DE4324620A1 - Prüfstand für Verschleißmessungen an Bremsscheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Prüfstand zur Ermittlung des Verschleißverhaltens von Bremsscheiben für Scheibenbremsen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus VDI-Berichte, Nr. 632, 1987, Seite 299 ff. ist ein Bremsenprüfstand bekannt, der sich für die Ermittlung des Verschleißverhaltens von Bremsscheiben eignet. Auf dem be­ kannten Bremsenprüfstand können insbesondere starke Brem­ sungen eines Kraftfahrzeugs simuliert werden, wobei die zu testenden Bremsscheiben mit Bremssätteln kombiniert werden, wie man sie üblicherweise auch in Kraftfahrzeuge einbaut. Auch die räumliche Anordnung lehnt sich an die Anordnung der Bremse am Rad des Kraftfahrzeugs an. Systematische Un­ tersuchungen des Verschleißverhaltens von Bremsscheiben bei nicht betätigten Radbremsen sind mit dem bekannten Bremsen­ prüfstand jedoch nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Prüfstand für Ver­ schleißmessungen an Bremsscheiben anzugeben, mit dem die Auswirkungen eines leichten Schleifens der Bremsbeläge an der Bremsscheibe systematisch untersucht werden können. Da­ bei müssen die zu prüfenden Bremsscheiben genauso wie die für die Messung verwendeten Bremsbeläge auf einfache Weise und schnell auswechselbar sein. Weiterhin ist es erforder­ lich, eine Reihe von relativ geringen aber wohldefinierten unterschiedlichen Andruckkräften für den Andruck der Brems­ beläge an die Bremsscheiben einstellen zu können. Da das Reibverhalten temperaturabhängig ist, sollte der Prüfstand auch eine Bestimmung der Reibflächentemperaturen ermög­ lichen.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Der erfindungsgemäße Prüfstand verzichtet auf die Verwendung eines üblichen Bremssattels und macht von der Tatsache Gebrauch, daß es für Verschleiß­ messungen an Bremsscheiben genügt, das Verschleißverhalten einer Reibfläche zu untersuchen. Diesen Umstand macht sich die Erfindung zunutze, indem erfindungsgemäß die Brems­ scheibe waagerecht angeordnet und der Bremsbelag nur auf die Oberseite der Bremsscheibe gedrückt wird. Dabei können relativ kleine Andruckkräfte zuverlässig und genau durch Ausnutzen der Gewichtskraft erzeugt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 ist die Antriebswelle an ihrem Ende mit einem Flansch versehen, auf dem die zu testenden Bremsscheiben schnell und einfach aufgelegt und festgeschraubt oder festgeklemmt werden kön­ nen.

Vorzugsweise ist zur Halterung der zu testenden Bremsbeläge ein Halter vorgesehen, der axial in Richtung der Gewichts­ kraft beweglich angeordnet, jedoch gegenüber radialen oder tangentialen Verschiebungen in Bezug auf die Bremsscheibe am Prüfstand fest verankert ist. Bevorzugte Verankerungs­ mittel für den Halter ergeben sich aus den Ansprüchen 4 bis 7. Eine Haltegabel gemäß Anspruch 4 legt die radiale Po­ sition des Halters und damit des Bremsbelags fest, während die tangentiale Position durch eine Haltestrebe gemäß An­ spruch 5 bestimmt wird. Haltegabel und Haltestrebe werden am einfachsten gemäß Anspruch 6 mittels Befestigungswinkeln an einer Grundplatte des Prüfstands befestigt und er­ strecken sich vom Halter ausgehend gemäß Anspruch 7 vor­ zugsweise tangential zur Bremsscheibe, wodurch eine ein­ fache Justierung des Halters gegenüber der Bremsscheibe insbesondere in radialer Richtung ermöglicht wird. Bei der beschriebenen Anordnung wirken auf die Haltestrebe nur tangentiale Reibkräfte, die mittels eines gemäß Anspruch 8 angeordneten Kraftmeßgeräts auf einfache Weise meßbar sind.

Um die zum Andruck eines Bremsbelags erforderliche Ge­ wichtskraft variabel zu gestalten, ist in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Anspruch 9 vorgesehen, den Halter mittels verschiedener aufgelegter Gewichte zu beschweren. Bei Verwendung und Kombination mehrerer verschiedener kali­ brierter Gewichte gemäß Anspruch 10 erübrigt sich eine Mes­ sung der Andruckkraft, da die Gewichtskraft bekannt ist. Eine einfache Handhabung der Gewichte ergibt bei einer Aus­ führungsform gemäß Anspruch 11.

