Analyse der thermo-mechanischen Deformation von Bremsscheiben

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Balázs Magyar
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567674919

Bremsen sind sicherheitsrelevante Elemente der Antriebstechnik, die Massenträgheiten verzögern oder im Stillstand halten. Für beide Funktionen wird meist der mechanische Reibschluss als Wirkprinzip genutzt. Dabei sind Bremsen wie alle anderen Komponenten der Antriebstechnik von Miniaturisierung und Kostenreduzierung betroffen. Diese Tendenzen führen dazu, dass die thermo-mechanische Belastung der Bremskomponenten und die daraus resultierende Verformung der Bremsscheiben zunehmend als limitierender Faktor für eine sichere Funktion betrachtet werden muss. Bisher fehlt jedoch ein ganzheitliches Erklärungsmodell und ein darauf aufbauender Berechnungsansatz, der die verketteten Wirkungszusammenhänge (Ursache, Ereignis, Folge) während des Bremsvorgangs qualitativ und quantitativ beschreibt. Ziel des beantragten Vorhabens ist es daher, die komplexen Wirkmechanismen bei der thermo-mechanischen Verformung von Bremsscheiben zu verstehen und darauf aufbauend Konstruktionshinweise zu deren Reduzierung und ggf. Vermeidung für die Praxis abzuleiten. Als Arbeitshypothese wird davon ausgegangen, dass während des Bremsvorgangs eine ungleichmäßige Reibungserwärmung der Bremsscheibe stattfindet, die zu ungleichmäßigen thermischen Dehnungen führt. Diese thermischen Dehnungen führen in Überlagerung mit den Dehnungen aus der mechanischen Beanspruchung zu lokalen Spannungen, die örtlich die Streckgrenze überschreiten. Dabei ist die Fließgrenze selbst abhängig von Temperatur, Dehnung und Dehnrate. Der lokale Fließvorgang wiederum führt zu einer Veränderung der Bauteilgeometrie, die sich auf den Kontakt zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag auswirkt. Dies wiederum verändert die Druck-, Reibungs- und Temperaturverteilung im Kontakt und damit das Bremsverhalten des Systems. Im Projekt soll diese Wirkungskette durch ein qualitativ und quantitativ korrektes Modell abgebildet werden, um dann Maßnahmen zu ergreifen, die die schädliche Wirkung abstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen