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Was die Aufregung um die Sicherheit von Bremspedalen über leitfähige Schleifringe bei Sicherheitsprüfungen im Automobilbereich verrät

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Wie extreme Bremstests den stillen Helden der Datenerfassung im Automobilbereich ins Rampenlicht rücken

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In jüngster Zeit haben Diskussionen in der Automobilindustrie über Brüche an Pedalhalterungen bei extremen Bremstests erneut die Aufmerksamkeit auf die Vollständigkeit der Validierung in der Fahrzeugentwicklung gelenkt. Unabhängig vom jeweiligen Modell oder Testplan sind die Entwicklung von Bremssystemen, Fahrwerk und Antriebsstrang in der Automobilindustrie darauf angewiesen, elektrische Signale und Leistung an rotierende Komponenten zu übertragen. Leitfähige Schleifringe gehören zu den gängigen Komponenten, die zur Realisierung dieser Art von rotierenden elektrischen Verbindungen eingesetzt werden. Im Folgenden werden – rein aus der Perspektive der industriellen Prüfung – die typischen Einsatzorte und Funktionen von leitfähigen Schleifringen bei Fahrzeugtests vorgestellt.

1. Sechs-Komponenten-Kraftsensor am Radende | Belastungsprüfung von Bremsen und Fahrwerk
Einbau: Zwischen Radnabe und Felge; wahlweise kann ein integrierter leitfähiger Schleifring oder eine drahtlose Telemetrielösung verwendet werden.

Er erfasst mehrachsige Kräfte und Momente wie Längsbremskraft, vertikale Belastung, Seitenkraft und Bremsdrehmoment, ermittelt die tatsächliche Belastung jedes Rades und unterstützt die Analyse der Aufhängungs- und Achsschenkelbelastung sowie die Eingabe von Belastungsspektren. Gleichzeitig überträgt er Signale von Thermoelementen an der Bremsscheibe, Dehnungsmessstreifen und Beschleunigungssensoren, um den Temperaturanstieg der Bremse, Vibrationen und Stöße zu überwachen; diese Daten werden für die Bewertung des thermischen Fading, die Festigkeitssimulation und die Ermüdungsvalidierung verwendet.

Hinweis: Die Belastung der Pedalhalterung muss separat geprüft werden und kann nicht aus der sechs-komponentigen Kraft am Radende rückberechnet werden. Nicht jeder Bremstest erfordert einen sechs-komponentigen Kraftsensor und einen Schleifring.

2. Schleifring für Bremsscheiben-/Bremsbaugruppen-Prüfstand | Validierung der Haltbarkeit von Bremskomponenten

Einbau: Spindelende des Bremsscheiben-/Bremstrommel-Prüfstands

Wenn der Bremsprüfstand Haltbarkeits-, thermische Ermüdungs- sowie NVH-Tests an der Bremse durchführt, überträgt der Schleifring Thermoelement- und Dehnungsmessstreifen-Signale von der rotierenden Seite an die stationäre Datenerfassungsausrüstung. Dadurch werden das Temperaturfeld der Bremsscheibe und die Belastung der rotierenden Teile überwacht, thermische Verformungen und das Risiko thermischer Risse bewertet sowie die Stabilität der Bremsstruktur unter Dauerbremsung überprüft.

Sensoren auf der stationären Seite, wie z. B. Bremsbelagsensoren, sind in der Regel direkt verkabelt und benötigen keinen Schleifring.

3. Schleifring für Drehmomentprüfungen an Halbwellen/Antriebswellen | Prüfung von Antriebsstrang- und Bremskupplungen

Einbau: Wellenende der Halbwelle oder Antriebswelle (Hohlwellen- oder Wellenend-Schleifring; einige Modelle sind staub- und wasserabweisend)

Bei Tests unter realen Straßenbedingungen und auf dem Fahrwerksprüfstand erfasst er das dynamische Drehmoment der Halbwelle sowie die Torsionsbeanspruchung bei starkem Bremsen und im ABS-Betrieb. Er quantifiziert die Übertragung des Rückbremsmoments entlang der Antriebsstrangkette und liefert damit eine Grundlage für die Festigkeitsanalyse der Verbindungsstellen zwischen Antriebsstrang und Fahrwerk.

Das Drehmoment der Halbwelle kann die Belastung der Pedalhalterung nicht direkt widerspiegeln; beide müssen separat validiert werden.

4. Antriebsstrang / Schleifring für den Leistungsprüfstand | Prüfung von E-Antriebs- und Antriebsstrangsystemen

Einbau: Kurbelwelle, Motorausgangswelle, Hauptwelle des Leistungsprüfstands

Bei Belastungsprüfungen des Antriebsstrangs erfasst er Drehmoment-, Lagertemperatur- und Schwingungsdaten von rotierenden Bauteilen. Bei NEV-Modellen wird er hauptsächlich unter kombinierten Bedingungen aus regenerativem Bremsen und hydraulischem Bremsen eingesetzt, um den Einfluss zusammengesetzter Bremsbelastungen auf den Antriebsstrang zu bewerten.

Die kombinierten Belastungen des E-Antriebs werden nicht direkt auf den Bremspedalmechanismus übertragen; ihre mechanischen Wege sind voneinander unabhängig.

5. Achsengekoppelter Ganzfahrzeug-Straßensimulationsprüfstand | Langzeitbewertung der Fahrwerkshaltbarkeit

Einbauort:​ Spindelbelastungsende, Position des Rad-Spindel-Sensors

Das Labor simuliert Straßenstöße und kontinuierliche Bremsbelastungen, um Haltbarkeitsprüfungen am Fahrwerk durchzuführen. Wird am Radende ein rotierender Radkraftsensor verwendet, überträgt der Schleifring Kraft- und Drehmomentsignale. Die Regelung des Prüfstands im geschlossenen Regelkreis stützt sich auf die in die Aktuatoren integrierten Sensoren; der Schleifring ist nicht der Kern des Regelkreises.

Ergänzend: Ähnliche Komponenten, die leicht verwechselt werden können
· Lenkrad-Uhrfeder:​ Sorgt für die Drehimpulsübertragung zum Lenkrad und überträgt Airbag- und Tastersignale. Ihr gängiger Aufbau basiert auf einem flachen, flexiblen Kabel; es handelt sich nicht um einen leitfähigen Schleifring für Testzwecke.
· Radnabenmotor:​ In Entwicklungsprototypen werden gelegentlich Schleifringe zur Übertragung von Rotorsensorsignalen verwendet; in Serienlösungen kommen meist drahtlose Telemetrie oder Resolver zum Einsatz, sodass Schleifringe nicht die gängige Wahl sind.

Zusammenfassung
Der zentrale Vorteil von leitfähigen Schleifringen liegt in der stabilen Übertragung von Sensorstrom und schwachen Signalen unter rotierenden Bedingungen; sie finden breite Anwendung in der Automobilprüfung, beispielsweise bei der Sechs-Komponenten-Kraftmessung am Rad, auf Bremsprüfständen, zur Drehmomentmessung an Antriebswellen und auf Leistungsprüfständen. Ob ein Schleifring verwendet wird und welche Spezifikation gewählt wird, hängt vom Testziel und vom Testplan ab.