Leichte Bremskomponenten

May 30, 2023

Ich denke, dass wir uns alle gerne über Ingenieure lustig machen. Aber ob wir es zugeben wollen oder nicht, sie haben es nicht wirklich auf uns Techniker abgesehen. Die Wahrheit ist einfach: Sie haben einfach andere Prioritäten und/oder Ziele als wir. Ingenieurteams haben bestimmte Ziele, die sie erreichen oder übertreffen müssen. Einige dieser Ziele sind das Ergebnis staatlicher Vorschriften wie Kraftstoffverbrauchsstandards. Andere Ziele werden von den Autoherstellern selbst vorgegeben. Dazu gehören unter anderem Fahrdynamik, Leergewicht, Größenbeschränkungen und vieles mehr.

Die Reduzierung des Leergewichts eines Fahrzeugs könnte eine der größten treibenden Kräfte hinter der modernen Automobiltechnik sein. Je leichter das Fahrzeug ist, desto effizienter kann es sein. Die Automobilhersteller haben große Anstrengungen unternommen, um das Gesamtgewicht des Fahrzeugs zu reduzieren. Alles von der Reduzierung der Blechdicke über den Einsatz von Aufhängungsarmen aus Leichtmetall bis hin zum Entfernen von Material von Radnaben und anderen rotierenden Baugruppen (Abbildung 1).

Für uns mag es verrückt erscheinen, dass Autohersteller so aggressiv versuchen, Gewicht zu reduzieren, aber in den letzten 40 Jahren haben wir einen stetigen Anstieg des Fahrzeuggewichts aufgrund eines einfachen Faktors erlebt: der Verbrauchernachfrage. Das ist richtig, es liegt an uns. Seit den 1980er Jahren verlangen Autokäufer immer mehr Komfort in ihren Fahrzeugen. Elektrische Fensterheber, elektrische Schlösser, beheizte Sitze und Lenkräder sowie größere Räder und Reifen, um nur einige zu nennen. Diese Funktionen sind mit Kosten, zusätzlichem Gewicht und Komplexität verbunden. Wenn Autohersteller also bei einer Reihe von Komponenten ein paar Gramm einsparen können, können sie das Gesamtgewicht des Fahrzeugs um ein paar Pfund reduzieren.

Bei der Reduzierung des Fahrzeuggewichts sind zwei Dinge zu beachten: die gefederte Masse und die ungefederte Masse. Das gefederte Gewicht ist das Gewicht des Fahrzeugs, das vom Federungssystem getragen wird. Dazu gehören das Fahrgestell, die Karosserie und die Insassen des Fahrzeugs. Ungefedertes Gewicht ist das Gewicht, das nicht von der Federung getragen wird. Dazu gehören Räder, Reifen, Naben, Achsschenkel usw.

Die Reduzierung der gefederten Masse kann zu einer geringeren Kraftstoffeffizienz führen, die Reduzierung der ungefederten Masse kann jedoch das Ansprechverhalten des Stoßdämpfers verbessern und das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessern. Während diese Art von Technik normalerweise der Rennstrecke vorbehalten ist, hat sie dennoch einige Vorzüge für Straßenfahrzeuge.

Was haben Autohersteller also getan, um das Gewicht von Bremssystemen zu reduzieren? Leichte Bremssattelgehäuse aus Aluminium und Keramikkolben waren nur der Anfang. Bei Sport- und Exotenautos der letzten Jahrzehnte kamen halbschwimmende Rotoren auf den Markt (Figur 2 ), die zur Gewichtsreduzierung über leichte Mittelhüte verfügen. Zur Befestigung der Scheibe und des Huts werden Stifte verwendet, die eine Ausdehnung und Kontraktion bei Temperaturänderungen ermöglichen. Dieses Konstruktionsmerkmal ist der Grund dafür, dass dieser Rotortyp die Wärme so gut ableiten kann, was ihn zu einer soliden Leistungsoption für sportliche Fahrzeuge macht.

