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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Materialprüfung, der Zuverlässigkeitsuntersuchung und Sicherheitstechnik und betrifft insbesondere Prüfeinrichtungen zur Prüfung von Objekten durch Kompression und dynamische Crash-Tests.
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Kompressionsversuche und dynamische Crash-Tests zur Materialprüfung unter definierten Bedingungen der Bauteilbelastung und -beanspruchung können in Prüfanlagen bzw. Vorrichtungen zur geführten Fallprüfung durchgeführt werden. Mit Hilfe eines genau positioniert fallenden Prüfobjektes bzw. Fallgewichts können definierte Belastungsgeschwindigkeiten bzw. Fallenergien erreicht werden. Gemessene Verformungen werden zur Modellbildung für simulierte Belastungen und zur Auslegung konstruktiver Elemente herangezogen.
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Zur Charakterisierung der dynamischen Bauteilbelastung und -beanspruchung wird typischerweise eine Vielzahl von Messmethoden genutzt. Diese umfassen z. B. die Messung von Weg-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Zeitverläufen, ebenso wie die Messung der beim Aufprall auftretenden Dehnungs- und Stauchungskräfte. Einsetzbare Messtechnik umfasst beispielsweise Beschleunigungs-, Dehnungs- und Temperaturmesssensoren, Kraftmessdosen, Hochgeschwindigkeitsvideotechnik zur digitalen Bildanalyse, Laser-Vibrometer zur optischen Weg- und Geschwindigkeitserfassung, digitale Nahbereichsfotogrammetrie und Streifenprojektionsverfahren zur optischen Verschiebungs- und Deformationsmessung.
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Die Aussagekraft von Kompressionsversuchen und Crashtests hängt von der Präzision der jeweils ermittelten Initialbelastungswerte ab. Umso mehr ist die Verlässlichkeit darauf basierender Berechnungen und Extrapolationen auf die fehlerfreie und reproduzierbare Versuchsdurchführung angewiesen
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Vorbekannte Lösungen sind nur teilweise zufriedenstellend, insbesondere für größere Fallmassen oder Fallhöhen. An entsprechend dimensionierten Fallprüfständen für geführte Fallprüfungen war es bislang technisch nicht möglich, die zum Einsatz gebrachte Fallmasse tatsächlich nur ein einziges Mal auf die Probekörper einwirken zu lassen. Nach einem oft unvermeidlichen Rücksprung bzw. Abprallen der Fallmasse nach Primärkontakt musste ein Sekundäraufprall der Fallmasse auf die Aufprallfläche bzw. die Oberfläche des Prüfobjektes bislang hingenommen werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Prüfstand nach Anspruch 1, die Verwendung eines Stellglieds nach Anspruch 10 und ein Verfahren nach Anspruch 11. Weitere Ausführungsformen, Modifikationen und Verbesserungen ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung und aus den beigefügten Ansprüchen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Prüfstand vorgeschlagen, der eine Aufprallfläche und zumindest ein Stellglied umfasst, wobei eine Fallmasse über der Aufprallfläche so anordenbar ist, dass sie im freien Fall auf die Aufprallfläche trifft und dass das zumindest eine Stellglied nach einem Rücksprung der Fallmasse, einen Kontakt der Fallmasse mit der Aufprallfläche verhindert. Das Stellglied verhindert nach dem gezielt herbeigeführten ersten Kontakt der Fallmasse mit der Aufprallfläche und einem Rücksprung der Fallmasse von der Aufprallfläche einen erneuten Kontakt der Fallmasse mit der Aufprallfläche.
