DE19940463A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Abbilds einer Temperaturverteilung auf einer Reiboberfläche - Google Patents

Abstract

Um ein Abbild einer Temperaturverteilung auf wenigstens einer Reiboberfläche einer rotierenden Bremsscheibe (1) während und/oder nach der Einwirkung eines Bremsbelags (2) zu bestimmen, wird zunächst die Temperatur an einem Meßort an oder in der Nähe der Reiboberfläche mittels eines in der Bremsscheibe (1) montierten Temperatursensors (7) als Referenztemperatur gemessen. Gleichzeitig wird während eines wenigstens eine Umdrehung der Bremsscheibe andauernden Meßintervalls ein Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten der Reiboberfläche gewonnen, wobei ein an dem Meßort befindlicher kleiner Oberflächenbereich der Bremsscheibe so ausgebildet ist, daß er bei gleicher Oberflächentemperatur einen gegenüber der unmittelbar benachbarten Reiboberfläche derart abweichenden Emissionswert aufweist, daß der kleine Oberflächenbereich des Meßorts im Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten als Unstetigkeitsbereich erscheint. Mit Hilfe einer Erfassung des Unstetigkeitsbereichs wird wenigstens ein Referenzort im Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten der Reiboberfläche so gewählt, daß er sich außerhalb des kleinen Oberflächenbereichs des Meßorts aber in dessen unmittelbarer Nähe befindet. Dann wird der Emissionswert des Referenzorts aus dem Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten bestimmt und diesem Emissionswert die von dem Temperatursensor (7) am Meßort gemessene Temperatur zugeordnet. Schließlich wird mit Hilfe der zum Emissionswert des ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Abbilds einer Temperaturverteilung auf wenigstens einer Reiboberfläche einer rotierenden Scheibe während der Einwir­ kung eines Reibbelags.

Die Bestimmung der Temperatur an der Oberfläche einer Bremsscheibe während oder nach der Einwirkung eines Reibbe­ lags ist eine der wichtigsten Grundlagen für die Bestimmung der Interaktion eines Reibpaars und der während des Brems­ vorgangs stattfindenden Prozesse. Man benötigt die Tempera­ tur für die Untersuchung des Reibkoeffizienten, welcher tem­ peraturabhängig ist. Andererseits benötigt man die Tempera­ turverteilung für eine Bewertung der thermodynamisch verur­ sachten Veränderungen der Bremsscheibe während des Bremsvor­ gangs (thermische Deformation, Schirmung und Dickenverände­ rungen in der Umfangsrichtung).

Die Temperatur an der Oberfläche der Bremsscheibe wird bisher üblicherweise mit Hilfe von Temperatursensoren erfaßt. Diese erfassen die Temperatur entweder außerhalb der Bremsscheibe mit Hilfe eines auf die Bremsscheibe aufliegen­ den Schleifkontakts (mit den entsprechenden Meßfehlern) oder sind in das Innere der Bremsscheibe eingesetzt. Daneben wäre es denkbar, die Oberflächentemperatur mit Hilfe einer Ther­ mokamera (Wärmebildkamera) zu erfassen. Bei gegenwärtig üblichen Aufnahmeverfahren von Thermokameras wird entweder ein zweidimensionales Bild zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vollständig erfaßt oder ein anvisiertes Objekt zeilenweise abgetastet, wobei anschließend ein vollständiges Bild aufge­ baut wird. Die Verwendung einer Thermokamera, welche in bestimmten Zeitabständen vollständige zweidimensionale Wär­ mebilder erzeugt, ist für die Erfassung der Oberflächentem­ peratur einer rotierenden Bremsscheibe ungeeignet, weil auf­ grund der langen Zeitdauer der Bilderfassung das Meßergebnis durch Verwischen des Bildes infolge der Rotation der Brems­ scheibe nicht reproduzierbar wäre. Auch bei einem zeilenwei­ sen Abtasten im System ist zu beachten, daß während der Abtastdauer eine Rotation der Bremsscheibe stattfindet, wel­ che gegebenenfalls bei der rechnerischen Auswertung zu berücksichtigen ist. Ein weiterer Nachteil des von einer Thermokamera unmittelbar erzeugten Abbilds besteht darin, daß eine Erfassung der tatsächlichen Temperatur der Oberflä­ che nur bei bekanntem Emissionsvermögen des Oberflächenmate­ rials möglich ist. Das Thermobild liefert deshalb nur Aussa­ gen über Temperaturdifferenzen auf der Bremsscheibenoberflä­ che.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abbild der Temperatur­ verteilung auf der Reiboberfläche einer rotierenden Scheibe während und/oder nach der Einwirkung eines Reibbelags mit einer höheren Genauigkeit zu gewinnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen eines Abbilds einer Temperaturverteilung auf wenigstens einer Reiboberflä­ che einer rotierenden Scheibe während und/oder nach der Ein­ wirkung eines Reibbelags wird zunächst die Temperatur an wenigstens einem Meßort an oder in der Nähe der wenigstens einen Reiboberfläche mittels eines in der Scheibe montierten Temperatursensors als Referenztemperatur gemessen. Gleich­ zeitig wird während eines wenigstens eine Umdrehung der Scheibe andauernden Meßintervalls einer Verteilung von Infrarotemissionswerten der Reiboberfläche gewonnen, wobei ein an dem Meßort angeordneter kleiner Oberflächenbereich so ausgebildet ist, daß er bei gleicher Temperatur einen gegen­ über der benachbarten Reiboberfläche derart abweichenden Emissionswert aufweist, daß der kleine Oberflächenbereich des Meßorts im Abbild der Verteilung von Infrarotemissions­ werten als erfaßbarer Unstetigkeitsbereich erscheint. Die Größe des kleinen Oberflächenbereichs hängt von den kon­ stxuktiven Gegebenheiten und der erreichbaren Auflösung des Abbilds der Verteilung von Infrarotemissionswerten ab. Der kleine Oberflächenbereich wird vorzugsweise durch die Ober­ fläche eines Verkapselungsmaterials des am Meßorts montier­ ten Temperatursensors gebildet, wobei die Oberfläche des Verkapselungsmaterials in einer Ebene mit der Reiboberfläche der Scheibe liegt. Der Oberflächenbereich muß groß genug sein, um im Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswer­ ten auflösbar zu sein, d. h. als erfaßbarer Unstetigkeitsbe­ reich zu erscheinen. Je nachdem, ob das Abbild als sichtba­ res Bild für einen Benutzer wiedergegeben wird oder von einer automatischen Meßeinrichtung erfaßt wird, bedeutet "erfaßbar" im obigen Sinne sichtbar bzw. meßbar.

