DE102018003565A1

DE102018003565A1 - Vorrichtung zum Bestimmen eines Verschleißzustands einer Karbonkeramik-Bremsscheibe

Info

Publication number: DE102018003565A1
Application number: DE102018003565.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Skokan; Oliver Kern
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2018-05-02
Publication date: 2018-10-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Verschleißzustands einer Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) mit mehreren elektrischen Spulen (7.1 bis 7.n) zum Erzeugen eines Magnetfelds in der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1), mehreren elektrischen Spulen (8.1 bis 8.m) zum Detektieren eines Wirbelstroms in der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) und einem Träger (6), an welchem die Spulen (7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m) befestigt sind. Erfindungsgemäß umfasst der Träger (6) zwei sich gegenüberliegende Befestigungsflächen, an welchen jeweils mehrere Spulen (7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m) befestigt sind. Zwischen sich gegenüberliegenden an unterschiedlichen Befestigungsflächen angeordneten Spulen (7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m) ist ein Freiraum zur Anordnung eines Abschnitts der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) ausgebildet, wobei Induktionsflächen der das Magnetfeld erzeugenden Spulen (7.1 bis 7.n) und Messflächen der den Wirbelstrom detektierenden Spulen (8.1 bis 8.m) jeweils zu einer Reibfläche (1.1, 1.2) der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) gerichtet sind und die Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) derart relativ zu dem Träger (6) mit den Spulen (7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m) drehbar ist, dass sich bei einer Drehung der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) um 360 ° um eine Rotationsachse (X) die Reibflächen (1.1, 1.2) der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) vollständig an den Spulen (7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m) vorbeibewegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Verschleißzustands einer Karbonkeramik-Bremsscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 2 546 639 A1 ist eine Vorrichtung zum Bestimmen des Verschleißzustands einer Karbonkeramik-Bremsscheibe mit mehreren Spulen zum Erzeugen eines Magnetfelds in der Bremsscheibe und zum Detektieren eines Wirbelstroms in der Bremsscheibe bekannt. Die Spulen besitzen jeweils einen bogenförmigen Messbereich und sind auf einer gemeinsamen Trägerplatte angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zum Bestimmen eines Verschleißzustands einer Karbonkeramik-Bremsscheibe anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorrichtung zum Bestimmen eines Verschleißzustands einer Karbonkeramik-Bremsscheibe umfasst mehrere elektrische Spulen zum Erzeugen eines Magnetfelds in der Karbonkeramik-Bremsscheibe und mehrere elektrische Spulen zum Detektieren eines Wirbelstroms in der Karbonkeramik-Bremsscheibe. Weiterhin umfasst die Vorrichtung einen Träger, an welchem die Spulen befestigt sind.
Erfindungsgemäß umfasst der Träger zwei sich gegenüberliegende Befestigungsflächen, an welchen jeweils mehrere Spulen befestigt sind. Zwischen sich gegenüberliegenden an unterschiedlichen Befestigungsflächen angeordneten Spulen ist ein Freiraum zur Anordnung eines Abschnitts der Karbonkeramik-Bremsscheibe ausgebildet, wobei Induktionsflächen der das Magnetfeld erzeugenden Spulen und Messflächen der den Wirbelstrom detektierenden Spulen jeweils zu einer Reibfläche der Karbonkeramik-Bremsscheibe gerichtet sind und die Karbonkeramik-Bremsscheibe derart relativ zu dem Träger mit den Spulen drehbar ist, dass sich bei einer Drehung der Karbonkeramik-Bremsscheibe um 360 um eine Rotationsachse die Reibflächen der Karbonkeramik-Bremsscheibe vollständig an den Spulen vorbeibewegt.
Unter einer Karbonkeramik-Bremsscheibe wird dabei eine Bremsscheibe verstanden, welche eine Karbonkeramik aufweist, wobei die Karbonkeramik einen keramischen Träger sowie in den Träger eingebettete Kohlenstofffasern besitzt.