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Das hat den Vorteil, dass die beim ersten Aufprall herbeigeführte Deformation nicht durch einen erneuten Aufprall nach Rücksprung verändert wird. Die an der Aufprallfläche und/oder der Fallmasse erfassbaren Messwerte und/oder Befunde sind allein auf den Impuls des ersten Aufpralls zurückzuführen. Ihre Verwendung in mathematischen Modellen und Simulationen bietet vorteilhafterweise eine erhöhte Sicherheit durchgeführter Berechnungen, abgeleiteter Vorhersagen und Schlussfolgerungen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Prüfstand vorgeschlagen, wobei die Aufprallfläche in einer vorgegebenen Höhe angeordnet ist und das Stellglied in einem ersten Schaltzustand den Fall der Fallmasse auf die Aufprallfläche nicht behindert und in einem zweiten Schaltzustand die Fallmasse auf oder oberhalb der Höhe der Aufprallfläche auffängt und/oder blockiert und/oder deren Auffangen und/oder Blockieren bewirkt.
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Das bietet den Vorteil, dass die Fallmasse nach dem Abprallen von der Aufprallfläche kein weiteres Mal auf die Aufprallfläche aufschlagen kann. Beim ersten Aufprall bewirkte Deformationen bleiben erhalten und stehen zur unverfälschten Auswertung zur Verfügung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Prüfstand vorgeschlagen, der weiterhin einen Auffangbalken, einen Haken, eine Sperre und/oder einen Riegel umfasst, wobei der Auffangbalken, der Haken, die Sperre und/oder der Riegel durch das Stellglied so angehoben wird, dass die Fallmasse nach Rücksprung oberhalb der Aufprallfläche aufgefangen und/oder blockiert wird.
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Das hat den Vorteil, dass das verwendete Stellglied die Fallmasse beispielsweise über einen Auffangbalken, einen Haken oder eine Sperre bzw. einen Riegel auffängt und hält.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Prüfstand vorgeschlagen, der zusätzlich einen Auffangbalken, einen Haken, eine Sperre und/oder einen Riegel umfasst, die durch das Stellglied jeweils so eingerückt werden, dass die Fallmasse nach Rücksprung oberhalb der Aufprallfläche aufgefangen und/oder blockiert wird.
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Das hat den Vorteil, dass das verwendete Stellglied die Fallmasse nicht unmittelbar auffängt und dem Impuls der zurückfallenden Fallmasse nicht standhalten muss, sondern ein Balken, ein Haken oder eine Sperre bzw. ein Riegel die Fallmasse auffängt und hält.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Prüfstand vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand des Stellgliedes durch ein Signal eines Sensors und/oder eines Zeitgebers erfolgt.
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Vorteile der Verwendung eines Sensors ergeben sich daraus, dass die Auffangvorrichtung nicht vorzeitig ausgelöst wird, sondern erst nach dem tatsächlichen Aufprall und der beabsichtigten ersten Deformation der Aufprallfläche und/oder der Fallmasse. Vorteile der Verwendung eines Zeitgebers ergeben sich daraus, dass bei bekannter Abwurfzeit und Fallhöhe der Zeitpunkt des Aufpralls gut vorhersagbar ist und somit die Auffangvorrichtung zur richtigen Zeit aktiviert werden kann.
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Eine mögliche Ergänzung des beschriebenen Fallprüfstandes besteht in einer zusätzlichen Abwurfvorrichtung, die eine Fallmasse verzögerungsarm freigibt. Vorteile einer angepassten Abwurfvorrichtung bestehen darin, dass synchron zur Aktivierung der Abwurfvorrichtung ein Timer aktiviert werden kann, der nach einer vorgegebenen Zeit die Auffangvorrichtung bzw. zumindest ein diese betätigendes Stellglied 4 aktiviert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Prüfstand vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sensor beispielsweise ein Näherungsschalter, eine Lichtschranke, oder ein Ultraschallsensor ist und/oder der Zeitgeber synchron mit dem Aktivieren einer Abwurfvorrichtung aktiviert wird.
