Resonanzgeräuschen einer Reibeinheit

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern bzw. Vermeiden von Resonanzgeräuschen einer Reibeinheit, die eine Trägerplatte mit einem daran gehaltenen Reibbelag aufweist. Stand der Technik

Bei der Produktion von Reibeinheiten entstehen durch das Produktionsverfahren bedingt unterschiedliche Eigenfrequenzen. Diese haben negative Auswirkungen auf das spätere Geräuschverhalten in der entsprechenden Anwendung. Aus diesem Grund ist es bekannt, im Rahmen des Produktionsverfahrens an den Reibeinheiten

Eigenfrequenzmessungen vorzunehmen. Diese sind jedoch nicht reproduzierbar aufgrund der vorhandenen Freiheitsgrade.

Die DE 199 03 757 A1 befasst sich mit der Problematik, die Geräuschentwicklung von Reibungsbremsen sowie Reibungskupplungen zu vermeiden. Dazu wird die

Eigenfrequenz der Reibungsbremse oder Reibungskupplung dadurch eingestellt, dass in der Trägerplatte entsprechend dimensionierte Zungen (Resonatoren) ausgebildet werden. Die DE 196 10 699 A1 beschreibt eine Kupplungsscheibe mit Reibbelag. Um störende Resonanzeffekte zu vermeiden, werden im Reibbelag entsprechende Vertiefungen, die -unterschiedlich breit sein können, ausgebildet. Aufgabe

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Reibeinheiten, wie sie in der Serie produziert werden, so einzustellen, dass sie insbesondere frei von Resonanzgeräuschen sind, auch unabhängig davon, welchen Fertigungstoleranzen die einzelnen Reibeinheiten der Serienproduktion unterliegen.

Erfindung und vorteilhafte Wirkungen Die vorliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Vermindern bzw.

Vermeiden von Resonanzgeräuschen einer Reibeinheit, die eine Trägerplatte mit einem daran gehaltenen Reibbelag aufweist, bei dem das Eigenschwingungsverhalten der jeweiligen produzierten Reibeinheiten, bezeichnet als Kennfrequenzmessung, ermittelt wird und bei Auftreten von Resonanzgeräuschen eine mechanische Nachbearbeitung des Reibbelags erfolgt, wobei für die Nachbearbeitung auf eine Tabelle zurückgegriffen wird, die für den bestimmten Reibeinheit-Typ Kennfrequenz-Referenzwerte enthält, wobei die Kennfrequenzen für die Tabelle des Reibeinheit-Typs anhand einer

Reibeinheit dieses Typs ermittelt werden, indem dieser Reibeinheit-Typ mit

Schwingungen definierter Frequenz beaufschlagt wird und die sich daraus ergebenden Eigenschwingungen der Reibeinheit sowie sich ergebende Eigenschwingungen unter Eingriff in die Geometrie deren Reibbelags gemessen werden, und wobei bei einer Abweichung der sich ergebenden Eigenschwingungen von einem vordefinierten, geräuscharmen Schwingungsbereich die Geometrie des produzierten Reibbelags anhand der Tabellenwerte geändert wird, um das Eigenschwingungsverhalten so zu ändern, dass nach der Bearbeitung der Bereich der Eigenschwingungen in den definierten Schwingungsbereich, frei von Resonanzgeräuschen, fällt.

Durch Messung von Kennfrequenzen und die anschließend gezielte Einflussnahme auf den Reibbelag der Reibeinheit zur Einstellung der definierten Eigenfrequenz kann eine Geräuschentstehung in der späteren Anwendung verhindert werden. Erfindungsgemäß wird die Eigenfrequenzmessung durch eine Kennfrequenzmessung in der Serie ersetzt.

