Die Hauptanforderungen an Bremsbeläge sind neben einer hohen und stabilen Reibperformance vor allem auch eine Robustheit gegen komfortbeeinträchtigende Phänomene, wie zum Beispiel das Quietschen, und ein möglichst geringer Verschleiß. Die Weiterentwicklung bestehender beziehungsweise Konzipierung neuartiger Belagsmischungen wird derzeitig noch nach dem sehr zeit- und deshalb auch kostenaufwendigen Trial-and-Error-Prinzip vorgenommen. Diese Arbeit zeigt den derzeitigen Erkenntnisstand zur Beschreibung der tribologischen Phänomene im System PKW-Scheibenbremse auf und widmet sich im Folgenden den auf mesoskopischer Größenskala auftretenden Prozessen sowie deren Konsequenz fur das globale Verhalten. Sie gründet sich auf bestehende Theorien zum Wachstum und der Zerstörung harter glatter Strukturen (Patches) in der Grenzschicht, die den Hauptteil der Reibleistung tragen und die weicheren Belagsbestandteile vor Verschleiß schützen. Jedes Außgleichgewicht basiert auf der Wechselwirkung zwischen Aspekten, welche den Patch-Aufbau beziehungsweise den Patch-Abbau fördern. Um einen explizierten Einblick in die Dynamik der Grenzschicht zu erhalten, wird aufgezeigt, wie zur Beschreibung der Prozesse ein Modell eines Zellulären Automaten entwickelt wurde. Es beinhaltet die oben genannten Aspekte als innere Variablen, um etwa die Topographiedynamik, den Wärmefluss und den Verschleißpartikelstrom abzubilden. Das implementierte Regelwerk besteht aus lokalen Bilanzgleichungen, die auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten und Messungen basieren. Um zu gewährleisten, dass der Zelluläre Automat einen repräsentativen Ausschnitt aus der Kontaktzone darstellt, werden besondere Randbedingungen vorgestellt. Eine erste Quantifizierung deutet darauf hin, dass es sich um ein Multiskalenproblem handelt, bei dem eine Bandbreite von 10e08 Sekunden fur die Wärmeleitung bis 10 Sekunden fürdie Patchdynamik abgedeckt wird. Um skalenübergreifend Aussagen zu den Wechselwirkungen der inneren Variablen treffen zu können, wird zur Vereinfachung daraufhin eine Klassifizierung der Prozesse in Hinblick auf ihre Zeitskala vorgenommen. Das ennöglicht eine erhebliche Reduktion der Problematik, die sich nun weitestgehend auf die Berechnung stationärer und instationärer Felder beschränkt. Die dazugehörigen Algorithmen werden dargelegt und diskutiert. Dabei zeigt sich, dass der Satz von Regeln auf allen Zeitskalen anschauliche und stabile Ergebnisse liefert, was die Konsistenz des Modells belegt. Erstmalig ist dabei auch eine Sensitivität gegenüber der Belagsmischung implementiert. Die Dissertation respektive das Modell soll als Grundstein für weiterergehende Quantifizierungen und Vorhersagen zur tribologischen Charakteristik von Bremssystemen dienen. Das vorgestellte Werkzeug sollte zukünftig in der Lage sein, die Weiterentwicklung von Belags- und Scheibenmaterialien systematisch zu unterstützen.

    The basic requirements on brake pads are a high and stable friction performance, a robustness against comfort-reducing phenomena, such as the squealing, and a minimum of wear. The advancement or new development of pad compositions still rests upon extensive and expensive trial-and-error-procedures. This work shows the current state of knowledge with respect to the description of tribological phenomena in car brake systems. It then devotes to processes occurring in the mesoscopic lengthscale and their consequence for the global friction and wear behaviour. It is based on existing theories regarding the growth and destruction of hard and smooth structures (patches) in the interface which transmit the major part of the friction power and protect the softer pad ingredients from wear. This equilibrium of flow is based on the interdependencies between aspects leading to the patchformation and patch-degradation. To get an explicit insight into the dynamics of the interface a Cellular Automaton model is developed. It contains the mesoscopic aspects in terms of inner variables which reproduce the topography dynamics, the heat flux and the wear particle stream. The implemented set of rules consists of local balance equations taking into account physical laws as well as measurement. To guarantee that the Cellular Automaton typifies a representative section of the contact zone, specific boundary conditions are introduced. The topography and interface dynamics is a multiscale problem with a band width from 10e08 seconds for the heat conduction up to 10 seconds for the patch dynamics. In order to come across the timescales to conclusions about the interdependencies of the inner variables, a classification of the processes according to their timescale is pointed out. This makes it possible to reduce the computational effort eminently, since the simulation is thereby limited to the computation of stationary and unsteady fields. The belonging algorithms are presented and discussed. It is shown that the set of rules provides demonstrative and stable results which proves the model's consistency. Tbe model shall constitute a milestone for further quantifications and predictions on the tribological characteristics of brake systems. For the first time a sensitivity to the pad composition and the disc material is included. With the help of this Cellular Automaton it shall be possible to systematically support the advancement and new development of pad and disc materials in the future, making it time- and cost-saving.


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    Titel :

    Zur Topographie- und Grenzschichtdynamik in Bremssystemen


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2007


    Format / Umfang :

    156 Seiten, 82 Bilder, 18 Tabellen, Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch





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