DE102011121270B4

DE102011121270B4 - Verfahren zur Beurteilung der akustischen Qualität einer Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102011121270B4
Application number: DE102011121270.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Waninger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: DE102011121270A1

Abstract

Verfahren zur Beurteilung der akustischen Qualität einer Bremsscheibe (1), bei dem von der Bremsscheibe (1) abgestrahlte Schallemissionen gemessen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass während einer maschinellen Bearbeitung der noch im Herstellungsprozess befindlichen Bremsscheibe (1) den Bearbeitungsprozess charakterisierende Schallmesswerte ermittelt und mit abgespeicherten Referenzwerten verglichen werden, und dass aus diesem Vergleich eine vorausschauende Beurteilung der akustischen Qualität der fertigen Bremsscheibe (1) abgeleitet wird, wobei die Schallmesswerte und die zugehörigen Referenzwerte wenigstens teilweise bei einer spanenden Bearbeitung ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung der akustischen Qualität einer Bremsscheibe eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Bremssystemen von Kraftfahrzeugen wird in immer stärkerem Maße gefordert, dass deren Bauteile im Bereich der akustischen Emissionen bestimmten Qualitätskriterien genügen. Insbesondere sollen beim Bremsvorgang Quietschgeräusche vermieden werden. Die verwendeten Bauteile und insbesondere die Bremsscheiben eines Bremssystems sollen vorgegebene akustische Eigenschaften besitzen, beispielsweise soll die Eigenfrequenz innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfrequenzbandes liegen. Ein wichtiges Merkmal zur Sicherstellung einer vorgegebenen Fertigungsqualität und von vorgegebenen Bauteileigenschaften ist die Eigenfrequenz, die an einem Bauteil nach einer entsprechenden impulsförmigen Anregung, messbar ist. Die gemessene Eigenfrequenz eines Bauteils hängt auch von der Qualität des Bauteils ab und kann bei einem schadhaften Bauteil sehr stark von einem vorgegebenen Toleranzfrequenzband abweichen.
Mittels eines Impulshammers kann eine Bremsscheibe „angeschlagen” werden, um daraufhin die von der Bremsscheibe abgestrahlten Schallschwingungen als Antwortsignal zu messen und zu analysieren. Um auf diese Weise zu einer sicheren Aussage über die Qualität einer fertig gestellten Bremsscheibe zu kommen, ist eine verhältnismäßig aufwendige Messapparatur und Datenverarbeitung erforderlich. Wenn dann nach erfolgter Datenauswertung festgestellt wird, dass die Bremsscheibe bezüglich ihrer Schallemission eine zu große Abweichung aufweist, muss die Bremsscheibe als Ausschuss aussortiert werden.
Aus der WO 2010/051954 A2 ist ein Verfahren zur Schwingungsanalyse bekannt, bei dem während der Bearbeitung eines Werkstücks entstehende Schwingungen erfasst und ausgewertet werden, wobei ein Schwingungsspektrum zu verschiedenen Zeiten oder kontinuierlich erfasst und ausgewertet wird. Dieses bekannte Verfahren dient zur frühzeitigen Erkennung von Materialfehlern an einem Bauteil, jedoch ist eine Aussage über eine akustische Qualität des fertigen Bauteils dort nicht vorgesehen.
Die gattungsbildende US 7 444 874 B2 zeigt ein Verfahren zur Beurteilung der akustischen Qualität eines Bauteils, bei dem von dem Bauteil abgestrahlte Schallemissionen gemessen und ausgewertet werden, wobei während einer maschinellen Bearbeitung des noch im Herstellungsprozess befindlichen Bauteils den Bearbeitungsprozess charakterisierende Schallmesswerte ermittelt und mit abgespeicherten Referenzwerten verglichen werden, und dass aus diesem Vergleich eine vorausschauende Beurteilung der akustischen Qualität des fertigen Bauteils abgeleitet wird.
Weiterhin sei noch auf die JP H10-2361 A , die DE 20 2009 014 771 U1 und die US 4 428 055 A verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur vorausschauenden Beurteilung der akustischen Qualität einer in einem Bearbeitungsprozess befindlichen Bremsscheibe bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ist zur vorausschauenden Beurteilung der akustischen Qualität einer Bremsscheibe vorgesehen, dass während einer maschinellen Bearbeitung der noch im Herstellungsprozess befindlichen Bremsscheibe den Bearbeitungsprozess charakterisierende Schallmesswerte ermittelt und mit abgespeicherten Referenzwerten verglichen werden und daraus eine vorausschauende Beurteilung der akustischen Qualität der fertigen Bremsscheibe abgeleitet wird. Als Referenzwerte dienen Werte, die von Bremsscheiben stammen, deren akustische Qualität innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs gelegen hat. Durch die vorausschauende Beurteilung einer im Herstellungsprozess befindlichen Bremsscheibe ist es nun möglich, schon während der Bearbeitung der Bremsscheibe eine mangelhafte akustische Qualität zu erkennen und die entsprechende Bremsscheibe auszusortieren. Eine unnötige Weiterbearbeitung einer akustisch mangelhaften Bremsscheibe entfällt. Außerdem muss nicht nach der Fertigstellung der Bremsscheibe in einem separaten Schallmessverfahren mit der herkömmlichen Impulshammermethode die akustische Qualität der Bremsscheiben überprüft werden.
Die abgespeicherten Referenzwerte können rechnerisch oder auch empirisch ermittelt werden, in dem bei der Bearbeitung von Bremsscheiben zu den unterschiedlichen Bearbeitungsvorgängen gehörende Referenzwerte abgespeichert werden, sofern die fertigen Bremsscheiben dann eine innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegende akustische Qualität besitzen. Diese nachträgliche Überprüfung der akustischen Qualität kann beispielhaft an einigen Bremsscheiben nach dem herkömmlichen Impulshammerverfahren erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist es, die Schallmesswerte zur Bestimmung der akustischen Qualität bei unterschiedlichen Bearbeitungsvorgängen zu ermitteln, da damit unterschiedliche Schallschwingungsbereiche abgedeckt werden. Die Schallemissionen, beispielsweise bei einem spanenden Bearbeitungsverfahren, liegen in einem anderen Bereich als bei einem Schleifverfahren, wodurch besonders genaue Aussagen über die spätere akustische Qualität der fertigen Bremsscheibe gemacht werden können. Die Beurteilung der akustischen Qualität beinhaltet auch die Möglichkeit, einen gravierenden Materialfehler, beispielsweise einen Riss in einer Bremsscheibe, zu erkennen.
