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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betriebsschwinganalyse einer Bremseinrichtung eines Kraftfahrzeugs.
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Die
DE 10 201 101 613 A1 offenbart einen Prüfstand für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Achsen von Kraftfahrzeugen, zur Simulation von Kreiselmomenten eines drehenden Rades.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem auf zeit- und kostengünstige Weise eine aussagekräftige Betriebsschwinganalyse einer Bremseinrichtung eines Kraftfahrzeugs erstellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebsschwinganalyse (BSA) einer einem ersten Rad einer Achse zugeordneten Bremseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, umfasst einen ersten Schritt, bei welchem das Kraftfahrzeug auf einem Rollenprüfstand angeordnet wird. Bei einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein dem ersten Rad beziehungsweise der Bremseinrichtung in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegendes zweites Rad der Achse des Kraftfahrzeugs mittels des Rollenprüfstands angetrieben, wodurch eine Bremsscheibe der Bremseinrichtung angetrieben, das heißt um eine Drehachse gedreht wird. Dabei handelt es sich bei der Achse vorzugsweise um eine angetriebene Achse, so dass beispielsweise die dem ersten Rad zugeordnete Bremsscheibe mittels des Rollenprüfstands dadurch angetrieben wird beziehungsweise dadurch angetrieben werden kann, dass das dem ersten Rad gegenüberliegende zweite Rad mittels des Rollenprüfstands angetrieben wird. Dabei ist beispielsweise das zweite Rad an einer Rolle des Rollenprüfstands abgestützt. Die Rolle des Rollenprüfstands wird mittels eines Motors angetrieben, wodurch über die Rolle das zweite Rad angetrieben wird. Durch Antreiben des zweiten Rads wird beispielsweise eine dem zweiten Rad zugeordnete und drehfest mit dem zweiten Rad verbundene erste Welle, insbesondere eine erste Gelenkwelle, angetrieben. Die Bremsschreibe wird dabei beispielsweise über eine dem ersten Rad zugeordnete und drehfest mit der Bremsscheibe verbundene zweite Welle, insbesondere eine zweite Gelenkwelle, und über ein gegebenenfalls vorgesehenes Differential der Achse von der ersten Welle angetrieben.
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Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird – während die Bremsscheibe angetrieben wir – zumindest ein Teil der Bremseinrichtung berührungslos erfasst, um dadurch ein Schwingungsverhalten der Bremseinrichtung zu ermitteln. Insbesondere wird die Bremseinrichtung mittels eines Lasers, insbesondere eines 3D-Lasers, erfasst, insbesondere vermessen.
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Insbesondere ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Schwingungsverhalten mittels der Speckle-Interferometrie, insbesondere mittels der 3D-Speckle-Interferometrie, ermittelt wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Schwingungsverhalten mittels der elektronischen Speckle-Interferometrie, insbesondere mittels der elektronischen 3D-Speckle-Interferometrie, ermittelt wird. Die elektronische Speckle-Interferometrie wird auch als elektronische Speckle-Pattern-Interferometrie (ESPI) bezeichnet und erfolgt beispielsweise derart, dass die zu analysierende Bremseinrichtung mittels eines gepulsten Lasers, insbesondere mittels eines Doppelpuls-Lasers, belichtet wird. Bei dem Antreiben der Bremsscheibe kommt es beispielsweise zu dreidimensionalen Objektbewegungen, insbesondere zu dreidimensionalen Verformungen, der Bremseinrichtung. Durch den Einsatz eines gepulsten Lasers kann eine besonders kurze Belichtungszeit der Bremseinrichtung realisiert werden. Durch diese kurze Belichtungszeit kann die dreidimensionale Objektbewegung, insbesondere die dreidimensionale Verformung, der Bremseinrichtung sozusagen eingefroren werden. Beispielsweise wird die zu analysierende Bremseinrichtung mit einer Mehrzahl von zeitlich aufeinander folgenden, sehr kurzen und von dem Laser bereitgestellten Laserpulsen beleuchtet, wobei die Bremseinrichtung beispielsweise von zumindest zwei zeitlich aufeinander folgenden, kurzen Laserpulsen beleuchtet beziehungsweise belichtet wird.
