DE102016110656B4 - PROCEDURE FOR PRESSURE DEPENDENT MODAL ANALYSIS OF BRAKE PADS - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Vorhersage der Geräuschentwicklung von Bremsen durch eine druckabhängige Modalanalyse von Bremsbelägen (1) umfassend folgende Schritte:a. Einspannen eines Bremsbelages (1) mit Hilfe einer Pressvorrichtung (33)b. Erzeugen eines vorbestimmten Druckes P auf den Bremsbelag (1)c. Mechanische Anregung des Bremsbelages (1) mit Hilfe eines Schwingungsanregers (11)d. Messung der Schwingungsantwort des Bremsbelages mit Hilfe eines Schwingungssensors (13)e. Messung der NVH-Eigenschaften einer Bremse (42) mit Hilfe eines Prüfstandes für die Schallabstrahlung der Bremse (42) für denselben Bremsbelag (1), für welchen eine druckabhängige Modalanalyse durchgeführt wurdef. Erstellen einer Korrelationsmatrix zwischen den NVH-Eigenschaften der Bremse (42) unter Betriebsbedingungen und den Ergebnissen der druckabhängigen Modalanalyse des Bremsbelages (1).Method for predicting the noise development of brakes by a pressure-dependent modal analysis of brake pads (1) comprising the following steps: a. Clamping a brake pad (1) using a pressing device (33) b. Generating a predetermined pressure P on the brake lining (1)c. Mechanical excitation of the brake lining (1) using a vibration exciter (11)d. Measurement of the vibration response of the brake lining using a vibration sensor (13)e. Measurement of the NVH properties of a brake (42) using a test bench for the noise emission of the brake (42) for the same brake lining (1) for which a pressure-dependent modal analysis was carried outf. Creation of a correlation matrix between the NVH properties of the brake (42) under operating conditions and the results of the pressure-dependent modal analysis of the brake lining (1).

Description

Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der Geräuschentwicklung von Bremsen unter Betriebsbedingungen durch eine druckabhängige Modalanalyse von Bremsbelägen.The subject matter of the invention relates to a method for predicting the noise development of brakes under operating conditions by means of a pressure-dependent modal analysis of brake pads.

Hintergrund und Stand der TechnikBackground and prior art

Die Erfindung ist motiviert durch die hohe wirtschaftliche Relevanz geräuscharmer Bremsen, insbesondere, aber nicht ausschließlich im PKW-Fahrzeugsegment. Die mit Bremsengeräuschen verbundene Kundenunzufriedenheit ist bei allen Automobilherstellern ein gefürchteter Qualitätsmangel. Selbst eine leicht quietschende Bremse schmälert bereits den Gesamteindruck eines PKWs erheblich. Das Fahrempfinden und die Beurteilung der Qualität der Fahrzeuge werden - selbst bei ansonsten einwandfreier Funktionsweise - durch diesen Mangel empfindlich beeinflusst. Darüber hinaus berechtigt eine quietschende Bremse nicht nur zu einem für den Hersteller kostenintensiven Austausch der Bremse, sondern sogar zur Rückgabe des gesamten PKWs (vgl. LG Bonn Urteil vom 15.3.2006, Az. 2 O 445/05). Des Weiteren tragen Bremsengeräusche, insbesondere im innerstädtischen Bereich, in signifikantem Maße zum Verkehrslärm bei. Neben den wirtschaftlich bedeutsamen Qualitätsproblemen für die Hersteller, ergibt sich somit auch eine gesamtgesellschaftliche Relevanz für die Entwicklung geräuscharmer Bremsen im Bereich der Lärmverschmutzung und Gesundheit.The invention is motivated by the high economic relevance of low-noise brakes, particularly but not exclusively in the passenger vehicle segment. The customer dissatisfaction associated with brake noise is a quality defect that is feared by all automobile manufacturers. Even a slightly squeaky brake reduces the overall impression of a car considerably. The feeling of driving and the assessment of the quality of the vehicles are sensitively influenced by this defect - even if they are otherwise functioning properly. In addition, a squeaky brake not only entitles the manufacturer to replace the brake, which is expensive for the manufacturer, but even to return the entire car (cf. LG Bonn judgment of March 15, 2006, Az. 2 O 445/05). Furthermore, brake noise, especially in inner-city areas, contributes significantly to traffic noise. In addition to the economically significant quality problems for the manufacturers, there is also a social relevance for the development of low-noise brakes in the area of noise pollution and health.

Aus diesen Gründen werden bei Fahrzeug-, Bremsen- und Bremskomponentenherstellern Beträge in Höhe einiger Milliarden Euro ausgegeben, um das Qualitätsmerkmal einer geräuschfreien Bremse zu prüfen und zu optimieren. Bei der Entwicklung von Bremsen und Bremskomponenten werden zurzeit verschiedene Methoden und Technologien eingesetzt (P. Blaschke, M. Tan, K. Stepper, A. Hafiz-Afaneh: Integrated Process for Design against Brake Squeal. International Modal Analysis Conference, IMAC XXI, Feb. 2003, Kissimmee, FL, USA). 2 illustriert, wie vielfältig die Prüfelemente sind und wie aufwändig der Prozess ist. Neben der Simulation müssen eine Vielzahl von trial and error-Experimenten durchgeführt werden, um die Materialien und Geometrien für eine PKW-Bremse zu optimieren. Anschließend erfolgt eine kostenintensive Prüfung der PKW-Bremse auf Schwungmassen-Prüfständen, Rollenprüfständen oder Teststrecken für Fahrzeuge. Oftmals ist es aufgrund unzureichender Testergebnisse nötig mehrere Iterationen der Prozessschritte zu durchlaufen. Ein großes Problem bei der Bremsenentwicklung ist es, dass sehr kleine Material- und Geometrieabweichungen bei den Bremsbelägen zu großen Auswirkungen im Geräuschverhalten der gesamten Bremse führen können. Die Aussagekraft der Simulationen und Experimente ist daher sehr eingeschränkt in Bezug auf die tatsächliche Geräuschentwicklung der Bremse im Fahrzeugbetrieb.For these reasons, vehicle, brake and brake component manufacturers spend billions of euros to test and optimize the quality feature of a noise-free brake. Various methods and technologies are currently used in the development of brakes and brake components (P. Blaschke, M. Tan, K. Stepper, A. Hafiz-Afaneh: Integrated Process for Design against Brake Squeal. International Modal Analysis Conference, IMAC XXI, Feb . 2003, Kissimmee, FL, USA). 2 illustrates how varied the test elements are and how complex the process is. In addition to the simulation, a large number of trial and error experiments have to be carried out in order to optimize the materials and geometries for a car brake. This is followed by a cost-intensive test of the car brakes on flywheel test stands, roller test stands or test tracks for vehicles. It is often necessary to go through several iterations of the process steps due to insufficient test results. A major problem in brake development is that very small material and geometry deviations in the brake pads can have a major impact on the noise behavior of the entire brake. The meaningfulness of the simulations and experiments is therefore very limited with regard to the actual noise development of the brakes during vehicle operation.

Eine grundlegende Problematik ist in diesem Zusammenhang, dass Bremsengeräusche entstehen, wenn der Bremsbelag während der Fahrzeugbewegung durch den Bremsdruck auf die Reibfläche (z.B. die Bremsscheibe) gepresst wird. Damit ist der Bremsbelag-Reibfläche-Kontakt eine Schwingungsquelle von Bremsengeräuschen. Hier wird die Bewegungsenergie zu mindestens teilweise in Schwingungsenergie umgewandelt. Deshalb haben die dynamischen Eigenschaften des Bremsbelags einen entscheidenden Einfluss auf die Akustik- und Schwingungseigenschaften (englisch: noise vibration harshness; NVH) des Bremssystems. 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Scheibenbremse. Der Bremsbelag ist ein optimierter Kompromiss aus Preis, Leistung, Lebensdauer und Komfort, wobei sich der Komfort auf eine Verminderung von Bremsengeräuschen (z.B. Quietschen) bezieht. Als Beispiel für eine NVH-relevante Bremsbelastungsentwicklung sei auf die Fase (engl. chamfer), den Schlitz (engl. slot) und die Dämpfungsplatte (engl. shim) in 3 hingewiesen, deren ausschließlicher Zweck das Verhindern von Schwingungen und damit Geräuschen ist.A fundamental problem in this context is that brake noises occur when the brake lining is pressed onto the friction surface (eg the brake disc) by the brake pressure during vehicle movement. Thus, the brake pad-friction surface contact is a vibration source of brake noise. Here the kinetic energy is at least partially converted into vibrational energy. The dynamic properties of the brake lining therefore have a decisive influence on the acoustic and vibration properties (noise vibration harshness; NVH) of the brake system. 3 shows the structure of a disc brake. The brake pad is an optimized compromise between price, performance, durability and comfort, with comfort referring to a reduction in brake noise (e.g. squeaking). As an example of an NVH-relevant brake load development, the chamfer, the slot and the damping plate in 3 pointed out, the sole purpose of which is to prevent vibrations and thus noise.

Dadurch, dass es im Gegensatz zur Bremsleistung für das NVH-Verhalten von Bremsbelägen nur wenige messbare Parameter gibt, gestaltet sich der Entwicklungs- und Abnahmeprozess sehr schwierig. Darüber hinaus treten auch in der Fahrzeug-Serienfertigung immer wieder Überraschungen durch Streuungen auf, da es derzeit keine verlässlichen Grenzmuster oder Toleranzen für NVH-Eigenschaften von Bremsbelägen gibt. Insbesondere existiert zurzeit kein geeignetes Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Bremsbelägen unter Betriebsbedingungen (Leber, M., Wallner, D. Carvajal, S.: Premium Bremsbeläge - Definition, Prüfung und Einsatz in Hochleistungsbremsen. XXXIII. Internationales µ-Symposium, 31. Okt. - 1. Nov. 2014.) Da ein entsprechendes Verfahren fehlt, werden zurzeit alternative Messungen an Bremsenkomponenten und Bremssystemen durchgeführt. Einerseits erfolgen statische Kompressibilitätsmessungen und andererseits dynamische Tests. 4 illustriert die dynamischen Tests von Bremsenkomponenten und ordnet sie nach dem Komplexitätsgrad.The fact that there are only a few measurable parameters for the NVH behavior of brake pads, in contrast to braking performance, makes the development and acceptance process very difficult. In addition, there are always surprises in vehicle series production due to scattering, since there are currently no reliable limit samples or tolerances for NVH properties of brake pads. In particular, there is currently no suitable method for determining the dynamic properties of brake pads under operating conditions (Leber, M., Wallner, D. Carvajal, S.: Premium brake pads - definition, testing and use in high-performance brakes. XXXIII International µ-Symposium, 31. Oct. - Nov. 1, 2014.) Since there is no corresponding procedure, alternative measurements are currently being carried out on brake components and brake systems. Static compressibility measurements are carried out on the one hand and dynamic tests on the other. 4 illustrates the dynamic tests of brake components and ranks them according to the degree of complexity.

Die Ergebnisse dieser Tests sind dynamische Eigenschaften von Bremsenkomponenten und Bremssystemen. Allerdings sind bekannte Tests wie Materialtests des Bremsbelages oder Tests auf einem Bremsbelag-Prüfstand zu wenig realitätsnah. So ist die Aussagekraft dieser Tests für die Geräuschentwicklung einer Bremse im Fahrzeug gering und störanfällig. Weiterhin sind Verfahren, welche auf einem Schwungmassen-Prüfstand oder einer Teststrecke die Bremse inkl. Bremsscheibe, Bremsbelag, Bremssattel oder Achsschenkel u.U. montiert im Fahrzeug testen sehr aufwändig und kostenintensiv. Wünschenswert wäre daher die Entwicklung eines Testverfahrens, welches realitätsnahe Voraussagen in einem frühen Stadium der Bremsentwicklung unter Nutzung einfacher Prozessaufbauten treffen kann.The results of these tests are dynamic properties of brake components and braking systems. However, well-known tests such as material tests of the brake pad or tests on a brake pad test bench are not realistic enough. Such is the validity of these tests for the Brake noise in the vehicle is low and prone to failure. Furthermore, methods that test the brakes, including brake discs, brake pads, brake calipers or steering knuckles, mounted on a flywheel mass test bench or a test track under certain circumstances, are very complex and costly. It would therefore be desirable to develop a test procedure that can make realistic predictions at an early stage of brake development using simple process structures.

DE 10 2010 016 329 A1 ist ein Beispiel des Standes der Technik und offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen des Schwingungsverhaltens eines Bremsbelags im Kraftfahrzeugbereich. Die Vorrichtung weist eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen eines Bremsbelags auf. Ferner ist die Vorrichtung mit einer Halteeinrichtung zum Halten eines dem Bremsbelag zugeordneten Bremsscheibenmodells versehen, wobei das Halten derart erfolgt, dass der Bremsbelag mit dem Bremsscheibenmodell in einer Kontaktfläche in Anlage bringbar ist. Die Vorrichtung weist darüber hinaus eine Vorspanneinrichtung auf, welche mit der Aufnahmeeinrichtung und/oder der Halteeinrichtung derart gekoppelt ist, dass mittels der Vorspanneinrichtung der Bremsbelag mit einer nach Betrag und Richtung vorbestimmten Druckkraft gegen das Bremsscheibenmodell drückbar ist. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Anregungseinrichtung zum Anregen von Schwingungen des Bremsscheibenmodells und/oder des Bremsbelags auf, welche mit dem Bremsscheibenmodell und/oder dem Bremsbelag koppelbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bestimmen des Schwingungsverhaltens eines Bremsbelags im Kraftfahrzeugbereich. DE 10 2010 016 329 A1 is an example of the prior art and discloses a device for determining the vibration behavior of a brake pad in the motor vehicle sector. The device has a receiving device for receiving a brake lining. Furthermore, the device is provided with a holding device for holding a brake disc model assigned to the brake pad, the holding being effected in such a way that the brake pad can be brought into contact with the brake disc model in a contact area. The device also has a pretensioning device which is coupled to the receiving device and/or the holding device in such a way that the pretensioning device can be used to press the brake lining against the brake disc model with a compressive force that is predetermined in terms of amount and direction. Furthermore, the device has an excitation device for exciting vibrations of the brake disc model and/or the brake pad, which can be coupled to the brake disc model and/or the brake pad. The invention also relates to a method for determining the vibration behavior of a brake pad in the motor vehicle sector.

US 2004/107772 A1 ist ein weiteres Beispiel des Standes der Technik. US 2004/107772 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung der Schwingungsdämpfungseigenschaften einer Kraftfahrzeugbremsenstruktur. Die Vorrichtung misst die Schwingungsantwort einer Bremsenstruktur während der Anwendung einer Zufallsfrequenz-Breitbandanregung, gefolgt von der Messung der Schwingung der Struktur bei ausgewählten Modalfrequenzen, unter Verwendung einer Zufallsfrequenz-Schwingungsanregung mit begrenzter Bandbreite. U.S. 2004/107772 A1 is another example of prior art. U.S. 2004/107772 A1 discloses an apparatus for determining the vibration damping characteristics of an automotive brake structure. The apparatus measures the vibrational response of a brake structure during the application of a random frequency broadband excitation, followed by measuring the vibration of the structure at selected modal frequencies using a random frequency limited bandwidth vibrational excitation.

US 2007/0068220 A1 ist ein weiteres Beispiel des Standes der Technik, welches eine Testvorrichtung zum Messen der Oberflächenreibung eines Dämpfungsmaterials, wie z.B. Bremsklotz-Isoliermaterial, offenbart. Die Testvorrichtung umfasst einen Rotor, der so konfiguriert ist, dass er das Dämpfungsmaterial zur Rotation mit diesem trägt, einen Aktuator, der unter Druck gesetzt werden kann, um eine axial nach innen gerichtete Kraft auf das Dämpfungsmaterial auszuüben, und einen Stator, der so konfiguriert ist, dass er den Aktuator trägt. Ein Sensor bestimmt die auf das Stellglied ausgeübte Kraft und eine Drehmomentzelle ist axial mit dem Rotor ausgerichtet, um das Drehmoment des Rotors in Abhängigkeit von der auf das Dämpfungsmaterial ausgeübten Kraft zu messen. Die Berechnung der Oberflächenreibung des Dämpfungsmaterials ist auf der Grundlage der gemessenen Last und des Drehmoments möglich. Eine Methode zur Messung der Oberflächenreibung eines Bremsbelag-Isoliermaterials sowie eine Methode, die einen Bremsenprüfstand verwendet, wird ebenfalls vorgestellt. U.S. 2007/0068220 A1 is another example of prior art disclosing a test apparatus for measuring the surface friction of a damping material, such as brake pad insulating material. The test device includes a rotor configured to support the damping material for rotation therewith, an actuator pressurizable to exert an axially inward force on the damping material, and a stator so configured is that he carries the actuator. A sensor determines the force applied to the actuator and a torque cell is axially aligned with the rotor to measure the torque of the rotor versus the force applied to the damping material. Calculation of the surface friction of the damping material is possible based on the measured load and torque. A method for measuring the surface friction of a brake pad insulating material and a method using a brake tester is also presented.