Anschließlich wird mit Hilfe einer Erfassung des Unste­ tigkeitsbereichs wenigstens ein Referenzort im Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten der Reiboberfläche so gewählt, daß er sich außerhalb des kleinen Oberflächenbe­ reichs des Meßorts aber in dessen unmittelbarer Nähe befin­ det. Dies bedeutet, daß er so nahe wie möglich an den klei­ nen Oberflächenbereich des Meßorts und somit an den Tempera­ tursensor herangerückt wird, ohne daß unter Berücksichtigung der gegebenen Auflösung des Abbilds eine Beeinflussung des am Referenzort gemessenen Emissionswerts durch das Abweichen des Emissionsvermögens des Materials des kleinen Oberflä­ chenbereichs signifikant wird. Anschließend wird der Emissi­ onswert des Referenzorts aus dem Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten bestimmt und diesem Emissionswert die am zugehörigen Meßort im Meßintervall gemessene Tempera­ tur zugeordnet. Vorzugsweise werden um jeden Meßort herum mehrere, beispielsweise drei, Referenzorte gewählt, wobei die Emissionswerte der Referenzorte jedes Meßorts gemittelt werden. Der Abstand der Referenzorte vom Zentrum des kleinen Oberflächenbereichs beträgt vorzugsweise etwa das 1- bis 3- fache des Durchmessers des kleinen Oberflächenbereichs.

Schließlich wird mit Hilfe der zum Emissionswert des Referenzorts zugeordneten Temperatur aus dem Abbild der Ver­ teilung von Infrarotemissionswerten eine Temperaturvertei­ lung berechnet. Somit wird eine Emissionsgradkorrektur vor­ genommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt im Schritt d) die Synchronisation zwischen den am Prüfstand von dem Tempera­ tursensor (bzw. den Tempertursensoren) und der Einrichtung (z. B. Infrarotkamera) zur Gewinnung eines Abbilds einer Verteilung von Infrarotemissionswerten der Reiboberfläche gewonnenen Daten her. Das erfindungsgemäße Verfahren ermög­ licht die Gewinnung eines Abbilds der Temperaturverteilung zu beliebigen Zeitpunkten während des Abbremsvorgangs bzw. des Abkühlvorgangs (nach der Einwirkung).

