WO2024061571A1 - Modalhammer und verfahren zur schwingungstechnischen untersuchung einer bremsscheibe - Google Patents

Modalhammer und verfahren zur schwingungstechnischen untersuchung einer bremsscheibe Download PDF

Info

Publication number
WO2024061571A1
WO2024061571A1 PCT/EP2023/073398 EP2023073398W WO2024061571A1 WO 2024061571 A1 WO2024061571 A1 WO 2024061571A1 EP 2023073398 W EP2023073398 W EP 2023073398W WO 2024061571 A1 WO2024061571 A1 WO 2024061571A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
brake disc
brake
predefined
modal
modal hammer
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/073398
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Bloch
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Publication of WO2024061571A1 publication Critical patent/WO2024061571A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18—Safety devices; Monitoring
    • B60T17/22—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices
    • B60T17/221—Procedure or apparatus for checking or keeping in a correct functioning condition of brake systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/0006—Noise or vibration control
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means

Definitions

  • the present invention relates to a modal hammer and a method for the vibration analysis of a brake disc.
  • the present invention relates to an improved possibility for examining modes of a brake disc under realistic conditions.
  • BGP Brake noise test benches
  • an active noise search can be carried out, in which the braking system is stimulated to vibrate in the audible frequency range by an additional device.
  • the vibration excitation must occur as close as possible to the frictional contact between the disc and the pad, as this is the cause of the brake noise.
  • Passive noise search is very time-consuming, as many tests on the test bench are necessary to obtain a meaningful result.
  • results of passive noise search are subject to fluctuations, the cause of which is not fully understood.
  • a noise For an operational deflection shape analysis of a braking system, a noise must be generated by deliberately approaching the operating states. As soon as a microphone detects the noise, a measurement is taken to determine the operational deflection shapes using a Doppler laser scanning vibrometer. However, it is often difficult to maintain the noise long enough, so the measurement time is limited. However, since several hundred measurement points must preferably be sampled in order to correctly reconstruct an operating deflection shape, it may be necessary to start up the respective operating state several times. In addition, only the operating deflection shape at the frequency of the noise occurring is measured.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention by a method for examining the vibrations of a brake disc.
  • a modal hammer is proposed for use in the method according to the invention.
  • a method for vibration analysis of a brake disc is proposed.
  • the brake disc can be intended for a car brake system.
  • the brake disc is rotated while it is in engagement with a brake pad or is braked by means of the brake pad.
  • the brake block or the brake system can also be a near-series brake system or one that corresponds to the series version.
  • a combination of brake disc and brake pad, brake caliper, etc. is examined on a test bench for its vibration properties.
  • the braking intervention can take place with a predefined braking force.
  • the braked brake disc can be rotated, for example, using an electric motor. This can be operated in a speed-controlled manner, so that a predefined speed of the Brake disc is always adhered to.
  • the brake disc is excited by means of a vibration exciter, in particular automatically, preferably by means of a blow from a modal hammer.
  • a vibration exciter in particular automatically, preferably by means of a blow from a modal hammer.
  • the modal hammer can hit the brake disc in the radial direction or in the axial direction.
  • the brake discs are stimulated during their movement under the influence of braking force using the modal hammer. This results in a particularly realistic vibration mode for the brake disc, which is subsequently exploited.
  • the brake disc is scanned at various points using a laser vibrometer.
  • representative surface areas of the brake disc of the laser vibrometer are scanned with regard to their deflection in the course of the excited vibration (brake squeak).
  • the points can be measured after a single blow using the modal hammer, using a respective blow, using the modal hammer or during several blows with the modal hammer.
  • the rotation under the influence of braking force results in a particularly realistic modal analysis, since the excitation and grinding effect by the brake is contained realistically, the local influence of the brake on different areas of an oscillation form is preserved, centrifugal forces occur within the brake as in real operation and, in addition, the ambient air Air chambers flow through between the two sides of the brake disc.
  • the results recorded using the laser vibrometer therefore correspond as closely as possible to real operating conditions under which brake squealing usually occurs.
  • the successive measurement of the various points on the brake disc can preferably lead to representative results by ensuring a predefined speed of rotation before the scanning is carried out.
  • a speed can be kept constant while scanning is taking place and/or other predefined conditions can be ensured.
  • a predefined temperature of the brake disc or brake fluid can also be ensured.
  • the system can be brought into a steady state in which the brake disc radiates exactly as much thermal energy as it absorbs through the braking process.
  • the measurement of the The predefined temperature can be achieved using contactless measurements, using a grinding thermometer and/or by measuring the brake fluid temperature. After the brake disc temperature has settled, the measurement using the laser vibrometer can be enabled.
  • a predefined brake pressure can be determined, which is kept constant over the duration of the scanning of the various points in order to be able to combine the measurement of the various points on the brake disc essentially without errors.
  • it can be ensured that a predefined rotational position of the brake disc is established at the moment the modal hammer hits. In this way, the modal hammer always hits the identical position on the brake disc, so that any rotational asymmetries cannot have any influence on the measurement result. Only in response to the determination of the aforementioned starting conditions or any combinations of the aforementioned starting conditions is the excitation and/or scanning of the brake disc subsequently started. The best possible measurement results can therefore be guaranteed by sequential scanning of the brake disc using the laser vibrometer.
  • the laser beam of the laser vibrometer can be guided to a predefined point on the brake disc.
  • the same point can always be irradiated by the laser beam while the point in question is being measured.
  • the laser beam can be fixed so that a circle is scanned on the brake disc.
