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Die Erfindung betrifft einen Bremsenprüfstand zum Messen von Bremsmomenten an einer Reibungsbremse, insbesondere für eine Reibungsbremse für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es sind bereits Bremsenprüfstände bekannt, die in der Regel als so genannte Pendelböcke ausgeführt sind, mit denen das von einer Reibungsbremse erzeugte Drehmoment über einen definierten Pendelarm mit einem relativ einfachen Kraftaufnehmer bestimmt werden kann. Üblicherweise ist der Pendelarm eines Pendelbockes in der Mitte gelagert, sodass der Pendelarm in beiden Drehrichtungen gleiche Wirkabstände zu den beiderseits des Pendelarms angeordneten Kraftaufnehmern aufweist. Die Lagerstellen des Pendelarms sind hochpräzise ausgeführt, sodass sein Eigenmoment verursacht durch Reibung und Schwerkraft nahezu 0 Nm beträgt und somit keinen größeren Einfluss auf das Messergebnis hat. Verbleibende Kleinstmomente können in der Regel auch über die Software des Prüfstandes wegtariert werden. Die Größe der dabei verwendeten Kraftaufnehmer orientiert sich üblicherweise am maximal möglichen Antriebsmoment des Prüfstandes. Das bedeutet, dass bei einem Leistungsprüfstand mit z. B. 7.500 Nm der Kraftaufnehmer entsprechend groß sein muss (bis zu 25.000 N), sodass der aus der Bremsenbetätigung resultierenden hohen Bremskräfte zulässt. Ein solcher Kraftaufnehmer ist für eine Messung von Kleinstmomenten, wie diese im unbetätigten Zustand der Reibungsbremse auftreten (z. B. Rest- bzw. Schleppmomente < 5 Nm) ungeeignet.
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Es ist nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bremsenprüfstand der angegebenen Art mit möglichst einfachen, kostengünstigen Mitteln derart auszugestalten, dass auch die Messung kleiner Rest- bzw. Schleppmomente im unbetätigten Zustand der Reibungsbremse gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für einen Bremsenprüfstand der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im Nachfolgenden aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispielen anhand mehrerer Zeichnungen hervor.
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Die 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Bremsenprüfstand in einer Teilansicht, der erfindungsgemäß an beiden diametralen Enden eines Pendelarms 1 jeweils zwei Kraftaufnehmer 2, 3 aufweist, die an einem Ständer 18 (Unterteil eines Pendelbocks) befestigt sind. Der für die Erfassung des großen Messbereichs vorgesehene, nachfolgend als großer Kraftaufnehmer 2 bezeichnete erste Kraftsensor ist direkt unter dem Pendelarm 1 positioniert, hat mit diesem jedoch keine feste Verbindung. Der für die Erfassung des kleinen Messbereichs vorgesehene, nachfolgend als kleiner Kraftaufnehmer 3 bezeichnete zweite Kraftsensor befindet sich in Parallelanordnung zum ersten Kraftaufnehmer 2 seitlich am Ständer befestigt. Ein an jedem Ende des Pendelarms 1 seitlich angeordneter, vorzugsweise festgeklemmter Einstellbolzen 4 kontaktiert im unbelasteten Zustand, d. h. wenn kein von der zu prüfenden Reibungsbremse zu übertragendes Drehmoment am Pendelarm 1 wirksam ist, spielfrei den kleinen Kraftaufnehmer 3.
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Wie aus der Gesamtansicht nach 2 zu erkennen ist, befindet sich die beschriebene Kraftaufnehmer-Anordnung auf beiden Seiten des Pendelarms 1 und ist vollkommen identisch, um Messungen des Bremsmomentes an der zu prüfenden Reibungsbremse in beide Schwenkrichtungen des Pendelarms 1 ausführen zu können.
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In schematischer Darstellung ist ferner aus den 1 und 2 teilweise eine Pendelarm-Druckstückverstellung zu erkennen, die in beiden Enden des Pendelarms 1 integriert ist, um jeweils eine Änderung des Abstandes zwischen dem am Ständer 18 befestigten großen Kraftaufnehmer 2 und einem im Pendelarm 1 aufgenommenen Pendelarmdruckstück 9 zu ermöglichen.
