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Die
Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung
zur Crashprüfung
von Teilsystemen, Bauteilgruppen oder Einzelkomponenten eines Kraftfahrzeugs,
insbesondere Personenkraftwagen, bei simulierter Seitenkollision.
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In
der Kraftfahrzeugindustrie wird nunmehr eine immer intensivere Entwicklungsarbeit
betrieben, wenn es sich darum handelt, neue und effektivere technische
Lösungen
zu finden, die bei sowohl ganz neuen Kraftfahrzeugmodellen als auch
bei weiterentwickelten Versionen von früheren Grundmodellen zu einer
besseren passiven und/oder schadenverhindernden Crash- bzw. Aufprallsicherheit
beitragen können.
Die Crashsicherheit eines Kraftfahrzeugs stellt eine Ergänzung der
Fahrsicherheit dar und bringt die Fähigkeit des Kraftfahrzeugs,
Personenschäden
im Zusammenhang mit einem Kollisionsunfall herabzusetzen, zum Ausdruck.
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Bei
einer Kraftfahrzeugkollision (Crash) tragen die äusseren Teile der Karosserie
dazu bei, durch plastische Deformation die Bewegungsenergie des
Fahrzeugs in Wärme
umzuwandeln. Die Fahrgastzelle bzw. die Karosserie selbst ist jedoch
als verhältnismässig starrer
Sicherheitskäfig
konstruiert, in der die Passagiere zumindest auf den Vordersitzen mit
Hilfe von sog. Airbags (üblichen
Crashkissen bzw. Seitencrashkissen), Sicherheitsgurtsystemen und energieaufnehmenden
sowie kraftverteilenden Werkstoffen der innenseitigen Begrenzungsflächen der Karosserie,
wie Paneelen und Innenverkleidungsteilen, zurückgehalten werden.
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In
den letzten Jahren hat insbesondere die Entwicklung verschiedener
Arten von Seitenkollisionsschutze in Personenkraftwagen seitens
der Kraftwagenkäufer,
der Versicherungsgesellschaften und der Verkehrssicherheitsbehörden ein
immer grösseres
Interesse erworben.
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Die
intensivierte Entwicklung solcher Seitenkollisionsschutze hat jedoch
zur Folge gehabt, dass der Bedarf immer grösser wird, schnell und zu angemessenen
Kosten viele verschiedene Kombinationen von Steifigkeit und Energieaufnahmevermögen von in
den Teilen des Fahrzeugs verwendeten Werkstoffen und Komponentenwelche
den Fahrgastraum begrenzen, prüfen
zu können.
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Selbstverständlich will
man soweit möglich vermeiden,
komplette Kraftfahrzeuge oder die ganze Karosserie einer Crashprüfung zu
unterziehen, da solche Prüfverfahren
sehr kostspielig sind. Besonders in einem frühen Stadium der Entwicklungsarbeit für ein neues
Kraftfahrzeugmodell ist ausserdem der Vorrat an fertigen Kraftfahrzeugen
oder fertigmontierten Karosserien aus verschiedenen Gründen sehr begrenzt.
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Damit
bei der Prüfung
von Werkstoffen und Komponenten, Bauteilgruppen und Einzelteilen
die Crashprüfung
von kompletten Kraftfahrzeugen wie auch Karosserien auf eine möglichst
geringe Anzahl reduziert werden kann und entsprechend die Kosten in
einem erträglichen
Umfang bleiben, ist eine effektive Prüfausrüstung erforderlich, die in
einer möglichst
wirklichkeitsnahen Weise das Prüfverfahren
ermöglicht,
so dass man erwarten kann, dass die Prüfergebnisse mit den Prüfverfahren übereinstimmen,
in denen das Teilsystem (Werkstoff, Komponente, Einzelteil etc.)
in einem mehr oder weniger kompletten Kraftfahrzeug oder in einer
ganzen Karosserie an seinem korrekten Einbauort montiert ist.