  • the laser beam can be arranged on a device that is rotated synchronously with the brake disc in order to keep the laser beam aimed at the point.
  • the laser beam can be deflected onto a circular path using an optical mirror or similar so that one and the same point on the brake disc is always scanned while the vibration of the brake disc subsides.
  • the excitation or striking direction of the modal hammer can take place in the radial direction and/or in the tangential direction.
  • the modal hammer can be used for this purpose on (bare) side surfaces of the brake disc that are engaged by the brake blocks or those that have empty spaces The front face of the brake disc stimulates surfaces normally.
  • the modal hammer can have a handle which is aligned in a tangential direction to the rotation of the brake disc at the moment in which the head of the modal hammer touches the brake disc.
  • the modal hammer can be designed using different measuring sensors to measure a characteristic of the impact and compare it with a predefined reference.
  • the impulse exerted by the hammer or the speed/acceleration of the hammer head at the time of impact can be determined using measurements.
  • the reference can represent a target value for the parameter, so that in response to the predefined reference being reached, the measurement is declared “valid” or “okay” and saved, while in the event of a deviation from the predefined reference, the measurement is rejected the measurement data is optionally not saved and the measurement is repeated automatically if necessary.
  • the modal hammer can in particular be arranged stationary on the test stand.
  • the modal hammer can be arranged in a stationary manner with respect to the laser vibrometer or laser vibrometers.
  • the modal hammer can be fixed on a tripod (tripod) and/or at least detached from the braking system in order not to influence the braking system in terms of vibration during the examination.
  • the vibration analysis can in particular include the sampling of 3 to 3000, in particular 30 to 300, most preferably 50 to 200, measuring points.
  • the brake disc can have a rotational speed of 0.5 to 10 rpm, preferably 1 to 5 rpm, most preferably 1.5 to 4 rpm. These rotational speeds correspond to those that prevail shortly before standstill, when experience shows that the brakes have the greatest tendency to squeak.
  • the method according to the invention can be designed in such a way that for each of the aforementioned measuring points on the brake disc at least, preferably exactly, one blow is carried out using the modal hammer, after which the swing behavior of the brake disc at the point under consideration is recorded using the laser vibrometer. The surface of the brake disc is thus successively measured point by point using the laser vibrometer after a substantially identical vibration state produced according to the invention has been provoked using the modal hammer.
  • a modal hammer which is suitable for carrying out the aforementioned method.
  • the modal hammer has a motor that allows a handle to be pivoted.
  • the stem carries an elastic element between the motor and head. Due to the elastic element, the head is able to move slightly with the brake disc independently of the kinematics activated by the motor, while it touches the brake disc and, if necessary, adheres there.
  • the elastic element relieves the bearing of the handle in the motor or the motor, decouples the motor from the head in terms of vibrations and can also provide information about the forces at work through its deformation.
  • the elastic element enables a distance measurement in order to be able to draw conclusions about the impact force.
  • the elastic element can be arranged between the motor and the handle and/or between the handle and the head of the modal hammer. This means that particularly efficient decoupling, easy assembly and a long service life can be achieved.
  • the handle and the head can be designed such that the elastic element forms a positive fit with both the handle and the head.
  • This positive connection can be produced, for example, by a first thread (internal thread in the elastic element) and an external thread on the lateral surface of the elastic element.
  • the internal thread of the elastic element engages with an external thread in the handle, while an internal thread of the head engages with the external thread in the elastic element.
  • a permanent connection to the head and the handle can thus be established using the elastic element.
  • Figure 1 is a perspective view of an experimental setup for carrying out a method according to the invention.
  • Figure 2 is a flowchart illustrating steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention for the vibration analysis of a brake disc.
  • a brake caliper 5 with a brake pad, not shown, is set up to brake the rotation of the brake disc 1 during the rotation.
  • the brake caliper 5 presses a brake pad, not shown, on the friction ring of the brake disc 1 by means of a brake piston, not shown.
  • a modal hammer 2 is set up, by an electric motor 24, which is able to pivot a handle 23, along an arrow 9 against an end face of the brake disc 1 to lead.
  • a point P is scanned using laser vibrometer 6 via laser beams 8. This allows the vibration form of the brake disc 1 to be measured at least with respect to the circle lying on the corresponding radius.
  • FIG. 2 shows steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention for the vibration analysis of a brake disc.
  • step 100 the brake disc is rotated in the braked state.
  • step 200 the presence of a predefined speed of rotation (speed of rotation) is determined in step 200, a predefined temperature of the brake system (e.g. the brake fluid) is determined in step 300, a predefined brake pressure is determined in step 400 and a predefined rotational position is determined in step 500 the brake disc is determined.
  • the brake disc is excited in step 600 by means of a blow from a modal hammer.
  • the modal hammer stimulates the brake disc in a broad band while it rotates, braked by an electric motor.
  • step 700 the brake disc is scanned at various points using a laser vibrometer. At least after the impact carried out in step 600, a point or a circular path on the brake disc is scanned using the laser vibrometer. For the scanning in step 700 for further points, a new blow can be carried out using the modal hammer.
  • the housing of the electromagnet is mounted without direct contact with the brake system.
  • the electromagnet generates a highly dynamic magnetic field via the friction ring of the brake disc, which stimulates the braking system to oscillate across a wide range.
  • This type of vibration analysis is usually performed on static objects or systems.
  • the vibration of the brake is excited by the modal hammer or the electromagnet during operation of the braking system in order to determine the system properties during operation of the braking system.
