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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Testanordnung zur Crash-Simulation von Kraftfahrzeugen. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Testanordnung zur Crash-Simulation von Kraftfahrzeugen, welche eine Bewegungssimulation in alle drei Raumrichtungen ermöglicht.
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Die Druckschrift
US 2004/0 230 394 A1 betrifft eine Anordnung zur Crash-Simulation von Kraftfahrzeugen, wobei diese Anordnung eine Testanordnung zur Crash-Simulation von Kraftfahrzeugen mit zwei Schlitten und drei Betätigungselementen aufweist.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 056 572 A1 betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Crash-Schlitten-Versuchen, bei welchem zusätzlich zur Nickbewegung auch das möglicherweise bei einem Aufprall auftretende Gieren des Fahrzeuges durch eine Rotation des Versuchsobjekts um eine vertikale Achse simuliert wird.
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Die Druckschrift
DE 101 18 682 B4 betrifft eine Prüfeinrichtung zur Kraftfahrzeug-Crash-Simulation mit einer ersten und zweiten übereinanderliegend angeordneten Schlittenanordnung, die miteinander gelenkig gekoppelt sind und die längs einer Schienenanordnung horizontal verschiebbar angeordnet sind. Die Prüfeinrichtung weist ferner einen auf der zweiten Schlittenanordnung angeordneten Prüfaufbau mit den zu prüfenden Kraftfahrzeugkomponenten, eine erste Beschleunigungseinheit, über welche in Y-Richtung vorgebbare Beschleunigungen auf die zweite Schlittenanordnung übertragbar sind, eine zweite Beschleunigungseinheit, über welche in X-Richtung eine vorgebbare Beschleunigung auf die Schlittenanordnung übertragbar ist, auf.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 010 189 B3 betrifft eine weitere Prüfeinrichtung zur Kraftfahrzeug-Crash-Simulation.
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Eine aus dem Stand der Technik bekannte Testanordnung zur Crash-Simulation von Kraftfahrzeugen ist aus dem Dokument
DE 10 2005 010 189 B3 ersichtlich. Genau wie die erfindungsgemäße Testanordnung arbeitet auch die aus der
DE 10 2005 010 189 B3 bekannte Prüfeinrichtung mit sogenannten „inversen Crash-Testern” d. h. die bei einer reellen Kollision eines KFZ auftretenden Verzögerungen werden in eine rückwärtige Beschleunigung des Prüfaufbaus umgewandelt. Somit wird verhindert, dass bei den zur Erhöhung der Fahrzeugsicherheit notwendigen Crash-Simulationen jeweils ein komplettes Fahrzeug zerstört werden muss. Im Einzelnen wird dazu eine Fahrzeugkarosserie (Prüfaufbau) auf einem Schlitten angebracht, welche mit der bei einer reellen Kollision des Kraftfahrzeugs auftretenden Verzögerung entsprechenden Rückwärtsbeschleunigung in longitudinaler Richtung bewegt wird. Die dabei auftretenden Kräfte entsprechen weitestgehend den Kräften, wie sie bei einem realen Unfall auftreten.
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Um eine möglichst reelle Simulation von Unfallsituationen zu erzielen, wurde es im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, die kontrollierte longitudinale Beschleunigung der Testanordnung mit einer vertikalen Beschleunigung zu überlagern. Durch die Einleitung von vertikalen Beschleunigungen auf die Schlittenanordnung wird die Simulation von Auffahrunfällen verbessert, da eine Drehbewegung um eine Querachse des Kraftfahrzeugs nachgebildet werden kann. Der Winkel, der sich aus einer Drehung um die zuvor genannte Drehachse ergibt, wird im Stand der Technik als Nickwinkel bezeichnet. Wie es aus der
DE 10 2005 010 189 B3 zu erkennen ist, umfassen die bekannten Testanordnungen dabei häufig erste und zweite übereinanderliegend angeordnete Schlitten, die miteinander gelenkig gekoppelt sind. Der zweite Schlitten ist dabei für gewöhnlich mit dem Prüfaufbau, d. h. der zu untersuchenden Fahrzeugkarosserie, versehen.
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Bei den herkömmlichen Testanordnungen wird es als problematisch angesehen, dass diese zwar neben der longitudinalen Beschleunigung auch eine vertikale Beschleunigung zur Simulation der Nickbewegung des Fahrzeugs vorsehen, jedoch andere Bewegungsabläufe, wie beispielsweise das Gieren (Rotation des Prüfaufbaus um eine vertikale Achse), nicht berücksichtigt werden. Ein derartiges Gieren des Kraftfahrzeuges tritt insbesondere bei Unfallsituationen auf, in denen das Kraftfahrzeug nicht komplett frontal auf ein Hindernis trifft. Somit wird bei den aus dem Stand er Technik bekannten Testanordnungen die Gierbewegung bei einem realen Aufprall auf ein Hindernis und die dadurch beim Fahrer hervorgerufenen Kräfte nicht erfasst, wodurch die herkömmlichen Testanordnungen regelmäßig nicht dazu genutzt werden können, alle bei einem realen Crash auftretenden Kräfte zu simulieren.