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens wird das Abbild der Verteilung von Infraro­ temissionswerten der Reiboberfläche gewonnen, indem eine einen punktförmigen Meßfleck auf der Reiboberfläche erfas­ sende Infrarotkamera so gesteuert wird, daß der Meßfleck periodisch wiederholt eine Meßkurve nachgeführt wird (Scannen). Die Meßkurve überstreicht die rotierende Reib­ oberfläche vollständig von innen nach außen oder von außen nach innen. Während einer Umdrehung der Scheibe wird die Meßkurve mehrfach durchlaufen. Die Meßkurve wird beispiels­ weise mit einer Frequenz von 2500 Hz periodisch durchlaufen. Innerhalb weniger Umdrehungen der Meßscheibe kann somit (im Rahmen einer vorgegebenen Auflösung) ein vollständiges Abbild der Reiboberfläche gewonnen werden. Vorzugsweise bil­ det die Meßkurve eine gerade Linie (d. h. eine Meßzeile), welche in radialer Richtung verläuft. Dies gestattet eine einfache Weiterverarbeitung der gewonnenen Daten. Dabei sei angemerkt, daß aufgrund der Scheibenrotation die geradlinige Meßkurve eine nicht radial und gekrümmt verlaufende Spur auf der Scheibe abbildet. Bei alternativen Ausführungsformen kann die geradlinige Meßkurve aber auch in einem Winkel zur radialen Richtung verlaufen; es ist lediglich zu fordern, daß die Meßkurve die vom Reibbelag beaufschlagte Oberfläche vollständig von innen nach außen oder umgekehrt über­ streicht.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens wird das Abbild der Verteilung von Infrarote­ missionswerten der Reiboberfläche zweidimensional in einer in Spalten und Zeilen aufgeteilten Struktur gespeichert. Dabei werden die während eines Durchlaufs der Meßkurve erfaßten Infrarotemissionswerte einer Zeile zugeordnet und die jeweils nachfolgenden Durchläufen der Meßkurve nachfol­ genden Zeilen, wobei gleiche radiale Koordinaten gleichen Spalten zugeordnet werden. Es wird somit eine zweidimensio­ nale Matrix gebildet, deren Zeilen den radialen Linien der Meßkurve entsprechen und deren Spalten Umfangslinien auf der Reiboberfläche zugeordnet sind.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird das so gewon­ nene zweidimensionale Abbild in eine auf einer Anzeigeein­ richtung darstellbare Abbildung umgewandelt, die eine Drauf­ sicht auf die Reiboberfläche der rotierenden Scheibe nach­ bildet, indem die Zeilen des zweidimensionalen Speicherab­ bilds in zugehörige radial verlaufende Linien eines Polarko­ ordinatenabbilds umgewandelt werden. Es wird somit die ursprüngliche räumliche Zuordnung der gewonnenen Infrarot­ meßwerte wiederhergestellt. Das so gewonnene Polarkoordina­ tenabbild gestattet eine bessere Auswertung des Meßergebnis­ ses. Den verschiedenen Temperaturwerten werden bei der Anzeige des emissionsgrad-korrigierten Thermobilds verschie­ dene Farbwerte oder Grauwerte zugeordnet. Vorzugsweise wer­ den Farbwerte gewählt, die der Reihenfolge der Spektralfar­ ben, der Glühfarben oder der Anlaßfarben entsprechen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine Bremsscheibe mit zwei an Topfseite und Stirnseite einander gegenüberliegenden Reiboberflächen ist, auf die zwei Brems­ beläge einwirken, und daß mit Hilfe eine Reflektoreinrich­ tung der Meßfleck einer Meßkurve nachgeführt wird, die in einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt derart aufgeteilt wird, daß der erste Abschnitt die Reiboberfläche auf der einen Seite und der zweite Abschnitt die Reibober­ fläche auf der gegenüberliegenden Seite erfaßt. Beispiels­ weise wird die Topfseite von dem Meßfleck der Infrarotkamera direkt erfaßt und die Stirnseite über einen die Infrarot­ strahlung reflektierenden Spiegel. Dies gestattet eine zeit­ gleiche Messung an Topf- und Stirnseite der Bremsscheibe.

