DE3920284C2 - Vorrichtung zum Abbremsen eines Fallkörpers am unteren Ende einer Freifall-Versuchsstrecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbremsen eines Fallkörpers am unteren Ende einer Freifall-Versuchsstrecke, insbesondere einer Versuchsstrecke mit einer Führung für den Fallkörper und einem zu der Führung parallelen, die auf den Fallkörper wirkenden Reibungskräfte ausgleichenden Linearmotor, insbesondere in einem Bergwerks-Schacht.

Es ist bekannt, für Untersuchungen im Zustand der Schwerelosig­ keit Freifall-Versuche durchzuführen.

In jüngerer Zeit ist durch die Tagespresse, Bonner General-Anzeiger, 25./26. 3. 89, Forschung + Technik, S. XII, Weltraumforschung in einem Bergwerksschacht, auch der Vorschlag bekannt geworden, dafür einen stillgelegten Schacht eines Bergwerkes zu benutzen. In einem solchen Schacht steht nicht nur eine große Fallhöhe be­ reits zur Verfügung; auch alle in Ergänzung der eigentlichen Versuchsanlage benötigten Einrichtungen sind schon vorhanden.

Um bei solchen Versuchen vor allem die Luftreibung auszuglei­ chen, kann man parallel zu einer Führung einen Linearmotor ein­ bauen, der entsprechend gesteuert wird.

Keine befriedigende Lösung steht bisher für das Problem zur Verfügung, den Fallkörper nach dem freien Fall aus der in Be­ tracht stehenden großen Höhe abzubremsen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Vor­ richtung für diesen Zweck zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wird eine Bremsstrecke vorgeschlagen, auf der entlang der Bahn des Fallkörpers eine Vielzahl von Druck­ luft- und/oder Wasser-Düsen schräg nach oben in diese Bahn ge­ richtet sind.

Die hier erfolgende Bremsung durch Einsatz der kinetischen Energie einer in Gegenrichtung auftreffenden Masse ist so wir­ kungsvoll, daß von der insgesamt zur Verfügung stehenden Höhe nur ein vergleichsweise kleiner Teil als Bremsweg benötigt wird und für den Fallversuch verloren geht. Es entstehen kaum Rei­ bungsverschleiß und Reibungshitze. Die durch die Umwandlung der kinetischen Energie erzeugte Wärme wird von der Druckluft bzw. dem Wasser abgeführt. Druckluft wird man sogar wegen ihrer Ab­ kühlung bei der Entspannung vorher erhitzen müssen.

Die Alternative des Wassers erscheint besonders vorteilhaft. Das Wasser stellt nicht nur unvergleichlich mehr Masse dar als die Luft. Es erlaubt zugleich, die in der Anlage vorhandene große Höhendifferenz zur Druckerzeugung zu nutzen:
Die Düsen können aus einem am oberen Ende der Freifall-Ver­ suchsstrecke angeordneten Wasserbehälter gespeist werden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an der Seitenwandung des Fallkörpers gegenüber den Düsen eine Vielzahl von Fangschaufeln übereinander angeordnet.

Durch eine solche Gestaltung kann erreicht werden, daß das Me­ dium seine Strömungsbewegung unter einer weitgehend nach oben gegen die Fangschaufeln gerichteten Kraftabgabe verliert. Pri­ mär dürfte freilich eine möglichst steile Anstellung der Düsen sein, um dem ausgestoßenen Medium von vornherein eine möglichst große Bewegungskomponente nach oben zu geben.

Es kommt aber auch in Betracht, zusätzlich oder auch allein die Unterseite des Fallkörpers als Prallfläche zu benutzen und ggf. dafür mit Taschen oder in anderer Weise besonders auszu­ bilden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Fangschaufeln in seitlich vorspringende Leisten des Fallkörpers integriert, mit denen der Fallkörper jeweils zwi­ schen zwei Schienen der Führung greift.

So entstehen Taschen, die die Fangwirkung noch verbessern kön­ nen. Außerdem bleibt der Fallkörper verhältnismäßig kompakt, da die Fangschaufeln einen Platz einnehmen, an dem ohnehin irgendeine Art Vorsprung sein muß.

Die Vorrichtung kann derart gesteuert werden, daß jeweils nur die den Fallkörper gerade erfassenden Düsen das Druckmedium ausstoßen und somit kein Verlust entsteht.

Schließlich ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, sie in besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung nicht nur zum Bremsen zu benutzen, sondern mit ihr am Anfang des Freifall-Versuchs den Fallkörper "hochzuschießen", ggf. unter Mithilfe anderer Mittel.