Eine Aufgabe der Erfindung war daher ein Verfahren zur Vorhersage der Geräuschentwicklung von Bremsen bereitzustellen, welches die Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Insbesondere sollte ein Verfahren entwickelt werden, welches sich für eine Festlegung von Grenzmustern und Toleranzen der NVH-Eigenschaften von Bremsbelägen unter Betriebsbedingungen eignet. Das Verfahren sollte sich weiterhin insbesondere durch eine einfache, kostengünstige Umsetzung auszeichnen.An object of the invention was therefore to provide a method for predicting the noise development of brakes, which eliminates the disadvantages of the prior art. In particular, a method should be developed which is suitable for defining limit samples and tolerances of the NVH properties of brake pads under operating conditions. The method should also be characterized in particular by a simple, cost-effective implementation.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Die Erfindung ist im beigefügten Anspruchssatz beschrieben.The invention is described in the appended set of claims.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Patentansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.According to the invention, the object is solved by the independent claim. The dependent claims represent preferred embodiments of the method according to the invention.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der Geräuschentwicklung von Bremsen durch eine druckabhängige Modalanalyse von Bremsbelägen umfassend folgende Schritte:

1. a. Einspannen eines Bremsbelages mit Hilfe einer Pressvorrichtung
2. b. Erzeugen eines vorbestimmten Druckes P auf den Bremsbelag
3. c. Mechanische Anregung des Bremsbelages mit Hilfe eines Schwingungsanregers
4. d. Messung der Schwingungsantwort des Bremsbelages mit Hilfe eines Schwingungssensors
5. e. Messung der NVH-Eigenschaften einer Bremse mit Hilfe eines Prüfstandes für die Schallabstrahlung der Bremse für denselben Bremsbelag, für welchen eine druckabhängige Modalanalyse durchgeführt wurde
6. f. Erstellen einer Korrelationsmatrix zwischen den NVH-Eigenschaften der Bremse unter Betriebsbedingungen und den Ergebnissen der druckabhängigen Modalanalyse des Bremsbelages.

The invention relates to a method for predicting the noise development of brakes using a pressure-dependent modal analysis of brake pads, comprising the following steps:

1. a. Clamping of a brake lining with the help of a pressing device
2. b. Generating a predetermined pressure P on the brake lining
3. c. Mechanical stimulation of the brake lining with the help of a vibration exciter
4. i.e. Measurement of the vibration response of the brake pad using a vibration sensor
5. e. Measurement of the NVH properties of a brake using a brake noise emission test bench for the same brake pad for which a pressure-dependent modal analysis was carried out
6. f. Creation of a correlation matrix between the NVH properties of the brake under operating conditions and the results of the pressure-dependent modal analysis of the brake lining.

Im Sinne der Erfindung wird unter einem „Bremsbelag“ bevorzugt ein Bauteil bei Fahrzeugen verstanden mit Hilfe dessen die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs reduziert wird, in dem kinetische Energie durch Reibung an einer Trommel oder Bremsscheibe in thermische Energie umgewandelt wird. Bevorzugt umfasst der Begriff „Bremsbelag“ eine zusammengesetzte Baugruppe und besonders bevorzugt ein Scheibenbremsbelag, welcher bevorzugt ein Reibmaterial, eine Bremsbelag-Zwischenschicht, eine Belagträgerrückenplatte und eine Dämpfungsplatte umfasst.For the purposes of the invention, a “brake pad” is preferably understood as a component in vehicles with the aid of which the speed of a vehicle is reduced by converting kinetic energy into thermal energy through friction on a drum or brake disk. The term “brake pad” preferably includes a composite assembly and particularly preferably a disc brake pad, which preferably includes a friction material, a brake pad intermediate layer, a pad carrier backing plate and a damping plate.

Die Belagträgerrückenplatte bildet bevorzugt die Grundlage des Bremsbelages. Durch die Belagträgerrückenplatte erhält der Bremsbelag seine Stabilität und wird im Bremssattel der Bremse geführt und das aufgenommene Bremsmoment wird auf dem Bremssattel abgestützt. Weiterhin erlaubt die Belagträgerrückenplatte eine Abgabe der Temperatur an die angrenzenden Bauteile. Die Belagträgerrückenplatte kann bevorzugt aus Metallen wie beispielsweise Stahl oder Grauguss gefertigt sein.The pad carrier back plate preferably forms the basis of the brake pad. The brake pad gets its stability from the pad carrier back plate and is guided in the brake caliper of the brake and the braking torque absorbed is supported on the brake caliper. Furthermore, the backing plate allows the temperature to be transferred to the adjacent components. The pad carrier back plate can preferably be made of metals such as steel or cast iron.

Es kann bevorzugt sein, dass der Bremsbelag zusätzlich eine Dämpfungsplatte umfasst, welche beispielsweise eine Feder, eine Folie, ein Blech und/oder Lackschicht aufweist und zur Reduktion der Geräuschentwicklung dient.It can be preferred that the brake pad additionally includes a damping plate, which has, for example, a spring, a foil, a metal sheet and/or a layer of paint and is used to reduce noise generation.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass auf der Belagträgerrückenplatte eine Bremsbelag-Zwischenschicht (engl. underlayer) aufgebracht vorliegt, an welcher sich das Reibmaterial anschließt. Zwischen der Belagträgerrückenplatte und der Bremsbelag-Zwischenschicht befindet sich bevorzugt bei handelsüblichen Bremsbelägen eine Kleberschicht mit einer Dicke von wenigen Mikrometern, welche eine sichere Verbindung gewährleistet. Alternativ können zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit auch verschiedene Anbindungen an die Belagträgerrückenplatte wie Streckmetalle, Sinteraugrund, gekämmte Platten oder Stiftverankerungen verwendet werden.It is also preferred that a brake pad intermediate layer (underlayer) is applied to the pad carrier back plate, to which the friction material connects. In the case of commercially available brake pads, there is preferably an adhesive layer with a thickness of a few micrometers between the backing plate and the intermediate layer of the brake pad, which ensures a secure connection. Alternatively, to increase the mechanical rigidity, various connections to the backing plate such as expanded metal, sintered base, combed plates or pin anchorages can also be used.

Das Reibmaterial ist während des Bremsvorganges in direktem Kontakt mit der Bremstrommel oder der Bremsscheibe, sodass am Reibmaterial eine Umwandlung der kinetischen Energie in thermische Energie erfolgt. Dem Fachmann ist bekannt, dass spezielle Anforderungen an die thermische und mechanische Belastbarkeit des Reibmaterials zu der Entwicklung von einer Vielzahl verschiedener Varianten geführt hat. Handelsübliche Reibmaterialen sind daher in der Regel komplexe Komposite. Sogenannte „semi-metallic“ Reibmaterialien bestehen aus Metallen, wie Stahl, Eisen, Kupfer oder Messing, welche mit Graphit, Füllstoffen und Bindemitteln gemischt werden. Organische Reibmaterialien setzten sich hingegen bevorzugt aus Fasern zusammen, welche aus Glas, Gummi, Karbon bzw. Kevlar® und Twaron® gewonnen werden, wobei temperaturresistente Kunst- bzw. Naturharze als Füllstoffe hinzugefügt werden. Low-Metallic Reibmaterialien umfassen organischen Reibmaterialien, wobei ein Anteil von 10-30% an Metallen wie Kupfer oder Stahl zugesetzt wird, um die Hitzebeständigkeit zu erhöhen. Des Weiteren werden keramische Bremsbeläge verwendet, welche aus keramischen Fasern, Füllstoffen, Bindemitteln und optional Metallen bestehen.During the braking process, the friction material is in direct contact with the brake drum or the brake disc, so that the friction material converts the kinetic energy into thermal energy. The person skilled in the art knows that special requirements for the thermal and mechanical load capacity of the friction material have led to the development of a large number of different variants. Commercially available friction materials are therefore usually complex composites. So-called "semi-metallic" friction materials consist of metals such as steel, iron, copper or brass, which are mixed with graphite, fillers and binders. Organic friction materials, on the other hand, are preferably composed of fibers made from glass, rubber, carbon or Kevlar® and Twaron®, with temperature-resistant synthetic or natural resins being added as fillers. Low-metallic friction materials include organic friction materials with the addition of 10-30% metals such as copper or steel to increase heat resistance. Furthermore, ceramic brake pads are used, which consist of ceramic fibers, fillers, binders and optionally metals.

Die Bremsbeläge, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft werden, stellen daher eine komplexe Baugruppe dar, welche verschiedene Materialkomponenten umfasst. Der Fachmann erkennt, dass die vorgenannten bevorzugten Ausführungsformen von Bremsbelägen, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft werden, eine Auswahl darstellen. Diese orientiert sich an den handelsüblich verwandten Bremsbelägen bzw. Bremsen im Fahrzeugbereich. Die Beschreibung der zu prüfenden Bremsbeläge dient daher insbesondere einer strukturellen und funktionalen Definition der Baugruppe Bremsbelag. Die Baugruppe Bremsbelag unterscheidet sich sowohl von dem isolierten Reibmaterial, als auch einer im Fahrzeug integrierten Bremse umfassend Bremsbelag und Bremsscheibe. Das Verfahren ist vorteilhafterweise geeignet für die Prüfung von Eigenschaften der Klasse oder Gattung von Bremsbelägen und ist nicht auf bevorzugte Bremsbeläge beschränkt. Somit umfasst das Verfahren ebenfalls bevorzugt die Analyse von Bremsbelägen, welche zukünftig entwickelt werden und ggf. zusätzliche Bauelemente, neben den aufgelisteten, umfassen.The brake pads that are tested using the method according to the invention therefore represent a complex assembly that includes various material components. The person skilled in the art recognizes that the aforementioned preferred embodiments of brake linings, which are tested using the method according to the invention, represent a selection. This is based on the commercially used brake pads or brakes in the vehicle sector. The description of the brake pads to be tested therefore serves in particular to provide a structural and functional definition of the brake pad assembly. The brake pad assembly differs from both the isolated friction material and a brake that is integrated in the vehicle and includes the brake pad and brake disc. The method is advantageously suitable for testing properties of the class or genus of brake pads and is not limited to preferred brake pads. Thus, the method also preferably includes the analysis of brake pads that will be developed in the future and may include additional components in addition to those listed.

Der Gattung der Bremsbeläge ist gemein, dass ein Reibmaterial durch direkten Kontakt mit einer Bremsscheibe oder Bremstrommel die Bewegungsenergie des Fahrzeuges zumindest teilweise in Wärmeenergie umwandelt. Das Abbremsen des Fahrzeuges wird durch diese Reibung vermittelt, wobei mechanische Schwingungen auf das Reibmaterial und somit weitere Komponenten des Bremsbelages übertragen werden. Diese mechanischen Schwingungen können zu einer Geräuschentwicklung im Bremsbelag oder an verbundenen Bauelementen des Fahrzeuges oder der Bremse führen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine dynamische und druckabhängige Analyse des Schwingungsverhaltens der Baugruppe „Bremsbelag“ eine aussagekräftige Vorhersage über die Geräuschentwicklung der Bremse in einem Fahrzeug unter Betriebsbedingungen erlaubt.What all brake pads have in common is that a friction material converts the kinetic energy of the vehicle at least partially into thermal energy through direct contact with a brake disc or brake drum. The braking of the vehicle is mediated by this friction, with mechanical vibrations being transmitted to the friction material and thus to other components of the brake lining. These mechanical vibrations can lead to noise in the brake lining or in connected components of the vehicle or the brake. According to the invention, it was recognized that a dynamic and pressure-dependent analysis of the vibration behavior of the “brake pad” assembly allows a meaningful prediction of the noise development of the brake in a vehicle under operating conditions.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Bremsbelag mithilfe einer Pressvorrichtung eingespannt, wodurch ein vorbestimmter Druck auf den Bremsbelag ausgeübt wird. Hierfür kann es bevorzugt sein verschiedene Arten von Pressvorrichtungen einzusetzen. Beispielsweise können hydraulische Pressvorrichtungen, Dreh-, Klemm oder Zangenpressvorrichtung bevorzugt verwandt werden. Das Einspannen des Bremsbelages mit Hilfe der Pressvorrichtung meint bevorzugt, dass eine Kraft auf den Bremsbelag ausgeübt wird, wobei sich der Bremsbelag zwischen einem Bauelement der Pressvorrichtung und einer Gegenplatte befindet. Es kann besonders bevorzugt sein, dass zu diesem Zweck der Bremsbelag in einem Bremskolben arretiert wird, welcher mit Hilfe der Pressvorrichtung gegen die Gegenplatte gedrückt wird. Diese Kraft erzeugt bevorzugt einen gleichmäßigen Druck auf den Bremsbeläge, wobei der Druck P dem Quotienten aus der Kraft F und der Fläche des Bremsbelages A entspricht: P = F/A. Es ist besonders bevorzugt, dass die Pressvorrichtung weiterhin einen Sensor umfasst, welcher die derart wirkende Kraft quantifiziert, sodass der vorbestimmte Druck P auf den Bremsbelag mit Hilfe eines Feedback-Mechanismus überwacht werden kann.In the method according to the invention, the brake lining is inserted using a pressing device tensioned, whereby a predetermined pressure is exerted on the brake pad. For this it can be preferable to use different types of pressing devices. For example, hydraulic press devices, rotary, clamp or pincer press devices can preferably be used. The clamping of the brake pad with the aid of the pressing device preferably means that a force is exerted on the brake pad, with the brake pad being located between a component of the pressing device and a counter-plate. It can be particularly preferred that, for this purpose, the brake lining is locked in a brake piston, which is pressed against the counterplate with the aid of the pressing device. This force preferably generates an even pressure on the brake pads, with the pressure P corresponding to the quotient of the force F and the area of the brake pad A: P=F/A. It is particularly preferred that the pressing device further comprises a sensor which quantifies the force acting in this way, so that the predetermined pressure P on the brake pad can be monitored with the aid of a feedback mechanism.

Im eingespannten Zustand wird der Bremsbelag mit Hilfe eines Schwingungsanregers mechanisch zu periodischen Bewegungen (=Schwingungen) angeregt. Ein „Schwingungsanreger“ ist im Sinne der Erfindung bevorzugt ein Bauteil, welches in der Lage ist den Bremsbelag in eine wohl definierte mechanische Schwingung zu versetzen. Geeignete Schwingungsanreger sind beispielsweise Impulshammer, welche mit einer periodischen impulsartigen Anregung durch den Schlag eines Hammers oder eines Stößel auf den Bremsbelag einwirken. Darüber hinaus kann auch eine elektrodynamische und/oder hydraulische Schwingungsanregung durch sogenannten Shaker oder Piezoelemente (z.B. Piezo-Stapel-Aktoren) erfolgen.When clamped, the brake lining is mechanically stimulated to perform periodic movements (=vibrations) with the help of a vibration exciter. A “vibration exciter” within the meaning of the invention is preferably a component which is able to set the brake pad into a well-defined mechanical vibration. Suitable vibration exciters are, for example, impulse hammers, which act on the brake lining with a periodic, impulse-like excitation caused by the impact of a hammer or a ram. In addition, an electrodynamic and/or hydraulic vibration excitation can also be carried out by so-called shakers or piezo elements (e.g. piezo stack actuators).

Die Schwingungsantwort des Bremsbelages wird bevorzugt gleichzeitig mit der Anregung erfasst. Die Schwingungsantwort kann sowohl an einer oder aber an mehreren Positionen des Bremsbelages mit Hilfe eines Schwingungssensor gemessen werden. Es ist bevorzugt, dass eine berührungslose Erfassung der Schwingungsantwort mithilfe eines Laser-Scanning-Vibrometers, eines Mikrofons oder aber optisch mithilfe einer Kamera erfolgt. Das Messprinzip der berührungslosen Erfassung der Schwingungsantwort basiert bevorzugt jeweils auf der Messung der Veränderung des elektromagnetischen oder akustischen Feldes, welches die Vibration des Bremsbelages reflektiert. Es kann aber auch bevorzugt sein, dass eine berührungsbehaftete Erfassung der Schwingungsantwort durch unmittelbar am Bremsbelag angebrachten Beschleunigung-, Geschwindigkeits- oder Wegsensoren erfolgt.The vibration response of the brake lining is preferably recorded at the same time as the excitation. The vibration response can be measured at one or more positions of the brake pad using a vibration sensor. It is preferred that the vibration response is recorded without contact using a laser scanning vibrometer, a microphone or else optically using a camera. The measuring principle of the non-contact detection of the vibration response is preferably based in each case on the measurement of the change in the electromagnetic or acoustic field which reflects the vibration of the brake lining. However, it can also be preferable for the vibration response to be detected by contact using acceleration, speed or displacement sensors attached directly to the brake lining.

