VORRICHTUNG ZUM EXPERIMENTIEREN UNTER WELTRAUMBEDINGUNGEN

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Experimentieren unter Weltraumbedingungen.

Aus der DE 202 13 955 U1 ist eine Vorrichtung zum Experimentieren unter Weltraumbedingungen bekannt, die einen Fallturm und eine Fallkapsel aufweist. Dabei wird weiter vorgeschlagen, dass die Fallkapsel eine CCD-Kamera und eine Videofunkeinheit aufweist. Dabei werden die Videoinformationen über eine Bildverarbeitungskarte digital einem PC zur Verfügung gestellt. Dabei wird unter anderem ein Elektromagnet als Ausklinksystem vorgeschlagen, der bei Abschaltung die Fallkapsel freigibt. Derartige Vorrichtungen werden neben dem Wissenschaftsbetrieb auch in Schulen, Schülerlaboren, Servicecentern und Universitäten eingesetzt.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung unter Sicherheitsaspekten zu verbessern.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu umfasst die Vorrichtung zum Experimentieren unter Weltraumbedingungen einen Fallturm, eine Fallkapsel und eine Auswerte- und Steuereinheit. Die Vorrichtung weist mindestens einen von der Auswerte- und Steuereinheit ansteuerbaren Elektromagneten als Halteeinrichtung auf. Zusätzlich weist die Halteeinrichtung mindestens einen Permanentmagneten auf, der die Fallkapsel am Fallturm hält.

Die Auswerte- und Steuereinheit und der Elektromagnet sind derart ausgebildet, dass durch Ansteuerung des Elektromagneten durch die Auswerte- und Steuereinheit der Elektromagnet ein Magnetfeld erzeugt, dass das Magnetfeld des Permanentmagneten derart abschwächt, dass die Fallkapsel nicht mehr durch den Permanentmagneten gehalten wird. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass statisch eine Haltekraft durch den Permanentmagneten aufgebracht wird, sodass Leitungsunterbrechungen oder Spannungsausfälle während der Vorbereitung des Experiments nicht zu einem versehentlichen Auslösen der Fallkapsel führen können.

Dabei kann die Halteeinrichtung aus Permanentmagnet und Elektromagnet an der Fallkapsel oder dem Fallturm angeordnet sein, wobei letzteres bevorzugt ist, da dann eine Verkabelung des Elektromagneten keinen Bewegungen ausgesetzt ist. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromagneten über eine Luftschnittstelle anzusteuern.

In einer alternativen Ausführungsform wird die Halteeinrichtung aufgeteilt, d.h. dass ein Magnet dem Fallturm und der andere Magnet der Fallkapsel zugeordnet ist bzw. an diesen angeordnet ist. In diesem Fall ist vorzugsweise der Permanentmagnet der Fallkapsel zugeordnet, sodass auch hier die Verkabelung des Elektromagneten nicht bewegt werden muss. Aber auch hier ist es möglich, auf die Verkabelung zu verzichten und den Elektromagneten über eine Luftschnittstelle anzusteuern.

Es versteht sich, dass, je nachdem wo der Permanentmagnet angeordnet ist, das Gegenstück am Fallturm oder der Fallkapsel aus magnetisierbarem Material, insbesondere Metall, ausgebildet sein muss.

In einer weiteren Ausführungsform ist in der Fallkapsel eine Kamera angeordnet, um die Experimente zu beobachten. Die Kamera ist dabei vorzugsweise als sogenannte Action Cam ausgebildet, die sehr robust sind und Bilddaten in hoher Qualität liefern, beispielsweise für Zeitlupen-Wiedergaben.

In einer weiteren Ausführungsform ist in der Fallkapsel eine Beleuchtungsquelle, vorzugsweise eine LED-Beleuchtung, angeordnet, um das Experiment für die Kamera ausreichend auszuleuchten. Besonders vorteilhaft kommt dies bei geschlossenen Fallkapseln zum Tragen, die nur wenig Umgebungslicht einlassen.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Fallkapsel mindestens einen Beschleunigungssensor und/oder mindestens einen Luftdrucksensor und/oder mindestens einen Magnetfeldsensor auf, sodass beispielsweise die Fallbeschleunigung und die Zunahme des Luftdrucks während des Falls gemessen werden können. Mittels des Magnetfeldsensors kann beispielsweise das Erdmagnetfeld gemessen werden.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Kamera eine Luftschnittstelle auf, die derart ausgebildet ist, dass Bilddaten der Kamera in Echtzeit und/oder in einem Speicher der Kamera zwischengespeicherte Daten an die Auswerte- und Steuereinheit übertragen werden. Insbesondere bei zeitlich hochaufgelösten Bilddaten stößt eine Übertragung in Echtzeit an Grenzen, sodass dann die Zwischenspeicherung zu bevorzugen ist. Ein weiterer Vorteil der Zwischenspeicherung ist, dass bei Fehlübertragungen aufgrund von Störungen die Daten nicht verloren sind und über transportable Speichermedien oder eine geeignete Verkabelung zur Auswerte- und Speichereinheit übertragen werden können, wo diese dann dargestellt werden können.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die Beleuchtungsquelle und/oder der Beschleunigungssensor und/oder der Luftdrucksensor und/oder der Magnetfeldsensor mindestens eine Luftschnittstelle auf oder diesen ist eine Luftschnittstelle zugeordnet. Dabei ist die Luftschnittstelle derart ausgebildet, dass Sensordaten in Echtzeit und/oder in einem Speicher zwischengespeicherte Sensordaten an die Auswerte- und Steuereinheit übertragen werden und/oder Steuerbefehle für die Beleuchtungsquelle und/oder die Sensoren von der Auswerte- und Steuereinheit empfangen werden.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Luftschnittstelle für die Kamera und die Luftschnittstelle der Sensoren und der Beleuchtung auf unterschiedliche Frequenzbänder abgestimmt, sodass sich diese bei der Datenübertragung möglichst wenig stören. Vorzugsweise ist die Luftschnittstelle der Kamera als WLAN-Schnittstelle und die Luftschnittstelle der Beleuchtung und/oder der Sensoren als Bluetooth-Schnittstelle ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Experimentieren unter Weltraumbedingungen.

