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978-3-658-15489-9 29

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649
Bremsen mit nichtmetallischen Bremsscheiben
Donatus Neudeck und Andreas Wüllner
29.1
Einleitung – 650
29.1.1
29.1.2
Historie – 650
Carbon-Bremsscheiben – 650
29.2
Werkstoff – 650
29.2.1
29.2.2
29.2.3
Definition, Eigenschaften, Einsatzgebiete – 650
Fertigung Carbon-Keramik-Bremsscheibe – 650
Qualitätssicherung – 653
29.3
Anwendung – 653
29.3.1
29.3.2
Die Gestaltung von Keramikbremsen – 653
Die Auswirkung der Keramikbremsen
auf die Fahrzeugeigenschaften – 655
Verschleißverhalten – 656
29.3.3
29.4
Weiterentwicklung der CarbonKeramik-Bremsscheiben – 657
© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2017
B. Breuer, K.H. Bill (Hrsg.), Bremsenhandbuch, ATZ/MTZ-Fachbuch
DOI 10.1007/978-3-658-15489-9_29
29
29
650
Kapitel 29 Bremsen mit nichtmetallischen Bremsscheiben
29.1
Einleitung
29.2
29.1.1
Historie
29.2.1 Definition, Eigenschaften,
Einsatzgebiete
Mit der sukzessiven Verbreitung der Scheibenbremse im Automobilbau wurde auch der klassische Bremsscheibenwerkstoff Grauguss kontinuierlich weiterentwickelt. Zur Kostenreduzierung
und Qualitätssicherung wurden großserientaugliche Herstellverfahren eingeführt. Jedoch konnten
die Nachteile des Grauguss wie hohes Gewicht
und Korrosionsanfälligkeit nicht grundlegend eliminiert werden.
Versuche, leichtere und korrosionsbeständigere Bremsscheibenwerkstoffe wie AluminiumWerkstoff-verbindungen oder die aus dem
Rennsport bekannten „Carbon-Bremsscheiben“
in Straßenfahrzeugen einzusetzen, sind bisher gescheitert.
29.1.2 Carbon-Bremsscheiben
Bei den aus dem Rennsport bekannten CarbonBremsen werden sowohl Bremsscheiben als auch
Bremsbeläge aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff, kurz CFC oder C/C, verwendet.
Den Vorteilen dieser Technologie, wie vor allem
sehr geringes Gewicht, hohe Reibwertstabilität bei
extremer Beanspruchung sowie ein hochdynamischer Reibwertaufbau stehen Nachteile wie geringe Kaltreibwerte, schlechtes Nassansprechen, hoher
Verschleiß und sehr hohe Herstellkosten gegenüber.
Deshalb ist der Einsatz der Carbon-Bremsscheiben bisher auf Anwendungen im Motorsport und in
der Luft- und Raumfahrttechnik beschränkt geblieben.
Mit der ursprünglich für die Raumfahrt entwickelten faserverstärkten Keramik steht heute ein
neuer Bremsscheibenwerkstoff zur Verfügung, der
die Vorteile einer Carbon-Bremse mit hoher Alltagstauglichkeit verbindet.
Werkstoff
In Carbon-Keramik-Bremsscheiben, die serienmäßig erstmals 2001 Anwendung im Porsche 911
GT2 fanden, wird kurzfaserverstärktes C/SiC als
Werkstoff eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Silizium-Carbid-Matrix, die mit kurzen Kohlenstofffaserbündeln verstärkt ist. Die herausragenden Eigenschaften des Werkstoffes ergeben sich
aus der Kombination der Vorteile von kurzfaserverstärktem CFC mit denen von reaktionsgebundenem siliziuminfiltriertem Siliziumcarbid (SiSiC).
Die für den Einsatz als Bremsscheibenwerkstoff
relevanten Kennwerte sind in . Tab. 29.1 im Vergleich zu Grauguss dargestellt. Der C/SiC-Werkstoff
hat vor allem Vorteile durch die geringe Wärmedehnung von ca. 1106 1=K, eine Thermoschockbeständigkeit K’ von über 27.000 W=m im Bereich bis zu 800 ı C bei hoher Oxidationsbeständigkeit und sehr hoher Verschleißfestigkeit der
Reibflächen. Die Dichte von ungefähr 2,3 g=cm3
erklärt das hohe Einsparpotential an rotierenden
ungefederten Massen im Fahrwerk. Für einen keramischen Werkstoff verfügt die Carbon-KeramikBremsscheibe über hervorragende Bruchdehnungen von ca. 0,3 %, die durch Rissverzweigungen sowie Rissumlenkungen am Kohlenstofffaserbündel
und durch Faser-Pullout-Effekte ermöglicht werden. Weiterhin besteht die Bremsscheibe neben
der SiC-Matrix aus elementarem Silizium und dem
Kohlenstoff der Verstärkungsfasern. In . Abb. 29.1
ist ein Ausschnitt aus dem Tragkörper einer C/SiCBremsscheibe dargestellt.
29.2.2 Fertigung
Carbon-Keramik-Bremsscheibe
Fertigungsprozess
Ausgangsmaterial für die Herstellung der CarbonKeramik-Bremsscheibe ist eine Textilfaser. Diese
wird aus dem Faservorprodukt (Precursor) Polyacrylnitril (PAN) gesponnen. Auf das Spinnen folgt
ein Verstrecken der Faser. Danach folgt das Sta-
651
29.2 Werkstoff
29
. Tabelle 29.1 Eigenschaftsvergleich
C/SiC
GG-20
Dichte
3
[kg=dm ]
2,3
7,2
spez. Wärmespeicherkapazität/Gewicht
[kJ=kg K]
0,8
0,5
spez. Wärmespeicherkapazität/Volumen
[kg=dm3 K]
1,8
3,6
Wärmedehnunga
[106 1=K]
1/2 (300 ı C)
9/12 (300 ı C)
Wärmeleitfähigkeitb
[W=m K]
30
54
[MPa]
20–40
150–250
[GPa]
30
90–110
[%]
ca. 0,3
0,3–0,8
Widerstand gegen Thermorisse
[W=m]
>27000
<14000
Maximale Temperatur
[ı C]
ca. 1400
ca. 700
Zugfestigkeit
E-Modul
a
a
Bruchdehnung
a
Hinweis: Alle Angaben Für Raumtemperatur sofern keine Temperaturwerte angegeben. Kennwerte für C/SiC sind Anhaltswerte und können designabhängig variieren.
a
parallel zur Bremsscheibenoberfläche
b
in Dickenrichtung der Bremsscheibe
Silizium
Entspannungsgefüge
Faserbündel (leicht quer)
Siliziumcarbid
Faserbündel (längs)
. Abb. 29.1 Tragkörper einer C/SiC-Bremsscheibe von BSCCB im Schnitt
bilisieren, einer Temperaturbehandlung zwischen
180 und 300 ı C, die das PAN unschmelzbar macht.
Das Produkt dieser Behandlung ist die oxidierte
Faser. Diese wird in einer Stickstoff-Atmosphäre
bei Temperaturen größer 1300 ı C carbonisiert und
es entsteht die Kohlenstofffaser (C-Faser). Es bil-
652
29
Kapitel 29 Bremsen mit nichtmetallischen Bremsscheiben
det sich das Kohlenstoffgitter unter Abspaltung der
Nicht-Kohlenstoffatome. In einem weiteren Schritt
werden die C-Fasern mit einem Faserschutz versehen. Dazu wird ein kohlenstoffhaltiger Mantel
um die Faserbündel gehüllt. Dieser schützt die CFaser vor der Umwandlung in SiC bei der Silizierung der Bremsscheibe. In Carbon-KeramikBremsscheiben werden je nach Hersteller C-Fasern mit 3000 bis zu 420.000 Filamenten verwendet. Das Filament bezeichnet die Einzelfaser mit
einem durchschnittlichen Durchmesser von 7 m.