Die Bestimmung der Schwingungsantwort umfasst bevorzugt eine Messung der Beschleunigung a, der Geschwindigkeit v oder des Weges s, welche der Bremsbelag an der betreffenden Messposition in Abhängigkeit der Schwingungsanregung vollzieht. Der Abstand zwischen der Messposition für die Schwingungsantwort und der Schwingungsanregung kann bevorzugt an die Dimensionierung und das Schwingungsverhalten des Bremsbelages angepasst werden. Durch die Bestimmung des Verhältnisses der Schwingungsantwort zur Schwingungsanregung kann vorteilhafterweise das dynamische Übertragungsverhalten der Struktur des Bremsbelages ermittelt werden. Hierzu wird bevorzugt die Übertragungsfunktion H berechnet, welche dem Quotienten aus Beschleunigung a durch die Anregungskraft Kraft F entspricht. Anstatt der Beschleunigung a können jedoch auch andere kinetische Parameter der Schwingungsantwort, wie die Geschwindigkeit v oder der Weg s einbezogen werden. Die Kraft F entspricht der mechanischen Anregung durch den Schwingungsanreger. Bevorzugt wird die Kraft des Schwingungssensors durch denselben erfasst. Beispielsweise weist ein Impulshammer zu diesem Zweck einen Kraftsensor auf, wodurch der zeitliche Kraftverlauf der Schwingungsanregung aufgezeichnet werden kann.The determination of the vibration response preferably includes a measurement of the acceleration a, the speed v or the path s, which the brake pad completes at the relevant measurement position as a function of the vibration excitation. The distance between the measurement position for the vibration response and the vibration excitation can preferably be adapted to the dimensioning and the vibration behavior of the brake lining. By determining the ratio of the vibration response to the vibration excitation, the dynamic transmission behavior of the structure of the brake pad can advantageously be determined. For this purpose, the transfer function H is preferably calculated, which corresponds to the quotient of the acceleration a divided by the excitation force F. However, instead of the acceleration a, other kinetic parameters of the vibration response, such as the velocity v or the path s, can also be included. The force F corresponds to the mechanical excitation by the vibration exciter. The force of the vibration sensor is preferably detected by the same. For example, an impact hammer has a force sensor for this purpose, as a result of which the time course of the force of the vibration excitation can be recorded.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit eine Modalanalyse von Bremsbelägen. Im Sinne der Erfindung wird unter einer „Modalanalyse“ die experimentelle oder numerische Charakterisierung des dynamischen Verhaltens des schwingungsfähigen Systems - des Bremsbelages - verstanden. Bei der Modalanalyse werden die Eigenschwingungsgrößen des Bremsbelages wie die Eigenfrequenz, Eigenform oder Dämpfung erfasst.The method according to the invention thus allows a modal analysis of brake pads. In terms of the invention, a “modal analysis” is understood to mean the experimental or numerical characterization of the dynamic behavior of the system capable of vibrating—the brake lining. In the modal analysis, the natural vibration variables of the brake pad such as the natural frequency, natural shape or damping are recorded.

Voraussetzung für eine Modalanalyse ist die Bestimmung der Schwingungsantwort der zu analysierenden Probe - also dem Bremsbelag - in Abhängigkeit einer mechanischen Anregung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es die Modalanalyse des Bremsbelages in Abhängigkeit eines vorbestimmten Druckes erlaubt. So wurde erfindungsgemäß erkannt, dass die Schwingungsantwort eines Bremsbelages auf überraschend nichtlinearer Weise von dem Druck abhängt, welcher auf den Bremsbelag wirkt. Es hat sich gezeigt, dass sich die Eigenfrequenz, die Eigenform und Dämpfung in überraschend starkem Maße in Abhängigkeit des ausgeübten Druckes verändern. Die Eigenfrequenz und Eigenschwingungsform der Bremsbeläge bestimmen in erheblichem Maße die Geräuschentwicklung während des Bremsvorganges von Fahrzeugen unter Betriebsbedingungen. So zeigt eine ausgeprägte Eigenschwingungsform, bei einer bestimmten Eigenfrequenz eine Schwingungsresonanz an, welche zur Geräuschentwicklung beiträgt. Darüber hinaus wird durch die mechanische Kopplung des Bremsbelages an weitere Bauteile der Bremsen die Geräuschentwicklung durch Resonanzschwingungen verstärkt. Stimmt die Eigenfrequenz des Bremsbelages beispielsweise mit Eigenfrequenzen der Bremsscheibe oder anderer Bauteile des Fahrzeuges überein, so werden akustische Signale in dem Frequenzbereich verstärkt und können zu einem wahrnehmbaren Quietschen anwachsen.A prerequisite for a modal analysis is the determination of the vibration response of the sample to be analyzed - i.e. the brake lining - as a function of a mechanical excitation. The method according to the invention is characterized in that it allows the modal analysis of the brake lining as a function of a predetermined pressure. Thus, according to the invention, it was recognized that the vibration response of a brake pad depends in a surprisingly non-linear manner on the pressure acting on the brake pad. It has been shown that the natural frequency, the natural shape and the damping change to a surprisingly large extent as a function of the pressure exerted. The natural frequency and vibration form of the brake pads determine to a large extent the noise generated during the braking process of vehicles under operating conditions. A pronounced natural oscillation form, for example, indicates an oscillation resonance at a specific natural frequency, which contributes to noise development. About that Furthermore, due to the mechanical coupling of the brake lining to other components of the brakes, the noise generated by resonance vibrations is increased. If the natural frequency of the brake lining corresponds, for example, to the natural frequencies of the brake disc or other components of the vehicle, then acoustic signals in the frequency range are amplified and can increase to a perceptible squeaking.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich eine Schwingung des Bremsbelages ohne ausgeübten Druck, in überraschend starkem, nicht-linearem Maße von dem Schwingungsverhalten unter Ausübung von Druck unterscheidet (vgl. 5-7).According to the invention, it was recognized that a vibration of the brake pad without pressure being exerted differs to a surprisingly strong, non-linear extent from the vibration behavior when pressure is being exerted (cf. 5-7 ).

In der Bremsenindustrie ist es zwar bekannt, dass die Bremsengeräusche und das Quietschverhalten der Bremse vom Bremsendruck abhängig sein können. Warum die Druckabhängigkeit besteht und von welchen Parametern diese abhängt war bisher nicht geklärt. Als eventuelle Faktoren für das dynamische Verhalten der montierten Bremse werden Toleranzen und Spiel der Bremse, Umfangsgeschwindigkeit oder der Stick-Slip-Effekt zwischen Reibmaterial und Bremsscheibe in Betracht gezogen. Die einzelnen Komponenten des Bremsbelages werden im Stand der Technik hingegen als inkompressible Festkörper angesehen. Aus diesem Grund geht ein Fachmann davon aus, dass die Komponenten der Bremsbeläge als Festkörperkomponenten unter Druck die Eigenfrequenzen, Eigenschwingungsformen und Dämpfungen nicht oder nur in sehr geringem Maße ändern. Da ein Fachmann eine solche Änderung nicht erwartet, werden im Stand der Technik für die Komponenten der Bremsbeläge Eigenfrequenz- und Dämpfungsmessungen ausschließlich unter Frei-Frei Bedingungen durchgeführt und spezifiziert. Der Fachmann geht im Stand der Technik davon aus, dass das Schwingungsverhalten unter Frei-Frei-Bedingungen dem Schwingungsverhalten unter Druck gleicht. Erfindungsgemäß wurde überraschender Weise erkannt, dass dies nicht der Fall ist. Da ebenfalls unter Betriebsbedingungen während des Abbremsens eines Fahrzeuges Drücke auf den Bremsbelag ausgeübt werden, hat die erfindungsgemäße Erkenntnis eine hohe Relevanz für die Abschätzung der Geräuschentwicklung von Bremsen.It is known in the brake industry that brake noise and brake squeaking can depend on the brake pressure. It has not yet been clarified why the pressure dependence exists and on which parameters it depends. Tolerances and play of the brake, peripheral speed or the stick-slip effect between the friction material and the brake disc are considered as possible factors for the dynamic behavior of the installed brake. In contrast, the individual components of the brake lining are regarded as incompressible solid bodies in the prior art. For this reason, a person skilled in the art assumes that the components of the brake pads, as solid components, do not change the natural frequencies, natural modes of vibration and damping or only to a very small extent under pressure. Since a person skilled in the art does not expect such a change, natural frequency and damping measurements for the components of the brake pads are carried out and specified exclusively under free-free conditions in the prior art. In the prior art, the person skilled in the art assumes that the vibration behavior under free-free conditions is the same as the vibration behavior under pressure. According to the invention, it was surprisingly recognized that this is not the case. Since pressures are also exerted on the brake lining under operating conditions during braking of a vehicle, the finding according to the invention is highly relevant for estimating the noise development of brakes.

Messungen des Schwingungsverhaltens von Bremsbelägen unter Frei-Frei-Bedingungen erlauben nur eine begrenzte Aussagekraft über die tatsächliche Geräuschentwicklung in Fahrzeugen. Im Gegensatz dazu vermag das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe einer druckabhängigen Modalanalyse der Bremsbeläge die Geräuschentwicklung von Bremsen in überraschend zuverlässiger und realistischer Weise vorhersagen.Measurements of the vibration behavior of brake pads under free-free conditions only provide limited information about the actual noise development in vehicles. In contrast to this, the method according to the invention is able to predict the noise development of brakes in a surprisingly reliable and realistic manner with the aid of a pressure-dependent modal analysis of the brake pads.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit eine Abkehr vom Stand der Technik dar und weist darüber hinaus besondere Vorteile gegenüber bekannten Verfahren auf. Das Messverfahren ist zerstörungsfrei, da es keine besonderen Vorbereitungsschritte der Prüflinge benötigt und ermöglicht somit eine anschließende Weiternutzung und/oder Analyse der Bremsbeläge mit anderen Prüfverfahren ermöglicht. Das Verfahren erlaubt Messungen des gesamten Bremsbelages. Dadurch kann in der Entwicklung und Qualitätsprüfung der Bremsen bereits der Einfluss von Variationen von Geometrie, Herstellungsprozess, Material oder Fügestellen der Bremsbeläge berücksichtigt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden bereits alle relevanten Entwicklungsparameter und/oder Fertigungstoleranzen der Bremsbeläge erfasst. Durch die Bestimmung der dynamischen Eigenschaften des Bremsbelags unter Druck bevorzugt durch einen Bremskolben ist das Verfahren besonders realitätsnah und aussagekräftig. Darüber hinaus erlaubt das Verfahren eine isolierte Analyse des Bremsbelages. Dadurch können entscheidende Bremsbelagsparameter für die Festlegung von Grenzmustern oder Toleranzen abgeleitet werden. Systemkomplexität durch einen Test im Fahrzeug wird vermieden und ein verdeckter Einfluss anderer Komponenten auf die Messergebnisse eliminiert. Das Verfahren erlaubt die dynamischen Eigenschaften von Bremsbelägen in Form von Eigenfrequenzen, modalen Dämpfungen und Eigenformen zu bestimmen. Aus diesen Schwingungsgrößen können anschließend entwicklungsrelevante Sekundärparameter für Grenzmuster und Toleranzen bezüglich der NVH-Eigenschaften abgeleitet werden. Das Verfahren erlaubt weiterhin auf besonders einfache Weise eine spätere Integration in die Qualitätsprüfung während der Bremsbelagsherstellung, wobei bestehender Normen und Richtlinien umgesetzt werden können. Der Prozess der Entwicklung von geräuscharmen Bremsen kann somit durch das erfindungsgemäße Verfahren in erheblichem Maße beschleunigt und vereinfacht werden. Die daraus resultierende Reduktion der Kosten bei der Entwicklung von Bremsen stellt einen besonderen Vorteil der Erfindung dar.The method according to the invention thus represents a departure from the prior art and also has particular advantages over known methods. The measurement method is non-destructive, as it does not require any special preparation steps for the test specimens and thus enables subsequent further use and/or analysis of the brake pads with other test methods. The method allows measurements of the entire brake lining. As a result, the influence of variations in geometry, manufacturing process, material or joints of the brake pads can already be taken into account in the development and quality testing of the brakes. All relevant development parameters and/or manufacturing tolerances of the brake pads are already recorded by the method according to the invention. By determining the dynamic properties of the brake pad under pressure, preferably by a brake piston, the method is particularly realistic and meaningful. In addition, the method allows an isolated analysis of the brake lining. In this way, decisive brake pad parameters can be derived for defining limit samples or tolerances. System complexity through a test in the vehicle is avoided and a hidden influence of other components on the measurement results is eliminated. The method allows the dynamic properties of brake pads to be determined in the form of natural frequencies, modal damping and natural modes. Development-relevant secondary parameters for limit samples and tolerances with regard to the NVH properties can then be derived from these vibration quantities. The method also allows later integration into quality testing during brake lining production in a particularly simple manner, with existing standards and guidelines being able to be implemented. The process of developing low-noise brakes can thus be accelerated and simplified to a considerable extent by the method according to the invention. The resulting reduction in costs in the development of brakes represents a particular advantage of the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass für einen Druck P die Amplitude der Schwingungsantwort des Bremsbelages für Frequenzen in einem Frequenzbereich bestimmt wird, welcher bevorzugt zwischen 0 Hz und 20 kHz liegt, und die Modalanalyse des Bremsbelages mit einer Frequenzauflösung von mindestens 20 Hz bevorzugt mindestens 5 Hz, besonders bevorzugt mindestens 1 Hz erfolgt.In a preferred embodiment of the invention, the method is characterized in that for a pressure P the amplitude of the vibration response of the brake lining is determined for frequencies in a frequency range which is preferably between 0 Hz and 20 kHz, and the modal analysis of the brake lining with a frequency resolution of at least 20 Hz, preferably at least 5 Hz, particularly preferably at least 1 Hz.

Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, dass der Schwingungsanreger den Bremsbelag mit einem Impuls, welcher bevorzugt näherungsweise einem Dirac-Impuls entspricht, breitbandig im Frequenzbereich zwischen 0 und 20 kHz zum Schwingen anregt. Für den angeregten Frequenzbereich wir die Schwingungsantwort bevorzugt mit einer Frequenzauflösung 1 Hz oder weniger bestimmt.For this purpose, it is preferred that the vibration exciter the brake lining with a pulse, which is preferably approximately one corresponds to a Dirac impulse, stimulates oscillation in a broadband frequency range between 0 and 20 kHz. For the excited frequency range, the vibration response is preferably determined with a frequency resolution of 1 Hz or less.

