XXXIX. Internationales μ-Symposium 2022 Bremsen-Fachtagung

Die Komponenten der Radbremse weisen stark unterschiedliche Recyclingquoten auf; Während sowohl Bremsscheiben, Bremssättel und Bremstrommeln, bedingt durch ihren hohen Metallanteil, zu über 90 % recycelt werden, wird nur ein Bruchteil der Reibbeläge einer stofflichen Verwertung zugeführt.

Reibbeläge bestehen aus diversen Rohstoffen, die unter Druck und Temperatur gefertigt werden, sowohl mit als auch ohne Metallanhaftungen.

Dieser Vortrag beschreibt den Lebenszyklus von Reibbelägen und welche Umweltbelastungen die Beschaffung von Rohstoffen, die Herstellung der Mischung und die Entsorgung von Reibbelägen erzeugen.

Bei einer Hochleistungs-Kaltgasbeschichtung mit dem Impact Cold Spray System EvoCSII kommt es zu keiner Delaminierung oder starkem Rissverhalten der Beschichtung und die Partikelemission wird drastisch um über 85 % reduziert. Die Qualität der Beschichtung wurde im Hinblick auf Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Zughaftfestigkeit zwischen dem Beschichtungsmaterial und der Bremsscheibe bewertet. Die kaltgasgespritzte Verbundbeschichtung der Grauguss-Bremsscheibe zeigte im SAE J2522-Test eine Verschleißminderung von >95 %. Zudem zeigte die Beschichtung auch nach extremen Rissbildungs-Testläufen eine hervorragende Haftung ohne Delamination. Ergänzend wurden 720 h Salzsprühnebeltest erfolgreich ohne jegliche Korrosion absolviert, selbst nachdem zusätzliche Verschleißtests durchgeführt wurden.

Knarzende Bremsen sind unangenehm, für Fahrgäste und Passant:innen. Auch nach vielen Jahren der Forschung ist das charakteristisch niederfrequente, stick-slip-induzierte Bremsenknarzen ein Problem in Bezug auf Kundenrückmeldungen und Qualitätseinbußen bei PKWs. Die knarzfreie Bremse ist durchaus möglich, sei es durch aktive Maßnahmen, wie Piezo-basierte Glättung der Reibkurve, oder durch passive Maßnahmen, wie die Optimierung der Reibcharakteristik mittels Belagrezeptur oder Scheibenbeschichtung. In der Regel wird dieses technisch optimale Ziel allerdings nur selten erreicht. Gründe dafür sind hohe Kosten für aktive Systeme oder Designkonflikte innerhalb der zahlreichen Anforderungen an die Reibmaterialien. Somit müssen Kompromisse eingegangen und ein gewisses „Maß“ an Bremsenknarzen zugelassen werden. Wie dieses „Maß“ bzw. die Lästigkeit durch Knarzgeräusche quantifiziert werden kann, ist Inhalt der vorliegenden Arbeit: Wesentliche Aspekte des Testens, der Erkennung, der Klassifizierung und nicht zuletzt der objektiven Bewertung selbst werden aufgezeigt. Die Ergebnisse dieser Arbeit bilden Grundlagen für einen modernen NVH-Entwicklungsprozess, welcher in der Lage ist, die Lästigkeit des Bremsenknarzens exakt zu quantifizieren und damit eine effektive und effiziente Reduzierung der Knarzgeräusche und -vibrationen ermöglicht.

Bremssystem- und Radbremsentesting auf Ebene eines Schwungmassenbremsenprüfstands sind seit Dekaden fest etabliert. Für solche Versuche, ist der Prüfstand üblicherweise mit einer einzelnen Bremse versehen, um den sogenannten Fahrzeug-Corner abzubilden.

Mit der Einführung von elektrischen Antrieben im Fahrzeugsegment der Mikromobilität (insbesondere Pedelecs und Lastenräder) erweitert sich die Zielgruppe und das Nutzungsprofil dieser Fahrzeuge. Aus dem Pedelec als Freizeitfahrzeug wird am Beispiel des Lastenrad ein Problemlöser für die Verkehrsprobleme in den Städten. Die politische Bestrebung den CO₂ Ausstoß und Flächenverbrauch des Verkehrssektors zu reduzieren beschleunigen diese Entwicklung. Dies führt dazu, dass vom PKW geprägte Nutzer Ansprüche an diese Fahrzeuge und ihre Komponenten stellen, die bisher nur sehr eingeschränkt erfüllt werden können. Schließlich wird der Kunde im PKW von ABS, ESP, Bremskraftverstärker und Notbremssystemen unterstützt. Wechselt er z. B. auf das Fahrrad, dann muss er selbst die Bremskraftverteilung zwischen den Rädern übernehmen. Dies gelingt geübten Radfahrern, aber nicht per se jedem in der neuen Zielgruppe, die die Branche anstrebt.

