DE102011080640B4 - Method for determining the compressibility of friction brake linings for disc brakes and test apparatus - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ermittlung der Kompressibilität von Reibbremsbelägen für Scheibenbremsen, aufweisend wenigstens die folgenden Schritte: – Legen des Reibbremsbelags in einen Ofen für eine vorbestimmbare Zeitdauer derart, dass der Reibbremsbelag vollständig durchwärmt wird, – Legen des Reibbremsbelags in eine Prüfvorrichtung, die einen ersten und einen zweiten, jeweils mit Hydraulikdruck beaufschlagbaren Prüfkolben sowie eine Reibscheibe aufweist, wobei der Reibbremsbelag zwischen die Reibscheibe und den ersten Prüfkolben in einer Normalrichtung klemmbar ist und mittels des zweiten Prüfkolbens zusätzlich eine senkrecht zur Normalrichtung in Tangentialrichtung wirkende Kraft auf den Reibbremsbelag ausübbar ist, – Messen und Aufzeichnen der Dicke des Reibbremsbelags in Normalrichtung während aller nachfolgenden Schritte, – Beaufschlagen des Reibbremsbelags mittels des ersten Prüfkolbens mit einem vorbestimmbaren, definierten Hydraulikdruck in Normalrichtung, – Beaufschlagen des Reibbremsbelags mittels des zweiten Prüfkolbens mit einem vorbestimmbaren Hydraulikdruck in Tangentialrichtung und – Erhöhen des Hydraulikdrucks in Tangentialrichtung solange bis der Reibbremsbelag wegrutscht.Method for determining the compressibility of friction brake linings for disc brakes, comprising at least the following steps: - placing the friction brake lining in an oven for a predeterminable period of time such that the friction brake lining is completely warmed up, - placing the friction brake lining in a testing device, which has a first and a second , each having hydraulic pressure acted upon test piston and a friction disc, wherein the friction brake pad between the friction disc and the first test piston in a normal direction is clamped and by means of the second test piston in addition to a normal direction in the tangential direction acting force on the friction brake is exercised, - measuring and recording the thickness of the friction brake lining in the normal direction during all subsequent steps, - acting on the friction brake lining by means of the first test piston with a predeterminable, defined hydraulic pressure in the normal direction, - Beaufsc Hanging the friction brake lining by means of the second test piston with a predeterminable hydraulic pressure in the tangential direction and - increasing the hydraulic pressure in the tangential direction until the friction brake lining slips away.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Kompressibilität von Reibbremsbelägen für Scheibenbremsen sowie eine Prüfvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The present invention relates to a method for determining the compressibility of friction brake linings for disc brakes as well as a test device according to the preamble of claim 8.
Die
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Zur Überwachung der Herstellungsqualität von Reibbremsbelägen für Scheibenbremsen wird von der Belagsindustrie die Belagskompressibilität anhand des nachfolgend beschriebenen Verfahrens gemessen. To monitor the manufacturing quality of friction brake linings for disc brakes, the pad industry measures the pad compressibility using the method described below.
Der zu prüfende Bremsbelag wird für eine Zeitdauer von 10 Minuten auf eine 400 °C heiße Heizplatte gelegt. Während der Aufheizphase wird der Belag mit 5 bar Druck beaufschlagt. Anschließend erfolgt ein Setzprozess bei 160 bar Druck, nach welchem der Druck wieder auf 5 bar zurück gefahren wird und der Messkolbenweg auf eine Nullstellung, zum Beispiel 0 mm, justiert wird. Anschließend wird der Messkolbendruck von 5 bar auf 160 bar erhöht und der Verformungsweg, das heißt die Belagskompressibilität, in µm gemessen. Eine Temperaturmessung erfolgt in der Mitte einer Rückenplatte des Bremsbelags.The brake pad to be tested is placed on a 400 ° C hot plate for a period of 10 minutes. During the heating phase of the coating is applied with 5 bar pressure. Subsequently, a setting process at 160 bar pressure, after which the pressure is moved back to 5 bar and the measuring piston is adjusted to a zero position, for example, 0 mm. Subsequently, the Meßkolbendruck is increased from 5 bar to 160 bar and measured the deformation path, ie the coating compressibility in microns. A temperature measurement takes place in the middle of a back plate of the brake pad.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass der Bremsbelag nach 10 Minuten kein homogenes Temperaturprofil aufweist. Somit entspricht die gemessene Belagskompressibilität nicht der tatsächlichen physikalischen Größe. Darüber hinaus wird zur Ermittlung der Belagskompressibilität nach dem Stand der Technik die Realität eines Bremsvorgangs, wie er in einem Kraftfahrzeug stattfindet, lediglich mit unzureichender Genauigkeit nachgebildet. Folglich können die auf diese Weise ermittelten Werte nicht für Berechnungen, beispielsweise im Rahmen von analytischen CAE-Verfahren (CAE: Computer Aided Engineering), verwendet werden. Zur Qualitätsüberwachung während der Bremsbelagherstellung sind die auf diese Weise ermittelten Belagswerte jedoch verwendbar.A disadvantage of this method is that the brake pad after 10 minutes does not have a homogeneous temperature profile. Thus, the measured coating compressibility does not correspond to the actual physical size. In addition, to determine the coating compressibility according to the prior art, the reality of a braking process, such as takes place in a motor vehicle, replicated only with insufficient accuracy. Consequently, the values determined in this way can not be used for calculations, for example in the context of analytical CAE (Computer Aided Engineering) methods. However, for quality control during brake lining production, the deposit values determined in this way can be used.