Die geschützten Fasern werden im nächsten Fertigungsschritt zerkleinert bzw. geschnitten und mit
zusätzlichen Additiven mit einem Phenolharz vermischt. Die Mischungen basieren auf unterschiedlichen Rezepturen, die je nach Funktionsanforderung an den Werkstoff zusammengesetzt sind. In
der anschließenden Formgebung wird aus der Kohlenstofffaser-Phenolharz-Mischung ein so genannter Kohlenstofffaser verstärkter Kunststoff (CFK)Tragkörper gepresst. Die Formgebung erfolgt unter
Verwendung genau definierter Temperatur-DruckProgramme auf Pressen mit mehreren Nestern. Dabei kann sowohl auf Weg als auch auf Kraft verpresst
werden. Einfache Innengeometrien der Kühlkanäle
werden entweder durch Kernzüge oder eine anschließende Fräsbearbeitung realisiert. Zur Herstellung von komplexen Kühlkanalgeometrien, ähnlich
denen von Hochleistungs-Graugussbremsscheiben,
wird ein verlorener Kern verwendet oder es werden vorgepresste Halbschalen gefügt. Der CFKKörper lässt sich hervorragend mit konventionellen Werkzeugmaschinen mit Hartmetallwerkzeugen bearbeiten. Im nächsten Prozessschritt, der
sogenannten Carbonisierung, einer Temperaturbehandlung bei ca. 900 ı C, erfolgt die Umwandlung
des CFK-Körpers zu einem Kohlenstofffaser verstärkten Kohlenstoff (CFC). Als Öfen finden Batchoder Durchlauföfen Verwendung. Die Umwandlung des CFK-Bauteils in einen CFC-Körper findet
unter Masseverlust und Schwindung des Bauteils
statt. Aufgrund der Schwindung und dadurch resultierender Formabweichungen erfolgt eine weitere
spanende Bearbeitung. Im Anschluß wird die Reibschicht, die auf einer anderen Rezeptur basiert, mit
einer Fügepaste fixiert und danach unter Druck und
Temperatur aufgepresst. In der folgenden mechanischen Bearbeitung werden die Perforationsbohrun-
gen und möglichst viele weitere Maße hergestellt.
Die Bearbeitung im CFC-Zustand des Bauteiles ist
wesentlich sinnvoller als am fertigen Bauteil, da
eine Fräsbearbeitung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und Vorschüben sowie herkömmlichen
Werkzeugen möglich ist. Zur Umwandlung der Fügepaste wird eine nochmalige Carbonisierung bei
über 900 ı C durchgeführt. Im nächsten Schritt wird
aus dem CFC-Bremsscheibenring durch die Flüssigphasen-Silizierung (Liquid Silicon Infiltration –
LSI) eine Kohlenstofffaser verstärkte Keramik. Dazu werden die CFC-Bremsscheibenringe auf Dochte in einen Graphittiegel gesetzt. Unter Vakuum
wird bei Temperaturen von über 1.410 ı C oberhalb der Schmelztemperatur von Silizium das flüssige Silizium durch die Dochte in die Bremsscheibe
geleitet. Dort findet die Umwandlung von Kohlenstoff zu Siliziumcarbid statt. Nach Beendigung
des Silizierungsvorganges bleibt, neben der Silizium-Carbid Matrix und dem Kohlenstoff der Faserbündel, freies Silizium als weiterer Bestandteil
zurück. Im fertigen Carbon-Keramik-Bremsscheibenring sorgen die C-Fasern für die Festigkeit und
Duktilität des Bauteils. Kohlenstofffasern oxidieren jedoch bei Temperaturen ab 450 ı C. Im Betrieb in Hochleistungssportfahrzeugen und schweren Oberklasselimousinen bzw. SUVs treten häufig Temperaturen oberhalb dieser Grenze auf. Zur
Vermeidung eines vorzeitigen Ausbrandes der CFasern an den Oberflächen der Bremsscheibe findet die Imprägnierung mit einem Oxidationsschutz
statt. Aufgrund der extrem hohen Härte von Silizium-Carbid, welche mit einer Mohs-Härte von 9,6
knapp unterhalb der von Diamant liegt, erfordert
die Endbearbeitung den Einsatz von Diamantwerkzeugen. Im nächsten Schritt erfolgt die Montage
des Topfes auf den Carbon-Keramik-Bremsscheibenring. Vorwiegend werden Töpfe aus Aluminium
und Anbindungselemente aus Edelstahl verwendet. Nach der Montage des Zusammenbaus wird
eine abschließende Bearbeitung, zur Erreichung einer besonders hohen Oberflächenqualität, durchgeführt. Das Wuchten des Zusammenbaus erfolgt
durch Einbringung einer Ausgleichsfräsung am Außenumfang der Bremsscheibe. Den Abschluss des
Fertigungsprozesses zur Herstellung einer CarbonKeramik-Bremsscheibe bildet die Endprüfung des
Zusammenbaus.
