Kapazitives Wegmesssystem

Bremsscheibendicken mit Micro-Epsilon präzise bestimmen

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Mit dem CapaNCDT DTV hat Micro-Epsilon ein Dickenmesssystem für Bremsscheiben entwickelt, das für die Bestimmung der Disc-Thickness-Variation eingesetzt werden kann. Extrem robuste Mehrkanalsensoren, Controller mit einem umfangreichen Softwarepaket sowie ein Koffer für den mobilen Einsatz decken dabei zahlreiche Messaufgaben ab.

Stefan Stelzl, Produktmanager Sensorik, Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG, Ortenburg

Bremsscheiben sind hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt und werden somit in hohem Maß beansprucht. Die kinetische Energie, die im fahrenden Fahrzeug gespeichert ist, wird an dieser Stelle in Wärme umgewandelt, wodurch sich das Bremssystem innerhalb kurzer Zeit erhitzt. Schon bei der Herstellung von Bremsscheiben muss daher genau auf die Einhaltung aller wesentlichen Spezifikationen geachtet werden, da die Bremsen sonst nicht einwandfrei funktionieren und sich Mängel auch anderweitig negativ auf Fahrzeug, Fahrverhalten und Sicherheit auswirken können. Bereits während der Produktion wird der Rohling deshalb nach den mechanischen Bearbeitungsschritten auf die Einhaltung von Dicken- und Schlagtoleranzen geprüft. Aber auch im Prüfstand und bei Fahrversuchen wird die Bremsscheibendicke regelmäßig überwacht. Die entscheidende Messgröße ist dabei die Dickenabweichung, die sogenannte Disc-Thickness-Variation, denn nur bei gleichmäßiger Scheibendicke kann eine Bremsanlage ihre maximale Effizienz erreichen. Unebenheiten, Schläge oder Abriebe auf der Oberfläche der Scheibe führen zum Kontaktverlust der Bremsbeläge und verringern somit die Bremswirkung. Zudem ist eine variierende Stärke der Bremsscheiben eine der Hauptursachen für Vibrationen am Fahrzeug. Der Fahrer nimmt in diesem Fall pulsierende Bremspedale, Lenkraddrehschwingungen oder Vibrationen der Karosserie, bedingt durch auftretende Bremsmomentschwankungen, wahr.

Abweichungen bis unter 1 µm bestimmen

Zur zuverlässigen und präzisen Bestimmung der Bremsscheibendicke kann man das kapazitive Wegmesssystem CapaNCDT DTV von Micro-Epsilon einsetzen. Es wurde speziell für die Vermessung von Bremsscheiben als innovativer Vierkanal-Sensor konzipiert. Das System arbeitet hochauflösend und ist dadurch in der Lage, Abweichungen bis unter 1 µm sowohl bei Raumtemperatur im Prüfstand als auch bei Bremsscheiben-Temperaturen von rund 600 °C im Fahrversuch zu bestimmen. Es erfasst die Dicke der Bremsscheiben dazu berührungslos über kapazitive Wegsensoren von zwei Seiten. Rotiert die Bremsscheibe, wird die Dickenabweichung über den kompletten Scheibenumfang bestimmt. Und wenn mehrere Sensorpaare verwendet werden, lässt sich eine mehrspurige Dickenmessung über die Reibfläche verteilt durchführen. Auf diese Weise ist es auch möglich, eine Verwölbung der Scheibe zu erkennen.

Wegen seines robusten Aufbaus ist der CapaNCDT DTV für raue Umgebungsbedingungen von der Produktionsüberwachung und Qualitätsprüfung über den Prüfstand bis hin zum Versuchsfahrzeug geeignet. Die vier, in einem kompakten Gehäuse untergebrachten, kapazitive Sensoren erfassen die Messwerte unabhängig voneinander. Vor mechanischen und thermischen Belastungen werden sie dabei von einem speziellen Keramiksubstrat geschützt, das auch bei Temperaturschwankungen eine hohe Stabilität schafft. Um eine positionsgenaue Messung mit geringem Montageaufwand zu realisieren, sind die Sensoren in spiegelverkehrten Anordnungen verfügbar, die auf der jeweils gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe montiert werden können. Kombiniert mit dem Controller CapaNCDT 6220 lassen sich die vier Sensorkanäle bei dynamischen Messungen bis 5 kHz synchron verarbeiten und analog oder digital über die Ethernet- oder die EtherCAT-Schnittstelle ausgeben. Je nach Anwendung lässt sich zudem die Anzahl der Messkanäle individuell bestimmen.

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

Zuverlässig, langzeit- und temperaturstabil

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, so 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 – sogar bei schwierigen Temperaturbereichen wie nahe dem absoluten Temperatur-Nullpunkt.

Kapazitive Sensoren, wie sie für die Bestimmung der Disc-Thickness-Variation eingesetzt werden, sind Langzeitstabil, Zuverlässig und Temperaturstabil. Während das kapazitive Messprinzip dabei in der Regel nicht für Messungen in schwierigen Umgebungen, wie sie bei Bremsscheiben im Fahrversuch vorherrschen, vorgesehen ist, macht die moderne und innovative Sensortechnologie von Micro-Epsilon auch unter diesen extremen Bedingungen hochpräzise Messungen möglich. Optional sind die kapazitiven Wegsensoren aber auch für den Reinraum oder das Ultrahochvakuum geeignet. Durch die verfügbaren Kabellängen bis 8 m, Kabel mit Metallschutzschlauch sowie Steckverbinder im gleichen Umfang wie das verwendete Kabel sind sie besonders flexibel einsetzbar. Darüber hinaus sind Miniaturausführungen, die sich in beengte Bauräume einpassen lassen, erhältlich und die Befestigungsmöglichkeiten lassen sich durch Kleben oder mittels Magnetfolie erweitern. Sensor und Controller aus der Micro-Epsilon-Produktpalette lassen sich zudem einfach kombinieren. So kann jeder Sensor mit jedem Controller verwendet werden, eine sonst übliche aufwendige Kalibrierung entfällt. ik

www.micro-epsilon.de

Weitere Informationen zur Dickenmessung mit kapazitiven Sensoren von Micro-Epsilon:

http://hier.pro/lKHwF

Messe Sensor + Test 2018: Halle 1, Stand 1-320

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