Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Bewertung des Nutzens und des Mehrwertes von Carbon-Keramik-Bremsscheiben (C/SiC-Bremsscheiben). Hierfür wird dem Leser zunächst ein Einblick in die Grundlagen der Tribologie und der Scheibenbremsen gewährt. Aufbauend auf diesen Grundlagen werden verschiedene, handelsübliche Werkstoffe verglichen und die Besonderheiten von Carbon-Keramik-Bremsscheiben beschrieben. Diese Besonderheiten äußern sich in werkstoffspezifischen Eigenschaften, darunter Wärmeausdehnung, Dichte und Masse. Auch auf die Gründe des größten Nachteils von C/SiC-Scheibenbremsen – die Kosten – wird explizit eingegangen. Diese resultieren aus einem aufwendigen Herstellverfahren, welches in dieser Arbeit näher beschrieben wird.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Tribologie
3 Reibung
3.1 Reibungszustände
3.2 Reibungsarten
3.3 Reibungszahl
4 Verschleiß
4.1 Verschleißarten
4.2 Verschleiß-Messgrößen
4.3 Verschleißmechanismen
4.3.1 Oberflächenzerrüttung
4.3.2 Abrasion
4.3.3 Adhäsion
4.3.4 Tribochemische Reaktionen
4.4 Übersicht Mechanismen und Verschleißformen
5 Scheibenbremsen
5.1 Entwicklung und Geschichte
5.2 Aufbau der Scheibenbremse
5.3 Bremssattel
5.3.1 Festsattel
5.3.2 Rahmensattel
5.3.3 Faustsattel
5.4 Bremsscheibe
5.4.1 Bremsbeläge
5.5 Funktionsweise
5.6 Sondereffekte
5.6.1 Fading
5.6.2 Rubbeln
5.6.3 Thermo-Shock
5.7 Gründe für Carbon Bremsen
5.8 Wirtschaftliche Aspekte
6 Werkstoff
6.1 Kohlenstofffaserverstärktes Siliziumcarbid
6.2 Herstellung
6.3 Eigenschaften von Karbonverstärktem Siliziumcarbit
7 Tribologisches System Scheibenbremse
7.1 Systembeschreibung
7.2 Gleitverschleiß
7.3 Verschleiß von Carbon-Keramik-Bremsscheiben
7.3.1 Abrasiver Verschleiß
7.3.2 Rissbildung durch Oberflächenzerrüttung
7.3.3 Tribochemische Reaktion bei Bremsen
8 Fazit
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Bewertung des Nutzens und Mehrwertes von Carbon-Keramik-Bremsscheiben (C/SiC) gegenüber herkömmlichen Systemen unter besonderer Berücksichtigung der tribologischen Eigenschaften und der wirtschaftlichen Aspekte.
- Grundlagen der Tribologie mit Fokus auf Reibung und Verschleiß
- Technischer Aufbau und Funktionsweise von Scheibenbremsen
- Detaillierte Analyse des Werkstoffs C/SiC und dessen Herstellungsprozesses
- Untersuchung des tribologischen Systems Scheibenbremse und der spezifischen Verschleißmechanismen
- Gegenüberstellung der Vor- und Nachteile von Carbon-Keramik-Bremsen unter Einbeziehung ökonomischer Faktoren
Auszug aus dem Buch
5.6.1 Fading
Der Reibwert der Bremsbeläge wird durch hohe Temperaturen beeinflusst. Während des Normalbetriebs der Bremse, dazu gehören auch Vollbremsungen bei Höchstgeschwindigkeiten, ist die Reibwertänderung sehr gering. Bei thermischer Überbeanspruchung kann das „Fading“ entstehen. Diese Überbeanspruchung resultiert aus längeren Bremsvorgängen, aber auch durch oft nacheinander folgende Bremsvorgänge. Die gewünschte Fahrzeugverzögerung kann nur noch durch eine erhöhte Aktivierungskraft erfolgen. Die Ursache für Fading ist das „Ausgasen“. Bestandteile des Belagmaterials verdampfen und bilden ein Glaspolster zwischen Belag und Reibfläche. Für den Rennsport gibt es spezielle „Rennbeläge“, welche durch bestimmte Belagsmischungen erst bei hoher Betriebstemperatur ihren maximalen Reibwert erreichen (Breuer & Bill, 2012, S. 123 ff.).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Bedeutung der Tribologie und die historische Entwicklung der Bremsensysteme vom Automobilbau bis hin zur modernen Carbon-Keramik-Scheibenbremse ein.