653
29.3 Anwendung
29.2.3 Qualitätssicherung
Fertigungsbegleitende Prüfungen
Die Herstellung der Carbon-Keramik-Bremsscheiben ist ein langer und kostenintensiver
Fertigungsprozess. Daher ist es sinnvoll, fehlerhafte
Bauteile so früh wie möglich aus dem Fertigungsprozess auszuschleusen. U. a. werden nachfolgend
aufgeführte Prüfungen fertigungsbegleitend durchgeführt:
4 Überwachung des C-Faser-Schutzes
4 Charakterisierung der Mischung
4 Erfassung von Bauteilabmessungen
4 Messung der Schwindung und des Masseverlustes bei der Carbonisierung
4 Messung von Gewicht und Silizium-Aufnahme
bei der Flüssigphasen-Silizierung
Die fertigen Bauteile werden abschließend einer
Geometriemessung, einer optischen Prüfung, einer
Reibschichtdickenmessung und einer Unwuchtmessung unterzogen.
Serienbegleitende Prüfungen
Zur Sicherstellung einer gleich bleibenden Produktqualität werden neben den zuvor dargestellten Prüfungen an genau definierten Stichprobenumfängen
zerstörende Prüfungen durchgeführt. Dazu zählt
die Ermittlung der Schleuderberstdrehzahl im Neuzustand. Anhand dieser Größe kann mittels im
Entwicklungsprozess definerter Grenzen die Bauteilfestigkeit abgesichert werden. Weiterhin erfolgen serienbegleitende Materialanalysen zur Kennwertermittlung in regelmäßigen Intervallen.
29.3
29
Wärmespeicherkapazität von C/SiC im Verhältnis
zu Grauguss erfordert eine größere Dimensionierung.
Zwar sind die maximal ertragbaren Temperaturen einer Keramikscheibe deutlich höher, jedoch
muss auch die Temperaturbelastung von Belag und
Bremsflüssigkeit berücksichtigt werden. Außerdem
wird bei hohen Temperaturen die Alterung der
Bremsscheiben durch Oxidationseffekte beschleunigt.
Deshalb werden Keramikscheiben im Durchmesser um ca. 12 größer dimensioniert. Trotzdem bleibt der Gewichtsvorteil ggü. konventionellen Bremsscheiben beträchtlich. So können trotz
der Erhöhung der Scheibendurchmesser durch den
Einsatz von C/SiC-Scheiben in Summe bis 20 kg pro
Fahrzeug eingespart werden.
Bremsscheibenring
Kühlkanalgeometrie
Die im Vergleich zu Grauguss geringere Steifigkeit
des C/SiC-Materials erfordert eine bessere Abstützung der Reibflächen, was eine vergleichsweise größere Anzahl von Stegen zwischen den Kühlkanälen
notwendig macht.
. Abb. 29.2 zeigt eine bzgl. Innenkühlung und
Formsteifigkeit optimierte Bremsscheibe.
Anwendung
29.3.1 Die Gestaltung von
Keramikbremsen
Dimensionierung der Bremsanlage
Die Dimensionierung von Bremsscheiben wird im
Wesentlichen durch die Fahrleistungen und Gewicht mit Achslastverteilung des Fahrzeuges bestimmt. Auslegungsrelevant ist dabei v. a. die Wärmemenge, die von der Bremsscheibe und Belag absorbiert werden muss. Die geringere volumetrische
. Abb. 29.2 C/SiC-Bremsscheibe von BSCCB mit Innenkühlkanälen
654
Kapitel 29 Bremsen mit nichtmetallischen Bremsscheiben
Separate Reibschichten
29
Bzgl. der Faserverstärkung der keramischen Bremsscheiben besteht ein Zielkonflikt:
Einerseits sind zur Realisierung einer hohen
Scheibenfestigkeit viele, möglichst lange Faserbündel erforderlich.
Andererseits kann Faseroxidation in Verbindung mit hohem Faseranteil an der Scheibenoberfläche unter hoher Bremsenbelastung zu zunehmender Scheibenrauheit mit Nachteilen bzgl.
Optik, Bremskomfort und Belagverschleiß führen.