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Das bietet den Vorteil, dass das Passieren der Fallmasse nahezu verzögerungsfrei erfasst werden kann und die Aktivierung des Stellgliedes bzw. des Fallmassenauffangsystems rechtzeitig erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Prüfstand vorgeschlagen, der weiterhin zumindest eine Führung, ein Leitwerk, eine Leitvorrichtung, und/oder eine Führungsbahn oder eine ähnliche Vorrichtung umfasst, mit welcher, auf welcher, über welche und/oder in welcher die Fallmasse geführt wird.
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Das bietet beispielsweise den Vorteil der Kontrolle des Rücksprungs der Fallmasse. Die Fallmasse kann beim Aufprall nicht seitlich ausweichen, was beispielsweise die Sicherheit der am Fallprüfstand auszuführenden Arbeiten erhöht und eine gezielte Anordnung des Fallmassenauffangsystems zulässt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Prüfstand vorgeschlagen, der weiterhin eine Vorrichtung zur Höhenverstellung der einseitigen Fixierung des Stellglieds in Relation zur Höhe der Aufprallfläche umfasst.
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Das bietet den Vorteil, das mit Hilfe des Stellgliedes realisierte Fallmassenauffangsystem Prüfobjekten unterschiedlicher Abmessungen, respektive Höhe der jeweiligen Aufprallfläche anpassen zu können. Die Höhenverstellung kann beispielsweise stufenlos oder in diskreten Schritten erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Prüfstand vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Stellglied ausgewählt ist unter: elektromechanischem Wandler; Hubmagnet; Magnetschalter; Pyro-Aktuator; elektrohydraulischem Element; elektropneumatischem Element; elektrorheologischem Element.
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Vorteile dieser Ausführungsformen ergeben sich aus einer schnellen Schaltbarkeit der benannten Stellglieder und der Betriebssicherheit einer Auffangvorrichtung auch bei kurzen Fall- und Rücksprungwegen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Verwendung eines Stellglieds in einem Fallwerk oder einem Fallprüfstand für das Auffangen und/oder Blockieren einer Fallmasse oberhalb einer Aufprallfläche vorgeschlagen, wobei das Stellglied nach dem Rücksprung der Fallmasse von der Aufprallfläche einen erneuten Kontakt der Fallmasse mit der Aufprallfläche verhindert.
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Die sich daraus ergebenden Vorteile wurden vorstehend benannt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Charakterisierung der dynamischen Bauteilbelastung und/oder Bauteilbeanspruchung durch die gezielte Herbeiführung eines Aufprallereignisses, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Fallwerkes und/oder Fallturms mit einer Aufprallfläche und einer Abwurfvorrichtung für einen Abwurf einer Fallmasse, wobei der Abstand zwischen der Abwurfvorrichtung und der Aufprallfläche auf einen vorbestimmten Wert eingestellt ist und/oder einstellbar ist; – Bereitstellen einer Messvorrichtung zur Erfassung einer Messgröße, ausgewählt unter: Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Zeit, Dehnung, Stauchung, Verschiebung, Verformung, Temperatur, Kraft, Reflexion, Adsorption; -Bereitstellen eines Fallmassenauffangsystems umfassend ein einseitig fixiertes Stellglied, wobei das Stellglied in Abhängigkeit von einem Signal eines Sensors und/oder eines Zeitgebers aus einem ersten Schaltzustand, bei dem ein erstes Aufprallereignis kinetisch nicht beeinflusst wird, in einen zweiten Schaltzustand wechselt, der ein zweites Aufprallereignis nach einem Rücksprung der Fallmasse verhindert; – Freigeben einer Fallmasse durch Aktivieren der Abwurfvorrichtung und Bewegen der Fallmasse auf einem Weg, der durch den Abstand zwischen Abwurfvorrichtung und Aufprallfläche zum Zeitpunkt des Abwurfs vorgegeben ist, bis zum Aufprall auf der Aufprallfläche; und – Aktivieren des Fallmassenauffangsystems, wobei das Stellglied 4 aus dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand wechselt und den Weg verkürzt.