Aus der
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Kompressibilität von Reibbremsbelägen für Scheibenbremsen anzugeben, das in einfacher Weise unter definierten Laborbedingungen, das heißt ohne Verwendung eines Fahrzeugprüfstands, zum Beispiel eines Dyno-Prüfstands, ausgeführt werden kann und dennoch die Realität eines Bremsvorgangs in einem Kraftfahrzeug mit hinreichender Genauigkeit nachbildet. Außerdem soll der zu prüfende Reibbremsbelag während der Prüfung ein homogenes Temperaturprofil aufweisen. Die mittels des Verfahrens gewonnenen Messergebnisse sollen ferner als Eingangswerte für analytische Bremsberechnungsmodelle (CAE) verwendbar sein. Ferner soll eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung der Kompressibilität von Reibbremsbelägen für Scheibenbremsen bereitgestellt werden.Against this background, the present invention has the object to provide a method for determining the compressibility of friction brake linings for disc brakes, which can be performed in a simple manner under defined laboratory conditions, that is without the use of a vehicle dynamometer, for example a Dyno test bench, and still simulates the reality of a braking process in a motor vehicle with sufficient accuracy. In addition, the friction brake lining to be tested should have a homogeneous temperature profile during the test. The measurement results obtained by means of the method should also be usable as input values for analytical brake calculation models (CAE). Furthermore, a corresponding device is to be provided for determining the compressibility of friction brake linings for disc brakes.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche. The object is achieved by a method having the features of claim 1 and a test device having the features of claim 8. Further, particularly advantageous embodiments of the invention disclose the dependent claims.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich. Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bzw. „etwa“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen von jeweils exakten Werten um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.It should be noted that the features listed individually in the following description can be combined with one another in any technically meaningful manner and show further embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures. The term "essentially" or "approximately" in the sense of the invention means deviations from respectively exact values by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of changes insignificant for the function.
Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zur Ermittlung der Kompressibilität von Reibbremsbelägen für Scheibenbremsen wenigstens die folgenden Schritte auf: Legen des Reibbremsbelags in einen Ofen für eine vorbestimmbare Zeitdauer derart, dass der Reibbremsbelag vollständig durchwärmt wird; Legen des Reibbremsbelags in eine Prüfvorrichtung, die einen ersten und einen zweiten, jeweils mit Hydraulikdruck beaufschlagbaren Prüfkolben sowie eine Reibscheibe aufweist, wobei der Reibbremsbelag zwischen die Reibscheibe und den ersten Prüfkolben in einer Normalrichtung klemmbar ist und mittels des zweiten Prüfkolbens zusätzlich eine senkrecht zur Normalrichtung in Tangentialrichtung wirkende Kraft auf den Reibbremsbelag ausübbar ist; Messen und Aufzeichnen der Dicke des Reibbremsbelags in Normalrichtung während aller nachfolgenden Schritte; Beaufschlagen des Reibbremsbelags mittels des ersten Prüfkolbens mit einem vorbestimmbaren, definierten Hydraulikdruck in Normalrichtung; Beaufschlagen des Reibbremsbelags mittels des zweiten Prüfkolbens mit einem vorbestimmbaren Hydraulikdruck in Tangentialrichtung und Erhöhen des Hydraulikdrucks in Tangentialrichtung solange bis der Reibbremsbelag wegrutscht.According to the invention, a method for determining the compressibility of friction brake linings for disc brakes comprises at least the following steps: placing the friction brake lining in an oven for a predeterminable period of time such that the friction brake lining is completely warmed through; Laying the friction brake pad in a test apparatus having a first and a second, each acted upon by hydraulic pressure test piston and a friction disc, the friction brake pad between the friction disc and the first test piston in a normal direction is clamped and by means of the second test piston in addition to a perpendicular to the normal direction in Tangentialrichtung acting force on the friction brake lining is exercisable; Measuring and recording the thickness of the friction brake lining in the normal direction during all subsequent steps; Applying the friction brake pad by means of the first test piston with a predeterminable, defined hydraulic pressure in the normal direction; Acting on the friction brake lining by means of the second test piston with a predeterminable hydraulic pressure in the tangential direction and increasing the hydraulic pressure in the tangential direction until the friction brake lining slips away.