Um diesen Zielkonflikt aufzulösen, werden variantenabhängig auf den Tragkörper mit festigkeitsoptimierter Faserarchitektur separate Reibschichten mit geringerem C-Faser-Anteil oder faserfreie
vollkeramische Reibschichten aufgebracht. Diese
Reibschichten werden im carbonisierten Zustand
mit einer Fügepaste fixiert und verbinden sich bei
der Silizierung stoffschlüssig mit des Tragkörpers.
. Abb. 29.3 zeigt einen Schnitt durch den Aufbau einer C/SiC-Bremsscheibe
Ein weiterer Vorteil separater Reibschichten
besteht darin, dass sie zusammen mit der Fügeschicht eine wirksame Oxidationssperre bilden,
welche die Faseroxidation des Tragkörpers deutlich
verzögert.
Belastung beim Bremsen
Die Bremsscheiben werden im Betrieb hauptsächlich durch Zentrifugal- und Bremskräfte, aber bei
gebremster Kurvenfahrt auch durch Querkräfte belastet. Ferner sind Spannungen in der Verbindung
Reibschicht
Fügeschicht
Tragkörper
. Abb. 29.3 C/SiC-Bremsscheibe von BSCCB im Schnitt
655
29.3 Anwendung
29
Bremsscheibentopf
Topfanbindung
C/SiC-Reibring
. Abb. 29.4 Berechnete Spannungsverteilung an einer C/SiC-Bremsscheibe von BSCCB während dem Bremsvorgang
zum Bremsscheibentopf sowie Thermospannungen
zu berücksichtigen.
Auslegungsrelevant ist der Fall „Vollbremsung
bei v max “, bei dem die Zugspannungen durch Überlagerung von maximalen Brems- und Zentrifugalkräften ihr Maximum erreichen. Besonders wichtig
für die Festigkeit der Bremsscheiben ist die Gestaltung der Topfanbindung, des Scheibeninnenrandes
sowie die Form der Stege und Kühlkanäle. . Abb.
29.4 zeigt eine typische Spannungsverteilung unter
Drehzahl- und Bremsmomentbelastung.
Bremsscheibentopf
Zur Anbindung des C/SiC-Bremsscheibenrings an
die Radnabe wird dieser in der Regel mit einem
Aluminiumtopf versehen. Bei der Konstruktion der
Verbindung des Topfes mit dem Reibring ist neben
der Kraftübertragungsfunktion auch der Ausgleich
der unterschiedlichen Temperaturausdehnungen
von Reibring und Topf durch speziell gestaltete
Gleitelemente aus Edelstahl zu gewährleisten.
Bremsbeläge
Die Bremseigenschaften werden wesentlich durch
die Bremsbeläge bestimmt. Deshalb kommt wie
bei konventionellen Bremsen der Belagentwicklung eine Schlüsselrolle zu. Die Randbedingungen
bei C/SiC-Scheiben sind dabei grundlegend unterschiedlich. So bieten die höhere Oberflächenhärte,
die geringere Wärmedehnung und nicht zuletzt die
höhere akustische Dämpfung mehr Freiheitsgrade
für die Belagentwicklung, während andererseits die
höheren Spitzentemperaturen auch höhere Anforderungen an die thermische Stabilität der Belagmasse stellen.
29.3.2 Die Auswirkung der
Keramikbremsen auf die
Fahrzeugeigenschaften
Auswirkung auf die Bremseigenschaften
Durch das höhere Reibwertniveau der C/SiCScheiben – Belagpaarung ergeben sich für gleiche Verzögerung spürbar geringere Pedalkräfte und
kürzere Pedalwege. Der über der Temperatur konstante bzw. leicht ansteigende Reibwert erzeugt eine
hohe Fadingstabilität.
Einen Vergleich der Reibwertverläufe während
eines Folgestoppprogramms zeigt . Abb. 29.5.
Neben den Vorteilen bzgl. Bremsperformance
sind auch Verbesserungen bzgl. Bremskomfort erzielbar:
Kapitel 29 Bremsen mit nichtmetallischen Bremsscheiben
656
0,5
mittlerer Reibwert [ μ ]
0,4
0,3
0,2
Prüfprogramm: Porsche-Fadingtest
0,1
Bremssystem mit Keramik-Bremsscheibe
Bremssystem mit GG-Bremsscheibe
– 25 × (90 % Vmax auf 100 km)
– a = 0,8 g const.