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Das beschriebene Verfahren bietet den Vorteil einer lediglich einmaligen Deformation eines Prüfobjektes bzw. einer Aufprallfläche. Daraus ergeben sich Vorteile für die Zuverlässigkeit abgeleiteter Modelle und getroffener Vorhersagen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren vorgeschlagen, das weiterhin den Schritt umfasst: – Bereitstellen zumindest eines Auffangbalkens, eines Hakens und/oder einer Sperre, wobei der Auffangbalken, der Haken und/oder die Sperre durch zumindest ein Stellglied bewegt, angehoben und/oder eingerückt wird und die Fallmasse nach Rücksprung oberhalb der Aufprallfläche auffängt, blockiert und/oder hält.
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Das bietet die bereits bei der entsprechenden Vorrichtung bezeichneten Vorteile.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren vorgeschlagen, wobei das Bereitstellen des Fallwerkes und/oder des Fallturms weiterhin das Bereitstellen einer Führungsschiene, eines Leitwerks, einer Leitvorrichtung, und/oder einer Führungsbahn umfasst, wobei die Fallmasse auf, in oder entlang der Führungsschiene, dem Leitwerk, der Leitvorrichtung, und/oder der Führungsbahn den Weg bis zum Aufprall zurücklegen kann.
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Daraus ergeben sich die bereits benannten Vorteile einer Kontrolle des Rücksprungs.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren vorgeschlagen, wobei beim Aktivieren des Fallmassenauffangsystems der Weg um einen einstellbaren Betrag verringert wird und/oder die Fallmasse oberhalb der Aufprallfläche aufgefangen, blockiert und/oder gehalten wird.
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Vorteilhafterweise führt die Verkürzung des Weges, dem die Fallmasse folgen kann, nachdem die Fallmasse von der Aufprallfläche zurückgesprungen bzw. abgeprallt ist dazu, dass die Fallmasse kein zweites Mal auf die Aufprallfläche treffen kann.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden.
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Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen einander entsprechend ähnliche Teile:
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1 zeigt ein Fallwerk mit einem Fallmassenauffangsystem;
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2 zeigt Ergebnisse der Berechnung eines Auffangvorganges;
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3 zeigt eine pneumatische Schaltung zur Steuerung elektropneumatischer Stellglieder;
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4 zeigt eine Ausführungsform einer Sperre.
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Das in 1 gezeigte Tragwerk besteht aus zwei Portalen 1, die auf einer Bramme verschraubt sind und die durch je zwei seitliche Stützen 2 gegen die Bramme ausgesteift sind. Für eine stufenlose Höhenverstellung des Auffangmechanismus können pro Portal je zwei Spindel-Höhenverstelleinrichtungen 3 vorgesehen werden. Diese tragen die Traversen zur Aufnahme der Stellglieder 4. Je nach Auslegung können mehrere Stellglieder 4 an einer der vier Traversen hängen. An den Unterseiten der Stellglieder sind zwei Auffangbalken 5 montiert, die wiederum mit je einem auf einer Führungsschiene 7 geführten Auffangblock 6 verbunden sind. Die beiden Auffangblöcke 6 sind unterhalb der Runnerblöcke, die die Fallmasse führen, in je eine Führungsschiene 7 eingefädelt. Die beiden Auffangblöcke 6 hindern die jeweils unteren Runnerblöcke (hier nicht gezeigt) der Fallmassenführung nach Ende der Kompressionsphase an der Weiterfahrt in Richtung Prüfobjekt bzw. Aufprallfläche, wenn die Fallmasse nach einem Rücksprung zurückfällt.