Soweit in den vorliegenden Unterlagen Reibeinheiten angesprochen sind, so kann es sich hierbei insbesondere um Teile von Bremsen, zum Beispiel Bremsklötze, und um Teile von Kupplungen, beispielsweise Kupplungsscheiben, handeln, die jeweils zumindest aus einer Trägerplatte und einer daran gehaltenen Reibeinheit aufgebaut sind. Mit der Kennfrequenz korrelierend zur entsprechenden Eigenfrequenz kann während des Produktionsprozesses von Reibbelägen eine Schwingungsanalyse durchgeführt werden mit dem Ziel, den Reibbelag anschließend auf eine für die spätere Verwendung positive Eigenfrequenz anzupassen, ohne die anderen erforderlichen Eigenschaften zu verändern.

Durch die vorhandenen, vorab festgelegten Kennfrequenzgrenzen können die produzierten Serienbeläge bzw. serienmäßig hergestellten Reibeinheiten überprüft werden. Nähern sich die Reibeinheiten diesen Kennfrequenzgrenzen, kann durch eine nachgeschaltete Bearbeitung die Kennfrequenz, z. B. durch Nachbearbeitung der in den Belag eingebrachten Nuten, zum Beispiel deren Tiefen, Breiten und Formen, geändert werden. Ferner kann die Kennfrequenz durch ein Bearbeiten eines

Randbereichs des Belags geändert werden. So kann der Randbereich des Reibbelags wenigstens teilweise abgerundet und/ oder ausgehend von einer zu der Bremsscheibe weisenden Kontaktfläche in Richtung zur Trägerplatte schräg verlaufen. Bei der

Kontaktfläche handelt es sich um die Fläche des Reibbelags, der in Reibkontakt mit der Bremsscheibe kommen kann. Natürlich können alternativ oder zusätzlich beliebig geformte Ausnehmungen in dem Reibbeilag zur Änderung der Kennfrequenz

vorgesehen werden. Es ist ebenfalls möglich, die zur Bremsscheibe weisende

Kontaktfläche des Reibbelags partiell oder insgesamt schräg auszubilden. D.h., dass der Reibbelag derart ausgebildet ist, dass sich der Abstand zwischen der Kontaktfläche des Reibbelags und der Bremsscheibe, ausgehend von einer Kante des Reibbelags bis zu einer dieser Kante gegenüberliegenden Kante wenigstens teilweise verändert, wenn der Reibbelag nicht in Reibkontakt mit der Bremsscheibe ist.

Der Grad der vorgenommenen Bearbeitung entspricht der zu dieser Bearbeitung korrelierten Kennfrequenzverschiebung. Anhand von abgestuften Bearbeitungsmustern lässt sich eine Korrelation zwischen Bearbeitungsgrad und Frequenzverschiebung über einen weiten Kennfrequenzbereich definieren, so dass eine erneute Überprüfung nach der Bearbeitung entfällt. Am Ende liegt ein Bremsbelag vor, der nach dem Pressen und Härten durch die anschließende Messung und dem eventuell erforderlichen

Arbeitsschritt eine Frequenzverschiebung in den, für die spätere Applikation, sichereren Frequenzbereich erfährt, das bedeutet in einen Frequenzbereich, der nicht zu hörbaren Geräuschen führt.

Die Veränderung der Kennfrequenz kann beispielsweise durch eine mechanische Nachbearbeitung erfolgen oder durch Anbringung von zusätzlichen Massen oder durch Aufkleben von entsprechend abgestimmten Dämpfungselementen. Bevorzugt ist jedoch eine Nachbearbeitung des Reibbelags, bei der an bestimmten definierten Stellen Material abgetragen wird. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass zur Einstellung der

Eigenfrequenz einer Reibeinheit zunächst verschiedene Frequenzmuster hergestellt werden. Hierzu werden zum Beispiel Eingriffe in die Geometrie oder zum Beispiel Änderungen der Dichte des Belag- bzw. Reibmaterials vorgenommen. Diese

Frequenzmuster haben dann eine Abstufung in der Eigenfrequenz. Mit diesen Mustern werden in praktischen Tests Grenzmuster bestimmt, das bedeutet Muster-Geometrien, bei denen aufgrund ihrer Eigenfrequenz Geräusche im Betrieb der Reibeinheit entstehen.

