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Die Erfindung betrifft eine Versuchsvorrichtung für ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln, ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln sowie ein Verfahren zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln bei einem Fahrzeug.
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Fahrzeuge emittieren während ihrer Nutzungsphase die unterschiedlichsten Emissionen. Es besteht nach wie vor ein großes Interesse daran, möglichst genaue Kenntnisse über die jeweiligen Emissionen zu erhalten, sodass gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen gezielt getroffen werden können.
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Neben den klassischen Emissionen im Zusammenhang mit dem Betreiben von Antriebsaggregaten in Fahrzeugen, werden zunehmend auch Emissionen von Bremsen oder von Reifen eingehender untersucht.
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Emittierte Bremsstaubpartikel können etwa für nicht gewollte Verschmutzungsablagerungen rund um ihren Entstehungsort sorgen, welche dann von Nutzern des Fahrzeugs als störend empfunden werden könnten. Aufgrund von gesetzlichen Vorgaben, welche zunehmend auch Bremsstaubpartikel und Reifenabrieb eingehender betrachten, ist es wünschenswert, detaillierte Kenntnisse über derartige Emissionen mittels Messungen zu erlangen, welche möglichst nah an der Realität sind.
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Die Messung von Bremsstaubpartikeln erfolgt bislang über Partikelmesstechniken, wobei insbesondere im Fokus Partikelzählmethoden stehen. Auch kommen dabei jeweilige Methoden unter Verwendung von jeweiligen Spektralanalysen zum Einsatz.
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Weitere Ansätze sehen den Einsatz von Methoden unter Verwendung von jeweiligen PIV-Systemen (PIV = Particle Image Velocity = Partikelbildgeschwindigkeit) vor. Methoden im Zusammenhang mit PIV - Systemen sind bereits für das Messen von Bremsstaubpartikeln bekannt. Bei diesen berührungslosen optischen Verfahren werden Geschwindigkeitsfelder bestimmt, wobei kurz hintereinander die emittierten Partikel in der Strömung fotografiert werden.
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Die Auswertung der erhaltenen einzelnen Bilder erfolgt dann im Zusammenhang mit den jeweiligen bestimmten Partikelpositionen, aus welchen dann auf Bewegungsrichtungen und Bewegungsgeschwindigkeiten annäherungsweise geschlossen werden kann.
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Um derartige Aufnahmen zu ermöglichen, werden die Partikel im Fluid zuvor beleuchtet. Für diese Illuminierung wird überwiegend auf den Einsatz von Lasertechniken zurückgegriffen. Insofern bedingt der Einsatz von PIV-Systemen einen Versuchsaufbau, welcher ausgelegt ist, die zu analysierenden Partikel in einer Ebene in der Felge mittels Laserlichtschnitt zu beleuchten. Hierfür kann zum Beispiel ein Umlenkspiegel direkt in der Felge montiert werden.
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Nachteilig ist dabei, dass diese Verortung von Bauteilen im unmittelbaren Umfeld des Entstehungsortes der Emissionen nicht gewünschte Strömungsbeeinflussungen bedingen.
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Da die emittierten Partikel der Bremsen überwiegend besonders klein sind, führen Strömungsbeeinflussungen im Versuchsaufbau dann zu Messergebnissen, welche nur bedingt mit denen in der Realität gleichzusetzen sind. Mit anderen Worten sind für zunehmend detaillierte Analysen derartige Versuchsaufbauten als ungeeignet einzustufen, sodass aktuell ein besonderer Bedarf an Innovationen besteht, welche diese genannten Nachteile überkommen.
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Alternative Konzepte favorisieren eine Entnahme der Partikel am Emissionsort und eine anschließende Zuführung dieser entnommenen Partikel zu einer entsprechenden Messeinrichtung. Folgend wird ein Beispiel aus dem Stand der Technik näher vorgestellt.
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So ist aus der WO 2017 / 097 901 A1 eine Vorrichtung zum Erfassen und Messen von Bremsstaub als bekannt zu entnehmen. Die vorgestellte Vorrichtung dient zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln, die aus einer Bremse herausgelöst wurden. Dabei ist eine Partikel-Messeinrichtung zum Messen der Anzahl von Bremsstaub-Partikeln vorgesehen. Die Partikel-Messeinrichtung ist auch zum Messen der Größe von Bremsstaub-Partikeln vorgesehen. Es ist zudem eine Entnahmeeinrichtung zum Entnehmen beziehungsweise zum Aufnehmen von Bremsstaub-Partikeln vorgesehen. Auch ist dabei eine Einrichtung zum Führen der Bremsstaub-Partikel von der Entnahmeeinrichtung zu der Partikel-Messeinrichtung vorgesehen. Eine Gebläseanlage mit einem Zuluftkanal und einem Abluftkanal dient dabei zum Führen eines Luftstroms über die Bremse. Die Vorrichtung ist zudem ein integraler Bestandteil eines Bremsenprüfstands.
