WO2023104956A1

WO2023104956A1 - Bremsenprüfstand und prüfstandsystem

Info

Publication number: WO2023104956A1
Application number: PCT/EP2022/084952
Authority: WO
Inventors: Christian Hell; Thomas Dollinger
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2023-06-15
Also published as: DE102021214127A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Bremsenprüfstand (1) mit einem Rahmen (5), einer an dem Rahmen (5) angebrachten Antriebseinheit (7), einer an dem Rahmen (5) um eine Drehachse (19) drehbar gelagerte Welle (9), die sich von einem der Antriebseinheit (7) zugewandten ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, und einem mit dem zweiten Ende der Welle (9) drehfest gekoppelten Befestigungselement (11) zur lösbaren Befestigung eines Prüflings (17), wobei die Antriebseinheit (7) einen Torquemotor mit einem mit dem Rahmen (5) drehfest gekoppelten Stator und mit einem koaxial zur Welle (9) drehbar um die Drehachse (19) gelagerten Rotor aufweist, der die Welle (9) an dem ersten Ende zur Drehung um die Drehachse (19) antreiben kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Prüfstandsystem (3).

Description

Bremsenprüfstand und Prüfstandsystem

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremsenprüfstand und ein Prüfstandsystem.

Bremsenprüfstände, die einen Rahmen, eine an dem Rahmen angebrachte Antriebseinheit, eine an dem Rahmen um eine Drehachse drehbar gelagerte Welle, die sich von einem der Antriebseinheit zugewandten ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt und an dem ersten Ende zur Drehung um die Drehachse von der Antriebseinheit antreibbar ist, und ein mit dem zweiten Ende der Welle drehfest gekoppeltes Befestigungselement zur lösbaren Befestigung eines Prüflings aufweisen, sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Eine spezielle Form der Bremsenprüfstände sind die Bremspartikelemissionsprüfstände, welche ein Prüfgehäuse aufweisen, das einen Prüfraum definiert und so ausgebildet und so relativ zu dem Befestigungselement angeordnet ist, dass dann, wenn an dem Befestigungselement ein Prüfling lösbar befestigt ist, der Prüfling in dem Prüfraum angeordnet ist. Das Prüfgehäuse weist einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss so auf, dass dann, wenn an dem Befestigungselement ein Prüfling lösbar befestigt ist und ein gasförmiges Fluid durch den Eingangsanschluss in den Prüfraum und durch den Ausgangsanschluss aus dem Prüfraum befördert wird, der Prüfling von dem gasförmigen Fluid umströmt wird. Partikel, die bei der Prüfung des Prüflings in das in dem Prüfraum vorliegende gasförmige Fluid eingebracht werden, können mithilfe des derart beförderten gasförmigen Fluids zusammen mit dem gasförmigen Fluid aus dem Prüfraum befördert werden. Weiter ist der Ausgangsanschluss mit einer Partikelerfassungseinheit verbunden, die dann, wenn in dem gasförmigen Fluid Partikel angeordnet sind, eine Eigenschaft oder mehrere Eigenschaften der Partikel erfasst. Wenn bei der Prüfung des Prüflings in dem Prüfgehäuse Partikel freigesetzt werden, so können diese Partikel mithilfe der Partikelerfassungseinheit nachgewiesen und analysiert werden. Die Eigenschaft oder die Eigenschaften die Anzahl der Partikel und/oder die Masse der Partikel auf.

Generell ist bei Bremsenprüfständen ein kompakter Aufbau wünschenswert, sodass eine möglichst hohe Anzahl von Bremsensprüfständen auf einer bestimmten Boden- fläche bereitgestellt werden können bzw. der Platzbedarf auf der Bodenfläche für einen Bremsenprüfstand minimiert wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Bremsenprüfstand mit einem kompakten Aufbau bereitzustellen.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch einen Bremsenprüfstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der Bremsenprüfstand weist einen Rahmen, eine an dem Rahmen angebrachte Antriebseinheit, eine an dem Rahmen um eine Drehachse drehbar gelagerte Welle, die sich von einem der Antriebseinheit zugewandten ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, und ein mit dem zweiten Ende der Welle drehfest gekoppelten Befestigungselement zur lösbaren Befestigung eines Prüflings auf. Die Antriebseinheit weist einen Torquemotor mit einem mit dem Rahmen drehfest gekoppelten Stator und mit einem koaxial zur Welle drehbar um die Drehachse gelagerten Rotor auf, der die Welle an dem ersten Ende zur Drehung um die Drehachse antreiben kann.

