DE102008052818B4

DE102008052818B4 - Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102008052818B4
Application number: DE200810052818
Authority: DE
Inventors: Kevin Han-Jen Lin
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2028-10-14
Also published as: DE102008052818A1

Abstract

Messvorrichtung, zur Messung von Schwingungen und/oder Kräften an einer Scheibenbremse, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kanal (6a, 6b) vorgesehen ist, welcher näherungsweise in den Bereich einer Kontaktfläche (8a, 8b) zwischen Bremsscheibe (1) und Bremsbelag (5a, 5b) geführt ist, zur zumindest teilweisen Aufnahme einer Messapparatur (9a, 9b, 10), zur Messung von im Betrieb der Scheibenbremse im Bereich der Kontaktfläche zwischen rotierender Bremsscheibe und Bremsbelag auftretenden Schwingungen oder Kräften.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung von Schwingungen und/oder Kräften an einer Scheibenbremse.
Scheibenbremsen, wie sie zur Abbremsung von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, umfassen eine mit einer Achse des Kraftfahrzeuges verbundene, rotierende Bremsscheibe sowie eine die Bremsscheibe umgreifende Bremszange bzw. -sattel. Der Bremssattel trägt dabei Bremsbeläge, welche im Betrieb gegen die rotierende Bremsscheibe gedrückt werden, um diese abzubremsen. Das Kraftfahrzeug wird also beim Betrieb der Scheibenbremse durch Umwandlung der bei der Reibung zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe entstehenden Energie in Wärme abgebremst. In bestimmten Situationen bzw. Zuständen während des Abbremsens können, insbesondere durch die Bremsbeläge, hochfrequente Schwingungen der Bremsscheibe angeregt werden. Diese, als störend wahrgenommenen Schwingungen, werden auch als Bremsenquietschen bezeichnet. Zur Konstruktion bzw. Auslegung von Scheibenbremsen, die im Betrieb wenig oder gar kein Bremsenquietschen zeigen, sind deshalb entsprechende Messvorrichtungen notwendig.
Aus der gattungsbildenden JP 11094707 A ist eine Messvorrichtung bekannt, die eine Messung von Schwingungen und/oder Kräften an einer Scheibenbremse, durch Einsatz eines piezoelektrischen Elementes, ermöglicht. Ein derartiges piezoelektrisches Element ermöglicht jedoch keine Messung von auftretenden dynamischen Schubspannungen zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe. Zudem ist ein derartiges piezoelektrisches Element nicht für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet, wie sie üblicherweise im Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe auftreten.
Aus der US 4,765,189 ist ein Speckle-Interferometer bekannt, zur Vermessung von Bremsscheiben. Ein Einsatz dieses Speckle-Interferometers im Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag ist jedoch nicht möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Messvorrichtung für die Untersuchung des Bremsenquietschens an einer Scheibenbremse bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist bei einer Messvorrichtung, zur Messung von Schwingungen und/oder Kräften an einer Scheibenbremse, wenigstens ein Kanal vorgesehen, welcher näherungsweise in den Bereich einer Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag geführt ist, zur zumindest teilweisen Aufnahme einer Messapparatur, zur Messung von im Betrieb der Scheibenbremse im Bereich der Kontaktfläche zwischen rotierender Bremsscheibe und Bremsbelag auftretenden Schwingungen bzw. Kräften. Durch die Erfindung ist erstmals ein Zugang zum Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag möglich und damit auch eine Messung von Schwingungen und/oder Kräften, die im realen Betrieb einer Scheibenbremse dort auftreten. Denn durch den erfindungsgemäß vorgesehenen, wenigstens einen Kanal ist eine geeignete Messapparatur bzw. die Sensorik einer Messapparatur, zur Messung von Schwingungen und/oder Kräften, direkt zum Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag führbar. Vermittels des Kanals ist also sowohl eine z. B. optische oder elektrische Anbindung der Messapparatur bzw. der Sensorik an eine Auswerteeinheit möglich, als auch deren Positionierung nahe dem Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag. Der Kanal kann dabei beispielsweise mittels Laser oder durch eine Bohrung in Bremsscheibe bzw. Bremsbelag einer herkömmlichen Scheibenbremse vorgesehen sein. Durch eine derartige Messvorrichtung, beispielsweise als stationärer Prüfstand, sind Messung an einer Scheibenbremse direkt am Ort des Entstehens des störenden Bremsenquietschens, nämlich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag, unter quasi realen Bedingungen möglich, da bei Vorsehung eines entsprechend gestalteten Kanals kein wahrnehmbarer Einfluss auf das Messgeschehen gegeben ist.
In einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigsten ein Kanal innerhalb der Bremsscheibe geführt und erstreckt sich vom Bereich des Bremsscheibentopfes hin zum Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag. Da der Bremssattel, zur Aufnahme der Bremsbeläge, üblicherweise die Bremsscheibe beidseitig am radial äußeren Rand umgreift, stellt die Verwendung des radial inneren, freien Randes der Bremsscheibe eine geeignete Möglichkeit des Zugangs zum Bereich der Kontaktfläche dar. Vermittels eines Drehübertragers kann dieser Zugang dann an eine Auswerteeinheit angebunden werden. Insbesondere ermöglicht diese Ausführungsform dabei Messungen unter quasi realen Bedingungen, da durch den Kanal nur ein minimaler Eingriff in die Bremsscheibe sowie kein Eingriff in den Bremsbelag der Scheibenbremse vorgenommen wird.
In einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigsten ein Kanal innerhalb des Bremsbelags geführt und erstreckt sich durch den Bremsbelag hindurch, in den Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe. Dies ermöglicht eine konstruktiv relativ einfache Lösung, durch Verwendung des im Betrieb der Scheibenbremse nicht rotierenden Bremsbelags als Zugang zum Bereich der Kontaktfläche. Dabei ist die Anbindung an eine Auswerteeinheit dann durch bzw. entlang des, den Bremsbelag tragenden, Bremssattels vorgesehen.
Bevorzugt weist der Kanal einen Durchmesser zwischen 100 und 500 μ-Metern auf. Damit wird das Material des umgebenden Bauteiles, d. h. der Bremsscheibe bzw. des Bremsbelags kaum geschwächt. Dennoch ist dieser Durchmesser ausreichend, um beispielsweise stark miniaturisierte Sensorik, und/oder elektrische Leitungen bzw. Glasfasereinheiten zur Anbindung an eine Auswerteeinheit, aufzunehmen. Bevorzugt ist der Durchmesser des Kanals im Wesentlichen konstant über dessen Erstreckung ausgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Messapparatur als Körperschall-Sensor vorgesehen, insbesondere als Laservibrometer das durch eine Glasfasereinheit innerhalb des Kanals angekoppelt ist. Es kann dabei vorgesehen sein, dass ein innerhalb der Bremsscheibe bzw. des Bremsbelags geführter Kanal knapp unter der Oberfläche im Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag endet. Damit befindet sich zwischen Kontaktfläche und Messapparatur noch eine, als Messaufnehmer nutzbare, geringe Materialschicht der Bremsscheibe bzw. des Bremsbelags. Falls der Kanal zur Oberfläche im Bereich der Kontaktfläche hin offen ist, kann dort auch ein Koppelelement für die Messapparatur vorgesehen sein. Wenn die Messapparatur als ein durch eine Glasfasereinheit innerhalb des Kanals angekoppeltes Laservibrometer vorgesehen ist, weist der Kanal bevorzugt einen freien Zugang zur Kontaktfläche auf.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Messapparatur als „Micro Electromechanical System” (MEM) im Kanal, im Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag, vorgesehen. Das MEM wird durch eine elektrische Leitung im Kanal an eine Auswerteeinheit angekoppelt. Hierbei kann auch vorgesehen sein, den Kanal an der Oberfläche der Kontaktfläche aufzuweiten, zur Aufnahme des MEM. Als MEM wird hierbei eine dreidimensionale, extrem miniaturisierte Vorrichtung bezeichnet die Sensoren, Speicher-/Verarbeitungseinheiten und/oder Aktuatoren in einem Gehäuse kombiniert und eine größte Erstreckung von etwa 2 mm aufweist. Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist ein miniaturisierter Drucksensor in einem innerhalb der Bremsscheibe bzw. des Bremsbelags geführtem Kanal welcher knapp unter der Oberfläche, im Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag, endet.
Besonders aussagekräftige Messungen ergeben sich dann, wenn mehrere Kanäle vorgesehen sind. Damit ist eine räumlich Auflösung der im Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag stattfindenden Phänomene möglich. Dabei kann ein Kanal direkt in den Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag geführt sein, d. h. innerhalb der Fläche liegen, die im Betrieb der Scheibenbremse durch den Bremsbelag auf der rotierenden Bremsscheibe überstrichen wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein Kanal auch außerhalb am Rand dieser Kontaktfläche vorgesehen sein. Dazu wird ein Kanal, beispielsweise innerhalb des Bremsbelags, in eine nicht direkt der Bremsscheibe zugewandte Seitenfläche geführt, oder innerhalb der Bremsscheibe in einen außerhalb des vom Bremsbelag überstrichenen Bereiches geführt. Dabei ist jeweils zu berücksichtigen, dass die Kontaktfläche im Bereich der rotierenden Bremsscheibe nur zeitweilig vom Bremsbelag abgedeckt wird. Natürlich sind auch beliebige Kombinationen von Kanälen der dargestellten Arten möglich.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Dabei zeigt die einzige Fig. eine rein beispielhafte Kombination zweier bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.
Dargestellt ist eine Bremsscheibe 1 einer Scheibenbremse eines Kraftfahrzeuges, die über einen Bremsscheibentopf 2 mit einer angedeuteten Achse 3 des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Die Scheibenbremse umfasst weiterhin eine die Bremsscheibe 1 umgreifende Bremszange bzw. -sattel 4. Der Bremssattel 4 trägt Bremsbeläge 5a, 5b, welche im Bereich von Kontaktflächen 8a, 8b gegen die mit der rotierenden Achse 3 des Kraftfahrzeuges verbundene Bremsscheibe 1 gedrückt werden, um diese abzubremsen.
Innerhalb der Bremsscheibe 1 ist wenigsten ein Kanal 6a geführt, der sich vom Bereich des Bremsscheibentopfes 2 über den Bereich von Kühlkanälen 7 der Bremsscheibe 1 hin zum Bereich der Kontaktfläche 8a zwischen Bremsscheibe 1 und Bremsbelag 5a erstreckt. Durch diesen Kanal 6a ist eine Glasfaser 9a geführt, zur Anbindung eines Laservibrometers 10 vermittels eines Drehübertragers 11. Somit werden Messungen unter quasi realen Bedingungen im Bereich der Kontaktfläche 8a möglich, da durch den Kanal 6a nur ein minimaler Eingriff in die Bremsscheibe 1 und kein Eingriff in den Bremsbelag 5a der Scheibenbremse vorgenommen wird.
Sodann ist innerhalb eines Bremsbelags 5b wenigsten ein weiterer Kanal 6b geführt, der sich durch den Bremsbelag 5b hindurch erstreckt, in den Bereich der Kontaktfläche 8b zwischen Bremsbelag 5b und Bremsscheibe 1. Durch diesen Kanal 6b ist eine weitere Glasfaser 9b geführt, zur Anbindung eines Laservibrometers 10. Wiederum werden Messungen unter quasi realen Bedingungen im Bereich der Kontaktfläche 8b möglich, da durch den Kanal 6b nur ein minimaler Eingriff in den Bremsbelag 5b und kein Eingriff in die Bremsscheibe 1 der Scheibenbremse vorgenommen wird.

