Die Dicke präzise bestimmen

Spezial Sensor- und Messtechnik

Wegmessung – Mit dem capaNCDT DTV hat Micro-Epsilon ein Messsystem für die Dickenabweichung bei Bremsscheiben entwickelt – inklusive Software und Zubehör.

12. Juni 2018

Bremsscheiben werden stark beansprucht, da sie hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Die kinetische Energie, die im fahrenden Fahrzeug gespeichert ist, wird dort in Wärme umgewandelt und das Bremssystem erhitzt sich in kurzer Zeit.

Schon bei der Herstellung von Bremsscheiben muss daher genau auf die Einhaltung aller wesentlichen Spezifikationen geachtet werden, weil die Bremsen sonst nicht einwandfrei funktionieren und sich Mängel auch anderweitig negativ auf Fahrzeug, Fahrverhalten und Sicherheit auswirken können. Darum wird der Rohling nach den mechanischen Bearbeitungsschritten auf die Einhaltung von Dicken- und Schlagtoleranzen geprüft. Dies geschieht auch im Prüfstand und Fahrversuch. Die entscheidende Messgröße ist die Dickenabweichung, die so genannte Disc Thickness Variation.

Nur bei gleichmäßiger Scheibendicke kann eine Bremsanlage ihre maximale Effizienz erreichen. Unebenheiten, Schläge oder Abriebe auf der Oberfläche der Scheibe führen zu Kontaktverlust der Bremsbeläge und verringern somit die Bremswirkung. Bremsen entfalten also nicht ihre volle Bremswirkung. Eine der Hauptursachen für Vibrationen am Fahrzeug ist die variierende Stärke von Bremsscheiben. Der Fahrer nimmt dann pulsierende Bremspedale, Vibrationen der Karosserie oder Lenkraddrehschwingungen bedingt durch auftretende Schwankungen des Bremsmoments wahr.

Zur zuverlässigen und hochpräzisen Bestimmung der Bremsscheibendicke dient das kapazitive Wegmesssystem capaNCDT DTV von Micro-Epsilon. Es arbeitet hochauflösend und kann dadurch Abweichungen bis unter einem Mikrometer sowohl bei Raumtemperatur im Prüfstand als auch bei Bremsscheibentemperaturen von rund 600 Grad Celsius im Fahrversuch bestimmen.

Das System erfasst die Dicke der Bremsscheiben von zwei Seiten und ermöglicht eine hochgenaue, berührungslose Bestimmung der Disc Thickness Variation mit kapazitiven Wegsensoren. Rotiert die Bremsscheibe, wird die Dickenabweichung über den kompletten Scheibenumfang bestimmt. Bei mehreren Sensorpaaren lässt sich außerdem eine Dickenmessung mehrspurig über die Reibfläche verteilt durchführen und eine Verwölbung der Scheibe erkennen.

Der speziell konzipierte Vierkanal-Sensor capaNCDT ist wegen seines robusten Aufbaus für raue Umgebungsbedingungen sehr gut geeignet. In dem kompakten Gehäuse sind vier kapazitive Sensoren untergebracht, die die Messwerte unabhängig voneinander erfassen. Vor mechanischen und thermischen Belastungen schützt ein spezielles Keramiksubstrat, das hohe Stabilität auch bei Temperaturschwankungen schafft.

Um positionsgenau mit geringem Montageaufwand messen zu können, sind die Sensoren spiegelverkehrt angeordnet und auf der jeweils gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe montiert. Kombiniert mit dem Controller capaNCDT 6220 lassen sich die vier Sensorkanäle bei dynamischen Messungen bis fünf Kilohertz synchron verarbeiten und analog oder digital über die Ethernet- oder Ethercat-Schnittstelle ausgeben.

Überall messen

Für die Prüfung von Gewährleistungsansprüchen oder zur Qualitätssicherung steht ein handlicher Messkoffer als Komplettpaket zur Verfügung. Er wird vor allem bei Bremsscheibenherstellern oder in der Automobilindustrie und deren Zulieferern eingesetzt. Enthalten sind ein Zweikanal-Controller, zwei Sensoren mit Kabel und Haltesatz sowie ein umfangreiches Softwarepaket. Die Software ermöglicht eine automatische Kompensation bei gelochten Bremsscheiben, eine automatische und manuelle Rotationserkennung über die Peak-to-Peak Auswertung, Drucken und Speichern von Messdaten. Mithilfe der Software lassen sich Unwucht, Keiligkeit oder Verwölbungen bestimmen.

Eine Besonderheit stellt die Erkennung einer Umdrehung der Scheibe dar. Die Software kann durch Werteabgleich erkennen, wann die Bremsscheibe wieder an ihrem Ausgangspunkt angekommen ist. Nach einer kompletten Umdrehung liefert sie Aussagen über Minimum und Maximum der Scheibendicke.

Das kapazitive Messverfahren basiert auf dem Prinzip eines idealen Plattenkondensators. Die Gesamtkapazität ändert sich, wenn sich der Abstand zwischen den Platten, also Sensor und Messobjekt, verändert. Wird ein Wechselstrom mit konstanter Frequenz und konstanter Amplitude durch den Sensorkondensator geschickt, ist die Amplitude der Wechselspannung am Sensor proportional zum Abstand des Messobjekts. Die Abstandsänderung wird im Controller erfasst, aufbereitet und das Ergebnis lässt sich über verschiedene Ausgänge ausgeben. Weg, Abstand und Position können so präzise im Mikro- und Nanometerbereich vermessen werden.

Kapazitive Sensoren, wie sie für die Bestimmung der Disc Thickness Variation eingesetzt werden, sind für berührungslose Weg-, Abstands- und Positionsmessungen konzipiert. Sie zeichnen sich durch ihre Langzeitstabilität, Zuverlässigkeit und Temperaturstabilität aus. Die Sensortechnologie von Micro-Epsilon macht hochpräzise Messungen mit kapazitiven Sensoren auch unter extremen Bedingungen möglich sowie im Reinraum oder Ultrahochvakuum. Durch verfügbare Kabellängen bis acht Meter, Kabel mit Metallschutzschlauch oder Steckverbinder im gleichen Umfang wie das verwendete Kabel sind sie flexibel einsetzbar. Miniaturausführungen lassen sich in beengte Bauräume einpassen, es gibt erweiterte Befestigungsmöglichkeiten wie Kleben oder Magnetfolie.

Die Messungen können hochgenau und im Nanometerbereich erfolgen, sogar nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt. Je nach Anwendung lässt sich zudem die Anzahl der Messkanäle individuell bestimmen. Durch Synchronisierung der Kanäle werden präzise Ergebnisse erreicht. Die kapazitiven Sensoren sind langzeitstabil, außerdem lassen sich Sensor und Controller aus der Micro-Epsilon Produktpalette einfach kombinieren, die sonst übliche aufwendige Kalibrierung entfällt. mk

Erschienen in Ausgabe: 05/2018

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