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Ferner zeigt die
DE 10 2017 200 941 A1 eine Vorrichtung zur Messung von Bremspartikelemissionen in einem Fahrzeug unter Fahrbedingungen, wobei die Vorrichtung eine Staubabsaugvorrichtung und eine Staubmessvorrichtung umfasst.
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Des Weiteren offenbart FARWICK ZUM HAGEN, Ferdinant H.: Investigation of Brake Wear Particle Emissions on the Dynamometer and the Vehicle under Real-Driving Simulation, Elektronische Publikationen Universtitätsbibliothek Wuppertal, 2020, abgerufen unter: http://elpub.bib.uni-wuppertal.de/servlets/DocumentServlet?id=10590 ebenfalls ein Fahrzeugbremsuntersuchungssysteme.
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Ein weiterer Nachteil von konventionellen Partikelmessverfahren besteht allerdings darin, dass ohne eine vollständige Kapselung diese nur schwer anwendbar sind. Eine partielle Kapselung birgt andererseits immer wieder die Gefahr, dass die Messergebnisse lediglich eine grobe Annährung an die Wirklichkeit liefern.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Nachteile zumindest teilweise überkommen werden können.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Versuchsvorrichtung für ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln bereitgestellt wird. Solch eine Versuchsvorrichtung umfasst dabei eine Felge und einen auf dieser Felge aufgezogenen Reifen. Die Felge weist dabei einen mittels eines durchsichtigen Verschlusselements verschlossenen Öffnungsbereich auf und der Reifen in seiner Lauffläche eine Öffnung, welche in einem montierten Zustand des Reifens auf der Felge zumindest teilweise in Deckung mit dem Öffnungsbereich der Felge vorgesehen ist, sodass eine Lichteinkopplung durch den Öffnungsbereich und die Öffnung in einen Innenbereich der Felge zwecks Bemessungsvorgängen von Bremsstaub-Partikeln durchführbar ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, eine Versuchsvorrichtung bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Nachteile zumindest teilweise überkommen werden können.
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Die vorgestellte Versuchsvorrichtung eignet sich somit in vorteilhafter Weise, um etwa in einem Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln eingesetzt zu werden. Beispielsweise ist solch ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem im Zusammenhang mit einer entsprechenden Anströmvorrichtung zu betreiben.
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Reale Anströmungsverhältnisse haben sich in Voruntersuchungen immer wieder als essentiell herausgestellt, um detailliertere und insbesondere näher an die realen Verhältnisse heranragende Messergebnisse zu generieren. Eine Bemessung ohne eine die Wirklichkeit abbildende Anströmung hat sich ebenfalls als nicht geeignet dargestellt. In diversen Voruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass es ohne eine externe Anströmung gegebenenfalls sogar zur Strömungsrichtungsumkehr kommen kann.
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Die vorgestellte Versuchsvorrichtung ist aufgrund ihrer Beschaffenheit dazu ausgelegt, bei einer Anströmung im Versuchsstand realitätsnahe Bedingungen bereitzustellen. Da die Versuchsvorrichtung nicht nur eine Felge, sondern auch einen entsprechenden auf diese Felge aufgezogenen Reifen umfasst, sind die sich einstellenden Strömungsverhältnisse in einem Prüfstand sehr nah bis identisch zu denen, die sich etwa auf der Fahrbahn während eines Nutzungszyklus einstellen.
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Die Versuchsvorrichtung ermöglicht dabei zudem eine Lichteinkopplung in den Innenbereich der Felge zwecks Bemessungsvorgängen von Bremsstaub-Partikeln, ohne dass eine Strömungsbeeinflussung der zu bemessenden Partikel stattfindet. Insofern ist sie vorteilhaft mit jeweiligen Messmethoden unter Verwendung von entsprechenden PIV-Systemen, welche eine solche Lichteinkopplung benötigen, einsetzbar.
