Studentische Abschlussarbeiten

Bei der Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge steigen seit vielen Jahren stetig die Motorleistungen, was in der Folge auch eine Zunahme der Fahrzeugmassen mit sich bringt. Um diese beschleunigten Massen in kürzester Zeit wieder verzögern zu können, muss die Bremsanlage über eine lange Laufzeit fehlerfrei arbeiten. Zur Gewährleistung einer einwandfreien Bremswirkung während aller Fahrzustände, bedarf es einem stabilen Reibwert zwischen den Reibbelägen und der Bremsscheibe. Im Laufe der Zeit verändert sich dieser Reibwert jedoch stark, abhängig von dem Bremsdruck und der Temperatur in der Reibzone. Voraussetzung für einen stabilen Reibwert ist die Ausbildung einer Reibschicht. Sie schützt die Reibpartner vor Überbelastung und besteht aus den abgeriebenen Partikeln aus der Reiboberfläche der Bremsscheibe und der Reibbeläge. In dieser Arbeit wurde die Ausbildung dieser Reibschicht und des Reibwerts anhand von vier unterschiedlichen Einlaufprozeduren untersucht. Dabei handelt es sich um den Einlauf des AK-Masters, Conti-Geräuschsuchprogramms, AK-Bremsstaubs und des Bremsenrubbelns. Während dieser vier Einlaufprozeduren konnte ein unterschiedliches Verschleißverhalten untersucht werden, wodurch sich jeweils eine spezifische Reibschicht und ein entsprechender Reibwert ausgebildet haben. In Folge der Einlaufprozeduren wurde für jede der vier Reibpaarungen ein AK-Master-Prüflauf durchgeführt. Um den Einfluss der Einlaufprozeduren auf die Reibwertausbildung während des AK-Masters zu untersuchen, wurde der AK-Master erst ab dem 3. Programmzyklus gestartet. Dabei handelte es sich um den Zyklus "Kennwertermittlung", die ersten beiden Zyklen "[my]-grün" und "Bedding" wurden entsprechend weggelassen. Die Dokumentation der Dicke und Masse der Reibbeläge und Bremsscheiben in neuem Zustand, nach dem Bedding und nach dem AK-Master ermöglichte ein Vergleich des Verschleißes zwischen den Einlaufprozeduren und den AK-Master-Zyklen. Es ergab sich für den AK-Master bei allen 4 Reibpaarungen ein ähnlich hoher Verschleiß. Nach den Einlaufprozeduren waren der Verschleiß der Dicke und Masse aufgrund der unterschiedlichen Werte für die Bremsungen, Drücke und Temperaturen deutlich verschiedener. In Folge dessen bildete sich nur bei dem AK-Master- und Conti-GSP-Einlauf eine stabile Reibschicht und somit ein konstanter Reibwert aus. Zu Beginn der AK-Master-Zyklen spielte dieser Unterschied eine große Rolle, nach dem Ende hatte sich bei allen Reibpaarungen jedoch ein einheitliches Verschleiß- und Reibwertverhalten ausgebildet. Dadurch war der Einfluss unterschiedlicher Einläufe auf die Entwicklung einer Reibschicht nachgewiesen worden.

Im Rahmen neuer, gesetzlicher Emissionsvorschriften für Kraftfahrzeuge steigen auch die Anforderungen an moderne Luftfiltersysteme. Dabei ist im Entwicklungsprozess eines Filtersystems, neben den akustischen Eigenschaften, der Druckverlust bei Filterneuzustand, ein elementares Bewertungskriterium. Diese Systemeigenschaften sind in einem frühen Entwicklungsstadium festzulegen. Aus diesem Grund kommen heute bereits numerische Berechnungsmethoden zum Einsatz. Aussagen über die Staubbeladung des Elements bei gleichzeitiger Veränderung des Druckabfalls, konnten bisher jedoch nur unter Zuhilfenahme experimenteller Methoden getroffen werden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die simulative Untersuchung der Staubverteilung in Luftfilterelementen, im Rahmen einer makroskopischen Betrachtungsweise. Hierfür werden, an Hand von Experimenten zur Beladung von Filterelementen, Daten generiert, welche als Eingangsparameter für die CFD-Simulation an beliebigen Gehäusegeometrien dienen. Dabei kommt ein Simulationswerkzeug zum Einsatz, welches die Beladung eines Filterelements über der Standzeit hinweg, auf Basis eines vorher berechneten Strömungsmodells, nachbildet. Die makroskopische Betrachtungsskala ermöglicht dabei eine Modellierung des Filterelements, in Form eines porösen Mediums. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind Aussagen über die Staubaufnahme und den zeitabhängigen Druckverlauf, auf simulativer Basis. Weiterhin werden die Flugbahnen der Staubpartikel visualisiert sowie die räumliche und zeitliche Verteilung des Staubs auf dem Filterelement bestimmt.

