DE19842489A1 - Verfahren zum Messen der Schwingungsdämpfung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Schwin­ gungsdämpfung eines Bauteils.

Kennt man die Schwingungsdämpfung eines Bremsenbauteils, so ist es in der Regel möglich, den Lärmpegel, bzw. das Bremsenquietschen eines Bremsenbauteils beim Bremsen vorherzusagen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, um die Schwingungsdämpfung und damit z. B. die Lärmunterdrückung eines Brem­ senbauteils durch einen einzigen Wert, der als Qualitätsfaktor oder Q-Faktor be­ kannt ist, auszudrücken und einstufen zu können.

Bei Fahrzeugbremsen ist es ein altes Problem, daß sie störenden Lärm, oft als Bremsenquietschen bezeichnet, erzeugen. Als Quelle für verschiedene solcher Lärmstörungen und damit verbundener Schwingungen werden im allgemeinen Bremstrommeln oder -scheiben angesehen, wie sie in fast allen Fahrzeugen verwen­ det werden. Um Lärm von Bremsen zu verringern, werden für Bremsscheiben- und trommeln Materialien und Verarbeitungsverfahren verwendet, von denen man sich erhofft, daß sie die beim Bremsen entstehenden Schwingungen herabsetzen. Allge­ mein verursacht ein Bauteil umso weniger unerwünschten Bremslärm, je größer sei­ ne Fähigkeit ist, Schwingungen zu dämpfen.

Durch Vorgabe einer Mindestdämpfung des Bremsenbauteils, z. B. der Bremsscheibe oder -trommel, versuchen Bremsenzulieferer bzw. Bremssystemkon­ strukteure und -hersteller das Problem des Bremsenlärms in den Griff zu bekom­ men. Leider liefern jedoch übliche Techniken zur Messung der Schwingungsdämp­ fungen, die verwendet wurden, um die Schwingungsdämpfung von Bremskompo­ nenten zu überprüfen, nicht immer verläßliche Meßwerte.

Bislang versucht man in Schwingungsmeßverfahren die Schwingungs­ dämpfeigenschaften durch einen Qualitätsfaktor auszudrücken, der üblicherweise als dimensionslose Zahl, den Q-Faktor, wiedergegeben wird. Die Dämpfung des Bauteiles ist umso höher, je geringer der Q-Faktor ist, und umso unwahrscheinlicher ist, daß ein Bremsenbauteil im Betrieb quietscht. Um die Schwingungsdämpfung des Bauteiles quantifizieren zu können, wird der Q-Faktor aus dem Produkt einer Konstanten (27,3) mit der Resonanzfrequenz des Bauteiles geteilt durch die Stei­ gung des Schwingungsnachhalls errechnet. Selbst wenn PKW -und LKW-Hersteller als Originalersatzteilhersteller (original equipment manufacturer (OEM)) Q-Fakto­ ren vorgeben, ergeben sich bei der Vermessung desselben Bauteiles merkliche Un­ terschiede im Q-Faktor, wenn dieser von Zulieferern oder von Originalersatzteil­ herstellern vermessen wird. Sogar wenn dasselbe Bauteil in derselben Meßeinrich­ tung mehrfach hinsichtlich des Q-Faktors vermessen wurde, zeigen sich Abwei­ chungen bis zu 25%.

Dieser Mangel an Wiederholbarkeit bei Q-Faktormessungen kann dazu fuh­ ren, daß die Abnahme eines Bremsenbauteiles zwischen Hersteller und Zulieferer nicht eindeutig regelbar ist. Deshalb fehlt es an einem verläßlichen Verfahren zum Messen der Schwingungsdämpfung eines Bremsenbauteiles. Ganz besonders fehlt es an einem verläßlichen und wiederholbaren Verfahren zum Messen und Bestim­ men des Q-Faktors.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um diese Mängel zu beheben. Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Messen der Schwingungsdämpfung eines Bauteiles, wie einer Bremsscheibe oder -trommel, an­ zugeben. Ein weiteres Ziel ist es, die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Mes­ sung und der Angabe der Schwingungsdämpfungseigenschaften bei Bremsscheiben und -trommeln zu steigern und diese Eigenschaften mittels eines einzigen Parame­ ters, bekannt als Q-Faktor, quantifizieren zu können.