Die erfindungsgemäße Verwendung des Ofens anstelle beispielsweise einer Heizplatte führt dazu, dass der Reibbremsbelag nach einer bestimmten, vorgebbaren Zeitdauer vollständig durchwärmt ist. Die Zeitdauer für das vollständige Durchwärmen des Reibbremsbelags kann zum Beispiel im Voraus experimentell auf einfache Weise bestimmt werden. Sie wird im Wesentlichen von der Größe bzw. Masse des zu erwärmenden Reibbremsbelags sowie der Wärmeleitfähigkeit des Reibbremsbelags abhängen. Die experimentelle Ermittlung eines angemessenen Zeitraums, der für eine vollständige Durchwärmung des Reibbelags ausreichend ist, könnte beispielsweise mit Hilfe eines Referenzbelags im Voraus durchgeführt werden, in den mehrere Temperatursensoren in unterschiedlichen Tiefen des Belags angeordnet sind. Sobald sich die Temperaturen aller Temperatursensoren im Wesentlichen angeglichen haben, ist die Zeitdauer erreicht, die zum vollständigen Durchwärmen des Reibbremsbelags erforderlich ist. Anschließend kann diese Zeitdauer als vorgebbare Erwärmungsdauer von Reibbremsbelägen desselben Typs wie der Referenzbelag (Größe, Masse, Wärmeleitfähigkeit) in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung der Belagskompressibilität verwendet werden. Somit weist der Reibbremsbelag nach der vollständigen Durchwärmung ein im Wesentlichen homogenes Temperaturprofil auf. Das homogene Temperaturprofil des Reibbremsbelags ermöglicht die Ermittlung der tatsächlichen physikalischen Kompressibilität des Reibbremsbelags während des nachfolgenden Prüfverfahrens. The use of the furnace according to the invention instead of, for example, a heating plate results in the friction brake lining being completely warmed up after a certain, predefinable time period. For example, the period of time for completely soaking the friction brake pad can be determined experimentally in advance in a simple manner. It will depend essentially on the size or mass of the friction brake lining to be heated as well as the thermal conductivity of the friction brake lining. The experimental determination of an appropriate period of time, which is sufficient for a complete heating of the friction lining, could for example be carried out in advance by means of a reference lining, in which several temperature sensors are arranged at different depths of the lining. Once the temperatures of all temperature sensors have substantially equalized, the time required to completely soak the friction brake lining is achieved. Subsequently, this period of time can be used as a predefinable heating period of friction brake linings of the same type as the reference covering (size, mass, thermal conductivity) in the method according to the invention for determining the coating compressibility. Thus, the friction brake lining has a substantially homogeneous temperature profile after complete heating. The homogeneous temperature profile of the friction brake lining makes it possible to determine the actual physical compressibility of the friction brake lining during the subsequent test procedure.
Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine bessere Nachbildung der bei einem Bremsvorgang in einem Kraftfahrzeug an den Reibbremsbelägen auftretenden Spannungszustände, indem der erste Prüfkolben den Reibbremsbelag in einer Normalrichtung mit einem bestimmten, definierten Druck gegen die Reibscheibe der Prüfvorrichtung drückt (Normal- bzw. Klemmkraft), während der zweite Prüfkolben auf den Reibbremsbelag eine zusätzliche Kraft in Tangentialrichtung ausübt (Tangentialkraft). Hierbei kann die Tangentialkraft mittels des zweiten Prüfkolbens erfindungsgemäß sowohl unmittelbar auf den Reibbremsbelag oder auch über die Reibscheibe auf den Reibbremsbelag ausgeübt werden. Beide Varianten sind von dem erfindungsgemäßen Verfahren gleichermaßen umfasst.Furthermore, the method according to the invention makes possible a better simulation of the stress states occurring in a motor vehicle at the friction brake linings in that the first test piston presses the friction brake lining in a normal direction with a specific, defined pressure against the friction disk of the test device (normal or clamping force), while the second test piston exerts an additional force in the tangential direction on the friction brake lining (tangential force). Here, the tangential force by means of the second test piston according to the invention can be exerted both directly on the friction brake lining or on the friction disc on the friction brake lining. Both variants are equally encompassed by the method according to the invention.