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Die Versuchsvorrichtung ist beispielsweise in einem Fahrzeug anzuordnen, welches sich in einem Windkanal befindet, um realitätsnahe Umgebungsbedingungen bereitzustellen. Da die Versuchsvorrichtung aufgrund der Anordnung ihrer einzelnen Bestandteile einem Aufbau für einen reellen Nutzungszyklus des Fahrzeugs nahezu identisch ähnelt, stellen sich Strömungsverhältnisse ein, wie sie sich auch im Einsatz beispielsweise auf der Straße einstellen würden. Insbesondere der mittels des durchsichtigen Verschlusselements vorgesehene Öffnungsbereich ist dabei so vorgesehen, sodass sich an dieser Stelle keine Strömungsbeeinflussung durch diesen Öffnungsbereich, welcher auch als Ausschnitt in der Felge bezeichnet werden kann, stattfindet. Dabei ist das durchsichtige Verschlusselement idealerweise flächenbündig in der Felge anzuordnen.
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Der Öffnungsbereich und die Öffnung können zusammen auch als ein Ausschnittsfenster in der Versuchsvorrichtung bezeichnet werden, welches eine berührungslose Einkopplung eines Lichtschnitts in die für die Messung bevorzugte beziehungsweise richtige Ebene ermöglicht, ohne dass eine entsprechende Umlenkeinheit in unmittelbarer Nähe zum Emissionsort beziehungsweise zum Emissionsbereich vorgesehen werden muss. Solch eine Umlenkeinheit, beispielsweise in Form eines für diese Zwecke geeigneten Umlenkspiegels, ist in diesem Bereich deswegen nachteilig, da seine physische Präsenz die Strömungsverhältnisse stark verändern würde, was wiederum die zu bemessenden Partikelströme zumindest teilweise verändert. Folglich sind dann nur grob an die Realität heranragende Messergebnisse generierbar, was für eine detaillierte Einschätzung von etwa Bremsstaubpartikeln zunehmend als ungenügend angesehen wird. Durch die vorgestellte Versuchsvorrichtung findet somit keine als nachteilig empfundene Strömungsbeeinflussung mehr statt.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln bereitgestellt wird. Solch ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem umfasst dabei eine Lichtstrahlbereitstellungsvorrichtung, wenigstens eine Sensorvorrichtung sowie eine Anströmvorrichtung zur zumindest teilweisen Beaufschlagung eines mittels des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems hinsichtlich seiner im Betrieb anfallenden Bremsstaub-Partikel zu untersuchenden Fahrzeugs mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Strömung. Das System umfasst zudem in dieser Ausführung eine Versuchsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, welche an dem zu untersuchenden Fahrzeug anordenbar ist. Die zuvor genannten Vorteile gelten, soweit übertragbar, auch für das vorgestellte Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln bei einem Fahrzeug bereitgestellt wird. Solch ein Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: In einem ersten Schritt wird ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt wird das Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem an einem zu untersuchenden Fahrzeug angeordnet. In einem dritten Schritt wird wenigstens ein Bremsbelag mit wenigstens einer Bohrung in einer Radaufhängung des Fahrzeugs, an welcher die Versuchsvorrichtung des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems angeordnet ist, angeordnet. In einem vierten Schritt wird die wenigstens eine Bohrung mit einer definierten Menge an Partikeln befüllt, wobei die Partikel mittels eines ersten PIV-Systems hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Menge vor dem Befüllungsvorgang untersucht werden, sodass ein erstes Messergebnis generiert wird. In einem fünften Schritt wird eine Filtervorrichtung an dem wenigstens einen Bremsbelag mit Bohrung angeordnet. In einem sechsten Schritt werden Rotationsvorgänge der Radaufhängung des Fahrzeugs, an welcher die Versuchsvorrichtung des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems angeordnet ist, während eines Anströmvorgangs des Fahrzeugs mittels des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems durchgeführt, sodass die eingefüllten Partikel emittiert werden. In einem siebten Schritt werden nach der Filtervorrichtung auftretende Partikel mittels eines zweiten PIV-Systems, welches Bestandteil des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems ist, hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Menge gemessen, sodass ein zweites Messergebnis generiert wird. In einem achten Schritt wird ein Abgleich des ersten und zweiten Messergebnisses miteinander durchgeführt, sodass Aussagen über die Wirksamkeit der angeordneten Filtervorrichtung durchführbar sind. Die zuvor genannten Vorteile gelten, soweit übertragbar, auch für das vorgestellte Verfahren.