Der Kern der vorliegenden Erfindung gemäß dem ersten Aspekt ist, dass die Antriebseinheit den Torquemotor mit dem mit dem Rahmen drehfest gekoppelten Stator und mit dem koaxial zur Welle drehbar um die Drehachse gelagerten Rotor aufweist, der die Welle an dem ersten Ende zur Drehung um die Drehachse antreiben kann. Der Rotor kann direkt oder indirekt mit dem ersten Ende der Welle gekoppelt sein. Eine indirekte Kopplung kann beispielsweise dadurch gewährleistet sein, dass zwischen dem Rotor und dem ersten Ende der Welle eine Ausgleichskupplung und/oder eine Drehmomentmesseinrichtung und/oder eine Telemetrieeinrichtung angeordnet ist. Insbesondere im Gegensatz zu der Verwendung von asynchronen Fußmaschinen, gewährleistet die Verwendung eines Torquemotors einen besonders kompakten Aufbau des Bremsenprüfstands. Der kompakte Aufbau wird insbesondere deswegen gewährleistet, da bei der Verwendung des Torquemotors weniger Bauteile vorgesehen sein können und insbesondere die Maße des Bremsenprüfstands in eine Richtung entlang der Drehachse deutlich reduziert werden können. Weiter ist insbesondere im Gegensatz zu der Verwendung von asynchronen Fußmaschinen die Verwendung eines Torquemotors vorteilhaft, da auf bei der Verwendung von asynchronen Fußmaschinen vorgesehene Ausrichtvorrichtungen verzichtet werden kann, was die Kompaktheit des Bremsenprüfstands weiter erhöht. Außerdem kann bei der Verwendung eines Torquemotors in dem Rahmen eine zur Drehachse konzentrische Ausnehmung vorgesehen sein, in die der Stator des Torquemotors von einer dem Befestigungselement abgewandten Seite des Bremspartikelprüfstands eingesetzt werden kann. Insbesondere kann dann, wenn auf der dem Befestigungselement zugewandten Seite des Bremspartikelprüfstands eine Lagereinheit zur Lagerung der Welle vorgesehen ist, eine zur Drehachse konzentrisch angeordnete weitere Ausnehmung in dem Rahmen vorgesehen sein, in die die Lagereinheit von der dem Befestigungselement zugewandten Seite eingesetzt werden kann. Insbesondere in diesem Fall kann vorteilhafterweise auf ein Einschleifen zur Ausrichtung der Welle oder des Torquemotors verzichtet werden.

Bevorzugt ist der Torquemotor als Innenläufer ausgebildet. Alternativ bevorzugt ist der Torquemotor als Außenläufer ausgebildet. Bevorzugt ist der Stator des Torquemotors, insbesondere dann, wenn der Torquemotor als Innenläufer ausgebildet ist, über eine Hohlwelle an dem Rahmen befestigt, sodass eine gegebenenfalls vorgesehene Ausgleichskupplung und/oder weitere Komponenten des Bremsenprüfstands, wie beispielsweise eine Drehmomentmesseinrichtung und/oder eine Telemetrieeinrichtung, innerhalb der Hohlwelle angeordnet sein können. Diese Anordnung gewährleistet einen besonders kompakten Aufbau des Bremsenprüfstands, insbesondere entlang der Drehachse. Bevorzugt weist der Torquemotor mindestens 4 Poolpaare auf. Besonders bevorzugt weist der Torquemotor mindestens 10, mindestens 15, mindestens 20, mindestens 25, oder mindestens 30 Poolpaare auf. Bevorzugt ist der Torquemotor ausgebildet, eine Drehzahl von maximal 2500 1/min, bevorzugt maximal 2000 1/min, besonders bevorzugt maximal 1500 1/m bereitzustellen. Bevorzugt ist der Torquemotor ausgebildet, ein Drehmoment von mindestens 1000 Nm, bevorzugt mindestens 1500 Nm, besonders bevorzugt mindestens 1700 Nm bereitzustellen. Besonders bevorzugt weist der Torquemotor selbst und/oder der Bremsenprüfstand zwischen dem Rotor des Torquemotors und der Welle kein Getriebe auf, was einen besonders kompakten Aufbau des Bremsenprüfstands gewährleistet. Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass ein Bremsenprüfstand mit einem kompakten Aufbau bereitgestellt wird.

In einer Ausführungsform weist der Bremsenprüfstand außerdem eine konzentrisch zu der Welle angeordnete Hülse auf, dessen Innendurchmesser größer als ein Außendurchmesser der Welle ist, sodass zwischen der Welle und der Hülse ein Ringspalt ausgebildet ist, in dem ein elastisches Element angeordnet ist. Das elastische Element kann zwischen der Hülse und der Welle verpresst, verklebt oder vulkanisiert oder anderweitig, insbesondere sowohl mit einer Oberfläche der Hülse als auch mit einer Oberfläche der Welle, verbunden sein, sodass sich eine innige Verbindung zwischen der Außenumfangsfläche der Welle und der Innenumfangsfläche der Hülse ergibt. Dementsprechend kann die Hülse mit der Welle über das elastische Element mechanisch gekoppelt sein. Aufgrund dieser Koppelung kann die Hülse im Wesentlichen fest mit der Welle verbunden sein. Oszillierende innere Bewegungen der Welle, die durch Torsion innerhalb der Welle hervorgerufen werden, können durch Vermittlung des elastischen Elements an die Hülse weitergeleitet werden. Durch diese Dämpfung über das elastische Element kann die Hülse von den Torsionsschwingungen der Welle entkoppelt sein. Die Hülse kann dementsprechend in Verbindung mit dem elastischen Element die Torsionsschwingungen der Welle dämpfen. Für diese Dämpfungseigenschaften ist insbesondere die innige Verbindung zwischen den den Ringspalt für das elastische Element begrenzenden Oberflächen von Hülse und Welle mit dem elastischen Element maßgeblich. Die optimalen Dämpfungseigenschaften führen insbesondere zu einem gleichmäßigen und präzisen Umlauf des Prüflings um die Drehachse, sodass Partikel unabhängig von Schwingungen der Welle, insbesondere Drehschwingungen der Welle, bei der Prüfung des Prüflings in das in dem Prüfraum vorliegende gasförmige Fluid eingebracht werden und somit die Erfassung der Eigenschaft oder der mehreren Eigenschaften der Partikel nicht durch die Schwingungen der Welle beeinflusst werden. Außerdem kann bei einer derartigen optimalen Dämpfungseigenschaft eine Kupplung vorgesehen sein, die nur noch eine Ausgleichsfunktion jedoch keine Schwingungsdämpfungsfunktion bereitstellen muss, sodass die Kupplung und insbesondere der gesamte Bremsenprüfstand besonders kompakt ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann die Kupplung als Ausgleichskupplung vorgesehen sein. Außerdem kann die Kupplung bevorzugt innerhalb des Torquemotors angeordnet sein, was die Abmessung des Bremspartikelprüfstands entlang der Drehachse weiter reduziert.