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Auf Grundlage der oben genannten Problemstellung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Testanordnung zur Crash-Simulation von Kraftfahrzeugen anzugeben, welche eine bessere Simulation der im Realfall auftretenden Unfallkräfte ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Testanordnung in den abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.
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Demnach weist die erfindungsgemäße Testanordnung insbesondere mindestens ein drittes Betätigungselement auf, welches dazu ausgebildet ist, den zweiten Schlitten in einer zur Längsachse senkrechten, horizontalen Richtung zu beschleunigen.
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Die erfindungsgemäße Testanordnung weist eine Vielzahl von Vorteilen auf. So wird durch das dritte Betätigungselement erreicht, dass nicht nur eine Nickbewegung, zusätzlich zur Beschleunigung in Längsrichtung, in das Fahrzeug eingeleitet werden kann, sondern dass auch eine Gierbewegung simuliert werden kann. Hierzu wird durch das dritte Betätigungselement eine Kraftkomponente horizontal und senkrecht zur Längsachse in den Prüfaufbau eingebracht. Je nach Anordnung des mindestens einen dritten Betätigungselements gegenüber dem Prüfaufbau können somit vielfältige Fahrzeugkinematiken simuliert werden. Denkbar ist neben einer Gierbewegung dementsprechend auch ein Seitstoß, wie er beispielsweise bei einem seitlichen Zusammenprall mit einem anderen Verkehrsteilnehmer hervorgerufen werden kann. Mit anderen Worten können mit der erfindungsgemäßen Testanordnung nicht nur Bewegungen in Längsrichtung bzw. in vertikaler Richtung des Prüfaufbaus simuliert werden; vielmehr lassen sich auch laterale Bewegungen, d. h. Bewegungen in horizontaler Richtung, senkrecht zur Längsache nachahmen. Wie oben bereits angedeutet, lassen sich dadurch weitaus realistischere Simulationen durchführen.
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In einer ersten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Testanordnung ist vorgesehen, dass das mindestens eine zweite Betätigungselement derart mit dem zweiten Schlitten verbunden ist, so dass der zweite Schlitten durch ein Ansteuern des zweiten Betätigungselements um eine zu der Längsachse senkrechte Querachse rotierbar ist. Hierzu kann das mindestens eine zweite Betätigungselement beispielsweise am vorderen oder hinteren Endbereich des zweiten Schlittens angeordnet sein, so dass dieser bei Betätigung des zweiten Betätigungselements nach vorne oder nach hinten gekippt wird und folglich eine Nickbewegung, d. h. eine Rotationsbewegung, um eine zur Längsachse senkrechte Querachse ausführt. Wie es später näher erläutert werden wird, kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Testanordnung hierzu mehrere zweite Betätigungselemente aufweist, welche an verschiedenen Positionen mit dem zweiten Schlitten verbunden sind, so dass der zweite Schlitten um verschiedene, horizontale Achsen rotierbar ist.
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In ähnlicher Weise kann es weiterhin vorgesehen sein, dass das mindestens eine dritte Betätigungselement derart mit dem zweiten Schlitten verbunden ist, so dass der zweite Schlitten durch ein Ansteuern des mindestens einen dritten Betätigungselements um eine vertikale Achse des zweiten Schlittens rotierbar ist. Demzufolge ist es auf besonders einfache Weise möglich, durch das mindestens eine dritte Betätigungselement, neben einem Seitstoß auch die oben erwähnte Gierbewegung eines Crashfalls zu simulieren. Je nach Anordnung des mindestens einen dritten Betätigungselements gegenüber dem zweiten Schlitten können somit verschiedene Rotationsbewegungen in den Prüfaufbau eingeleitet werden.
