Methodische Ansätze zur Untersuchung des Restbremsmomentes von Scheibenbremsen

Heimann, Stefan GND

The studies discussed here are detailed analyses of what is known as brake drag torque on disc brakes. There is brake drag torque (BDT) in what is known as the off-brake phase, i.e. when the brake is not applied and there is friction contact between the pad and disc due to an unfavourable constellation of piston clearance (pad and finger side) and dynamic runout. Brake drag torque is studied under various operational conditions with a measuring system that records the axial brake component movements (from the caliper, pad and disc) on a floating caliper brake. The geometric deviations can be directly assigned to a variation of BDT. Furthermore, we will be presenting a setup for a laboratory experiment that makes it possible to illustrate operational states of the wheel brake in a fashion close to reality, for instance simulating lateral forces. It has become apparent that brake drag torques can differ substantially over time during a cycle of study. In addition, a combined finite element me-thod/multibody dynamics simulation model is used for studying other influencing variables. This model enables us to carry out a fast and low cost analysis of influencing factors in terms of the size and change in BDT when a disc rotates. A holistic analysis of the brake drag prob-lem will be completed with an analysis of the effect that BDT has on the fuel consumption of a vehicle.

Die vorgestellte Arbeit beinhaltet detaillierte praktische und theoretische Analysen zum Restbremsmoment an Scheibenbremsen. Restbremsmomente entstehen in der so genannten Offbrake-Phase, d. h. bei nicht betätigter Bremse, wenn aufgrund einer ungünstigen Konstellation von Lüftspiel (kolben-/fingerseitig) und dynamischem Runout ein Reibkontakt zwischen Belag und Scheibe erfolgt. Diese Reibverluste führen zu einem Kraftstoffmehrverbrauch und folglich zu einer CO2-Mehremission. Das Restbremsmoment wird unter verschiedenen Betriebsbedingungen mit einem Messsystem untersucht, das die axialen Bremskomponentenbewegungen von Sattel, Belag sowie Scheibe, an Faustsattelbremsen erfassen. Die geometrischen Abweichungen können direkt einer Variation des RBMs zugeordnet werden. Daneben erfolgt die Verwendung eines Kraftmesssystems, das die Erfassung der Normalkräfte im Bremsbelag während des Betriebes ermöglicht. Weiterhin wird ein Laborversuchsaufbau vorgestellt, der die Abbildung realitätsnaher Betriebszustände der Radbremse, z. B. der Simulation von Seitenkräften, erlaubt. Es hat sich gezeigt, dass Restbremsmomente während eines Untersuchungszyklus zeitlich erheblich differieren können. Außerdem kann erstmals dargestellt werden, wie sich ein Lüftspiel zwischen Scheibe und Belag während eines Zyklus verändert und wie sich der Verlauf auf das RBM auswirkt. Für weitere Einflussgrößenuntersuchungen wird zudem eine kombiniertes FEM-/MKS-Modell verwendet. Das Modell erlaubt eine schnelle und kostengünstige Analyse von Einflussparametern auf Größe und Verlauf des RBMs während einer Scheibenumdrehung. Die ganzheitliche Betrachtung der Restbremsmomentproblematik schließt mit einer Analyse der Auswirkung des RBMs auf den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeuges ab.

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Heimann, Stefan: Methodische Ansätze zur Untersuchung des Restbremsmomentes von Scheibenbremsen. 2012.

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