DE4203709C2 - Vorrichtung zur dynamischen Prüfung eines mehrteiligen Prüflings durch definierte und reproduzierbare Schockbelastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Stand der Technik zur Schockerzeugung für Prüfobjek­ te ist durch Fallturmanlagen mit einem (seil-)geführten Fallhammer gekennzeichnet, wie sie im Prinzip in der US 3.426.578 und dem DE-GM 69 34 387 beschrieben werden. Fallturmanlagen nach dem Stand der Technik erlauben Schockanregungen bis ca. 10.000 g bei Stoßzeiten im Be­ reich von µs, abhängig von der Fallhöhe, der Masse des Fallhammers sowie seiner Formgebung, dem Material und dem Aufprallmedium. Für niedrigere Schockbeschleunigun­ gen ist auch ein Pendelhammer-Prüfstand wie er z. B. in der JP 63-11 33 42 A oder in der DE-AS 11 53 918 be­ schrieben wird, einsetzbar. Ein Sensor zur Schockmessung ist in der JP 63-28 44 51 A erwähnt, allerdings nicht appliziert am Fallhammer oder am Prüfling, sondern an einem neutralen Zwischenstück. Die US 3 331 236 be­ schreibt einen Prüfstand, bei dem das Prüfobjekt an ei­ nem Arm definierter Länge um einen Drehpunkt beschleu­ nigt und auf einen Amboß aufgeschlagen wird. Die resul­ tierenden Schockbelastungen werden dort mit mehreren auf dem Prüfobjekt verteilt angebrachten Kraftmessern regi­ striert.

Die Messung der örtlichen Druckbelastungen an einem Test­ objekt mittels piezoelektrischer Folien wird in der US 4 691 556 dargestellt. Das Prinzip der Führung eines Fallhammers an zwei parallelen Stäben ist der US 2 846 869 entnehmbar. Eine auf die Prüfung von Sicherheitsgurten ausgerichtete Anwendung ist in der DE-Z: Materialprüfung 8 (1966) Nr. 1, S. 24 beschrieben: Ein Halbgurt mit den beidseitigen Befestigungen wird durch ein Fallgewicht ei­ ner niederenergetischen Zugbelastung ausgesetzt.

Der Stand der Prüftechnik von Gurtschlössern im Zusammen­ wirken mit Gurtstrammern ist dadurch gekennzeichnet, daß von jeder Serie von Gurtstrammern und zugehörigen Gurt­ schlössern eine statistisch hinreichende Anzahl ausgelöst wird, um so die sichere Schließfunktion des Gurtschlosses zu prüfen.

Bei dieser Vorgehensweise können nur die bauartbedingten Sollbelastungen - aber keine Überlasten - erzeugt werden. Diese sind jedoch notwendig, um die tatsächlichen Funk­ tionsgrenzen des Schlosses zu ermitteln bzw. um gewünsch­ te Sicherheitsreserven für definierte Überlastbereiche ge­ zielt realisieren und nachweisen zu können.

Ist der Prüfling ein Gurtschloß, dann muß bei der Funk­ tionsprüfung unterschieden werden zwischen der hochener­ getischen Schockbelastung durch den Strammvorgang und der Belastung durch das Abfangen des Insassen.

Der in der Regel am Boden oder am Sitz des Pkw montierte Gurtstrammer zieht im Crashfall den üblicherweise als Peitsche bezeichneten Befestigungsteil für das Gurtschloß in einer sehr kurzen Zeitspanne scharf an, um den norma­ lerweise lose angelegten Sicherheitsgurt straff zu span­ nen. Bei diesem Strammvorgang, der z. B. durch Federkraft oder pyrotechnisch ausgelöst wird, treten an den Einzel­ elementen (Peitsche, Gurtschloß, Gurtzunge) sehr hohe Schockbelastungen auf, die jedoch keine Fehlfunktionen verursachen dürfen. Im Crashfall muß sichergestellt sein, daß das Gurtschloß während der Schockbelastung durch den Strammvorgang und während der zeitlich nachfolgenden Be­ lastung durch die Zugspannung in den Gurten, verursacht durch das Abfangen des Insassen, zuverlässig geschlossen bleibt. Danach muß es sich leicht öffnen lassen.

Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung bezieht sich aus­ schließlich auf die hochenergetische Schockprüfung für stark schockbelastete mehrteilige Bauelemente, vorzugs­ weise für Gurtschlösser im Wirkungsverbund mit Gurtstram­ mern (auch Gurtstraffer genannt) . Bei Steigerung der o.g. Spitzenbeschleunigung auf 3- bis 4fache Werte kann der Fall­ hammer zu störenden Eigenschwingungen angeregt werden, die die Reproduzierbarkeit des Schocks nicht mehr gewähr­ leisten und damit das Einsatzfeld einschränken. Ferner treten an der Aufprallfläche des Hammers nach wenigen Schocks Materialverformungen und Risse auf, die die wei­ tere Nutzung des Hammers ausschließen. Gleiches gilt für das Prallmedium.

Ziel der Erfindung ist daher eine Prüfvorrichtung, die die Simulation der betriebstypischen wie der überhöhten Schockbelastungen und die Prüfung mehrteiliger Prüflinge schnell, einfach und vergleichsweise billig ermöglicht, wobei die Schockbelastungen quantitativ und zuverlässig reproduzierbar sein müssen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Vor­ richtung gemäß Anspruch 1. Dadurch ist die Schockbela­ stung separat an jedem Bauteil der Funktionsgruppe quan­ titativ erfaßbar und kontrollierbar, um die Absolutlast­ werte für jedes Bauteil zu gewinnen und um den Schockab­ bau in den Bauteilen entsprechend ihrem konstruktiven Verbund quantitativ erfassen und kontrollieren zu können (Wirkungskette).

Durch die konstruktiven Maßnahmen zur Verringerung der Eigenschwingungen des Fallhammers wird eine gute Repro­ duzierbarkeit der Schockbelastung erreicht.

Die vorliegende Erfindung wird anhand von 2 Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 den Fallhammer 2 mit adaptiertem Prüfling 1 und Beschleunigungsaufnehmer 7,

Fig. 2 den Prüfstand mit der Aufzeichnungs- und Auswerteanordnung.

Die Prüfstandsanordnung besteht aus einer Fallturmanlage mit Fallhammer 2 und Seilführung 10 mit Gleithülsen 11. Die reproduzierbare hohe Schockbelastung wird durch die Formgebung und die Materialauswahl des Fallhammers 2 und durch die Materialauswahl des Prallmediums 14 bestimmt.

Der Prüfling 1 wird z. B. mittels Verschraubung 3 entweder direkt am Fallhammer 2, oder an einem mit dem Fallhammer verschraubten Adapterstück 8 fixiert, was montagetechni­ sche Vorteile hat. Der Prüfling 1 besteht in der Regel aus mehreren Funktionsteilen 4, 5 und 6, die jedes mit wenig­ stens je einem Beschleunigungsaufnehmer 7 bestückt sind. Der Fallhammer 2 trägt ebenfalls einen Beschleunigungsauf­ nehmer 7. (Fig. 1).

Diese Anordnung der Beschleunigungsaufnehmer 7 ermöglicht es, den Grundschock sowie die in den Funktionsteilen 4, 5, 6 (und ggf. folgenden) eingeleiteten Schockwirkungen quanti­ tativ zu erfassen, das Schockübertragungsverhalten zu analy­ sieren und ggf. gezielt konstruktive Maßnahmen zu ergreifen, um erkannte Schwachstellen zu beheben oder um den Prüfling bezüglich seiner schockgesicherten Funktionsfähigkeit zu optimieren.