Um eine zeitliche Synchronisation zwischen den am Meßort vom Temperatursensor (bzw. an den Meßorten von den Tempera­ tursensoren) gemessenen Temperaturwerten und den in mehreren Meßintervallen hintereinander gewonnenen Abbildern der Ver­ teilung von Infrarotemissionswerten der Reiboberfläche her­ zustellen, wird bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Temperatur kontinuierlich in einem Zeitabschnitt während und/oder nach der Einwirkung des Reibbelags gemessen. Die Temperaturmeßwerte werden in Zuordnung zu der Meßzeit gespeichert. Es werden gleichzeitig in mehreren aufeinanderfolgenden Meßintervallen mehrere Abbilder in Zuordnung zu jeweils einer im Meßintervall gemessenen Meßzeit gespeichert, wobei die Zuordnung eines Abbbilds einer Verteilung von Infrarotemissionswerten zu der gemessenen Temperatur über die Meßzeit erfolgt. Die im Meß­ intervall gemessene Meßzeit kann beispielsweise am Beginn oder in der Mitte des Meßintervalls liegen.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich in einem Zeitab­ schnitt während und/oder nach der Einwirkung des Reibbelags die Drehzahl der Scheibe erfaßt wird und die am Meßort gemessenen Temperaturwerte in Zuordnung zu den zeitgleich erfaßten Drehzahlwerten gespeichert werden. Gleichzeitig werden in mehreren aufeinanderfolgenden Meßintervallen meh­ rere Abbilder in Zuordnung zu einem im Meßintervall gemesse­ nen Drehzahlwert gespeichert. Der im Meßintervall gemessene Drehzahlwert kann beispielsweise der Drehzahlwert zu Beginn oder in der Mitte des Meßintervalls sein. Die Zuordnung eines Abbilds der Verteilung von Infrarotemissionswerten zu der gemessenen Temperatur erfolgt dann über die Drehzahl­ werte.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Meßanordnung; und

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine mögliche Anordnung eines Spiegels zum gleichzeitigen Erfassen der Infrarotemis­ sionswerte auf den beiden Seiten einer Bremsscheibe.

Fig. 1 zeigt prinzipiell den Aufbau eines Prüfstands zum Bestimmen eines Abbilds der Temperaturverteilung auf der Reiboberfläche einer Bremsscheibe 1 während und/oder nach der Einwirkung eines Bremsbelags 2. Die erforderlichen mechanischen Antriebselemente und Steuerungen zum Bewegen der Bremsscheibe und zum Betätigen der Bremsbeläge sind nicht dargestellt, da diese für das Verständnis der vorlie­ genden Erfindung nicht wesentlich sind. Der Meßplatz umfaßt eine Einrichtung 3 zum Erfassen der Drehzahl der Brems­ scheibe. Diese Drehzahl wird auf herkömmliche Weise erfaßt; die Erfassung ist symbolisch durch eine mit der Rotations­ achse der Bremsscheibe verbundenen Linie dargestellt. Die Einrichtung 3 liefert auf der Leitung 4 ein die Drehzahl codierendes Signal, vorzugsweise in einer Form, die von einer digitalen Auswerteeinrichtung 5 verarbeitet werden kann. Zusätzlich ist eine Digitaluhr 6 mit der digitalen Auswerteeinrichtung 5 gekoppelt, mit deren Hilfe Meßzeiten und Meßintervalle erfaßt werden können.

In der Bremsscheibe 1 ist wenigstens ein Temperatursen­ sor 7 derart eingebracht, daß er die Temperatur an einem Meßort an oder in der Nähe der Reiboberfläche der Brems­ scheibe 1 erfassen kann. Der Temperatursensor 7 ist vorzugs­ weise ein sehr schnelles, in die Scheibe eingestemmtes Ther­ moelement. Das Thermoelement 7 ist beispielsweise in eine von der Reiboberfläche her eingebrachte Bohrung derart ein­ gebracht, daß ein Teil des Materials der Verkapselung des Thermoelements an der Oberfläche in einer Ebene mit der Reiboberfläche liegt. Das Thermoelement ist von geringer Größe. Dies trägt dazu bei, seine Meßgeschwindigkeit zu erhöhen. Ferner wird nur ein kleiner Bereich der Reibober­ fläche der Bremsscheibe 1 von dem Oberflächenmaterial des Thermoelements 7 eingenommen. Die Zuleitungen 8 des Ther­ moelements 7 sind zu Schleifkontakten 9 geführt, die auf der Achse der Bremsscheibe angeordnet sind. Die Schleifkontakte 9 sind über Anschlußkabel 10 mit einer Temperaturerfassungs­ einrichtung 11 gekoppelt. Die Temperaturerfassungseinrich­ tung 11 tastet das Ausgangssignal des Temperatursensors 7 ab und wandelt es in ein für die digitale Auswerteeinrichtung 5 auswertbares Signal um. Daß die Temperatur codierende Signal wird auf Leitung 12 der Auswerteeinrichtung 5 entweder in zeitlich regelmäßigen Abständen oder jeweils auf Anforderung durch die Auswerteeinrichtung 5 zur Verfügung gestellt.

Alternativ kann die Temperaturerfassungseinrichtung 11 auch ein für einen Bediener ablesbares Meßergebnis ausgeben, wobei der Bediener die abgelesenen Werte in die Auswerteein­ richtung 5 eingibt.