  • the modal hammer hits the rotating friction ring at a constant speed of the friction ring and constant brake pressure.
  • the highly dynamic magnetic field sets the rotating friction ring in motion through magnetic interaction.
  • the noise susceptibility of the braking system can be recorded across the entire spectrum, even without the explicit occurrence of a noise.
  • a transfer function is formed between the surface speed of several points on the brake disc and the brake pad and an excitation force applied by the modal hammer or the electromagnet.
  • the surface velocity is recorded without contact, for example with a Doppler laser scanning vibrometer. Both the in-plane and out-of-plane movement of the components must be recorded.
  • the transfer function is used to assess critical frequencies of the braking system. The more critical a particular frequency is with regard to squeaking, the larger the amplitude of the transfer function at that frequency.
  • the noise susceptibility of a braking system can be quickly assessed across the entire frequency range.
  • the procedure is therefore less time consuming.
  • the results of the active noise search are subject to fewer fluctuations, so that the procedure is reproducible.
  • the external excitation during operation also makes it possible to measure the operating vibration shapes of the braking system.
  • the controlled external broadband excitation using the modal hammer or the electromagnetic vibration exciter enables continuous measurement of many operating modes over the entire frequency range without any noise actually having to occur.
  • the modal hammer or the electromagnet With the modal hammer or the electromagnet, a reaction-free examination of the brake system's susceptibility to noise is possible because the housing of the modal hammer or the electromagnet is mounted without direct contact with the brake system.
  • the use of the modal hammer or the electromagnet is a particularly simple stimulus to stimulate the brake recorder, which is rotated with the brakes, in a broad band and so that modifications that change the vibration behavior of the brake system can be omitted. Overall, costs are saved and the quality of the measurement results is increased.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Es werden ein Modalhammer sowie ein Verfahren zur schwingungstechnischen Untersuchung einer Bremsscheibe (1) vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: Drehen der Bremsscheibe (1), während diese in Eingriff mit einem Bremsklotz steht, Anregen der Bremsscheibe (1) mittels eines Schlages eines Schwingerregers, insbesondere mittels eines Modalhammers (2) und/oder eines Elektromagneten und Abtasten der Bremsscheibe (1) an verschiedenen Punkten (P) mittels eines Laservibrometers (6).

Description

Modalhammer und Verfahren zur schwingungstechnischen Untersuchung einer Bremsscheibe
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Modalhammer sowie ein Verfahren zur schwingungstechnischen Untersuchung einer Bremsscheibe. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Möglichkeit zur Untersuchung von Moden einer Bremsscheibe unter realitätsgetreuen Bedingungen.
Die Vermeidung von Bremsgeräuschen ist eine große Herausforderung für die Entwicklung von PKW-Bremssystemen. Um die Geräuschentwicklung im Entwicklungsprozess eines Bremssystems zu beurteilen, werden Bremsengeräuschprüfstände (BGP) genutzt. An diesen BGPs wird eine Vielzahl von Bremsungen unter unterschiedlichen Betriebs- und Umgebungsbedingungen nachgestellt, um eine möglichst umfassende Beurteilung der Geräuschanfälligkeit eines Bremssystems zu ermöglichen (passive Geräuschsuche).
Alternativ kann eine aktive Geräuschsuche durchgeführt werden, bei der das Bremssystem durch ein zusätzliches Gerät zur Schwingung im hörbaren Frequenzbereich angeregt wird. Diesbezüglich wird auf DE 100 06 391 A1 sowie auf DE 102019 119 149 A1 verwiesen. Die Schwingungsanregung muss dabei möglichst nahe am Reibkontakt zwischen Scheibe und Belag erfolgen, da dieser die Ursache für die Bremsengeräusche ist.
Die passive Geräuschsuche ist sehr zeitaufwändig, da für ein aussagekräftiges Ergebnis viele Versuche auf dem Prüfstand notwendig sind. Außerdem unterliegen die Ergebnisse der passiven Geräuschsuche Schwankungen, deren Ursache nicht vollständig verstanden ist.
Für eine Betriebsschwingformenanalyse eines Bremssystems muss ein Geräusch durch gezieltes Anfahren der Betriebszustände erzeugt werden. Sobald ein Mikrofon das Geräusch detektiert, wird eine Messung zur Ermittlung der Betriebsschwingformen mittels eines Doppler-Laser-Scanning-Vibrometers durchgeführt. Allerdings ist es häufig schwer, das Geräusch lang genug aufrechtzuhalten, die Messzeit ist somit begrenzt. Da jedoch bevorzugt mehrere 100 Messpunkte abgetastet werden müssen, um eine Betriebsschwingform korrekt zu rekonstruieren, ist u. II. das Anfahren des jeweiligen Betriebszustands mehrmals notwendig. Außerdem wird nur die Betriebsschwingform bei der Frequenz des auftretenden Geräusches vermessen.
Im Stand der Technik bekannte Versuchsaufbauten haben den Nachteil, dass das Bremssystem eines Fahrzeugs hinsichtlich seines Schwingverhaltens durch die Messtechnik mitunter signifikant verändert wird. Da das zusätzliche Anbringen kleiner Massen (10g bis 50g) aber eine bekannte Maßnahme zum Unterdrücken von Quietschen ist, sind die bekannten Versuchsaufbauen nicht gänzlich ohne Rückwirkung auf das Untersuchungsergebnis des Geräuschverhaltens des Bremssystems.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Stand der Technik bekannten Nachteile zu erübrigen.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur schwingungstechnischen Untersuchung einer Bremsscheibe gelöst. Zudem wird ein Modalhammer zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur schwingungstechnischen Untersuchung einer Bremsscheibe vorgeschlagen. Die Bremsscheibe kann für ein PKW-Bremssystem vorgesehen sein. In einem ersten Schritt wird die Bremsscheibe gedreht, während diese in Eingriff mit einem Bremsklotz steht bzw. mittels des Bremsklotzes gebremst wird. Der Bremsklotz bzw. das Bremssystem kann ebenfalls ein seriennahes oder dem Serienstand entsprechendes Bremssystem sein. Mit anderen Worten wird auf einem Prüfstand eine Kombination aus Bremsscheibe und Bremsklotz, Bremssattel, etc. auf schwingungstechnische Eigenschaften hin untersucht. Der Bremseingriff kann mit einer vordefinierten Bremskraft erfolgen. Die Drehung der gebremsten Bremsscheibe kann beispielsweise mittels eines Elektromotors erfolgen. Dieser kann drehzahlgeregelt betrieben werden, so dass eine vordefinierte Drehzahl der Bremsscheibe stets eingehalten wird. In einem weiteren Schritt wird die Bremsscheibe mittels eines Schwingerregers, insbesondere automatisch, bevorzugt mittels eines Schlages eines Modalhammers, angeregt. Nachfolgend wird hierzu stets von einem Modalhammer gesprochen, um die sprachliche Einfachheit zu bewahren. Insbesondere kann der Modalhammer in radialer Richtung oder in axialer Richtung auf die Bremsscheibe schlagen. Die Bremsscheiben wird also während ihrer Bewegung unter Bremskrafteinwirkung mittels des Modalhammers angeregt. Hierdurch ergibt sich eine besonders realitätsnahe Schwingungsmode für die Bremsscheibe, was nachfolgend ausgenutzt wird. In einem letzten Schritt wird die Bremsscheibe an verschiedenen Punkten mittels eines Laservibrometers abgetastet. Mit anderen Worten werden repräsentative Oberflächenbereiche der Bremsscheibe des Laservibrometers hinsichtlich ihres Ausschlages im Zuge der angeregten Schwingung (Bremsquietschen) abgetastet. Die Punkte können nach einem einzigen Schlag mittels des Modalhammers, mittels eines jeweiligen Schlages, mittels des Modalhammers oder während mehrerer Schläge mit dem Modalhammer vermessen werden. Durch die Drehung unter Bremskrafteinwirkung ergibt sich eine besonders realitätsgetreue Modalanalyse, da die Anregung und Schleifwirkung durch die Bremse realitätsgetreu enthalten ist, die örtliche Einwirkung der Bremse auf unterschiedliche Bereiche einer Schwingungsform erhalten bleiben, Fliehkräfte innerhalb der Bremse wie im realen Betrieb auftreten und zudem Umgebungsluft die Luftkammern zwischen den zwei Bremsscheibenseiten durchströmt. Die mittels des Laservibrometers aufgenommenen Ergebnisse entsprechen daher bestmöglich realen Betriebsbedingungen, unter welchen üblicherweise Bremsenquietschen auftritt.
Die zeitlich aufeinanderfolgende Vermessung der verschiedenen Punkte auf der Bremsscheibe kann bevorzugt dadurch zu repräsentativen Ergebnissen führen, dass eine vordefinierte Geschwindigkeit der Drehung vor der Ausführung der Abtastung sichergestellt wird. Beispielsweise kann eine Geschwindigkeit konstant gehalten werden, während die Abtastung erfolgt und/oder weitere vordefinierte Bedingungen sichergestellt werden. Beispielsweise kann zudem eine vordefinierte Temperatur der Bremsscheibe oder der Bremsflüssigkeit sichergestellt werden. Hierzu kann das System in einen eingeschwungenen Zustand gebracht werden, in welchem die Bremsscheibe exakt so viel thermische Energie abstrahlt, wie sie durch den Bremsvorgang aufnimmt. Die Messung der vordefinierten Temperatur kann mittels kontaktloser Messungen, mittels eines Schleifthermometers und/oder durch Messung der Bremsflüssigkeitstemperatur erfolgen. Nach dem Einschwingen der Bremsscheibentemperatur kann die Messung mittels des Laservibrometers freigegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein vordefinierter Bremsdruck ermittelt werden, welcher über die Zeitdauer der Abtastung der verschiedenen Punkte konstant gehalten wird, um die Vermessung der verschiedenen Punkte auf der Bremsscheibe im Wesentlichen fehlerfrei zusammenfügen zu können. Alternativ oder zusätzlich kann sichergestellt werden, dass eine vordefinierte Drehposition der Bremsscheibe im Moment des Auftreffens des Modalhammers hergestellt ist. Auf diese Weise trifft der Modalhammer stets auf die identische Position auf der Bremsscheibe, so dass gegebenenfalls Rotationsasymmetrien keinen Einfluss auf das Messergebnis haben können. Erst im Ansprechen auf die Ermittlung der vorgenannten Startbedingungen bzw. beliebiger Kombinationen der vorgenannten Startbedingungen wird anschließend die Anregung und/oder die Abtastung der Bremsscheibe gestartet. Bestmögliche Messergebnisse können somit durch sequentielle Abtastung der Bremsscheibe mittels der Laservibrometer gewährleistet werden.
