DE8802418U1

DE8802418U1 - Falleinrichtung

Info

Publication number: DE8802418U1
Application number: DE8802418U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1988-04-07

Description

Falleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Falleinrichtung zur Erzeugung von Schwerelosigkeit gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, für Experimente unter Schwerelosigkeit Fallkörper in sogenannten Falltür-nen oder Fallschächten einzusetzen. Der Bedarf an solchen Falleinrichtungen für die industrielle und wissenschaftliche Grundlagenforschung ist groß. Forschungsgebiete sind u.a. das Gebiet der Metallurgie, der Erstarrung, der Kristallisation, der Polymere, der dünnen Filme und der Katalysatoren. Von besonderer Bedeutung für die Brauchbarkeit solcher Falleinrichtungen ist ihre Verfügbarkeit. Die bekannten Falleinrichtungen benötigen für jedes Experiment sehr lange Vorbereitungszeiten, beispielsweise bis zu 4 Tage für einen 5-Sekunden-Flug. Nachteilig ist auch der große Aufwand für die bei jedem Versuch notwendige Evakuierung. Weitere Nachteile sind: Hohe Betriebskosten, hoher Verschleiß, schwieriges Herausnehmen der Proben wegen der eingesetzten mechanischen Bremseinrichtungen. Die AbbremsVerzögerungen sind sehr hoch und schwer kalkttlierbar und steuerbar* Ber Austausch der Abbseffieeinrichtungen ist häufig notwendig. Die bekannten FaI!körper lassen nur eine begrenzte Zuladung zu.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Fälleinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie die oben angegebenen Rachteile nicht aufweist und insbesondere weitestgehend verschleißfrei arbeitet, leicht steuerbar ist und eine hohe Verfügbarkeit und Sicherheit aufweist.

Dr.K/N

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Dlese Aufgabe wird durch die Ausbildung gemäß Kennzeichen dee Ansprüche 1 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenbildung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Fallschachtes, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer durch

einen magnetischen Linearmotor angetriebene Kabine in einem Fallschacht/ und

Fig. 3 eine detailliertere Prinzipdarstellung der Kabine nach Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Fallschacht 2 unter einer Abwurf station 4, aus der ein Fallkörper 6 in den Fallschacht fallengelassen werden kann. Der untere Bereich des Fallschachtes ist als Bremsbereich 8 vorgesehen.

Die Fig. 2 zeigt einen Teil des Fallschachtes 2 mit

einer Leiteinrichtung 10 (beispielsweise Schienen) für eine aerodynamisch ausgebildete Kabine 12.

Die Kabine 12 dient der Aufnahme einer oder mehrerer Flugproben 14 sowie von Versuchseinrichtungen 16(beispielsweise Meßgeräten, Aufzugsgeräten, Schränken, Laboreinrichtungen usw.). Ferner befindet sich in der Kabine ein Versuchstisch 18 mit Stoßdämpfer 20 z-ur Aufnahme der Proben zu Beginn des Experimentes. Zusätzlich kann eine Vakuumpumpe 22 installiert sein.

Der Fallschacht 2 kann in einem Bergwerksehacht oder

einem Belüftungsschacht eines Bergwerkes ausgebildet werden. Die Schachttiefe beträgt vorzugsweise 600*1.200 m.

Die Kabine 12 fällt durch die Schwerkraft in den Fallschacht hinein. Zum Ausgleich der Reibung an der Aufhängung und der Luftreibung ist die Verwendung eines magnetischen Lineannotors 13 vorgesehen, über den eine zusätzliche Antriebskraft auf die Kabine ausgeübt werden kann.

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Bai einer Falltiefe von 1.000 &eegr; würde sieh damit eine Fallzeit von etwa 14,2 eeo ergeben mit einer Endgeschwindigkeit von SOd km/h. bzw. 140 m/eee. Durch die Verwendung dee Linearmotor* kann die Abbremsung sehr genau gesteuert werden und innerhalb von weiteren 100 m erfolgen mit dem Vorteil/ daß man eine gleichmäßige Verzögerung beispielsweise von 10 g einstellen kann.

Die Steuerung des freien Falles erfolgt folgendermaßen: Nach dem Start fällt die Kabine 12 in den Fallschacht

2 und wird dabei beschleunigt, so daß die nicht auf dem Versuchstisch 18 befestigte Versuchsprobe 14 von dem Tisch abhebt und über dem Tisch schwebt. Der Abstand im Schwebezustand über dem Tisch wird über optische oder akustische Abstandsmessung mit Hilfe eines an der Decke der Kabine angebrachten Sensors 18 überwacht oder von dem Tisch aus gemessen. Die Steuerung des Linearmotors 13 erfolgt in Abhängigkeit von den Sensorausgangssignalen. Es kommt nur darauf -an, die Flugprobe zwischen Tisch und Decke der Fahrstuhlkabine berührungslos in der Schwebe zu halten. Die Qualität der Schwerelosigkeit kann etwas verbessert werden, wenn in der Kabine ein Vakuum hergestellt wird, was beispielsweise mit Hilfe der schon erwähnten Vakuumpumpe 22 erfolgen kann. Dieser zusätzliche Aufwand dürfte sich allerdings nur sehr gering auswirken, da Abweichungen vom freien Fall des Flugkörpers sich nur in sehr geringen Relativbewegungen zur umgebenden Luft auswirken,und somit der Luftwiderstand in der Kammer vernachlässigbar klein ist. Gegebenenfalls ist aber ein Vakuum bzw. eine Füllung mit technischen Gasen f&f bestimmte Versuche interessant.

