DE102010042170A1

DE102010042170A1 - Messsystem für Eigenfrequenzmessungen an Scheibenbremsbelägen

Info

Publication number: DE102010042170A1
Application number: DE102010042170A
Authority: DE
Inventors: Boris Wernitz
Original assignee: Honeywell Bremsbelag GmbH
Current assignee: Federal Mogul Bremsbelag GmbH
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2012-04-12
Also published as: US8607633B2; CN102445334A; CN102445334B; US20120085172A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem (100) für Eigenfrequenzmessung an Scheibenbremsbelägen (15) mit einer Datenerfassungsvorrichtung (13) und mit einem eine Sensorik (12) aufweisenden Messgerät. Um das Messsystem (100) derart weiterzubilden, dass eine möglichst große Anzahl von Eigenfrequenzen erfasst werden, schlägt die Erfindung vor, dass die Sensorik (12) aus zwei oder mehr Mikrofonen (20, 21, 22, 23) besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messsystem für Eigenfrequenzmessungen an Scheibenbremsbelägen mit einer Datenerfassungsvorrichtung und mit einem eine Sensorik aufweisenden Messgerät.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung von Eigenfrequenzen an Scheibenbremsbelägen mittels einer Mikrofonmessung.
Messsysteme der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und dem Fachmann geläufig.
Eigenfrequenzen stellen wichtige charakteristische Größen für die Beschreibung des Schwingungsverhaltens von Scheibenbremsbelägen dar. Einflussgrößen auf die Eigenfrequenzen, d. h. auf das Schwingungsverhalten von Scheibenbremsbelägen sind bspw. Elastizitäten, Kompressibilität, Dichte, Masse, Porosität, Härte, Dicke, Geometrie wie z. B. Anschräge des Scheibenbremsbelags sowie das Dämpfungsverhalten von Scheibenbremsbelägen.
Bei der Überprüfung von Scheibenbremsbelägen kann bspw. bei ähnlicher Baugröße aufgrund der Eigenfrequenz eine Aussage über das Material getätigt werden, aus dem die Scheibenbremsbeläge hergestellt sind. Zudem kann mittels Eigenfrequenzen geprüft werden, inwieweit die Scheibenbremsbeläge gleiche Eigenschaften aufweisen.
Messsysteme der eingangs genannten Art dienen daher insbesondere der Überprüfung von Materialeigenschaften von Scheibenbremsbelägen mit der Zielsetzung der Qualitätssicherung. Die Messung in dem Messsystem gestaltet sich dabei derart, dass zunächst das Messobjekt, d. h. der Scheibenbremsbelag durch einen Stoß zu Schwingungen angeregt wird. Diese Anregung kann bspw. in Gestalt eines Hammerschlages erfolgen. Der Vorteil des Stoßes besteht darin, dass sämtliche Schwingungen eines weiten Frequenzbereiches gleichzeitig angeregt werden. Der Scheibenbremsbelag wird dabei vorzugsweise auf einer weichen Schaumstoffunterlage angeordnet und führt somit näherungsweise eine freie Schwingung aus, da durch die Schaumstofflagerung eine Entkopplung von Schwingungen der Umgebung des Scheibenbremsbelages gegeben ist. Bedeutsam ist zudem die definierte Anordnung des Messobjekts, d. h. des Scheibenbremsbelages, auf der Schaumstoffunterlage. Grund hierfür ist die Wiederholgenauigkeit der Messung, da bei einer Variation der Anordnung die Eigenfrequenzen unterschiedlich stark angeregt werden können.
Ziel der Messung ist es, eine objektive Aussage über das Schwingungsverhalten des Scheibenbremsbelages zu erhalten. Hierzu wird rechnerisch die Autokorrelationsfunktion der Systemantwort berechnet, die – anschaulich interpretiert – eine Information darüber liefert, wie stark der Scheibenbremsbelag auf eine Anregungskraft bei der Frequenz f antwortet. An den sogenannten Eigenfrequenzen fc liefert das Messobjekt, d. h. der Scheibenbremsbelag, eine besonders hohe Antwort (Schwingungsamplitude), die Autokorrelationsfunktion besitzt an diesen Stellen ausgeprägte Funktionsmaxime.