Bei solchen Karbonkeramik-Bremsscheiben kommt es aufgrund sehr hoher Betriebstemperaturen zu einer Oxidation der Kohlenstofffasern und daraus folgend zu einem Verschleiß der Karbonkeramik-Bremsscheibe, welcher durch rein optische Inspektion nicht zuverlässig erkennbar ist. Mittels einer Wirbelstrommessung sind dagegen bessere Ergebnisse erzielbar, wobei aufgrund von Inhomogenitäten des Werkstoffes der Karbonkeramik-Bremsscheiben die Messwerte örtlich stark unterschiedlich sind. Hierbei können Schwankungen von bis zu 100 % auftreten.
Die Vorrichtung ermöglicht eine Drehung der Karbonkeramik-Bremsscheibe innerhalb des erzeugten Magnetfelds um 360 ° bei gleichzeitiger Messung einer durch den Wirbelstrom erzeugten Sekundärspannung. Hierdurch wird eine Messung eines gesamten Volumens der Karbonkeramik-Bremsscheibe an ihrer Innen- und Außenseite und somit ihrer gesamten Reibfläche ermöglicht und es kann eine tatsächliche Aussage über einen aktuellen Verschleißstatus der Karbonkeramik-Bremsscheibe getroffen werden. Dabei ist die Messung mittels der Vorrichtung sehr einfach und mit geringem Zeitaufwand durchführbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Karbonkeramik-Bremsscheibe mit einem montierten Bremssattel und Bremsbelägen,
2 schematisch eine Draufsicht der Karbonkeramik-Bremsscheibe gemäß 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer montierten Messeinheit zum Bestimmen eines Verschleißzustands der Karbonkeramik-Bremsscheibe und
3 schematisch eine Draufsicht der Karbonkeramik-Bremsscheibe gemäß 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer montierten Messeinheit zum Bestimmen eines Verschleißzustands der Karbonkeramik-Bremsscheibe.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine perspektivische Ansicht eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 mit einem montierten Bremssattel 2 und Bremsbelägen 3, 4 dargestellt. Die Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 weist an gegenüberliegenden Seiten jeweils eine kreisringförmige Reibfläche 1.1, 1.2 auf.
Zu einer Bestimmung eines Verschleißzustands der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 wird mittels einer nicht gezeigten Vorrichtung eine Wirbelstrommessung durchgeführt. Hierzu umfasst die Vorrichtung eine Messeinheit 5, welche in 2 näher dargestellt ist.
2 zeigt eine Draufsicht der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 gemäß 1 mit einer montierten Messeinheit 5 zum Bestimmen des Verschleißzustands der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1.
Zur Montage der Messeinheit 5 wird zunächst der Bremssattel 2 mit den Bremsbelägen 3, 4 vom Fahrzeug demontiert und anschließend die Messeinheit 5 an zur Montage des Bremssattels 2 vorgesehenen Befestigungspunkten montiert. Hierzu umfasst ein Träger 6 der Messeinheit 5 in nicht näher dargestellter Weise zu dem Bremssattel 2 korrespondierende Befestigungsstrukturen.
Um den Verschleißzustand der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 zu bestimmen, wird das Prinzip der Wirbelstrommessung angewandt. Hierbei wird mittels einer Mehrzahl von Spulen 7.1 bis 7.n der Messeinheit 5 eine hochfrequente Wechselspannung, auch als Primärspannung bezeichnet, erzeugt, infolgedessen sich Wirbelströme innerhalb der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 ausbilden.
Diese Wirbelströme induzieren eine Spannung in einer Mehrzahl von Spulen 8.1 bis 8.m, so genannten Sekundärspulen, der Messeinheit 5. Aus einem Betrag dieser induzierten Spannung, auch als Sekundärspannung bezeichnet, und einer Phasenverschiebung zwischen der Primär- und der Sekundärspannung kann ein Faserabbrand von Kohlenstofffasern in einem keramischen Träger der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 bestimmt werden.
Die Spulen 7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m sind an dem Träger 6 befestigt. Dabei weist der Träger 6 zwei sich gegenüberliegende Befestigungsflächen auf, an welchen jeweils mehrere Spulen 7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m befestigt sind. Der Träger 6 umgreift dabei im montierten Zustand analog zum Bremssattel 2 mit den Befestigungsflächen und den daran angeordneten Spulen 7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m die Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 abschnittsweise zangenförmig. Das heißt, zwischen sich gegenüberliegenden an unterschiedlichen Befestigungsflächen angeordneten Spulen 7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m ist ein Freiraum zur Anordnung eines Abschnitts der Karbonkeramik-Bremsscheibe ausgebildet, wobei Induktionsflächen der das Magnetfeld erzeugenden Spulen 7.1 bis 7.n und Messflächen der den Wirbelstrom detektierenden Spulen 8.1 bis 8.m jeweils zu den Reibflächen 1.1, 1.2 der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 gerichtet sind. Dabei sind die Spulen 7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m derart angeordnet, dass diese eine Breite der kreisringförmigen Reibflächen 1.1, 1.2 vollständig überdecken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Messeinheit 5 sind dabei an jeder Befestigungsfläche des Trägers 6 jeweils zwölf Spulen 7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m angeordnet.
Zur Bestimmung des Verschleißzustands wird die Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 relativ zu der Messeinheit 5 und somit zum Träger 6 mit den Spulen 7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m bei gleichzeitiger Erzeugung des Magnetfelds und Messung der Wirbelströme um 360 ° um eine Rotationsachse X gedreht, so dass die Reibflächen 1.1, 1.2 der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 vollständig an den Spulen 7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m vorbeibewegt werden. Diese Drehung kann dabei manuell erfolgen.
Abweichend zu der zuvor beschriebenen Bestimmung des Verschleißzustands der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 im am Fahrzeug montierten Zustand ist auch eine Bestimmung des Verschleißzustands in einem Prüfstand möglich, wobei hierzu die Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 demontiert und in dem Prüfstand gemeinsam mit der Messeinheit 5 montiert wird.
In 3 ist eine Draufsicht der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 gemäß 1 mit einem weiteren möglichen Ausführungsbeispiel einer montierten Messeinheit 5 zum Bestimmen des Verschleißzustands der Karbonkeramik-Bremsscheibe 1 dargestellt.
Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Messeinheit 5 sind vorliegend an jeder Befestigungsfläche des Trägers 6 jeweils neun Spulen 7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Karbonkeramik-Bremsscheibe
1.1, 1.2: Reibfläche
2: Bremssattel
3: Bremsbelag
4: Bremsbelag
5: Messeinheit
6: Träger
7.1 bis 7.n: Spule
8.1 bis 8.m: Spule
X: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 2546639 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen eines Verschleißzustands einer Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) mit - mehreren elektrischen Spulen (7.1 bis 7.n) zum Erzeugen eines Magnetfelds in der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1), - mehreren elektrischen Spulen (8.1 bis 8.m) zum Detektieren eines Wirbelstroms in der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) und - einem Träger (6), an welchem die Spulen (7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass - der Träger (6) zwei sich gegenüberliegende Befestigungsflächen umfasst, an welchen jeweils mehrere Spulen (7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m) befestigt sind, - zwischen sich gegenüberliegenden an unterschiedlichen Befestigungsflächen angeordneten Spulen (7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m) ein Freiraum zur Anordnung eines Abschnitts der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) ausgebildet ist, - Induktionsflächen der das Magnetfeld erzeugenden Spulen (7.1 bis 7.n) und Messflächen der den Wirbelstrom detektierenden Spulen (8.1 bis 8.m) jeweils zu einer Reibfläche (1.1, 1.2) der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) gerichtet sind und - die Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) derart relativ zu dem Träger (6) mit den Spulen (7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m) drehbar ist, dass sich bei einer Drehung der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) um 360 ° um eine Rotationsachse (X) die Reibflächen (1.1, 1.2) der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) vollständig an den Spulen (7.1 bis 7.n, 8.1 bis 8.m) vorbeibewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (6) mit einem zu der Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) gehörenden Bremssattel (2) korrespondierende Befestigungsstrukturen aufweist und bei demontiertem Bremssattel (2) an einem Fahrzeug, an welchem die Karbonkeramik-Bremsscheibe (1) befestigt ist, befestigbar ist.