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Zwischen den Laserpulsen ist ein nur sehr kurzer zeitlicher Abstand vorgesehen. Während des Beleuchtens beziehungsweise während des Belichtens werden aus drei unterschiedlichen Richtungen Bilder der Bremseinrichtung mittels Kameras, insbesondere mittels Hochgeschwindigkeitskameras, erfasst, das heißt aufgenommen, wobei die Bilder dann in einer elektronischen Recheneinrichtung, das heißt in einem Computer, analysiert werden können. Insbesondere ist es mittels der Bilder möglich, ein dreidimensionales Modell beziehungsweise ein dreidimensionales Bild der Bremseinrichtung zu erstellen. Somit es beispielsweise möglich, ein zu einem ersten der Laserpulse gehörendes erstes dreidimensionales Bild beziehungsweise Modell der Bremseinrichtung und wenigstens ein zu dem zeitlich auf den ersten Laserpuls folgenden, zweiten Laserpuls gehörendes dreidimensionales Modell beziehungsweise Bild der Bremseinrichtung zu erstellen. Da sich die Bremseinrichtung beispielsweise infolge des Antreibens verformen kann, weist die Bremseinrichtung zum Zeitpunkt des ersten Laserpulses eine andere Form als zum Zeitpunkt des zweiten Laserpulses auf. Diese unterschiedlichen Formen können anhand der dreidimensionalen Bilder erkannt werden, woraus wiederum Verformungen der Bremseinrichtung in der Folge deren Schwingungsverhalten ermittelt werden können. Das Ermitteln des Schwingungsverhaltens ist somit die Betriebsschwinganalyse, in deren Rahmen die durch das Antreiben der Bremsscheibe bewirkten Schwingungen der Bremseinrichtung untersucht werden.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß die Bremsscheibe mittels des Rollenprüfstands über das zweite Rad angetrieben wird, kann eine zumindest im Wesentlichen konstante Drehzahl der Bremsscheibe eingestellt werden. Ferner ist es möglich, die Drehzahl der Bremsscheibe besonders genau, insbesondere im Zehntel-km/h-Bereich, einzustellen. Ferner ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf besonders einfache Weise möglich, eine Temperatur der Bremsscheibe und einen Bremsdruck beziehungsweise eine Bremskraft der Bremseinrichtung bedarfsgerecht einzustellen, um dadurch das Schwingungsverhalten der Bremseinrichtung bei unterschiedlichem Randbedingungen untersuchen beziehungsweise ermitteln zu können. Durch diese konditionierende Bremseinrichtung können notwendige beziehungsweise gewünschte Parameter exakt eingestellt und über einen gewünschten beziehungsweise erforderlichen Zeitraum zu einer übermäßig konstant gehalten werden, was eine exakte Messung mittels eines Lasers, insbesondere eines 3D-Lasers, ermöglicht. Insbesondere können mittels eines solchen Lasers Schwingformen der Bremseinrichtung, insbesondere bei jeweiligen Randbedingungen, aufgezeigt beziehungsweise veranschaulicht werden. Ferner ist es möglich, die aufgezeigten Schwingformen mit Schwingformen abzugleichen, welche aus einer Simulation, insbesondere einer numerischen Simulation, der Bremseinrichtung gewonnen werden. Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die schnelle und somit zeit- und kostengünstige Erstellung einer besonders aussagekräftigen Betriebsschwinganalyse der Bremseinrichtung.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Betriebsschwinganalyse einer einem Rad einer Achse zugeordneten Bremseinrichtung eines als Kraftwagens ausgebildeten Kraftfahrzeugs.
