niederschlagsähnlich verteilt. So wird eine realitätsnahe Benetzung mit Prüfflüssigkeit und genügend Beaufschlagung und Durchtritt pro Zeiteinheit ermöglicht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung durch die Anlage mit Windkanal, Turbine, Prüfraum, Prüfkörper und Düsen sowie
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2 eine perspektivische Darstellung der Anlage mit auf dem Prüfraumboden und im Windkanaltor installierten Beregnungsrohren und
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3 ein Ausschnitt aus 1 mit einer perspektivischen Darstellung einer in ein Beregnungsrohr eingeschraubten Düse.
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1 zeigt eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Anlage zur Simulation feuchtigkeitsbedingter Folgeerscheinungen an einem Prüfkörper 9. Die Anlage 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel gebäudeartig in zwei Stockwerken angeordnet. Eine Turbine 5 für den in einem Windkanal 3 zu erzeugenden Wind steht in einem das Luftrückführungsprinzip nutzenden Abschnitt des Windkanals 3 über einem Prüfraum 7. Ein großer Abschnitt des Windkanals 3 führt vom Bereich vor der Turbine bis zum darunter liegenden Prüfraum 7. Der Wind mit Windrichtung 6 ist angedeutet. Der Prüfraum 7 ist über ein Windkanaltor 25 mit dem Windkanal 3 verbunden. Der Prüfraum 7 besitzt einen Prüfraumboden 8. In dem Prüfraum 7 befinden sich Prüfkörperaufnahmen 21, auf denen der Prüfkörper 9 positioniert ist. Der Prüfkörper 9 besitzt einen Prüfkörperinnenraum 24 und einen Bodenbereich 23. Auf dem Prüfraumboden 8 sind Beregnungsrohre 15 mit Düsen 13 angeordnet. Diese sind über Hochdruckleitungen 19, in denen ein Druck P herrscht, zu einem Hochdrucksystem 16 mit einem Wasserreservoir mit Hochdruckpumpe 33 zusammengeschlossen und werden über eine Hochdrucksystemsteuerung 17 über Steuerungsleitungen 31 mit den entsprechenden Signalen beeinflusst. Über eine Beregnungs- und Windkanal-Kopplungssteuerung ist eine Windkanalsteuerung 27 mit der Hochdrucksystemsteuerung 17 über Steuerungsleitungen 31 gekoppelt. Die Prüfkörperaufnahmen 21 können wie hier auch als Positionierflächen mit verschiedenen Funktionen wie z. B. Antriebsrollen oder Vibrationsmotoren ausgestattet sein, um z. B. das Abrollen und Rotieren von Fahrzeugreifen zu simulieren.
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In 2 zeigt perspektivisch den Prüfraum 7, wie er in 1 bereits ausgeführt wurde. Prüfkörper 9 ist in diesem Fall eine Fahrzeugkarosserie. Insbesondere die auf dem Prüfraumboden 8 verlegten Beregnungsrohre 15 mit den Düsen 13, die parallel zu einer Fahrzeugquerachse verlaufen, sind durch die perspektivische Darstellung gut erkennbar.
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Am Prüfkörper 9 ist die Windrichtung 6 durch Pfeile angedeutet. Die Frontseite des Prüfkörpers 9 ist der Bereich, wo der Wind zuerst auf den Prüfkörper 9 trifft. Im Windkanaltor 25 ist ein zwischen Windkanaltor 25 und der Front des Prüfkörpers 9 angeordnetes Beregnungsrohr 15 erkennbar. Darüber sind auf einer rigartigen Konstruktion mehrere Düsen 13 angeordnet. In Ergänzung zu den bodennah verlegten Beregnungsrohren 15 befinden sich zwei weitere kurze Beregnungsrohre 15 an den Ecken des Winkanaltores 25 mit Ausrichtung frontal auf die Abrundungen der Front des Prüfkörpers 9 im Übergang zu dessen Seitenpartien.
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Eine weitere Möglichkeit ist, die Prüfflüssigkeit 10 zusätzlich bereits im Windkanal 3 über Wasserinjektoren in die Strömung zu applizieren, und damit die Beaufschlagung zu erhöhen. Auf den Beregnungsrohren 15 wie auch im gesamten Prüfraum 7 können auch Düsen 13 unterschiedlicher Bauform eingesetzt werden. Der Druck kann darüber hinaus auch mechanisch über Klappen und Ringventile sowie über die Öffnung und Formen der Düsen 13 geregelt werden. Eine elektrische Hochdrucksteuerung 17 und Kopplung mit der Turbine 5 ist zwar von Vorteil, kann aber auch nach meist durch Praxistests ermittelter Korrelationstabelle von Windgeschwindigkeit mit Beregnungsform dauerhaft über mechanische und manuelle Mittel eingestellt werden.