– Bremsenzeitabstand entspr. max. Fahrzeugbeschleunigung
0
1
29
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16
Anzahl der Fadingbremsungen [n]
17
18
19
20
21
22
23
24
25
. Abb. 29.5 Reibwertverläufe im Porsche-Fading-Programm
Durch die geringere Wärmedehnung und damit
verbundene geringe thermische Verformung des
Bremsscheibenrings wird die Neigung zum Heißrubbeln deutlich reduziert. Die sehr hohe Oberflächenhärte der Reibschicht verhindert Kaltauswaschungen und damit Dickenschwankungen an der
Reibringoberfläche, die häufig Ursache für Kaltrubbeln sind.
Auswirkungen auf Fahrleistungen,
Fahreigenschaften und Fahrkomfort
Ein wesentliches Merkmal der CarbonKeramikbremsen ist ihr geringes Gewicht. Die
damit verbundenen Vorteile sind:
4 Steigerung der Fahrleistungen durch geringere
(translatorisch und rotatorisch!) zu beschleunigende Massen,
4 Steigerung des Fahrkomforts v. a. auf kurzwellig unebenen Fahrbahnen,
4 Steigerung des Quer- und Längsbeschleunigungspotentials auf unebener Fahrbahn,
4 Verbesserung des Anlenkverhaltens bei höheren Fahrgeschwindigkeiten besonders in
Wechselkurven,
4 bessere Regelgüte bei ABS- und ESPEingriffen.
All diese Potentiale ausgenutzt umrundet ein Sportwagen mit C/SiC-Bremsanlage ggü. einem Fahrzeug mit GG-Bremse einen 4,2 km langen Kurs
(Misano) um 0,8 s. schneller. Das bedeutet pro Runde einen Gewinn von über 40 m!
29.3.3 Verschleißverhalten
Abrasiver Verschleiß
Die Lebensdauer von Graugussbremsscheiben wird
bei mäßiger thermischer Belastung (öffentlicher
Straßenverkehr) durch Dickenabnahme d. h. durch
abrasiven Verschleiß, begrenzt.
Bei C/SiC-Bremsscheiben findet aufgrund der
extremen Oberflächenhärte sowohl im Straßenbetrieb als auch bei hoher Belastung kein nennenswerter Abrieb statt.
Rissbildung aufgrund von
Wärmespannungen
Bei dauerhaft hoher Bremsenbelastung mit häufigen Wechseln von hohen und niedrigen Bremsscheibentemperaturen („Thermoschock“) bilden
sich aufgrund von Wärmespannungen in Graugussscheiben Risse, die die Scheibenfestigkeit reduzieren. Bei fortgeschrittener Rissbildung wird deshalb der Austausch der Bremsscheiben erforderlich.
Bei C/SiC-Bremsscheiben ist die Rissanfälligkeit aufgrund der hohen ThermoschockBeständigkeit vernachlässigbar (s. . Tab. 29.1).
657
29.4 Weiterentwicklung der Carbon-Keramik-Bremsscheiben
Thermischer Verschleiß (Faserabbrand)
Bei C/SiC-Bremsscheiben oxidieren bei hohen
Temperaturen (T > 450 ı C) unter Sauerstoffzufuhr die verstärkenden Kohlenstofffasern. Aufgrund der Porosität und des Entspannungsgefüges
des Materials betrifft dies nicht nur die Scheibenoberfläche, sondern auch den Tragkörper der Scheibe. Durch einen zusätzlichen Oxidationsschutz
kann die Oxidation zwar deutlich verzögert, jedoch
nicht gänzlich verhindert werden.
Folge der Faseroxidation sind neben messbarem
Gewichtsverlust eine rauer werdende Oberfläche
sowie der Rückgang der Scheibenfestigkeit.
Abgesehen von mechanischen Beschädigungen
begrenzen die Folgen des Faserabbrandes die Lebensdauer der C/SiC-Bremsscheiben.
29
für die einzelnen Messpositionen zu kennzeichnen.