In einer Ausführungsform weist der Bremsenprüfstand außerdem ein mit dem Rahmen einstückig ausgebildetes Rahmenteil mit einer zur Drehachse koaxialen Ausnehmung, die eine zur Drehachse symmetrische kegelabschnittförmige Ausnehmung ist, und eine Lagerung aufweist, die in der Ausnehmung drehfest lösbar angeordnet ist und eine äußere Kegelwandung aufweist, die mit ihrer zumindest teilweise gleichen Außenkontur wie der Kontur einer inneren Wandung der Ausnehmung an der inneren Wandung der Ausnehmung in Anlage ist, wobei die Lagerung zur Drehachse koaxial ausgerichtet ist und über ein oder mehrere Lager der Lagerung die Welle um die Drehachse drehbar an dem Rahmen gelagert ist. Die Ausnehmung kann beispielsweise als Bohrung oder mittels eines Gußverfahrens hergestellt sein.

BremsenprüfstandBevorzugt kann aufgrund der Ausbildung der Ausnehmung und der Ausbildung der Lagerung die Lagerung zusammen mit dem einen Lager oder den mehreren Lagern und der Welle eine leicht vormontierbare Baueinheit bilden. Diese Baueinheit kann beim Einbau mit ihrer äußeren Kegelwandung in der kegelabschnittförmigen Ausnehmung spielfrei und mit sehr hoher Positionsgenauigkeit exakt koaxial zur Drehachse ausgerichtet eingesetzt werden, sodass kein weiteres Ausrichten erforderlich ist. Dies ermöglicht eine schnelle Austauschbarkeit dieser Baueinheit. Die Lastabtragung von der Welle erfolgt im Bereich des Lagers oder der Lager über die Lagerung direkt in das Rahmenteil und den restlichen Rahmen. Ist das Ende geringeren Durchmessers der kegelabschnittsförmigen Ausnehmung der Antriebseinheit zugewandt, so besteht ein weitgehend ungehinderter Zugang zur kegelabschnittförmigen Ausnehmung. Der Kegelwinkel der kegelabschnittförmigen Ausnehmung kann zwischen 0° und 5° betragen. Vorzugsweise beträgt der Kegelwinkel zwischen 1 ° und 3°, insbesondere 2°. Dadurch erfolgt nicht nur eine exakte koaxiale Ausrichtung der Baueinheit, sondern auch eine gute Krafteinleitung der Lagerkräfte in das Rahmenteil. Um ein sicheres Anliegen der äußeren Kegelwandung der Lagerung an der kegelabschnittsförmigen Ausnehmung zu gewährleisten, kann die äußere Kegelwandung der Lagerung durch Kegelwandungsabschnitte in den beiden Endbereichen der Lagerung ausgebildet sein, zwischen denen die Lagerung mit einer radial umlaufenden Ringvertiefung ausgebildet ist. Für den Grenzfall eines Kegelwinkels von 0° stellt die Ausnehmung eine zylindrische Ausnehmung dar, welche im Sinne der Erfindung jedoch ebenfalls als der kegelabschnittförmigen Ausnehmung verstanden wird.

In einer Ausführungsform ist eine Versatzausgleichskupplung des Bremsenprüfstand innerhalb eines Gehäuses des Torquemotors angeordnet. Die Versatzausgleichskupplung dient dazu, einen ggf. vorhandenen radialen Versatz zwischen der Motorwelle und einer mit der Motorwelle verbundenen weiteren Welle auszugleichen. Indem die Versatzausgleichskupplung innerhalb eines Gehäuses des Torquemotors angeordnet ist, ergibt sich eine axial sehr kompakte Bauform des Bremsenprüfstands. Die Versatzausgleichskupplung kann beispielsweise als Hohlwelle ausgebildet sein, welche radial um die Motorwelle herum angeordnet sein kann und drehfest mit der Motorwelle verbunden ist.

