Intelligente Bremsbeläge durch Sensorintegration II
Umsetzungsprojekt bei LIQFRIC
Die LF GmbH & Co. KG entwickelt und produziert innovative Reibmaterialien für Industrie-Kupplungen und Bremsbeläge. Der Prozess erlaubt die Herstellung eines „intelligenten Reibbelags“. Dies ermöglicht die besondere Art der Fertigung: Sie erfolgt im Gegensatz zu etablierten Technologien aus flüssiger Phase und drucklos im niedrigen Temperaturbereich (RT-120°C). Damit bietet die innovative Fertigung der LF GmbH & Co. KG auch Möglichkeiten für die Integration von Sensoren sowie eine entsprechende Datenverarbeitung zur Gewinnung neuer Informationen aus dem Reibbelag.
Im Rahmen des Umsetzungsprojekts haben die Experten des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrums Darmstadt vom Fraunhofer LBF und die Mitarbeiter des Unternehmens geeignete Sensoren ausgewählt, die vor dem Fertigungsprozess kontaktiert und schließlich in der Flüssigphase integriert wurden. So konnten sie Daten aus dem Inneren des Reibbelags liefern, die über Messungen sowohl vor und nach Bremsvorgängen als auch während umfangreicher Bremsentests ermittelt werden konnten.
Bereits die Vortests zeigten, wie sensibel die integrierte Sensorik gegenüber äußeren Lasten und Druckwechseln war. Durch die Integration mehrerer Sensoren in einem Bremsbelag wurden zudem Zustände ungleicher Druckverteilung im Bremsbelag identifiziert.
Über Messungen der Schwingungseigenschaften der Sensoren in Verbindung mit dem Reibbelag konnten weiterführend Aussagen über die Schichtdicke des Reibbelags getroffen werden. Dadurch kann zukünftig der eingesetzte Auswertalgorithmus den Verschleißzustand der Reibbeläge beurteilen und Schädigungen durch Steifigkeitsänderungen der Reibschicht erkennen. Langfristig bietet sich hierdurch die Möglichkeit, selbstoptimierende Bremssysteme mit solchen Informationen anzulernen.
In abschließenden Tests an einem Bremsenprüfstand wurden die Sensoren in den Bremsbelägen den für Bremsvorgänge typischen Lasten und Temperaturen ausgesetzt. Dabei wurden die Wechselwirkungen verschiedener Bremsdrücke mit der Bremshydraulik analysiert, so dass die optimale Krafteinleitung für die verschiedenen Druckbereiche ermittelt werden konnte. Zukünftig sind also durch die eingebettete Sensorik Rückschlüsse über den eigentlichen Bremsbelag hinaus möglich. So kann das typische Verhalten von Brems- oder Kupplungsanwendungen erkannt und gegebenenfalls verbessert werden.
Die bisherigen Ergebnisse des Projekts sind ein voller Erfolg. Die Experten haben die Sensorik erfolgreich in Reibbeläge integriert und Daten über Belastungszustände der Beläge in statischen und dynamischen Tests erfasst. Die Ergebnisse wurden unter anderem im Rahmen der Eurobrake 2020 veröffentlicht und bieten nun Möglichkeiten für industrielle Anwendungen. Die Experten untersuchen nun, inwiefern die Bestimmung nicht direkt messbarer Parameter und Informationen über entsprechende KI-Algorithmen möglich ist und welche weitere Sensorik sich für die Integration in entsprechende Reibbeläge eignet.