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Die 3 zeigt Teile der Pendelarm-Druckstückverstellung in einem Längsschnitt durch den Pendelarm 1. Auf der Oberseite des Pendelarms 1 sind in entgegen gesetzter, spiegelsymmetrischer Anordnung insgesamt zwei Verstellzylinder befestigt (siehe 2), von denen jeweils ein Verstellzylinder 5 mit einem jeweils auf der Oberseite des Pendelarms 1 angeordneten Hebel 6 verbunden ist, der über ein rotatorisch betätigtes Gewindestück 7 im äußeren Ende des Pendelarms 1 eine im Pendelarm integrierte Gewindebuchse 8 translatorisch betätigt, in die das vertikal verstellbare Pendelarmdruckstück 9 eingepresst ist, das auf ein oberhalb des großen Kraftaufnehmers 2 angeordnetes Kraftaufnehmerdruckstück 12 gerichtet ist.
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Zur Messung hoher Bremsmomente im bisher bekannten Normaltestbetrieb des Bremsenprüfstandes ist der Kontakt zum großen Kraftaufnehmer 2 an jedem Pendelarm 1 spielfrei zwischen dem am großen Kraftaufnehmer 2 fixierten Sensordruckstück 12 und dem Pendelarmdruckstück 9 herstellt. Ein unbeabsichtigtes Verdrehen der Gewindebuchse 8 ist durch eine in Verschieberichtung zwischen der Gewindebuchse 8 und dem Pendelarm 1 eingesetzte Passfeder 10 verhindert. Ferner ist zwischen der Gewindebuchse 8 und dem Pendelarm 1 eine Spiralfeder 11 eingesetzt, die vom Pendelarmdruckstück 9 durchdrungen ist. Das Spiel zwischen den beiden Gewinden des Gewindestücks 7 und der Gewindebuchse 8 wird somit durch die nach oben in Richtung der Gewindebuchse 8 wirksame Spiralfeder 11 immer auf Null gehalten, sodass es beim Drücken des Pendelarms 1 auf den ersten Kraftaufnehmer 2 grundsätzlich keinen Leerweg gibt.
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Im Ergebnis lassen die beiden Verstellzylinder 5 demnach abhängig von ihrer Betätigungsstellung zwei verschiedene Hebel- und damit Höhenstellungen des Pendelarmdruckstücks 9 über den beschriebenen Gewindetrieb zu. Der Verstellweg ist konstruktionsbedingt über den Hub des Verstellzylinders 5, den Hebel 6 und die Gewindesteigung zwischen dem Gewindestück 7 und der Gewindebuchse 8 vorgegeben. Die Änderung des Vertikalabstandes zwischen dem Pendelarm 1 und dem großen Kraftaufnehmer 2 hat hierbei keinen störenden Einfluss auf die Anordnung und Funktion des parallel dazu angeordneten kleinen Kraftaufnehmers 3.
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Ist der Verstellzylinder 5 vollständig eingefahren, so berührt das Pendelarmdruckstück 9 das an dem großen Kraftaufnehmer 2 angebrachte Kraftaufnehmerdruckstück 12. Eine Feineinstellung für diese Hebelposition kann über ein am Hebel 6 vorgesehenes Klemmstück 17 vorgenommen werden. Diese Maßnahme beschränkt sich zweckmäßigerweise auf die Erstinbetriebnahme des Bremsenprüfstandes.
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Ist der Verstellzylinder 5 vollständig ausgefahren, so entfernt sich abhängig von der Gewindesteigung die Gewindebuchse 8 mit dem darin eingepressten Pendelarmdruckstück 9 von dem großen Kraftaufnehmer 2. Der Kontakt zum Kraftaufnehmerdruckstück 12 ist nicht mehr hergestellt, wobei bereits ein verhältnismäßig kleines eingestelltes Axialspiel von etwa 0,5 mm genügt, um den kleinen Kraftaufnehmer 3 für die Restmomenten- bzw. Schleppmomentenmessung an der zu prüfenden Bremse nutzen zu können. Folglich kann der kleine Kraftaufnehmer 3 die für Restmomentenwirkung repräsentative Kraft des Pendelarms 1 über den Einstellbolzen 4 erfassen, ohne dass der große Kraftaufnehmer 2 dabei die Bewegung des Pendelarms 1 blockieren würde.