Insbesondere in Verbindung mit dem elastischen Element in der Lagerung kann somit eine sehr kompakte Bauform des Bremsenprüfstands erzielt werden, da auftretende Torsionsschwingungen in der Lagerung gedämpft werden können und ein radialer Versatz innerhalb des Gehäuses des Torquemotors ausgeglichen werden kann. Auf eine im Stand der Technik üblicherweise verwendete Elastormerkupplung, die im Stand der Technik gleichermaßen die Torsionsschwingungen dämpft wie auch den radialen Versatz ausgleicht, kann somit vorteilhaft verzichtet werden. Eine derartige Elastomerkupplung erfordert üblicherweise aufgrund ihre großen Durchmessers vergleichsweise viel Bauraum.

In einer Ausführungsform ist der Bremsenprüfstand ein Bremsenprüfstand zur Prüfung von Scheibenbremsen und der Prüfling ist eine Bremsscheibe. Bevorzugt ist das Befestigungselement so ausgebildet, dass an dem Befestigungselement eine Bremsscheibe lösbar angebracht werden kann, sodass sich die Bremsscheibe dann um die Drehachse dreht, wenn das Befestigungselement sich um die Drehachse dreht. Bevorzugt ist in der Nähe von dem Befestigungselement eine Vorrichtung an dem Rahmen angebracht, an die ein Bremsträger lösbar angebracht werden kann, an dem ein Bremssattel angebracht ist oder mit dem der Bremssattel ein einstückiges Bauteil bildet. Der Bremssattel kann von zwei gegenüberliegenden Seiten ent- lang der Drehachse gesehen zwei Bremsbeläge mit der sich um die Drehachse drehende Bremsscheibe in Kontakt bringen und so einen Bremsvorgang simulieren.

In einer Ausführungsform ist der Bremsenprüfstand ein Bremsenprüfstand zur Prüfung von Trommelbremsen ist und der Prüfling ist eine Bremstrommel. Bevorzugt ist das Befestigungselement so ausgebildet, dass an dem Befestigungselement eine Bremstrommel lösbar angebracht werden kann, sodass sich die Bremstrommel dann um die Drehachse dreht, wenn das Befestigungselement sich um die Drehachse dreht.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Bremsenprüfstand als Bremspartikelemissionsprüfstand ausgebildet ist.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Torquemotor eine Flanschanbindung auf. Gegenüber einer sog. Fußanbindung, wie sie im Stand der Technik oftmals üblich ist, bietet eine Flanschanbindung eine vergleichsweise höhere Steifigkeit der Anbindung, so dass vergleichsweise weniger das Messergebnis ungünstig beeinflussende Schwingungen auftreten.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Prüfstandsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Das Prüfstandsystem weist zwei Bremspartikelemissionsprüfstände auf. Jeder Bremsenprüfstand ist ein Bremsenprüfstand gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die Bremspartikelemissionsprüfstände sind so angeordnet, dass die ersten Enden der Wellen einander zugewandt sind und die zweiten Enden der Wellen voneinander abgewandt sind. Insbesondere können die Drehachsen der beiden Bremspartikelemissionsprüfstände entlang derselben Geraden verlaufen. Insbesondere im Gegensatz zu der Verwendung von asynchronen Fußmaschinen, gewährleistet die Verwendung eines Torquemotors einen kompakten Aufbau des Prüfstandsystems. Insbesondere dann, wenn zwei Bremspartikelemissionsprüfstände so angeordnet sind, dass die ersten Enden der Wellen einander zugewandt sind und die zweiten Enden der Wellen voneinander abgewandt sind, können im Vergleich zu der Verwendung von asyn- chronen Fußmaschinen zwei Bremspartikelemissionsprüfstände auf einer bestimmten Bodenfläche bereitgestellt werden auf der lediglich ein Bremsenprüfstand mit einer asynchronen Fußmaschine bereitgestellt werden kann. Insbesondere dann, wenn zwei Bremspartikelemissionsprüfstände mit einem Torquemotor so angeordnet sind, dass die Drehachsen der beiden Bremspartikelemissionsprüfstände entlang derselben Geraden verlaufen, kann eine Vielzahl von Prüfstandsystemen besonders kompakt angeordnet sein. Außerdem können dann, wenn die Bremspartikelemissionsprüfstände so angeordnet sind, dass die ersten Enden der Wellen einander zugewandt sind und die zweiten Enden der Wellen voneinander abgewandt sind, der Rahmen eines ersten Bremsenprüfstands der Bremspartikelemissionsprüfstände und der Rahmen eines zweiten Bremsenprüfstands der Bremspartikelemissionsprüfstände zusammen einstückig ausgebildet sein oder zusammen einen einzigen Rahmen bilden. Hierdurch können die Maße des für die zwei Bremspartikelemissionsprüfstände benötigten Rahmens deutlich reduziert werden, was auch zu einem besonders kompakten Aufbau des Prüfstandsystems führt.