Möglich ist auch, dass der Schwingungsanreger den Bremsbelag mit einem periodischen Signal mit einer vorbestimmten Frequenz in einem Frequenzbereich zwischen 0 und 20 kHz zum Schwingen bringt. Für jede dieser Frequenzen wird die Schwingungsantwort bestimmt. Die Frequenzauflösung bezeichnet bevorzugt den kleinsten Abstand zwischen zwei Frequenzen, mit welcher der Bremsbelag angeregt wird. Für das Verfahren ist es besonders bevorzugt, dass die Schwingungsanregung über eine Serie von gleichmäßigen Frequenzen mit einem Abstand von kleiner als 20 Hz bevorzugt kleiner als 5 Hz angeregt wird. Dadurch kann die frequenzabhängige Schwingungsantwort mit einer Frequenzauflösung von mindestens 20 Hz oder mindestens 5 Hz gemessen werden. Die angegebenen Frequenzbereiche zwischen 0 Hz und 20 kHz sind besonders geeignet, um Aussagen über die Geräuschentwicklung der Bremsbelägen unter Betriebsbedingungen zu erhalten. Es kann aber auch bevorzugt sein, die Schwingungsantwort in einem bevorzugten Frequenzbereich bspw. zwischen 1 kHz und 10 kHz zu bestimmen, um die spezifische Daten über einen Frequenzbereich zu erhalten, in welchem ein Quietschen erwartet wird. Weiterhin erlaubt eine Frequenzauflösung von mindestens 20 Hz bevorzugt mindestens 5 Hz eine besonders aussagekräftige Extrahierung von charakteristischen Eigenschwingungsgrößen. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass eine Frequenzauflösung zwischen 1 Hz und 20 Hz eine besonders effiziente Analyse ermöglicht, wobei ein over- oder undersampling vermieden wird.It is also possible for the vibration exciter to cause the brake pad to vibrate with a periodic signal at a predetermined frequency in a frequency range between 0 and 20 kHz. The vibration response is determined for each of these frequencies. The frequency resolution preferably designates the smallest distance between two frequencies with which the brake lining is excited. It is particularly preferred for the method that the vibration excitation is excited over a series of uniform frequencies with a spacing of less than 20 Hz, preferably less than 5 Hz. This allows the frequency-dependent vibration response to be measured with a frequency resolution of at least 20 Hz or at least 5 Hz. The specified frequency ranges between 0 Hz and 20 kHz are particularly suitable for obtaining information about the noise development of the brake pads under operating conditions. However, it can also be preferred to determine the vibration response in a preferred frequency range, for example between 1 kHz and 10 kHz, in order to obtain specific data over a frequency range in which squeaking is expected. Furthermore, a frequency resolution of at least 20 Hz, preferably at least 5 Hz, allows a particularly meaningful extraction of characteristic natural oscillation variables. In particular, it has been shown that a frequency resolution between 1 Hz and 20 Hz enables a particularly efficient analysis, with over- or undersampling being avoided.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Modalanalyse des Bremsbelages für verschiedene Drücke P₁ bis P_N in einem Druckbereich durchgeführt, welcher bevorzugt zwischen 0 und 100 Bar, besonders bevorzugt zwischen 0 und 30 Bar liegt, wobei eine Druckauflösung bevorzugt mindestens 5 Bar, besonders bevorzugt mindestens 3 Bar beträgt. Es ist besonders bevorzugt, dass die Modalanalyse dabei durch Anregung des Bremsbelages in einem Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 20 kHz vollzogen wird. Die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens erlaubt eine systematische Analyse des akustischen Schwingungsverhaltens des Bremsbelages in einem Druckbereich von 0 bis 100 Bar, bevorzugt 0 bis 30 Bar. Die Druckbereiche reflektieren besonders gut die Kraftverhältnisse, welche in Fahrzeugen auf die Bremsbeläge wirken. Überraschenderweise zeigt eine druckabhängige Modalanalyse mit einer Druckauflösung von mindestens 5 Bar bevorzugt mindestens 3 Bar auf besonders aufschlussreiche Weise das charakteristische, dynamische Verhalten der Bremsbeläge. Die Druckauflösung bezeichnet bevorzugt den Abstand zwischen einem Druck P_i und dem nächst größeren Druck P_i+1 für welche eine Modalanalyse durchgeführt wird. Mit den vorgenannten Parametern können druckabhängige Veränderungen der Eigenfrequenzen, Dämpfungen und Eigenschwingungen überraschende genau aufgezeichnet werden. Dies ermöglicht eine präzisere Vorhersage über das tatsächliche Schwingungsverhalten des Bremsbelages während des Bremsvorganges.In a preferred embodiment of the invention, the method is characterized in that the modal analysis of the brake lining is carried out for different pressures P ₁ to P _N in a pressure range which is preferably between 0 and 100 bar, particularly preferably between 0 and 30 bar, with a pressure resolution preferably at least 5 bar, particularly preferably at least 3 bar. It is particularly preferred that the modal analysis is performed by exciting the brake lining in a frequency range between 0 Hz and 20 kHz. The preferred embodiment of the method allows a systematic analysis of the acoustic vibration behavior of the brake lining in a pressure range of 0 to 100 bar, preferably 0 to 30 bar. The pressure ranges reflect the force conditions which act on the brake linings in vehicles particularly well. Surprisingly, a pressure-dependent modal analysis with a pressure resolution of at least 5 bar, preferably at least 3 bar, shows the characteristic, dynamic behavior of the brake pads in a particularly informative manner. The pressure resolution preferably designates the distance between a pressure P _i and the next larger pressure P _i+1 for which a modal analysis is carried out. With the aforementioned parameters, pressure-dependent changes in the natural frequencies, damping and natural vibrations can be recorded with surprising accuracy. This enables a more precise prediction of the actual vibration behavior of the brake pad during the braking process.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbelag mit Hilfe einer Heizplatte auf mindestens eine vorbestimmte Temperatur erhitzt wird und eine druckabhängige Modalanalyse bei der mindestens einen vorbestimmten Temperatur durchgeführt wird. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist es möglich eine Vorhersage über das Schwingungsverhalten der Bremsbeläge bei verschiedenen Betriebstemperaturen zu erhalten. Überraschender Weise ist das Schwingungsverhalten und somit die Geräuschentwicklung der Bremsbeläge nicht nur in starkem Maße von dem Druck, sondern zudem von der wirkenden Temperatur abhängig. Durch Analyse der zusätzlichen Abhängigkeit von der Temperatur, können Voraussagen über die Geräuschentwicklung für verschiedene externe Bedingungen getroffen. Im Fahrzeugbetrieb kann es unter Umständen bspw. auf einer Serpentinenfahrt durch häufige Nutzung der Bremsen zu einer starken Erhitzung kommen. Weiterhin werden Fahrzeuge unter verschiedensten Umweltbedingungen eingesetzt. Je nach geographischer Lage können auf den Bremsen daher extreme Temperaturwerte zwischen - 30°C bis 50°C wirken. Neben der Funktionalität der Bremsen über den weiten Temperaturbereich ist es eine technische Herausforderung über die verschiedenen Temperaturen eine geringe Geräuschentwicklung der Bremsen sicherzustellen. Die temperaturabhängige Modalanalyse erlaubt auf besonders realitätsnahe Weise eine Simulation verschiedenster Temperaturschwankungen am Bremsbelag auf Grund von Betriebsbedingungen oder externer Umwelteinflüsse. Es ist besonders bevorzugt, dass die Heizplatte konfiguriert ist, um den Bremsbelag auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen -20°C und 400°C, bevorzugt 0°C bis 250°C zu führen. Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur können bevorzugt durch die Heizplatte eingestellt werden, in dem der Bremsbelag zuvor in einer Kühlkammer auf eine niedrige Temperatur bspw. -20°C abgekühlt wird.In a preferred embodiment of the invention, the method is characterized in that the brake lining is heated to at least one predetermined temperature with the aid of a heating plate and a pressure-dependent modal analysis is carried out at the at least one predetermined temperature. In this preferred embodiment, it is possible to obtain a prediction about the vibration behavior of the brake pads at different operating temperatures. Surprisingly, the vibration behavior and thus the noise development of the brake pads is not only dependent to a large extent on the pressure, but also on the temperature at work. By analyzing the additional dependency on the temperature, predictions can be made about the noise development for various external conditions. When the vehicle is in use, for example when driving through serpentines, the brakes can overheat. Furthermore, vehicles are used under a wide variety of environmental conditions. Depending on the geographic location, extreme temperatures between -30°C and 50°C can affect the brakes. In addition to the functionality of the brakes over the wide temperature range, it is a technical challenge to ensure that the brakes generate little noise over the various temperatures. The temperature-dependent modal analysis enables a wide range of temperature fluctuations on the brake lining due to operating conditions or external environmental influences to be simulated in a particularly realistic manner. It is particularly preferred that the heating plate is configured to bring the brake lining to a temperature in a range between -20°C and 400°C, preferably 0°C to 250°C. Temperatures below room temperature can preferably be adjusted by the heating plate, in which the brake pad is previously cooled in a cooling chamber to a low temperature, for example -20°C.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass anhand der druckabhängigen Modalanalyse Strukturparameter des Bremsbelages identifiziert werden, welche bevorzugt druckabhängige Eigenfrequenzen, Eigenschwingungsformen und/oder modale Dämpfungen umfassen. Im Sinne der Erfindung bezeichnen Strukturparameter des Bremsbelages bevorzugt Parameter, welche eine Vorhersage über die Geräuschentwicklung des Bremsbelages erlauben. Durch Messung einer Schwingungsantwort des Bremsbelages in Abhängigkeit der Schwingungsanregung kann wie oben ausgeführt Übertragungsfunktionen erhalten werden, welche bevorzugt das Verhältnis aus der Kinetik der Schwingungsantwort (Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Weg) zur periodisch applizierten Anregungskraft oder zur periodisch applizierten Anregungsimpuls entspricht. Diese Übertragungsfunktion reflektiert das Schwingungsverhalten des Bremsbelages bei verschiedene Frequenzen in Abhängigkeit des Druckes, der Temperatur oder anderen Parameter. Die Strukturparameter erlauben bevorzugt die komplexe Übertragungsfunktion auf besonders relevante Parameter zu reduzieren, anhand derer das Schwingungsverhalten und die Geräuschentwicklung vorhersagbar ist.In a preferred embodiment of the invention, the method is characterized in that, based on the pressure-dependent Modalana Analysis structural parameters of the brake lining are identified, which preferably include pressure-dependent natural frequencies, natural modes of vibration and / or modal damping. For the purposes of the invention, structural parameters of the brake lining preferably designate parameters which allow a prediction of the noise development of the brake lining. By measuring a vibration response of the brake pad as a function of the vibration excitation, transfer functions can be obtained as explained above, which preferably corresponds to the ratio of the kinetics of the vibration response (acceleration, speed or distance) to the periodically applied excitation force or to the periodically applied excitation pulse. This transfer function reflects the vibration behavior of the brake pad at different frequencies depending on pressure, temperature or other parameters. The structural parameters preferably allow the complex transfer function to be reduced to particularly relevant parameters, on the basis of which the vibration behavior and the noise development can be predicted.

Die Eigenfrequenz betrifft bevorzugt eine Frequenz an der eine verstärkte Amplitude der Schwingungsantwort feststellbar ist. Die Eigenfrequenz entspricht bevorzugt einer Frequenz, wonach der Bremsbelag nach einmaliger Anregung in einer Eigenform schwingt. Erfolgt eine externe Anregung des Bremsbelages bei einer Eigenfrequenz, so schwingt der Bremsbelag mit erhöhter Amplitude. Dieses Verhalten bezeichnet man als Resonanz. Die Eigenfrequenzen erlauben daher eine Vorhersage, bei welchen Frequenzen der Bremsbelag während des Bremsvorganges in besonders starkem Maße zu einer Schwingung angeregt wird und können somit zur Vermeidung von Schwingungsresonanzen genutzt werden. Durch eine Korrelation der Eigenfrequenzen des Bremsbelages mit Eigenfrequenzen weiterer Komponenten der Bremse oder des Fahrzeuges ist eine umfassende Vorhersage über das Schwingungsverhalten des Gesamtsystems möglich.The natural frequency preferably relates to a frequency at which an increased amplitude of the vibration response can be detected. The natural frequency preferably corresponds to a frequency at which the brake lining oscillates in a natural form after a single excitation. If the brake lining is externally excited at a natural frequency, the brake lining vibrates with an increased amplitude. This behavior is called resonance. The natural frequencies therefore allow a prediction of the frequencies at which the brake lining is excited to oscillate to a particularly great extent during the braking process and can thus be used to avoid oscillation resonances. A comprehensive prediction of the vibration behavior of the entire system is possible by correlating the natural frequencies of the brake pad with the natural frequencies of other components of the brake or the vehicle.

Die Eigenform wird bevorzugt auch als Eigenschwingungsform, Mode oder Schwingungsmode bezeichnet. Die Eigenform beschreibt bevorzugt in welcher Form der Bremsbelag bei einer gegebenen Eigenfrequenz schwingt. Die Eigenform dient daher der Validierung und Identifikation der Eigenfrequenzen. Anhand der Eigenform lassen sich weiterhin Änderungsmaßnahmen bspw. hinsichtlich der geometrischen Ausgestaltung des Bremsbelages ableiten. Auch erlaubt die Bestimmung der Eigenform den Einbau des Bremsbelages hinsichtlich der Geräuschentwicklung zu optimieren. Die örtliche Auflösung der Eigenformmessung sollte bevorzugt an der Dimensionierung des jeweiligen Bremsbelages sowie den zugehörigen Eigenfrequenzen angepasst werden.The natural form is preferably also referred to as natural oscillation form, mode or oscillation mode. The natural form preferably describes the form in which the brake lining oscillates at a given natural frequency. The mode shape is therefore used to validate and identify the natural frequencies. Modification measures, for example with regard to the geometric design of the brake lining, can also be derived from the natural shape. Determining the natural shape also allows the installation of the brake pad to be optimized with regard to noise development. The local resolution of the natural mode measurement should preferably be adapted to the dimensioning of the respective brake lining and the associated natural frequencies.

Die modale Dämpfung bezeichnet bevorzugt die physikalische Eigenschaft des Bremsbelages mit welcher die Amplitude der Schwingungsantwort über die Zeit abnimmt. Bevorzugt gehört dabei zu jeder Schwingungsmode oder Eigenform eine frequenzabhängige modale Dämpfung.The modal damping designates the physical property of the brake lining with which the amplitude of the vibration response decreases over time. Frequency-dependent modal damping preferably belongs to each vibration mode or natural mode.

Der modalen Dämpfung liegt die Annahme zugrunde, dass jede Eigenschwingung für sich gedämpft wird. Die Kopplung zwischen den Eigenschwingungen infolge der Dämpfung wird vernachlässigt. Jede Eigenschwingung wird durch eine modale Dämpfungskraft gedämpft, die proportional zur modalen Geschwindigkeit ist.The modal damping is based on the assumption that each natural vibration is damped separately. The coupling between the natural modes due to damping is neglected. Each natural vibration is damped by a modal damping force that is proportional to the modal velocity.

Die Dämpfungsparameter sind durch experimentelle Messungen zu erhalten. Diese aus der Messung extrahierten temperatur- und druckabhängigen Dämpfungen können dann in Simulationsrechnungen (FEM- Finite-Elemente-Methode) übergeben werden. Dies erlaubt es besonders aussagekräftige FEM Berechnungen über den Bremsbelag durchzuführen. Anhand der FEM-Berechnung auf Basis der Dämpfungsdaten kann das physikalische Verhalten des Bremsbelages auf mechanische Anregungen besonders genau simuliert werden, um eine Anregung zu akustischen Signalen vorherzusagen. Es ist besonders bevorzugt, dass die Dämpfungsmessung eine Auflösung von weniger als 0.1 % aufweist.The damping parameters can be obtained by experimental measurements. This temperature- and pressure-dependent damping extracted from the measurement can then be transferred to simulation calculations (FEM finite element method). This allows particularly meaningful FEM calculations to be carried out on the brake pad. Using the FEM calculation based on the damping data, the physical behavior of the brake lining can be simulated with particular precision in response to mechanical excitations in order to predict the excitation of acoustic signals. It is particularly preferred that the attenuation measurement has a resolution of less than 0.1%.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass anhand der bestimmten druckabhängigen Strukturparameter einer Abschätzung der noise vibration harshness (NVH) Eigenschaften des Bremsbelages unter Betriebsbedingungen erfolgt. Die NVH bezeichnet bevorzugt die als Geräusch akustisch wahrnehmbare Schwingung des Bremsbelages, kann aber auch die taktil wahrnehmbare Vibrationen umfassen. Die Ursache für NVH bei Bremsen ist insbesondere die Krafteinleitung in das den schwingungsfähigen Bremsbelag während des Bremsvorganges. Diese kann verschiedene Ursachen haben. So kann aufgrund von Stick-Slip-Effekt, es zu einer selbsterregten Reibschwingung an dem Grenzübergang zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag kommen. Dadurch kann es zur Abstrahlung von Körperschall, also der Ausbreitung von Schallwellen innerhalb des Bremsbelages und/oder der Bremse kommen, sowie letztendlich zu Abstrahlung von hörbarem Luftschall. Je nach Frequenz der reibungsbedingten Schwingung kann dies als unangenehmes Geräusch oder Quietschen wahrgenommen werden. Aufgrund der druckabhängigen Modalanalyse und der Berechnung von Strukturparametern kann der Körper- wie auch Luftschall während des Bremsvorganges besonders realitätsnah abgeschätzt werden. Beispielsweise reflektiert die druckabhängige Analyse der Eigenfrequenzen und Eigenformen die Resonanzschwingungen, welche die Bremsscheibe während des Bremsens durchläuft. Zusammen mit einer Analyse der Dämpfung kann dadurch eine besonders zuverlässige Vorhersage über die dynamische Geräuschentwicklung des Bremsbelages während der Bremsreibung erfolgen. Somit kann bereits durch eine einfache Analyse des Bremsbelages eine Aussage darüber getroffen werden, welcher Bremsbelag ein geeignetes NVH-Verhalten aufweist oder welcher Bremsbelag mit hoher Wahrscheinlichkeit ein ungeeignetes NVH-Verhalten aufweist. Ein ungeeignetes NVH-Verhalten ist z.B. dadurch gekennzeichnet, dass eine Eigenfrequenz mit stark vermindertem Dämpfungsverhalten bei einem Druck auftritt, welcher unter Betriebsbedingungen wahrscheinlich ist. Bei einem solchen Schwingungsverhalten ist die Wahrscheinlichkeit der Entwicklung störender Geräusche deutlich erhöht gegenüber Bremsbelägen mit Eigenschwingungen mit verringerter Amplitude.In a preferred embodiment of the invention, the method is characterized in that the noise vibration harshness (NVH) properties of the brake pad under operating conditions are estimated on the basis of the determined pressure-dependent structural parameters. The NVH preferably refers to the vibration of the brake lining that can be heard acoustically as a noise, but can also include vibrations that can be seen tactilely. The cause of NVH in brakes is in particular the introduction of force into the vibrating brake lining during the braking process. This can have various causes. Due to the stick-slip effect, self-excited frictional vibration can occur at the boundary between the brake disc and brake pad. This can lead to the emission of structure-borne noise, ie the propagation of sound waves within the brake lining and/or the brake, and ultimately to the emission of audible airborne noise. Depending on the frequency of the vibration caused by friction, this can be perceived as an unpleasant noise or squeaking. Due to the pressure-dependent modal analysis and the calculation of structural parameters, structure-borne and airborne noise can be recorded particularly realistically during the braking process be appreciated. For example, the pressure-dependent analysis of the natural frequencies and mode shapes reflects the resonance vibrations that the brake disc goes through during braking. Together with an analysis of the damping, a particularly reliable prediction can be made about the dynamic noise development of the brake pad during braking friction. Thus, a simple analysis of the brake pad can already provide information about which brake pad has suitable NVH behavior or which brake pad has a high probability of having unsuitable NVH behavior. An unsuitable NVH behavior is characterized, for example, by the fact that a natural frequency with greatly reduced damping behavior occurs at a pressure which is probable under operating conditions. With such a vibration behavior, the probability of the development of disturbing noises is significantly increased compared to brake pads with natural vibrations of reduced amplitude.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass für den selben Bremsbelag, für welchen eine druckabhängige Modalanalyse durchgeführt wurde, die NVH-Eigenschaften der Bremse mit Hilfe eines Prüfstandes für die Schallabstrahlung der Bremse gemessen werden, um eine Korrelationsmatrix zwischen den NVH-Eigenschaften der Bremse unter Betriebsbedingungen und den Ergebnissen der druckabhängige Modalanalyse des Bremsbelages zu erhalten. Da es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise um ein nicht invasives Verfahren handelt, kann der vermessene Bremsbelag weiteren Tests zugeführt werden. Im Anschluss an eine Modalanalyse des Bremsbelages kann die Geräuschentwicklung einer Bremse mit dem Bremsbelag bevorzugt auf einem Schwungmassen-Prüfstand oder aber eingebaut im Fahrzeug im klimatisierten Rollenprüfstand oder auf einer Testprüfstrecke aufgezeichnet werden. Diese Prüfstände erlauben eine Messung der Schallabstrahlung der Bremse als Einzelsystem oder aber eingebaut in einem Fahrzeug.The method is characterized in that for the same brake pad for which a pressure-dependent modal analysis was carried out, the NVH properties of the brake are measured using a test bench for the noise emission of the brake in order to create a correlation matrix between the NVH properties of the brake under operating conditions and to obtain the results of the pressure-dependent modal analysis of the brake lining. Since the method according to the invention is advantageously a non-invasive method, the measured brake pad can be subjected to further tests. Following a modal analysis of the brake pad, the noise development of a brake with the brake pad can be recorded, preferably on a flywheel mass test stand or installed in the vehicle in the air-conditioned roller test stand or on a test track. These test benches allow measurement of the noise emitted by the brake as an individual system or installed in a vehicle.