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Nach einer weiteren Realisierung der erfindungsgemäßen Testanordnung ist das mindestens eine zweite Betätigungselement derart neben dem ersten und zweiten Schlitten angeordnet, so dass das mindestens eine zweite Betätigungselement in seiner Position verharrt, während der erste und der zweite Schlitten von dem mindestens einen Betätigungselement entlang der Längsachse beschleunigt werden. Mit anderen Worten befindet sich das mindestens eine zweite Betätigungselement vorzugsweise nicht etwa auf dem ersten bzw. zweiten Schlitten der Testanordnung, sondern stationär neben den beiden Schlitten. Auf diese Weise wird das Gewicht der Schlittenanordnung aus erstem und zweiten Schlitten erheblich reduziert, wodurch weitaus höhere Beschleunigungswerte erreicht werden können. Folglich können durch die erfindungsgemäße Testanordnung auch Unfallsituationen mit höheren Kräften simuliert werden. Darüber hinaus wird, durch die Verringerung des Schlittengewichts, die Beanspruchung der Testanordnung während der Simulation verringert. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass bei einem leichteren Schlitten geringere Kräfte in das System eingeleitet werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das mindestens eine dritte Betätigungselement derart neben dem ersten und zweiten Schlitten angeordnet ist, so dass das mindestens eine dritte Betätigungselement in seiner Position verharrt, während der erste und zweite Schlitten von dem mindestens einem ersten Betätigungselement entlang der Längsachse beschleunigt werden. Selbstverständlich ergibt sich auch hierdurch eine Gewichtsreduktion der Schlittenanordnung aus ersten und zweiten Schlitten, wodurch die oben genannten Vorteile erreicht werden. Es ist dabei besonders bevorzugt, das mindestens eine zweite Betätigungselement und das mindestens eine dritte Betätigungselement neben dem ersten und zweiten Schlitten anzuordnen, da hierdurch eine maximale Gewichtsreduktion der Schlittenanordnung erreicht werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Testanordnung, sind das mindestens eine zweite und das mindestens eine dritte Betätigungselement über mindestens eine Führungsschiene mit dem zweiten Schlitten verbunden. Dabei erstreckt sich die mindestens eine Führungsschiene parallel zur Längsachse des ersten Schlittens. Auf diese Wiese werden die Beschleunigungskräfte der mindestens einen zweiten und dritten Betätigungselemente über die mindestens eine Führungsschiene auf den zweiten Schlitten der Testanordnung übertragen. Somit lassen sich die vertikalen und lateralen Beschleunigungen in die Schlittenanordnung einbringen, ohne die Bewegung der Schlitten in Längsrichtung zu beeinträchtigen. Darüber hinaus wird durch die Führungsschienen erreicht, dass die Schlittenanordnung in Verbindung mit dem Prüfaufbau zu jedem Zeitpunkt der Crash-Simulation kontrolliert geführt werden kann. Somit können unerwartete Bewegungen der Testanordnung verhindert werden, wodurch die Sicherheit des Bedienpersonals deutlich verbessert wird.
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Nach einer weiteren Umsetzung kann es dabei insbesondere vorgesehen sein, dass das mindestens eine zweite Betätigungselement derart mit der mindestens einen Führungsschiene verbunden und dazu ausgebildet ist, die mindestens eine Führungsschiene in einer zum ersten Schlitten vertikalen Richtung zu beschleunigen. Dementsprechend werden die vertikalen Beschleunigungskräfte des mindestens einen zweiten Betätigungselements über die mindestens eine Führungsschiene in den zweiten Schlitten der Testanordnung eingeleitet. Je nach Anordnung der Führungsschiene gegenüber dem zweiten Schlitten ist es somit auf besonders einfache Weise möglich, eine Nickbewegung des zweiten Schlittens gegenüber dem ersten Schlitten zu erzeugen. Um ein besonders schnelles Einleiten der Vertikalbeschleunigungskräfte zu ermöglichen, kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass mehrere Führungsschienen (z. B. zwei) an jeder Seite des zweiten Schlittens angeordnet sind und jeweils mit einem zweiten Betätigungselement derart verbunden sind, so dass unabhängig voneinander vertikale Auslenkungen des zweiten Schlittens erreicht werden können.
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Äquivalent dazu kann auch das mindestens eine dritte Betätigungselement derart mit der mindestens einen Führungsschiene verbunden und dazu ausgebildet sein, die mindestens eine Führungsschiene in einer zur Längsrichtung senkrechten horizontalen Richtung zu beschleunigen. Selbstverständlich ist es auch hierbei denkbar, dass eine Vielzahl der Betätigungselemente mit einer entsprechenden Anzahl an Führungsschienen verbunden ist, um die oben bereits erwähnten Gierbewegungen einzuleiten.
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Gemäß dem oben genannten Ausführungsbeispiel können die zweiten und dritten Betätigungselemente jeweils über die Führungsschienen mit dem zweiten Schlitten verbunden sein. Hierzu ist es beispielsweise vorstellbar, dass die zweiten und dritten Betätigungselemente jeweils, unabhängig voneinander, direkt mit der Führungsschiene verbunden sind. Alternativ dazu ist es auch denkbar, dass lediglich das mindestens eine zweite Betätigungselement mit der Führungsschiene verbunden ist, während das mindestens eine dritte Betätigungselement direkt auf das mindestens eine zweite Betätigungselement wirkt und somit über das mindestens eine zweite Betätigungselement mit der Führungsschiene indirekt verbunden ist. Äquivalent dazu ist es selbstverständlich auch vorstellbar, dass das dritte Betätigungselement direkt mit der mindestens einen Führungsschiene verbunden ist, während das mindestens eine zweite Betätigungselement indirekt über das mindestens eine dritte Betätigungselement mit der mindestens einen Führungsschiene verbunden ist.