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Gemäss einer
bisher angewandten Prüftechnik
ist das gegenwärtige
Prüfobjekt,
beispielsweise eine Personenkraftfahrtür, mit ihrer direkt umgebenden
Struktur auf einem beweglichen Wagen, der auf einer Crashbahn fährt, montiert
worden. Der mit der Tür
und deren umgebendem Struktur versehene Wagen wird dann mit Hilfe
einer besonderen Fördermaschine
gegen einen auf der Crashbahn angebrachten Autositz mit darin festgespannter
Crashpuppe gefahren. Bei diesem Verfahren mußaber die ganze Crashbahn für das Teilsystemprüfverfahren
in Anspruch genommen werden, wodurch eine andere Aktivität auf der
Crashbahn verhindert wird. Aus u.a. Sicherheitsgründen müssen nämlich die
gleichen Routinen bei einem solchen Teilsystem-Prüfverfahren
wie bei einem Prüfverfahren
in vollem Umfang mit einem kompletten Kraftfahrzeug oder einer Karosserie
angewandt werden. Somit werden hierbei das gesamte Personal und
die Ausrüstung
der Crashbahn also in vollem Umfangauch bei der Prüfung eines
verhältnismässig kleinen
Teilsystems eines Kraftfahrzeugs in Anspruch genommen. Da ein solches
Prüfverfahren oft
auch eine Crashserie umfasst, ist diese Technik mit einem auf dem
Wagen montierten Prüfobjekt
auf einer Crashbahn sehr kostspielig. Ausserdem lässt sich
die Masse des beweglichen Wagens schwer anhalten und die Crashpuppe
wird in einem hinsichtlich der Prüfkriterien relativ uninteressant
späten
Stadium des Crashereignisses unnötig
grosser Gewalt ausgesetzt.
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Es
gibt auch Prüfanlagen,
in denen man statt Fördermaschinen
irgendeinen Typ einer sog. Schlittenkanone verwendet, um die Bewegung
des dem Prüfverfahren
entsprechenden Prüfschlittens
entlang der Crashbahn herbeizuführen.
Prüfanlagen
mit Schlittenkanonen stellen jedoch auch komplizierte, teuere und
Platz einnehmende Anlagen dar, deren Betrieb die Zusammenwirkung
einer erheblichen Anzahl an Technikern erfordert.
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Weniger
Platz einnehmende Anlagen sind auch bereits bekannt, die besonders
dazu bestimmt sind, lediglich Komponenten oder geringere Teilsysteme
eines Fahrzeugs zu prüfen.
Als Beispiel für
diese Art von Prüfausrüstung sei
auf die in der DE-PS 44 07 256 C2 beschriebene Einrichtung hingewiesen. Es
handelt sich dabei um eine Komponenten-Prüfstellung für Konstruktionsseitenteile
und Sitze von Motorfahrzeugen. Diese bekannte für die Crashsimulation bei einer
Seitenkollision bestimmte Prüfstellung
umfasst einen auf einer Bodenplatte befestigten Autositz (mit darin
festgespannter Crashpuppe), ein verschiebbar festgehaltenes Fahrzeugseitenteil
(beispielsweise einer Fahrzeugtür)
sowie ein mit einem Deformationselement versehenes Kollisionsteil,
das ein Teil (beispielsweise das Vorderteil) eines von der Seite
getroffenen Fahrzeugs simulieren kann. Die Bodenplatte ist in der
Prüfstellung
frei beweglich angeordnet, das Fahrzeugseitenteil ist auf Führungsbahnen
verschiebbar gelagert und gesteuert, und das Kollisionsteil mit
dazugehörendem
Deformationselement ist auf Führungsbahnen
verschiebbar gelagert. Das Kollisionsteil ist an eine Kolben-Zylinder-Vorrichtung
gekoppelt, die über
eine Leitung und über
ein Steuerventil sowie einen Druckakkumulator mit einer Fluidpumpt
in Verbindung steht. Diese bekannte Vorrichtung kann nur innerhalb
eines festen vorbestimmten Bereiches des in Betracht kommenden Kraftwagenseitenteils
Crashkräfte
bewirken. Die Vorrichtung hat überhaupt
keine Mittel zur Umstellung von beispielsweise der Höhe des Kollisionsteils oberhalb
des den Fahrzeugsitz tragenden Bodenbleches.