Während der Abtastung kann der Laserstrahl des Laservibrometers einem vordefinierten Punkt auf der Bremsscheibe nachgeführt werden. Beispielsweise kann während der Vermessung des betrachteten Punktes stets derselbe Punkt mittels des Laserstrahls bestrahlt werden. Alternativ kann der Laserstrahl fix ausgerichtet werden, so dass auf der Bremsscheibe ein Kreis abgetastet wird. Sofern der Laserstrahl dem vermessenen Punkt nachgeführt wird, kann der Laser selbst auf einer synchron zur Bremsscheibe gedrehten Vorrichtung angeordnet sein, um den Laserstrahl auf den Punkt gerichtet zu bewahren. Alternativ kann der Laserstrahl mittels eines optischen Spiegels o.ä. auf eine Kreisbahn abgelenkt werden, so dass stets ein und derselbe Punkt auf der Bremsscheibe abgetastet wird, während die Schwingung der Bremsscheibe abklingt.
Die Anregung bzw. Schlagrichtung des Modalhammers kann in radialer Richtung und/oder in tangentialer Richtung erfolgen. Beispielsweise kann der Modalhammer hierzu von den Bremsblöcken eingegriffenen (blanken) Seitenflächen der Bremsscheibe oder die leere Zwischenräume aufweisende Stirnfläche der Bremsscheibe Oberflächen normal anregen. Hierbei kann der Modalhammer einen Stiel aufweisen, welcher in tangentialer Richtung zur Rotation der Bremsscheibe in dem Moment ausgerichtet ist, in welchem der Kopf des Modalhammers die Bremsscheibe berührt. Auf diese Weise können den Modalhammer gegebenenfalls schädigende Momente vermieden werden, welche die Lagerung des Stiels des Modalhammers gegebenenfalls über Gebühr beanspruchen würden, indem die Bremsscheibe den Modalhammerkopf im Moment des Aufpralls in einer Querrichtung „zieht“.
Der Modalhammer kann mittels unterschiedlicher Messsensoren ausgestaltet sein, eine Kenngröße des Schlages messtechnisch zu ermitteln und mit einer vordefinierten Referenz zu vergleichen. Mit anderen Worten kann der vom Hammer ausgeübte Impuls bzw. die zum Zeitpunkt des Auftreffens herrschende Geschwindigkeit/Beschleunigung des Hammerkopfes messtechnisch ermittelt werden. Die Referenz kann eine Sollgröße für die Kenngröße darstellen, so dass im Ansprechen auf ein Erreichen der vordefinierten Referenz die Messung für „gültig“ bzw. „in Ordnung“ erklärt und abgespeichert wird, während im Falle einer Abweichung von der vordefinierten Referenz die Messung jedoch verworfen wird, die Messdaten optional nicht abgespeichert und die Messung gegebenenfalls automatisch wiederholt wird.
Der Modalhammer kann insbesondere ortsfest auf dem Prüfstand angeordnet sein. Insbesondere kann der Modalhammer ortsfest bezüglich des Laservibrometers bzw. der Laservibrometer angeordnet sein. Beispielsweise kann der Modalhammer auf einem Stativ (Dreibein) und/oder zumindest losgelöst vom Bremssystem fixiert sein, um das Bremssystem während der Untersuchung nicht schwingungstechnisch zu beeinflussen.
Die schwingungstechnische Untersuchung kann insbesondere die Abtastung von 3 bis 3000, insbesondere 30 bis 300, äußerst bevorzugt 50 bis 200, Messpunkte passen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Drehgeschwindigkeit der Bremsscheibe von 0,5 bis 10 U/min, bevorzugt von 1 bis 5 U/min, äußerst bevorzugt von 1 ,5 bis 4 U/min, ausgeführt werden. Diese Drehgeschwindigkeiten entsprechen denjenigen, welche kurz vor dem Stillstand herrschen, in welchem erfahrungsgemäß die größte Neigung der Bremsen zum Quietschen besteht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass für jeden der vorgenannten Messpunkte auf der Bremsscheibe mindestens, bevorzugt exakt, ein Schlag mittels des Modalhammers, ausgeführt wird, im Nachgang wozu das Ausschwingverhalten der Bremsscheibe an den betrachteten Punkt mittels des Laservibrometers aufgenommen wird. Somit wird sukzessive Punkt für Punkt die Oberfläche der Bremsscheibe mittels des Laservibrometers gemessen, nachdem ein im Wesentlichen erfindungsgemäß hergestellter identischer Schwingungszustand mittels des Modalhammers provoziert worden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Modalhammer vorgeschlagen, welcher zur Ausführung des vorgenannten Verfahrens geeignet ist. Der Modalhammer weist einen Motor auf, mittels dessen ein Stiel geschwenkt werden kann. Der Stiel trägt ein elastisches Element zwischen dem Motor und Kopf. Durch das elastische Element ist der Kopf imstande, sich unabhängig von der durch den Motor aktivierten Kinematik etwas mit der Bremsscheibe mitzubewegen, während er die Bremsscheibe berührt und dort gegebenenfalls anhaftet. Hierdurch entlastet das elastische Element die Lagerung des Stiels im Motor bzw. den Motor, entkoppelt den Motor vibrationstechnisch gegenüber dem Kopf und kann durch seine Verformung auch Aufschluss über die wirkenden Kräfte geben. Mit anderen Worten ermöglicht das elastische Element eine Wegmessung, um auf die Schlagkraft schließen zu können.