Aktueller Entwicklungs- und Forschungsaufwand bei PKW-Bremsanlagen umfasst derzeit nicht mehr nur die Gewährleistung der reinen Funktion oder eine Leistungssteigerung, sondern muss sich auch mit dem gesteigerten Komfortanspruch der heutigen Gesellschaft auseinandersetzten. Auftretendes Bremsenquietschen ist dabei das zentrale Thema, welches auch dieser Bachelorarbeit zu Grunde liegt. So wird im Rahmen von experimentellen Schwingungsanalysen mittels neuartiger, dreidimensionaler Lasermesstechnik das Verhalten einer Vorderradbremsanlage während eines störgeräuschemittierenden Betriebsfalles analysiert. Hierfür wird jede Komponente der Scheibenbremsanlage sowie periphere Achskomponenten aus verschiedenen Richtungen möglichst großflächig erfasst um das komplexe Schwingformverhalten bestimmen zu können. In einem zweiten Teil der praktischen Arbeiten werden experimentelle Modalanalysen im freien und verbauten Zustand zur Bestimmung der strukturdynamischen Eigenschaften verschiedener Bauteile durchgeführt. Dabei interessieren vor allem die spezifischen Eigenfrequenzen und Eigenschwingformen, anhand derer schließlich Rückschlüsse zum Entstehungsmechanismus und den ursächlichen Umständen des bekannten Quietschfalles getroffen werden können. Für verschleißbehaftete Bremsanlagenkomponenten wird dabei explizit der Einfluss der Abnutzungserscheinungen auf die wichtigen modalen Größen herausgestellt. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse werden ansatzweise Vorschläge zur Vermeidung des Quietschgeräusches erörtert.

Die Optimierung von Mittendifferentialen ist für die Verbesserung von Fahrleistung, Komfort und Lebensdauer sehr wichtig. Ziel dieser Arbeit ist die Inbetriebnahme einer Prüfvorrichtung und die Durchführung von Versuchen zur Optimierung der Lamellenkupplung (Tribosystem) eines Mittendifferentials. Zur Inbetriebnahme der Prüfvorrichtung gehört das Anfertigen eines geeigneten Prüfprogrammes sowie einer Prüfstandvernetzung, bei dem das Prüfprogramm automatisiert abgearbeitet wird. Außerdem werden Versuche mit gleichen Prüflingen durchgeführt, um die Reproduzierbarkeit des Prüfstandes nachzuweisen. Ein weiterer Bestand der Arbeit ist das Durchführen und Auswerten von Versuchen mit verschiedenen Tribosystemen. Die Ergebnisse der unterschiedlichen Tribosysteme zeigten einen ähnlichen Reibwertverlauf.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Reibschichtbildung in trockenlaufenden Reibbremsen. Grundlage bildet ein zur Visualisierung der Kontaktzone geeigneter Prüfaufbau in Verbindung mit einer Glasscheibe sowie einen Bremsbelag. Kerninhalt der Arbeit sind Untersuchungen zum Entstehungsprozess von Hot Spots auf Reibbelägen sowie der Einfluss der Materialzusammensetzung auf dieses Phänomen. Zur Einteilung unterschiedlicher Hot Spots dienen die durch Thermographie an Bremsscheiben gewonnen Erkenntnisse aus der Literatur. Zur Charakterisierung der Reibschicht werden Reibbeläge mit Hilfe der REM/EDX-Analyse auf ihre Bestandteile untersucht und anschließend verglichen. Durch Reibversuche auf Glas und Vergleichsmessungen mit Graugussscheiben, werden signifikante Unterschiede im Reibverhalten deutlich gemacht und bei den Glasversuchen gleichzeitig visuell festgehalten. Für die Vergleichbarkeit von Glas- und Graugussmessungen wird weiterhin die Zusammensetzung der sich bildenden Reibschicht mit REM/EDX analysiert und in Verbindung mit den Messwerten Temperatur und Reibmoment diskutiert. Ergänzend erfolgt die Betrachtung eines ausgebildeten Transferfilms auf einer Glasscheibe. Abschließend wird der Einfluss der Reibgeschwindigkeit auf den Reibprozess dargestellt, wobei auch hier wieder unterschiedliche Scheibenmaterialien und Reibbeläge Verwendung finden.