Die Meßanordnung umfaßt ferner eine Thermokamera bzw. Infrarotkamera 13, welche neben einem Infrarotsensor eine Fokussieroptik zum Fokussieren des vom Infrarotsensor erfaß­ ten Bereichs auf einen Meßfleck aufweist. Die Optik inner­ halb der Thermokamera 13 wird so gesteuert, daß sich der Meßfleck entlang einer Meßkurve bewegt, die die Reiboberflä­ che radial vollständig überstreicht. Der Meßfleck wird vor­ zugsweise entlang einer geraden Linie (Abtastzeile) geführt. Dies erfolgt periodisch wiederholt mit einer Frequenz von vorzugsweise etwa 2500 Hz. Nach jedem Durchlaufen der Abtast- oder Bildzeile springt der Meßfleck an den Anfang der Bildzeile zurück. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiel ist die Bildzeile in einen ersten Abschnitt 14 und einen zweiten Abschnitt 15 aufgeteilt. Der erste Abschnitt 14 überstreicht in radialer Richtung die der Wär­ mebildkamera zugewandte Reiboberfläche der Bremsscheibe 1. Der zweite Abschnitt der Bildzeile 15 ist auf einen Reflek­ tor 16 gerichtet. Der Reflektor 16 ist dabei (aus der Blick­ richtung der Thermokamera 13 gesehen) hinter der Brems­ scheibe 1 derart angeordnet, daß der Meßfleck entlang eines Abschnitts 17 der Meßkurve auf der Rückseite der Brems­ scheibe 1 geführt wird.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Anord­ nung, die aus der Bremsscheibe 1, der entlang einer Abtast­ zeile abtastenden Wärmebildkamera 13 und der Reflektoranord­ nung 16 besteht. Zunächst wird die der Wärmebildkamera 13 zugewandte Reiboberfläche 18 in radialer Richtung von innen nach außen abgetastet. Nachdem der Meßfleck über den äußeren Rand der Bremsscheibe 1 hinausgeführt worden ist, trifft er auf den Reflektor 16 und somit auf die der Wärmebildkamera 13 abgewandte Reiboberfläche 19 der Bremsscheibe 1. Dort wird er wiederum in radialer Richtung von innen nach außen geführt. Dieser Durchlauf wird periodisch wiederholt. Der Reflektor 16 kann dabei als leicht gekrümmter Hohlspiegel ausgebildet sein, so daß der Meßfleck vorzugsweise mit der gleichen Geschwindigkeit auf beiden Reiboberflächen 18 und 19 radial nach außen geführt wird.

Das Abbild einer Temperaturverteilung der beiden Reib­ oberflächen 18 und 19 der Bremsscheibe 1 wird mit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wie folgt bestimmt.

Die Bremsscheibe 1 wird auf eine vorgegebene Drehzahl gebracht. Anschließend wird durch Betätigen der Bremsbeläge 2 ein Bremsvorgang zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eingelei­ tet.

Während des Bremsvorgangs und/oder nach dem Bremsvorgang wird die Temperatur am Ort des Temperatursensors 7 zu vorge­ gebenen Meßzeitpunkten gemessen, wobei die gemessenen Tempe­ raturwerte in Zuordnung zu den Meßzeiten und/oder in Zuord­ nung zu den zu den Meßzeiten gemessenen Drehzahlwerten gespeichert werden. Dies kann programmgesteuert mit Hilfe der digitalen Auswerteeinrichtung 5 vorgenommen werden.

Während des Bremsvorgangs (bzw. nach dem Bremsvorgang) wird darüber hinaus einmal oder mehrmals hintereinander jeweils während eines vorgegebenen Meßintervalls ein Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten der Reiboberflä­ chen mit Hilfe der Wärmebildkamera 13 gewonnen. Das Meßin­ tervall, innerhalb welche die Wärmebildkamera 13 die Abtast­ zeile entlang der Abschnitte 14 und 15 periodisch wiederholt mehrfach abtastet, wird vorzugsweise so gewählt, daß die Bremsscheibe 1 während des Meßintervalls mehrere Umdrehungen durchführt. Die Abtastfrequenz, mit der die Wärmebildkamera 13 die Abtastzeile 14, 15 durchläuft, wird dabei so auf die Drehzahl der Bremsscheibe abgestimmt, daß nach einigen Um­ drehungen ein Abbild der Infrarotemissionswerte der voll­ ständigen Reiboberfläche mit einer vorgegenenen Auflösung gewonnen werden kann. Sofern die Abtastfrequenz im Vergleich zur Drehzahl der Scheibe relativ hoch ist, genügt eine voll­ ständige Umdrehung der Bremsscheibe. Bei höheren Drehzahlen der Bremsscheibe 1 wird bei einer ersten Umdrehung zunächst ein Teil der Oberfläche und bei jeder weiteren Umdrehung desselben Meßintervalls ein weiterer Bereich der Reibober­ fläche erfaßt; dabei tritt eine örtliche Verschachtelung der Meßspuren auf der Reiboberfläche der Bremsscheibe 1 auf.

