DLR vertraut Highspeed-Kameras aus Pfullingen beim Prüfen der nächsten Fahrzeuggeneration

Crash-Kurs für Fortgeschrittene

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Unterziehen die Fahrzeugher- steller ihre aktuellen Modelle einem Crash-Test, geht das DLR noch einen Schritt weiter. Die Wissenschaftler interessiert das Verhalten künftiger Fahrzeuggenerationen bei einem Unfall. Um dieser Aufgabe gewachsen zu sein, setzen sie auf High-Speed-Kameras aus Pfullingen.

Die Autorin Christine Kermer ist Prokuristin bei der VKT Video Kommunikation GmbH, Pfullingen

Jeder, der schon einmal an einem Verkehrsunfall beteiligt war weiß, dass es nur einer kleinen Unachtsamkeit bedarf, um ein Auto zu einem Fall für den Schrottplatz zu machen. Die
Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) in Stuttgart stauchen von Berufs wegen ganz gezielt Fahrzeugteile oder ganze Karossen in Millisekunden zusammen. Am Ende dieses Vorgangs wartet allerdings nicht der Schrottplatz, sondern ziemlich viel Arbeit. Denn der gesamte Crashprozess wird bis ins kleinste Detail analysiert. Neben den empfindlichen Messgeräten sind die Hochgeschwindigkeitskameras von VKT wichtige Partner der Wissenschaftler.
Den Forschern am DLR reicht es nicht zu wissen, wie das Fahrzeug nach dem Crash aussieht. Sie müssen herausfinden, wie sich das Fahrzeug oder Fahrzeugteil während des Unfalls verhält. Dieses Ziel haben auch die Automobilhersteller. Doch während diese das Crashverhalten der aktuellen Modelle testen, kommen beim DLR bereits die nächste und übernächste Fahrzeuggeneration auf den Prüfstand. „Konkret stellen wir uns hier die Frage: Wie müssen Geometrie, Fügetechnik und Materialeigenschaften von einzelnen Bestandteilen eines Fahrzeugs beschaffen sein, damit das leichte, umweltfreundliche Auto der Zukunft höchste Sicherheitsstandards erfüllt?“, erklärt Michael Kriescher vom Institut für Fahrzeugkonzepte am DLR.
Zu diesem Zweck wurde im Juni 2011 eine dynamische Komponenten-Prüfanlage eingeweiht, mit der die Stuttgarter das passende Instrument an der Hand haben, um an der Karosserie der Zukunft zu forschen. Ein Team aus Studenten, Ingenieuren und Wissenschaftlern arbeitet gemeinsam an vielversprechenden Werkstoffen, die sie im hauseigenen Prüfcenter testen können. Die größte Herausforderung dabei: Es gibt immer nur einen Versuch. Alle Parameter, die in diesen wenigen Sekunden nicht erfasst werden, gehen verloren. Damit das nicht passiert, ist die gesamte Crashanlage mit zahlreichen Sensoren ausgestattet. „Neben den reinen Messdaten sind die Bilder der Highspeed-Kameras enorm wichtig für die Beurteilung des Deformationsverhaltens“, betont Kriescher.
Hier kommt zusammen, was zusammen gehört
„Den eigentlichen Crashvorgang, der für das menschliche Auge viel zu schnell abläuft, können wir nur dank dieser Hochgeschwindigkeitskameras anschauen“, so der Experte. „Dann fallen uns Veränderungen oder Verformungen auf, die die Sensoren nicht aufzeichnen können. Das menschliche Auge ist in solchen Situationen einfach zu unzuverlässig. Daher haben wir drei Highspeedkameras von VKT erworben.“
Erste Kontakte wurden bereits auf der Stuttgarter Messe Testing Expo 2010 geknüpft. Die Qualität der Bilder und die hohe Auflösung des neuesten Fastcam-Modells SA6 hat die Crash- experten sofort überzeugt. Zwei Kameras vom Typ SA 3 mit einer maximalen Auflösung von 1024 x 1024 Pixel und maximal 2000 Bildern pro Sekunde und eine SA 6 Full HD mit einer maximalen Auflösung von 1920 x 1440 Pixel und einer Bildrate von 1125 Bilden pro Sekunde sind in der dynamischen Komponenten-Prüfanlage installiert. Ihre hohe Lichtempfindlichkeit garantiert den Testern sehr gute und scharfe Bilder, um die Crashsimulationen detailliert auszuwerten.