Die Kompressibilität des Reibbremsbelags wird ermittelt, indem die Dicke des Belags, zum Beispiel mittels einer entsprechenden Messuhr, während des Beaufschlagens des Reibbremsbelags mit der Normalkraft durch den ersten Prüfkolben und des Beaufschlagens des Reibbremsbelags mit der Tangentialkraft durch den zweiten Prüfkolben und des Erhöhens der Tangentialkraft gemessen und aufgezeichnet wird, bis der Belag infolge einer zu großen Tangentialkraft wegrutscht. Sobald der Reibbremsbelag wegrutscht, wird der Zustand instabil. Somit kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich zur zweidimensionalen Belagskompressibilität durch den in Normal- und Tangentialrichtung wirkenden zweiachsigen Spannungszustand auch der statische Reibwert des Reibbremsbelags durch das Wegrutschen des Reibbremsbelags ermittelt werden.The compressibility of the friction brake pad is determined by measuring the thickness of the pad, for example by means of a corresponding dial gauge, during the loading of the friction pad with the normal force by the first test piston and the loading of the friction brake pad with the tangential force by the second test piston and the increase of the tangential force and recorded until the coating slips off due to excessive tangential force. As soon as the friction brake lining slips away, the state becomes unstable. Thus, with the aid of the method according to the invention, in addition to the two-dimensional coating compressibility, the static friction coefficient of the friction brake lining can also be determined by the slipping out of the friction brake lining due to the biaxial stress state acting in the normal and tangential direction.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach unter den vorstehend genannten Laborbedingungen ausführbar. Auf die Verwendung eines Fahrzeugprüfstands, zum Beispiel eines Dyno-Prüfstands, zur Ermittlung der Belagskompressibilität kann verzichtet werden. Somit können aussagefähige Reibbelagseigenschaftswerte bereits in einer frühen Entwicklungsphase eines Fahrzeugs auf einfache Weise erhalten werden. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Reibbelagswerte sind geeignet, als Eingangswerte für analytische Bremsberechnungsmodelle (CAE) verwendet zu werden.The process according to the invention can easily be carried out under the abovementioned laboratory conditions. The use of a vehicle test bench, for example a Dyno test bench, to determine the coating compressibility can be dispensed with. Thus, meaningful Friction material properties can be easily obtained even in an early development phase of a vehicle. The friction lining values determined by the method according to the invention are suitable for being used as input values for analytical brake calculation models (CAE).
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur des Ofens in 50 bis 100 °C-Schritten von etwa 100 °C bis etwa 700 °C regelbar ist und das erfindungsgemäße Verfahren bei jeder geregelten Temperatur zwischen etwa 100 °C und etwa 700 °C wiederholt wird. Somit kann die zweidimensionale Belagskompressibilität in Abhängigkeit von den bei realen Bremsvorgängen in einem Kraftfahrzeug auftretenden Temperaturen des Reibbremsbelags ermittelt werden. Besonders vorteilhaft wird die Warmmessungen zwischen etwa 100 °C und etwa 700 °C jeweils zweimal durchgeführt und lediglich der Messwert der zweiten Messung als endgültiger Messwert verwendet. Auf diese Weise lassen sich Setzeffekte am Reibbremsbelag berücksichtigen.An advantageous embodiment of the invention provides that the temperature of the furnace in 50 to 100 ° C steps of about 100 ° C to about 700 ° C is adjustable and the inventive method at each controlled temperature between about 100 ° C and about 700 ° C is repeated. Thus, the two-dimensional coating compressibility can be determined as a function of the temperatures of the friction brake lining occurring during real braking processes in a motor vehicle. Particularly advantageously, the hot measurements are carried out between about 100 ° C. and about 700 ° C. in each case twice and only the measured value of the second measurement is used as the final measured value. In this way, setting effects on the friction brake lining can be taken into account.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Erwärmen des Reibbremsbelags in dem Ofen ausgelassen und das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Umgebungstemperatur aufweisenden Reibbremsbelag ausgeführt. Auf diese Weise lässt sich neben der Warmkompressibilität des Reibbremsbelags auch die Kaltkompressibilität des Reibbremsbelags ermitteln. Zusätzlich ermöglicht die Messung der Dicke des Umgebungstemperatur aufweisenden Reibbremsbelags im Vergleich mit den ermittelten Dicken des Reibbremsbelegs bei höheren Temperaturen den Ausdehnungskoeffizienten des Reibbremsbelags zu bestimmen. According to a further advantageous embodiment of the invention, the heating of the friction brake lining in the furnace is omitted and the inventive method carried out with an ambient temperature having friction brake lining. In this way, in addition to the hot compressibility of the friction brake lining, the cold compressibility of the friction brake lining can also be determined. In addition, the measurement of the thickness of the friction lining having ambient temperature allows the expansion coefficient of the friction brake lining to be determined at higher temperatures in comparison with the determined thicknesses of the friction brake lining.