Die im Zusammenhang mit dem Bremsenprüfstand gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Merkmale, technischen Effekte und/oder Vorteile gelten zumindest in analoger Weise auch für das Prüfstandsystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, sodass an dieser Stelle auf eine entsprechende Wiederholung verzichtet wird.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bremsenprüfstands. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in einem ersten Schritt ein metallisches Skelett des Rahmens hergestellt wird und in einem zweiten Schritt das metallische Skelett mit einem Mineralguss vergossen wird. Das metallische Skelett gibt dabei bereits zumindest in Grundzügen bereits die endgültige Form des Rahmens wird. Der Mineralguss weist eine vergleichsweise hohe Schwingungsdämpfungsfähigkeit auf und ist besonders steif. Durch die hohe Steifigkeit des Mineralgusses können auch die elastischen und somit schwingungstechnisch nachteiligen Eigenschaften des metallischen Skeletts ausgeglichen werden. Somit kann auf sehr einfache und kostengünstige Weise ein hochsteifer Rahmen für den erfindungsgemäßen Bremsenprüfstand hergestellt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass während des zweiten Schritts eine Ausnehmung im Rahmen erzeugt wird, indem ein Platzhalter, welcher einer äußeren Form eines Gehäuses einer Lagerung entspricht, im Mineralguss positioniert wird. Der Platzhalter kann dabei zylinderförmig oder kegelförmig sein, je nachdem für welche Gehäuseform die Ausnehmung ausgebildet sein soll. Der Platzhalter kann beispielsweise vor dem Vergießen zum metallischen Skelett ausgerichtet und positioniert werden. Dies stellt eine ebenso einfache wie schnelle und kostengünstige Möglichkeit zur präzisen Herstellung der Ausnehmung dar. Ein vergleichsweise aufwändiger Herstellprozess der Ausnehmung, beispielsweise durch Bohren, entfällt somit vorteilhaft.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Mineralguss schrumpffrei ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Aufnahme während des Aushärtens des Mineralgusses in der ursprünglich durch den Platzhalter definierten Form bleibt. Weder entstehen mechanische Spannungen zwischen der Ausnehmung und dem Platzhalter noch verengt sich die Ausnehmung während des Aushärtens.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, als Bremspartikelemissionsprüfstand ausgebildeten Bremsenprüfstands. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüfstandsystems mit zwei Bremspartikelemissionsprüfständen gemäß der Ausführungsform in Figur 1 .

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremspartikelemissionsprüfstands 1 und Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prüfstandsystems 3 mit zwei Bremspartikelemissionsprüfständen gemäß der Ausführungsform in Figur 1 .

Jeder Bremspartikelemissionsprüfstand 1 weist einen Rahmen 5, eine Antriebseinheit 7, eine Welle 9, ein Befestigungselement 11 , ein Rahmenteil 13 und ein Prüfgehäuse 15 auf, in dem ein Prüfling 17 angeordnet ist. An dem Rahmen 5, der aus Mineralguss gebildet ist, ist die Antriebseinheit 7 angebracht. Das Rahmenteil 13 ist mit dem Rahmen 5 einstückig ausgebildet. Die Welle 9 ist an dem Rahmen 5 um eine Drehachse 19 drehbar gelagert. Die Welle 9 erstreckt sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende. Das erste Ende ist der Antriebseinheit 7 zugewandt und das zweite Ende ist der Seite des Bremspartikelemissionsprüfstands 1 zugewandt, an der das Prüfgehäuse 15 angeordnet ist. Das Befestigungselement 11 ist mit dem zweiten Ende der Welle 9 drehfest gekoppelt und ausgebildet, dass der Prüfling 17 lösbar an dem Befestigungselement 11 befestigt werden kann. Das Prüfgehäuse 15 definiert einen Prüfraum, in dem der Prüfling 17 angeordnet ist. Das Prüfgehäuse 15 ist so ausgebildet und so relativ zu dem Befestigungselement 11 angeordnet, dass der Prüfling 17 in dem Prüfraum angeordnet ist. Insbesondere kann das Prüfgehäuse 15 in seinen Dimensionen den Dimensionen eines bestimmten Prüflings 17 angepasst werden, der mit dem Bremspartikelemissionsprüfstand 1 geprüft werden soll. Das Prüfgehäuse gewährleistet insbesondere, dass keine Partikel in die Umgebung des Bremspartikelemissionsprüfstands gelangen und, dass der Bremspartikelprüfstand von einem Bediener sicher bedient werden kann.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsform des Bremspartikelemissionsprüfstands 1 ist ein Bremsen prüfstand zur Prüfung von Scheibenbremsen, wobei der Prüfling 17 eine Bremsscheibe ist. Insbesondere ist hierfür das Befestigungsele- ment 11 so ausgebildet, dass an dem Befestigungselement 11 eine Bremsscheibe lösbar angebracht werden kann, sodass sich die Bremsscheibe dann um die Drehachse 19 dreht, wenn das Befestigungselement 11 sich um die Drehachse 19 dreht. Insbesondere ist neben dem Befestigungselement 11 eine Vorrichtung an dem Rahmen 5 vorgesehen, an die ein Bremsträger lösbar angebracht werden kann, an dem ein Bremssattel 21 angebracht ist oder mit dem der Bremssattel 21 ein einstückiges Bauteil bildet. Der Bremssattel 21 kann von zwei gegenüberliegenden Seiten entlang der Drehachse 19 gesehen zwei Bremsbeläge mit der sich um die Drehachse 19 drehende Bremsscheibe in Kontakt bringen und so einen Bremsvorgang simulieren. Der Bremsträger kann so in unterschiedlichen Positionen um die Drehachse 19 herum angeordnet sein, dass die zwei Bremsbeläge in Figur 1 von oben, vorne, hinten oder unten oder in beliebigen Positionen dazwischen mit der Bremsscheibe in Kontakt gebracht werden können und somit Bremsvorgänge für unterschiedliche Einbaukonfigurationen des Bremsträgers simuliert werden können. Die in den Figuren 1 und