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Zur Rest- bzw. Schleppmomentmessung ist somit der in aktiver Schwenkrichtung des Pendelarms 1 angeordnete Verstellzylinder 5 vorzugsweise pneumatisch gesteuert voll ausgefahren, das Pendelarmdruckstück 9 über den Gewindetrieb zurückgestellt, sodass zwischen dem Pendelarmdruckstück 9 und dem Kraftaufnehmerdruckstück 12 ein Axialspiel eingestellt ist, welches größer ist als der mögliche Messweg des neben dem zurückgefahren Pendelarmdruckstück 9 angeordneten kleinen Kraftaufnehmers 3 und dem seitlich am Pendelarm 1 vertikal zum Kraftaufnehmer 3 ausgerichteten Einstellbolzen 4. Folglich kann der in Schwenkrichtung des Pendelarms 1 angeordnete große Kraftaufnehmer 2 vom Pendelarmdruckstück 9 nicht erreicht werden und ist somit außer Betrieb. Die Kraft- bzw. Drehmomentenübertragung des geneigten Pendelarms 1 erfolgt somit ausschließlich über den seitlich am Pendelarm 1 angeordneten Bolzen 4, der den mit seinem speziellen kleinen Messbereich und erforderlichen Messgenauigkeit ausgelegten kleinen Kraftaufnehmer 3 kontaktiert. Die Messung am Prüfling (Reibungsbremse) kann nach Wunsch oder Bedarf selbstverständlich sowohl links- wie auch rechtsdrehend durchgeführt werden und unabhängig davon, ob es sich um eine Restmomenten- oder eine konventionelle Betriebsbremsmomentenerfassung handelt.
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Zur konventionellen Messung hoher Bremsmomente im bekannten Normaltestbetrieb des Bremsenprüfstandes ist der in Schwenkrichtung des Pendelarms 1 angeordnete Verstellzylinder 5 vollständig eingefahren, wodurch sich infolge der Verstellung des Pendelarmdruckstücks 9 in Richtung des großen Kraftaufnehmers 2 das Pendelarmdruckstück 9 und das Kraftaufnehmerdruckstück 12 berühren. Beim Aufbringen eines hohen Bremsmomentes am Prüfling bewegt sich der Pendelarm 1 folglich drehrichtungsabhängig minimal auf einen der beiden großen Kraftaufnehmer 2 zu und erzeugt dabei eine Kraft, die multipliziert mit der Hebelarmlänge des Pendelarms 1 das Dreh- bzw. Bremsmoment ergibt. Während dieser Messung (Normalbetrieb) ist auch der kleine Kraftaufnehmer 3 vom Einstellbolzen 4 kontaktiert. Eine etwaige Beschädigung des kleinen Kraftaufnehmers 3, welcher für einen weitaus kleineren Messbereich ausgelegt ist, wird aber dadurch verhindert, dass sein eigener bauartbedingter Messweg (= Verformung zur Kraftermittlung) größer ist als der Messweg des großen Kraftaufnehmers 2. Ein Ausbau des kleinen Kraftaufnehmers 3 oder besondere Schutzmaßnahmen sind daher im Rahmen der Betriebsbremsmomentenerfassung nicht erforderlich.
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Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass der Bremsenprüfstand derart konzipiert ist, dass sich nicht schon alleine aus der Gewichtskraft des Pendelarms 1 im ungebremsten Zustand des Prüflings eine Belastung auf den kleinen oder großen Kraftaufnehmer 3, 2 ergeben würde. Um dieser Grundlast entgegen zu wirken, sind gemäß den 1 und 2 am Pendelarm 1 zwei zusätzliche Anschläge angebracht, die aus zwei neben den beiden Hebeln 6 angeordnete, am Ständer 18 befestigten Blechwinkeln 13 bestehen, die sich oberhalb des Pendelarms 1 erstrecken und die mit integrierten, federbelasteten Stellschrauben 14 versehen sind, welche federnd die Oberseite des Pendelarms 1 beaufschlagen.
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Eine hierzu nochmals verbesserte Anordnung zum Ausgleich des aus der Gewichtskraft des Prüflings resultierenden Moments geht aus der 4 hervor, die den aus den 1–3 bekannten Bremsenprüfstand mit Blick auf dessen Rückseite zeigt. Zentral an der Rückseite des Bremsenprüfstands befindet sich an der aus dem Ständer 18 hervorstehenden, den Pendelarm 1 tragenden Welle 20 ein verstellbarer Massenausgleich, um veränderbare Massenzustände des Prüflings, z. B. infolge von Belagverschleiß der Reibungsbremse 23, immer zu neutralisieren. Hierzu dient eine Halteplatte 19, die zentral an der Rückseite der Welle 20 angeflanscht ist, die ein Linearmodul 21 trägt. Mit dem Linearmodul 21 steht über einen Motorantrieb ein linear verstellbares Gewicht 22 mit einer Profilschiene des Linearmoduls 21 im Eingriff, die quer zur Welle 20 ausgerichtet ist, sodass abhängig von der Gewichtskraft des Prüflings das Gewicht 22 mehr oder weniger weit aus dem Zentrum der Welle 20 verschoben wird, um die Gewichtskraft bzw. das resultierende Moment des Prüflings zu kompensieren. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Kraftaufnehmer 2 auf beiden Seiten zu Beginn der Bremsmomentenmessung entlastet sind. Ferner ist aus 4 die entgegengesetzt zur Rückseite des Bremsenprüfstandes an der Welle 20 angeflanschte Reibungsbremse 23 ersichtlich, die aus Platzgründen in den 1–3, 5 nicht dargestellt ist. Die Reibungsbremse 23 besteht aus einem mit der Welle 20 verbundenen Faustsattel, dessen zugehörige Bremsscheibe mit einer motorisch betriebenen Antriebswelle 24 eines Antriebsmoduls 25 verbunden ist.