Die Erfindung sowie vor Bauteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprü­ chen gekennzeichnet.

Diese Ziele der Erfindung wurden durch die Erkenntnis erreicht, daß die Ab­ weichungen bei bekannten Schwingungsdämpfungsmeßverfahren zumindest teil­ weise auf einen bislang unberücksichtigten, zweiten oder Ober-Schwingungsmode zurückzuführen ist, der am Umfang 45° von einem ersten beabstandet ist und mit einer 0 bis 5 Hz geänderten Frequenz gegenüber der ersten auftritt.

Der erste Schwingungsmode erzeugt zwei diametral verlaufende Schwin­ gungsknotenlinien oder Einschnürungen. Wird eine Bremsscheibe oder -trommel mit ihrer Resonanzfrequenz erregt, entstehen durch die Schwingung des Bremsbau­ teils vier am Umfang beabstandete Schwingungsknoten und vier am Umfang beab­ standete Schwingungsbäuche. Bekannte Meßverfahren für den Q-Faktor gingen von der Annahme aus, daß dieser Schwingungsmode im wesentlichen der einzig vorlie­ gende sei. Durch die Erfindung zeigte sich jedoch, daß ein zweiter Oberschwin­ gungsmode in wesentlichem Maße vorliegt und zwei ähnliche Schwingungsknoten erzeugt, die jedoch um 45° von den ersten Schwingungsknoten entlang des Umfan­ ges verdreht sind.

Im Bremsbauteil sind erster und zweiter Schwingungsmode so überlagert, daß ein Knoten der ersten Resonanzfrequenz an einem Bauch der zweiten Reso­ nanzfrequenz des anderen Schwingungsmode liegt. Wird ein Prüfteil gedreht und sein Q-Faktor in eng beabstandeten Winkelstellungen berechnet, wird zuerst der eine Mode angeregt und dann der andere. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt dies.

Ein Bauteil der Schwingungsenergie, die einem Prüfteil in einer Schwin­ gungstestvorrichtung zugeführt wird, läuft in den anderen Schwingungsmode. Dies gilt an allen Stellen, bis auf an den entsprechenden Schwingungsbäuche der zwei Schwingungsmoden. Somit wird an den meisten Prüfstellen, d. h. an denen, die nicht an einem Schwingungsbauch einer der beiden Schwingungsmoden liegen, die an das Prüfteil, z. B. durch eine Erregerspule, übertragene Energie von einem der bei­ den Schwingungsmoden absorbiert. Diese Berücksichtigung der Absorption der Energie durch zwei Schwingungsmoden hat einen entsprechend geringeren Q-Fak­ tor zur Folge, als wenn wie nur einer berücksichtigt wird.

Die relativ großen Abweichungen für den Q-Faktor bei Messungen an ein- und demselben Bauteil bei bekannten Q-Faktormeßverfahren konnten bislang nicht erklärt werden. Diese Abweichungen sind nun durch die Aufteilung der zugeführten Schwingungsenergie auf zwei Schwingungsmoden verständlich.

In einer Fortbildung der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Ab­ weichung des Q-Faktors von der Winkelstellung eines Prüfteils abhängt und offen­ sichtlich eine Sinusfunktion mit einer Periode über 45° ist. Demzufolge variiert die Resonanzfrequenz geteilt durch die Nachhallzeit sinusförmig am Umfang des Bau­ teiles.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen unter Bezugnah­ me auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Bremsscheibe mit dem Muster des ersten Schwingungsmode bei Einkoppeln mit einem externen Erreger.

Fig. 2 eine Darstellung der stehenden Welle in der Bremsscheibe der Fig. 1 mit dem sinusförmigen Amplitudenverlauf entlang des Bremsscheibenumfanges.