Solche Grenzmuster sind deshalb als Muster definiert, die die Ober- und Untergrenze der Eigenfrequenz bestimmen, bei denen die Reibeinheit noch geräuschfrei betrieben werden kann. Anhand dieser Grenzmuster wird die korrelierende Kennfrequenz ermittelt. Soweit in den vorliegenden Unterlagen auf die Kennfrequenzmessung verwiesen wird, bedeutet dies, dass die Reibeinheit bzw. der Reibbelag nicht frei schwingend, sondern eingespannt, gemessen wird, z. B. adäquat so, wie die Reibeinheit bzw. Reibbelag in der Reibeinheit eingespannt ist. Das lose oder freie Ende kann beispielsweise mit einem Shaker, das bedeutet einer Schwingspule, basierend auf dem

Lautsprecherprinzip, angeregt werden und die Resonanzstellen werden über die Leistungsaufnahme der Spule oder über einen Beschleunigungsaufnehmer bestimmt. Ein einmal angeregtes Bauteil hat beim Durchlaufen des Frequenzbandes der abklingenden Schwingung mindestens eine, oft sogar mehrere, Resonanzfrequenzen, die bei Vernachlässigung der Dämpfung den Eigenfrequenzen entsprechen.

Resonanzen entstehen bei den Frequenzen, bei denen durch eine Eigenverstärkung des Bauteils besonders große Amplituden auftreten. Zu dieser Eigenfrequenz ist die Kennfrequenz korreliert, die die gleichen durch das Einspannen in ihrer Frequenz verschobenen Resonanzstellen aufweist.

Ist das Bauteil ein Freischwinger, also ohne jegliche äußere Beeinflussung, außer der Anregung (z. B. aufgehängt an einem dünnen Seil), bezeichnet man die Frequenz an diesen Resonanzstellen als Eigenfrequenzen.

Ist das Bauteil jedoch in irgendeiner Weise vorgespannt, spricht man an den auftretenden Resonanzstellen von der Kennfrequenzen, die nur in diesem von

Freiheitsgraden eingeschränkten Zustand vorliegen.

Bei definierter Einspannung lässt sich daher die Kennfrequenz zur Eigenfrequenz korrelieren. Aufgrund der geringeren Freiheitsgrade bei der Kennfrequenzmessung werden auch nicht relevante Oberschwingungen unterbunden, wodurch sich eine bessere Reproduzierbarkeit der Resonanzstellen ergibt.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Reibeinheit mittels

Schwingungsgenerator angeregt. Diese Maßnahme ist dahingehend vorteilhaft, dass ein gezielt eingeschränktes Frequenzband durchfahren werden kann, was zusätzlich eine stark reduzierte Messzeit zur Folge hat.

Die Eigenschwingung der Reibeinheit kann durch Messung der Amplitude des

Schwingungsgenerators ermittelt werden. Hierbei ist eine bevorzugte Maßnahme diejenige, dass die Eigenschwingungen der Reibeinheit durch Messung der

Leistungsaufnahme des Schwingungsgenerators ermittelt werden.

Falls die gemessene Kennfrequenz nicht der ermittelten geräuschfreien

Eigenschwingung entspricht, wird der Reibbelag vorzugsweise mechanisch durch vorzugsweise Variation der Tiefe und/oder der Breite einer in den Reibbelag

eingebrachten Nut bearbeitet, um die Eigenschwingungen auf den geforderten Wert einzustellen. Für die Einstellung der Eigenschwingung kann auch der Reibbelag mechanisch bearbeitet werden, indem seine Dicke verändert wird.

Für die Einstellung der Eigenschwingungen der jeweiligen Reibeinheiten, insbesondere für das Maß der mechanischen Bearbeitung des Reibbelags, kann auf eine zuvor aufgestellte Korrelationstabelle zurückgegriffen werden. In dieser Korrelationstabelle sind vorab gemessene Werte für jeweilige Abweichungen der Eigenschwingungen von dem vordefinierten Schwingungsbereich der jeweils gemessenen Reibeinheiten zu dem Grad einer vorzunehmenden mechanischen Bearbeitung des Reibbelags in Bezug gesetzt.