Mit Hilfe des Linearmotors 13» durch den hohe Beschleunigungen und Verzögerungen realisierbar sind, kann der Fallschacht gleichermaßen als Abschußschacht Verwendung finden ohne besondere Vorkehrungen und ohne besonderen zusätzlichen Aufwand. Die Abbremsstrecke im unteren Teil des FaIl-Schachtes wird dann als Beschleunigungsstrecke gegen die Schwerkraft verwendet, von deren Ende ab die Probe 14 im

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gehalten wird. Hierdurch verdoppelt eich die Verfügbarkeit der Palleinriehtünf«

Die Steuerung de« Flug·« der Kabine *rfolgt in diesem Abeehufifall analog wie beim freien Pail der Kabine. Die Fig. 3 2eigt in einer schematisch dargestellten Kabine 12* einen in Schwebezustand befindlichen Probenbehälter 30 mit darin befindlicher Probe 14. Innerhalb dea Probenbehälters 30 sind zwei Blitzlampen 32, 34 vorgesehen, die über elektrische Kabel/mit Batterien 36, 38 verbunden äind, um beispielsweise für lichtblitz-induzierte Polymerisationen eingesetzt zu werden.

DieSteuerung des Linearmotors 13 bzw. des Schwebezustandes des Probenbehälters 30 erfolgt mit dem bereits erwähnten Sensor 18, der den Abstand zwischen Tisch und Probenbehälter oder zwischen Probenbehälter und Decke der Kabine überwacht. Alternativ oder zusätzlich kann zur Stencrung, insbesondere wenn man die Beschleunigungen und Verzögerungen exakt steuern will, ein beschleunigungsabhängiger Sensor (sog. g-Sensor) 40 eingesetzt werden, dessen Ausgangesignale als Steuersignale den Linearmotor 13 zugeführt werden.

Bei der oben beschriebenen Falleinrichtung ergeben sich im wesentlichen folgende Vorteile:

Es ist ein kontinuierlicher, zumindest quasi kontinuierlicher Betrieb möglich. Die Erzeugung eines Vakuums im Fallschacht selbst 1st nicht mehr notwendig. Wenn ein Vakuum gewünscht wird, so kann dieses in dtr Kabine bzw. dem FaIlkörper ausgebildet werden. Es ist möglich, normale, nicht beeenäers könstruiearfee Aufzeichnung^» und Aaswerteger&te direkt nebe» der Flugprobe in der Kabine oder dem Probenbehälter aufzubauen. Mit Hilfe des Linearmotors ist eine Einspeisung von Energie von außen möglich. DieBetriei, &Ggr;» .en sind relativ gering. Es läßt sieh jede Art von Beschleunigung von &mgr; g bis einigen g erzeugen. Wenn die Probe auf dem Probentisch fixiert wird, sind auch positive Beschleu-

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nlgungswerte möglich. Durch geeignete Steuerung des Linearmotors ist es möglich, die Belastung der Kabine mit den darin angeordneten Einrichtungen und Proben während der Bremsphase und Beschleunigungsphase geringer als 10 g einzustellen» wobei die zur Abbremsung oder Beschleunigung notwendige Strecke anpaßbar oder einstellbar ist.

Da die Kabine schienengebunden ist, ist eine präzise Führung im Fallschacht erreichbar.

Die Änderung der Beschleunigungs- und Verzögerungs-

werte für die Beschleunigungs- und die Bremsphase im Fallbetrieb lassen sich durch Änderung eines Steuerprogrammes für den rechnergesteuerten Antrieb des Fallkörpers erreichen. Das gilt analog 'für den Abschußbetrieb. Ein mechanisch konstruktiver Umbau der Falleinrichtung ist dabei nicht notwendig.

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Claims

Ansprüche

1. Falleinrichtung zur Erzeugung von Schwerelosigkeit für Körper, Proben usw. mit einem Fallschacht und einem FaIlkörper, gekennzeichnet durch eine im Fallschacht (2) angeordnete Leiteinrichtung (10) für eine für Fallbetrieb und/oder Abschußbetrieb ausgebildete, antreibbare Kabine (12) als Fallkörper (6) zur Aufnahme der Körper, Proben (14) usw.

2. Falleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabine (12) durch einen magnetischen Linearmotor (13) ohne mechanische Berührung der Leiteinrichtung (10) antreibbar ist.

3. Falleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabine (12) mit einem Abstandesensor (18) zur überwachung des Schwebezustandes der Probe (10) bzw. eines Probenbehälters (30) ausgestattet ist, dessen Ausgangssignale dem Linearmotor (13) als Steuersignale zur Beschleunigungs- and/oder Verzögerungssteuerung der Kabine zugeführt werden.

4. Falleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichnet, daß der Abstandssensor (18) den Abstand zwischen der Probe (14) bzw. dem Probenbehälter (30) und einem Versuchstisch (18) oder der Decke der Kabine (12) überwacht.

Dr.K/M

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5. Falleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß anstelle des Abstandssensors (18) oder zusätzlich zum Abstandssensor ein beschleunigungsabhängiger Sensor (40) zur Steuerung des

Linearmotors (13) in der Kabine (12) angeordnet ist.

6. Falleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da8 die Länge der Verzögerungsstrecke (8) im Fallbetrieb und fijx BeschleunigungsstrecJre (8) im Abschußbetrieb durch Steuerung des Linearmotors O3) einstellbar ist.