Insbesondere kann das elastische Element zwischen dem Motor und dem Stiel und/oder zwischen dem Stiel und dem Kopf des Modalhammers angeordnet sein. Somit kann eine besonders effiziente Entkopplung, eine einfache Montage und eine hohe Lebensdauer erzielt werden. Insbesondere für den Fall, dass das elastische Element zu dem Stiel und dem Kopf angeordnet ist, können der Stiel und der Kopf derart ausgestaltet sein, dass das elastische Element einen Formschluss sowohl zum Stiel als auch zum Kopf eingeht. Dieser Formschluss kann beispielsweise durch ein erstes Gewinde (Innengewinde im elastischen Element) und ein Außengewinde an der Mantelfläche des elastischen Elementes hergestellt werden. Das Innengewinde des elastischen Elementes greift in ein Außengewinde im Stiel ein, während in das Außengewinde im elastischen Element ein Innengewinde des Kopfes eingreift. Somit kann eine dauerhafte Verbindung zu dem Kopf und dem Stiel mittels des elastischen Elementes hergestellt werden. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Versuchsaufbaues zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Figur 2 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur schwingungstechnischen Untersuchung einer Bremsscheibe.
In Figur 1 ist ein Versuchsaufbau dargestellt, gemäß welchem ein Elektromotor 7 eine Bremsscheibe 1 eines Bremssystems mit konstanter Drehgeschwindigkeit zu drehen imstande ist. Ein Bremssattel 5 mit einem nicht dargestellten Bremsklotz ist eingerichtet, während der Drehung der Bremsscheibe 1 die Drehung zu bremsen. Hierzu drückt der Bremssattel 5 mittels eines nicht dargestellten Bremskolbens einen nicht dargestellten Bremsklotz an dem Reibring der Bremsscheibe 1. Ein Modalhammer 2 ist eingerichtet, durch einen Elektromotor 24, welcher einen Stiel 23 zu schwenken imstande ist, entlang eines Pfeils 9 gegen eine Stirnfläche der Bremsscheibe 1 zu führen. Hierbei kollidiert der über eine Gummihülse als elastisches Element 22 mit dem Stiel 23 gekoppelte Kopf 21 mit der Stirnfläche und regt die Bremsscheibe 1 während der gebremsten Rotation zu Schwingungen an. Ein Punkt P wird mittels Laservibrometer 6 über Laserstrahlen 8 abgetastet. Hierdurch kann die Schwingungsform der Bremsscheibe 1 zumindest bezüglich der auf dem entsprechenden Radius liegenden Kreis vermessen werden.
Figur 2 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur schwingungstechnischen Untersuchung einer Bremsscheibe. In Schritt 100 wird die Bremsscheibe in gebremstem Zustand gedreht. Bevor die Messung beginnt, wird im Schritt 200 ein Vorliegen einer vordefinierten Geschwindigkeit der Drehung (Drehgeschwindigkeit) ermittelt, in Schritt 300 eine vordefinierte Temperatur des Bremssystems (z.B. der Bremsflüssigkeit) ermittelt, in Schritt 400 ein vordefinierter Bremsdruck festgestellt und in Schritt 500 eine vordefinierte Drehposition der Bremsscheibe ermittelt. Im Ansprechen darauf wird die Anregung der Bremsscheibe in Schritt 600 mittels eines Schlages eines Modalhammers vorgenommen. Hierbei regt der Modalhammer die Bremsscheibe breitbandig an, während diese gebremst durch einen Elektromotor rotiert wird. In Schritt 700 wird zu guter Letzt die Bremsscheibe an verschiedenen Punkten mittels eines Laservibrometers abgetastet. Zumindest wird nach dem in Schritt 600 ausgeführten Schlag ein Punkt bzw. eine Kreisbahn auf der Bremsscheibe mittels des Laservibrometers abgetastet. Für die Abtastung in Schritt 700 bezüglich weiterer Punkte kann jeweils ein erneuter Schlag mittels des Modalhammers ausgeführt werden.
Alternativ zum Modalhammer wird das Gehäuse des Elektromagneten ohne direkten Kontakt zum Bremssystem montiert. Der Elektromagnet erzeugt über den Reibring der Bremsscheibe ein hochdynamisches Magnetfeld, womit das Bremssystem breitbandig zur Schwingung angeregt wird.
Diese Art der Schwingungsanalyse wird üblicherweise an statischen Objekten oder Systemen durchgeführt. Im neuen Verfahren wird die Schwingung der Bremse allerdings während des Betriebs des Bremssystems durch den Modalhammer oder den Elektromagneten angeregt, um die Systemeigenschaften während des Betriebs des Bremssystems zu ermitteln. Dazu schlägt der Modalhammer bei konstanter Geschwindigkeit des Reibrings und konstantem Bremsdruck auf den rotierenden Reibring. Ist der Elektromagnet montiert, setzt das hochdynamische Magnetfeld den rotierenden Reibring durch magnetische Wechselwirkung in Bewegung.
Durch die externe Anregung während einer Bremsung kann auch ohne das explizite Auftreten eines Geräuschs die Geräuschanfälligkeit des Bremssystems über das gesamte Spektrum erfasst werden. Dazu wird eine Übertragungsfunktion zwischen der Oberflächenschnelle mehrerer Punkte auf der Bremsscheibe und dem Bremsbelag, und einer durch den Modalhammer oder den Elektromagneten aufgebrachte Anregungskraft gebildet. Die Erfassung der Oberflächenschnelle erfolgt kontaktfrei, bspw. mit einem Doppler-Laser- Scanning-Vibrometer. Sowohl die In-Plane als auch die Out-Of-Plane Bewegung der Bauteile muss erfasst werden. Die Übertragungsfunktion wird zur Beurteilung kritischer Frequenzen des Bremssystems genutzt. Je kritischer eine bestimmte Frequenz hinsichtlich Quietschens ist, desto größer ist die Amplitude der Übertragungsfunktion bei der jeweiligen Frequenz.