Die Wärmebildkamera 13 erfaßt entlang der Abtastzeile mit den Abschnitten 14 und 15 Infrarotemissionswerte, denen sie Temperaturwerte zuordnet, die auf der Annahme eines Strahlers mit bekanntem Emissionsvermögen beruhen. Entlang einer Abtastzeile werden eine Vielzahl äquidistanter Meßwer­ te gewonnen, die Bildpunkten entsprechen. Jeder erfaßte Infrarotemissionswert wird in Zuordnung zu seinem Ort ent­ lang der Abtastzeile als Bildpunkt gespeichert. Ebenso wer­ den die Bildpunkte aufeinanderfolgender Durchläufe der Abtastzeile gespeichert. Die Speicherung kann zunächst in digitaler Form innerhalb der Wärmebildkamera 13 erfolgen; andererseits können die Digitalwerte zur Speicherung auch an die Auswerteeinrichtung 5 übertragen werden. Das Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten der Reiboberfläche wird vorzugsweise zweidimensional in einer in Spalten und Zeilen aufgeteilten Struktur gespeichert, wobei die während eines Durchlaufs der Abtastzeile erfaßten Infrarotemissions­ werte einer Speicherzeile und die jeweils nachfolgenden Durchläufe der Abtastzeile nachfolgenden Speicherzeilen zugeordnet werden. Gleiche Orte entlang der Abtastzeile sind dabei gleichen Spalten zugeordnet; diese entsprechen bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung gleichen radialen Orten auf der Bremsscheibe 1.

Weil der Oberflächenbereich am Ort des Temperatursensors so ausgebildet ist, daß er bei gleicher Temperatur einen gegenüber der benachbarten Reiboberfläche abweichenden Emis­ sionswert aufweist, erscheint der kleine Oberflächenbereich des Meßorts im Abbild der Verteilung von Infrarotemissions­ werten als erfaßbarer Unstetigkeitsbereich. Sofern die von der Infrarotkamera erfaßten Bilddaten auf einem Display angezeigt werden, erscheint ein Oberflächenbereich geringe­ ren Emissionsgrads beispielsweise als dunkler Fleck. Nachdem dieser Meßort bzw. der dunkle Fleck erfaßt worden ist und seine Koordinaten im Abbild bekannt sind, wird ein Referenz­ ort oder mehrere Referenzorte in der Nähe des kleinen Ober­ flächenbereichs des Temperatursensors 7 gewählt. Diese Refe­ renzorte werden so gewählt, daß sie sich außerhalb des Ober­ flächenbereichs des Temperatursensors aber in dessen unmit­ telbare Nähe befinden. Dabei wird angenommen, daß die Tempe­ raturen an den Referenzorten näherungsweise gleich der Tem­ peratur am Ort des Temperatursensors 7 sind. Der Abstand zwischen Referenzort und Ort des Temperatursensors 7 muß allerdings groß genug sein, damit am Referenzort keine Ver­ fälschung des von der Wärmebildkamera 13 erfaßten Emissions­ werts durch das abweichende Emissionsvermögen der Oberfläche des Temperatursensors 7 auftritt. Anschließend wird der von der Wärmebildkamera 13 erfaßte Emissionswert des Referenz­ orts (bzw. der Mittelwert der Emissionswerte mehrerer Refe­ renzorte) dem vom Temperatursensor im zugehörigen Meßinter­ vall (d. h. im Intervall der Erfassung des Infrarotbilds) gemessenen Temperaturwert zugeordnet. Die im Meßintervall erfaßten Infrarotemissionswerte am Referenzort (bzw. den Referenzorten) können zu den am zugehörigen Meßort vom Tem­ peratursensor 7 gemessenen Temperaturwerten über die gleich­ zeitig von der Uhr 6 erfaßten Zeitwerte oder die von der Drehzahl-Erfassungseinrichtung 3 erfaßten Drehzahlwerte mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 5 zugeordnet werden.