Ist die Beschleunigung abgeschlossen und wird die Reibung auch beim Aufsteigen durch den, nun auf umgekehrte Beschleunigung eingestellten, Linearmotor wieder ausgeglichen, so ist der Fallkörper dann beim freien Aufsteigen ebenfalls schwerelos. Um mit freiem Aufsteigen, Umkehren und freiem Fallen eine län­ gere Zeit der Schwerelosigkeit zu erreichen als im freien Fal­ len allein, braucht der Fallkörper nicht einmal bis zur Hälfte der Freifallstrecke aufzusteigen. Denn wegen der stetigen Ge­ schwindigkeitszunahme im freien Fall ist die Zeitausbeute umso günstiger, je näher sich der Fallkörper seinem höchsten Punkt befindet. Mit Aufsteigen, Umkehren und Fallen wird ein günsti­ gerer Bereich doppelt durchlaufen.

Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Fig. 1 zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt durch einen Bergwerks-Schacht,

Fig. 2 zeigt konkreter in größerer Darstellung eine Einzelheit aus Fig. 1 und

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die in Fig. 2 gezeigte Einzel­ heit.

Der mit 1 bezeichnete Schacht ist mit üblichem Ausbau zu den­ ken. Lediglich ist von den zwei normalerweise vorhandenen För­ derkörben der eine entfernt und in dem dadurch gewonnenen Raum eine Führung 2 für einen Fallkörper 3 eingebaut worden.

Die Führung 2 besteht, wie Fig. 3 erkennen läßt, im wesentli­ chen aus zwei Schienenpaaren 4, zwischen denen der Fallkörper 3 als ganzes angeordnet und in der einen Richtung gehalten ist und zwischen deren Einzelschienen 5 der Fallkörper mit zwei vorspringenden Leisten 6 greift, womit er in der anderen Rich­ tung gehalten ist.

In den Schienen 5 sind zur Bildung eines Linearmotors Elektro­ magnete 7 angeordnet, die mit gegenüber in den äußeren Berei­ chen der Leisten 6 angeordneten Permanentmagneten 8 zusammen­ wirken.

Im übrigen sind die Leisten 6 hohl und nach außen offen und dabei in ihrem Hohlraum mit einer Reihe gewölbter Fangschau­ feln 9 versehen.

Von zwei neben den beiden Schienenpaaren 4 verlaufenden Druck­ wasserrohren 10 aus ist eine Vielzahl von Düsen 11 schräg nach oben in den Zwischenraum zwischen den Schienen 5 gerichtet und damit in die Bahn des Fallkörpers 3, speziell seiner Fangschau­ feln 9.

Die Druckwasserrohre 10 sind über eine Leitung 12 von einem über Tage angeordneten Wasserbehälter 13 aus beaufschlagt.

Am unteren Ende des Schachtes 1 befindet sich ein Wassersammel­ becken 14 ("Sumpf"). Eine Pumpe 15 ist vorgesehen, Wasser aus dem Sammelbecken 14 zurück in den Wasserbehälter 13 zu pumpen.

Der vom oberen Ende des Schachtes 1 aus fallengelassene Fall­ körper 3 wird auf der mit 16 bezeichneten Bremsstrecke, auf der die Düsen 11 angeordnet sind, durch die unter die Fang­ schaufeln 9 prallenden Strahlen 17 der Düsen 11 gebremst, wie oben näher erläutert.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Abbremsen eines Fallkörpers (3) am unteren Ende einer Freifall-Versuchsstrecke, insbesondere einer Ver­ suchsstrecke mit einer Führung (2) für den Fallkörper (3) und einem zu der Führung (2) parallelen, die auf den Fall­ körper (3) wirkenden Reibungskräfte ausgleichenden Linear­ motor (7, 8), insbesondere in einem Bergwerks-Schacht (1), gekennzeichnet durch eine Bremsstrecke (16), auf der entlang der Bahn des Fallkörpers (3) eine Vielzahl von Druckluft- und/oder Wasser-Düsen (11) schräg nach oben in diese Bahn ge­ richtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Seitenwandung des Fallkörpers (3) gegenüber den Düsen (11) eine Vielzahl von Fangschaufeln (9) übereinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangschaufeln (9) in seitlich vorspringende Leisten (6) des Fallkörpers (3) integriert sind, mit denen der Fall­ körper (3) jeweils zwischen zwei Schienen (5) der Führung (2) greift.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Steuerung derart, daß jeweils nur die den Fallkörper (3) gerade erfassenden Düsen (11) das Druckmedium ausstoßen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit Wasser- Düsen (11), dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (11) aus einem am oberen Ende der Freifall- Versuchsstrecke angeordneten Wasserbehälter (13) gespeist sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere mit dem Linearmotor (7, 8) in umkehrbarer Ausführung, dadurch gekennzeichnet, daß sie zugleich Beschleunigungsvorrichtung nach oben für den Anfang des Freifall- Versuchs ist.