Erzeugung und Vorkonditionierung von Reibflächen an Bremsscheiben aus Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen
Spanende und abtragende Fertigungstechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Partikelverstärkte Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe (AMCs) besitzen ein großes Einsatzpotenzial in bewegten tribologisch beanspruchten Komponenten, wie sie durch die Reibringe von Bremsscheiben repräsentiert werden. Dies liegt darin begründet, dass in AMCs über ein geeignetes Werkstoffdesign stofflicher Leichtbau mit hoher Verschleißbeständigkeit gezielt kombiniert werden kann. Tribologisch betrachtet bestehen partikelverstärkte AMCs aus einer vergleichsweise weichen, thermisch nur wenig belastbaren Aluminiumlegierung und eingebrachten harten, temperaturbeständigen Keramikpartikeln. Der Einsatz von AMCs in sicherheitsrelevanten Bremssystemen erfordert ein definiertes und stationäres Reibungsverhalten, das durch gezielte Bildung einer tribologisch konditionierten Reibschicht (Tribofilm) erreicht werden kann. Die Ausprägung und die Geschwindigkeit der Entstehung der Reibschicht können über die geometrischen Oberflächeneigenschaften der AMC-Reibringe beeinflusst werden. Ziel des Forschungsprojektes war es, die Ausbildung von nahezu verschleißfreien Tribofilmen auf Siliziumkarbid-verstärkten AMC-Proben (35 % Volumenanteil Verstärkungspartikel) zu beschleunigen und zu verbessern. Um die tribologischen Bedingungen in Automobilbremssystemen zu simulieren, wurden die definiert endbearbeiteten AMC-Proben in einem Stift/Scheibe-Tribometeraufbau gegen konventionelles Bremsbelagmaterial unter Trockengleitbedingungen getestet. Der Einfluss der Oberflächenfeingestalt, die durch vorangegangenes Plandrehen mit verschiedenen CVD-Diamant-bestückten Wendeschneidplatten, Vorschüben, überlagerter Ultraschallschwingung oder zusätzliche plasmaelektrolytische Behandlung erzeugt wurde, wurde bei unterschiedlichen Prüfdrücken, -geschwindigkeiten und Gleitwegen untersucht. Der Schwerpunkt lag auf der Tribofilm-Aufbauphase, dem Stadium, in dem sich die schützende Triboschicht auszubilden beginnt. Oberflächenanalysen zeigen, dass eine hohe kinematische Rauheit in Verbindung mit Kanten der Oberflächenfeingestalt, die aus der Endbearbeitung resultieren, zu einem schnelleren und homogeneren Tribofilmaufbau führen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Influence of the kinematic roughness resulting from facing of AMC specimens on preconditioning of friction surfaces. CIRP CSI, 08. ‒ 10.06.2022, Lyon (Frankreich)
Eiselt, P.; Hirsch, S. J.; Nestler, A.; Grund, T.; Schubert, A. & Lampke, T.
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Influence of the kinematic roughness resulting from facing of AMC specimens on preconditioning of friction surfaces. Procedia CIRP, 108, 1-6.
Eiselt, Patrick; Hirsch, Sarah J.; Nestler, Andreas; Grund, Thomas; Schubert, Andreas & Lampke, Thomas
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Preconditioning of aluminium matrix composites for brake disc applications. 23. Symposium Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde, 20. ‒ 22.07.2022, Leoben (Österreich)
Hirsch, S. J.; Bergelt, T.; Schwöbel S. D.; Eiselt, P.; Grund, T.; Lampke, T. & Schubert, A.
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Erzeugung und Vorkonditionierung von Reibflächen an Bremsscheiben aus Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen (Erkenntnistransfer-Projekt). Gemeinschaftsausschuss Kombinierte Oberflächentechnik, 21.03.2023, Dresden
Hirsch, S. J.
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Investigation of the Tribological Behaviour of Various AMC Surfaces against Brake Lining Material. Materials, 16(3), 1001.
Hirsch, Sarah Johanna; Eiselt, Patrick; Ozdemir, Ismail; Grund, Thomas; Nestler, Andreas; Lampke, Thomas & Schubert, Andreas
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Surface conditioning effects on the tribological behavior of AlSi7Mg/SiCp composites for brake disk application. FEMS Euromat, 03. ‒ 07.09.2023, Frankfurt am Main
Ozdemir, I.; Hirsch, S. J.; Eiselt P.; Grund, T.; Nestler, A.; Lampke, T. & Schubert, A.