Bei der Qualitätsbeurteilung an Bremsscheiben wird vorzugsweise die Schallemission berücksichtigt, die bei einer spanenden Bearbeitung auftritt. Dabei können der Beginn und das Ende von Arbeitsprozessen, beispielsweise der Werkzeugeingriff und der Werkzeugauslauf, unterschiedliche charakteristische Schallemissionen hervorrufen, die aufgrund unterschiedlicher Frequenzspektren besonders gut zur Bestimmung der späteren akustischen Qualität der Bremsscheibe herangezogen werden können.
Zur Charakterisierung des Bearbeitungsprozesses und zur Bestimmung der Qualität einer Bremsscheibe können auch Referenzwerte und Messwerte berücksichtigt werden, die die Stromaufnahme und andere Maschinenparameter der die Bremsscheibe bearbeitenden Maschine betreffen. Anhand dieser Messwerte lässt sich auch prüfen, ob die Bearbeitungsmaschine und die verwendeten Werkzeuge korrekt arbeiten oder ob hier irgendwelche Störungen oder Fehler vorliegen. Auch die Überprüfung des Bearbeitungsprozesses dient dabei zur Einhaltung einer vorgegebenen akustischen Qualität der jeweils in Bearbeitung befindlichen Bremsscheibe.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen als Spannungsverlauf dargestellten zeitlichen Verlauf gemessener Schallschwingungen während der Bearbeitung einer im Herstellungsverfahren befindlichen Bremsscheibe und
2 ein Blockschaltbild einer (nicht zur Erfindung gehörenden) Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf U von Schallschwingungen, die mittels eines Schallsensors in unmittelbarer Nähe einer Bremsscheibe während unterschiedlicher Bearbeitungsphasen gemessen wurden. Die Schallschwingungen sind hier als Spannungsverlauf U über der Zeit t dargestellt, wobei die Spannung U als gefiltertes Signal bezüglich ihrer Amplitude annähernd proportional zu dem beim Bearbeitungsvorgang abgestrahlten Schallsignal ist.
Zum Zeitpunkt t1 erfolgt der Werkzeugeingriff am Bauteil, bei dem es sich hier um eine noch in Bearbeitung befindliche Bremsscheibe handelt. Der Werkzeugeingriff ist durch eine größere Amplitude charakterisiert, was einem entsprechend größeren gemessenen Schallpegel entspricht. Daraufhin erfolgt eine gleichförmige spanende Bearbeitung, bis zum Zeitpunkt t2, bei dem eine Änderung des Vorschubs erfolgt. Die Vorschubänderung erzeugt eine Schallantwort bzw. eine Spannung U mit größerer Amplitude. Die nachfolgende spanende Bearbeitung bis zum Zeitpunkt t3 erzeugt einen etwas geringeren Schallpegel und somit einen Spannungsverlauf U auf einem etwas geringeren Niveau. Zum Zeitpunkt t3 erfolgt dann wiederum eine Änderung des Vorschubs am Werkzeug, bis dann zum Zeitpunkt t4 der Werkzeugauslauf erfolgt, das heißt das bearbeitende Werkzeug wird von der Bremsscheibe abgehoben.
Der in 1 dargestellte Spannungsverlauf U ist bezüglich seiner Frequenz und seiner Amplitude ein den Bearbeitungsprozess charakterisierendes Signal, welches direkt oder auch gefiltert Schallmesswerte liefert, die innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen müssen, damit die später fertiggestellte Bremsscheibe eine vorgegebene akustische Qualitätsanforderung erfüllt.
Anhand des in 2 dargestellten Blockschaltbilds wird ein Verfahren zur Beurteilung der akustischen Qualität eines Bauteils näher erläutert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Bauteil 1 eine Bremsscheibe mittels eines Bearbeitungswerkzeugs 2 bearbeitet, welches Teil einer hier nicht näher dargestellten Bearbeitungsmaschine 3 ist. Im Bereich des Bauteils 1 und des Werkzeugs 2 ist ein Schallsensor 4 angeordnet, der über eine erste Messeinrichtung 5 mit einem Prozessor 6 verbunden ist. Die Bearbeitungsmaschine 3 ist über eine zweite Messeinrichtung 7 ebenfalls mit dem Prozessor 6 verbunden und übermittelt an diesen den Bearbeitungsprozess und/oder den Betrieb der Bearbeitungsmaschine 3 charakterisierende Messdaten. Damit der Prozessor 6 die von den Messeinrichtungen 5, 7 erhaltenen Messdaten auswerten kann, ist der Prozessor 6 mit einem Referenzwertspeicher 8 verbunden, in dem Referenzwerte abgespeichert sind. Der Prozessor 6 vergleicht zu unterschiedlichen Bearbeitungsvorgängen im Referenzwertspeicher 8 abgelegte Referenzwerte mit Schallmesswerten, die vom Schallsensor 4 in geeigneter Form über die erste Messeinrichtung 5 als Messdaten zum Prozessor 6 übertragen werden. Der Prozessor 6 wertet die erhaltenen Messdaten in Bezug auf die zugehörigen Referenzwerte aus und stellt dabei fest, ob festgestellte Messwertabweichungen innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen. Ob beispielsweise die Amplitude und/oder die Frequenz der vom Schallsensor 4 ermittelten Schallmesswerte innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen. Stellt der Prozessor 6 dabei unzulässige Messwertabweichungen fest, so wird ein entsprechender Hinweis an einer Anzeigeeinrichtung 9 angezeigt.
Im Referenzwertspeicher 8 sind auch Referenzwerte abgespeichert, die unmittelbar die Bearbeitungsmaschine 3 betreffen, die beispielsweise die Stromaufnahme, die Drehzahl und andere Maschinendaten betreffen können. Die zweite Messeinrichtung 7 übermittelt in geeigneter Form entsprechende Messdaten an den Prozessor 6 der diese mit zugehörigen Referenzwerten, die im Referenzwertspeicher 8 abgelegt sind, vergleicht und auswertet.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, wie mehrere in 1 dargestellte Bearbeitungsabschnitte während eines Bearbeitungsvorgangs an einem Bauteil überwacht werden können. Die dabei mittels eines Schallsensors 4 ermittelten Schallmesswerte charakterisieren die akustische Qualität des Bauteils direkt während des Bearbeitungsverfahrens und lassen durch einen Vergleich mit Referenzwerten eine Aussage darüber zu, ob die akustische Qualität des fertig hergestellten Bauteils, nachdem es sämtliche Bearbeitungsprozesse durchlaufen hat, den akustischen Qualitätsanforderungen entsprechen wird.