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Die 5 zeigt alternativ zu dem bisher anhand den 1–4 beschriebenen Bremsenprüfstand eine weitere Konstruktion, die auf die Verwendung der beiden großen Kraftaufnehmer 2 verzichtet und diese durch einfache, von den Abmessungen her zu den beiden großen Kraftaufnehmer 2 baulich weitgehend identische Platzhalter 15 aus Stahl ersetzt. Die Ermittlung des großen Bremsmoments erfolgt im Normalbetrieb sodann ausschließlich über einen am vorderen Pendelbockflansch befestigten Drehmomentenmessflansch 16, wozu die bereits im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläuterte Pendelarm-Druckstückverstellung drehrichtungsabhängig spielfrei an einem der beiden Platzhalter 15 anliegt. Zur Ermittlung des Rest- bzw. Schleppmomentes fährt die Pendelarm-Druckstückverstellung nach der Erfassung des großen Bremsmomentes das in Prüfrichtung normalerweise beaufschlagte Pendelarmdruckstück 9 wieder zurück, sodass der Pendelarm 1 wieder pendelfähig die zu messende Restmomente in der Belastungsrichtung auf den kleinen Kraftaufnehmer 3 überträgt.
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Mit der hiermit anhand den 1 bis 5 vorgestellten Konzeption steht den Bremsenentwicklern ein Bremsenprüfstand zur Verfügung, der es künftig erlaubt ganze Messreihen im Automatikbetrieb für die Betriebsbrems- und Restbremsmomentenerfassung durchzuführen. Mit einer entsprechenden Anpassung der Prüfprogramme können in den Prüfablauf Restmomentmessungen gezielt eingestreut und deren Ergebnis genauestens erfasst, abgespeichert und ausgewertet werden.
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Die vorgestellte Erfindung ermöglicht eine unkomplizierte Erweiterung der bereits existierenden Bremsenprüfstände, unabhängig davon, ob Bremsen von Motorrädern, Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Schienen- oder Kettenfahrzeuge zu prüfen sind.
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Schon die kleinste Reibung zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag steigert den Kraftstoffverbrauch. Im Idealfall sollen sich deshalb nach Möglichkeit die Bremsscheibe und der Reibbelag der Reibungsbremse nicht berühren. Die kleinen Restmomente auf einem Bremsenprüfstand rationell zu messen, ist hierbei eine elementare Aufgabe, die nunmehr durch die hiermit vorgestellte Erfindung gelöst ist, indem über den üblichen Testbetrieb gemäß der Bremsenspezifikation hinausgehend evtl. bestehende Restmomente sporadisch in den Testablauf (z. B. nach jeweils 1.000 Bremsungen) eingestreut werden, ohne dass der Prüfstand für eine Restmomentenmessung stillgesetzt und manuell verändert werden muss.
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Daher erfolgt der Wechsel vom üblichen, zur Bremsleistungsermittlung erforderlichen Testbetrieb auf einen im unbetätigten Zustand der Reibungsbremse zur Restmomentenermittlung erforderlichen Messbetrieb vorteilhaft über den beschriebenen Verstellmechanismus automatisiert, wobei der Messweg über den neu hinzugekommenen kleineren Kraftaufnehmer 3 bedeutend größer ist als der Messweg des großen Kraftaufnehmers 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pendelarm
- 2
- Kraftaufnehmer
- 3
- Kraftaufnehmer
- 4
- Einstellbolzen
- 5
- Verstellzylinder
- 6
- Hebel
- 7
- Gewindestück
- 8
- Gewindebuchse
- 9
- Pendelarmdruckstück
- 10
- Passfeder
- 11
- Spiralfeder
- 12
- Kraftaufnehmerdruckstück
- 13
- Blechwinkel
- 14
- Stellschraube
- 15
- Platzhalter
- 16
- Momentenmessflansch
- 17
- Klemmstück
- 18
- Ständer
- 19
- Halteplatte
- 20
- Welle
- 21
- Linearmodul
- 22
- Gewicht
- 23
- Reibungsbremse
- 24
- Antriebswelle
- 25
- Antriebsmodul