Auf diesen Bremsen-Prüfständen (Schwungmassenprüfstand oder Fahrzeugrollenprüfstände) werden vornehmlich Matrix-Tests gefahren, wie in der SAE J2521 entwickelt und beschrieben wurde (SAE J2521: Disc brake dynamometer squeal noise matrix, Society of automotive engineers, www.sae.org, 2000). Diese Tests dienen vornehmlich zur Geräuschuntersuchung der Bremse. Hierbei werden die Bremsgeräusche unter normalen und extremen Temperaturen getestet. Die Bremse wird in einem Temperaturbereich von 0 bis 250 Grad Celsius gebracht. In 50 Grad schritten werden dann Bremsdrücke von 0 bis 30 Bar mit einer Modulation von +/- 2,5 Bar aufgebracht. Zusätzlich wird ein Vorwärts Rückwärtsmodul integriert. Das Ziel ist es einen kompletten Fahrzyklus zu testen. Die Geräusche werden mit einem Mikrofon aufgenommen. Die Ergebnisse dieser Tests sind: Die kumulative Prozentzahl der Bremsungen die ein Geräuschwert über des vorher festgesetzten dB(A) Grenzwertes haben. Der prozentuale Anteil der Geräuschvollen Bremsungen

1. i) bei spezifischen Bremsdrücken.
2. ii) bei spezifischen Temperaturen,
3. iii) bei spezifischen Geschwindigkeit
4. iv) bei spezifischen Geräuschfrequenzen
5. v) Bei Vorwärts- Rückwärts fahrten

(vgl. SAE J2521: Disc brake dynamometer squeal noise matrix, Society of automotive engineers, www.sae.org, 2000 und Blaschke P., Rumold W. Global NVH Matrix for brake noise - a Bosch proposal, SAE technical paper series, Proceedings of the 17^th annual SAE brake colloquium and engineering display (P-349), 1999)Matrix tests, as developed and described in SAE J2521 (SAE J2521: Disc brake dynamometer squeal noise matrix, Society of automotive engineers, www.sae.org, 2000) are primarily run on these brake test stands (flywheel mass test stand or vehicle roller test stands). . These tests are primarily used to examine the noise of the brake. The brake noises are tested under normal and extreme temperatures. The brake is brought into a temperature range of 0 to 250 degrees Celsius. Brake pressures from 0 to 30 bar are then applied in 50 degree steps with a modulation of +/- 2.5 bar. In addition, a forward reverse module is integrated. The aim is to test a complete driving cycle. The sounds are recorded with a microphone. The results of these tests are: The cumulative percentage of braking operations that have a noise level above the previously set dB(A) limit. The percentage of noisy brakes

1. i) at specific braking pressures.
2. ii) at specific temperatures,
3. iii) at specific speed
4. iv) at specific noise frequencies
5. v) When driving forwards and backwards

(cf. SAE J2521: Disc brake dynamometer squeal noise matrix, Society of automotive engineers, www.sae.org, 2000 and Blaschke P., Rumold W. Global NVH Matrix for brake noise - a Bosch proposal, SAE technical paper series, Proceedings of the 17th annual ^SAE brake colloquium and engineering display (P-349), 1999)

Das Ergebnis dieses Matrix-Tests ist insbesondere bei welchem Zustand und in welcher Frequenz die Bremse Geräusche über einem Schwellwert abgibt. Die Eigenfrequenzen von den Komponenten (Scheibe, Belag, Belagsträger, etc.) werden zwar vor dem Matrix-Test gemessen, jedoch ist ein direkter Rückschluss nicht möglich oder fehlerhaft gewesen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich die Eigenfrequenz des Bremsbelags überraschend unter Druck ändert und erst durch diese Analyse ist ein Rückschluss möglich. Die druckabhängige Modalanalyse und daraus abgeleitete Strukturparameter stellen daher einen wesentlichen und zwingend notwendigen Beitrag zur Abschätzung der NVH-Eigenschaften einer Bremse dar. Bei einer druckabhängigen Modalanalyse des Bremsbelages vor dem Matrix-Test, ist eine eindeutige Korrelation mit den druckspezifischen Eigenfrequenzen und Dämpfungen des Belags möglich. Dies stellt einen erheblicher Vorteil für die Entwicklung einer geräuschfreien Bremse und ein wichtiger Parameter für die Spezifikation in der Serienentwicklung dar.The result of this matrix test is, in particular, in which condition and at which frequency the brake emits noise above a threshold value. The natural frequencies of the components (disc, pad, pad carrier, etc.) are measured before the matrix test, but direct conclusions are either not possible or incorrect. According to the invention, it was recognized that the natural frequency of the brake pad surprisingly changes under pressure, and only through this analysis is a conclusion possible. The pressure-dependent modal analysis and the structural parameters derived from it therefore represent an essential and absolutely necessary contribution to the assessment of the NVH properties of a brake. With a pressure-dependent modal analysis of the brake pad before the matrix test, a clear correlation with the pressure-specific natural frequencies and damping of the pad is possible . This represents a significant advantage for the development of a noise-free brake and an important parameter for the specification in series development.

Durch die Messung der Schallabstrahlung der Bremse in den Prüfständen kann das tatsächliche akustische Verhalten Bremssystems im Fahrzeug experimentell erfasst werden. Durch diese Messung ist es vorteilhafterweise möglich zu überprüfen, bis zu welcher Toleranz die Vorhersagen über die Geräuschentwicklung mithilfe der druckabhängigen Modalanalyse korrekt sind. So kann beispielsweise getestet werden, ob an den ermittelten Eigenfrequenzen des Bremsbelages ein Resonanzverhalten unter einer signifikanten Geräuschentwicklung zu verzeichnen ist. Darüber hinaus kann mithilfe dieser bevorzugten Ausführungsform eine Korrelationsmatrix erstellt werden. Hierzu werden die Messergebnisse der Geräuschentwicklung auf den Prüfständen mit den Ergebnissen der druckabhängigen Modalanalyse korreliert. Vorteilhafterweise wurde erfindungsgemäß erkannt, dass die druckabhängige Modalanalyse ein charakteristischer Fingerabdruck des Bremsbelages darstellt, durch welchen eine Vorhersage der Geräuschentwicklung möglich ist. Mit Hilfe der Korrelationsmatrix können Merkmale des charakteristischen Fingerabdruckes der Modalanalyse dem akustischen Verhalten besonders präzise zugeordnet werden. Durch Messungen im Prüfstand kann bspw. ermittelt werden unter welchen Bedingungen ein Quietschen der Bremse zu verzeichnen ist und mit welcher Intensität das Quietschen akustisch wahrnehmbar ist. Durch ein Vergleich mit den Daten der druckabhängigen Modalanalyse kann das Quietschen beispielsweise einem bestimmten druckabhängigen Verhalten der Eigenfrequenz, Eigenschwingungen und/oder Dämpfung zugeordnet werden. Es ist besonders bevorzugt, dass die Ergebnisse der Schallmessungen mit den Strukturparametern der druckabhängigen Modalanalyse korreliert werden. Hierdurch kann eine umfassende Korrelationsmatrix erhalten werden, welche durch die Messung jedes weiteren Bremsbelages erweitert und präzisiert wird. Dies ermöglicht eine Abtastung und Erfassung einer Vielzahl unterschiedlicher Bremsbeläge über eine große Material- und Geometriespanne. Die Ergebnisse der Korrelationsmatrix erlauben eine präzisere Vorhersage der Geräuschentwicklung von Bremsbelägen auf Basis der druckabhängigen Modalanalyse. Durch das Feedback der komplexeren Schallmessung auf Prüfstanden an bspw. Fahrzeugen können fehlerhafte Annahmen in den Vorhersagen wirksam und iterativ vermieden werden. Dadurch kann eine Methode bereitgestellt werden, welche auf Basis einer einfach durchzuführenden, druckabhängigen Modalanalyse der Bremsbeläge besonders ausgezeichnete Vorhersagen über die Geräuschentwicklung in Bremsen oder Fahrzeugen bereitstellen kann. Der Fachmann erkennt, dass die genannten Testverfahren wie ein Schwungmassen-Prüfstand oder aber eine Prüfstandteststrecke die derzeitigen Testverfahren und Prüfstände reflektieren, welche geeignet sind, um das akustische Schwingungsverhalten der Bremsen in Fahrzeugen zu messen. Im Sinne dieser bevorzugten Ausführungsform sind jedoch sämtlich u.U. zu entwickelnden Verfahren umfasst, welche die Schallabstrahlung der Bremse bevorzugt im Fahrzeug erfassen.The actual acoustic behavior of the braking system in the vehicle can be recorded experimentally by measuring the noise emitted by the brakes in the test benches. This measurement advantageously makes it possible to check the tolerance up to which the predictions about the noise development using the pressure-dependent modal analysis are correct. For example, it can be tested whether the determined natural frequencies of the brake pad show a resonance behavior with significant noise development. In addition, using this preferred embodiment, a correla tion matrix can be created. For this purpose, the measurement results of the noise development on the test benches are correlated with the results of the pressure-dependent modal analysis. Advantageously, it was recognized according to the invention that the pressure-dependent modal analysis represents a characteristic fingerprint of the brake pad, through which a prediction of the noise development is possible. With the help of the correlation matrix, features of the characteristic fingerprint of the modal analysis can be assigned to the acoustic behavior with particular precision. Measurements on the test stand can be used, for example, to determine the conditions under which the brakes squeak and the intensity with which the squeak is acoustically perceptible. By comparing the data from the pressure-dependent modal analysis, the squeaking can be assigned, for example, to a specific pressure-dependent behavior of the natural frequency, natural vibrations and/or damping. It is particularly preferred that the results of the sound measurements are correlated with the structural parameters of the pressure-dependent modal analysis. In this way, a comprehensive correlation matrix can be obtained, which is expanded and made more precise by measuring each additional brake pad. This enables a large number of different brake pads to be scanned and recorded over a wide range of materials and geometries. The results of the correlation matrix allow a more precise prediction of the noise development of brake pads based on the pressure-dependent modal analysis. Through the feedback of the more complex sound measurement on test benches on vehicles, for example, incorrect assumptions in the predictions can be avoided effectively and iteratively. As a result, a method can be provided which can provide particularly excellent predictions about the noise development in brakes or vehicles on the basis of an easy-to-perform, pressure-dependent modal analysis of the brake pads. The person skilled in the art recognizes that the test methods mentioned, such as a flywheel mass test bench or a test bench test track, reflect the current test methods and test benches which are suitable for measuring the acoustic vibration behavior of the brakes in vehicles. Within the meaning of this preferred embodiment, however, all methods that may possibly be developed are included, which record the sound emission of the brake, preferably in the vehicle.

Die Vorteile des Verfahrens werden im folgenden auch anhand der Vorrichtung beschrieben. Hierin wird eine Vorrichtung zur druckabhängigen Modalanalyse von Bremsbelägen offenbart, wobei die Vorrichtung eine Traverse umfasst, welche über Führungsstützen oberhalb einer Gegenplatte gelagert ist, an der Traverse ein Kolbenhalter zur Aufnahme eines Bremskolben befestigt vorliegt und an dem Bremskolben ein Bremsbelag anbringbar ist, sodass mit Hilfe einer Pressvorrichtung ein vorbestimmter Druck auf den sich auf der Gegenplatte befindenden Bremsbelag erzeugt werden kann, die Vorrichtung einen Schwingungsanreger zur Anregung des Bremsbelages und einen Schwingungssensor zur Messung der Schwingungsantwort umfasst, sodass eine druckabhängige Modalanalyse des Bremsbelages durchgeführt werden kann.The advantages of the method are also described below with reference to the device. Here, a device for the pressure-dependent modal analysis of brake pads is disclosed, the device comprising a traverse which is mounted via guide supports above a counterplate, a piston holder for receiving a brake piston is attached to the traverse and a brake pad can be attached to the brake piston, so that with the help of a pressing device can be used to generate a predetermined pressure on the brake pad located on the backing plate, the device includes a vibration exciter for exciting the brake pad and a vibration sensor for measuring the vibration response, so that a pressure-dependent modal analysis of the brake pad can be carried out.

Die Vorrichtung ist auf besonders effektive Weise geeignet, um das erfindungsgemäße Verfahren sowie bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens umzusetzen. Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen, welche für das erfindungsgemäße Verfahren und bevorzugte Ausführungsform davon offenbart wurden, gelten ebenfalls für die Vorrichtung. Beispielsweise wurde für das erfindungsgemäße Verfahren ein Impulshammer als Schwingungsanreger offenbart, mit welchem eine Anregung in einem Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 20 kHz erfolgt. Dadurch kann eine besonders aussagekräftige Vorhersage über Schallabstrahlung im hörbaren Bereich des Bremsbelages erfolgen. Der Fachmann erkennt, dass somit auch die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform einen Schwingungsanreger umfasst, welcher ein Impulshammer ist und derart konfiguriert ist, um den Bremsbelag im Bereich zwischen 0 Hz und 20 kHz breitbandig anzuregen.The device is particularly effective for implementing the method according to the invention and preferred embodiments of the method according to the invention. Advantages and preferred embodiments disclosed for the method according to the invention and preferred embodiments thereof also apply to the device. For example, an impact hammer was disclosed as a vibration exciter for the method according to the invention, with which excitation takes place in a frequency range between 0 Hz and 20 kHz. As a result, a particularly meaningful prediction can be made about sound radiation in the audible range of the brake lining. The person skilled in the art recognizes that the device in a preferred embodiment also includes a vibration exciter, which is an impact hammer and is configured in such a way to excite the brake lining in a broadband manner in the range between 0 Hz and 20 kHz.

Ebenso ist für der Fachmann ersichtlich, dass auch die Vorrichtung innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens eine vorteilhafte Anwendung findet. Beispielsweise ist für die Vorrichtung offenbart, dass diese bevorzugt einen Bremskolben zur Anbringung des Bremsbelages umfasst, wobei der Bremsbelag mit Hilfe einer Pressvorrichtung auf eine Gegenplatte pressbar ist. Der Fachmann entnimmt der Offenbarung, dass auch für das erfindungsgemäße Verfahren die Erzeugung eines vorbestimmten Druckes auf dem Bremsbelag bevorzugt mithilfe einer Pressvorrichtung, eines Bremskolben und einer Gegenplatte erfolgt.It is also clear to the person skilled in the art that the device is also advantageously used within the method according to the invention. For example, it is disclosed for the device that it preferably comprises a brake piston for attaching the brake lining, the brake lining being able to be pressed onto a counter-plate with the aid of a pressing device. The person skilled in the art will gather from the disclosure that for the method according to the invention, too, a predetermined pressure is preferably generated on the brake lining with the aid of a pressing device, a brake piston and a counterplate.

Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine besonders kompakte Bauweise aus und ermöglicht durch die Verwendung von einfachen Konstruktionselementen eine kostengünstige, robuste Modalanalyse von Bremsbelägen bei verschiedenen Drücken.The device is characterized by a particularly compact design and, through the use of simple construction elements, enables a cost-effective, robust modal analysis of brake pads at different pressures.

Um die druckabhängige Modalanalyse an den Bremsbelägen durchzuführen, umfasst die Vorrichtung eine Traverse, welche über Führungsstützen oberhalb einer Gegenplatte gelagert ist. Im Sinne der Erfindung bezeichnet die Traverse ein mechanisches Bauelement, welches für eine Abstützung eines Kolbenhalters ausgestaltet ist. Bevorzugt kann die Traverse einen Querbalken umfassen, welcher parallel zu der Oberfläche der Gegenplatte, vertikal oberhalb von dieser angebracht vorliegt. Es kann aber auch bevorzugt sein, dass die Traverse eine Platte, eine Schenkelkonstruktion oder andere Bauelemente umfasst, welche zu Anbringung eines Kolbenhalters bevorzugt geeignet sind.In order to carry out the pressure-dependent modal analysis on the brake pads, the device includes a traverse which is mounted above a counter-plate via guide supports. Within the meaning of the invention, the traverse designates a mechanical component which is designed to support a piston holder. The traverse can preferably comprise a crossbeam, wel cher parallel to the surface of the backing plate mounted vertically above it. However, it can also be preferred that the traverse comprises a plate, a leg construction or other components which are preferably suitable for attaching a piston holder.

Die Traverse wird bevorzugt durch Führungsstützen oberhalb der Gegenplatte gelagert. Die Führungsstützen können an der Gegenplatte angebracht vorliegen oder separat montiert werden, bspw. an einem Maschinenbett, welches sich unterhalb der Gegenplatte befindet. Im Sinne der Erfindung bezeichnen Führungsstützen bevorzugt Bauelemente, welche durch ihre Stabilität und vertikale Ausrichtung zur Lagerung der Traverse geeignet sind. Dies können beispielsweise Stangen oder Vertikalbalken sein. Es kann auch bevorzugt sein, dass die Traverse und die Führungsstützen ein Bauelement bilden, welches zur Aufhängung eines Kolbenhalters konfiguriert wurde.The traverse is preferably supported by guide supports above the counter plate. The guide supports can be attached to the backing plate or mounted separately, e.g. on a machine bed, which is located below the backing plate. Within the meaning of the invention, guide supports preferably refer to structural elements which are suitable for supporting the traverse due to their stability and vertical alignment. These can be poles or vertical bars, for example. It can also be preferred that the traverse and the guide supports form a structural element which has been configured for the suspension of a flask holder.