Die Ermittlung sowohl des Ausdehnungskoeffizienten wie auch der Kompressibilität des Reibbremsbelags in Abhängigkeit von der Temperatur mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt darüber hinaus Vorhersagen über das so genannte Fluidaufnahmevermögen von Bremssätteln zu. Generell nimmt das Fluidaufnahmevermögen von Bremssätteln mit zunehmender Temperatur zu. Die Fluidaufnahme eines Bremssattels über der Temperatur wird jedoch durch zwei gegensätzliche physikalische Effekte beeinflusst: 1) Mit zunehmender Temperatur wird allgemein die Belagskompressibilität größer, was für eine Zunahme der Fluidaufnahme am Bremssattel sorgt; 2) Mit zunehmender Temperatur nimmt jedoch der Ausdehnungskoeffizient des Reibbremsbelages zu, was für eine Reduktion der Fluidaufnahme am Bremssattel sorgt. Beide Effekte lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren für einen Reibbremsbelag ermitteln und somit das Fluidaufnahmevermögen des diesen Reibbremsbelags verwendenden Bremssattels bestimmen.The determination of both the expansion coefficient as well as the compressibility of the friction brake pad as a function of the temperature by means of the method according to the invention also allows predictions about the so-called fluid absorption capacity of brake calipers. In general, the fluid absorption capacity of calipers increases with increasing temperature. However, the fluid absorption of a caliper over temperature is affected by two opposing physical effects: 1) As the temperature increases, generally the coating compressibility increases, providing for an increase in fluid pick-up on the caliper; 2) As the temperature increases, however, the coefficient of expansion of the friction brake lining increases, which results in a reduction of the fluid intake on the brake caliper. Both effects can be determined with the method according to the invention for a friction brake lining and thus determine the fluid absorption capacity of the brake caliper using this friction brake lining.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Beaufschlagen des Reibbremsbelags mit einem definierten Hydraulikdruck mittels des ersten Prüfkolbens in Normalrichtung wenigstens in 5 bis 10 bar-Schritten von etwa 1 bar bis etwa 180 bar. According to a further advantageous embodiment of the invention, the loading of the friction brake pad with a defined hydraulic pressure by means of the first test piston in the normal direction takes place at least in 5 to 10 bar increments of about 1 bar to about 180 bar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Reibbremsbelag vor der erstmaligen Ausführung des Verfahrens eingeschliffen bzw. eingebremst wird. Das Einschleifen bzw. Einbremsen ist ein an sich bekanntes, standardisiertes Industrieverfahren, bei dem ein neuer Reibbremsbelag an einer Brems- bzw. Reibscheibe eingebremst wird. Nach dem Einbremsen liegt der Reibbremsbelag passgenau auf der Brems- bzw. Reibscheibe auf, wodurch die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht wird.A further advantageous embodiment of the invention provides that the friction brake lining is ground or braked prior to the first execution of the method. The grinding or braking is a well-known, standardized industrial process in which a new friction brake lining is braked on a brake or friction disc. After braking, the friction brake lining lies precisely on the brake disk or friction disk, whereby the accuracy of the method according to the invention is increased.
Um die Genauigkeit der Ermittlung der Reibbelagsdicke noch zu steigern, wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Teil der Rückenplatte des Reibbremsbelags vor der erstmaligen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens fein geschliffen. Der geschliffene Teil der Rückenplatte des Reibbremsbelags stellt somit eine Referenzfläche dar, mit deren Hilfe die Reibbelagsdicke noch genauer ermittelt werden kann.In order to increase the accuracy of the determination of the friction lining thickness, according to a further advantageous embodiment of the invention, part of the back plate of the friction brake lining is finely ground before the first execution of the method according to the invention. The ground part of the back plate of the friction brake lining thus represents a reference surface, with the aid of which the friction lining thickness can be determined even more accurately.
Eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung zur Ermittlung der Kompressibilität von Reibbremsbelägen für Scheibenbremsen weist einen ersten mit Hydraulikdruck beaufschlagbaren Prüfkolben sowie eine Reibscheibe auf, wobei der Reibbremsbelag zwischen die Reibscheibe und den ersten Prüfkolben in einer Normalrichtung klemmbar ist. Ferner weist die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung einen zweiten mit Hydraulikdruck beaufschlagbarer Prüfkolben auf, mittels dem zusätzlich eine senkrecht zur Normalrichtung in Tangentialrichtung wirkende Kraft auf den Reibbremsbelag ausübbar ist. A test device according to the invention for determining the compressibility of friction brake linings for disc brakes has a first test piston acted upon by hydraulic pressure and a friction disk, wherein the friction brake lining between the friction disk and the first test piston can be clamped in a normal direction. Furthermore, the test device according to the invention has a second test piston which can be acted upon by hydraulic pressure, by means of which in addition a force acting perpendicular to the normal direction in the tangential direction can be exerted on the friction brake lining.