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Nach der Filtervorrichtung auftretende Partikel sind insbesondere jegliche Partikel beziehungsweise Partikelströme, welche sich nachgelagert zur Filtervorrichtung befinden. Mit anderen Worten werden die Partikelemissionen zunächst an ihrem ursprünglichen Emissionsort oder in ihrem Emissionsbereich emittiert. Die Filtervorrichtung sollte im besten Fall so ausgelegt sein, sodass sie diese auftretenden Partikel vollständig filtert. Beispielsweise sind in Bezug auf Bremsscheiben bereits Filtersysteme bekannt, welche eine nahezu vollständige lokale Kapselung des Emissionsortes von Bremsscheibenpartikeln bewirken und dabei eine hohe Filterleistung aufweisen. Partikel, welche jedoch nicht von der Filtervorrichtung zurückgehalten werden, sprich, diese ungehindert passieren, werden als nachgelagerte Partikel aufgefasst und befinden sich entsprechend nach der Filtervorrichtung. Um diese nicht mittels der Filtervorrichtung zurückgehaltenen Mengen besser einschätzen zu können, ist das vorgestellte Verfahren vorteilhaft einsetzbar. Mit überraschend geringem Aufwand und einer kostengünstigen Lösung ist es möglich, zügig erste Einschätzungen in Bezug auf eine Filterleistung der eingesetzten Filtervorrichtung zu erhalten. Dabei ist das vorgestellte Verfahren zudem besonders flexibel einsetzbar, da die Beschaffenheit, sprich die Größe und Art der Partikel variabel zuvor ausgewählt werden können.
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Es ist vorstellbar, dass die eingesetzten Partikel, welche in die Bohrungen befüllt werden, zuvor benutzerdefiniert ausgewählt werden. Es kann sich dabei beispielsweise um zuvor aufgefangene Bremspartikel handeln. Auch ist vorstellbar, dass aus einer Flüssigkeitsverneblervorrichtung oder dergleichen erzeugte DEHS-Partikel (DEHS = Di-EthylHexyl-Sebacat) mit einer einstellbaren Partikelgröße, beispielsweise von 5 µm, anstelle von realen Bremsstaubpartikeln genutzt werden. Der Befüllvorgang der jeweiligen Partikel kann beispielsweise mittels eines Schlauchsystems erfolgen. In diesem Zusammenhang ist vorstellbar, dass die erste Messung mittels des ersten PIV-Systems beispielsweise in einem durchsichtigen Messbereich des Schlauchsystems erfolgt.
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Bei beiden PIV-Systemen ist es darüber hinaus wichtig, die Partikel durch einen Partikelzählalgorithmus zahlenmäßig zu erfassen, sowie zu jedem Partikel eine Geschwindigkeitsinformationen zu haben, um mit diesen beiden Informationen einen Partikelstrom errechnen zu können. Die beiden Partikelströme von den jeweiligen PIV-Systemen können somit verglichen werden. Bohrungen sind in diesem Zusammenhang jegliche Vertiefungen in jeglicher Form, welche künstlich im Zuge des Verfahrens in den Bremsbelag eingefügt werden.
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Im Austrittsbereich des Bremsspaltes beziehungsweise der Bohrungen kann es durchaus möglich sein, dass eine breitere Ebene nach der Filtervorrichtung betrachtet werden muss, beziehungsweise mehrere Messebenen nacheinander nach dem vorgestellten Prinzip abgearbeitet werden müssen, um noch detailliertere Aussagen treffen zu können.
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Für diesen Fall ist das vorgestellte Verfahren mit einfachen und für den Fachmann einfach anzuwendenden Iterationsschleifen mit marginalen Änderungen im Versuchsaufbau entsprechend seriell anzuwenden, wobei dann die erhaltenen Abgleiche mit gängigen Methoden aus dem Messalltag eines Messingenieurs miteinander zu verknüpfen sind, um detailliertere und übergeordnete Aussagen treffen zu können.
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Das Messfahrzeug kann wahlweise vom Boden angehoben werden, um Grenzschichteffekte beispielsweise eines Windkanalbodens zu eliminieren, wobei beispielsweise dann eine seitliche Antriebseinheit für die Versuchsvorrichtung verwendet wird. Das vorgestellte Verfahren ist an dieser Stelle flexibel mit jeweils unterschiedlichen gängigen Bauteilen von jeweiligen Varianten des eingesetzten Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln einsetzbar. Beispielsweise kann die verwendete Anströmvorrichtung des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems ein Windkanalsystem oder dergleichen sein.