Fig. 3 eine Ansicht der Bremsscheibe der Fig. 1 mit einem zweiten Schwin­ gungsmode, der dem ersten Schwingungsmode überlagert ist, am Umfang jedoch um 45° beabstandet ist.

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der Fig. 2 mit den stehenden Wellen des zweiten Schwingungsmodes.

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Prüfvorrichtung sowie ein Block­ schaltbild mit der Schwingungssignaleingabe, -ausgabe und Meßkomponenten.

Fig. 6 zeigt die Abklingkurve, wie sie am Bildschirm des Echtzeitanalysators der Fig. 5 zu sehen sein kann.

Fig. 7A zeigt die Darstellung geradlinig verbundener Q-Faktoren, wie sie von der Vorrichtung der Fig. 5 geliefert werden und in Tabelle 1 wiedergegeben sind.

Fig. 7B zeigt eine Kurve einer Sinusfunktion 8. Ordnung, die die Daten der Tabelle 1 annähert.

Fig. 1 und 2 zeigen die Lage bzw. die Amplitude einer stehenden Sinuswel­ le 10, die in einer ferromagnetischen Bremsscheibe 12 induziert wurde. Um die ste­ hende Welle 10 zur Bestimmung der Schwingungsdämpfung der Bremsscheibe 12 zu erzeugen, kann als Schwingungsenergiequelle eine elektromagnetische Erreger­ spule verwendet werden.

Auf der oberen bzw. der 0°-Stellung der Bremsscheibe 12 zeigt die stehende Welle 10 einen Knoten 16. Dort hat die Bremsscheibe 12 einen Punkt, an dem sie keine Schwingungsbewegung ausführt. Im Uhrzeigersinn von der 0°-Stellung aus wächst die Amplitude der stehenden Welle 10 an und hat in der 45°-Stellung einen Schwingungsbauch, an dem die Schwingungsbewegung der Bremsscheibe 12 ma­ ximal ist.

Im Uhrzeigersinn vom Schwingungsbauch 18 aus nimmt die Amplitude der stehenden Welle 10 sinusförmig über die nächsten 45° ab, bis bei 90° ein weiterer Schwingungsknoten 16 erreicht ist. Dieses Muster wiederholt sich über die restli­ chen 270° der Bremsscheibe bis zur Ausgangsstellung.

Es zeigt sich, daß neben der ersten stehenden Welle 10 eine zweite stehende Welle 20 existiert und den Q-Faktor des Bauteils beeinflußt. Amplitude und Periode der zweiten stehenden Welle 20 entsprechen im wesentlichen der der ersten stehen­ den Welle 10, sind jedoch auf der Bremsscheibe 12 um 45° verdreht. Dadurch lie­ gen die Knoten 22 der stehenden Welle 20 an den Stellen der Bremsscheibe 12, an denen die Schwingungsbäuche 18 der stehenden Welle 10 liegen. Dementsprechend liegen die Schwingungsbäuche 24 der stehenden Welle 20 an den Stellen der Bremsscheibe 12, an denen die Schwingungsknoten 16 der stehenden Welle 10 lie­ gen.

Die stehenden Wellen 10 und 20 erzeugen ein komplexes Schwingungsmu­ ster auf der Bremsscheibe 12, welches zu Schwingungsdämpfungsmessungen führt, die bislang für anormal oder verfälscht gehalten wurden. Legt man jedoch zugrunde, daß die der Bremsscheibe 12 zugeführte Schwingungsenergie zwischen diesen bei­ den Schwingungsmoden aufgeteilt wird, und daß der Grad der Energieaufteilung von der Stelle auf der Bremsscheibe 12 abhängt, an der die externe Schwingungse­ nergie eingekoppelt wird, kann ein verläßliches Verfahren zur Bestimmung eines einzigen Parameters als Maß für die Schwingungsdämpfung der Bremsscheibe 12 angegeben werden.