Somit ermöglich die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung eine bessere Nachbildung der bei einem Bremsvorgang in einem Kraftfahrzeug an den Reibbremsbelägen auftretenden Spannungszustände, indem der erste Prüfkolben den Reibbremsbelag in einer Normalrichtung mit einem bestimmten, definierten Druck gegen die Reibscheibe der Prüfvorrichtung drückt (Normal- bzw. Klemmkraft), während der zweite Prüfkolben auf den Reibbremsbelag eine zusätzliche Kraft in Tangentialrichtung ausübt (Tangentialkraft). Hierbei kann die Tangentialkraft mittels des zweiten Prüfkolbens erfindungsgemäß sowohl unmittelbar auf den Reibbremsbelag oder auch über die Reibscheibe auf den Reibbremsbelag ausgeübt werden. Beide Varianten sind von der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichermaßen umfasst. Thus, the test apparatus according to the invention enables a better simulation of the stress states occurring in a motor vehicle at the friction brake linings by the first test piston in a normal direction with a certain defined pressure against the friction disc of the tester presses (normal or clamping force), while the second test piston exerts an additional force in the tangential direction on the friction brake lining (tangential force). Here, the tangential force by means of the second test piston according to the invention can be exerted both directly on the friction brake lining or on the friction disc on the friction brake lining. Both variants are equally covered by the device according to the invention.
Die Kompressibilität des Reibbremsbelags wird ermittelt, indem die Dicke des Belags, zum Beispiel mittels einer entsprechenden Messuhr, während des Beaufschlagens des Reibbremsbelags mit der Normalkraft durch den ersten Prüfkolben und des Beaufschlagens des Reibbremsbelags mit der Tangentialkraft durch den zweiten Prüfkolben und des Erhöhens der Tangentialkraft gemessen und aufgezeichnet wird, bis der Belag infolge einer zu großen Tangentialkraft wegrutscht. Sobald der Reibbremsbelag wegrutscht, wird der Zustand instabil. Somit kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich zur zweidimensionalen Belagskompressibilität durch den in Normal- und Tangentialrichtung wirkenden zweiachsigen Spannungszustand auch der statische Reibwert des Reibbremsbelags durch das Wegrutschen des Reibbremsbelags ermittelt werden. The compressibility of the friction brake pad is determined by measuring the thickness of the pad, for example by means of a corresponding dial gauge, during the loading of the friction pad with the normal force by the first test piston and the loading of the friction brake pad with the tangential force by the second test piston and increasing the tangential force and recorded until the coating slips off due to excessive tangential force. As soon as the friction brake lining slips away, the state becomes unstable. Thus, with the aid of the device according to the invention, in addition to the two-dimensional coating compressibility, the static friction coefficient of the friction brake lining can also be determined by the slipping out of the friction brake lining due to the biaxial stress state acting in the normal and tangential direction.
Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung ermöglicht in einfacher Weise unter Laborbedingungen die Ermittlung der Kompressibilität eines Reibbremsbelags. Auf die Verwendung eines Fahrzeugprüfstands, zum Beispiel eines Dyno-Prüfstands, kann somit verzichtet werden. The test device according to the invention enables the determination of the compressibility of a friction brake lining in a simple manner under laboratory conditions. The use of a vehicle test bench, for example a Dyno test bench, can thus be dispensed with.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist wenigstens der erste Prüfkolben dieselben Abmessungen auf wie ein zukünftiger Bremssattelkolben. Hierdurch wird erreicht, dass das tatsächliche Verhalten des zu prüfenden Reibbremsbelags bei einem zukünftigen Einsatz in einer Fahrzeugbremse noch genauer vorhersehbar und ermittelbar ist.According to an advantageous embodiment of the device according to the invention, at least the first test piston has the same dimensions as a future caliper piston. This ensures that the actual behavior of the friction brake lining to be tested can be predicted and determined even more accurately in future use in a vehicle brake.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll das erfindungsgemäße Verfahren im Folgenden noch einmal ausführlich erläutert werden. Zunächst wird ein Teil der Rückenplatte des zu prüfenden Reibbremsbelags fein geschliffen, um diesen Teil als Referenzfläche für eine genaue Ermittlung der Reibbremsbelagsdicke verwenden zu können. Ferner wird der zu prüfende Reibbremsbelag vor der eigentlichen Prüfung vorteilhafterweise eingeschliffen bzw. eingebremst. Nach dem Einbremsen liegt der Reibbremsbelag somit passgenau auf der Brems- bzw. Reibscheibe einer Prüfvorrichtung auf, wodurch die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens noch weiter erhöht wird. Reference to an embodiment of the inventive method will be explained in detail again in the following. First, a part of the back plate of the friction brake lining to be tested is finely ground in order to use this part as a reference surface for an accurate determination of the Reibbremsbelagsdicke can. Furthermore, the friction brake lining to be tested is advantageously ground or braked before the actual test. After braking, the friction brake lining is thus precisely fitting on the brake or friction disc of a test device, whereby the accuracy of the method according to the invention is further increased.