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Das vorgestellte Verfahren ist auch deshalb besonders vorteilhaft für die oben genannten Zwecke einsetzbar, da aufgrund der genauen Kenntnisse der Versuchsparameter, beispielsweise der eingesetzten Partikel, welche in die Bohrung einzufüllen sind, eine hohe Reproduzierbarkeit gegeben ist. Diese Reproduzierbarkeit ist insbesondere dann gegeben, wenn anstelle von realen Bremsbelagpartikeln die zuvor erwähnten DEHS-Partikel eingesetzt werden. Unter Berücksichtigung von neuen gesetzlichen Vorgaben, zum Beispiel der EU7 Norm oder dergleichen, kann das Verfahren für die Entwicklung von jeglichen Fahrzeugen vorteilhaft eingesetzt werden, um entsprechende Nachweise zügig und mit einem überschaubaren Kostenaufwand zu erbringen.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Prüfstandvorrichtung bereitgestellt wird, welche ausgelegt ist, das Verfahren gemäß Anspruch 8 durchzuführen. Die zuvor genannten Vorteile gelten, soweit übertragbar, auch für die vorgestellte Prüfstandvorrichtung.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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So ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Öffnungsbereich in einem montierten Zustand der Felge auf einer Radnabenvorrichtung mit Bremssystem im Wesentlichen in Höhe von zumindest einer Bremsscheibe des Bremssystems der Radnabenvorrichtung vorgesehen ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, die vorgesehene Lichteinkopplung derart gezielt zu bewirken, sodass das gewünschte Ergebnis, sprich die Ausleuchtung von emittierten Bremsbelegpartikeln oder dergleichen, besonders gut bewirkbar ist.
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Je nach Bremssystem, welches unter Verwendung der vorgestellten Versuchsvorrichtung zu untersuchen ist, kann ein entsprechender Öffnungsbereich vorgesehen sein. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass die vorgestellte Versuchsvorrichtung modular aufgebaut ist und somit die jeweiligen Komponenten für jeweilige Einsatzgebiete gemäß eines Baukastenprinzips austauschbar vorgesehen sind. Der Begriff „im Wesentlichen in Höhe von“ bezeichnet dabei eine gezielte Ausrichtung des Öffnungsbereichs, sodass eine vorgesehene Lichteinkopplung durch den Öffnungsbereich hindurch so erfolgt, sodass auftretende Partikel möglichst direkt nach dem Emissionsvorgang bereits beleuchtbar sind und sich somit keine ungewünschten Abdeckungen durch die Versuchsvorrichtung einstellen, welche solch einen Vorgang unnötig erschweren würden.
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Auch ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Öffnungsbereich im Wesentlichen in einem Felgenschulterbereich der Felge und/oder in einem Tiefbettbereich der Felge vorgesehen ist. Je nach Einsatzzweck ist somit eine gezielte Verortung des Öffnungsbereichs vorsehbar. Die Auswahl einer Verortung des Öffnungsbereichs ist dabei flexibel und für ein jeweiliges Einsatzgebiet beispielsweise gemäß einer einstellbaren Vorrichtung bewirkbar.
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Der Öffnungsbereich kann dabei in jeglicher Form vorgesehen sein. Beispielsweise ist ein im Wesentlichen rechteckiger Ausschnitt denkbar, wobei eine Längsrichtung gemäß einer Lauffläche der Felge vorgesehen ist. Auch eine im Wesentlichen runde Formgebung dieses Öffnungsbereichs ist vorstellbar. Die Formgebung ist beispielsweis je nach vorliegendem Basismaterial der Felge auswählbar, sodass der vorgesehene Öffnungsbereich die Grundstabilität der Felge nicht über Gebühr schwächt. Idealerweise bewirkt der vorgesehene Öffnungsbereich keinerlei Schwächung einer Grundstabilität der Felge im Rahmen eines für die Felge als normal anzusehenden Einsatzzweckes.
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Ferner ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Felge im Wesentlichen aus einem durchsichtigen Material aufgebaut ist. Auf diese Weise ist es möglich, dass eine Lichteinkopplung nicht nur durch den vorgesehenen Öffnungsbereich möglich ist, sondern auch abseits dieser. In diesem Zusammenhang ist zudem vorstellbar, dass je nach Ausgestaltung des durchsichtigen Verschlusselements weitere für eine Messung relevante Effekte bereitstellbar sind. Beispielsweise unterscheiden sich die durchsichtigen Materialien der Felge und des Verschlusselementes derart voneinander, sodass bei jeweiligen Lichteinkopplungsvorgängen durch die Felge respektive durch das Verschlusselement bei den generierten Bildern, welche mittels der Sensorvorrichtungen aufgenommen werden, weitere Erkenntnisse ableitbar sind.