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Im Folgenden wird anhand der einzigen Fig. ein Verfahren zur Betriebsschwinganalyse einer Bremseinrichtung 10 eines als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs 12 erläutert. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die als Betriebsbremse ausgebildete Bremseinrichtung 10 einem ersten Rad 14 einer als Vorderachse ausgebildeten Achse 16 des Kraftfahrzeugs 12 zugeordnet ist. In vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs 12 ist das erste Rad 14 an einer ersten Radnabe der Achse 16 montiert, so dass das erste Rad 14 das rechte Vorderrad des Kraftfahrzeugs 12 ist. Im Rahmen des Verfahrens ist das erste Rad 14 jedoch von der ersten Radnabe und somit von dem Kraftfahrzeug 12 demontiert.
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Die Achse 16 umfasst ferner ein der Bremseinrichtung 10 in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegendes zweites Rad, welches in der Fig. nicht erkennbar ist. Im vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs 12 ist das zweite Rad an einer zweiten Radnabe der Achse 16 montiert, so dass das zweite Rad das linke Vorderrad des Kraftfahrzeugs 12 ist. Im Rahmen des Verfahrens ist das zweite Rad an der zweiten Radnabe und somit an der Achse 16 montiert. Im vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs 12 ist das zweite Rad an dem ersten Rad 14 gegenüberliegendes zweites Rad der Achse 16. Dadurch ist beispielsweise auch dem zweiten Rad eine als Betriebsbremse ausgebildete Bremseinrichtung zugeordnet, welche in der Fig. nicht erkennbar ist. Mittels der jeweiligen Betriebsbremse kann das jeweilige Rad abgebremst werden, wodurch das Kraftfahrzeug insgesamt abgebremst werden kann. Die Bremseinrichtung 10 umfasst vorliegend eine Bremsscheibe 18, welche drehfest mit der ersten Radnabe verbunden ist. Ferner umfasst die Bremseinrichtung 10 eine Bremszange 20, mittels welcher die Bremsscheibe 18 und über diese die erste Radnabe und somit das erste Rad 14 abgebremst werden können.
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Um nun die Betriebsschwinganalyse besonders schnell und somit besonders zeit- und kostengünstig durchführen zu können sowie eine hohe Aussagekraft der Betriebsschwinganalyse (BSA) zu realisieren, umfasst das Verfahren einen ersten Schritt, bei welchem das Kraftfahrzeug 12 auf einem im Ganzen mit 22 bezeichneten Rollenprüfstand angeordnet wird. Im Zuge dieser Anordnung des Kraftfahrzeugs 12 auf dem Rollenprüfstand 22 wird das zweite Rad an einer in der Fig. nicht erkennbaren Rolle des Rollenprüfstands 22 abgestützt. Die Rolle ist mittels eines Motors, insbesondere mittels eines Elektromotors, des Rollenprüfstands 22 antreibbar, so dass das zweite Rad über die Rolle mittels des Motors angetrieben werden kann.
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Das Verfahren umfasst ferner einen zweiten Schritt, bei welchem das der Bremseinrichtung 10 gegenüberliegende zweite Rad der Achse 16 mittels des Rollenprüfstands, insbesondere der genannten Rolle, angetrieben wird, wodurch die Bremsscheibe 18 der Bremseinrichtung 10 angetrieben, das heißt um eine Drehachse gedreht wird. Dabei ist die Achse 16 beispielsweise als angetriebene Achse ausgebildet, sodass beispielsweise die Bremsscheibe 18 über eine erste Gelenkwelle, ein Differential der Achse 16 und eine zweite Gelenkwelle von dem zweiten Rad angetrieben wird. Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird – während die Bremsscheibe 18 angetrieben wird – zumindest ein Teil der Bremseinrichtung 10 berührungslos erfasst, und dadurch deren Schwingungsverhalten zu ermitteln.