Ausführungsbeispiele

Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei bilden sämtliche wörtlich beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale in ihrer sinnvollen Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung; auch unabhängig von den Patentansprüchen und deren Rückbezügen.

In der Zeichnung zeigt ein Flussdiagramm, das zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen wird, eine Vorrichtung, um Kennfrequenzen von Reibeinheiten zu ermitteln, eine Draufsicht auf eine Bremseinheit mit in der Reibfläche eingebrachter Nut, Figur 4 eine erste Querschnittsdarstellung der Nut des Bremsbelags der Figur 3, und

Figur 5 eine zweite Querschnittsdarstellung der Nut des Bremsbelags der Figur 3. Figur 6 eine Seitenansicht der Reibeinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der der Reibbelag schräg ausgebildet ist,

Figur 7 eine Draufsicht auf die Reibeinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der ein Randbereich des Reibbelags schräg ausgebildet ist,

Figur 8 eine Draufsicht auf die Reibeinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der ein Randbereich des Reibbelags schräg ausgebildet und eine Ausnehmung in dem Reibbelag vorgesehen ist, Figur 9 eine Draufsicht auf die Reibeinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der ein Randbereich des Reibbelags abgerundet ist. Das Verfahren, wie es in Figur 1 anhand eines Flussdiagramms dargestellt ist, dient zur Ermittlung der Kennfrequenz von Reibeinheiten sowie zur Beeinflussung bzw.

Einstellung der Kennfrequenz durch eine mechanische Bearbeitung des Reibbelags (Rohlings) während des Herstellungsprozesses.

Im Betrieb einer Reibeinheit, insbesondere einer Bremseinheit kann es vorkommen, dass es aufgrund von Resonanzen der Reibeinheit zu unerwünschten Geräuschen kommt. Daher ist es erforderlich, die Eigenfrequenz bzw. Kennfrequenz der Reibeinheit in einem Bereich zu halten, bei welchem diese störenden Geräusche nicht auftreten. Aus diesem Grund wird die Kennfrequenz der Reibeinheit bzw. des Rohlings ermittelt.

Hierzu kann eine Vorrichtung eingesetzt werden, wie sie schematisch in Figur 2 dargestellt ist. Diese Vorrichtung umfasst eine Spannvorrichtung 1 mit einem oberen Spannteil 2 und einem unteren Spannteil 3. Das untere Spannteil 3 ist einem ortsfesten Auflagetisch 4 zugeordnet, während das obere Spannteil 2 über einen Druckzylinder 5 in Richtung des Pfeils 6 verschiebbar ist. Zwischen dem unteren Spannteil 3 und dem oberen Spannteil 2 ist in dem gezeigten Beispiel eine Bremsbacke 7 etwa mittig eingespannt. Diese Bremsbacke 7 umfasst eine Trägerplatte 8, an der ein Reibbelag 9 gehalten ist. Die so eingespannte Reibeinheit kann mittels eines

Schwingungsgenerators, der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, angeregt werden. Hierzu greift der Schwingungsgenerator 10 mit einem Halteteil 1 1 in die Trägerplatte 8 der Reibeinheit 7, und zwar am Rand der Trägerplatte 8, ein. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Trägerplatte 8 mit dem Kolben 12 eines

Gegendruckzylinders 13 verbunden. Über den Schwingungsgenerator 10 und dessen Halteteil 1 1 kann die Trägerplatte 8 und damit die Reibeinheit 7 senkrecht zu der Fläche des Reibbelags 9 in definierte Schwingungen, angedeutet durch den Doppelpfeil 14, versetzt werden. Über den Gegendruckzylinder 13 wird während der Messphase der Kontakt der Trägerplatte 8 zum Halteteil 1 1 des Schwingungsgenerators 10

aufrechterhalten.