Die Abweichung der Schwingungsdämpfung als Funktion des Einkoppelorts der erregenden Schwingungsenergie muß berücksichtigt werden, um die Schwin­ gungsdämpfung eines Bauteils wie der Bremsscheibe 12 durch den Q-Faktor als einzigen Parameter auszudrücken. Dies geschieht, indem der Q-Faktor an mehreren Stellen auf dem Bauteil gemessen und ein die gesamte Meßreihe wiedergebender Wert berechnet wird.

Um die Eingangsdaten für die Analyse der Q-Faktorvariationen zu gewinnen und Rohdaten zur Verfügung zu stellen, aus denen der einzige Parameter berechnet werden kann, der die gesamte Schwingungsdämpfung ausdrückt, wurde der Prüf­ aufbau der Fig. 5 verwendet. Dazu wurde eine Bremsscheibe 12 als Prüfteil vermes­ sen. Diese Bremsscheibe 12 hat ringförmige Seitenscheiben 28, die von radial ver­ laufenden Stegen 30 verbunden werden. Eine massive Unterlage 32 trägt die Brems­ scheibe 12. Der obere Bauteil der Unterlage 32 ist drehbar mit dem unteren Bauteil einer Drehkupplung 33 verbunden und somit verstellbar.

Auf der Unterlage 32 ist zum Ausrichten der Drehscheibe in einer vorbe­ stimmten mittigen Stellung eine Zentrierung 34 vorgesehen. Diese Zentrierung 34 kann in Form eines bekannten Spannfutters (chuck) mit drei beabstandeten, radial einstellbaren Auflageklauen 36 ausgebildet sein. Jede Auflageklaue 36 hat einen Finger 38, der in eine mittige Bohrung 40 im Befestigungsabschnitt 42 der Brems­ scheibe 12 eingreifen kann.

Auf jeder Auflageklaue 36 ist ein Schwingungsisolationspolster 44 befestigt, so daß Schwingungen und damit verbundene Energieübergänge zwischen der Unter­ lage 32 sowie der Zentrierung 34 und der Bremsscheibe 12 isoliert sind. Diese Schwingungsisolation verbessert die Genauigkeit der Prüfdaten, indem äußere Stör­ einflüsse, z. B. durch Grenzbedingungen, so gering wie möglich gehalten werden.

Die zu prüfende Bremsscheibe 12 wird auf das Kunststoff oder Elastomer des Schwingungsisolationspolsters 44 gelegt, und dann werden die Auflageklauen 36 geöffnet, so daß die Finger 38 an den Seitenwänden der Bohrung 40 anliegen. Da­ durch wird die Bremsscheibe in einer vorbestimmten Lage mittig ausgerichtet. Dann werden die Auflageklauen 36 etwas zurückgezogen, so daß die Finger 38 von der Wand der Bohrung 40 leicht beabstandet sind. Dadurch wird die Bremsscheibe nur noch durch den Kontakt mit den Schwingungsisolationspolstern 44 gehalten.

In einem vorbestimmten Abstand von der unteren Seitenscheibe 28 und hori­ zontal bzw. radial in vorbestimmtem Abstand am äußeren Bereich des Umfangs 48 der Bremsscheibe 12 wird eine Erregungsspule 46 ausgerichtet. In dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel liegt der äußere Rand 50 des Spulenkerns 52 direkt unterhalb des Umfangs 48 der Bremsscheibe 50. Trotz fehlendem direkten, physikalischen Kontakt induziert die Erregerspule 46 elektromagnetische Schwingungen in der Bremsscheibe 12, indem ein pulsierendes elektromagnetisches Feld angelegt wird.

Im der Bremsscheibe 12 wird mittels eines Aufnehmers z. B. einem Mikro­ phon 54, das einen Vorverstärker aufweisen kann, der Pegel bzw. die Amplitude der in der Bremsscheibe 12 induzierten Schwingungen gemessen. Dazu wurde das Mi­ krophon 54 ebenfalls sorgfältig an der Bremsscheibe 12 in einer vorbestimmten ho­ rizontalen und vertikalen Beabstandung zur Seitenscheibe 28 ausgerichtet. Im Bei­ spiel der Fig. 5 ist das aufnehmende Mikrophon diametral, d. h. 180° gegenüber der Erregerspule 46 angeordnet.