Um die Schwingungen zu erfassen, ist aus dem Stand der Technik die berührungsfreie Mikrofonmessung bekannt. Die berührungsfreie Mikrofonmessung gestaltet sich derart, dass ausschließlich ein Mikrofon die Schwingungen des angeregten Scheibenbremsbelages erfasst. Die berührungsfreie Mikrofonmessung mit ausschließlich einem Mikrofon besitzt gegenüber der Messung mittels anderer Sensoren, wie bspw. mit Beschleunigungsaufnehmern, den Vorteil, dass die Eigenfrequenzen und Schwingungsformen des Scheibenbremsbelages nicht durch die Sensormasse beeinflusst werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannte berührungsfreie Mikrofonmessung hat sich insofern als unzureichend erwiesen, als aus dem breiten Frequenzbereich mittels eines einzigen Mikrofons nur eine eingeschränkte Erfassung möglich ist, da in der unmittelbaren räumlichen Umgebung des Mikrofons die Bildung von Knotenlinien in dem Schallfeld nicht ausgeschlossen werden kann.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Messsystem der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass möglichst eine große Anzahl von Eigenfrequenzen erfasst werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung manifestieren sich in den Unteransprüchen.
Die Erfindung sieht vor, dass die Sensorik aus zwei oder mehr Mikrofonen besteht.
Kernidee der Erfindung ist es, möglichst viele Eigenfrequenzen aus dem weiten Frequenzbereich durch mehrere Mikrofone zu erfassen. Hierbei können die Mikrofone gegenüber dem Messobjekt, d. h. dem Scheibenbremsbelag, unterschiedlich positioniert sein. Beispielsweise können die Abstände zwischen dem Messobjekt, d. h. dem Scheibenbremsbelag, und den jeweiligen Mikrofonen unterschiedlich groß sein, so dass die Mikrofone in Richtung des Scheibenbremsbelages versetzt zueinander angeordnet sind. Eine weitere Konfiguration der Mikrofone im Schallfeld kann dahingehend erfolgen, dass sämtliche Mikrofone kreisförmig um den Scheibenbremsbelag angeordnet sind. Vorzugsweise sollte dabei die Anordnung der Mikrofone der Abstrahlcharakteristik des Schallfeldes angepasst sein.
Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Anordnung von mehreren Mikrofonen, d. h. von zwei oder mehr Mikrofonen, im Schallfeld um den Scheibenbremsbelag gewährleisten, dass die zu messenden Eigenfrequenzen an unterschiedlichen Stellen in dem Schallfeld mittels der Mikrofone erfasst werden, so dass eine effektiveren Vermeidung von Knotenlinien innerhalb des sich zeitlich und räumlich ausbreitenden Schallfeldes gegeben ist. Hieraus resultiert wiederum eine größere Stabilität der Messung sowie eine größere Mess- und Wiederholungsgenauigkeit.
Um den Scheibenbremsbelag mittels einer Anregungskraft anregen zu können, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Messgerät eine Impulsanregungsvorrichtung aufweist. Vorzugsweise ist der Scheibenbremsbelag und die Impulsanregungsvorrichtung derart zueinander zugeordnet, dass eine eindeutige und gut reproduzierbare Einstellbarkeit der Anregungsposition gegeben ist. Eine praktikable Variante der Erfindung sieht vor, dass die Impulsanregungsvorrichtung in Form eines Hammers vorliegt.
