Testen von Aufprallkräften

Was sind Aufprallkraft-Tests?

Ein Aufpralltest ist ein kontrolliertes Verfahren zur Bestimmung des Aufpralls eines Objekts, das heftig mit einem anderen kollidiert. Typische Parameter, die gemessen oder berechnet werden, sind Aufprallkraft, Aufpralldauer (Impulsdauer), absorbierte Energie, Ausmaß der Deformation (Verformungsweg) und Reboundfaktor (Elastizität). Zu den Variablen, die die Stärke des Aufpralls beeinflussen, gehören Form, Masse und Geschwindigkeit der kollidierenden Objekte sowie Temperatur.

Was ist die Aufprallkraft und wie misst man sie?

Die Aufprallkraft entspricht der Stärke des Aufpralls und kann mit speziellen Kraftsensoren oder Dynamometern direkt gemessen werden. Jedoch ist es notwendig, die erwarteten Aufprallkräfte vor der Messung zu berechnen, um den zu wählenden Messbereich abschätzen zu können. Die Aufprallkraft kann aus verschiedenen Größen berechnet werden, z.B. Geschwindigkeitsänderung, Verformungsweg oder Aufpralldauer. Bei der praktischen Anwendung hilft unser Aufprallkraft-Rechner.

Was ist die Aufpralldauer?

Die Aufpralldauer oder Impulsdauer bezeichnet die Dauer der Kollision zweier Objekte während eines Aufpralls. Es handelt sich um das Zeitintervall, in dem die Kräfte der Kollision wirken. Die Aufpralldauer kann einen deutlichen Effekt auf die Größe und Verteilung der beteiligten Kräfte haben.

Was ist der Verformungsweg?

Der Verformungsweg oder das Ausmaß der Deformation gibt an, wie stark eine Struktur durch eine anliegende Kraft oder Last verändert oder verformt wird. Bei Aufprallkräften tritt die Verformung oft als Kompression der Struktur auf. Typischerweise wird der Verformungsweg als Längenänderung mit einem  Mikrometer gemessen, abhängig von der Größenordnung der Deformation.

Was ist die Energieabsorption?

Dieser Parameter bezieht sich auf die Menge an Aufprallenergie, die von einer Struktur oder einem Material während eines Aufpralls absorbiert wird. Strukturen wie Fahrwerke oder Knautschzonen von Fahrzeugen verlangsamen das kollidierende Objekt und absorbieren so die Energie des Aufpralls – die Aufprallkraft reduziert sich und die Aufpralldauer verlängert sich. Energieabsorption ist deshalb eine bedeutende Größe bei der Entwicklung von Sicherheitsausstattung.

Was ist der Reboundfaktor?

Der Rebound- oder Rückprall-Faktor ist ein Maß für die Elastizität der Kollision zweier Objekte. Er ist definiert als Verhältnis der Geschwindigkeit der Trennung der beiden Objekte nach der Kollision zur Geschwindigkeit der Annäherung vor dem Aufprall. Der Reboundfaktor kann deshalb zwischen 0 und 1 liegen: 0 steht für eine vollkommen inelastische Kollision, wo die Objekte nach dem Aufprall verbunden bleiben. 1 steht für eine vollständig elastische (ideale) Kollision, bei der die Objekte sich nach dem Aufprall wieder trennen, ohne an kinetischer Energie zu verlieren.

Welche Anwendungen beinhalten Aufpralltests?

Zu den wichtigen Applikationen gehören Fahrwerktests, Falltests oder Crashtests. Testingenieure müssen wissen, wie sich Objekte und Materialien unter realen Bedingungen verhalten: das Fahrwerk eines Flugzeugs muss den Landeaufprall dämpfen; Produkte und Verpackungen müssen auf ihre Robustheit beim Herunterfallen getestet werden; und Fahrzeuge müssen dem horizontalen Aufprall standhalten beim Crash in verschieden geformte Objekte. Um mehr über diese Anwendungen zu erfahren, sehen Sie sich unsere Applikations-Seite zu Aufprallkraft-Tests an.

Welche Herausforderungen treten beim Testen von Aufprallkräften auf?

Piezoelektrische Sensoren (Kraft, Beschleunigung) sind dank ihrer hohen Eigenfrequenz, der kurzen Ansprechzeit und dem Überlastschutzschutz prädestiniert für Aufprallkrafttests. Es ist jedoch auf eine sorgfältige Montage der Sensoren auf die Teststruktur zu achten. Die hohen Beschleunigungskräfte während des Aufpralls können zu Resonanzen und somit ungenauen Messungen führen. Während eine Kalibrierung vor dem Testen unverzichtbar ist, müssen geeignete Kompensationsmaßnahmen (aktiv oder passiv, z.B. mit einer Deckplatte) vorab in Erwägung gezogen werden.