Im Sinne der Erfindung bezeichnet die Gegenplatte eine Kompressionsfläche gegen welche der Bremsbelag mit Hilfe der Pressvorrichtung gedrückt wird. D.h. es ist bevorzugt, dass die Gegenplatte eine ausreichend hohe Steifigkeit aufweist, um einen definierten Gegendruck auf den Bremsbelag auszuüben.Within the meaning of the invention, the counter-plate designates a compression surface against which the brake pad is pressed with the aid of the pressing device. This means that it is preferred that the counter-plate has a sufficiently high rigidity to exert a defined counter-pressure on the brake lining.

Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein Kolbenhalter bevorzugt ein mechanisches Bauelement, welches geeignet zur Aufnahme eines Bremskolbens geeignet ist. An dem Bremskolben ist bevorzugt der Bremsbelag anbringbar. Es ist besonders bevorzugt, dass der Kolbenhalter und der Bremskolben den Bautypen entsprechen, mit welchen der Bremsbelag in einem Fahrzeug eingebaut werden sollte. Fahrzeugspezifische Bremskolben und Kolbenhalter ermöglichen eine besonders realitätsnahe Erzeugung des Druckes auf den Bremsbelag, da diese die Druckverteilung im Fahrzeug reflektieren. Es kann aber auch bevorzugt sein, dass ein standardisierter Kolbenhalter und Bremskolben verwandt wird, um einen standardisierten Vergleich zwischen Bremsbelägen unabhängig von spezifischen Bremskolben zu ermöglichen. Die Vorrichtung ist somit nicht auf die Verwendung fahrzeugspezifischer Kolbenhalter oder Bremskolben beschränkt.Within the meaning of the invention, a piston holder preferably designates a mechanical component which is suitable for receiving a brake piston. The brake lining can preferably be attached to the brake piston. It is particularly preferable that the piston holder and the brake piston correspond to the types with which the brake pad should be installed in a vehicle. Vehicle-specific brake pistons and piston holders enable the pressure on the brake pads to be generated in a particularly realistic manner, as they reflect the pressure distribution in the vehicle. However, it may also be preferred that a standardized piston retainer and brake piston be used to enable a standardized comparison between brake pads independent of specific brake pistons. The device is therefore not limited to the use of vehicle-specific piston holders or brake pistons.

Es ist bevorzugt, dass die Pressvorrichtung an der Traverse montiert vorliegt. Für die Vorrichtung sind verschieden Pressvorrichtung geeignet wie beispielsweise Dreh-, Klemm oder Zangenpressvorrichtung. Diese Vorrichtungen erlauben es mit den Bremskolben umfassend den Bremsbelag gegen die Gegenplatte mit einer wohldefinierten Kraft zu pressen. Es ist besonders bevorzugt, dass die Pressvorrichtung zudem einen Kraftsensor umfasst, um festzustellen mit welcher Kraft die Pressvorrichtung den Bremsbelag auf die Gegenplatte drückt.It is preferred that the pressing device is mounted on the traverse. Various pressing devices are suitable for the device, such as rotary, clamping or pincer pressing devices. These devices allow the brake pad to be pressed against the backing plate with a well-defined force using the brake pistons. It is particularly preferred that the pressing device also includes a force sensor in order to determine the force with which the pressing device presses the brake lining onto the counterplate.

Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung einen Schwingungsanreger zur Anregung des Bremsbelages und einen Schwingungssensor zur Messung der Schwingungsantwort. Diese sind so konzipiert wie es für das erfindungsgemäße Verfahren dargelegt wurde und eignen sich zur Modalanalyse des Bremsbelages. Die Modalanalyse wird somit bei einem durch die Pressvorrichtung vorbestimmten Druck durchgeführt, welcher durch die Pressvorrichtung einstellbar ist.In addition, the device includes a vibration exciter for exciting the brake lining and a vibration sensor for measuring the vibration response. These are designed as described for the method according to the invention and are suitable for the modal analysis of the brake lining. The modal analysis is thus carried out at a pressure which is predetermined by the pressing device and which can be set by the pressing device.

Es war überraschend, dass eine Vorrichtung bereitgestellt werden konnte, welche mit den genannten einfachen Bauteilen realisierbar ist und eine hochauflösende druckabhängige Modalanalyse erlaubt. So ist es besonders bevorzugt, dass die gesamte Vorrichtung Abmaße von ca. 1,5 m nicht überschreitet. Dadurch ist die Vorrichtung einfach transportierbar und kann an unterschiedlichen Entwicklungsorten der Bremsbeläge eingesetzt werden. Insbesondere erlaubt die geringe Größe eine einfache Integration mit anderen Messgeräten oder die Durchführung der Messungen bei unterschiedlichen Umweltbedingungen. So kann die Vorrichtung in einer Kältekammer oder Feuchtekammer positioniert werden, um die Bremsengeräusche bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen vorherzusagen. Ein besonderer Vorteil ist weiterhin die geringen Herstellungskosten, da die benötigten Bauelemente wie eine Traverse, Kolbenhalter, Gegenplatte oder ein Pressvorrichtung sehr günstig realisierbar sind. Auch sind Komponenten wie der Schwingungsanreger oder Schwingungssensor kommerziell zu relativ günstigen Preisen erwerbbar.It was surprising that a device could be provided which can be realized with the simple components mentioned and allows a high-resolution pressure-dependent modal analysis. It is particularly preferred that the entire device does not exceed dimensions of approx. 1.5 m. As a result, the device is easy to transport and can be used at different locations where the brake pads are being developed. In particular, the small size allows easy integration with other measuring devices or measurements under different environmental conditions. The device can thus be positioned in a cold chamber or humidity chamber in order to predict brake noise under different climatic conditions. A particular advantage is also the low production costs, since the required components such as a traverse, piston holder, counter plate or a pressing device can be implemented very cheaply. Components such as the vibration exciter or vibration sensor can also be purchased commercially at relatively low prices.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungssensor ein Laser-Scanning-Vibrometer und/oder einen Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssaufnehmer ist und der Schwingungsanreger ein Impulshammer, ein Shaker und/oder ein Piezo-Stapel-Aktor ist.In a preferred embodiment of the invention, the device is characterized in that the vibration sensor is a laser scanning vibrometer and/or a path, speed or acceleration sensor and the vibration exciter is an impact hammer, a shaker and/or a piezo stack actuator is.

Das Laser-Scanning-Vibrometer ist bevorzugt eine Baugruppe, welche zur Durchführung der Laser-Scanning-Vibrometrie geeignet ist. Im Sinne der Erfindung bezeichnet die Laser-Scanning-Vibrometrie bevorzugt ein optisches Verfahren zur berührungslosen Quantifizierung von Schwingungen eines Bremsbelages. Das Prinzip der berührungslosen Messung der Schwingung basiert auf der Laser-Dopple-Vibrometrie. Hierzu wird der Laserstrahl auf einem bestimmten Messpunkt der Oberfläche des Bremsbelages fokussiert. Anschließend erfolgt eine Detektion des reflektierten Laserstrahles mithilfe eines Interferometers, wodurch die Frequenzverschiebung des zurückgestreuten Laserlicht bestimmt wird. Die Frequenzverschiebung hängt aufgrund des Dopplereffektes von der Schwingungsantwort des Bremsbelages am Messpunkt ab. Die Laser-Scanning-Vibrometrie zeichnet sich durch eine außerordentlich hohe Präzision aus und ist somit besonders geeignet zur Erfassung der Schwingungsantwort des Bremsbelages. Darüber hinaus kann mithilfe des Laser-Scanning-Vibrometrie auf besonders schnelle Weise eine örtliche Auflösung der Schwingungsantwort vorgenommen werden. Hierzu lediglich der Laserstrahl optisch auf verschiedene Messpositionen geleitet, wobei an jedem Messpunkt die Frequenzverschiebung und somit die Schwingungsantwort quantifiziert wird. Dadurch können beispielsweise Eigenformen mit hoher örtlicher Auflösung bestimmt werden.The laser scanning vibrometer is preferably an assembly which is suitable for carrying out laser scanning vibrometry. Within the meaning of the invention, laser scanning vibrometry preferably designates an optical method for non-contact quantification of vibrations of a brake pad. The principle of non-contact vibration measurement is based on laser double vibrometry. To do this, the laser beam is focused on a specific measurement point on the surface of the brake pad. The reflected laser beam is then detected using an interferometer, which determines the frequency shift of the backscattered laser light becomes. Due to the Doppler effect, the frequency shift depends on the vibration response of the brake lining at the measuring point. Laser scanning vibrometry is characterized by an extraordinarily high level of precision and is therefore particularly suitable for recording the vibration response of the brake pad. In addition, with the help of laser scanning vibrometry, a local resolution of the vibration response can be carried out particularly quickly. To do this, the laser beam is simply guided optically to different measuring positions, with the frequency shift and thus the vibration response being quantified at each measuring point. This allows, for example, mode shapes to be determined with high local resolution.

Es kann besonders bevorzugt sein, dass das Laser-Scanning-Vibrometer einen Spiegel umfasst zur Detektion sogenannter in-plane Moden. Der Spiegel ist bevorzugt in der Ebene des Bremsbelages aufgestellt, sodass Laserlicht detektiert wird, welches entlang der tangentialen Richtung des Bremsbelages gestreut wurde. Dadurch kann neben den normalen Schwingungsmoden (welche dem senkrecht reflektierten Laserlicht entsprechen) auch die tangentialen Schwingungsmoden (parallel zur Reibungsfläche) erfasst werden. Das Schwingungsverhalten des Bremsbelages überträgt sich unter Betriebsbedingungen nicht nur normal zur Oberfläche des Reibbelages, sondern auch tangential zu dieser. Eine Quantifizierung des Schwingungsverhaltens in beiden Achsen führt zu einer Identifikation von in- und out-of-plane Moden. Wenn die Schwingungsformen bekannt sind, kann es ausreichend sein jeweils für die in- und out-of-plane Messungen nur einen Laser Strahl zu verwenden.It can be particularly preferred that the laser scanning vibrometer comprises a mirror for the detection of so-called in-plane modes. The mirror is preferably set up in the plane of the brake pad so that laser light scattered along the tangential direction of the brake pad is detected. In this way, in addition to the normal vibration modes (corresponding to the perpendicularly reflected laser light), the tangential vibration modes (parallel to the friction surface) can also be recorded. Under operating conditions, the vibration behavior of the brake lining is not only transmitted normal to the surface of the friction lining, but also tangentially to it. A quantification of the vibration behavior in both axes leads to an identification of in- and out-of-plane modes. If the mode shapes are known, it may be sufficient to use only one laser beam for the in- and out-of-plane measurements.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Schwingungssensor ein Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer. Der Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer ist ein bevorzugt Bauteil, welches durch eine kontaktbehaftete Messung die Schwingungsantwort des Bremsbelages bestimmt. Dazu ist es bevorzugt, dass der Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer am Bremsbelag angebracht vorliegt und mit diesem gemeinsam schwingt. Es ist bevorzugt, dass der Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer ein geringes Gewicht aufweist, um den Einfluss auf die gemessenen Daten zu reduzieren. Es ist besonders bevorzugt, dass der Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer den Weg, die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung der Schwingungen in den drei orthogonalen Achsen erfassen kann, um eine die dreidimensionale Schwingung des Bremsbelages zu erfassen. Es kann aber auch bevorzugt sein, dass der Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer lediglich den Weg, die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung in der vertikalen Achse erfasst und somit nur die normalen Schwingungsmoden des Bremsbelages aufzeichnet.In a further embodiment, the vibration sensor is a distance, speed or acceleration sensor. The distance, speed or acceleration sensor is a preferred component which determines the vibration response of the brake lining by means of a contact measurement. For this purpose, it is preferred that the distance, speed or acceleration sensor is attached to the brake pad and vibrates together with it. It is preferred that the displacement, speed or acceleration sensor has a low weight in order to reduce the influence on the measured data. It is particularly preferred that the path, speed or acceleration sensor can detect the path, speed or acceleration of the vibrations in the three orthogonal axes in order to detect the three-dimensional vibration of the brake lining. However, it can also be preferred that the path, speed or acceleration sensor only detects the path, speed or acceleration in the vertical axis and thus only records the normal vibration modes of the brake lining.

Als Schwingungsanreger werden bevorzugt ein Impulshammer, ein Shaker oder ein Piezo-Stapel-Aktor eingesetzt. Ein skalierbarer automatischer Impulshammer ist bevorzugt ein Hammer oder Stößel, welche durch eine impulsartige Bewegung den Bremsbelag zu einer mechanischen Schwingung anregt, wobei der Impulsübertrag als eine Kraftübertragung aufgezeichnet wird. Der skalierbare automatische Impulshammer erlaubt eine besonders präzise Anregung des Bremsbelages an einer definierten Position, da die Impulsanregung örtlich auf den Wirkbereich des Hammers oder Stößels begrenzt ist. Durch die Verwendung eines Impulshammers ist somit eine Auflösung des Schwingungsverhaltens mit besonders hoher örtlicher Genauigkeit realisierbar. Des Weiteren zeichnet sich der Impulshammer durch eine einfache Installationsweise und Langlebigkeit aus.An impulse hammer, a shaker or a piezo stack actuator are preferably used as vibration exciters. A scalable automatic impulse hammer is preferably a hammer or a ram, which excites the brake lining to mechanical vibration by means of a pulse-like movement, with the pulse transmission being recorded as a force transmission. The scalable automatic impulse hammer allows a particularly precise stimulation of the brake pad at a defined position, since the impulse excitation is locally limited to the effective range of the hammer or ram. By using an impact hammer, it is thus possible to resolve the vibration behavior with particularly high local accuracy. Furthermore, the impulse hammer is characterized by a simple installation and durability.

Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein Shaker bevorzugt einen Vibrator, welcher in Kontakt mit dem Bremsbelag ist und durch Zuführung von Energie diesen in mechanischen Schwingungen einer definierten Amplitude und Frequenz versetzt. Zu diesem Zweck ist es bekannt im Stand der Technik elektrodynamische Shaker einzusetzen, welche mit beliebig einstellbarer Frequenz vibrieren. Aufgrund der Größer der Shaker ist auch durch diese eine lokal definierte Schwingungsanregung möglich. Es kann aber auch bevorzugt sein, dass der Bremsbelag auf einem Schwingungstisch installiert vorliegt, wodurch der Bremsbelag als Ganzes oder in ausgedehnten Teilbereichen zu Schwingungen anregt wird.For the purposes of the invention, a shaker preferably designates a vibrator which is in contact with the brake pad and causes mechanical vibrations of a defined amplitude and frequency by supplying energy thereto. For this purpose, it is known in the state of the art to use electrodynamic shakers which vibrate with any adjustable frequency. Due to the size of the shakers, a locally defined vibration excitation is also possible through them. However, it can also be preferable for the brake lining to be installed on a vibrating table, as a result of which the brake lining is excited to vibrate as a whole or in extensive partial areas.

Weitere Schwingungsanreger, welche bevorzugt verwandt werden sind sogenannte Piezo-Stapel Aktoren, welche mithilfe des inversen Piezo-Effektes unter Anlegung einer alternierenden elektrischen Spannung eine mechanische Bewegung ausführen. Die Piezo-Stapel-Aktoren sind für die Vorrichtung besonders geeignet, um präzise Schwingungen zu bewirken, da die dynamische Ausdehnung mit Hilfe der elektrischen Spannung selbst für kleinste Schwingungsamplituden sehr genau und stabil einstellbar ist.Other vibration exciters that are preferably used are so-called piezo stack actuators, which perform a mechanical movement using the inverse piezo effect when an alternating electrical voltage is applied. The piezo stack actuators are particularly suitable for the device in order to bring about precise vibrations, since the dynamic expansion can be set very precisely and stably with the help of the electrical voltage, even for the smallest vibration amplitudes.

Im Sinne der Erfindung sind jegliche Pressvorrichtungen denkbar und möglich, welche eine Ausübung eines Druckes bevorzugt eines homogenen verteilten Druckes auf den Bremsbelag ermöglichen. Die Pressvorrichtung sollte dabei jedoch so ausgestaltet sein, dass diese eine Detektion des Schwingungsverhaltens des Bremsbelages im eingespannten Zustand ermöglicht. Es hat sich gezeigt, dass zu diesem Zweck insbesondere eine hydraulische Spindel eine besonders einfache, sichere und präzise Umsetzung erlaubt.Within the meaning of the invention, any pressing devices are conceivable and possible, which allow a pressure to be exerted, preferably a homogeneously distributed pressure, on the brake lining. However, the pressing device should be designed in such a way that it enables the vibration behavior of the brake pad to be detected in the clamped state. It has been shown that for this purpose in particular a hydrauli cal spindle allows a particularly simple, safe and precise implementation.