Mit Hilfe der so gewonnenen Zuordnung eines Emissions­ werts am Referenzort zu einem gleichzeitig in dessen unmit­ telbarer Nähe gemessenen Temperaturwert kann aus dem Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten dann eine emissi­ onsgrad-korrigierte Temperaturverteilung berechnet werden. Aus dem Dargelegten ergibt sich, daß diese Möglichkeit einer Emissionsgradkorrektur auf zwei wesentlichen Elementen basiert:

• a) der Verwendung einer thermooptischen Markierung zur Kennzeichnung eines Referenzorts im Abbild der mittels der Wärmebildkamera gewonnenen Verteilung von Infrarotemissions­ werten, wobei als thermooptische Markierung vorteilhafter­ weise der Temperatursensor selbst verwendet wird und wobei als Referenzort ein vom abweichenden Emissionsvermögen der thermooptischen Markierung (im Rahmen der Auflösung der Thermokamera) nicht näher beeinflußter beabstandeter Punkt verwendet wird, und
• b) die Zuordnung der gemessenen Temperaturwerte zu den erfaßten Infrarotemissionsbildern über die Meßzeit und/oder die parallel erfaßten Drehzahlwerte.

Ergebnis ist ein zweidimensionales Speicherabbild der während eines Meßintervalls gewonnenen Verteilung von Infra­ rotemissionswerten, die in eine emissionsgrad-korrigierte Temperaturverteilung umgerechnet sind. Im Speicher liegt demnach ein zweidimensionales Abbild einer Temperaturvertei­ lung vor, wobei die radialen und die Umfangs-Koordinaten der Bremsscheibe den Zeilen- und Spaltenkoordinaten des Abbilds entsprechen. Um die gewonnenen Meßergebnisse besser zu ver­ anschaulichen, wird dieses zweidimensionale Speicherabbild vorzugsweise mittels einer programmgesteuerten Auswerteein­ richtung (beispielsweise einem Computer) in eine auf einer Anzeigeeinrichtung (z. B. Computermonitor) darstellbare Abbildung umgewandelt. Die Abbildung bildet eine Draufsicht auf die Reiboberfläche der rotierenden Bremsscheibe nach. Dazu werden die Zeilen der zweidimensionalen Speicherabbilds in radial verlaufende Linien eines Polarkoordinatenabbilds umgerechnet. Jedem gemessenen und emissionsgrad-korrigierten Temperaturwert werden Farbwerte oder Grauwerte zugeordnet. Beispielsweise werden einem erfaßten Temperaturbereich Spek­ tralfarben oder Glühfarben bzw. Anlaßfarben zugeordnet. Dies erleichtert die Interpretation der erfaßten Temperaturwerte durch einen Betrachter.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind eine Reihe alter­ nativer Ausführungsformen denkbar. So kann z. B. der Tempe­ ratursensor 7 an einem Oberflächenort vorgesehen sein, der außerhalb des vom Reibbelag beaufschlagten Bereichs (aber vorzugsweise in dessen Nähe) liegt. In diesem Fall kann der Temperatursensor auch unmittelbar auf die Oberfläche der Scheibe aufgebracht (z. B. aufgeklebt) werden. Ferner kann die Abtastfrequenz der Infrarotkamera in Abhängigkeit von der Drehzahl (synchron) gesteuert werden.

Die Erfindung umfaßt auch diejenigen Fälle, bei denen die Scheibe nicht eben ist oder keine ebene Reiboberfläche aufweist, wobei dann der Reibbelag ein an die gekrümmte Reibfläche angepaßtes Oberflächenprofil aufweist. Die Paa­ rung aus "Scheibe" und "Reibbelag" im Sinne der Erfindung umfaßt sämtliche Paarungen aus einem rotierenden Körper, der abgebremst wird, und einem Reibelement, das zum Abbremsen auf den Körper einwirkt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Bestimmen eines Abbilds einer Tempera­ turverteilung auf wenigstens einer Reiboberfläche einer rotierenden Scheibe (1) während und/oder nach der Einwirkung eines Reibbelags (2), wobei