2 dargestellte Ausführungsform des Bremspartikelemissionsprüfstands 1 kann so umgerüstet werden, dass er ein Bremsenprüfstand zur Prüfung von Trommelbremsen ist, wobei der Prüfling 17 eine Bremstrommel ist, die sich dann um die Drehachse 19 dreht, wenn das Befestigungselement 11 sich um die Drehachse 19 dreht. Dies ist möglich, da das Befestigungselement 11 ausgebildet ist, dass an dem Befestigungselementen 11 eine Bremstrommel lösbar angebracht werden kann, sodass sich die Bremstrommel dann um die Drehachse 19 dreht, wenn das Befestigungselement 11 sich um die Drehachse 19 dreht. Außerdem weist jeder Bremspartikelemissionsprüfstand 1 eine mit der Welle 9 gekoppelte Ausgleichskupplung 23, eine mit der Welle 9 gekoppelte Drehmomentmesseinrichtung 24 in Form eines Messflansches und eine mit der Welle 9 gekoppelte Telemetrieeinrichtung 25 zur Übertragung von an dem Prüfling 17 erfassten Messdaten an eine stationäre Messdatenverarbeitungseinrichtung auf.

Ein gasförmiges Fluid kann das Prüfgehäuse 15 durchströmen und dabei den in dem Prüfgehäuse 15 angeordneten Prüfling 17 umströmen. Das Prüfgehäuse 15 weist einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss auf. Wenn ein gasförmiges Fluid durch den Eingangsanschluss in den Prüfraum und durch den Ausgangsanschluss aus dem Prüfraum befördert wird, wird der Prüfling 17 von dem gasförmigen Fluid umströmt. In Strömungsrichtung gesehen weist der Bremspartikelemissionsprüfstand 1 nach dem Ausgangsanschluss eine Partikelerfassungseinheit auf, mit der der Ausgangsanschluss verbunden ist. Die Partikelerfassungseinheit erfasst dann, wenn in dem gasförmigen Fluid Partikel angeordnet sind, eine Eigenschaft oder mehrere Eigenschaften der Partikel. Die Eigenschaft oder die Eigenschaften weisen die Anzahl der Partikel und/oder die Masse der Partikel auf. Wenn also der Prüfling 17 in dem Prüfgehäuse 15 während er geprüft wird von dem gasförmigen Fluid umströmt wird und bei der Prüfung Partikel freigesetzt werden, so können diese Partikel mithilfe der Partikelerfassungseinheit nachgewiesen und analysiert werden.

Die Antriebseinheit 7 jedes Bremspartikelemissionsprüfstands 1 weist einen Torquemotor auf. Der Torquemotor weist einen mit dem Rahmen 5 über eine Flanschanbindung drehfest gekoppelten Stator und einen mit einem koaxial zur Welle 9 drehbar um die Drehachse 19 gelagerten Rotor auf. Der Rotor ist mit der Welle 9 drehbar gekoppelt, sodass der Rotor die Welle 9 an dem ersten Ende zur Drehung um die Drehachse 19 antreiben kann. Insbesondere im Gegensatz zu der Verwendung von asynchronen Fußmaschinen, gewährleistet die Verwendung eines Torquemotors einen besonders kompakten Aufbau der Bremspartikelemissionsprüfstände 1 , da insbesondere weniger Bauteile vorgesehen sein müssen und insbesondere die Maße des Bremspartikelemissionsprüfstands 1 in eine Richtung entlang der Drehachse 19 deutlich reduziert werden können.

In den Figuren 1 und 2 ist der Stator des Torquemotors über eine Hohlwelle an dem Rahmen 5 befestigt, sodass die Ausgleichskupplung 23 innerhalb der Hohlwelle angeordnet sein kann. Diese Anordnung gewährleistet einen besonders kompakten Aufbau des Bremspartikelemissionsprüfstandes 1 , insbesondere entlang der Drehachse 19.