Die hydraulische Spindel wird bevorzugt an der Traverse montiert, beispielsweise eingeschraubt. Durch eine Rotationsbewegung wird bevorzugt die Hydraulik aktiviert der Kolbenhalter nach unten gedrückt wird. Im Sinne der Erfindung ist „unten“ und „oben“ im Sinne der Schwerkraft definiert, wobei sich die Gegenplatte bevorzugt unten und die Traverse bevorzugt oberhalb der Gegenplatte befindet. Durch die Hydraulik lässt sich ein besonders präziser Druck einstellen und über einen lange Zeitraum stabil halten. Zur Kontrolle des eingestellten Druckes auf den Bremsbelag erfolgt bevorzugt eine Messung der Druckkraft mit welcher die hydraulische Spindel den Bremsbelag auf die Gegenplatte presst. Hierzu ist es bevorzugt, dass die hydraulische Spindel eine Kraftmessdose umfasst, welche die Presskraft quantifiziert und speichert. Dem Fachmann ist bewusst, dass auch andere Ausführungsformen von Pressvorrichtung geeignet sein können. Die hydraulische Spindel stellt jedoch eine besonders kostengünstige, leichte und dennoch präzise Möglichkeit dar, um eine Modalanalyse bei verschiedenen Drücken auszuführen. Die hydraulische Spindel ist darüber hinaus bevorzugt derart konfigurierbar um Drücke zwischen 0 bar und 100 bar bevorzugt zwischen 0 und 30 Bar mit einer Genauigkeit von +/- 2,5 Bar einzustellen.The hydraulic spindle is preferably mounted on the traverse, for example screwed in. The hydraulics are preferably activated by a rotational movement, the piston holder is pressed down. For the purposes of the invention, “below” and “above” are defined in terms of gravity, with the counter-plate preferably being below and the traverse preferably being above the counter-plate. The hydraulics allow a particularly precise pressure to be set and kept stable over a long period of time. In order to check the set pressure on the brake lining, the pressure force with which the hydraulic spindle presses the brake lining onto the counter-plate is preferably measured. For this purpose, it is preferred that the hydraulic spindle includes a load cell, which quantifies and stores the pressing force. The person skilled in the art is aware that other embodiments of pressing devices can also be suitable. However, the hydraulic spindle provides a particularly inexpensive, lightweight, yet accurate way to perform modal analysis at different pressures. In addition, the hydraulic spindle is preferably configurable in such a way as to set pressures between 0 bar and 100 bar, preferably between 0 and 30 bar, with an accuracy of +/-2.5 bar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Heizplatte, welche in Kontakt mit dem Bremsbelag angebracht vorliegt. Die Heizplatte kann dabei bevorzugt mithilfe einer elektrischen Spannung auf eine gewünschte Heiztemperatur eingestellt werden. Dadurch, dass sich die Heizplatte bevorzugt in direktem Kontakt mit dem Bremsbelag befindet, wird der Bremsbelag auf eine Temperatur erhitzt, welche bevorzugt gemäß einer Kalibrierung eingestellt wird. Zur Überwachung der Temperatur kann bevorzugt ein Temperatursensor eingesetzt werden. Mithilfe einer solchen Heizplatte lässt sich eine besonders homogene Temperaturverteilung im Bremsbelag erzielen. Durch diese Ausführungsform ist es möglich nicht nur einen vorbestimmten Druck auf den Bremsbelag auszuüben, sondern zudem die Modalanalyse für vordefinierte Temperaturwerte durchzuführen.In a further preferred embodiment, the device comprises a heating plate which is arranged in contact with the brake lining. The heating plate can preferably be set to a desired heating temperature using an electrical voltage. Due to the fact that the heating plate is preferably in direct contact with the brake lining, the brake lining is heated to a temperature which is preferably set according to a calibration. A temperature sensor can preferably be used to monitor the temperature. A particularly homogeneous temperature distribution in the brake lining can be achieved with the aid of such a heating plate. This embodiment not only makes it possible to exert a predetermined pressure on the brake lining, but also to carry out the modal analysis for predefined temperature values.

Im Folgenden soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden, ohne auf diese beschränkt zu sein.The invention is to be explained in more detail below using examples, without being restricted to these.

Figurenlistecharacter list

• 1 Schematische Abbildung einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung einer druckabhängigen Modalanalyse 1 Schematic representation of a preferred embodiment of the device for performing a pressure-dependent modal analysis
• 2 Schematisch Darstellung der Entwicklungsschritte und eingesetzten Methoden einer PKW-Bremse (Quelle: P. Blaschke, M. Tan, K. Stepper, A. Hafiz-Afaneh: Integrated Process for Design against Brake Squeal. International Modal Analysis Conference, IMAC XXI, Feb. 2003, Kissimmee, FL, USA, modifiziert). 2 Schematic representation of the development steps and methods used for a car brake (Source: P. Blaschke, M. Tan, K. Stepper, A. Hafiz-Afaneh: Integrated Process for Design against Brake Squeal. International Modal Analysis Conference, IMAC XXI, Feb. 2003, Kissimmee, FL, USA, modified).
• 3 Schematisch Darstellung einer Scheibenbremse und eines Bremsbelages (Quelle: http://www.mein-autolexikon.de/bremse/bremsscheibe.html, abgerufen 15.12.2014, modifiziert) 3 Schematic representation of a disc brake and a brake pad (source: http://www.mein-autolexikon.de/ Bremse/ Bremsscheibe.html, retrieved December 15, 2014, modified)
• 4 Schematische Übersicht von Prüfverfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Bremskomponenten und Systemen 4 Schematic overview of test methods for determining the dynamic properties of brake components and systems
• 5 Experimentelle Daten der Modalanalyse von verschiedene Bremsbelägen ohne Applikation eines mechanischen Druckes 5 Experimental data of the modal analysis of different brake pads without application of a mechanical pressure
• 6 Experimentelle Daten der Modalanalyse von Bremsbelägen unter frei-frei-Bedingungen, auf einer Unterlage und unter Druck 6 Experimental data of modal analysis of brake pads under free-free conditions, on a pad and under pressure
• 7 Experimentelle Daten der Modalanalyse eines Bremsbelages für sukzessive Presskräfte von 0 kN bis 18 kN 7 Experimental data of the modal analysis of a brake pad for successive press forces from 0 kN to 18 kN

1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung einer druckabhängigen Modalanalyse. Eine Traverse (5) wird durch einen Querbalken realisiert, welcher an zwei Enden auf jeweils einer Führungsstütze (7) gelagert wird. Die Führungsstützen (7) sind auf einem Maschinenbett (27) montiert. Das Maschinenbett (27) umfasst die Elektronik sowie den Antrieb für die Bauelemente der Vorrichtung und sorgt für dessen Gesamtstabilität. Der Kolbenhalter (17) wird über einen Adapter (31) an der Traverse montiert. Am unteren Ende des Kolbenhalters liegt der Bremskolben (3) angebracht vor, welcher den Bremsbelag (1) aufnimmt. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the device for carrying out a pressure-dependent modal analysis. A traverse (5) is realized by a crossbeam, which is mounted at two ends on a respective guide support (7). The guide supports (7) are mounted on a machine bed (27). The machine bed (27) includes the electronics and the drive for the components of the device and ensures its overall stability. The piston holder (17) is mounted on the traverse using an adapter (31). The brake piston (3), which accommodates the brake lining (1), is attached to the lower end of the piston holder.

An der Traverse (5) ist weiterhin eine Pressvorrichtung (33) angebracht, welche in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform eine hydraulische Spindel (34) ist. Mithilfe der Pressvorrichtung (33) kann das System aus Kolbenhalter (17), Bremskolben (3) und Bremsbelag (1) nach unten gedrückt werden. Durch die Verschiebung des Bremsbelages (1) nach unten wird dieser gegen eine sich darunter befindende Gegenplatte (9) gedrückt. Aufgrund dieses Pressvorganges wird ein gleichmäßiger homogener Druck auf den Bremsbelag (1) ausgeübt. Durch eine Messung der Presskraft mithilfe der Kraftmessdose (21) kann ein wohldefinierter Druck auf den Bremsbelag (1) eingestellt werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Gegenplatte (9) als eine gleichmäßige Kompressionsfläche ausgestaltet, welche über zwei Adapter (29) am Maschinenbett (27) montiert ist. Hierdurch ist ein stabiles Einspannen des Bremsbelages (1) bei verschiedenen Drücken möglich. Im eingespannten Zustand erfolgt die Modalanalyse des Bremsbelages (1) mithilfe eines Schwingungssensors (13) und eines Schwingungsanregers (11). In der bevorzugt gezeigten Ausführungsform ist der Schwingungssensor (13) ein skalierbarer, automatisierter Impulshammer. Dieser regte an der Spitze des Hammers mithilfe einer periodisch mechanischen Impulsbewegung den Bremsbelag (1) lokal zu Schwingungen an. Die Schwingungen des Bremsbelages (1) werden entsprechend der materiellen Zusammensetzung und Geometrie des Bremsbelages (1) übertragen. Somit ergibt sich eine Schwingungsantwort des Bremsbelages (1) auf die Schwingungsanregung, welche sowohl von der Frequenz des Impulshammers, als auch der örtlichen Position der Messung der Schwingungsantwort abhängt. Die Schwingungsantwort wird im vorliegenden Fall mithilfe einer Laser-Scanning-Vibrometers (35) bestimmt. Hierzu erfolgt eine Fokussierung der Laserstrahlen (37a, 37b) auf den Bremsbelag. Für eine Bestimmung der normalen (out-of-plane) Schwingungsmoden wird ein Laserstrahl (37a) senkrecht auf die oberseitige Oberfläche des Bremsbelages (1) fokussiert. Für eine Bestimmung der tangentialen (in-plane) Schwingungsmoden wird der Laserstrahl (37b) mit Hilfe eines Spiegels (41) auf eine seitliche Oberfläche des Bremsbelages fokussiert. Anhand der Frequenzverschiebung der reflektierten Laserstrahlen können die normalen und tangentialen Schwingungsmoden des Bremsbelages (1) bestimmt werden. Die Schwingungsantwort kann dabei als Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Weg der Oberfläche des Bremsbelages (1) quantifiziert werden. Zusätzlich kann die Schwingungsantwort durch einen kontaktbehafteten Weg-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsaufnehmer (23) in den dreidimensionalen Achsen erfasst werden. Die Kraftmessdose (21), der Schwingungsanreger (11) sowie der Schwingungssensor (13) sind mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden (nicht gezeigt). Mit der Datenverarbeitungsvorrichtung können die Messdaten aufgenommen und weiterverarbeitet werden, um wie beschrieben durch Berechnung einer Übertragungsfunktion aus der Schwingungsantwort und der Schwingungsanregung eine Modalanalyse des Bremsbelages (1) zu erhalten. Durch Einstellung der Pressvorrichtung (33) kann die Modalanalyse für verschiedene Drücke durchgeführt werden. Dadurch erfolgt eine druckabhängige Analyse des Schwingungsverhaltens, welche den Betriebsbedingungen in einem Fahrzeug entspricht.A pressing device (33), which is a hydraulic spindle (34) in the preferred embodiment shown, is also attached to the traverse (5). The system consisting of the piston holder (17), brake piston (3) and brake pad (1) can be pressed down using the pressing device (33). By moving the brake pad (1) downwards, it is pressed against a counter-plate (9) underneath. Due to this pressing process, an even, homogeneous pressure is exerted on the brake lining (1). A well-defined pressure on the brake lining (1) can be set by measuring the pressing force using the load cell (21). In the present example, the counter-plate (9) is designed as a uniform compression surface, which is mounted on the machine bed (27) via two adapters (29). This enables stable clamping of the brake lining (1) at different pressures lich. In the clamped state, the modal analysis of the brake lining (1) is carried out using a vibration sensor (13) and a vibration exciter (11). In the preferred embodiment shown, the vibration sensor (13) is a scalable, automated impact hammer. At the tip of the hammer, this stimulated the brake pad (1) to vibrate locally with the help of a periodic mechanical impulse movement. The vibrations of the brake lining (1) are transmitted according to the material composition and geometry of the brake lining (1). This results in a vibration response of the brake lining (1) to the vibration excitation, which depends both on the frequency of the impact hammer and on the local position of the measurement of the vibration response. In the present case, the vibration response is determined using a laser scanning vibrometer (35). For this purpose, the laser beams (37a, 37b) are focused onto the brake lining. To determine the normal (out-of-plane) vibration modes, a laser beam (37a) is focused perpendicularly onto the top surface of the brake pad (1). To determine the tangential (in-plane) vibration modes, the laser beam (37b) is focused onto a lateral surface of the brake pad with the aid of a mirror (41). The normal and tangential vibration modes of the brake pad (1) can be determined based on the frequency shift of the reflected laser beams. The vibration response can be quantified as acceleration, speed or displacement of the surface of the brake lining (1). In addition, the vibration response can be recorded in the three-dimensional axes by means of a distance, speed or acceleration sensor (23) with contacts. The load cell (21), the vibration exciter (11) and the vibration sensor (13) are connected to a data processing device (not shown). The measurement data can be recorded and further processed with the data processing device in order to obtain a modal analysis of the brake pad (1) as described by calculating a transfer function from the vibration response and the vibration excitation. By adjusting the pressing device (33), the modal analysis can be carried out for different pressures. This results in a pressure-dependent analysis of the vibration behavior, which corresponds to the operating conditions in a vehicle.

2 zeigt eine schematische Darstellung der verschiedenen Entwicklungsschritte und Verfahren, welche zur Entwicklung einer PKW-Bremse im Stand der Technik verwandt werden. Die verschiedenen Verfahren und Methoden sind entsprechend der Entwicklungszeit auf der horizontalen Achse von links nach rechts sowie entsprechend ihres Aufwandes und Komplexitätsgrad auf der vertikalen Achse von oben nach unten angeordnet. Neben einer sukzessiven Simulation der Bremseigenschaften einer PKW-Bremse (Simulation) erfolgt eine experimentelle Überprüfung dieser Bremseigenschaften unter Laborbedingungen (Experiment). Anschließend werden komplexere Prüfverfahren genutzt, um die Geräuschentwicklung der Bremse unter Betriebsbedingungen zu messen. Die Schallmessungen erfolgen auf einem Schwungmassen-Prüfstand, einem Rollenprüfstand und bei einer eingebauten Bremse (Fahrzeugmessung). Bei den Vorhersagen der weniger komplexen Verfahren wie der Simulation und der Experimente, welche den Beginn der Entwicklung dominieren, sind Voraussagen über das Verhalten der Bremse unter Betriebsbedingungen nur bedingt möglich. Aus diesem Grunde wird im Stand der Technik zu späteren Entwicklungszeiten iterativ zwischen den Verfahren unterschiedlicher Komplexität gewechselt. Durch die sukzessive Optimierung der Bremse mit Hilfe einer Reihe von Testverfahren entstehen hohe Kosten. Das gesamte Verfahren ist sehr aufwendig und nur nach erfolgreicher Fahrzeugmessung wird die Produktion einer neuen Bremse freigegeben. 2 shows a schematic representation of the various development steps and methods which are used to develop a car brake in the prior art. The various procedures and methods are arranged according to development time on the horizontal axis from left to right and according to their effort and degree of complexity on the vertical axis from top to bottom. In addition to a successive simulation of the braking properties of a car brake (simulation), an experimental verification of these braking properties under laboratory conditions (experiment) is carried out. More complex test methods are then used to measure the noise development of the brake under operating conditions. The noise measurements are carried out on a flywheel mass test stand, a roller test stand and with an installed brake (vehicle measurement). With the predictions of the less complex methods such as simulation and experiments, which dominate the beginning of development, predictions about the behavior of the brake under operating conditions are only possible to a limited extent. For this reason, the state of the art switches iteratively between the methods of different complexity at later development times. The successive optimization of the brake with the help of a series of test procedures results in high costs. The entire process is very complex and the production of a new brake is only released after the vehicle has been successfully measured.