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Zudem ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Versuchsvorrichtung ausgelegt ist, mittels eines Antriebs eines Rollenprüfstands rotiert zu werden und gleichzeitig jeweilige funktionellen Kopplungen der Lichtstrahlbereitstellungsvorrichtung und der wenigstens einen Sensorvorrichtung zu gewährleisten. Eine funktionelle Kopplung ist insbesondere derart vorzusehen, sodass auch ein sich einstellender Innenraum der Felge entsprechend erreichbar ist. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass die in dem System vorgesehene Versuchsvorrichtung etwa mittels Rollen des Rollenprüfstandes rotiert wird, wobei ein Öffnungsbereich dabei nicht von Rollen oder sonstigen Komponenten des Rollenprüfstandes verdeckt wird. Auch ist vorgesehen, dass das System jeweils so ausgelegt ist, sodass sich nötige Freiräume für die wenigstens zwei Sensorvorrichtungen einstellen. Die Sensorvorrichtung kann beispielsweise eine für diese Zwecke ausgebildete Kameravorrichtung sein. Ein Einsatz von wenigstens zwei solcher Kameravorrichtungen ist dann besonders dafür geeignet, eine dreidimensionale Bildgenerierung zu ermöglichen. Vorstellbar sind auch drei oder vier Sensorvorrichtungen und die Anzahl nach oben ist nicht nennenswert begrenzt. Auf diese Weise ist es möglich, bei Auswerteroutinen dann jeweils die geeignetsten Bilder miteinander zu kombinieren, um beispielsweise ein besonders aussagekräftiges 3D-Bild zu erhalten.
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Des Weiteren ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Versuchsvorrichtung ausgelegt ist, mittels einer 90° zur Lauffläche des Reifens der Versuchsvorrichtung versetzten Antriebseinheit rotiert zu werden. Auf diese Weise ist es möglich, das eingesetzte Fahrzeug frei schwebend im Versuchsraum vorzuhalten, sodass somit Grenzschichteffekte eines Bodens einer eingesetzten Anströmvorrichtung, beispielsweise ein Windkanalboden einer Windkanalvorrichtung, verhinderbar sind.
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Schlussendlich ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Lichtstrahlbereitstellungsvorrichtung und die wenigstens eine Sensorvorrichtung Bestandteile eines zu dem Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem zugehörigen PIV-Systems sind. Die zuvor genannten Vorteile sind somit noch besser erreichbar.
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Die vorgestellte Versuchsvorrichtung ist beispielsweise in der Fahrzeugindustrie, insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie, mit Vorteil einsetzbar. Im Zuge einer Verwendung mit jeglichen Messeinrichtungen zur Erfassung von Bremsstaubpartikeln ist die vorgestellte Versuchsvorrichtung etwa im Sinne eines Unterstützungswerkzeugs für Entwicklungs- und/oder Prüfaufgaben mit Vorteil einsetzbar. Gleiches gilt für das vorgestellte System und das vorgestellte Verfahren. Die vorgestellten Erfindungen können zudem auch in allen Industriezweigen mit Vorteil eingesetzt werden, welche sich im Hinblick auf die zukünftigen Abgasnormen mit dem umfassenden Thema Bremsstaub beziehungsweise mit Bremsstaubpartikeln beschäftigen müssen. So ist etwa ein Einsatz im Zusammenhang mit Flugzeugen oder Bahnen sowie mit jeglichen Fahrzeugen, welche über Bremssysteme verfügen, die entsprechende Emissionen während des Nutzungszyklus emittieren, vorstellbar.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Detaildarstellung von einer Versuchsvorrichtung für ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln;
- 2 eine weitere schematische Darstellung von einer Versuchsvorrichtung für ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln;
- 3 eine schematische Darstellung von einer Draufsicht auf ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln;
- 4 eine schematische Teildarstellung von einer Prüfstandvorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln bei einem Fahrzeug;
- 5 ein Verfahrensablaufdiagramm von einem Verfahren zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln bei einem Fahrzeug.
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1 zeigt eine schematische Detaildarstellung von einer Versuchsvorrichtung 10 für ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln. Diese Versuchsvorrichtung 10 ist dabei mit einer Felge 12 und einem Reifen 14 dargestellt, welche jeweils Bestandteil dieser sind. Der Reifen 14 ist dabei auf der Felge 12 aufgezogen. Die Felge 12 weist einen Öffnungsbereich 16 auf.