Die Vorrichtung 1 umfasst einen Fallturm 2, eine Fallkapsel 3 und eine Auswerte- und Steuereinheit 4. Auf einem Dach 5 des Fallturms 2 ist eine Halteeinrichtung 6 angeordnet, die einen Permanentmagneten 7 sowie einen Elektromagneten 8 aufweist. Der Elektromagnet 8 ist über Leitungen 9 mit der Auswerte- und Steuereinheit 4 verbunden. Die Fallkapsel 3 weist im Dachbereich eine Metallplatte 10 auf. In der Fallkapsel 3 sind eine Kamera 11, eine Beleuchtungsquelle 12, ein Weltraumexperiment 13, ein Beschleunigungssensor 14, ein Luftdrucksensor 15, ein Magnetfeldsensor 16, zwei Speicher 17, 18 sowie zwei Luftschnittstellen 19, 20 angeordnet, wobei der Speicher 17 und die Luftschnittstelle 19 mit der Kamera 11 verbunden sind. Entsprechend verfügt die Auswerte- und Steuereinheit 4 über zwei Luftschnittstellen 21, 22, die auf die Luftschnittstellen 19, 20 der Fallkapsel 3 abgestimmt sind.

Zur Vorbereitung des Experiments wird die Fallkapsel 3 mittels der Metallplatte 10 an dem Fallturm 2 aufgrund der Magnetkraft des Permanentmagneten 7 befestigt. Sollte es während der Vorbereitung zu einer Leitungsunterbrechung der Leitungen 9 kommen (einschließlich versehentlich gezogener Steckverbindungen), so bleibt die Fallkapsel 3 durch den Permanentmagneten 7 gesichert. Die Auswerte- und Steuereinheit 4 kann dann in der Vorbereitungsphase über die Luftschnittstellen 21, 22 die Kommunikation mit den Bauteilen der Fallkapsel 3 überprüfen und eine Spannungsversorgung für den Elektromagneten 8 einschalten. Im Falle der erfolgreichen Prüfung kann dies auf einer Anzeigeeinheit der Auswerte- und Steuereinheit 4 angezeigt werden oder aber der Nutzer kann bei Problemen über notwendige manuelle Vorgänge informiert werden. Weiter können bereits Bilddaten und/oder Sensordaten übertragen und angezeigt werden. Anhand der Bilddaten kann dann der Nutzer beispielsweise die Helligkeit der Beleuchtungsquelle 12 nachregeln, wobei die Steuerbefehle über die Luftschnittstelle 22 an die Luftschnittstelle 20 übertragen werden.

Nach Abschluss der Vorbereitungen kann dann das Experiment gestartet werden, wozu der Elektromagnet 8 entsprechend bestromt wird, um ein das Magnetfeld des Permanentmagneten 7 kompensierendes Magnetfeld zu erzeugen. Als Ergebnis löst sich die Fallkapsel 3 und fällt zu Boden. Während des Falls zeichnet die Kamera 11 den Ablauf des Experiments 13 auf. Dabei werden die Bilddaten in den Speicher 17 geschrieben. Parallel werden die Sensordaten der Sensoren 14-16 in dem Speicher 18 abgespeichert. Die Datenaufzeichnung kann dabei um eine bestimmte Zeit nach dem Aufprall der Fallkapsel fortgesetzt werden. Anschließend werden die Daten aus dem Speicher 17, 18 über die Luftschnittstellen 19, 20 an die Luftschnittstellen 21, 22 übertragen und in der Auswerte- und Speichereinheit 4 für die Darstellung aufbereitet.

Alternativ zur Befestigung am Dach 5 des Fallturms 2 kann die Fallkapsel 3 auch am Boden des Fallturms 2 für einen Katapultstart befestigt sein, so wie dies in der DE 202 13 955 U1 beschrieben ist.