Claims

Messvorrichtung, zur Messung von Schwingungen und/oder Kräften an einer Scheibenbremse, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kanal (6a, 6b) vorgesehen ist, welcher näherungsweise in den Bereich einer Kontaktfläche (8a, 8b) zwischen Bremsscheibe (1) und Bremsbelag (5a, 5b) geführt ist, zur zumindest teilweisen Aufnahme einer Messapparatur (9a, 9b, 10), zur Messung von im Betrieb der Scheibenbremse im Bereich der Kontaktfläche zwischen rotierender Bremsscheibe und Bremsbelag auftretenden Schwingungen oder Kräften.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein innerhalb der Bremsscheibe geführter Kanal (6a) vorgesehen ist, welcher sich vom Bereich des Bremsscheibentopfes (2) hin zum Bereich der Kontaktfläche (8a) zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag erstreckt.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein innerhalb des Bremsbelags geführter Kanal (6b) vorgesehen ist, welcher sich durch diesen hindurch in den Bereich der Kontaktfläche (8b) zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag erstreckt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kanal (6a, 6b) einen Durchmesser zwischen 100 und 500 μ-Metern aufweist.
Messvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Durchmesser des Kanals konstant über dessen Erstreckung ausgeführt ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer als Körperschall-Sensor ausgeführten Messapparatur, umfassend eine vom Kanal aufgenommene Ankopplung (9a, 9b) an den Bereich der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag, insbesondere eine Glasfasereinheit.
Messvorrichtung nach Anspruch 6, mit einem Laservibrometer (10) als Körperschall-Sensor.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Messapparatur umfassend ein vom Kanal aufgenommenes Micro Electromechanical System das durch eine elektrische Leitung im Kanal signaltechnisch ankoppelbar ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Kanäle in Bremsscheibe und/oder Bremsbelag vorgesehen sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Prüfstand angeordnet ist.