2 Tribologie: Dieses Kapitel definiert die Tribologie als interdisziplinäre Wissenschaft, die sich mit der Einwirkung von Oberflächen in Relativbewegung und der Minimierung von Energie- und Stoffverlusten befasst.
3 Reibung: Es werden die Grundlagen der Reibung, die verschiedenen Reibungszustände und die physikalischen Definitionen der Reibungszahl erörtert.
4 Verschleiß: Dieses Kapitel erläutert die verschiedenen Verschleißarten sowie die maßgeblichen Verschleißmechanismen, wie Oberflächenzerrüttung, Abrasion, Adhäsion und tribochemische Reaktionen.
5 Scheibenbremsen: Hier wird der Aufbau, die technische Auslegung und die Funktionsweise von Scheibenbremsen detailliert beschrieben, ergänzt durch die Analyse von Sondereffekten und den spezifischen Gründen für den Einsatz von Carbon-Keramik-Technologien.
6 Werkstoff: Dieses Kapitel beleuchtet die Eigenschaften und den komplexen Herstellungsprozess von kohlenstofffaserverstärktem Siliziumcarbid (C/SiC).
7 Tribologisches System Scheibenbremse: Eine systemtheoretische Beschreibung der Bremsanlage, bei der die Interaktion der Komponenten und die auftretenden Verschleißphänomene spezifisch auf die Carbon-Keramik-Scheibe angewendet werden.
8 Fazit: Die abschließende Zusammenfassung bewertet die signifikanten Vorteile der Carbon-Keramik-Bremsen im Kontext der hohen Produktionskosten und ihrer aktuellen Anwendung in Spezialsegmenten.
Schlüsselwörter
Tribologie, Reibung, Verschleiß, Scheibenbremse, Carbon-Keramik, C/SiC, Kohlenstofffaserverstärktes Siliziumcarbid, Fading, Bremsenkennwert, Materialverschleiß, Thermoschockbeständigkeit, Festkörperreibung, Gleitverschleiß, Automobiltechnik, Bremsmoment.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit widmet sich der technischen und wirtschaftlichen Bewertung von Carbon-Keramik-Bremsscheiben (C/SiC) in modernen Fahrzeugbremsanlagen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die zentralen Themen umfassen die tribologischen Grundlagen, die Werkstoffkunde von Keramikverbundstoffen sowie die spezifischen Anforderungen an Hochleistungsbremssysteme.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Hauptziel ist es, aufzuzeigen, inwiefern der technologische Mehrwert von C/SiC-Scheiben im Verhältnis zu deren hohen Produktionskosten steht.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit stützt sich auf eine fundierte Literaturanalyse, den Vergleich von Werkstoffeigenschaften sowie eine tribologische Systembeschreibung.
Welche Inhalte werden im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die physikalischen Grundlagen der Reibung und des Verschleißes, den Aufbau der Scheibenbremse, die Besonderheiten des Werkstoffs C/SiC und das tribologische Gesamtsystem im Bremsvorgang.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Tribologie, C/SiC-Bremsscheiben, Verschleißmechanismen, Fading und Werkstoffverbund.
Warum sind C/SiC-Bremsscheiben widerstandsfähiger gegen Fading?
Durch ihre hohe Zähigkeit und Thermoschockbeständigkeit behalten sie auch bei extremen Temperaturen von bis zu 1600°C ihre Leistungsfähigkeit und vermeiden den Fading-Effekt.
Wie lässt sich der Verschleiß bei C/SiC-Scheiben im Betrieb überwachen?
Dies erfolgt über einen integrierten Verschleißindikator (VI), der als oxidationsempfindlicher Materialmix in die Scheibe eingebracht wurde und durch visuelle Veränderung den Verschleißzustand anzeigt.
Warum werden C/SiC-Bremsen aktuell vorwiegend in Sportwagen eingesetzt?
Aufgrund der enormen Produktionskosten bleibt ihr Einsatz derzeit auf hochwertige Sport- und High-End-Fahrzeuge beschränkt, da sie für den Massenmarkt noch nicht kosteneffizient sind.
- Arbeit zitieren
- Erik Leitenberger (Autor:in), 2017, Bewertung von Carbon-Keramik-Scheibenbremsen unter tribologischen Gesichtspunkten, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/418603