In den Figuren 1 und 2 weist das Rahmenteil 13 eine zur Drehachse 19 koaxial angeordnete Ausnehmung 27 auf. Die Ausnehmung 27 ist eine zur Drehachse 19 symmetrische kegelabschnittförmige Ausnehmung 27. Außerdem weisen die Bremspartikelemissionsprüfstände jeweils eine Lagerung 29 auf. Die Lagerung 29 ist in der Ausnehmung 27 drehfest lösbar angeordnet und weist eine äußere Kegelwandung auf, die mit ihrer zumindest teilweise gleichen Außenkontur wie der Kontur einer inneren Wandung der Ausnehmung 27 an der inneren Wandung der Ausnehmung 27 in Anlage ist. Jede Lagerung 29 weist eine zur Drehachse 19 koaxiale durchgehende Lagerbohrung auf in der über ein oder mehrere Lager die Welle 9 um die Drehachse 19 drehbar an dem Rahmen 5 gelagert ist. Aufgrund der Ausbildung der Ausnehmung 27 und der Ausbildung der Lagerung 29 kann die Lagerung 29 zusammen mit dem einen oder den mehreren Lagern und der Welle 9 eine leicht vormontierbare Baueinheit bilden. Diese Baueinheit kann beim Einbau mit ihrer äußeren Kegelwandung in der kegelabschnittförmigen Ausnehmung 27 spielfrei und mit sehr hoher Positionsgenauigkeit exakt koaxial zur Drehachse 19 ausgerichtet eingesetzt werden, sodass kein weiteres Ausrichten erforderlich ist. Dies ermöglicht eine schnelle Austauschbarkeit dieser Baueinheit. Die Lastabtragung von der Welle 9 erfolgt im Bereich des Lagers oder der Lager über die Lagerung 29 direkt in das Rahmenteil 13 und den restlichen Rahmen 5. Ist das Ende geringeren Durchmessers der kegelabschnittsförmigen Ausnehmung 27 der Antriebseinheit 7 zugewandt, so besteht ein weitgehend ungehinderter Zugang zur kegelabschnittförmigen Ausnehmung 27. Der Kegelwinkel der kegelabschnittförmigen Ausnehmung 27 kann zwischen 0° und 5° betragen, wobei die kegelabschnittförmigen Ausnehmung 27 im Grenzfall eines Kegelwinkels von 0° zylinderförmig wird, jedoch im Sinne der Erfindung als kegelförmig verstanden wird. Vorzugsweise beträgt der Kegelwinkel zwischen 1 ° und 3°, insbesondere 2°. Dadurch erfolgt nicht nur eine exakte koaxiale Ausrichtung der Baueinheit, sondern auch eine gute Krafteinleitung der Lagerkräfte in das Rahmenteil 13. Um ein sicheres Anliegen der äußeren Kegelwandung der Lagerung 29 an der kegelabschnittsförmigen Ausnehmung 27 zu gewährleisten, kann die äußere Kegelwandung der Lagerung 29 durch Kegelwandungsabschnitte in den beiden Endbereichen der Lagerung 29 ausgebildet sein, zwischen denen die Lagerung 29 mit einer radial um laufenden Ringvertiefung ausgebildet ist.

Weiter kann jeder der Bremspartikelemissionsprüfstände 1 außerdem eine konzentrisch zu der Welle 9 angeordnete Hülse aufweisen, dessen Innendurchmesser größer als ein Außendurchmesser der Welle 9 ist, sodass zwischen der Welle 9 und der Hülse ein Ringspalt ausgebildet ist, in dem ein elastisches Element angeordnet ist. Das elastische Element kann zwischen der Hülse und der Welle 9 verpresst, verklebt oder vulkanisiert oder anderweitig verbunden sein, so dass sich eine innige Verbindung zwischen der Außenumfangsfläche der Welle 9 und der Innenumfangsfläche der Hülse ergibt. Dementsprechend ist die Hülse mit der Welle 9 über das elastische Element mechanisch gekoppelt. Aufgrund dieser Koppelung ist die Hülse im Wesentlichen fest mit der Welle 9 verbunden. Oszillierende innere Bewegungen der Welle 9, die durch Torsion innerhalb der Welle 9 hervorgerufen werden, werden durch Vermittlung des elastischen Elements an die Hülse weitergeleitet. Durch diese Dämpfung über das elastische Element ist die Hülse von den Torsionsschwingungen der Welle 9 entkoppelt. Die Hülse kann dementsprechend in Verbindung mit dem elastischen Element die Torsionsschwingungen der Welle 9 dämpfen. Für diese Dämpfungseigenschaften ist bei den gezeigten Ausführungsformen die innige Verbindung zwischen den den Ringspalt für das elastische Element begrenzenden Oberflächen von Hülse und Welle 9 mit dem elastischen Element maßgeblich.

Wie bereits beschrieben, zeigt Figur 2 eine schematische Darstellung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstandsystems 3 mit zwei Bremspartikelemissionsprüfständen 1 gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform. Die Bremspartikelemissionsprüfstände 1 sind so angeordnet, dass die ersten Enden der Wellen 9 einander zugewandt sind und die zweiten Enden der Wellen 9 voneinander abgewandt sind. Insbesondere verlaufen die Drehachsen 19 der beiden Bremspartikelemissionsprüfstände 1 entlang derselben Geraden. Insbesondere im Gegensatz zu der Verwendung von asynchronen Fußmaschinen, gewährleistet die Verwendung eines Torquemotors einen wie in der Figur 2 dargestellten kompakten Aufbau des Prüfstandsystems 3. Insbesondere dann, wenn zwei Bremspartikelemissionsprüfstände 1 so angeordnet sind, dass die ersten Enden der Wellen 9 einander zugewandt sind und die zweiten Enden der Wellen 9 voneinander abgewandt sind, können im Vergleich zu der Verwendung von asynchronen Fußmaschinen zwei Bremspartikelemissionsprüfstände 1 auf einer bestimmten Bodenfläche bereitgestellt werden auf der lediglich ein Bremspartikelemissionsprüfstand mit einer asynchronen Fußmaschine bereitgestellt werden kann. Insbesondere dann, wenn zwei Bremspartikelemissionsprüfstände 1 mit einem Torquemotor so angeordnet sind, dass die Drehachsen 19 der beiden Bremspartikelemissionsprüfstände 1 entlang derselben Geraden verlaufen, kann eine Vielzahl von Prüfstandsystemen 3 besonders kompakt angeordnet werden. Außerdem können dann, wenn die Bremspartikelemissionsprüfstände 1 so angeordnet sind, dass die ersten Enden der Wellen 9 einander zugewandt sind und die zweiten Enden der Wellen 9 voneinander abgewandt sind, der Rahmen 5 eines ersten Bremspartikelemissionsprüfstands 1 der Bremspartikelemissionsprüfstände 1 und der Rahmen 5 eines zweiten Bremspartikelemissionsprüfstands 1 der Bremspartikelemissionsprüfstände 1 zusammen einstückig ausgebildet sein oder zusammen einen einzigen Rahmen 5 bilden. Hierdurch können die Maße des für die zwei Bremspartikelemissionsprüfstände 1 benötigten Rahmens 5 deutlich reduziert werden, was auch zu einem besonders kompakten Aufbau des Prüfstandsystems 3 führt.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Bezuqszeichen