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Dieser Öffnungsbereich 16 ist dabei mit einem durchsichtigen Verschlusselement 18 verschlossenen. Dieses Verschlusselement 18 ist beispielsweise im Wesentlichen aus einem Kunststoff oder einem Glasmaterial beschaffen. Dieses Verschlusselement 18 ist insbesondere flexibel hinsichtlich seiner Biegeeigenschaften, sodass es idealerweise im Wesentlichen flächenbündig an die Felge 12 anordenbar ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verschlusselement 18 mit Hilfe von fünf Befestigungsmitteln 20 an der Felge 12 angeordnet.
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Die Befestigungsmittel 20 können beispielsweise Schrauben, Nieten oder schraubenähnliche Gegenstände sein. Auch ist vorstellbar, dass in einer nicht näher dargestellten Ausführung andere Befestigungsmittel, beispielsweise Klebstoffe oder dergleichen, eingesetzt werden. Das dargestellte Verschlusselement 18 überlappt in allen Randbereichen den Öffnungsbereich 16 und weist die gleiche Form wie dieser auf. Es ist jedoch vorstellbar, dass die Form des Verschlusselements 18 von der Form des Öffnungsbereichs 16 abweicht.
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Für die Funktionalität der vorgestellten Versuchsvorrichtung 10 ist dabei ausschlaggebend, dass das Verschlusselement 18 den Öffnungsbereich 16 vollständig abdeckt und in diesem Bereich somit keine Strömungsbeeinflussung aufgrund dieses Öffnungsbereichs 16 in der Felge 12 stattfindet.
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Unter dem Öffnungsbereich 16 ist eine Öffnung 22 in dem Reifen 14 dargestellt. Diese Öffnung 22 in dem Reifen 14 ist dabei in einer Lauffläche des Reifens 14 vorgesehen. Dabei ist die Öffnung 22 in Deckung mit dem Öffnungsbereich 16 der Felge 12.
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Mit anderen Worten weist die Felge 12 den mittels des durchsichtigen Verschlusselements 18 verschlossenen Öffnungsbereich 16 auf und der Reifen 14 weist in seiner Lauffläche eine Öffnung 22 auf, welche in einem montierten Zustand des Reifens 14 auf der Felge 12 zumindest teilweise in Deckung mit dem Öffnungsbereich 16 der Felge 12 vorgesehen ist, sodass eine Lichteinkopplung durch den Öffnungsbereich 16 und die Öffnung 22 in einen Innenbereich 24 der Felge 12 zwecks Bemessungsvorgängen von Bremsstaub-Partikeln durchführbar ist.
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2 zeigt eine weitere schematische Darstellung von einer Versuchsvorrichtung 10 für ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem 26 zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln. Die Versuchsvorrichtung 10 ist wiederum mit einer Felge 12 und einem Reifen 14 dargestellt, wobei in dieser Darstellung die Versuchsvorrichtung 10 in einem Fahrzeug 28 angeordnet ist. In dieser Seitenansicht sind der Öffnungsbereich 16 der Felge 12 und die Öffnung 22 des Reifens 14 nicht einsehbar. Das Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem 26 ist dabei mit einer Lichtstrahlbereitstellungsvorrichtung 30 und mit zwei Sensorvorrichtungen 32, 34 dargestellt. Die Lichtstrahlbereitstellungsvorrichtung 30 umfasst dabei eine nicht näher dargestellte Lasereinheit, welche einen gebündelten Lichtstrahl durch eine Optikvorrichtung 36 in Richtung der Versuchsvorrichtung 10 aussendet. Ein Blockpfeil 38 deutet an, an welcher Stelle eine Lichteinkopplung dieses Lichtstrahls durch den Öffnungsbereich 16 und die Öffnung 22 in einen Innenbereich 24 der Felge 12 zwecks Bemessungsvorgängen von Bremsstaub-Partikeln erfolgt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung von einer Draufsicht auf ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem 26 zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln. Das Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem 26 ist dabei mit einer Lichtstrahlbereitstellungsvorrichtung 30 und mit zwei Sensorvorrichtungen 32, 34 dargestellt. Die Lichtstrahlbereitstellungsvorrichtung 30 umfasst dabei eine dargestellte Lasereinheit 40, welche einen gebündelten Lichtstrahl 42 durch eine Optikvorrichtung 36 in Richtung der Versuchsvorrichtung 10 aussendet. Insofern umfasst die Lichtstrahlbereitstellungsvorrichtung 30 eine Lichtschnittbereitstellungsvorrichtung, welche es ermöglicht, den ausgesendeten Lichtstrahl benutzerdefiniert für die vorgesehenen Messzwecke auszurichten. Die Sensorvorrichtungen 32, 34 sind in diesem Beispiel jeweilige Kamerasysteme, welche ausgelegt sind, mittels des Lichtstrahls 42 angestrahlte Partikel im Innenbereich 24 der Felge 12 zu filmen.