Mit dem neuen Verfahren kann die Geräuschanfälligkeit eines Bremssystems schnell über den gesamten Frequenzbereich beurteilt werden. Das Verfahren ist deshalb weniger zeitaufwändig. Außerdem unterliegen die Ergebnisse der aktiven Geräuschsuche weniger Schwankungen, sodass das Verfahren reproduzierbar ist.
Neben der Ermittlung der modalen Parameter ermöglicht die externe Anregung während des Betriebs zusätzlich die Betriebsschwingformen des Bremssystems zu vermessen. Die kontrollierte externe breitbandige Anregung mittels des Modalhammers oder des elektromagnetischen Schwingerregers ermöglicht eine kontinuierliche Vermessung vieler Betriebsschwingformen über den gesamten Frequenzbereich, ohne dass ein Geräusch tatsächlich auftreten muss.
Mit dem Modalhammer oder dem Elektromagneten ist eine rückwirkungsfreie Untersuchung des Bremssystems auf dessen Geräuschanfälligkeit möglich, da das Gehäuse des Modalhammers oder des Elektromagneten ohne direkten Kontakt zum Bremssystem montiert ist. Außerdem ist die Verwendung des Modalhammers oder des Elektromagneten eine besonders einfache Anregung, um die gebremst gedrehte Bremsschreibe breitbandig anzuregen und das Schwingungsverhalten des Bremssystems verändernde Umbauten entfallen können. Insgesamt werden also Kosten gespart und die Qualität der Messergebnisse erhöht.
Bezugszeichenliste:
1 Bremsscheibe
2 Modalhammer
5 Bremssattel
6 Laservibrometer
7 Elektromotor
8 Laserstrahl
9 Pfeil
21 Kopf
22 elastisches Element
23 Stiel
24 Elektromotor 100 bis 700 Verfahrensschritte P Punkte

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur schwingungstechnischen Untersuchung einer Bremsschreibe (1) umfassend die Schritte
• Drehen (100) der Bremsscheibe (1), während diese in Eingriff mit einem Bremsklotz steht,
• Anregen (600) der Bremsscheibe (1) mittels eines Schlages eines Schwingerregers, insbesondere mittels eines Modalhammers (2) und/oder eines Elektromagneten und
• Abtasten (700) der Bremsscheibe (1) an verschiedenen Punkten (P) mittels eines Laservibrometers (6).
2. Verfahren nach Anspruch 1 weiter umfassend
- Ermitteln (200) einer vordefinierten Geschwindigkeit der Drehung, und/oder
- Ermitteln (300) einer vordefinierten Temperatur, und/oder
- Ermitteln (400) eines vordefinierten Bremsdruckes und/oder
- Ermitteln (500) einer vordefinierten Drehposition der Bremsscheibe (1) und im Ansprechen darauf
- Starten der Anregung und/oder der Abtastung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei ein Laserstrahl (8) des Laservibrometers (6) während der Abtastung
- einem Punkt (P) auf der Bremsscheibe (1) nachgeführt wird oder
- fix ausgerichtet ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anregung in radialer Richtung und/oder in tangentialer Richtung erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Stiel (23) des Modalhammers (2) tangential zur Drehung der Bremsscheibe (1) ausgerichtet ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei weiter eine Kenngröße des Schlages messtechnisch ermittelt und mit einer vordefinierten Referenz verglichen wird, wobei insbesondere im Ansprechen auf ein Erreichen der vordefinierten Referenz die Messung für in Ordnung erklärt und abgespeichert, im Falle einer Abweichung von der vordefinierten Referenz die Messung jedoch verworfen, insbesondere automatisch wiederholt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die schwingungstechnische Untersuchung
- drei bis 3000, insbesondere 30 bis 300, bevorzugt 50 bis 200 Punkte (P) umfasst und/oder
- bei einer Drehgeschwindigkeit von 0,5 bis 10, bevorzugt von 1 bis 5, bevorzugt von 1 ,5 bis 4 U/min der Bremsscheibe (1) ausgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 7, wobei für jeden der Punkte (P) mindestens, bevorzugt genau, ein Schlag mittels des Modalhammers (2) ausgeführt wird. Modalhammer aufweisend
- einen Motor (24),
- einen Stiel (23),
- ein elastisches Element (22), und
- einen Kopf (21), wobei das elastische Element (22) zwischen dem Motor (24) und dem Kopf (21) angeordnet ist. Modalhammer nach Anspruch 9, wobei das elastische Element (22)
- zwischen dem Motor (24) und dem Stiel (23) und/oder
- zwischen dem Stiel (23) und dem Kopf (21) angeordnet ist.