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Die Bewegung der Auffangblöcke erfolgt beispielsweise durch ein entsprechend angepasstes Stellglied bzw. einen elektromechanischen, elektropneumatischen oder magnetischen Antrieb. Alternativen dazu stellen elektrohydraulische, elektrorheologische oder pyrotechnische Aktuator-Elemente dar.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das durch stoßartige Beaufschlagung von pneumatischen Stellgliedern nach Art von fluidischen Muskeln (Fluidic-Muscle der Fa. Festo) mit ca. 6 bar Druckluft geschehen. Dabei ziehen sich die Fluidic-Muscle zusammen und heben so die an den Auffangbalken montierten Auffangblöcke innerhalb von ca. 100 ms um ca. 100 mm in Richtung des Fallmassen-Führungssystem (untere Runnerblöcke der Fallmasse) an. Somit wird die Fallmasse vor einem Sekundäraufprall auf das Prüfobjekt aufgefangen. Zur Totzeitreduktion können mit Silikon-Körpern bestückte Fluidic-Muscle eingesetzt werden, so werden Verfahrwege von 100 mm in weniger als 100 ms nach Druck-Beaufschlagung möglich.
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Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist das Tragwerk an die einzusetzenden Fallmassen angepasst. Beispielsweise ist nach einer pneumatischen Erweiterung der Anlage auf 8 Doppelstränge der fluidischen Muskeln 4 die Aufnahme von entsprechend größeren Fallmassen, auch bis und oberhalb von 600 kg möglich. Bei dem hier dargestellten Prinzip wirken die Fluidic-Muscle 4 als Antriebe für das schnelle Auffangen einer Fallmasse bei Fallwerken 100 bzw. Fallprüfständen 100 und gehen dabei selbst in den Belastungshang.
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Bei der Auswahl geeigneter Stellglieder ist die jeweils charakteristische Schaltzeit (Totzeit) zu berücksichtigen. Die genannten Fluidic-Muscle 4 der Fa. FESTO (Deutschland) zeichnen sich durch eine hohe Stellgeschwindigkeit und eine geringe Totzeit aus. Diese Aktoren ziehen sich bei pneumatischer Beaufschlagung zusammen und sind dabei schneller als vergleichbare Pneumatikzylinder.
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Ausführungsbeispiele
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Gemäß dem in 1 gezeigten konstruktiven Aufbau des Prüfstandes 100 für eine geführte Fallprüfung wird die zum Einsatz kommende Fallmasse zur Führung auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten mit jeweils zwei übereinander angeordneten Runnerblöcken (hier nicht gezeigt) verbunden, die wiederum auf Schienen 7 laufen. Die zwei übereinander an der Fallmasse angebrachten Runnerblöcke verhindern ein Verkippen der Fallmasse beim Fall und beim Aufprall. Zum Einsatz kommende Fallmassen können je nach Versuchsanforderung in Form und Gewicht variieren. Ebenfalls variabel sind die Versuchsaufbauten im Versuchsfeld zwischen den Führungsschienen 7. Aus diesen Gründen bietet sich eine von der Form der Fallmassen und von der Art des Versuchsaufbaues unabhängige, universell verwendbare Auffangstelle an der Unterseite der jeweils unteren, die Fallmasse führenden, Runnerblöcke an.
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Mittels jeweils eines, ebenfalls geführten Auffangblocks 6, der auf der selben Führungsschiene 7 des Prüfstandes läuft, auf der auch der entsprechende Runnerblock läuft, wird der jeweils untere Runnerblock der Fallmassenführung zum Zeitpunkt des Auffangens an der Weiterfahrt in Richtung Aufprallfläche bzw. Probe gehindert und somit die Fallmasse aufgefangen.
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Um beim Auffangen elastische Stoßverhältnisse zu vermeiden, können auf den oberen Stirnseiten der Auffangblöcke Einweg-Aluminium-Aluminium Wabenpaneele mit einer angepassten Druckfestigkeit, beispielsweise einer Druckfestigkeit von 1,6–3,0 MPa, angebracht werden, die sich während des Auffangvorganges plastisch verformen und einen erneuten Rücksprung verhindern. Weiterhin können die Auffangblöcke durch eine Umklammerung aus Aluminium, beispielsweise einer Materialstärke von 15 mm, verstärkt werden.