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4 zeigt eine schematische Teildarstellung von einer Prüfstandvorrichtung 44 zur Verwendung in einem Verfahren zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln bei einem Fahrzeug. Mittels einer Flüssigkeitsverneblervorrichtung 46 werden dabei definierte DEHS-Partikel 48 erzeugt, welche in einem Kontrollvolumen 50 mittels eines ersten PIV-Systems 52 untersucht werden. Über ein Schlauchsystem 54 werden die DEHS-Partikel 48 zu angefertigten Bohrungen 56 in einem Bremsbelag 58 transportiert, um sie dort in diese Bohrungen einzufüllen. Mittels eines zweiten PIV-Systems 60, welches Bestandteil des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems 26 ist, werden DEHS-Partikel 48, welche während eines rotierenden Betriebs der Versuchsvorrichtung 10 emittiert werden, hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Menge gemessen, sodass ein zweites Messergebnis generiert wird.
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5 zeigt ein Verfahrensablaufdiagramm 100 von einem Verfahren zum Messen und Erfassen von Bremsstaub-Partikeln bei einem Fahrzeug 28. In einem ersten Schritt 110 wird ein Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems 26 nach einem der Ansprüche 5 bis 8 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt 120 wird das Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem 26 an einem zu untersuchenden Fahrzeug 28 angeordnet. In einem dritten Schritt 130 wird wenigstens ein Bremsbelag 58 mit wenigstens einer Bohrung 56 in einer Radaufhängung des Fahrzeugs 28, an welcher die Versuchsvorrichtung 10 des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems 26 angeordnet ist, angeordnet. In einem vierten Schritt 140 wird die wenigstens eine Bohrung 56 mit einer definierten Menge an Partikeln befüllt, wobei die Partikel mittels eines ersten PIV-Systems 52 hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Menge vor dem Befüllungsvorgang untersucht werden, sodass ein erstes Messergebnis generiert wird. In einem fünften Schritt 150 wird eine Filtervorrichtung an dem wenigstens einen Bremsbelag 58 mit Bohrung 56 angeordnet. In einem sechsten Schritt 160 werden Rotationsvorgänge der Radaufhängung des Fahrzeugs 28, an welcher die Versuchsvorrichtung 10 des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems 26 angeordnet ist, während eines Anströmvorgangs des Fahrzeugs 28 mittels des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems 26 durchgeführt, sodass die eingefüllten Partikel emittiert werden. In einem siebten Schritt 170 werden nach der Filtervorrichtung auftretende Partikel mittels eines zweiten PIV-Systems 60, welches Bestandteil des Fahrzeugbremsenuntersuchungssystems 26 ist, hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Menge gemessen, sodass ein zweites Messergebnis generiert wird. In einem achten Schritt 180 wird ein Abgleich des ersten und zweiten Messergebnisses miteinander durchgeführt, sodass Aussagen über die Wirksamkeit der angeordneten Filtervorrichtung durchführbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Versuchsvorrichtung
- 12
- Felge
- 14
- Reifen
- 16
- Öffnungsbereich
- 18
- Verschlusselement
- 20
- Befestigungsmittel
- 22
- Öffnung
- 24
- Innenbereich
- 26
- Fahrzeugbremsenuntersuchungssystem
- 28
- Fahrzeug
- 30
- Lichtstrahlbereitstellungsvorrichtung
- 32
- erste Sensorvorrichtung
- 34
- zweite Sensorvorrichtung
- 100
- Verfahrensablaufdiagramm
- 110
- erster Schritt
- 120
- zweiter Schritt
- 130
- dritter Schritt
- 140
- vierter Schritt
- 36
- Optikvorrichtung
- 38
- Blockpfeil
- 40
- Lasereinheit
- 42
- Lichtstrahl
- 44
- Prüfstandvorrichtung
- 46
- Flüssigkeitsverneblervorrichtung
- 48
- DEHS - Partikel
- 50
- Kontrollvolumen
- 52
- erstes PIV-System
- 54
- Schlauchsystem
- 56
- Bohrung
- 58
- Bremsbelag
- 60
- zweites PIV-System
- 150
- fünfter Schritt
- 160
- sechster Schritt
- 170
- siebter Schritt
- 180
- achter Schritt