Wurden die Erregerspule und der Aufnehmer an der Bremsscheibe solcher­ maßen ausgerichtet, wird ein Wellenzug- oder Frequenzgenerator 56 so eingestellt, daß er eine um einen Offset verschobene Sinuswelle mit konstanter Amplitude aus­ gibt. Dieses Signal wird durch einen geschlossenen Schalter 58 an einen Leistungs­ verstärker 60 weitergeleitet, der das vom Wellengenerator 58 zugeführte Signal verstärkt und das verstärkte Signal an die Erregerspule 46 leitet. An den Ausgang des Frequenzgenerators 56 kann ein Oszilloskop 62 angeschlossen werden. Dadurch kann die Frequenz der eingeleiteten Schwingung überwacht werden.

Die Erregerspule 46 induziert magnetische Schwingungen in der Brems­ scheibe 12. Das Mikrophon 54 mißt den Schall- oder Schwingungspegel, der von der Bremsscheibe 12 emittiert wird. Der Wert dieses Schallpegels wird an den Meßverstärker 64 geleitet. Dabei kann ein Bandfilter 66 zum Einsatz kommen, um Frequenzen außerhalb des interessierenden Bereiches zu unterdrücken.

Nun wird die Frequenz des Frequenzgenerators verändert, und dabei der Ausgang des Meßverstärkers 64 beobachtet. Zeigt dieser an, daß vom Mikrophon 54 eine Amplitudenspitze, d. h. ein Resonanzzustand aufgenommen und weitergeleitet wurde, wird die dazugehörige Frequenz des Frequenzgenerators 56 vermerkt. Mit Hilfe des optionalen Oszilloskops 62 kann sichergestellt werden, daß eine Reso­ nanzfrequenz fr vorliegt. Bei der so eingestellten Frequenz ω, der vom Frequenzge­ nerator 56 erzeugten Sinuswelle, die die vom Meßverstärker 64 gemessene Ampli­ tudenspitze erzeugt, wird die Verstärkung des Leistungsverstärkers 60 so eingestellt, daß die Ausgangsspannung des Mikrophons 54 einen vorbestimmten Wert erreicht. Dadurch, daß die Ausgangsspannung des Mikrophons 54 für jede Teststelle auf den­ selben Pegel eingerichtet wird, ist es möglich, genauere Meßdaten zu erhalten. Der Echtzeitanalysator 68 wird dann in einen Wartezustand gebracht, in dem er auf ei­ nen Trigger bzw. auf das Öffnen des Schalters 58 wartet.

Nun wird der Schalter 58 geöffnet, wodurch der Ausgang des Frequenzgene­ rators 56 vom Leistungsverstärker 60 abgetrennt wird und damit die Erregerspule 46 abgeschaltet wird. Dies beendet das Einkoppeln von Schwingungsenergie in die Bremsscheibe, worauf die Schwingungen in der Bremsscheibe abklingen. Dieses Abklingen wird aufgezeichnet und auf der Dezibel-Skala über der Zeit am Echt­ zeitanalysator 68 aufgetragen, dem der abklingende Pegel vom Meßverstärker 64 zugeführt wird. Von den bislang erfaßten Werten sind die Frequenz des Frequenz­ generators zum Zeitpunkt der Triggerung, d. h. beim Öffnen des Schalters 58, und die Steigung der Abklingkurve von Interesse, die vom Echtzeitanalysator 68 aufge­ nommen wurde. Dazu trägt der Echtzeitanalysator 68 das Abklingen des Schallpe­ gels der Bremsscheibe 10 als Funktion der Zeit auf. Dabei wird ein vorbestimmter Abschnitt der Abklingkurve vorzugsweise mit einer Genauigkeit von 1 µs erfaßt, und die Resonanzfrequenz zum Triggerzeitpunkt ist vorzugsweise mit einer Genau­ igkeit von 10 mHz eingestellt.