In einem ersten Messzyklus wird der Umgebungstemperatur aufweisende Reibbremsbelag unter Auslassung der Erwärmung im Ofen in eine Prüfvorrichtung gelegt, die einen ersten und einen zweiten, jeweils mit Hydraulikdruck beaufschlagbaren Prüfkolben sowie eine Reibscheibe aufweist, wobei der Reibbremsbelag zwischen die Reibscheibe und den ersten Prüfkolben in einer Normalrichtung klemmbar ist und mittels des zweiten Prüfkolbens zusätzlich eine senkrecht zur Normalrichtung in Tangentialrichtung wirkende Kraft auf den Reibbremsbelag ausübbar ist. Während der nachfolgenden Schritte wird die Dicke des Reibbremsbelags in Normalrichtung (Klemmrichtung) gemessen und aufgezeichnet. Es wird zunächst eine Klemmkraft mittels des ersten Prüfkolbens von etwa 0 bzw. 1 bar bis etwa 10 bar, zum Beispiel etwa 5 bar, auf den Reibbremsbelag ausgeübt. Sobald ein stabiler Klemmzustand erreicht ist, wird mittels des zweiten Prüfkolbens die Tangentialkraft am Belag solange erhöht bis der Belag wegrutscht. Während der gesamten Zeit des zweidimensionalen Lastzustands wird der Normalweg am ersten Prüfkolben gemessen und aufgezeichnet. In a first measurement cycle, the ambient friction brake lining is placed with the omission of heating in the oven in a tester having a first and a second, each acted upon by hydraulic pressure test piston and a friction disc, wherein the friction brake lining between the friction disc and the first test piston in a normal direction can be clamped and by means of the second test piston additionally acting perpendicular to the normal direction in the tangential direction force on the friction brake lining is exercised. During the subsequent steps, the thickness of the friction brake lining in the normal direction (clamping direction) is measured and recorded. It is first a clamping force by means of the first test piston of about 0 or 1 bar to about 10 bar, for example, about 5 bar, exerted on the friction brake lining. As soon as a stable clamping condition is reached, the tangential force on the coating is increased by the second test piston until the coating slips away. During the entire time of the two-dimensional load condition, the normal travel is measured and recorded on the first test piston.
Nach der ersten Messung wird in einer zweiten Messung die durch den ersten Prüfkolben auf den Reibbremsbelag ausgeübte Klemm- bzw. Normalkraft um etwa 10 bar erhöht. Sobald erneut ein stabiler Klemmzustand erreicht ist, wird wieder mittels des zweiten Prüfkolbens die Tangentialkraft am Belag solange erhöht bis der Belag wegrutscht. Während der gesamten Zeit des zweidimensionalen Lastzustands wird der Normalweg am ersten Prüfkolben gemessen und aufgezeichnet. Erneut wird die von dem ersten Prüfkolben auf den Reibbremsbelag ausgeübte Klemmkraft um etwa 10 bar erhöht und der zuvor beschriebene Messvorgang wiederholt. Die Klemmkraft des ersten Prüfkolbens wird bevorzugt schrittweise in 10 bar-Schritten bis auf etwa 180 bar erhöht. Bei jedem 10 bar-Schritt wird die Messung der Dicke des Reibbremsbelags in Abhängigkeit von der durch den zweiten Prüfkolben aufgebrachten Tangentialkraft wiederholt. Dieser erste Messzyklus, bei dem die Normalkraft des ersten Prüfkolbens in 10 bar-Schritten von etwa 0 bzw. 1 bar bis etwa 180 bar erhöht wurde, ermöglicht die Ermittlung der Dicke des kalten Reibbremsbelags, die Ermittlung der Kaltkompressibilität des Reibbremsbelags sowie die Ermittlung des statischen Kaltreibwerts. After the first measurement, the clamping or normal force exerted by the first test piston on the friction brake lining is increased by about 10 bar in a second measurement. As soon as a stable clamping state is reached again, the tangential force on the covering is increased again by means of the second test piston until the lining slips away. During the entire time of the two-dimensional load condition, the normal travel is measured and recorded on the first test piston. Again, the clamping force exerted by the first test piston on the friction brake lining is increased by about 10 bar and the measurement process described above is repeated. The clamping force of the first test piston is preferably increased stepwise in 10 bar increments up to about 180 bar. At each 10 bar step, the thickness measurement of the friction brake pad is repeated in response to the tangential force applied by the second check piston. This first measurement cycle, in which the normal force of the first test piston was increased in 10 bar increments from about 0 or 1 bar to about 180 bar, allows the determination of the thickness of the cold friction brake lining, the determination of the cold compressibility of the friction brake lining and the determination of the static Kaltreibwerts.