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Um die Anforderungen an den Hub und die Stellzeit der Aktoren abschätzen zu können und die Anforderungen an den Hub und die Stellzeit der benötigten Aktoren zu beschreiben, wurde in einem Kompressionsversuch Holz (Fichte), Fallmasse 294 kg (h = 2,8 m) mit Querdehnungsbehinderung (E = 8 kJ) untersucht. Dabei wurden die Kompression und die Rücksprungparabel des Fallmassensystems (Runnerblöcke) ermittelt.
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Im Falle des beschriebenen Versuchsaufbaus hat man ”effektiv” ca. 175 ms Zeit, um das Fallgewicht vor dem Sekundäraufprall aufzufangen, wenn der Hub beispielsweise mit 100 mm angesetzt wird. Dabei ist die Zeitdauer zur prozessgesteuerten Auslösung des Auffangmechanismus nach einer eindeutigen Rücksprungerkennung über die Null-Linie (relative Höhe der Aufprallfläche) bereits berücksichtigt.
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Neben der Schaltzeit stellt die aufzufangende Masse ein weiteres Kriterium zur Auslegung einer geeigneten Fallmassenauffangeinheit dar. Dabei besteht die vorrangige Anforderung darin, dass die Fallmassenauffangeinheit durch ihren Einsatz das Primäraufprallereignis nicht beeinflussen darf. Folglich darf der Auffangmechanismus erst wirken, wenn sich die Fallmasse im Rücksprung befindet.
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Dabei ist zu beachten, dass zwischen Auslösung und Wirkung des Auffangmechanismus eine nicht zu vernachlässigende Zeitspanne liegt. Diese setzt sich summarisch zusammen aus:
- – Rechen- und Signallaufzeit der elektronischen Steuerung (speicherprogrammierbare Steuerung – SPS);
- – Totzeit des pneumatischen Systems;
- – Verfahrzeit der Antriebe.
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Es werden zwei prinzipielle Auslösungsvarianten vorgeschlagen: die prozessgesteuerte Auslösung und die zeitgesteuerte Auslösung.
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Prozessgesteuerte Auslösung.
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Die Auslösung erfolgt in dieser Auslösungsvariante erst nach der eindeutigen Erkennung des Rücksprungs der Fallmasse. Die Rücksprungerkennung kann mit unterschiedlichen Sensoren und einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) erfolgen. Bei Rücksprungerkennung wird der Auffangmechanismus gestartet. Damit stellt die prozessgesteuerte Auslösung eine betriebssichere Auslösungsvariante dar.
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Zur eindeutigen Rücksprungerkennung sind mindestens zwei Sensoren und eine durchgehende Schaltfahne nötig, die die Bewegung der Fallmasse überwachen. Mögliche Sensoren sind Lichtschranken, Ultraschallsensoren, induktive Schalter oder ähnliche Bauteile.
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Beispielsweise können induktive Sensoren des Typs(Siemens 3RG4013-OCD00; SIMATIC PXI230) mit einem maximalen Schaltabstand von 5 mm wegen des zu erwartenden Spieles am Fallwerk eingesetzt werden. Zur Erhöhung der Rücksprungserkennungssicherheit können ebenso drei induktive Sensoren S1, S2, S3 zum Einsatz kommen. Die Erfassung aller Signale und die Messung der Durchgangszeiten erfolgt über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Dazu wurde eine Siemens S7-300 mit einer CPU 313C verwendet, die eine zeitliche Auflösung von 1 ms gewährleistet.
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Zur Programmierung der SPS wurden die Softwarepakete Step7 und SCL verwendet. Als Ein- und Ausgabegerät wird ein Touchpanel TP177 B-4'' von Siemens mit der Programmiersoftware WinCC flexible compact verwandt.