Prinzipiell kann zur Bestimmung der Steigung der Abklingkurve jeder Ab­ schnitt der Abklingkurve verwendet werden. Es hat sich jedoch im Rahmen der Er­ findung als besonders vorteilhaft erwiesen, die Nachhallzeit für einen 25 dB Abfall zwischen 90 dB und 65 dB zu bestimmen. 25 dB ist die minimale Abnahme, die erforderlich ist, um Fehler bei der Bestimmung der Nachhallzeit ausreichend zu minimieren. Um die Nachhallzeit aus dieser Echtzeitauftragung zu bestimmen, kön­ nen lineare Regression oder Kurvenannäherungstechniken (fitting) verwendet wer­ den. In den Fig. 2 und 4 ist eingezeichnet, daß die Amplitude der stehenden Welle 10 bzw. 20 in der Nachhallzeit um das mit Doppelpfeil 70 bzw. 72 verdeutlichte Maß abnimmt.

Fig. 6 zeigt eine typische Abklingkurve, wie sie mit dem Echtzeitanalysator 68 der Fig. 5 aufgenommen wird. Zur Berechnung des Q-Faktors an jeder Prüfstelle wird die Steigung dieser Abklingkurve verwendet.

Obwohl die Aufnahme einer Abklingkurve für jede Prüfstelle ausreichend ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zwei, drei oder mehrere Abklingkurven für die­ selbe Prüfstelle aufzunehmen, um eine Mittelung durchführen zu können. Zur Be­ rechnung des Q-Wertes wird dann dieser Mittelwert verwendet. Anschließend wird die Bremsscheibe 10 auf ihrer Auflage vermöge der Drehkupplung 33 oder anderer geeigneter Einrichtungen in eine neue Prüflage gedreht und obenstehendes Vorge­ hen wiederholt.

So können 20 bis 50 beabstandete Stellen auf einer Bremsscheibe 12 vermes­ sen werden. Vorzugsweise liegt der Winkelabstand zwischen den Prüfstellen nicht über 10°, und die Abklingkurven werden über mindestens 180° des Prüfteiles ge­ messen. Obwohl ein gleichbleibender Abstand zwischen den Prüfstellen vorzuzie­ hen ist, führen auch unterschiedliche Abstände zu ebenso genauen Ergebnissen. Als erste Prüfstelle kann jede Stelle im Außenbereich des Prüfteiles ausgewählt werden.

Dann wird für jede Prüfstelle die Resonanzfrequenz fr (in Hz) und die Ab­ klingzeit in folgende Gleichung eingesetzt:

Q = 27,3 × fr × (Abklingzeit bei 25 dB Abfall) (I).

Die aus Gleichung (I) erhaltenen Q-Faktoren für die Prüfstellen werden mit­ tels bekannter Kurvenannäherungsverfahren weiterverarbeitet. Dadurch können Zu­ sammenhänge zwischen Prüfstelle und Q-Faktoren erkannt werden.

Empirisch zeigte sich, daß die Testdaten durch eine Sinusfunktion 8. Ord­ nung am besten angenähert werden:

Q = C₁sin8ω + C₂ (II).

Um die Dämpfung des Prüfstückes durch einen einzigen Wert wiederzuge­ ben, kann eine einfache arithmetische Mittelwertsbildung, eine Medianbildung oder ein anderer aus den gemessenen Q-Faktoren berechneter Wert verwendet werden. Als genaueste und am besten wiederholbare Charakterisierung der Schwingungs­ dämpfung hat sich jedoch der Wert für C₂ in Gleichung (II) erwiesen. Der Wert für C₂ drückt nämlich den Versatz des Mittelwertes der Sinusfunktion auf der y-Achse aus. Der Wert für C₁ steht für die Amplitude der Sinusfunktion, d. h. für die Hälfte des Unterschiedes zwischen minimalen und maximalen Q-Faktoren.