Anschließend wird das vorstehend beschriebene Prüfverfahren unter Einbeziehung der Erwärmung des Reibbremsbelags in einem Ofen durchgeführt (zweiter Messzyklus). Der zu prüfende Reibbremsbelag wird in einem ersten Schritt bevorzugt in einem temperaturregelbaren Elektroofen auf eine Temperatur von etwa 100 °C erwärmt. Hierbei ist besonders darauf zu achten, dass die Erwärmungszeit derart ausreichend bemessen ist, dass eine vollständige Durchwärmung des Reibbremsbelags gewährleistet ist, so dass dieser ein homogenes Temperaturprofil aufweist. Nach der vollständigen Durchwärmung wird der Reibbremsbelag aus dem Ofen genommen und in die Prüfvorrichtung gelegt. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Reibbremsbelag im Wesentlichen nicht übermäßig abkühlt. Anschließend wird die Messung der Dicke des Reibbremsbelags wie bereits bei der Kaltmessung beschrieben in Abhängigkeit von der Klemmkraft des ersten Prüfkolbens und der durch den zweiten Prüfkolben aufgebrachten Tangentialkraft gemessen. Die Klemmkraft wird auch bei der Warmmessung wieder schrittweise bevorzugt in 10 bar-Schritten von etwa 0 bzw. 1 bar bis etwa 180 bar erhöht. Besonders bevorzugt wird jede Warmmessung bei einem 10 bar Schritt zweimal ausgeführt und lediglich das zweite Messergebnis verwendet, um Setzeffekte am Reibbremsbelag berücksichtigen zu können. Subsequently, the test method described above is carried out involving the heating of the friction brake lining in an oven (second measuring cycle). In a first step, the friction brake lining to be tested is preferably heated to a temperature of approximately 100 ° C. in a temperature-controlled electric furnace. It is particularly important to ensure that the heating time is sufficiently dimensioned so that a complete heating of the friction brake lining is guaranteed, so that it has a homogeneous temperature profile. After complete heating, the friction brake lining is removed from the oven and placed in the test device. It is important to ensure that the friction brake pad substantially does not cool excessively. Subsequently, the measurement of the thickness of the friction brake lining as already described in the cold measurement is measured as a function of the clamping force of the first test piston and the force applied by the second test piston tangential force. The clamping force is also increased stepwise in the hot measurement, preferably in 10 bar increments of about 0 or 1 bar to about 180 bar. Particularly preferably, each hot measurement is carried out twice at a 10 bar step and only the second measurement result is used in order to take into account settling effects on the friction brake lining.
Nach Abschluss des zweiten Messzyklus wird die Temperatur des Ofens um einen 100 °C-Schritt auf 200 °C erhöht und ein dritter Messzyklus in der vorbeschriebenen Weise ausgeführt. Nach Abschluss des dritten Messzyklus wird die Temperatur des Ofens erneut um einen 100 °C-Schritt auf nunmehr 300 °C erhöht usw. Der letzte Messzyklus wird bevorzugt bei einer Ofentemperatur von etwa 700 °C durchgeführt. Die Warmmessung ermöglicht somit die Ermittlung der Warmkompressibilität des Reibbremsbelags, die Ermittlung des statischen Warmreibwerts des Reibbremsbelags sowie die Ermittlung des Ausdehnungskoeffizienten des Reibbremsbelags, der sich aus der Dickenmessung des Reibbremsbelags im nahezu unkomprimierten Zustand zu Beginn jedes Messzyklus bei den unterschiedlichen Temperaturen des Reibbremsbelags ermitteln lässt.After completion of the second measurement cycle, the temperature of the furnace is increased by a 100 ° C step to 200 ° C and carried out a third measurement cycle in the manner described above. After completion of the third measurement cycle, the temperature of the furnace is again increased by a 100 ° C step to now 300 ° C, etc. The last measurement cycle is preferably carried out at a furnace temperature of about 700 ° C. The hot measurement thus enables the determination of the hot compressibility of the friction brake lining, the determination of the static coefficient of friction friction lining and the determination of the coefficient of expansion of Reibbremsbelags, which can be determined from the thickness measurement of the friction brake pad in the nearly uncompressed state at the beginning of each measurement cycle at the different temperatures of the friction brake lining.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnenen Reibbremsbelagswerte geben die tatsächlichen physikalischen Größen des Reibbremsbelags in sehr guter Genauigkeit wieder und eignen sich daher besonders als Eingangswerte zur Weiterverarbeitung im Rahmen analytischer CAE-Bremsenberechnungsverfahren.The friction brake lining values obtained by the method according to the invention reproduce the actual physical variables of the friction brake lining with very good accuracy and are therefore particularly suitable as input values for further processing in the context of analytical CAE brake calculation methods.
Das vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zur Ermittlung der Kompressibilität von Reibbremsbelägen für Scheibenbremsen sind nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen.The above-described method according to the invention and the device for determining the compressibility of friction brake linings for disc brakes are not limited to the embodiments disclosed herein, but also include similar further embodiments.
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