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Unter Beregnung wird in der Beschreibung jegliche Form der Einbringung von Feuchtigkeit im nicht gefrorenen Zustand verstanden, hauptsächlich jedoch eine einer tatsächlich unter Vortrieb erfolgten Wetterbeeinflussung entsprechenden Erscheinung wie Regen bei Fahrt in einem Fahrzeug.
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Mittels Zusatzeinrichtungen wie Ventilatoren, Luftdüsen, Klimasteuerungen sind auch diverse Situationen in der beschriebenen Anlage simulierbar, die neben der eigenen Fahrt des Prüfkörpers 9 auch die Einflüsse von Tunnelein-/ausfahrten, entgegenkommenden Fahrzeugen, überholenden und überholten Fahrzeugen, sowie Hindernissen/Reflektionsflächen für Nässe am Fahrbahnrand simulieren. Darüber hinaus sind auch Verdampfung von Feuchtigkeit unter Hitzeeinfluss und die Wirkung von Vereisungen und deren Einfluss auf Dichtungen simulierbar. Hauptsächlich wird die Anlage 1 jedoch zur Simulation von Hochgeschwindigkeitsfahrten bei Regen und darin die Überprüfung dynamischer Dichtheit von hauptsächlich geschlossenen, oder bedingt geöffneten Fahrzeugkarosserien bei bis zu 160 km/h genutzt.
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Dazu wird ein Prüfkörper 9, eine lackierte Rohkarosserie, die bereits mit Türen Dichtlippen und Scheiben sowie einem Unterbau oder einer Abdichtung der Löcher für die noch fehlenden Bauteile versehen ist, im Prüfraum 7 positioniert. An Verbindungsbereichen wie Schrauben, Nieten, Bolzen werden evtl. Sensoren platziert. Ein oder zwei Messtechniker bleiben mit Endoskopkameras und Daten- sowie Sprechverbindung in der Karosserie. Der Windkanal wird mit der Beregnungsanlage in Betrieb genommen. Über reale Testfahrten gewonnene Daten zum Verhalten der Strömungsgeschwindigkeiten am Fahrzeug werden Windgeschwindigkeit und Beregnung gemäß einer Echtfahrt simuliert. Die Messtechniker prüfen zunächst bei geschlossener Karosserie, ob an irgendwelchen Stellen Feuchtigkeit in die Karosserie eintritt. Dazu benutzen sie auch Kameraendoskope, um die weniger einsehbaren Winkel der Rohkarosserie prüfen zu können. Darüber hinaus werden Schiebedach oder Seitenfenster bei simulierter Fahrtgeschwindigkeit bis zu 160 km/h während der Beregnung unterschiedlich lange geöffnet, um Informationen zu erhalten, wo und wie stark durch den in der Karosserie entstehenden Unterdruck Feuchtigkeit eindringt. Sind die so provoziert detektierten Schwachstellen optimiert worden, werden nach Überprüfung der gleichen Messsituationen Langzeittests mit unbemannter Karosserie ausgeführt, bei denen der Innenraum über Kameras überwacht werden kann.
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Durch den Vergleich der gewonnenen Messdaten mit dieser Anlage 1 mit den Daten aus parallelen Testgeländeerprobungen werden die Einstellungen von Düsen 13, Druck P und Bewindung so lange adjustiert, bis die Ergebnisse, die in der Anlage 1 gewonnen werden, den Ergebnissen aus der Testgeländeerprobung, unter Berücksichtigung der umweltbedingten Schwankungen bei den Ergebnissen der Testgeländeerprobung, entsprechen. Die realen Erprobungen auf Testgeländen können so minimiert und die Bedingungen umweltunabhängig zu jedem beliebigen Zeitpunkt reproduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2522371 A1 [0002]
- DE 29903255 U1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Fa. RAIL TEC ARSENAL zum 7. Karlsruher Fahrzeugklima-Symposium 2006 von Herrn Gabriel Haller [0002]