Die mit der Prüfeinrichtung bzw. dem Prüfaufbau der Fig. 5 erhaltenen Daten sind in der Anlage in Tabelle 1 zusammengefaßt. Jede Prüfstelle wurde in axialer Ausrichtung zu einem der Stege 30 ausgewählt. Das Prüfteil wurde entlang seines gesamten Umfangs vermessen. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Es zeigte sich, daß auch Messungen über 180° des Umfangs ausreichen, um den Wert für C₂ mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen. Um sicherzustellen, daß min­ destens eine volle Periode jeder Schwingungsmode erfaßt wird, sollte jedoch min­ destens ein Winkelbereich von 90° von der Prüfung abgedeckt sein.

Die Daten der Tabelle 1 sind in Fig. 7A eingetragen und geradlinig verbun­ den. In Fig. 7B sind sie mit der Sinusfunktion 8. Ordnung nach Gleichung (II) dar­ gestellt, die die eingetragenen Daten annähert. In dieser Darstellung ist zu sehen, daß die Sinus-Funktion 8. Ordnung den eingetragenen Meßdaten genau folgt und eine Periode von 45° hat. Obwohl der Q-Faktor sich sinusförmig am Umfang der Bremsscheibe ändert, erfolgt diese Änderung jedoch nicht entsprechend dem Schwingungsmuster, der in Fig. 1 bis 4 wiedergegebenen Schwingungsmoden, die nämlich eine Periode von 90° aufweisen.

Der Mittelwert der Q-Faktoren der Tabelle 1 beträgt 487,29. Berechnet man dagegen C₂ mit einem käuflich erhältlichen Kurvenannäherungsprogramm guter Qualität, erhält man 486,12. Da der Bereich für Q-Faktoren in Tabelle 1 von 457,13 bis 520,07 reicht, ergibt sich eine Varianz von 62,94. Eine solche Varianz von über 10% für ein und dasselbe Prüfteil verdeutlicht die Schwierigkeiten, die bekannte Meßverfahren bei dieser Meßaufgabe haben.

Die vorliegende Erfindung bietet deshalb eine stark verbesserte Wiederhol­ barkeit gegenüber den bekannten Verfahren, weil diese die Sinusartigkeit des Q- Faktors bezüglich der Drehstellung des Prüfteils aufgrund der zwei Schwingungs­ moden nicht erkannten. Der Q-Faktor ist sogar an einem Schwingungsbauch sehr empfindlich auf die Erregerfrequenz. Er variiert bis zu 5% bei einer Erregerfrequen­ zänderung von nur 1 Hz.

Erfolgt die Kurvenannäherung an die Q-Faktoren mittels käuflicher Pro­ gramme, wie z. B. mit den Tabellenkalkulationsprogrammen Lotus oder Excel, durch eine Sinusfunktion 8. Ordnung, wird verhindert, daß Ausreißerdatenpunkte das Ergebnis, d. h. den Wert für C₂ verfälschen.

Die Genauigkeit bei der Annäherung der Daten durch eine Sinuskurve kann die Genauigkeit des Wertes für C₂, d. h. des Q-Faktors des Prüfteils verbessern. Es zeigte sich, daß als Maß für ausreichende Genauigkeit der Annäherung eine mittlere Abweichung von unter 10 zwischen den berechneten Werten der Sinusfunktion und den gemessenen Q-Faktoren verwendet werden kann. Beträgt die mittlere Abwei­ chung über 10, sollte die Annäherung durch die Sinusfunktion neu berechnet wer­ den, nachdem der Punkt bzw. die Punkte, die die größte Abweichung zeigen, ausge­ schlossen wurden. Dieses Vorgehen steigert die Genauigkeit für den Wert C₂.