Um die Betätigung der Fahrzeugbremse zu simulieren, ist ei­ ne Betätigungsvorrichtung gemäß Anspruch 12 zu empfehlen, mittels derer der Halter zusammen mit seinen Gewichten und dem Bremsbelag angehoben und zur Anlage an der Reibfläche der Bremsscheibe abgesenkt werden kann. Diese Betätigungs­ vorrichtung wird auf einfache Weise gemäß den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruchs 13 realisiert, wobei die Höhe eines seitlich abstehenden Tragarms für eine Hebevorrich­ tung gemäß Anspruch 14 justierbar ist, um den Prüfstand auf verschiedene Bremsscheiben und Bremsbeläge unterschied­ licher Dicke einzustellen. Als Hebevorrichtung eignet sich insbesondere ein pneumatischer Betätigungszylinder, der ge­ mäß Anspruch 15 fernsteuerbar ist. Das Absenken des Halters wird dabei mittels eines Dämpfers verlangsamt, um ein Auf­ schlagen des Bremsbelags auf die Bremsscheibe zu vermeiden.

Eine derartige Anordnung eignet sich für die Fernsteuerung komplizierter und langandauernder Prüfprogramme mittels ei­ nes Computers.

Zur Ermittlung der Temperaturabhängigkeit des Verschleiß­ verhaltens wird empfohlen, gemäß Anspruch 16 die Brems­ scheibe mit Temperatursensoren zu versehen, die in einer einfachen Ausführungsform gemäß Anspruch 17 aus Thermoele­ menten bestehen und in Öffnungen der Bremsscheibe einge­ preßt sind, wobei die Verbindung mit dem Registriergerät über Schleifkontakte hergestellt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der we­ sentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Prüf­ stands,

Fig. 2 derselbe Prüfstand schematisch in einer Draufsicht.

Eine durch einen nicht gezeigten Motor antreibbare An­ triebswelle 1 ist senkrecht angeordnet und an ihrem oberen Ende mit einem Flansch 2 versehen, auf den eine hutförmige Bremsscheibe 3 aufgelegt und befestigt ist. Ein äußerer Reibring 4 der Bremsscheibe 3 besitzt eine obere Reibfläche 5, an die ein Bremsbelag 6 mittels einer Andruckvorrichtung 7 andrückbar ist. Die Andruckvorrichtung besitzt einen Hal­ ter 8, der einen senkrecht angeordneten stabförmigen Ab­ schnitt 9 und einen Halterfuß 10 aufweist, die miteinander verschweißt sind. Am Halterfuß 10 ist der für die Ver­ schleißmessung verwendete Bremsbelag 6 befestigt, während der stabförmige Abschnitt 9 mehrere scheibenförmige Gewich­ te 11 trägt. Die Gewichte 11 haben jeweils eine Mittelboh­ rung und sind auf den stabförmigen Abschnitt 9 aufgesteckt. Alle Gewichte 11 haben gleichen Durchmesser aber verschie­ dene Dicke und sind jeweils auf eine bestimmte Gewichts­ kraft kalibriert.

Der Halter 8 ist gegen Verschiebungen in radialer Richtung mittels einer Haltegabel 12 gesichert, die den Halter 8 mit ihren zwei Gabelarmen 13 umgreift. Das andere Ende 14 der Haltegabel 12 ist mittels eines Befestigungswinkels 15 an einer Grundplatte 16 des Prüfstands befestigt. Der Befesti­ gungswinkel 15 ist auf die Grundplatte 16 aufgeschraubt und über einen Verschiebemechanismus mit dem anderen Ende 14 der Haltegabel 12 verbunden, der eine Verschiebung der Hal­ tegabel 12 und damit des Halters 8 und des Bremsbelags 6 in radialer Richtung gegenüber der Bremsscheibe 3 ermöglicht. Weiterhin ist der Halter 8 mit einer Haltestrebe 17 ein­ stückig verbunden, die sich tangential zur Bremsscheibe 3, aber in entgegengesetzter Richtung wie die Haltegabel 12 erstreckt und an ihrem Ende gelenkig mit einer Kraftmeßdose 18 verbunden ist. Die Kraftmeßdose 18 ist ihrerseits gelen­ kig mit einem weiteren Befestigungswinkel 19 verbunden, der ebenfalls auf der Grundplatte 16 verschraubt ist. Auch an diesem Befestigungswinkel 19 ist ein Verschiebemechanismus vorgesehen, der ein Justieren des Bremsbelags 6 in Bezug auf die Bremsscheibe 3 ermöglicht.

