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Textprobe aus dem SSP Nr. 441 von Audi:

Im Audi A8 '06 setzte erstmals in einem Audi-Serienfahrzeug eine Bremsanlage mit keramischen Bremsscheiben als optionales Angebot ein. Aufgrund ihrer Materialeigenschaften bieten Keramikbremsanlagen vor allem bei Fahrzeugen mit hohen Motor- und Fahrleistungen überzeugende Vorteile im Vergleich zu konventionellen Bremsanlagen. Aus diesem Grund wurde das Angebot um weitere Fahrzeugmodelle erweitert. Mit dem Audi Q7 V12 TDI erhält erstmals ein Audi eine Keramikbremse als Seriensetzung. Dieses Selbststudienprogramm vermittelt Ihnen die Basiskenntnisse zu diesem interessanten Thema.

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Einführung

Faserverbundwerkstoffe in Bremsanlagen

Der Einsatz faserverstärkter Werkstoffe in der Kraftfahrzeugtechnik nimmt beständig zu. Der Grund dafür besteht in den speziellen Materialeigenschaften, die diese Werkstoffe für bestimmte Einsatzgebiete favorisieren. Hier sind im Besonderen hohe Festigkeitswerte bei geringem spezifischem Gewicht, hohe Temperaturbeständigkeit und hervorragendes Verschleißverhalten zu nennen.

Im Bereich des Motorsports werden Faserverbundwerkstoffe aus Kohlenstoff (C/C-Materialien*) seit vielen Jahren erfolgreich als Bremsscheiben und Bremsbeläge eingesetzt. Für den Bremseneinsatz in Serienfahrzeugen wurde das Material zur C/SiCKeramik* weiterentwickelt. Dieser Werkstoff wird im nächsten Kapitel näher beschrieben.

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Einsatz von C/C-Bremsscheiben im Audi R10 TDI

*Begriffsdefinitionen:
CFK: kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff
C/C: kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff
C/SiC: kohlenstofffaserverstärktes Siliziumcarbid

Im Vergleich zu konventionellen metallischen Bremsenwerkstoffen, wie z.B. Grauguss, ergeben sich folgende wesentliche Vorteile der C/SiC-Keramik im Einsatz als Bremsscheibenwerkstoff:

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• geringes Gewicht der Bauteile und damit Reduzierung der ungefederten rotierenden Massen im Fahrzeug (ca. 50 % Gewichtseinsparung pro Rad)
• hohe Verschleißbeständigkeit der Bremsscheiben verbunden mit etwa vierfach höherer Lebensdauer gegenüber konventionellen Bremsscheiben
• deutlich höhere Beständigkeit bei schnellen Temperaturänderungen (Thermoschockbeständigkeit) - dadurch nahezu keine geometrischen Verformungen der Bremsscheiben unter Wärmeeinfluss
• hohe Temperaturbeständigkeit und dadurch deutlich geringere Abnahme des Reibwertes Bremsscheibe / Bremsbelag bei ansteigenden Temperaturen (Fading) *

* Bei Streusalz oder großer Feuchtigkeit entspricht die Bremswirkung der einer konventionellen Bremsanlage. Der Fahrer kann das als verminderte Bremswirkung wahrnehmen, da er sich bereits an das hohe Bremsniveau einer Keramikbremsanlage gewöhnt hat.

Der Werkstoff C/SiC-Keramik

Unter C/SiC-Keramik versteht man ein kohlenstofffaserverstärktes Siliziumcarbid.
Siliziumcarbid ist in seinen Eigenschaften ähnlich wie Diamant, d.h. es besitzt eine sehr hohe Härte und damit eine sehr hohe Verschleißbeständigkeit und eine sehr gute chemische und thermische Beständigkeit.

Um diese Eigenschaften dieses aber spröden Werkstoffs speziell für Bremsscheiben nutzen zu können, werden Kohlenstofffasern zur Verstärkung in die Siliziumcarbid-Matrix eingebracht. Dadurch erzeugt man eine wesentlich höhere Bruchzähigkeit und man erhält durch das pseudoplastische Werkstoffverhalten ein vergleichsweise deutlich schadenstoleranteres Material- und somit Bauteilverhalten.

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Ausgangsmaterialien:
Mischung aus Kohlenstofffasern mit Phenolharz und Siliziumgranulat

Herstellungsprozess einer Keramikbremsscheibe

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