• a) die Temperatur an wenigstens einem Meßort an oder in der Nähe der wenigstens einen Reiboberfläche mittels eines in/an der Scheibe (1) montierten Temperatursensors (7) als Referenztemperatur gemessen wird,
• b) gleichzeitig während eines wenigstens eine Umdrehung der Scheibe (1) andauernden Meßintervalls ein Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten der Reiboberfläche gewonnen wird,
  wobei ein an dem Meßort angeordneter kleiner Oberflä­ chenbereich so ausgebildet ist, daß er bei gleicher Tempera­ tur einen gegenüber der unmittelbar benachbarten Reibober­ fläche derart abweichenden Emissionswert aufweist, daß der kleine Oberflächenbereich des Meßorts im Abbild der Vertei­ lung von Infrarotemissionswerten als erfaßbarer Unstetig­ keitsbereich erscheint,
• c) mit Hilfe einer Erfassung des Unstetigkeitsbereichs wenigstens ein Referenzort im Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten der Reiboberfläche so gewählt wird, daß er sich außerhalb des kleinen Oberflächenbereichs des Meßorts aber in dessen unmittelbarer Nähe befindet,
• d) der Emissionswert des Referenzorts aus dem Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten bestimmt und diesem Emissionswert die am zugehörigen Meßort im Meßintervall gemessene Temperatur zugeordnet wird, und
• e) mit Hilfe der zum Emissionswert des Referenzorts zugeordneten Temperatur aus dem Abbild der Verteilung von Infrarotemissionswerten eine Temperaturverteilung berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Oberflächenbereich durch die Oberfläche eines Verkapselungsmaterials des am Meßort in der Scheibe (1) mon­ tierten Temperatursensors (7) gebildet wird, wobei die Ober­ fläche des Verkapselungsmaterials in einer Ebene mit der Reiboberfläche der Scheibe (1) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Schritt c) mehrere, vorzugsweise drei, Referenzorte um jeden Meßwert herum gewählt werden, wobei im Schritt d) die Emissionswerte der jedem Meßort zugeordneten Referenzorte gemittelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt c) die Referenzorte so gewählt werden, daß ihr Abstand vom Zentrum des kleinen Oberflächenbereichs etwa das 1- bis 3-fache des Durchmessers des kleinen Oberflächenbereichs beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbild der Verteilung von Infrarote­ missionswerten der Reiboberfläche gewonnen wird, indem eine einen punktförmigen Meßfleck auf der Reiboberfläche erfas­ sende Infrarotkamera (13) so gesteuert wird, daß der Meß­ fleck periodisch wiederholt einer Meßkurve nachgeführt wird, wobei die Meßkurve die rotierende Reiboberfläche radial vollständig überstreicht und wobei die Meßkurve während einer Umdrehung der Scheibe (1) mehrfach durchlaufen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkurve mit einer Frequenz von 1000 bis 10000 Hz, vorzugsweise 2500 Hz, periodisch durchlaufen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßkurve eine gerade Linie bildet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gerade Linie radial verläuft.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) das Abbild der Verteilung von Infrarote­ missionswerten der Reiboberfläche zweidimensional in einer in Spalten und Zeilen aufgeteilten Struktur gespeichert wird, wobei die während eines Durchlaufs der Meßkurve erfaß­ ten Infrarotemissionswerte einer Zeile und die jeweils nach­ folgenden Durchläufe der Meßkurve nachfolgenden Zeilen zuge­ ordnet werden, wobei gleiche radiale Koordinaten gleichen Spalten zugeordnet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt e) das im Schritt b) gewonnene zweidimensio­ nale Speicherabbild in eine auf einer Anzeigeeinrichtung darstellbare Abbildung umgewandelt wird, die eine Draufsicht auf die Reiboberfläche der rotierenden Scheibe (1) nachbil­ det, indem die Zeilen des zweidimensionalen Speicherabbilds in radial verlaufende Linien eines Polarkoordinatenabbilds umgewandelt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine Bremsscheibe (1) mit zwei an Topfseite und Stirnseite einander gegenüberliegenden Reiboberflächen (18, 19) ist, auf die zwei Bremsbeläge (2) einwirken, und daß mit Hilfe einer Reflektoreinrichtung (16) der Meßfleck einer Meßkurve nachgeführt wird, die in einen ersten Abschnitt und in einen zweiten Abschnitt derart auf­ geteilt wird, daß der erste Abschnitt die Reiboberfläche auf der Topfseite und der zweite Abschnitt die Reiboberfläche auf der Stirnseite erfaßt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur kontinuierlich in einem Zeitabschnitt während und/oder nach der Einwirkung des Reib­ belags gemessen wird und die Temperaturmeßwerte in Zuordnung zur Meßzeit gespeichert werden, und daß gleichzeitig in meh­ reren aufeinanderfolgenden Meßintervallen mehrere Abbilder in Zuordnung zu jeweils einer im Meßintervall gemessenen Meßzeit gespeichert werden, wobei die Zuordnung eines Abbilds einer Verteilung von Infrarotemissionswerten zu der im Schritt a) gemessenen Temperatur im Schritt d) über die Meßzeit erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich in einem Zeitabschnitt während und/oder nach der Einwirkung des Reibbelags die Drehzahl der Scheibe erfaßt wird und die am Meßort gemessene Temperatur in Zuordnung zu den erfaßten Drehzahlwerten gespeichert wird, und daß gleichzeitig in mehreren aufeinan­ derfolgenden Meßintervallen mehrere Abbilder in Zuordnung zu einem im Meßintervall gemessenen Drehzahlwert gespeichert werden, wobei die Zuordnung eines Abbilds der Verteilung von Infrarotemissionswerten zu der im Schritt a) gemessenen Tem­ peratur im Schritt d) über die Drehzahl erfolgt.