Durch Messung der Amplitude oder der Leistungsaufnahme des

Schwingungsgenerators 10 kann auf die Eigen- bzw. Kennfrequenz der Bremsbacke bzw. Reibeinheit 7 geschlossen werden. Mit dieser Anordnung wird das Frequenzspektrum durchlaufen und die dabei auftretenden Resonanzfrequenzen der eingespannten Reibeinheit 7 ermittelt. Zur Ermittlung der Resonanzfrequenz kann die Leistungsaufnahme des Schwingungsgenerators als Referenzgröße herangezogen werden.

Während der Serienproduktion ist in jedem Fall eine mechanische Nachbearbeitung bzw. Endbearbeitung der Reibbeläge der Reibeinheiten erforderlich. Im Rahmen dieser mechanischen Bearbeitung des Reibbelags kann daher die Resonanzfrequenz, falls eine Resonanz auftritt und zu hoher Geräuschentwicklung führt, die zuvor ermittelt wurde, gezielt in einen Bereich verschoben werden, in dem keine unerwünschten Geräusche auftreten.

Vorgesehen ist, dass während der späteren Bearbeitung des Rohlings des Reibbelags 9 bzw. der Reibeinheit 7, während der auch Nuten in den Belag eingeschliffen werden, solche Nuten in ihrer Form, Breite und/oder Tiefe variiert werden, um dadurch das Schwingverhalten der Bremsbacke zu beeinflussen und entsprechend die

Kennfrequenz in einen Bereich zu verschieben, in dem keine Resonanzen auftreten, die zu Geräuschen führen.

Für die Nachbearbeitung des Reibbelags wird auf zuvor ermittelte Referenzwerte für die Nuttiefe und Breite zurückgegriffen, die beispielsweise in einen Speicher abgelegt sind. Mit diesen Referenzwerten werden dann während der Nachbearbeitung des

Reibbelags, abhängig von der Abweichung der Kennfrequenz von einem vorgegebenen Referenzwert, entsprechende Parameter für den Schleifvorgang eingestellt.

Es ist es auch möglich, die Dicke des Reibbelags beim späteren Schleifvorgang der Reibbelagoberfläche zu variieren und damit das Schwingungsverhalten der Reibeinheit zu verändern.

Gleiches gilt in geringerem Maße natürlich auch für die Randschrägen des Reibbelags 9 gegenüber der Trägerplatte 8. Diese Abläufe sind in dem Flussdiagramm der Figur 1 gezeigt.

Das gesamte Verfahren ist in einen Abschnitt "Entwicklung" und einen Abschnitt "Serienproduktion" unterteilt.

In der Entwicklungsphase werden in einem Verfahrensschritt 100 für einen bestimmten Typ von Reibeinheiten, beispielsweise mit der Vorrichtung, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, Frequenzmuster mit gestaffelten Eigenfrequenzen bestimmt. Gestaffelte

Eigenfrequenzen bedeutet hierbei, dass Muster hergestellt werden, welche durch Bearbeitung gezielt unterschiedliche Eigenfrequenzen erhalten.

Die einzelnen Reibeinheiten werden dann in einem Schritt 101 im Betrieb einer Bremse überprüft. Diese Prüfung umfasst insbesondere die Geräuschentwicklung der Bremse bei unterschiedlichen Drehzahlen. Aus dieser Überprüfung werden eine Obergrenze und eine Untergrenze für Grenzmuster festgelegt.

Zu den Grenzmustern, betreffend die Obergrenze und die Untergrenze, werden dann abgestufte Bearbeitungsmuster festgelegt, die Werte für den mechanischen Eingriff in den Reibbelag umfassen, um die Eigenfrequenzen der Bremsbacke zu verschieben, wie dies im Schritt 102 mit "Ermittlung der Kennfrequenzen, der Frequenzmuster, untere und obere Eingriffsgrenze für die Produktion" angegeben ist.

In der Serienproduktion werden dann im Schritt 103 die produzierten, fertig

ausgehärteten Bremsbeläge herangezogen.