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Das mindestens eine erste, zweite und dritte Betätigungselement weisen vorzugsweise jeweils mindestens einen hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Betätigungszylinder auf. Somit lassen sich auf einfache Weise die gewünschten Beschleunigungskräfte in der Testanordnung erzeugen. Selbstverständlich ist es auch möglich, jedes andere geeignete Wirkprinzip dazu zu verwenden, die Beschleunigungskräfte in die Schlittenanordnung der erfindungsgemäßen Testanordnung einzubringen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Testanordnung ist der zweite Schlitten über eine Schubstange gelenkig mit dem ersten Schlitten verbunden, wobei die Schubstange dazu ausgebildet ist, die Beschleunigung des ersten Betätigungselements entlang der Längsachse von dem ersten Schlitten auf den zweiten Schlitten zu übertragen. Die Schubstange kann dabei jeweils derart über ein Kugel- oder Kardangelenk mit dem ersten und zweiten Schlitten verbunden sein, so dass die Beschleunigung des ersten Betätigungselements von dem ersten auf den zweiten Schlitten übertragbar ist, während der zweite Schlitten im Wesentlichen frei beweglich gegenüber dem ersten Schlitten ist. Mit anderen Worten, die Beschleunigungskräfte der zweiten und dritten Betätigungselemente können unabhängig von der Längsbewegung der Schlittenanordnung in den zweiten Schlitten eingetragen werden, um den zweiten Schlitten gegenüber dem ersten Schlitten zu bewegen. Im Einzelnen kann der zweite Schlitten dadurch, während der Bewegung in Längsrichtung, eine Beschleunigung in vertikaler Richtung bzw. in lateraler Richtung (d. h. senkrecht zur Längsrichtung) erfahren. Dabei ist der Schlitten durch die Schubstange selbstverständlich zu jedem Zeitpunkt mit dem ersten Schlitten gekoppelt und kann somit keine unerwarteten Bewegungen ausführen.
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In diesem Zusammenhang sei ferner erwähnt, dass die Schubstange und/oder der zweite Schlitten mit einer Bremseinrichtung zum Verzögern einer longitudinalen bzw. lateralen Bewegung des zweiten Schlittens gegenüber dem ersten Schlitten, nach Beendigung der Crash-Simulation, verbunden sein kann. Hierdurch wird die Sicherheit der erfindungsgemäßen Testanordnung weiter erhöht. Darüber hinaus kann durch die Bremseinrichtung auch die Rückführung des zweiten Schlittens in seine Ausgangsposition gegenüber dem ersten Schlitten realisiert werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Testanordnung kann ferner ein dritter Schlitten vorgesehen sein, welcher dazu ausgebildet ist, die Bewegung des zweiten Schlittens, nach Beendigung der Crash-Simulation, abzubremsen. Der dritte Schlitten ist dabei insbesondere derart gegenüber dem ersten und zweiten Schlitten angeordnet, so dass dieser zu Beginn der Crash-Simulation keine Verbindung mit dem ersten und zweiten Schlitten aufweist und erst am Ende der Crash-Simulation in Wirkverbindung mit dem ersten und zweiten Schlitten tritt. Mit anderen Worten, der dritte Schlitten kann sich in Längsrichtung hinter der Schlittenanordnung aus ersten und zweiten Schlitten befinden. Beispielsweise kann der dritte Schlitten dabei auf derselben Schienenanordnung wie auch der erste Schlitten angeordnet sein, wobei der dritte Schlitten zunächst einen Abstand von der Schlittenanordnung aus erstem und zweitem Schlitten aufweist. Erst nachdem die Crash-Simulation durchgeführt wurde, d. h. nachdem die Beschleunigung in Längsrichtung beendet ist, tritt der dritte Schlitten in Wirkverbindung mit dem ersten und zweiten Schlitten um diese abzubremsen.
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Zusätzlich hierzu kann es vorgesehen sein, dass der dritte Schlitten dazu ausgebildet ist, nach Beendigung der Crash-Simulation die beiden Schlitten in ihre Ausgangsstellung zu überführen. Demnach kann der dritte Schlitten nicht nur dazu genutzt werden, die Schlittenanordnung aus ersten und zweiten Schlitten, nach Beendigung der Crash-Simulation, abzubremsen; vielmehr ist auch ein Zurücksetzen der Versuchsanordnung durch den dritten Schlitten denkbar.
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Um das Gewicht der Schlittenanordnung aus ersten und zweiten Schlitten noch weiter zu verringern, ist es gemäß einer weiteren Umsetzung vorgesehen, dass der erste und der zweite Schlitten größtenteils aus Aluminium hergestellt sind. Dadurch werden wiederum höhere Beschleunigungswerte erreicht und die Lasten innerhalb der Testanordnung wirkungsvoll reduziert.
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In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung wird die erfindungsgemäße Testanordnung zur Crash-Simulation von Kraftfahrzeugen anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsform näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1a perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Testanordnung in der Ausgangsstellung;
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1b Draufsicht auf die in 1a gezeigte Ausführungsform der erfindugnsgemäßen Testanordnung;
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1c Seitenansicht der in 1a gezeigten ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Testanordnung;
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1d Ansicht von hinten auf die in 1a dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Testanordnung;
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2a perspektivische Ansicht der Ausführungsform gemäß 1a nach dem Durchlaufen von 50 Prozent der Crash-Simulation;
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2b Draufsicht auf die in 2a dargestellte Abbildung;
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3a perspektivische Ansicht der Ausführungsform gemäß 1a am Ende der Crash-Simulation;
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3b Draufsicht auf die in 3a dargestellte Abbildung.
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In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden gleiche oder gleichwirkende Bauteile aus Gründen der Übersichtlichkeit mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Testanordnung zur Crash-Simulation von Kraftfahrzeugen ist den 1a bis 3b zu entnehmen. Im Einzelnen ist in den 1a bis 1d die Testanordnung in ihrer Ausgangsstellung, d. h. vor dem Beginn der Crash-Simulation gezeigt. Wie oben bereits erwähnt, weist die Testanordnung einen ersten Schlitten 11 auf, welcher horizontal entlang einer Längsachse A bewegbar ist. Der erste Schlitten 11 wird dabei vorzugsweise von Schienenelementen 111, 112, welche sich an der Unterseite des ersten Schlittens 11 befinden in Richtung der Längsachse A geführt. Selbstverständlich muss der erste Schlitten 11 nicht von zwei Schienenelementen 111, 112 geführt werden; vielmehr ist es auch denkbar den Schlitten mit jeder anderen Führung, beispielsweise frei schwebend über einer Magnetführung entlang der Längsachse A, zu bewegen.
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Ein zweiter Schlitten 12 ist derart gelenkig am ersten Schlitten 11 angebracht, sodass der zweite Schlitten 12 beweglich gegenüber dem ersten Schlitten ist. Dabei ist der zweite Schlitten 12 insbesondere zusammen mit dem ersten Schlitten 11 entlang der Längsachse A bewegbar. Mit anderen Worten ist der zweite Schlitten 12 also derart mit dem ersten Schlitten 11 verbunden, sodass die Bewegung des ersten Schlittens 11 entlang der Längsachse A auf den zweiten Schlitten 12 übertragen werden kann, während gleichzeitig eine möglichst freie Bewegung des zweiten Schlittens 12 gegenüber dem ersten Schlitten 11 ermöglicht wird. Anhand der 1b und 1d lässt sich sehr gut erkennen, dass die zuvor genannte Verbindung zwischen dem ersten Schlitten 11 und dem zweiten Schlitten 12 vorzugsweise durch eine Schubstange 18 erzielt wird, welche über jeweils eine Gelenkanordnung (z. B. Kugel- oder Kardangelenk) 181, 182 mit dem ersten bzw. zweiten Schlitten 11, 12 verbunden ist.
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Um die Bewegung des ersten und zweiten Schlittens 11, 12 entlang der Längsachse A zu ermöglichen, ist bei der erfindungsgemäßen Testanordnung mindestens ein erstes Betätigungselement 13 vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, den ersten und zweiten Schlitten 11, 12 entlang der Längsachse A zu beschleunigen. Bei dem mindestens einen ersten Betätigungselement kann es sich beispielsweise um einen aus dem Stand der Technik bekannten Servozylinder handeln, welcher über ein mehrstufiges Servoventil gesteuert wird, das mit einer Kolbenspeichereinheit in Verbindung steht. Dadurch kann die Beschleunigung gemäß einer Sollwertvorgabe über den in dem Servozylinder gelagerten Kolben 131 (2a) auf den ersten Schlitten 11 übertragen werden.
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Der 1a ist darüber hinaus mindestens ein zweites Betätigungselement 14a, 14b, 14c, 14d zu entnehmen, welches dazu ausgebildet ist, den zweiten Schlitten 12 in einer zum ersten Schlitten 11 vertikalen Richtung zu beschleunigen. Wie gezeigt, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Testanordnung insbesondere vier zweite Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d aufweist, welche jeweils drei hydraulische Betätigungszylinder haben, die zur Beschleunigung in Vertikalrichtung dienen. Wie später näher erläutert werden wird, sind die jeweils drei hydraulischen Betätigungszylinder der vier zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d dazu über jeweils eine Führungsschiene 16a, 16b, 16c, 16d mit dem zweiten Schlitten 12 verbunden.
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Zusätzlich zu dem mindestens einen, insbesondere vier, zweiten Betätigungselementen 14a, 14b, 14c, 14d weist die erfindungsemäße Testanordnung mindestens ein, insbesondere vier, dritte Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d auf, welche dazu ausgebildet sind, den zweiten Schlitten in einer zur Längsachse senkrechten, horizontalen Richtung zu beschleunigen. Somit sind die vier dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d also dazu ausgelegt, eine laterale Bewegung in den zweiten Schlitten einzubringen, sodass dieser auch im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse A bewegbar ist. In der in den Figuren dargestellten Ausführungsform sind die vier dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d dabei jeweils mit den zugehörigen zweiten Betätigungselementen 14a, 14b, 14c, 14d verbunden, um eine Kraft senkrecht zur Längsachse A über die Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d in den zweiten Schlitten einzubringen.
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Ein typischer Ablauf der Crash-Simulation mit der erfindungsgemäßen Testanordnung ergibt sich aus einem Vergleich der 1a, 2a und 3a bzw. 16, 26 und 3b, welche jeweils die Testanordnung zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Verlauf der Crahs-Simulation zeigen. Im Einzelnen stellt 1a die Testanordnung in der Ausgangsstellung dar, während 2a einen Zeitpunkt wiedergibt, welcher 50 Prozent der Crash-Simulation entspricht. Aus 3a ergibt sich dagegen die Position der Testanordnung nach Beendigung der Crash-Simulation. Durch einen Vergleich der Figuren 1a, 2a und 3a lässt sich sofort erkennen, dass sich die Bewegungen der Betätigungselemente 13, 14a, 14b, 14c, 14d, 15a, 15b, 15c, 15d derart synchronisiert miteinander ablaufen, sodass eine gleichzeitige Einleitung der einzelnen Beschleunigungskräfte in die Schlittenanordnung erfolgt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird, neben der Beschleunigung entlang der Längsachse A auch eine Beschleunigung des zweiten Schlittens in vertikaler Richtung, sowie in lateraler Richtung in die Schlittenanordnung eingeleitet. Somit ergibt sich eine Überlagerung der Beschleunigungen, wodurch sich beispielsweise Nick- und Gierbewegungen dem Realfall entsprechend simulieren lassen.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass die zweiten und dritten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d, 15a, 15b, 15c, 15d selbstverständlich eine besondere Anordnung gegenüber den ersten und zweiten Schlitten 11, 12 aufweisen müssen, um diese Nick- und Gierbewegungen zu realisieren. Insbesondere ist es demnach vorgesehen, dass das mindestens eine zweite Betätigungselement 14a, 14b, 14c, 14d derart mit dem zweiten Schlitten 12 verbunden ist, sodass der zweite Schlitten 12 durch ein Ansteuern des mindestens einen zweiten Betätigungselements 14a, 14b, 14c, 14d um eine zu der Längsachse A senkrechte Quersachse rotierbar ist. Genauer betrachtet weist die Testanordnung 1 dazu die oben erwähnten vier zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d auf, welche an unterschiedlichen Punkten entlang des zweiten Schlittens 12 angebracht sind. Im Einzelnen sind auf jeder Seite des zweiten Schlittens zwei zweite Betätigungselemente 14a, 14b bzw. 14c, 14d angebracht. Jeweils eines der beiden zweiten Betätigungselemente 14a bzw. 14c ist dabei an einem hinteren Endbereich des zweiten Schlittens 12 angebracht, während das andere zweite Betätigungselement 14b bzw. 14d mit dem vorderen Endbereich des zweiten Schlittens verbunden ist. Da jedes der zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d dazu ausgebildet ist eine vertikale Beschleunigung in den zweiten Schlitten einzuleiten, ergibt sich sofort, dass dieser mit Hilfe der zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d beliebig um seinen Schwerpunkt kippbar ist. Besonders bevorzugt ist es jedoch dabei, den zweiten Schlitten 12 durch eine ausschließliche Betätigung der hinteren zweiten Betätigungselemente 14a, 14c, bzw. eine ausschließliche Betätigung der vorderen zweiten Betätigungselemente 14b, 14d, um eine zur Längsachse A senkrechte Querachse (nicht dargestellt) zu rotieren, wodurch die oben bereits erwähnte Nickbewegung erzeugt wird.
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Wie ferner zu erkennen ist, ist das mindestens eine dritte Betätigungselement 15a, 15b, 15c, 15d derart mit dem zweiten Schlitten 12 verbunden, sodass der zweite Schlitten durch ein Ansteuern des mindestens einen dritten Betätigungselements 15a, 15b, 15c, 15d um eine vertikale Achse (nicht gezeigt) des zweiten Schlittens 12 rotierbar ist. Insbesondere sind auch die vier dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d mit den Endbereichen, d. h. den Ecken, des zweiten Schlittens 12 verbunden. Demnach lässt sich sehr einfach eine laterale Bewegung in den zweiten Schlitten 12 einbringen. Gleichzeitig kann dies dazu genutzt werden, bei bestimmter Ansteuerung der dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d, eine Rotations-/Gierbewegung des zweiten Schlittens 12 zu verursachen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die beiden hinteren dritten Betätigungselemente 15a, 15c in eine Richtung bewegt werden, welche entgegengesetzt zu der Richtung der vorderen dritten Betätigungselemente 15b, 15d ist. Im Beispiel gemäß 3b ist die Gierbewegung dadurch entstanden, dass die beiden hinteren dritten Betätigungselemente 15a, 15c in der Darstellung nach links bewegt wurden, während die beiden vorderen dritten Betätigungselemente 15b, 15d eine Beschleunigung nach rechts erzeugt haben. Demzufolge wird der vordere Endbereich des zweiten Schlittens 12 nach rechts ausgelenkt, während der hintere Endbereich nach links bewegt wird. Somit ergibt sich eine Rotationsbewegung um eine vertikale Achse des zweiten Schlittens 12, welche einer Gierbewegung im realen Crashfall gleicht.
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Aus den Draufsichten gemäß den 1b, 2b und 3b lässt sich sehr einfach erkennen, dass die zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d derart neben dem ersten und zweiten Schlitten 11, 12 angeordnet sind, sodass die zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d in ihrer Position verharren, während der erste und zweite Schlitten 11, 12 von dem mindestens einen ersten Betätigungselement 13 entlang der Längachse A beschleunigt werden. Analog dazu sind auch die dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d neben dem ersten und zweiten Schlitten 11, 12 angeordnet. Somit wird erreicht, dass die zweiten und dritten Betätigungselemente nicht mit der Schlittenanordnung aus ersten und zweiten Schlitten 11, 12 bewegt werden müssen. Dadurch wird das Gewicht der Schlittenanordnung erheblich reduziert, wodurch höhere Beschleunigungswerte erzielt werden können. Darüber hinaus werden in die Testanordnung 1 eingetragenen Lasten stark reduziert. Die zweiten und dritten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d, 15a, 15b, 15c, 15d sind demnach neben der Schlittenanordnung in den Untergrund einbetoniert, sodass diese die in den Schlitten eingeleiteten Kräfte problemlos aufnehmen können.
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Während des gesamten Simulationsverlaufs wird der zweite Schlitten 12 über mindestens eine Führungsschiene 16a, 16b, 16c, 16d geführt. Insbesondere wird dies dadurch erreicht, dass die zweiten und dritten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d, 15a, 15b, 15c, 15d jeweils über eine einzelne Führungsschiene 16a, 16b, 16c, 16d mit dem zweiten Schlitten 12 verbunden sind, wobei sich die Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d parallel zur Längsachse A des ersten Schlittens 11 erstrecken. Zu diesem Zweck weist der zweite Schlitten 12 Trägerelemente 121 auf, welche an ihren Endbereichen Führungselemente 122 aufweisen, welche in den Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d führbar sind. Dies ist insbesondere aus 1d ersichtlich, in welcher der C-förmige Querschnitt der Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d dargestellt ist. Die Führungselemente 122 können dabei beispielsweise Rollen aufweisen, welche in den C-förmigen Führungsschienen geführt werden und gelenkig mit den Trägerelementen 121 verbunden sind. Somit lässt sich die Nick- bzw. Gierbewegung des zweiten Schlittens auf sehr einfache Weise kompensieren (3b).
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Gemäß einer besonders einfachen Realisierung der erfindungsgemäßen Testanordnung sind die zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d derart mit den Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d verbunden und dazu ausgebildet, die mindestens eine Führungsschiene zum ersten Schlitten vertikalen Richtung zu beschleunigen. In ähnlicher Weise sind auch die dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d mit den Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d verbunden und dazu ausgebildet die Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d in einer zur Längsachse A im Wesentlichen senkrechten horizontalen Richtung zu beschleunigen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Beschleunigungskräfte der zweiten und dritten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d, 15a, 15b, 15c, 15d über die jeweilige Führungsschiene 16a, 16b, 16c, 16d in den zweiten Schlitten 12 eingeleitet werden. Somit werden die Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d durch die Ansteuerung der zweiten und dritten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d, 15a, 15b, 15c, 15d in vertikaler bzw. lateraler Richtung bewegt.
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Zurückkommend auf 1d, sei in diesem Zusammenhang ferner erwähnt, dass die zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d dazu direkt mit den Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d verbunden sein können, während die dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d über die zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d mit den Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d in Verbindung stehen. Dementsprechend ist es vorgesehen, dass die vertikalen Beschleunigungskräfte der zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d direkt in die Führungsschiene eingebracht werden, während die lateralen Beschleunigungskräfte der dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d zunächst auf die zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d übertragen werden, welche sich folglich zusammen mit den Führungsschienen 16a, 16b, 16c, 16d in lateraler Richtung bewegen. Hierzu ist es selbstverständlich erforderlich, dass die zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d in einem gewissen Maße in lateralter Richtung bewegbar sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dies insbesondere durch die in den 2b und 3b angedeuteten Schwenkachsen 141a, 141b, 141c, 141d der zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d erreicht. Zwar ist dies nicht ohne Weiteres aus den Figuren zu erkennen, jedoch lassen sich die zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d durch die besagten Schwenkachsen 141a, 141b, 141c, 141d in lateraler Richtung verschwenken. Die Schwenkachsen 141a, 141b, 141c, 141d sind dabei vorzugsweise an einem unteren Endbereich der zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d vorgesehen. Mit anderen Worten sind die zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d demnach in lateraler Richtung verschwenkbar gegenüber dem Untergrund ausgebildet. Selbstverständlich ist es ebenso denkbar, dass die zweiten Betätigungselemente in lateraler Richtung translatorisch verschiebbar sind, statt die zuvor genannte Verschwenkbewegung auszuführen.
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Wie bereits angedeutet, können die zweiten und dritten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d, 15a, 15b, 15c, 15d je mindestens einen hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Betätigungszylinder aufweisen. Selbstverständlich ist auch jedes andere geeignete Betätigungsprinzip vorstellbar. Wie es aus den 1a, 2a und 3a ersichtlich ist, können die zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d jeweils drei Betätigungszylinder aufweisen, während die dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d mit einem Betätigungszylinder ausgestattet sind. Mit Bezug auf die dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d sei ferner erwähnt, dass die Betätigungszylinder vorzugsweise vertikal ausgerichtet sind und derart über eine Gelenkanordnung mit den zweiten Betätigungselementen 14a, 14b, 14c, 14d verbunden sind, sodass eine vertikale Hubbewegung der Betätigungszylinder in eine horizontale Beschleunigung der zweiten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d, senkrecht zur Längsachse A, konvertiert wird. Somit ergibt sich eine platzsparende Anordnung der dritten Betätigungselemente 15a, 15b, 15c, 15d, welche darüberhinaus besonders stabil mit dem Untergrund verbunden werden können. Dies begünstig vorallem auch den Lastabtrag durch die zweiten und dritten Betätigungselemente 14a, 14b, 14c, 14d, 15a, 15b, 15c, 15d.
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Im Hinblick auf die Draufsichten der 1b, 2b und 3b sowie die Rückansicht in 1d, sei erwähnt, dass der zweite Schlitten 12 vorzugsweise über eine Schubstange 18 gelenkig mit dem ersten Schlitten 11 verbunden ist. Die Schubstange 18 ist dazu ausgebildet, die Beschleunigung des ersten Betätigungselements 13 entlang der Längsachse A von dem ersten Schlitten 11 auf den zweiten Schlitten 12 zu übertragen. Gleichzeitig ist die Schubstange 18 jeweils derart über eine Gelenkanordnung mit dem ersten bzw. zweiten Schlitten 11, 12 verbunden, sodass der zweite Schlitten 12 frei beweglich gegenüber dem ersten Schlitten 11 ist. Dies ermöglicht den Eintrag der vertikalen bzw. lateralen Beschleunigungskräfte in den zweiten Schlitten 12, ohne die Bewegung in Längsrichtung A zu beeinflussen.
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Zum Verzögern der vertikalen bzw. lateralen Bewegung des zweiten Schlittens 12 gegenüber dem ersten Schlitten 11, nach Beendigung der Crash-Simulation, kann die Schubstange 18 und/oder der zweite Schlitten 12 mit einer Bremseinrichtung (nicht gezeigt) verbunden sein. Bei der Bremseinrichtung kann es sich beispielsweise um ein reversibles Energieverzehrelement handeln, welches an dem ersten Schlitten 11, einerseits, und an der Schubstange 18 bzw. dem zweiten Schlitten 12, andererseits, angebracht ist. Selbstverständlich sollte die Bremseinrichtung erst dann eine Bremswirkung auf die Schubstange 18 bzw. den zweiten Schlitten 12 ausüben, sobald die Crash-Simulation beendet ist.
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Obwohl dies in den Figuren ebenfalls nicht explizit gezeigt ist, kann die Testanordnung 1 ferner einen dritten Schlitten aufweisen, welcher dazu ausgebildet ist die Bewegung des zweiten Schlittens 12, nach Beendigung der Crash-Simulation, abzubremsen. Der dritte Schlitten ist dabei derart gegenüber dem ersten und zweiten Schlitten angeordnet, sodass dieser zu Beginn der Crash-Simulation keine Verbindung mit dem ersten und zweiten Schlitten 11, 12 aufweist und erst am Ende der Crash-Simulation in Wirkverbindung mit dem ersten und zweiten Schlitten 11, 12 tritt. Der dritte Schlitten kann dabei beispielsweise auf den gleichen Schienenelementen 111, 112 angebracht sein, auf welchen auch der erste Schlitten 11 geführt wird. Nach Beendigung der Crash-Simulation, kann der dritte Schlitten beispielsweise mit einer Polsterung auf einen Frontbereich 123 des zweiten Schlittens 12 treffen, wodurch zumindest die Bewegung entlang der Längsachse A der Schlittenanordnung aufgefangen wird. Um ein sanfteres Abbremsen zu ermöglichen kann der dritte Schlitten in gewissem Maße entlang der Schienenelemente 111, 112 in Richtung der Längsachse A beweglich ausgebildet sein.
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Besonders vorteilhaft ist es außerdem, wenn der dritte Schlitten dazu ausgebildet ist, nach Beendigung der Crash-Simulation, die Schlittenanordnung wieder in ihre Ausgangsstellung zu überführen. Im Einzelnen kann der dritte Schlitten demnach dazu verwendet werden, die Schlittenanordnung entlang der Längsachse A in die Ausgangsstellung zu bringen und gleichzeitig den zweiten Schlitten 12 gegenüber dem ersten Schlitten 11 auszurichten.
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Schließlich sei erwähnt, dass der erste und zweite Schlitten 11, 12 vorzugsweise größtenteils aus Aluminium hergestellt sind, wodurch das Gewicht der Schlittenanordnung erheblich reduziert wird und die erfindungsgemäße Testanordnung 1 weitaus höhere Beschleunigungswerte erzielen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Testanordnung
- 11
- erster Schlitten
- 12
- zweiter Schlitten
- 13
- erstes Betätigungselement
- 14a, 14b, 14c, 14d
- zweites Betätigungselement
- 15a, 15b, 15c, 15d
- drittes Betätigungselement
- 16a, 16b, 16c, 16d
- Führungsschiene
- 18
- Schubstange
- 50
- Probenaufbau
- 111
- Schienenelement
- 112
- Schienenelement
- 121
- Trägerelement
- 122
- Gleitelement
- 123
- Frontbereich
- 131
- Betätigungskolben
- 141a, 141b, 141c, 141d
- Schwenkachse
- 181, 182
- Kugel-/Kardangelenk
- A
- Längsachse