Claims

Verfahren zur Beurteilung der akustischen Qualität einer Bremsscheibe (1), bei dem von der Bremsscheibe (1) abgestrahlte Schallemissionen gemessen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass während einer maschinellen Bearbeitung der noch im Herstellungsprozess befindlichen Bremsscheibe (1) den Bearbeitungsprozess charakterisierende Schallmesswerte ermittelt und mit abgespeicherten Referenzwerten verglichen werden, und dass aus diesem Vergleich eine vorausschauende Beurteilung der akustischen Qualität der fertigen Bremsscheibe (1) abgeleitet wird, wobei die Schallmesswerte und die zugehörigen Referenzwerte wenigstens teilweise bei einer spanenden Bearbeitung ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwerte aus Schallmesswerten ermittelt Werden, die bei maschinellen Bearbeitungsvorgängen bei Bremsscheiben (1) ermittelt wurden, die zu fertigen Bremsscheiben (1) gehören, deren akustische Qualität innerhalb eines bezüglich Amplitude und/oder Frequenz vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelte Schallmesswerte bei an Bremsscheiben (1) ausgeführten Bearbeitungsvorgängen, umfassend Drehen und/oder Fräsen und/oder Bohren und/oder Schleifen, ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schallmesswerte und zugehörige Referenzwerte an Bearbeitungspositionen ermittelt werden, an denen Änderungen des jeweiligen Bearbeitungsvorgangs erfolgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schallmesswerte und zugehörige Referenzwerte beim Werkzeugeingriff an der Bremsscheibe (1) und/oder bei einer Vorschubänderung und/oder beim Werkzeugauslauf und/oder bei gleichförmigen Bearbeitungsvorgängen ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während unterschiedlicher Bearbeitungsvorgänge die zugehörigen Messdaten der Bearbeitungsmaschine, umfassend Stromaufnahme und Motordrehzahl, mit abgespeicherten Referenzwerten verglichen werden, und dass bei einer unzulässigen Abweichung der Messdaten von abgespeicherten Referenzwerten eine Fehlermeldung erfolgt.