Bremspartikelemissionsprüfstand, Bremsenprüfstand

Prüfstandsystem

Rahmen

Antriebseinheit

Welle

Befestigungselement

Rahmenteil

Prüfgehäuse

Prüfling

Drehachse

Bremssattel

Ausgleichskupplung

Drehmomentmesseinrichtung

Telemetrieeinrichtung

Ausnehmung

Lagerung

Claims

Patentansprüche Bremsenprüfstand (1 ) mit einem Rahmen (5), einer an dem Rahmen (5) angebrachten Antriebseinheit (7), einer an dem Rahmen (5) um eine Drehachse (19) drehbar gelagerte Welle (9), die sich von einem der Antriebseinheit (7) zugewandten ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, und einem mit dem zweiten Ende der Welle (9) drehfest gekoppelten Befestigungselement (11 ) zur lösbaren Befestigung eines Prüflings (17), wobei die Antriebseinheit (7) einen Torquemotor mit einem mit dem Rahmen (5) drehfest gekoppelten Stator und mit einem koaxial zur Welle (9) drehbar um die Drehachse (19) gelagerten Rotor aufweist, der die Welle (9) an dem ersten Ende zur Drehung um die Drehachse (19) antreiben kann. Bremsenprüfstand (1 ) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Bremsenprüfstand (1 ) außerdem eine konzentrisch zu der Welle (9) angeordnete Hülse aufweist, dessen Innendurchmesser größer als ein Außendurchmesser der Welle (9) ist, sodass zwischen der Welle (9) und der Hülse ein Ringspalt ausgebildet ist, in dem ein elastisches Element angeordnet ist. Bremsenprüfstand (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsenprüfstand (1 ) außerdem ein mit dem Rahmen (5) einstückig ausgebildetes Rahmenteil (13) mit einer zur Drehachse (19) koaxialen Ausnehmung (27), die eine zur Drehachse (19) symmetrische kegelabschnittförmige Ausnehmung (27) ist, und eine Lagerung (29) aufweist, die in der Ausnehmung (27) drehfest lösbar angeordnet ist und eine äußere Kegelwandung aufweist, die mit ihrer zumindest teilweise gleichen Außenkontur wie der Kontur einer inneren Wandung der Ausnehmung (27) an der inneren Wandung der Ausnehmung (27) in Anlage ist, wobei die Lagerung (29) zur Drehachse (19) koaxial ausgerichtet ist und über ein oder mehrere Lager der Lagerung (29) die Welle (9) um die Drehachse (19) drehbar an dem Rahmen (5) gelagert ist. Bremsenprüfstand (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Versatzausgleichskupplung innerhalb eines Gehäuses des Torquemotors angeordnet ist. Bremsenprüfstand (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsenprüfstand (1 ) ein Bremsenprüfstand zur Prüfung von Scheibenbremsen ist und der Prüfling (17) eine Bremsscheibe ist. Bremsenprüfstand (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bremsenprüfstand (1 ) ein Bremsenprüfstand zur Prüfung von Trommelbremsen ist und der Prüfling (17) eine Bremstrommel ist. Bremsenprüfstand (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremsenprüfstand als Bremspartikelemissionsprüfstand ausgebildet ist. Bremsenprüfstand (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Torquemotor eine Flanschanbindung aufweist. Prüfstandsystem (3) mit zwei Bremspartikelemissionsprüfständen (1 ), wobei jeder Bremsenprüfstand (1 ) ein Bremsenprüfstand (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist und die Bremspartikelemissionsprüfstände so angeordnet sind, dass die ersten Enden der Wellen (9) einander zugewandt sind und die zweiten Enden der Wellen (9) voneinander abgewandt sind. Verfahren zur Herstellung eines Bremsenprüfstand (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt ein metallisches Skelett des Rahmens (5) hergestellt wird und in einem zweiten Schritt das metallische Skelett mit einem Mineralguss vergossen wird. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des zweiten Schritts eine Ausnehmung (27) im Rahmen (5) erzeugt wird, indem ein Platzhalter, welcher einer äußeren Form eines Gehäuses einer Lagerung (29) entspricht, im Mineralguss positioniert wird. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralguss schrumpffrei ist.

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