Optimierte Schwingungsanalyse für Bremsen

Bremsgeräusche gehören zu den häufigsten Kundenbeschwerden in der Automobilindustrie. Obwohl Bremsgeräusche in erster Linie ein subjektives Ärgernis sind, das dem Hersteller hohe Kosten für Garantiereparaturen verursacht, können Leistung und Haltbarkeit auch durch unerwünschtes dynamisches Verhalten des Bremssystems beeinträchtigt werden. Hersteller arbeiten mit Zulieferern und Unterlieferanten zusammen, um neue optimierte Bremssysteme zu entwickeln oder Probleme mit bestehenden Konstruktionen zu lösen.

Das dynamische Verhalten des Bremssystems ist entscheidend für die Gesamtbeurteilung der Bremsfunktion und der wahrgenommenen Leistung eines Fahrzeugs. Da der Insassenkomfort bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen einen so hohen Stellenwert hat, versuchen die Hersteller, die Kosten für Garantiereparaturen zu senken und durch die Beseitigung des Bremsenquietschens bessere Geräusch-, Vibrations- und Härtewerte (NVH) zu erzielen, um Marktanteile zu gewinnen. Vor allem im Premium-Fahrzeugsegment ist der akustische Komfort für potenzielle Käufer ein wichtiger Faktor für ihre Kaufentscheidung. Zudem werden Bremsgeräusche umso stärker wahrgenommen, je mehr andere Geräuschquellen wie Motorgeräusche eliminiert werden, zum Beispiel durch den Einsatz moderner Elektroantriebe.

Die Ursache des Bremsenquietschens ist die Reibung zwischen der Bremsscheibe und den Bremsbelägen und die daraus resultierende Anregung von Schwingungsmoden in Frequenzen, die vom menschlichen Ohr als unangenehm empfunden werden. In der Bremsenentwicklung werden Finite-Elemente-Modelle eingesetzt, um solche Moden zu ermitteln und ihr Auftreten durch geeignete Anpassung der Bremsengeometrie oder andere konstruktive Maßnahmen zu unterdrücken.

Mit dem scannenden Laser-Doppler-Vibrometer Optomet lassen sich die an den Oberflächen von Bremsscheibe, Belag und Bremssattel auftretenden Schwingungen berührungslos erfassen, analysieren und 3D-animiert darstellen, so dass die Berechnungen des Finite-Elemente-Modells mit dem tatsächlichen Schwingungsverhalten genau verglichen und validiert werden können.

Zur Untersuchung der Bremsendynamik kann die Bremse mit einem Modalhammer zum Schwingen angeregt oder die Bremsschwingungen unter Betriebsbedingungen gemessen werden. Bei der ersten Methode werden alle Modi des Bremssystems erfasst, der Einfluss von Befestigungen und Kupplungen auf das Schwingungsverhalten wird jedoch vernachlässigt, ebenso wie die typischen Modi, die der Fahrer im realen Fahrzeug erlebt. Bei der zweiten Methode wird die Scanning-Lasertechnik zur optimierten Schwingungsanalyse des Systems aus Bremsscheiben, Belägen und Bremssätteln auf Bremsprüfständen unter möglichst realitätsnahen Bedingungen eingesetzt. Die gezielte Anregung von Quietschgeräuschen ist jedoch in der Regel nicht ohne weiteres wiederholbar. Die Optomet-Scanning-Laservibrometer sind so konzipiert, dass sie nur dann messen, wenn das Bremsenquietschen auftritt, was Zeit spart und die Testeffizienz verbessert.

Die Optomet SWIR Laservibrometer-Technologie eignet sich hervorragend für die Messung von Bremssystemen und Komponenten im Fahrzeugbau. Der entscheidende Vorteil der Optomet-Lösung gegenüber herkömmlichen HeNe-basierten Systemen zeigt sich insbesondere bei der Messung rotierender Bremsscheiben auf dem Prüfstand. Back-to-Back-Tests von SWIR- und HeNe-Vibrometern haben gezeigt, dass HeNe-Systeme aufgrund des zu hohen optischen Signalrauschens keine Messdaten von ausreichender Qualität bzw. Signal-Rausch-Verhältnis liefern können. Die zu untersuchenden Resonanzen gehen im Rauschen unter. Der Einsatz der Optomet-SWIR-Laservibrometertechnologie bringt dagegen eine dramatische Verbesserung und liefert in diesen Anwendungen Daten mit Rauschpegeln, die 40 dB bis 50 dB unter den Resonanzspitzen liegen.