Schließlich ist auf die Grundplatte 16 ein Haltebock 20 aufgeschraubt, der mit einem seitlich über den Halter 8 ra­ genden Tragarm 21 versehen ist. Der Tragarm 21 trägt eine in Fig. 1 durch Strichelung angedeutete Hebevorrichtung 22, die am freien Ende 23 des stabförmigen Abschnitts 9 an­ greift und den Halter 8 mitsamt den Gewichten 11 und dem Bremsbelag 6 bei Bedarf anhebt oder absenkt. Die Hebevor­ richtung 22 besteht aus einem nicht näher dargestellten fernsteuerbaren Betätigungszylinder und einem Dämpfer zur Verlangsamung der Abwärtsbewegung des Halters 8, um ein Aufschlagen des Bremsbelags 6 auf der Reibfläche 5 der Bremsscheibe 3 zu vermeiden. Der Haltebock 20 ist, wie auch die Haltegabel 12 und die Haltestrebe 17, gegenüber der Bremsscheibe 3 radial verschiebbar, um eine Justierung des Bremsbelags 6 zu ermöglichen. Weiterhin ist der Tragarm 21 gegenüber dem Haltebock 20 in der Höhe justierbar, um den Prüfstand auf die Dicke des Bremsbelags 6 und der Brems­ scheibe 3 einzustellen.

An der Bremsscheibe 3 sind nicht gezeigte Thermoelemente befestigt, die über Schleifkontakte mit einem nicht gezeig­ ten Registriergerät, vorzugsweise einem Computer verbunden sind.

Der beschriebene Prüfstand ist für Reibringe 4 mit einer Dicke zwischen 8 mm und 40 mm geeignet. Es können Brems­ scheiben 3 mit Durchmessern von 240 mm bis 350 mm unter­ sucht werden. Die Gesamtmasse der Gewichte 11 kann bis zu 30 kg betragen, was zu Anpreßkräften von bis zu 300 N und zu Umfangskräften bis zu 250 N führt. Die Drehzahl wird vorzugsweise auf einen für Kraftfahrzeuge realistischen Wert zwischen 1000 und 2000 Umdrehungen pro Minute einge­ stellt. Der Prüfstand wird von einem Computer gesteuert, der über temperatur- und zeitabhängige Programme verfügt. Die Reibwege und Anzahl der Bremsungen werden als Sollwerte vorgegeben. Die Anpreßkraft für den Bremsbelag 6 ist durch die Gewichte 11 vorgegeben, während die Reibkraft mittels der Kraftmeßdose 18 gemessen wird. Der Reibwert der unter­ suchten Bremsbelag-Bremsscheiben-Kombination wird aus dem Quotienten von Reibkraft und Anpreßkraft ermittelt und auf einem Recorder zeitabhängig mitgeschrieben. Der anfallende Bremsstaub wird abgesaugt und gefiltert. Der Computer steuert die Hebevorrichtung 22 und senkt den Reibbelag 6 in Abhängigkeit von Temperatur oder Zeit auf die Bremsscheibe 3 ab bzw. hebt ihn an. Temperaturgrenzen oder Zeitabstände sind vorwählbar. Auch die für den Test vorgesehene Reib­ strecke kann vorgewählt werden. Nach Ablauf des Programms wird der Verschleiß der Bremsscheibe 3 und des Bremsbelags 6 gemessen.

Zur realistischen Simulation des Fahrbetriebs bei nicht be­ tätigter Bremse wird das Luftspiel, d. h. der Abstand zwi­ schen Bremsbelagoberfläche und Bremsscheibenoberfläche über den Tragarm 21 eingestellt. Durch einen an der Bremsscheibe 3 eingestellten Scheibenschlag berühren sich der Bremsbelag 6 und die Bremsscheibe 3 periodisch nur bei bestimmten Drehwinkeln. Hierdurch kommt es zu lokalem Verschleiß an der Bremsscheibe 3, einer sogenannten "Dickenschwankung", die einen gewissen vorgegebenen Wert im Fahrbetrieb nicht überschreiten darf, weil sonst die Bremse rubbelt.

Die Widerstandskraft eines Bremskolbens, wie er in einer realen Bremse vorkommt, wird durch eine Feder 24 in Verbin­ dung mit einer verstellbaren Dämpfung realisiert, die in die Hebevorrichtung 22 integriert ist.

In einer Weiterbildung des Prüfstands können auch Umge­ bungseinflüsse, wie Streusalz, Wasser, Klima und Umgebungs­ temperatur auf das Verschleißverhalten untersucht werden.

