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Sensorik Wenn der Bremsbelag sich selbst diagnostiziert

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Bremsbeläge, die laufend melden, wie fit sie noch sind? Integrierte Sensoren machen dies möglich und verhelfen den Belägen sogar zur Eigendiagnose, wie das Umsetzungsprojekt vom Fraunhofer LBF und der LF GmbH & Co KG zeigt.

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In Bremsbelägen integrierte Sensoren geben ihnen die Fähigkeit zur Eigendiagnose.
In Bremsbelägen integrierte Sensoren geben ihnen die Fähigkeit zur Eigendiagnose.
(Bild: LF GmbH & Co KG)

Die Leverkusener LF GmbH & Co. KG entwickelt und produziert Reibmaterialien für Industrie-Kupplungen und Bremsbeläge. Das Besondere hierbei: die spezielle Art der Fertigung. Sie erlaubt es „intelligente“ Reibbeläge herzustellen, da die Fertigung aus flüssiger Phase und drucklos im niedrigen Temperaturbereich (RT-120°C) erfolgt.

Selbstoptimierende Bremssysteme anlernen

In einem Umsetzungsprojekt integrierten die Experten des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrums Darmstadt vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF gemeinsam mit der LF GmbH & Co KG aus Leverkusen Sensoren in Bremsbeläge. Mit einer nachgeordneten Datenverarbeitung konnten sie damit Informationen über den Betriebszustand gewinnen. Die Beläge waren sogar in der Lage eine Eigendiagnose durchzuführen. Dank dieser Integration lassen sich Daten aus dem Inneren des Reibbelags über die Schichtdicke und den Verschleißzustand bestimmen. Langfristig soll es möglich sein, selbstoptimierende Bremssysteme anzulernen und Rückschlüsse über Bremsdruck, Reibwerte, Bremsmomente und das Regelverhalten der Bremsanlage zu ziehen.

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Daten aus dem Inneren des Reibbelags

Dabei wählten die Fachleute zunächst geeignete Sensoren aus, die sie vor dem Fertigungsprozess kontaktierten und anschließend in der Flüssigphase integrierten. Auf diese Weise konnten die Sensoren Daten aus dem Inneren des Reibbelags liefern, die sowohl vor und nach Bremsvorgängen als auch während umfangreicher Bremsentests ermittelt wurden.

Bereits die Vortests zeigten, wie sensibel die integrierte Sensorik gegenüber äußeren Lasten und Druckwechseln war. Das Team integrierte zudem mehrere Sensoren in einem Bremsbelag. Dadurch konnten sie Zustände ungleicher Druckverteilung im Bremsbelag identifizieren.

Informationen zur Schichtdicke des Reibbelags haben die Experten erhalten, indem sie die Schwingungseigenschaften der Sensoren in Verbindung mit dem Reibbelag gemessen haben. „Dadurch kann der eingesetzte Auswertalgorithmus zukünftig den Verschleißzustand der Reibbeläge beurteilen und Schädigungen durch Steifigkeitsänderungen der Reibschicht erkennen. Langfristig sehen wir die Möglichkeit, selbstoptimierende Bremssysteme mit solchen Informationen anzulernen“, erklärt Jonas Martin Brandt, der das Projekt im Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Darmstadt des Fraunhofer LBF betreut.

Verhalten von Brems- oder Kupplungsanwendungen erkennen und verbessern

In abschließenden Tests an einem Bremsenprüfstand setzten die Forschenden die Sensoren in den Bremsbelägen den für Bremsvorgänge typischen Lasten und Temperaturen aus. Analysiert wurden dabei die Wechselwirkungen verschiedener Bremsdrücke mit der Bremshydraulik, so dass die Fachleute die optimale Krafteinleitung für die verschiedenen Druckbereiche ermitteln konnten. „Zukünftig sind durch die eingebettete Sensorik Rückschlüsse über den eigentlichen Bremsbelag hinaus möglich. So lässt sich das typische Verhalten von Brems- oder Kupplungsanwendungen erkennen und gegebenenfalls verbessern“, prognostiziert Brandt.

Im nächsten Schritt werden die Experten untersuchen, wie KI-Algorithemn die nicht direkt messbarer Parameter und Informationen bestimmen können und welche Sensorik sich noch eignmet, um sie in entsprechende Reibbeläge zu integrieren.

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