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Die Anordnung der Sensoren erfolgt senkrecht übereinander längs des von der Schaltfahne zurückgelegten Weges. Sensor 1 (S1) befindet sich über S2 und S2 über S3. Die Schaltfahne besteht beispielsweise aus einem Stahlblech 120 mm × 50 mm × 5 mm, das beispielsweise seitlich am unteren linken Runnerblock, parallel zur Führungsschienenwange angebracht ist.
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Die zu erfassenden Signalzustände bei der 2-Sensorvariante sind:
- – S11–S1 rising edge (Primäre Kompressionsphase);
- – S21–S2 rising edge (Primäre Kompressionsphase);
- – S22–S2 falling edge (Rücksprungphase Wurf);
- – S12–S1 falling edge (Rücksprungphase Wurf);
- – S13–S1 rising edge (Rücksprungphase Fall); und
- – S23–S2 rising edge (Rücksprungphase Fall).
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Zeitgesteuerte Auslösung
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Eine zeitgesteuerte Auslösung setzt die genaue Kenntnis des zu erwartenden Bewegungsablaufes der Fallmasse während des Versuches voraus und würde mehrere Vorversuche erforderlich machen, um den Streubereich des zeitlichen Beginns der Rücksprungsequenz hinreichend genau bestimmen zu können. So könnte beispielsweise nach Belegung eines induktiven Sensors durch das Führungssystem der Fallmasse während des Falles ein Timer gestartet werden, der nach Ablauf der jeweils voreingestellten Zeitspanne den Auffangmechanismus startet. Die zeitgesteuerte Auslösungsvariante bietet den Vorteil, auch auf sehr kurze Rücksprungzeiten und sehr geringe Rücksprunghöhen zu reagieren.
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Auffangvorgang
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Die Ergebnisse der Berechnung des gesamten Auffangvorganges sind in 2 dem tatsächlichen, mittels Punktverfolgung aus einem High-Speed-Video gewonnenen Weg-/Zeit-Verlauf gegenübergestellt. Die obere Kurve zeigt den Weg-/Zeit-Verlauf der Fallmasse und des, die Schaltfahne tragenden Runnerblocks 11. Die darunter liegende Kurve zeigt den mit Hilfe der Video-Daten rekonstruierten Weg-/Zeit-Verlauf von Fallmasse/Runnerblock. Die dritte ansteigende Kurve zeigt den ebenfalls mit Hilfe der Video-Daten extrahierten Verfahrweg der pneumatischen Muskeln 4 in Echtzeit. Der Fangzeitpunkt und die Fanghöhe (Auffangpunkt) ergibt sich im Schnittpunkt der Weg/Zeit-Verläufe des Runnerblocks und der pneumatischen Muskeln. Dieses Diagramm ist wichtig für die Justierung der Sensoren und die Höheneinstellung des Auffangsystems. Weiterhin zeigt sich durch die Betrachtung der Weg-/Zeit-Verläufe die Machbarkeit eines prozessgesteuert ablaufenden Auffangens. Bei der hier gezeigten Modellierung wurden noch die Stellzeiten hohler Fluidic-Muscle angesetzt. Demgegenüber weisen Fluidic-Muscle mit Silikonkern eine auf ca. 30 ms verringerte Totzeit auf.
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Der berechnete Verlauf wird durch die Auffangergebnisse einer mit 3 induktiven Sensoren durchgeführten praktischen Messung bestätigt. Daraus ergibt sich, dass Rücksprungamplituden ab ca. 30 mm über der Nulllinie mit dem vorgeschlagenen Prüfstand prozessgesteuert auffangbar sind. Für geringere Rücksprungamplituden kann das Fallmassenauffangsystem zeitgesteuert betrieben werden.