Bremsscheibendickenverlust
Bei sehr hoher Belastung ist, abhängig von der
Rezepturzusammensetzung der Reibschichten (faserhaltig oder faserfrei), ein Dickenverschleiß des
Bremsscheibenrings möglich. In diesem Fall ist die
Verschleißgrenze erreicht, wenn die minimal zulässige Bremsscheibendicke (üblicherweise als „Minimum Thickness“ oder kurz „Min.Th.“ bezeichnet)
erreicht wird.
Bremsscheibengewichtsverlust
Aufgrund der thermischen Belastung des Bremsscheibenrings oxidiert oberhalb von ca. 450 ı C
der Kohlenstoff und führt zu einem GewichtsverVerschleißindikationen
lust des Bremsscheibenrings. Dieser GewichtverZur Indikation des Verschleißzustandes bestehen lust korreliert mit einem Festigkeitsabfall, so dass
nachfolgend genannte Möglichkeiten, die abhän- über die Wägung nach vollständiger Reinigung der
gig von der Rezeptur der Reibschichten, faserhaltig ZSB-Bremsscheibe und Angabe einer Gewichtsoder faserfrei, kombiniert eingesetzt werden kön- grenze die Verschleißgrenze erkannt werden kann.
nen. Als Standard ist die Bestimmung der Ver- In diesem Fall ist die Verschleißgrenze erreicht
schleißgrenze nach der Puls-Induktions-Methode wenn das minimal zulässige Bremsscheibengewicht
(üblicherweise als „Minimum Weight“ oder kurz
nach Abschnitt „Carboteq-Wert“ festgelegt.
„Min.Weight.“ bezeichnet) erreicht wird.
Carboteq-Wert
Aufgrund der thermomechanischen Belastung
des Bremsscheibenrings verändert sich das Gefüge und führt, vornehmlich durch Oxidation des
Kohlenstoffs ab ca. 450 ı C, zu einer Schädigung
des Verbunds. Mittels einem speziell für C/SiCBremsscheiben entwickelten Messgeräts kann,
basierend auf der Puls-Induktions-Methode, diese Schädigung gemessen werden. Je niedriger der
Wert (üblicherweise als Carboteq-Wert bezeichnet), desto höher ist die Schädigung. Der Abfall
des Messwerts korreliert mit einem Festigkeitsabfall, so dass über die Messung der Bremsscheiben
und Angabe eines Mindestwerts die Verschleißgrenze erkannt werden kann. In diesem Fall ist
die Verschleißgrenze erreicht, wenn der minimal
zulässige Carboteq-Wert an einer der drei Messpositionen (Kennzeichnung auf der Topfseite am
Bremsscheibentopf) erreicht wird. Zur exakten
Messung sind am Bremsscheibentopf Messmarkierungen dauerhaft lesbar anzubringen und der
Neu- und Mindestwert auf dem Bremsscheibentopf
29.4
Weiterentwicklung der CarbonKeramik-Bremsscheiben
Der Einsatz von C/SiC Bremsscheiben hat sich in
den letzten Jahren vom Sportwagensegment über
Hochleistungslimousinen bis hin zu sportlichen
SUV erweitert. Erstmalig wird es zudem eine Anwendung in der Kompaktklasse geben. Seit Beginn
der Serienfertigung im Jahr 2001, mit wenigen tausend Bremsscheiben pro Jahr, ist die Jahresproduktion mittelweile bei ca. 200.000 Bremsscheiben im
Jahr 2016 angelangt. Bedingt durch Teilautomatisierung, Standardisierung, Verkettung der Produktionsprozesse nach Lean-Kriterien und die zuvor
genannten Stückzahleffekte konnten die Herstellungskosten mittelweile spürbar reduziert werden.
Über die kontinuierliche Weiterentwicklung der
Carbon-Keramik-Bremsscheibe und die verstärkte Prozessautomatisierung bereitet man sich auf
den in Zukunft wachsenden Keramikbremsscheibenmarkt vor.
658
Kapitel 29 Bremsen mit nichtmetallischen Bremsscheiben
a
29
b
X: Messpositions-Nummer
1: Messmarkierung
2: Carboteq-Neuwert
3: Carboteq-Mindestwert
. Abb. 29.6 a Messprinzip: Verschleißmessung mittels Messgerät VAS 6813. b Messmarkierungen und Kennzeichnung Neu- und
Mindestwert
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