Im Schritt 104 wird dann eine Kennfrequenzmessung vorgenommen. Die Messwerte werden dann mit den Eingriffsgrenzen verglichen. Falls im Schritt 104 die Messwerte sich nicht innerhalb des Bereiches der Kennfrequenz der Grenzmuster befinden, erfolgt im Schritt 105 eine mechanische Nachbearbeitung des Reibbelags derart, dass eine Verschiebung der Kennfrequenz erreicht wird. Für eine solche Nachbearbeitung wird auf die Daten in der Tabelle 106 zurückgegriffen, die die erforderliche Korrelation einer Nachbearbeitung zur Kennfrequenz-Verschiebung beinhaltet. Falls im Schritt 104 die Messung ergibt, dass sich die Messwerte innerhalb des

Bereiches der Kennfrequenz der Grenzmuster befinden, wird die Entscheidung getroffen, dass der Bremsklotz in Ordnung ist, das bedeutet, er weist eine geregelte Eigenfrequenz auf, wie dies in dem Schritt 107 angegeben ist. Figur 3 zeigt beispielhaft eine Reibeinheit bzw. Bremsbacke 7 mit Trägerplatte 8 und Reibbelag 9, wie sie auch in der Anordnung der Figur 2 eingesetzt ist. Beispielhaft ist in die Oberfläche des Reibbelags 9 eine Nut 15 eingefräst.

Die Figur 4 zeigt eine V-förmige Nut 15, die an der mit dem Pfeil 16 gekennzeichneten Stelle eine Breite von 1 ,7 mm besitzt, während die Breite 17 im Bereich der Oberfläche des Reibbelags 9 einen Wert von 2,3 mm hat. Dieser Bremsbacken 7 wurde mit der Vorrichtung der Figur 2 gemessen. Danach wurde die Nut zu einer Form verändert, die in Figur 5 dargestellt ist, die eine in etwa U-förmige Form zeigt und auch im unteren Bereich eine Breite 16 von 2,3 mm aufwies. Durch die Veränderung der Nutform der Figur 4 zu der Nutform der Figur 5 konnte die Frequenz um 8 Hertz gesenkt werden Das Beispiel der Figuren 4 und 5 zeigt, wie die Kennfrequenzen zu unterschiedlichen Bearbeitungsstufen des Reibbelags in Relation gesetzt werden können, um daraus eine Tabelle mit Referenzwerten aufzustellen, auf die während der Nachbearbeitung der Reibbeläge während der Serienproduktion zurückgegriffen wird.

In den Figuren 6 bis 9 werden weitere Möglichkeiten für eine Bearbeitung des

Reibbelags 7 dargestellt. So weist der in Figur 6 gezeigte Reibbelag 7 einen schrägen Verlauf auf. Genauer gesagt ist der Reibbelag 7 derart bearbeitet, dass sich der Abstand zwischen der Kontaktfläche des Reibbelags 7 und einer nicht gezeigten Bremsscheibe ausgehend von einer ersten Kante 18 bis zu der der ersten Kante 18 gegenüberliegenden zweiten Kante 18' vergrößert. Der in Figur 7 gezeigte Reibbelag 7 weist einen Randbereich 19 auf, der einen schrägen Verlauf aufweist. Der in Figur 8 gezeigte Reibbelag 7 weist ebenfalls einen schrägen Randbereich 19 auf. Des Weiteren weist der in Figur 8 gezeigte Reibbelag 7 auch zwei Ausnehmungen 15 auf. Der in Figur 9 gezeigte Reibbelag 7 weist einen abgerundeten Randbereich 20 auf.

Bezugszeichenliste

1 Spannvor chtung

2 oberes Spannteil

3 unteres Spannteil

4 Auflagetisch

5 Druckzylinder

6 Pfeil

7 Reibeinheit

8 Trägerplatte

9 Reibbelag

10 Schwingungsgenerator

11 Halteteil

12 Kolben

13 Gegendruckzylinder

14 Doppelpfeil

15 Nut

16 Pfeil

17 Pfeil

18, 18' Kante

1 9 schräger Randbereich

20 abgerundeter Randbereich