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3 zeigt einen Doppelstrang des pneumatischen Teils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zum Betrieb eines elektro-pneumatischen Stellglieds. Die zur Darstellung verwendeten Symbole sind die nach ISO1219-1 gebräuchlichen Standardsymbole. Ebenso sind die Ziffern an den Symbolen Standardbezeichner aus der Pneumatik (ISO1219-1), für deren Verständnis durch den Fachmann es keiner weiteren Erläuterungen bedarf. Die mit 1Z1 bezeichnete und durch eine gestrichelte Linie umgebene Einheit stellt eine Druckluft-Wartungseinheit dar.
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Eine Möglichkeit, schwerere Fallmassen aufzufangen, wird gemäß einer weiteren Ausführungsform durch eine grundsätzliche Konstruktionsänderung seitens der Lastaufnahme ermöglicht. Eine beispielartige Ausführung einer Sperre 8, die mit Hilfe eines Stellglieds 4 zur Blockierung des Runnerblocks 11 einer Fallmasse eingerückt wird, ist in 4 gezeigt.
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Beispielsweise kann für Fallmassen > 600 kg die Fallmasse ebenfalls an der Unterseite der unteren Runnerblöcke aufgefangen werden. Bei dieser Variante wird eine durch ein Stellglied angetriebene Sperre 8 eingerückt. In 4A ist die Sperre 8 ausgerückt, behindert also den freien Fall der Fallmasse nicht. In 4B ist die Sperre in eingerückter Stellung dargestellt. Die eingerückte Stellung wird durch einen Anschlag 10 stabilisiert. In dieser Stellung kann eine angepasste Dimensionierung und Materialauswahl der Sperre 8, bzw. eines Riegels und gegebenenfalls die Lastaufnahmefähigkeit des Anschlags 10 ein zuverlässiges Auffangen der Fallmasse sicherstellen. Der Betrieb einer derartigen Sperre 8, eines Riegels oder eines Hakens kann, wie beschrieben, sowohl prozessgesteuert nach Rücksprungerkennung als auch zeitgesteuert nach dem Ausgangssignal eines Timers eingerückt werden. Ebenso können verschiedene, beispielsweise einseitig drehbar gelagerte oder fixierte, Stellglieder 4 unterschiedlicher Bauart verwendet werden.
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Vorteile der vorgeschlagenen Vorrichtung und des vorgeschlagenen Verfahrens bestehen darin, dass ein Prüfstand mit Fallmassenauffangeinheit bereitgestellt wird, der die nachfolgenden Anforderungen erfüllt:
- – Die zum Einsatz kommende Fallmasse trifft jeweils nur ein Mal auf einer zu prüfenden Komponente, Bauteil oder Probenmaterialie bzw. auf der untersuchten Aufprallfläche auf;
- – Ein Sekundäraufprall der Fallmasse auf die zu prüfenden Komponenten, Bauteile oder Probenmaterialien, respektive auf eine Aufprallfläche, kann durch eine automatisiert wirkende Fallmassenauffangeinheit verhindert werden;
- – Die Fallmassenauffangeinheit beeinflusst das primäre Aufprallereignis kinetisch nicht;
- – Der Fallprüfstand mit Fallmassenauffangeinheit ist für den Routineeinsatz zur Prüfung von Komponenten, Bauteilen oder Probenmaterialien mittels geführter Fallprüfung für Fallmassen bis etwa 600 kg geeignet und kann, bei entsprechender Auslegung wie beschrieben auch für den Einsatz größere Fallmassen angepasst werden.
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Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Portal
- 2
- seitliche Stütze
- 3
- Spindel-Höhenverstelleinrichtung mit Traverse
- 4
- Stellglied, z. B. Fluidic-Muscle
- 5
- Auffangbalken
- 6
- Auffangblock
- 7
- Führungsschiene
- 8
- Sperre
- 9
- Lagerblock
- 10
- Anschlag
- 11
- Runnerblock (unterer Runnerblock der Fallmasse)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO1219-1 [0064]
- ISO1219-1 [0064]