3 zeigt den schematischen Aufbau einer Scheibenbremse (A) und eines Bremsbelages (B). Bei einer Scheibenbremse (42) wird die Bremsscheibe (45) zwischen zwei Bremsbelägen (1) eingeklemmt, wobei das Reibmaterial (53) der Bremsbeläge (1) sich in direktem Kontakt mit der Bremsscheibe (45) befinden. Auf die beidseitig angebrachten Bremsbeläge (1) kann mithilfe eines Bremskolbens (3) ein Druck ausgeübt werden. Der entsprechende Gegendruck wird durch den Sattel (43) realisiert. Aufgrund des erzeugten Druckes kommt es zu einer erhöhten Reibung an dem Grenzübergang von Reibmaterial (53) zu Bremsscheibe (45), wodurch eine Umwandlung der mechanischen Energie in thermische Wärme vollzogen. Hierdurch wird Rotationsbewegung der Bremsscheibe (45) reduziert und das Fahrzeug bremst. Der bevorzugt dargestellte Bremsbelag (1) umfasst eine Belagträgerrückenplatte (49), welche die Stabilität des Bremsbelages (1) gewährleistet. An der Belagträgerrückenplatte (49) kann eine Dämpfungsplatte (47) angebracht vorliegen, welche für eine Dämpfung der Schallausbreitung von der Bremsscheibe (45) an die übrigen Bremskomponenten, wie den Bremskolben (3) oder den Sattel (43) dient. Vorderseitig ist an der Belagträgerrückenplatte (49) eine Bremsbelag-Zwischenschicht (51) aufgebracht, an welche sich das Reibmaterial (53) anschließt. Das Reibmaterial (53) ist in der Regel komplexes Komposit, um den hohen mechanischen und thermischen Anforderung an den Bremsbelag (1) zu genügen. Neben einer Optimierung der Materialeigenschaften hinsichtlich der Geräuschentwicklung von Bremsbelägen (1) sind die Reibflächen derart konstruiert, dass diese aufgrund ihrer Geometrie zur Dämpfung beitragen. Bezüglich der geometrischen Dämpfungsmerkmale sei auf den Schlitz (57) sowie die Fase (55) verwiesen. Diese Elemente dienen nicht der Erhöhung der Bremskraft, sondern ausschließlich zur Verminderung der Geräuschentwicklung während des Bremsvorganges. 3 shows the schematic structure of a disc brake (A) and a brake pad (B). In a disc brake (42), the brake disc (45) is clamped between two brake pads (1), with the friction material (53) of the brake pads (1) being in direct contact with the brake disc (45). Pressure can be applied to the brake pads (1) on both sides using a brake piston (3). The corresponding back pressure is realized by the saddle (43). Due to the pressure generated, there is increased friction at the interface between the friction material (53) and the brake disc (45), as a result of which the mechanical energy is converted into thermal heat. This reduces the rotational movement of the brake disc (45) and brakes the vehicle. The brake pad (1) preferably shown comprises a pad carrier back plate (49) which ensures the stability of the brake pad (1). A damping plate (47) can be attached to the pad carrier back plate (49), which dampens the sound propagation from the brake disc (45) to the other brake components, such as the brake piston (3) or the caliper (43). A brake pad intermediate layer (51) is applied to the front of the pad carrier back plate (49) and is adjoined by the friction material (53). The friction material (53) is usually a complex composite in order to meet the high mechanical and thermal demands on the brake lining (1). In addition to optimizing the material properties with regard to the noise generated by brake pads (1), the friction surfaces are designed in such a way that these contribute to damping due to their geometry. With regard to the geometric damping characteristics, reference is made to the slot (57) and the chamfer (55). These elements do not serve to increase the braking force, but only to reduce noise during the braking process.

4 zeigt eine Übersicht von Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Bremskomponenten und Bremssystemen. Die verschiedenen Verfahren des bekannten Standes der Technik sind gemäß ihrer Komplexität von oben nach unten aufsteigend angeordnet. Der Belagmaterialtest wird im Labor eingesetzt, um die einzelnen Materialproben der Bremsen auf ihre Geräuschentwicklung zu untersuchen. Mithilfe eines Bremsbelag-Prüfstandes erfolgt ein Testen des Bremsbelages unter Frei-Frei-Bedingungen. Beim Schwungmassen-Prüfstand wird die Bremse als gesamtes System geprüft. Die Geräuschentwicklung hängt entscheidend sowohl von den Bremsbelägen, als auch von weiteren Komponenten der Bremse ab. Die Kosten eines Schwungmassen-Prüfstandes belaufen sich auf ca. 1,6 Millionen €. Die Prüfstand/Teststrecke entspricht dem aufwändigsten Verfahren mit Kosten von 3,5 Million € bzw. 100.000 €. Hierbei erfolgt eine Prüfung der Geräuschentwicklung der eingebauten Bremse im Fahrzeug. Auch hier können zunächst nur Aussagen über das gesamte System getroffen werden. Eine isolierte Betrachtung der Bremsbelagseigenschaften und somit eine gezielte Optimierung sind nicht möglich. 4 shows an overview of methods for determining the dynamic properties of brake components and brake systems. The various methods of the known prior art are arranged in ascending order from top to bottom according to their complexity. The lining material test is used in the laboratory to examine the individual material samples of the brakes for their noise development. A brake pad test stand is used to test the brake pad under free-free conditions. With the flywheel mass test stand, the brake is tested as an entire system. The noise development depends crucially on both the brake pads and other components of the brake. The costs of a flywheel mass test stand amount to approx. €1.6 million. The test stand/test track corresponds to the most complex procedure with costs of €3.5 million or €100,000. Here, the noise development of the built-in brake in the vehicle is checked. Here, too, statements can initially only be made about the entire system. An isolated consideration of the brake pad properties and thus a targeted optimization are not possible.

In 5 sind experimentelle Daten für die Modalanalyse verschiedener Bremsbeläge dargestellt. Hierbei wurde ein Bremsbelag mit dem skalierbarer automatischen Modalhammer angeregt und die Schwingungsantwort mit dem Laser-Scanning-Vibrometer aufgenommen. Die daraus resultierenden Übertragungsfunktionen sind dargestellt. Wie an der Bezeichnung der einzelnen Peaks ersichtlich wird, können anhand der Übertragungsfunktion (Amplitude in [m/s²/N], vertikale Achse) u.a. die Eigenmoden, Modenverschiebungen oder gekoppelte Moden identifiziert werden. Darüber hinaus entspricht eine Änderung der Spitzenbreite der Änderung der Modendämpfung. Insbesondere bei höheren Frequenzen kann es zu einem Rauschen der Amplitude der Schwingungsantwort kommen, welche den Einfluss von Nichtlinearitäten reflektiert. Die Modalanalyse für einen Bremsbelag oder verschiedener Bremsbeläge wie in 5 gezeigt, erlauben prinzipiell eine detaillierte Vorhersage für das Schwingungsverhalten des Bremsbelages. Im Stand der Technik werden diese Messungen jedoch ausschließlich unter Frei-Frei-Bedingungen ohne Druck durchgeführt, da angenommen wird, dass sich das Schwingungsverhalten nur linear mit dem Druck ändert.In 5 experimental data for the modal analysis of different brake pads are presented. A brake pad was excited with the scalable automatic modal hammer and the vibration response was recorded with the laser scanning vibrometer. The resulting transfer functions are shown. As can be seen from the designation of the individual peaks, the natural modes, mode shifts or coupled modes can be identified using the transfer function (amplitude in [m/s ² /N], vertical axis). In addition, a change in peak width corresponds to a change in mode attenuation. Especially at higher frequencies, there can be noise in the amplitude of the vibration response, which reflects the influence of non-linearities. The modal analysis for a brake pad or different brake pads as in 5 shown, allow in principle a detailed prediction of the vibration behavior of the brake pad. In the prior art, however, these measurements are carried out exclusively under free-free conditions without pressure, since it is assumed that the vibration behavior only changes linearly with pressure.

6 zeigt experimentelle Daten für einen ausgewählten Bremsbelag für unterschiedliche Bedingungen, welche Frei-Frei-Zustände, Messungen auf einer Unterlage nur mit Bauteil Druck und die Applikation eines Druckes (ca. 20 bar) umfassen. Die obere Abbildung zeigt, dass sich die Eigenformen der ersten Biege (engl. bending) und der ersten Vibrationsmode erheblich zwischen dem Frei-Frei-Zustand und einem Zustand unter Applikation eines Druckes unterscheiden. Auf der unteren Abbildung sind die Ergebnisse der Übertragungsfunktion in Abhängigkeit der Schwingungsanregung dargestellt. Wie dort ersichtlich wird, ist der charakteristische Fingerabdruck des Schwingungsverhaltens des Bremsbelages in überraschender, nichtlinearer Weise verschieden zwischen Frei-Frei-Bedingungen und einer Applikation eines Druckes von 20 Bar. Dieses Ergebnis verdeutlicht, dass für eine präzisere Vorhersage der Geräuschentwicklung von Bremsbelägen eine Modalanalyse bei verschieden Drücken ausgeführt werden sollte. Die Frei-Frei-Zustandsmessungen können nicht das Schwingungsverhalten des Bremsbelages unter realen Betriebsbedingungen widerspiegeln. 6 shows experimental data for a selected brake pad for different conditions, which include free-free conditions, measurements on a pad with only component pressure and the application of a pressure (approx. 20 bar). The figure above shows that the eigenmodes of the first bending and the first vibration mode differ significantly between the free-free state and a state under the application of a pressure. The figure below shows the results of the transfer function as a function of the vibration excitation. As can be seen there, the characteristic fingerprint of the vibration behavior of the brake pad differs in a surprising, non-linear way between free-free conditions and an application of a pressure of 20 bar different pressures should be performed. The free-free state measurements cannot reflect the vibration behavior of the brake lining under real operating conditions.

7 zeigt die Schwingungsantwort eines Bremsbelages in Abhängigkeit der Frequenz (x-Achse in [Hz]) für verschiedene Presskräfte. Der Bremsbelag liegt mit dem Reibbelag auf einer massiven Metallfläche. Der Bereich der Presskräfte von 0 kN bis 18 kN entspricht einem wirkenden Druck von 0 Bar bis 30 Bar. Wie die experimentellen Daten zeigen, verändern sich die Eigenfrequenzen und Dämpfungen bei den Bremsbelägen mit sukzessiv erhöhtem Druck überraschend stark und nichtlinear. Bei einem Zusammenfallen der Eigenfrequenzen mit einer Anregungsfrequenz während des Bremsvorganges kann es zu Resonanzerscheinungen kommen. Bei der Bremse kann dies je nach Eigenfrequenz zu einer Schallabstrahlungen führen, welche als Quietschen wahrnehmbar ist. Bei anderen Bauteilen, welche mit der Bremse verbunden sind, kann es darüber hinaus zu mechanischen Brüchen kommen. Bei den experimentellen Daten sei insbesondere auf eine Erhöhung der Eigenfrequenz mit zunehmendem Druck in einem Bereich von 3,5 bis 4,5 kHz und 4,5 bis 6 kHz hingewiesen. Darüber hinaus kommt es bei Frequenzen zwischen 8 und 10 kHz zu einer verstärkten Dämpfung der Schwingungsantwort mit steigendem Druck. Anhand dieser Dämpfung würde ein Quietschen somit bei steigendem Druck zunehmend reduziert werden. Bremsbeläge, welche aufgrund ihrer Geometrie oder materiellen Zusammensetzung ein besonders stark ausgeprägtes Dämpfungsverhalten aufzeigen, sind daher in besonderem Maße für den Fahrzeugbau geeignet. Durch die druckabhängige Modalanalyse kann ein solches Dämpfungsverhalten überraschend einfach und präzise detektiert werden. Hierdurch ist eine Vorauswahl der Bremsbeläge für weiteren Entwicklungsschritte (vergleiche. 2 und 4) möglich und mit einer Kostenreduktion verbunden 7 shows the vibration response of a brake pad as a function of frequency (x-axis in [Hz]) for different pressing forces. The brake lining lies with the friction lining on a solid metal surface. The range of pressing forces from 0 kN to 18 kN corresponds to an effective pressure of 0 bar to 30 bar. As the experimental data show, the natural frequencies and damping of the brake linings change surprisingly strongly and non-linearly with successively increased pressure. If the natural frequencies coincide with an excitation frequency during the braking process, resonance phenomena can occur. Depending on the natural frequency, this can lead to noise emissions from the brake, which can be heard as squeaking. Mechanical fractures can also occur in other components that are connected to the brake. In the experimental data, particular attention should be paid to an increase in the natural frequency with increasing pressure in a range from 3.5 to 4.5 kHz and 4.5 to 6 kHz. In addition, at frequencies between 8 and 10 kHz, there is increased damping of the vibrational response with increasing pressure. Based on this damping, squeaking would thus be increasingly reduced as the pressure increased. Brake pads, which due to their geometry or material composition show a particularly pronounced damping behavior, are therefore particularly suitable for vehicle construction. With the pressure-dependent modal analysis, such a damping behavior can be detected surprisingly easily and precisely. This is a pre-selection of the brake pads for further Ent winding steps (compare. 2 and 4 ) possible and associated with a cost reduction

BezugszeichenlisteReference List

11

Bremsbelagbrake pad

33

Bremskolbenbrake piston

55

Traversetraverse

77

Führungsstützenguide supports

99

Gegenplattecounter plate

1111

Schwingungsanregervibration exciter

1313

Schwingungssensorvibration sensor

1717

Kolbenhalterbutt holder

1919

Führungsstützenguide supports

2121

Kraftmessdoseload cell

2323

Weg-, Geschwindigkeits- oder BeschleunigungsaufnehmerDisplacement, speed or acceleration sensors

2525

Impulshammerimpulse hammer

2727

Maschinenbettmachine bed

2929

Adapter für GegenplatteAdapter for counter plate

3131

Adapter für BremskolbenAdapter for brake pistons

3737

Laserstrahl des Laser-Scanning-VibrometersLaser beam of the laser scanning vibrometer

3333

Pressvorrichtungpressing device

3434

Hydraulische Spindelhydraulic spindle

3535

Laser-Scanning-VibrometerLaser Scanning Vibrometer

37a37a

Laserstrahl zur Detektion der normalen SchwingungsmodeLaser beam to detect the normal vibration mode

37b37b

Laserstrahl zur Detektion der tangentialen SchwingungsmodenLaser beam for detecting the tangential vibration modes

3939

Spiegelmirror

4141

Heizplattehot plate

4242

Scheibenbremsedisc brake

4343

Sattelsaddle

4545

Bremsscheibebrake disc

4747

Dämpfungsplattedamping plate

4949

Belagträgerrückenplattebacking plate

5151

Bremsbelag-ZwischenschichtBrake Pad Intermediate Layer

5353

Reibmaterialfriction material

5555

Fasechamfer

5757

Schlitzslot

Claims (6)

Verfahren zur Vorhersage der Geräuschentwicklung von Bremsen durch eine druckabhängige Modalanalyse von Bremsbelägen (1) umfassend folgende Schritte: a. Einspannen eines Bremsbelages (1) mit Hilfe einer Pressvorrichtung (33) b. Erzeugen eines vorbestimmten Druckes P auf den Bremsbelag (1) c. Mechanische Anregung des Bremsbelages (1) mit Hilfe eines Schwingungsanregers (11) d. Messung der Schwingungsantwort des Bremsbelages mit Hilfe eines Schwingungssensors (13) e. Messung der NVH-Eigenschaften einer Bremse (42) mit Hilfe eines Prüfstandes für die Schallabstrahlung der Bremse (42) für denselben Bremsbelag (1), für welchen eine druckabhängige Modalanalyse durchgeführt wurde f. Erstellen einer Korrelationsmatrix zwischen den NVH-Eigenschaften der Bremse (42) unter Betriebsbedingungen und den Ergebnissen der druckabhängigen Modalanalyse des Bremsbelages (1).Method for predicting the noise development of brakes by a pressure-dependent modal analysis of brake pads (1) comprising the following steps: a. Clamping a brake lining (1) using a pressing device (33) b. Generation of a predetermined pressure P on the brake lining (1) c. Mechanical stimulation of the brake lining (1) using a vibration exciter (11) i.e. Measurement of the vibration response of the brake lining using a vibration sensor (13) e. Measurement of the NVH properties of a brake (42) using a test bench for the noise emission of the brake (42) for the same brake lining (1) for which a pressure-dependent modal analysis was carried out f. Creation of a correlation matrix between the NVH properties of the brake (42) under operating conditions and the results of the pressure-dependent modal analysis of the brake lining (1). Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass für einen Druck P die Amplitude der Schwingungsantwort des Bremsbelages (1) für Frequenzen in einem Frequenzbereich bestimmt wird, welcher zwischen 0 Hz und 20 kHz liegt, und die Modalanalyse des Bremsbelages (1) mit einer Frequenzauflösung von mindestens 20 Hz bevorzugt mindestens 5 Hz und besonders bevorzugt mindestens 1 Hz erfolgt.Method according to the previous claim , characterized in that for a pressure P the amplitude of the vibration response of the brake lining (1) is determined for frequencies in a frequency range which lies between 0 Hz and 20 kHz, and the modal analysis of the brake lining (1) with a frequency resolution of at least 20 Hz, preferably at least 5 Hz and particularly preferably at least 1 Hz. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Modalanalyse des Bremsbelages (1) für verschiedene Drücke P₁ bis P_N in einem Druckbereich durchgeführt, welcher zwischen 0 und 100 Bar, bevorzugt zwischen 0 und 30 Bar liegt, wobei eine Druckauflösung mindestens 5 Bar, bevorzugt mindestens 3 Bar beträgt.Method according to one of the preceding claims , characterized in that the modal analysis of the brake lining (1) is carried out for different pressures P ₁ to P _N in a pressure range which is between 0 and 100 bar, preferably between 0 and 30 bar, with a pressure resolution of at least 5 Bar, preferably at least 3 bar. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbelag mit Hilfe einer Heizplatte (41) auf mindestens eine vorbestimmte Temperatur erhitzt wird und eine druckabhängige Modalanalyse bei der mindestens einen vorbestimmten Temperatur durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims , characterized in that the brake lining is heated to at least one predetermined temperature with the aid of a heating plate (41) and a pressure-dependent modal analysis is carried out at the at least one predetermined temperature. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass anhand der druckabhängigen Modalanalyse Strukturparametern des Bremsbelages (1) identifiziert werden, welche druckabhängige Eigenfrequenzen, Eigenschwingungsformen und/oder modale Dämpfungen umfassen.Method according to one of the preceding claims , characterized in that the pressure-dependent modal analysis is used to identify structural parameters of the brake pad (1) which include pressure-dependent natural frequencies, natural modes of vibration and/or modal damping. Verfahren gemäß Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass anhand der bestimmten druckabhängigen Strukturparameter einer Abschätzung der noise vibration harshness (NVH) Eigenschaften des Bremsbelages (1) unter Betriebsbedingungen erfolgt.procedure according to claim 5 characterized in that the noise vibration harshness (NVH) properties of the brake pad (1) under operating conditions are estimated on the basis of the determined pressure-dependent structural parameters.

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