Erzeugung und Vorkonditionierung von Reibflächen an Bremsscheiben aus Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke; Professor Dr.-Ing. Andreas Schubert
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414236319

In den Industrieländern spielt das Verkehrswesen eine erhebliche Rolle bei der Erzeugung von Emissionen, die neben der Verbrennung des Kraftstoffs unter anderem aus dem Abrieb der Reifen sowie Bremssystemkomponenten resultieren. Ein bisher vergleichsweise wenig betrachtetes Tribosystem, was in bedeutendem Umfang an Bremsstaubemissionen in die Umwelt beteiligt ist, sind die Bremsanlagen von PKWs. Aktuell werden in der weit überwiegenden Anzahl an PKWs Bremsscheiben aus Eisenguss eingesetzt, die neben den Bremsbelägen einem signifikanten Verschleiß unterliegen. Mit der Verwendung von partikelverstärkten Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen (AMCs) soll insbesondere der Verschleiß von sowohl Bremsscheibe als auch -belag erheblich reduziert werden. Eine großserienfähige Nutzung eines derartigen Bremssystems in Kraftfahrzeugen ist bis heute jedoch nicht möglich, da zum einen grundlegende tribologische Zusammenhänge nur unzureichend verstanden sind, zum anderen geeignete Endbearbeitungsverfahren für die Erzeugung von Funktionsflächen (Reibflächen) an den AMCs fehlen. Das primäre Ziel des Projekts ist daher ein vertieftes Verständnis der Wechselwirkungen im Tribosystem Bremsscheibe/Bremsbelag. Dabei sollen die aus der spezifischen Endbearbeitung der Bremsscheiben resultierenden Oberflächeneigenschaften sowie eine davon abhängige Vorkonditionierung der Bremsscheiben Berücksichtigung finden und die bei anwendungsrelevanten Belastungsregimen auftretenden Verschleißmechanismen verstanden sein. Dies ist nur durch einen transdiziplinären Forschungsansatz erreichbar, der werkstoff- sowie fertigungstechnische Arbeiten vereint und miteinander rückkoppelt. Ein wesentliches Forschungsziel ist daher die Schaffung von Wissen für eine weitgehend schädigungsfreie, funktionsorientierte Oberflächengenerierung bei AMCs zur Nutzung als Bremsscheibenreibfläche. Im Fokus der tribologischen Betrachtungen stehen grundlegende Wirkmechanismen zwischen den Oberflächeneigenschaften, einer Vorkonditionierung, d. h. einer kontrollierten Erzeugung des Tribofilms, sowie dessen Einlauf- und Verschleißverhalten. Für die Vorkonditionierung werden Mikrokanten, die orthogonal zur Richtung der Bremsbewegung verlaufen, als günstig erachtet. Ein Ansatz besteht in einem Abtrag der Matrixlegierung um nur wenige Mikrometer, sodass die scharfkantigen Partikel geringfügig aus der Matrix hervorstehen. Durch eine Überlagerung einer Ultraschallschwingung sollen in einem zweiten Ansatz direkt bei der spanenden Endbearbeitung ohne nachfolgenden Prozessschritt entsprechende Mikrokanten erzeugt werden. Die jeweiligen Oberflächen werden durch optische und taktile Verfahren sowie die Randschichten mittels mikrostrukturauflösender Methoden detailliert charakterisiert. Die im Labormaßstab an der TU Chemnitz erzielten Ergebnisse sollen bei dem Anwendungspartner auf die Komponente Bremsscheibe übertragen und dort entsprechend der für das Bremssystem vorgeschriebenen Prüfprozesse umfassend getestet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Daimler AG