Der Prüfstand kann auch noch verbessert werden, indem meh­ rere Halter zur Halterung mehrerer Bremsbeläge in Umfangs­ richtung um die Bremsscheibe verteilt angeordnet sind, um in einem Programmdurchlauf gleich mehrere Parameter, das heißt in diesem Fall mehrere Belagqualitäten, in Kombi­ nation mit der Bremsscheibe zu messen. Zur Unterscheidung müßten die Bremsbelagproben von den jeweiligen Haltern in unterschiedlichem radialen Abstand zur Bremsscheibenachse angedrückt werden. Dabei bilden sich auf dem Reibring der untersuchten Bremsscheibe konzentrische Ringbereiche aus, in denen die Bremsscheibe unterschiedlich stark ver­ schlissen ist.

Claims (17)

1. Prüfstand für Verschleißmessungen an Bremsscheiben, mit einer durch einen Motor antreibbaren Antriebswelle (1), an deren Ende Bremsscheiben (3) befestigbar sind, und einer Andruckvorrichtung (7) zum Andruck eines Bremsbelags (6) an eine Reibfläche (5) einer Bremsscheibe (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) im wesentlichen senkrecht und die Bremsscheibe (3) im wesentlichen waagerecht angeordnet ist, und daß die Andruckvorrichtung (7) einen Bremsbelag (6) im wesentlichen mittels ihrer Gewichtskraft von oben an die Bremsscheibe (3) drückt.

2. Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) an ihrem Ende mit einem Flansch (2) versehen ist, an dem die Brems­ scheiben (3) lösbar befestigt werden.

3. Prüfstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckvorrichtung (7) einen Halter (8) zur Halterung von Bremsbelägen (6) aufweist, der in Bezug auf die Bremsscheibe (3) radial und tangential fest am Prüfstand verankert und in axialer Richtung beweglich angeordnet ist.

4. Prüfstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (8) in radialer Richtung mittels einer Haltegabel (12) fest verankert ist, die den Halter (8) mit ihren Gabelarmen (13) umgreift und deren anderes Ende (14) an einer Grundplatte (16) des Prüfstands befestigt ist.

5. Prüfstand nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (8) in tangentialer Richtung mittels einer Haltestrebe (17) fest verankert ist, die mit ihrem einen Ende starr am Halter (8) und mit ihrem anderen Ende an einer Grundplatte (16) des Prüfstands befestigt ist.

6. Prüfstand nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltegabel (12) und die Halte­ strebe (17) an der Grundplatte (16) jeweils mittels ei­ nes Befestigungswinkels (15, 19) befestigt sind.

7. Prüfstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Haltegabel (12) und die Haltestrebe (17) vom Halter (8) ausgehend in entgegenge­ setzte Richtungen im wesentlichen tangential zur Brems­ scheibe (3) erstrecken und an den beiden gegenüberlie­ gend angeordneten Befestigungswinkeln (15, 19) ver­ schiebbar befestigt sind, um eine Justierung des Halters (8) in Bezug auf die Bremsscheibe (3) zu ermöglichen.

8. Prüfstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Haltestrebe (17) und dem zugehörigen Befestigungswinkel (19) ein Kraftmeßge­ rät (18) zur Messung der tangentialen Reibkraft angeord­ net ist.

9. Prüfstand nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Andruck eines Bremsbelags (6) an die Bremsscheibe (3) erforderliche Gewichtskraft im wesentlichen von auf den Halter (8) aufgelegten Gewichten (11) erzeugt wird.

10. Prüfstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtskraft durch die Verwen­ dung und Kombination mehrerer verschiedener kalibrierter Gewichte (11) einstellbar ist.

11. Prüfstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (8) einen senkrecht an­ geordneten stabförmigen Abschnitt (9) aufweist, auf dem scheibenförmige und mit einer Mittelbohrung versehene Gewichte (11) aufsteckbar sind.

12. Prüfstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betätigungsvorrichtung vorge­ sehen ist, die am freien Ende des stabförmigen Ab­ schnitts angreifend den Halter (8) mit seinen Gewichten (11) und dem Bremsbelag (6) anheben und absenken kann.

13. Prüfstand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung einen auf der Grundplatte (16) befestigten Haltebock (20) mit einem seitlich abstehenden, waagerecht bis über den Hal­ ter (8) ragenden Tragarm (21) aufweist, der eine Hebe­ vorrichtung (22) zum Anheben des Halters (8) trägt.

14. Prüfstand nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (21) gegenüber dem Hal­ tebock (20) in der Höhe justierbar ist.

15. Prüfstand nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebevorrichtung (22) einen fernsteuerbaren Betätigungszylinder zum Anheben des Halters (8) und einen Dämpfer zum langsamen Absenken des Halters (8) aufweist.

16. Prüfstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (3) mit Temperatursensoren versehen ist.

17. Prüfstand nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bremsscheibe (3) Thermoele­ mente eingepreßt sind, die über Schleifkontakte mit ei­ nem Registriergerät verbunden sind.