Um eine Entkopplung zwischen Scheibenbremsbelag und Schwingungspaare zum Untergrund (Tisch o. ä.) herbeizuführen, ist eine Objektaufnahme für den Scheibenbremsbelag von Vorteil. Vorzugsweise besteht die Objektaufnahme aus Schaumkunststoff mit einer Dichte von 25 kg/m³ und einer Stauchhärte von 3,5 hPa. Zweckmäßigerweise kann der Scheibenbremsbelag auch auf einer Objektaufnahme angeordnet sein, deren Dichte zwischen 10 und 1000 kg/m³ beträgt. Alternativ kann die Dichte auch zwischen 400 und 1200 kg/m³ betragen.
Die Erfindung sieht zudem ein Verfahren zur Messung von Eigenfrequenzen von Scheibenbremsbelägen mittels einer Mikrofonmessung vor, wobei die Eigenfrequenzen von zwei oder mehr Mikrofonen erfasst werden. Der Scheibenbremsbelag wird dabei vorzugsweise durch einen Stoß angeregt und von seiner Umgebung entkoppelt. Der Stoßvorgang kann dabei durch einen Hammer erfolgen.
Ein Computerprogramm für eine Computereinrichtung, die Bestandteil der Datenerfassungsvorrichtung ist, ist Gegenstand des Anspruchs 13, wobei das Computerprogramm einen Algorithmus enthält, der im Rahmen der Datenerfassung abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das Verfahren erfasst.
Darüber hinaus sieht die Erfindung die Verwendung von zwei oder mehr Mikrofonen für die Messung von Eigenfrequenzen eines Scheibenbremsbelages vor.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:
1 ein Messsystem gemäß der Erfindung.
In 1 ist ein Messsystem gemäß der Erfindung dargestellt, das mit dem Bezugzeichen 100 versehen ist.
Das Messsystem 100 dient der Messung von Eigenfrequenzen an Scheibenbremsbelägen.
Das in 1 gezeigte Messsystem 100 weist im Wesentlichen zwei Komponenten auf. Die erste Komponente bildet das Messgerät, das sich aus einer Objektaufnahme 10, einer Impulsanregungsvorrichtung 11 sowie aus der Sensorik 12 zusammensetzt. Die Datenerfassungsvorrichtung 13 bildet die zweite Komponente, welche einen Messrechner, einen Frequenzanalysator sowie eine mit dem Bezugszeichen 14 versehene Computereinrichtung aufweist.
Die Objektaufnahme 10 liegt in Form einer Unterlage aus einem Schaumkunststoff vor, auf dem der Scheibenbremsbelag 15 in einer definierten Position gelagert ist. Der Schaumkunststoff dient somit als Auflage für den Scheibenbremsbelag und wirkt schallentkoppelnd von dem Körper, auf dem der Schaumkunststoff aufliegt. Oberhalb des Scheibenbremsbelages 15, d. h. auf der der Objektaufnahme 10 abgewandten Seite des Scheibenbremsbelages 15 ist die Impulsanregungsvorrichtung 11 angeordnet, die in der 1 gezeigten Ausführungsform in Gestalt einer Hammervorrichtung 18 vorliegt. Der Scheibenbremsbelag 15 wird durch einen Stoß des Hammers 18, der in 1 durch einen Pfeil 19 angedeutet ist, zu Schwingungen angeregt. Durch diesen Stoß 19 werden Schwingungen eines weiten Frequenzbereichs des Scheibenbremsbelages 15 angeregt. Diese Schwingungen und die zugehörigen Eigenfrequenzen werden durch das Messsystem 100 erfasst.
Hierzu besteht in erfindungswesentlicher Weise die Sensorik 12 aus mehr als einem Mikrofon. In der in 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messsystems 100 weist das Messsystem 100 vier Mikrofone 20, 21, 22, 23 auf, die um den Scheibenbremsbelag 15 angeordnet sind. Die Anordnung von mehreren Mikrofonen 20, 21, 22, 23, deren Abstand zu dem Scheibenbremsbelag 15 vorzugsweise nicht mehr als 50 cm beträgt, hat unter anderem den Vorteil, dass Knotenbildungen, d. h. stehende Longitudinalwellen, in dem Schallfeld 16 reduziert werden können.