Im Nachfolgenden Artikel soll die Elektrohydraulische Integralbremse als Lösungskonzept für dieses Problem erläutert werden. Ziel ist es dabei der Erwartungshaltung von PKW geprägten Nutzern in Punkto Sicherheit, Bedienkomfort und Wartungszyklen gerecht zu werden. Dabei soll die technische Komplexität auf ein der Fahrzeugkategorie angemessenes Maß reduziert werden.

Fokus der Entwicklung liegt dabei nicht auf dem Pedelec selbst. Vielmehr geht es darum Lösungen zu entwickeln, welche inspiriert vom Erfolg der Pedelecs, die Kategorie der Leichtfahrzeuge (L-Kategorie) wiederbeleben.

Mit der Vorstellung des BMW i Vision Circular auf der IAA in München vergangenes Jahr hat die BMWGroup einen Ausblick auf ein vollelektrisches Auto mit Fokus auf Nachhaltigkeit & Luxus für das Jahr 2040 gegeben. Das Visionsfahrzeug macht deutlich, welche große Bedeutung die Themen Nachhaltigkeit und Zirkularität als ein zentrale Leitmotive für die BMW Group spielen.

The components of the wheel brake differ substantially with respect to their recycling quotas. Disc and drum brakes as well as brake discs achieve over 90% recycling shares due to their high metal content. On the other hand, friction materials—disc brake pads, drum linings or industrial applications—are hardly ever recycled.

Friction materials consist of various raw materials and are manufactured under pressure and temperature, both with and without metal attachments.

This paper describes the life cycle of friction materials and the environmental pollution they cause during the respective raw material procurement, mix production and disposal phases.

With a high-performance cold spray coating made with the Impact Cold Spray System EvoCSII, there is no delamination or severe cracking behavior of the coating, and the particle emission is reduced drastically by over 85%. The performance of the coating was evaluated in terms of corrosion resistance, wear resistance, and tensile bond strength between the coating and the brake disc. The cold gas sprayed composite coating of the cast iron brake disc showed a >95% reduction in wear in the SAE J2522 test; In addition, the coating showed excellent adhesion even after extreme crack formation test runs without any delamination. Supplementary, 720 h of salt spray tests were successfully completed without corrosion even after performing additional wear tests.

Groaning brakes are unpleasant, for passengers and passers-by. Even after many years of research, the characteristic low-frequency, stick-slip-induced brake creep groan is still a problem in terms of customer feedback and quality perception of passenger cars. Groan-free braking is certainly possible, whether through active measures such as piezo-based smoothing of the friction curve, or through passive measures such as the optimization of the friction characteristics by means of pad formulation or disc coating. However, this technically optimal goal is rarely achieved. The reasons for this are high costs for active systems or design conflicts within the numerous requirements placed on the friction materials. Hence, compromises have to be made and a certain “amount” of brake creep groan has to be allowed. How to quantify this “amount” resp. the annoyance due to creep groan noise is the content of the present work: essential aspects of testing, detection, classification and last but not least the objective rating itself are shown. The results of this work form the basis for a modern NVH development process, which is able to precisely quantify the annoyance of brake creep groan and therefore enables an effective and efficient reduction of creep groan noise and vibration.

The following paper aims to bring the topics connected testing and emission measurements, together. It provides for the first time an introduction of connected bench testing with the aim to characterize brake particle emissions with a special focus on the impact of regenerative braking.

Such an approach should combine the advantages of a brake dynamometer including an emission testing setup and a HiL setup to allow a simplified and much more precise testing of brake particle emissions under the impact of regen braking.

It is shown, how significant brake rotor temperatures and as a consequence also emissions can be reduced. Especially the positive effect of emission decrease is astonishing—particle number concentration can be lowered by an order of magnitude, particle mass remains on a tenth of the emission level as it is determined for the case without regen braking.

The introduction of electric drive systems in the vehicle segment of micromobility (pedelecs and cargo bikes in particular), has led to an expansion of the target group and the user profile. Pedelecs and especially cargo bikes as leisure vehicles, have turned into problem solvers for traffic problems in cities around the world. The political efforts to reduce CO₂ emissions and land consumption caused by the transport sector are further accelerating this development. This leads to car-oriented users, who are used to having the support of ABS, ESP, brake booster and emergency brake systems, placing demands on these vehicles and their components that have so far only been fulfilled to a very limited extent. While skilled cyclists will be able to tackle the even distribution of braking power between the wheels for example, many people in the industry’s target group will struggle to do this in a safely manner.

In the following article, the concept of the electrohydraulic integral braking system will be explained and offered as a solution concept for this problem. The aim is to meet the expectations of car users in terms of safety, user comfort and maintenance cycles. The technical complexity will be reduced to a level appropriate to the vehicle category. The focus of the development will not be on the pedelec itself; the aim is rather to develop solutions that revive the category of light vehicles (L category), inspired by the success of pedelecs.

With the presentation of the BMW i Vision Circular at the IAA in Munich last year, the BMW Group gave an outlook on a fully electric car with a focus on sustainability & luxury for the year 2040. The visionary vehicle makes it clear how important the topics of sustainability and circularity are as central leitmotifs for the BMW Group.