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Aus
der
US 5 483 845 ist
eine Seitenaufprall-Versuchsvorrichtung
bekannt, die einen Versuchswagen mit einer Fahrzeugtür und einem
Sitz für eine
Versuchspuppe umfasst. Der Versuchswagen ist verschiebbar auf einem
Schlitten angebracht, auf den eine Stoßsäule einwirken kann. Diese Stoßsäule bewirkt
eine Beschleunigung des Schlittens und somit die Einwirkung einer
Stoßramme
des Schlittens auf den Versuchswagen. Ähnlich wie andere bekannt Versuchseinrichtungen
ist diese Vorrichtung kompliziert, teuer und sperrig.
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Ein
Hauptzweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorerwähnten Nachteile
der bekannten komplizierten und sperrigen Prüfausrüstungen und Prüfanlagen
zu vermeiden. Das der Erfindung zugrundeliegende technische Problem
besteht somit darin eine neue konstruktiv einfache und damit preisgünstige Komponentenprüfeinrichtung
zu schaffen, die im Verhältnis
zu bekannten Vorrichtungen wenig Platz erfordert und deren Betrieb
nur etwa zwei Personen, beispielsweise ein Mechaniker und ein Prüfingenieur,
verlangt. Die Prüfeinrichtung
soll weiterhin so ausgeführt
sein, dass ein gegenwärtiges Prüfobjekt
auf wahlfreier Höhe
im Verhältnis
zu dem mit Crashpuppe versehenen Fahrzeugsitz auf einfache Weise
montiert werden kann. Eine Prüfserie
mit stufenweiser Änderung beispielsweise
der Höhenrelation
oder Crashintensität
zwischen Prüfobjekt
und Fahrzeugsitz soll einfach durchzuführen sein.
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Dieses
technische Problem wir durch eine Komponentenprüfeinrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale, welche bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Komponentenprüfeinrichtung
sind aus den weiteren Ansprüchen
ersichtlich.
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Das
Primärkennzeichen
einer Komponentenprüfeinrichtung
gemäss
der Erfindung besteht somit darin, dass sie folgendes umfasst:
einen
horizontalen Prüftisch
mit zueinander parallelen Balken oder Trägern, einen auf dem Prüftisch quer
zur Balkenrichtung des Prüftisches
angeordneten Fahrzeugsitz, in welchem durch ein zum Sitz gehörendes Sicherheitsgurtsystem
eine Crashpuppe festgespannt ist, ein im Abstand oberhalb des Prüftisches
befindliches Trag- oder Balkensystem, beispielsweise ein Dachbalkensystem,
eine im Trag- oder Balkensystem schwenkbar aufgehängte Pendelanordnung,
umfassend einen in einer Vertikalebene zwischen dem Balkensystem
und dem Prüftisch
herabhängenden
Pendelstab, dessen oberes Endteil mit dem Trag- oder Balkensystem gelenkig verbunden ist,
und dessen unteres Ende mit einem zwischen ein paar Balken des Prüftisches
gesteuerten Steuerfuss, einem im unteren Teil des Pendelstabs befestigten Rahmen
zur Montage des in Betracht kommenden Prüfobjekts versehen ist, ein
am Prüftisch
fest angebrachtes Antriebsaggregat mit schnellbeweglichem Antriebsübertragungsteil
und ein zwischen dem unteren Teil des Pendelstabs und dem Antriebsübertragungsteil
eingekoppeltes Gestänge
zur Übertragung von
seitencrashsimulierenden Kräften
und Bewegungen auf den Pendelstab.
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Wenn
ein Personenkraftwagen einer von einem von der Seite auffahrenden
Kraftfahrzeug verursachten Seitenkollision ausgesetzt wird, ist
die Eindringgeschwindigkeit der Innenstruktur des aufgefahrenen
Kraftwagens in einem unteren Bereich der Kraftfahrzeugseite, gegen
die der Stossfänger
des auffahrenden Kraftfahrzeugs stösst, am höchsten. Weiter oben an der
Kraftfahrzeugseite ist die Eindringgeschwindigkeit niedriger und
im Verhältnis
zu dem erwähnten
initialen Kollisionsbereich, gegen den der Stossfänger des
auffahrenden Kraftfahrzeugs stösst,
zeitmässig
etwas verzögert.
Zur Simulation dieses Geschwindigkeitsgradienten oder mit anderen
Worten der Geschwindigkeitsverteilung in Vertikalrichtung eignet
sich die Pendelanordnungskonstruktion mit vertikal herabhängendem
Pendelstab sehr gut. Durch die Änderung
der wirksamen Pendellänge
des Pendelstabs kann man den Unterschied zwischen der Geschwindigkeit
des Prüfobjekts
(beispielsweise der Kraftfahrzeugtür) an der Oberkante und Unterkante
steuern, so dass der Unterschied mit dem Verhalten des gewünschten
Automodells übereinstimmt.
Die wirksame Pendellänge des
Pendelstabs kann durch Änderung
des Punktes, an dem das obere Endteil des Pendelstabs im Dachbalkensystem
gelagert ist, einfach geändert
werden.
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In
den Ansprüchen
2 und 3 werden Merkmale für
eine Ausführungsform
der erfindungsgemässen Komponentenprüfeinrichtlung
angegeben, die besonders dafür
geeignet ist, eine schnelle Änderung der
wirksamen Pendellänge
zu ermöglichen.
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Das
zwischen dem unteren Teil des Pendelstabs und dem Antriebsübertragungsteil
eingekoppelte Gestänge,
das für
die Übertragung
der seitencrashsimulierenden Kräfte
und der Bewegungen zum Pendelstab dient, kann zweckmässig die
im Anspruch 4 angegebenen Merkmale aufweisen. Mit einer Kraftüberführungsgabel
gemäss
diesem Anspruch wird erreicht, dass die Seitencrashkraft von diesem
Antriebsaggretat symmetrisch gegen die gegenüberliegenden Aussenkanten des
Montagerahmens eingeleitet wird, wodurch man die Gefahr einer Torsion
des Pendelstabs effektiv vermeidet, wenn das Prüfobjekt den Sitz und die Crashpuppe
trifft.
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Das
Antriebaggregat der erfindungsgemässen Komponentenprüfeinrichtung
kann auf verschiedenste Art ausgeführt sein. Im Anspruch 5 wird
eine Ausführungsform
angegeben, in welcher das Antriebsaggregat eine hydraulische Vorricchtung
oder einen Motor umfasst, die bei der Crashsimulation sowohl eine
Beschleunigung als auch eine darauffolgende Verzögerung des unteren Teils des
Pendelstabs bewirken.
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Um
die Crashpuppe und den Kraftfahrzeugsitz in einem hinsichtlich der
Prüfkriterien
uninteressant späten
Stadium nicht unnötigerweise
großen Kräften auszusetzen,
kann es zweckmässig
sein, den Kraftwagensitz wie aus Anspruch 6 ersichtlich zu montieren.
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Um
sicherzustellen, dass die Pendelbewegung des Pendelstabs, aus einer
von der Lotrechte ausgewinkelten Ausgangslage, tatsächlich in
einer wohldefinierten Vertikalebene erfolgt, ist das Steuerfussteil
des Pendelstabs zweckmässig
gemäss
Anspruch 7 ausgeführt.
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Im
folgenden ist zur besseren Erläuterung und
Verständnis
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben
und erläutert.
Es zeigt:
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1 in
Vorderansicht einer Komponentenprüfeinrichtung gemäss der Erfindung
und
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2 in
Draufsicht auf die Prüfeinrichtung gemäss 1.
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Die
in 1 und 2 dargestellte Komponentenprüfeinrichtung
ist für
einen simulierten Seitenaufprall für die Kollisionsprüfung von
Teilsystemen eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Personenkraftwagen,
bestimmt.
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Die
erfindungsgemässe
Komponentenprüfeinrichtung
hat ein Grund- oder
Bodenteil in der Form eines horizontalen Prüftisches 2. Der Prüftisch 2 umfasst
eine Anzahl zueinander paralleler Balken 4, die in Seitenrichtung
zueinander beabstandet sind, so dass dazwischen Spalte 6 vorhanden
sind. Auf einer oberhalb des Prüftisches 2 angeordneten
Verschiebungsbahn 8 (siehe 1), die
sich in Balkenrichtung des Prüftisches 2 erstreckt,
ist ein sich in Seitenrichtung entlang der Verschiebungsbahn 8 bewegender
Kraftfahrzeugsitz 10 montiert, der quer zur Balkenrichtung
des Prüftisches 2 gekehrt
ist. Im Sitz 10 ist mit Hilfe eines konventionellen Sicherheitsgurtsystems
mit Rollgurt eine Crashpuppe 12 festgespannt. Das Gurtsystem
umfasst zum einen ein Gurtband 14, das sich von der B-Säule 16 des
simulierten Kraftfahrzeugs schräg
hinunter über
den Brustkasten der Puppe zu einem Befestigungspunkt auf der rechten Seite
des Sitzes 10 erstreckt, und zum anderen von der letztgenannten
Befestigung ein sich über
die Hüften
erstreckendes Gurtband 18, das von einer Befestigung ganz
unten auf der B-Säule 16 auf
der linken Seite des Sitzes ausgeht.
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Im
Abstand von beispielsweise 3 m oberhalb des Prüftisches 2 befindet
sich ein zur Prüfeinrichtung
gehörendes
Trag- oder Balkensystem 20, das z.B. ein Dachbalkensystem
sein kann. Dieses Balkensystem kann zwei oder mehrere parallel zueinander
verlaufende Balken 22 umfassen, die durch querlaufende
Verteilungsbalken 24 untereinander verbunden sind. In 2 werden
ein Balken 22 und ein Verteilungsbalken 24 dargestellt.
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Das
Balkensystem 20 umfasst weiterhin eine darin befestigte
Lagerungsplatte 26, die beispielsweise 1 m lang und mit
einer Anzahl, z.B. sieben, im Abstand oberhalb des Prüftisches 2 angebrachter
Aufhängelöcher 28 versehen
sein kann. Die Prüfeinrichtung
umfasst weiterhin eine im Balkensystem 20 schwenkbar aufgehängte Pendelanordnung 30.
Die Pendelanordnung umfasst einen in der Vertikalebene zwischen
dem Balkensystem 20 und dem Prüftisch 2 herabhängenden
Pendelstab 32, dessen oberes Endteil mit dem Balkensystem
gelenkig (an der Gelenkstelle 34, siehe 1)
verbunden ist, und dessen unteres Ende mit einem Steuerfussteil 36 versehen ist.
Das Steuerfussteil umfasst seinerseits ein scheibenförmiges Führungsteil 38,
das in dem in 2 mit 6' bezeichneten Spalt zwischen zwei
parallelen Balken 4 des Prüftisches 4 gleitbar
aufgenommen ist.
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Wie
es aus 1 ersichtlich ist, besitzt der Pendelstab 32 in
seinem oberen Endteil eine den Aufhängelöchern 28 der Lagerungsplatte 26 entsprechende
Anzahl Montagelöcher 40.
Der Pendelstab 32 ist mittels eines Aufhängebolzens
(in der Mitte eines Verteilungsbalkens 34) aufgehängt, der
in einem der Montagelöcher 40 des
Stabs und in einem vor diesem Loch befindlichen Aufhängeloch 28 in
der Lagerungsplatte 26 eingesetzt ist. Die wirksame Pendellänge des
Pendelstabs kann also durch die Wahl von zusammenwirkenden, bolzenaufnehmenden
Löchern 28 und 40 in
der Lagerungsplatte 26 bzw. in dem oberen Endteil des Pendelstabs
sowie dann durch Einsetzung des Aufhängebolzens in die somit gewählten, neuen
koaxialen Löcher
geändert
werden. Bei der Einsetzung des neuen Aufhängebolzens belässt man
den früheren
Aufhängebolzen
in seinen koaxialen Löchern,
der dann erst entfernt wird, wenn der neue Bolzen eingesetzt worden
ist. Dadurch trägt beim
Einsetzen des neuen Bolzens der alte Bolzen das ganze Gewicht der
Pendelanordnung 30, was das Einsetzverfahren sehr erleichtert.
Durch Änderung
der wirksamen Pendellänge
des Pendelstabs 32 in der zuvor beschriebenen Weise wird
trotzdem das Steuerfussteil 36 des Pendelstabs gegenüber dem
Prüftisch 2 in
unveränderter
Höhenlage
beibehalten.
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In
seinem unteren Teil ist der Pendelstab 32 zur Montage des
zu prüfenden
Prüfobjekts,
das in dem gezeigten Fall eine Kraftfahrzeugtür 44 mit Fensterscheibe 46 ist,
mit einem fest angebrachten Rahmen oder einer Einspannvorrichtung 42 versehen.
Der Montagerahmen 42 umfasst für die Tür 44 obere und untere
Festhalteteile, die in 1 mit den Bezugszeichen 48 bzw. 50 bezeichnet
sind. Die bogenförmige
Bewegungsbahn des Montagerahmens 42 (bei der Pendelbewegung
des Pendelstabs 32) ist somit durch Änderung der Pendellänge des
Pendelstabs 32 in der oben beschriebenen Weise veränderbar.
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Zur
Herbeiführung
der Pendelbewegung des Pendelstabs 32 umfasst die Prüfeinrichtung
ein auf dem Prüftisch 2 fest
angebrachtes Antriebsaggregat 52 mit einem von der Antriebswelle 54 des
Aggregats 52 schnell schwenkbaren Antriebsüberführungsteil 56,
wobei zwischen dessen oberem Ende und dem unteren Teil des Pendelstabs 32 ein
Gestänge 58 gelenkig
zwischengeschaltet ist. Dieses Gestänge dient zur Übertragung
der einen Seitencrash simulierenden Kräfte und Bewegungen von dem
Antriebsaggregat 52 auf den Pendelstab 32. Das
Gestänge 58 umfasst
eine Kraftüberführungsgabel
bestehend aus einem Paar von dem Antriebsüberführungsteil 56 hinweg
divergierenden Antriebsstangen 60 und 62, deren
Enden einerseits mit dem Antriebsüberführungsteil 56 und
andererseits mit je einer Aussenkante des Montagerahmens 42 gelenkig
verbunden sind, wie es am deutlichsten aus der 2 ersichtlich
ist. Der Sitz 10, die Crashpuppe 12, die Bahn 8 und
die Mittel 64, 66, 68 sind einfachheitshalber
in 2 weggelassen worden.
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Das
Antriebsaggregat 52 kann eine hydraulische Vorrichtung
oder ein Motor sein, der über
seine treibende Drehachse 54 an das Antriebsüberführungsteil 56 angeschlossen
ist. Über
das Antriebsüberführungsteil
und das Gestänge 58 bewirkt
das Antriebsaggregat 52 die Beschleunigung und die darauffolgende
Verzögerung
des unteren Teils des Pendelstabs 32 und des darin befestigten
Montagerahmens 42 mit der darin montierten Kraftfahrzeugtür 44.
Um die Beschleunigung der Pendelanordnung 30 (in deren
Pendelbewegung) zu erleichtern, ist es zweckmässig, den Pendelstab, den Montagerahmen, das
Steuerfussteil und das Gestänge
aus einem leichten Material herzustellen.
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Wenn
der Kraftfahrzeugsitz 20 den Seitenkollisionskräften von
der Kraftwagentür 44 ausgesetzt
wird, kann sich der Sitz entlang der Verschiebungsbahn 8 seitwärts bewegen.
Am Ende der Bahn befinden sich ein Haltblock 64 und ein
von einem Rahmen 66 getragenes Fangnetz 68 zum
Auffangen des die Bahn 8 entlang verschobenen Sitzes 10 mit der
darauf befindlichen Crashpuppe 12.
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Als
Beispiel für
Teilsysteme, die zweckmässig
mittels der erfindungsgemässen
Prüfeinrichtung geprüft werden
können,
können
die folgenden erwähnt
werden: Kraftfahrzeugtüren
mit verschiedener Art von darin enthaltenen Energieabsorbenten,
wie beispielsweise Zellschichtenblock, Wabenblock, Sandwichelement
usw.), neben einem Kraftfahrzeugsitz montierte Seitenairbags, sowie
verschiedene Arten von anderen Werkstoffen, Komponenten und Einzelteilen,
deren Eigenschaften auf die Crashsicherheit und -eigenschaften des
Kraftwagens einwirken können.