Die Mikrofone 20, 21, 22, 23 sind vorzugsweise derart in den Raum ausgerichtet bzw. von in 1 nicht dargestellten Wandungen umgeben, dass eine störungsarme Aufzeichnung gewährleistet ist.
Die Mikrofone 20, 21, 22, 23 sind über eine Verbindung 24 an die Datenerfassungsvorrichtung 13 angeschlossen, die die Antwort des Scheibenbremsbelags 15 mittels eines Messrechners und Frequenzanalysators aufzeichnet und auswertet. Durch die Verbindung 17 kann die Datenerfassungsvorrichtung 13 auch die Impulsanregungsvorrichtung 11 prinzipiell steuern. Der Messdatenerfassung, Steuerung des Messablaufs sowie der Messdatenauswertung dient auch die der Datenerfassungsvorrichtung 13 zugehörige Computereinrichtung 14, die ein Computerprogramm aufweist, das einen Algorithmus enthält, der im Rahmen der Datenerfassung, Steuerung der Messabläufe und Messdatenauswertung abgearbeitet wird.
Bezugszeichenliste

100: Messsystem
10: Objektaufnahme
11: Impulsanregungsvorrichtung
12: Sensorik
13: Datenerfassungsvorrichtung
14: Computereinrichtung
15: Scheibenbremsbelag
16: Schallfeld
17: Verbindung
18: Hammervorrichtung
19: Stoß der Hammervorrichtung
20: Mikrofon
21: Mikrofon
22: Mikrofon
23: Mikrofon
24: Verbindung

Claims

Messsystem (100) für Eigenfrequenzmessungen an Scheibenbremsbelägen (15) mit einer Datenerfassungsvorrichtung (13) und mit einem eine Sensorik (12) aufweisenden Messgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (12) aus zwei oder mehr Mikrophonen (20, 21, 22, 23) besteht.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät eine Impulsanregungsvorrichtung (11) aufweist.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (11) in Form eines Hammers (18) vorliegt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenbremsbelag (15) auf einer Objektaufnahme (10) angeordnet ist, deren Dichte zwischen 10 und 1000 kg/m³ beträgt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scheibenbremsbelag auf einer Objektaufnahme (10) angeordnet ist, deren Dichte zwischen 400 und 1200 kg/m³ beträgt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Schreibenbremsbelags (15) zu den Mikrophonen (20, 21, 22, 23) nicht mehr als 50 cm beträgt.
System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsanregungsvorrichtung (11) mit der Datenerfassungsvorrichtung (13) verbunden ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Mikrofone (20, 21, 22, 23) der Abstrahlcharakteristik des Schallfeldes (16) angepasst ist.
Verfahren zur Messung von Eigenfrequenzen von Scheibenbremsbelägen (15) mittels einer Mikrophonmessung, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenfrequenzen von zwei oder mehr Mikrophonen (20, 21, 22, 23) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenbremsbelag (15) durch einen Stoß (19) angeregt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenbremsbelag (15) von Schwingungen seiner Umgebung entkoppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoß (19) durch einen Hammer (18) erfolgt.
Computerprogramm für eine Computereinrichtung (14), wobei die Computereinrichtung (14) Bestandteil der Datenerfassungsvorrichtung (13) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm einen Algorithmus enthält, der im Rahmen der Datenerfassung abgearbeitet wird, wobei der Algorithmus das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12 erfasst.
Computerprogramm nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus im Rahmen der Steuerung des Messablaufs und/oder der Messdatenauswertung abgearbeitet wird.
Verwendung von zwei oder mehr Mikrofonen (20, 21, 22, 23) für die Messung von Eigenfrequenzen eines Scheibenbremsbelages (15).