Die Tests an Komponenten und Baugruppen können Berechnungsergebnisse von Strukturen schon in einer frühen Phase der Entwicklung experimentell bestätigen. Es werden verstärkt Materialkombinationen und Konzepte getestet, für die noch keine validierte Berechnungsmethodik existiert. Dank der dynamischen Komponentenprüfanlage in Kombination mit den Hochgeschwindigkeitskameras wurden die Prüfmöglichkeiten erweitert und an die Bedürfnisse der Automobilindustrie angepasst.
Aufbau und Funktion der Anlage
Um möglichst viele Testkonfigurationen abbilden zu können, wurde eine Anlage aufgebaut, die aus zwei Schlitten besteht, die entlang einer Schienenbahn verfahren können. Für einen Crashversuch wird Schlitten 1 beschleunigt und trifft auf Schlitten 2. Schlitten 2 kann entweder am hinteren Ende der Schienenbahn fest stehen, beispielsweise um einen Frontalcrash gegen ein stehendes Hindernis zu simulieren, oder auf einer Schienenbahn in Längsrichtung frei beweglich aufgestellt sein. Der zweite Fall wird beispielsweise für die Nachbildung eines Seitencrashs verwendet, bei dem das stehende Fahrzeug vom Impaktor getroffen und beschleunigt wird.
Die Beschleunigung von Schlitten 1 erfolgt durch einen mit Pressluft betriebenen Zylinder, dessen Beschleunigungskraft durch eine hydraulische Bremse geregelt wird. Dadurch lässt sich die Aufprallgeschwindigkeit von Schlitten 1 genau festlegen. Durch die Schnelligkeit der Regelung ergibt sich zudem die Möglichkeit, mit Schlitten 1 einen Crashimpuls direkt durch die Zylinderbeschleunigung zu simulieren. Diese Funktion kann beispielsweise für den Test von Airbags oder elektronischen Komponenten verwendet werden.
Die Anlage kann Schlitten 1 mit einer Gesamtmasse von 1300 kg auf maximal 64 km/h beschleunigen. Damit können große Karosseriestrukturen für leichte bis mittelschwere Fahrzeugkonzepte unter realitätsnahen Bedingungen getestet werden. Die Schlitten sind vertikal sowie in Querrichtung geführt, um eine hohe Reproduzierbarkeit der Versuche zu erreichen.
Jeder dieser Schlitten ist mit einem Datenerfassungssystem mit jeweils 16 Kanälen ausgestattet, um Messwerte mit bis zu 42,5 kHz zu erfassen. Je nach Sensorausstattung können Beschleunigungen, Dehnungen, Kräfte und Verformungen aufgezeichnet werden. Für die Hochgeschwindigkeitsvideoaufnahmen steht außerdem eine Lichtanlage mit acht Scheinwerfern mit insgesamt 19 kW Leistung zur Verfügung. „Auch dank der Unterstützung des VKT-Teams, insbesondere von Andreas Mangold, konnte die Vorbereitung der ersten Crashversuche und die Inbetriebnahme der Kameratechnik zeitgleich erfolgen“, erzählt der Ingenieur. „Dass alles reibungslos lief, ist auf die gute Zusammenarbeit aller Beteiligten zurückzuführen.“ Derzeit prüfen DLR und VKT, auf welchen Gebieten die Zusammenarbeit weiter ausgebaut werden kann.
VKT; Telefon: 07121 9797-22; E-Mail: christinekermer@vkt.de

VKT Video Kommunikation GmbH Technisches Fernsehen
Atemberaubende bewegte Bilder sind die Domäne des 1983 gegründeten Unternehmens VKT. Gemeinsam mit dem Partner Photron werden Sequenzen bis 1 000 000 Bilder pro Sekunde realisiert und damit in den verschiedensten Anwendungsbereichen Produktionsprozesse analysiert, Bewegungsabläufe überwacht und Innovationen vorangetrieben.
Die Problemstellungen sind so unterschiedlich wie die verwendeten Kameras: Während der Biologe den Flügelschlag der Fliege exakt analysiert, erfährt der Schweißmaschinenhersteller, warum seine Schweißnähte nicht so gelingen, wie er es sich vorstellt. VKT visualisiert das Problem, der Kunde erarbeitet die Lösung. Das Komplettangebot umfasst sämtliche Dienstleistungen von der Beratung und Planung über Organisation und Vorführung bis hin zu Verkauf, Vermietung, Service und Reparatur.
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