PCT/EP2023/073398 2022-09-23 2023-08-25 Modalhammer und verfahren zur schwingungstechnischen untersuchung einer bremsscheibe WO2024061571A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022124548.9 2022-09-23
DE102022124548.9A DE102022124548A1 (de) 2022-09-23 2022-09-23 Modalhammer und Verfahren zur schwingungstechnischen Untersuchung einer Bremsscheibe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024061571A1 true WO2024061571A1 (de) 2024-03-28

Family

ID=87847989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/073398 WO2024061571A1 (de) 2022-09-23 2023-08-25 Modalhammer und verfahren zur schwingungstechnischen untersuchung einer bremsscheibe

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022124548A1 (de)
WO (1) WO2024061571A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10006391A1 (de) 2000-02-12 2001-08-16 Porsche Ag Verfahren zur Beurteilung der akustischen Eignung von Bremsbelägen für bestehende Bremssysteme sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens
US6370958B1 (en) * 2000-12-11 2002-04-16 Daimlerchrysler Corporation Method of measuring the vibration damping capability
DE102008052818A1 (de) * 2008-10-13 2010-04-29 Dr.Ing.H.C.F.Porsche Aktiengesellschaft Messvorrichtung
US20150062330A1 (en) * 2010-09-24 2015-03-05 Rassini Frenos, S.A. De C.V. Method of measuring damping using optical imaging technique
WO2017097899A1 (de) * 2015-12-09 2017-06-15 Horiba Europe Gmbh Vorrichtung für lasermesssystem
DE102019119149A1 (de) 2019-07-15 2021-01-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Ermitteln der Geräuschanfälligkeit einer Fahrzeug-Scheibenbremse und Bremskolben einer solchen
KR20210127312A (ko) * 2020-04-14 2021-10-22 권인환 진동 발생 방식의 유동 막힘 방지 장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010042170A1 (de) 2010-10-07 2012-04-12 Honeywell Bremsbelag Gmbh Messsystem für Eigenfrequenzmessungen an Scheibenbremsbelägen
DE102011121270B4 (de) 2011-12-15 2017-06-01 Audi Ag Verfahren zur Beurteilung der akustischen Qualität einer Bremsscheibe
BR112014026406B1 (pt) 2012-04-23 2021-11-30 Rassini Frenos, S.A. De C.V. Método para medição do amortecimento de uma peça de trabalho, e, aparelho para medição de um amortecimento em uma peça de trabalho
CN209432273U (zh) 2018-11-08 2019-09-24 重庆三友机器制造有限责任公司 一种制动盘的固有频率检测装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10006391A1 (de) 2000-02-12 2001-08-16 Porsche Ag Verfahren zur Beurteilung der akustischen Eignung von Bremsbelägen für bestehende Bremssysteme sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens
US6370958B1 (en) * 2000-12-11 2002-04-16 Daimlerchrysler Corporation Method of measuring the vibration damping capability
DE102008052818A1 (de) * 2008-10-13 2010-04-29 Dr.Ing.H.C.F.Porsche Aktiengesellschaft Messvorrichtung
US20150062330A1 (en) * 2010-09-24 2015-03-05 Rassini Frenos, S.A. De C.V. Method of measuring damping using optical imaging technique
WO2017097899A1 (de) * 2015-12-09 2017-06-15 Horiba Europe Gmbh Vorrichtung für lasermesssystem
DE102019119149A1 (de) 2019-07-15 2021-01-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Ermitteln der Geräuschanfälligkeit einer Fahrzeug-Scheibenbremse und Bremskolben einer solchen
KR20210127312A (ko) * 2020-04-14 2021-10-22 권인환 진동 발생 방식의 유동 막힘 방지 장치

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022124548A1 (de) 2024-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1751535B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Defekten in einer Turbinenschaufel mittels eines Ultraschall-Gruppenstrahlers
EP1764589B1 (de) Verfahren zur Prüfung eines Coriolis-Massendurchflussmessgeräts
DE102009036172B4 (de) Verfahren zum Vermessen der Torsionsdynamik einer Lenksäule bei kleinen dynamischen Amplituden
DE19940869B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bewertung der Steifheit von Lagern
DE102006048791A1 (de) Verfahren zur Prüfung der Qualität von Werkstücken oder Maschinenteilen mittels Schallanalyse
EP3899486B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur ermittlung mechanischer eigenschaften eines prüfkörpers
EP2478346A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung des fahrverhaltens eines schienenfahrzeugs
DE3817777C2 (de)
DE102012206377B4 (de) Vorrichtung zur Messung der Lagerluft eines Wälzlagers
EP2409127B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum messen physikalischer eigenschaften an einer turbolader-rumpfgruppe
EP3661829B1 (de) Verfahren zum ermitteln einer stellkraft eines weichenantriebs basierend auf schallemissionsmessungen und weichenantriebssystem
DE102014117650B4 (de) Verfahren zur automatisierten Bestimmung einer dynamischen Steifigkeit eines Objekts
EP1930711B1 (de) Verfahren zur Gewinnung von Daten für die Zulassung eines Luftfahrzeugs
DE102010016329A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen des Schwingungsverhaltens eines Bremsbelags im Kraftfahrzeugbereich
DE102017200516A1 (de) Anordnung und Verfahren zum Prüfen einer Radbremse
EP1890140A1 (de) Verfahren zum Prüfen der Gefügestruktur einer Schweissverbindung
WO2024061571A1 (de) Modalhammer und verfahren zur schwingungstechnischen untersuchung einer bremsscheibe
CH708101A2 (de) Ultraschalldetektionsverfahren und Ultraschallanalyseverfahren.
DE10351698A1 (de) Meßverfahren zur Bestimmung der Geräuschemission eines Elektromotors und Meßvorrichtung
WO2014067648A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ermitteln einer randschichtcharakteristik eines bauteils
DE112020002473T5 (de) Ultraschall-prüfvorrichtung und prüfverfahren
DE69922205T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur oberflächenprüfung
DE3441805C2 (de)
DE10052045A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Prüfung eines Eisenbahnrades
WO2005054841A1 (de) Verfahren, vorrichtung und probekörper zum prüfen eines bauteils, sowie verwendung des verfahrens und der vorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23761896

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1