Aus Sicht der Wartung unterscheidet sich dieser Bremsrotortyp nicht wesentlich von einer herkömmlichen einteiligen Einheit. Die Rotoroberfläche kann wie gewohnt bearbeitet werden, sofern sie über der angegebenen Mindestdicke liegt. Wenn sich Ihr Kunde über pulsierende Bremsen beschwert, ist eine Messuhr das beste Werkzeug zur Prüfung auf Unrundheit. Sie haben im Vergleich zu einem herkömmlichen Gussrotor einen höheren Preis, aber ihre Fähigkeit, Wärme abzuleiten, ist den Preis durchaus wert.

An der Spitze der Preisskala stehen Carbon-Keramik-Bremssysteme (Figur 3 ). Diese Systeme sind unglaublich teuer und normalerweise der Rennstrecke oder exotischen Ultra-High-End-Autos vorbehalten, aber Sie werden sie in einigen Straßenautos antreffen, darunter im Chevy Camaro ZL1, Corvette Z06 und ZR1, BMW M3/M4, Audi R8, und mehr.

Carbon-Keramik-Rotoren sind extrem langlebig. Tatsächlich behaupten die Hersteller, dass sie nie ausgetauscht werden müssen – zumindest nicht im „normalen“ Fahrbetrieb. Sie sind außerdem resistent gegen Verformungen und Verschleiß, die zu Pedalpulsationen führen – in der „realen Welt“ lediglich ein Ärgernis, auf der Rennstrecke jedoch ein spürbares Leistungsproblem.

Die Bremsscheiben bestehen aus einer speziell behandelten Kohlefaserverbindung, die in einem Hochvakuumverfahren bei höheren Temperaturen siliziert wird, als es bei jedem Bremsvorgang möglich wäre. Die resultierenden Scheiben sind nicht nur viel härter als Standardscheiben, sondern auch hitzebeständiger. Der Prozess zur Herstellung der Scheiben ist im Vergleich zu Gusseisen aufwendig, zeitaufwändig und kostspielig.

Die Kohlenstofffasern werden mit einem Harz aus Kohlenstoff und Silizium vermischt. Die Mischung wird in eine Form gepresst, um die grundlegende Scheibenform einschließlich der internen Kühlöffnungen zu erzeugen. Durch Hitze bis zu 3.000 °F wird das Harz in Siliziumkarbid umgewandelt, ein Material, das fast so hart wie Diamant ist. Dies ist die „Keramik“ in „Kohlenstoff-Keramik“. Wenn Sie versuchen würden, diese Rotoren zu bearbeiten, benötigen Sie Diamantbohrer in Ihrer Bremsendrehmaschine.

Bei der Wartung dieser Bremssysteme muss die Sauberkeit an erster Stelle stehen. Entfernen Sie Schmutz, Korrosion oder Verunreinigungen von der Nabenfläche, auf der der Rotor sitzt. Dies trägt dazu bei, das Risiko eines Seitenschlags und eines möglichen erneuten Auftretens von Pulsationen des Bremspedals zu verhindern.

Stellen Sie sicher, dass alle Metall-zu-Metall-Kontaktpunkte sauber und frei von Verunreinigungen sind. Schmieren Sie alle Gleitstellen gemäß den Serviceinformationen des OEM. Und überprüfen Sie natürlich unbedingt die OEM-Serviceinformationen auf relevante Drehmomentspezifikationen. Wenn Sie einer Kundenbeschwerde nachgehen, vergessen Sie nicht, nach TSBs zu suchen, die Ihnen helfen können, das Problem schnell und effizient zu beheben.

Abschließend empfehlen wir, wann immer möglich, stets OE-äquivalente Ersatzteile zu verwenden. Wenn das Fahrzeug beispielsweise mit Carbon-Keramik-Bremsen ausgestattet war, versuchen Sie nach Möglichkeit, diese durch gleichartige Komponenten zu ersetzen. Wenn das Fahrzeug mit halbschwimmenden Rotoren ausgestattet war, ersetzen Sie diese nicht durch massive Gussrotoren. Wenn Ihr Kunde nicht bereit ist, diese Investition in sein Fahrzeug zu tätigen, erklären Sie ihm unbedingt, wie sehr die Leistung des Bremssystems durch eine solche Änderung beeinträchtigt werden kann.