Im Rahmen der beschriebenen technischen Lehre sind viele Abwandlungen und Modifikationen möglich. Beispielsweise ist die Anwendung der Erfindung nicht auf ferromagnetische Bauteile eingeschränkt. Mittels des Aufbaus der Fig. 5 können auch paramagnetische Bauteile nach dem Verfahren geprüft werden. Auch nichtma­ gnetische Bauteile können nach dem Verfahren geprüft werden; sie können bei­ spielsweise mechanisch mit ihrer Resonanzfrequenz angeregt werden. Darüber hin­ aus ist die Erfindung nicht auf rotationssymmetrische oder kreisförmige bzw. ring­ förmige Bauteile beschränkt, sondern kann auch bei rechteckigen oder unsymmetri­ schen Bauteilen Anwendung finden.

TABELLE 1

Claims (12)

1. Verfahren zum Messen der Schwingungsdämpfung eines Bauteiles, wel­ ches Verfahren die Schritte aufweist:

• (1) Erregen des Bauteiles mit einer ausgewählten Frequenz durch einen nahe einer Prüfstelle des Bauteiles gelegenen Schwinger,
• (2) Messen der Schwingungsamplitude des Bauteiles während des Erregens,
• (3) Abschalten des Schwingers, so daß die Schwingungsamplitude abklingt,
• (4) Messen der Abklingzeit, in der die Schwingungsamplitude um ein be­ stimmtes Maß abgenommen hat,
• (5) Wiederholen der Schritte 1 bis 4, wobei der Schwinger jedesmal benach­ bart in einer Reihe von beabstandeten Prüfstellen des Bauteiles angeordnet wird, wodurch eine Reihe von Abklingzeiten erhalten wird, und
• (6) Bestimmen eines Wertes für die Reihe von Prüfstellen, der die Schwin­ gungsdämpfung des Bauteiles wiedergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein ferromagnetisches Bauteil und der Schwinger eine vom Bauteil beabstandete Erre­ gerspule aufweist und daß das Bauteil durch ein von der Erregerspule erzeugtes elektromagnetisches Feld erregt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bau­ teil ein Bauteil einer Bremse aufweist und daß dieses auf einer schwingungsisolie­ renden Befestigung mittig ausgerichtet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schwinger einen Frequenz- oder Wellenzuggenerator aufweist, der ein Signal an einen Leistungsverstärker ab gibt und daß in Schritt 3 das Signal für den Leistungsverstärker ab geschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bauteil auf einer drehbaren Auflage zentriert wird und daß in Schritt 5 diese Auflage gedreht wird, um jeweils beabstandete Prüfstellen des Bau­ teils nahe des Erregers auszurichten.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwingungsamplitude mit einem Aufnehmer gemessen wird, daß ausgewählte Frequenzen eine Schwingungsamplitudenspitze in dem Bauteil erzeu­ gen, und daß der Erreger auf die Schwingungsamplitudenspitze eingestellt wird, so daß der Aufnehmer vor Schritt 3 einen vorbestimmten Ausgangspegel liefert.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwingungsamplitude mit einem Mikrophon und die Abklingzeit mit einem Echtzeitanalysator gemessen wird, wobei mit dem Mikrophon der Schall­ pegel des schwingenden Bauteils gemessen wird, dieser in einer Zeitreihe mittels des Echtzeitanalysators während des Abklingens dargestellt wird und nach Abschal­ ten des Schwingers die Zeit td gemessen wird, in der die Schwingungsamplitude um ein bestimmtes Maß ΔdB abnimmt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Prüf­ stelle des Bauteiles ein Wert Q = (27,3) × fr × td/ΔdB berechnet wird, wobei fr eine Resonanzfrequenz des Bauteils, gemessen in Hz ist, und td in s gemessen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wert Q als Funktion der Prüfstelle durch eine Sinusfunktion 8. Ordnung mit der Gleichung C₁sin8ω + C₂ angenähert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für C₂ als Wert in Schritt 6 verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das vorbestimmte Maß in Schritt 4 mindestens 25 dB beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Q-Wert ausgeschieden wird, der die größte Abweichung von der angenäherten Sinusfunktion zeigt.