Der Fallhammer 2 ist kompakt, d. h. "aus einem Stück", mit integrierten Seilführungen 10, konusförmig und bezüglich seiner Hochachse um 180° im wesentlichen symmetrisch, um Taumelbewegungen zu minimieren.

Der Schwerpunkt ist durch Hohlformung 12 (z. B. Ausdrehen) des oberen Fallhammerteils deutlich tiefer gelegt, d. h. zur Prallfläche hin verschoben, um Kippbewegungen des Fall­ hammers 2 beim Aufprall zu vermindern. Die Prallfläche ist leicht sphärisch mit einem Radius R von ca. 150-200 mm geformt. (Fig. 1). Die Masse des Fallhammers sowie die kon­ struktiven Maße hängen stark von dem Verwendungszweck ab. Im vorliegenden Anwendungsfall liegt die Masse bei ca. 10 kg, die Maße in Fig. 1 geben weitere Hinweise. Die sehr speziel­ len Anforderungen an das Material bezüglich Härte, Zähigkeit, Vermeidung von Rißbildung und Abplattung der Prallfläche im Dauerbetrieb werden von einem niedrig legierten, hochfesten Vergütungsstahl z. B. gemäß Klassifizierung 1.6959 nach DIN 17 007 erfüllt. Das Prallmedium 14 ist Verbrauchsmaterial, es kann zum schnellen und preiswerten Austausch z. B. als Scheibe im Scheibenhalter oder als schnell wechselbarer Block aus unlegiertem Baustahl hergestellt sein.

Die zum Fallturm gehörigen Hub-, Sicherungs- und Ausklink­ vorrichtungen sind Stand der Technik.

Zur Messung des Grundschocks am Fallhammer 2 sowie an den Funktionsteilen 4, 5, 6 und ggf. weiteren, werden Schock­ beschleunigungsaufnehmer 7, vorzugsweise piezoresistiver Art, eingesetzt. Die Meßsignale der Beschleunigungsaufnehmer 7 durchlaufen die Verstärker 16, werden danach von einem Rech­ ner mit Analog/Digitalwandler 18 erfaßt und auf einem ex­ ternen digitalen Speicher 15 zur weiteren Auswertung abge­ speichert. Der Darstellung der Meßsignale dienen der Bild­ schirm 17, sowie der Drucker 19 und der Plotter 20 (Fig. 2).

Je nach Prüfobjekt kann es wichtig sein, mit welchem Ende der Prüfling 1 am Fallhammer 2 fixiert wird. Wenn eine sol­ che Lageabhängigkeit besteht, sind mehrere Meßreihen mit den gebotenen Anordnungen (upside down und umgekehrt) durchzuführen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur dynamischen Prüfung eines mehrteiligen Prüflings durch definierte und reproduzierbare Schock­ belastung, mit einem über eingebaute Gleithülsen in vertikalen Führungen gelagerten Fallhammer, an dem eine Einrichtung zum Befestigen eines Endes eines Prüflings vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Fallhammer (2) und mindestens an einem Teil (4, 5, 6) des Prüflings (1) jeweils mindestens ein mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (15 bis 20) verbundener Beschleunigungsaufnehmer (7) vorgesehen ist und daß der Fallhammer (2) in seinem oberen Bereich eine Materialausnehmung aufweist, die so angebracht ist, daß der Schwerpunkt des Fallhammers in Richtung auf seine Unterseite verschoben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fallhammer (2) mit Ausnahme der Gleithülsen (11) einstückig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fallhammer (2) im wesentlichen konisch geformt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fallhammer (2) im wesentlichen symmetrisch zu seiner Hochachse ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fallhammer (2) in seinem untersten Bereich eine sphärische Prallfläche aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Prallfläche einen Radius (R) von ca. 150-200 mm aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fallhammer (2) aus einem niedrig legierten, hochvergüteten Stahl gefertigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl mit der Klassifizierung 1.6959 nach DIN 17007 verwendet wird.