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Vorliegend wird die Bremseinrichtung 10 mittels wenigstens eines beispielsweise als 3D-Laser ausgebildeten Lasers 24 erfasst. Hierzu stellt der Laser 24 wenigstens einen Laserstrahl bereit, mit welchem die Bremseinrichtung 10, insbesondere die Bremsscheibe 18 und/oder die Bremszange 20, beaufschlagt wird. Alternativ oder zusätzlich werden mittels einer Kameraeinrichtung 26 Bilder der Bremseinrichtung 10 erfasst, während die Bremsscheibe 18 angetrieben wird. Beispielsweise werden Bilder der Bremseinrichtung 10 zu zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfasst, wobei zwischen dem Zeitpunkten eine sehr kurze Zeitspanne liegt. Da sich beispielsweise die Bremseinrichtung 10 infolge des Antreibens der Bremsscheibe 18 verformt, weist die Bremseinrichtung 10 auf den jeweiligen, zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen beziehungsweise erfassten Bildern unterschiedliche Formen auf. Dadurch kann anhand der Bilder eine aus dem Antreiben der Bremsscheibe 18 resultierende Verformung der Bremseinrichtung 10 ermittelt werden, sodass das Schwingungsverhalten der Bremseinrichtung 10 ermittelt werden kann.
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Insbesondere werden das Schwingungsverhalten und somit die Betriebsschwinganalyse mit Hilfe der elektronischen Speckle-Interferometrie ermittelt beziehungsweise durchgeführt. Hierzu wird beispielsweise die Bremseinrichtung 10 mittels das als gepulster Laser ausgebildeten Lasers 24 zu wenigstens zwei zeitlich aufeinander folgenden Zeitpunkten beleuchtet beziehungsweise belichtet, wobei die Kameraeinrichtung 26 beispielsweise drei Kameras, insbesondere Hochgeschwindigkeitskameras, umfasst, mittels welchen insbesondere zu den Zeitpunkten jeweilige Bilder der Bremseinrichtung 10 aus drei unterschiedlichen Richtungen aufgenommen werden. Auf Basis der zu einem ersten der Zeitpunkte gehörenden Bilder und auf Basis der zu dem zeitlich auf den ersten Zeitpunkt folgenden, zweiten Zeitpunkt gehörenden Bilder können die unterschiedlichen Formen und somit die Verformungen beziehungsweise Schwingungen der Bremseinrichtung 10 ermittelt werden.
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Dadurch, dass die Bremsscheibe 18 mittels des Rollenprüfstands 22 über das zweite Rad angetrieben wird, kann eine Drehzahl der Bremsscheibe 18 besonders exakt und bedarfsgerecht eingestellt sowie zumindest im Wesentlichen konstant gehalten werden. Ferner kann beispielsweise eine Temperatur der Bremsscheibe 18 und/oder ein gewünschter Bremsdruck der Bremseinrichtung 10 bedarfsgerecht eingestellt werden, wodurch die Bremseinrichtung 10 konditioniert werden kann. Durch diese Konditionierung können etwaige weitere Parameter exakt eingestellt und über eine gewünschte Zeitspanne zumindest im Wesentlichen konstant gehalten werden, was eine exakte Messung ermöglicht.
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Insbesondere können auf die beschriebene Weise mit Hilfe des Lasers 24 Schwingformen der Bremseinrichtung 10 ermittelt und insbesondere veranschaulicht werden, wobei diese Schwingformen mit Schwingformen, welche aus einer numerischen Simulation gewonnen werden können, abgeglichen werden können. In der Folge kann eine besonders schnelle und somit kostengünstige sowie aussagekräftige Betriebsschwinganalyse der Bremseinrichtung 10 realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bremseinrichtung
- 12
- Kraftfahrzeug
- 14
- erstes Rad
- 16
- Achse
- 18
- Bremsscheibe
- 20
- Bremszange
- 22
- Rollenprüfstand
- 24
- Laser
- 26
- Kameraeinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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