Konstruktion von Maschinensystemen

Bremssysteme

Bremssysteme sind allgegenwärtig und in der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Überall wo rotatorische oder translatorische Bewegungen auftreten, müssen diese teilweise oder vollständig verzögert werden. Die Notwendigkeit der Verzögerung kann unterschiedliche Gründe haben, doch meist steht der Sicherheitsaspekt im Fokus. So findet sich an jedem Kraftfahrzeug oder Fahrrad eine Bremse. Doch auch an anderen Maschinensystemen werden Bremsanlagen verbaut. Ein sicherer Betrieb von Windkraftanlagen wäre ohne ein funktionstüchtiges Bremssystem unmöglich. Und obwohl Bremssysteme allgegenwärtig sind und das Prinzip hinter allen Bremsen identisch ist, gibt es noch viele ungeklärte Fragestellungen.

Die grundsätzliche Funktion von Bremssystemen besteht in der Verzögerung von Bewegungen. Dahinter verbirgt sich die Umwandlung von kinetischer in thermischer Energie. Ein Bremssystem ist dann besonders wirkungsvoll, wenn es diese Wandlung schnell und vor allem verschleißarm vollziehen kann. Niemand möchte ein Bremssystem, das einen zwar schnell abbremst, aber nach 10 Bremsungen ausgetauscht werden muss. Aus diesem Grund muss ein Kompromiss aus hinnehmbarem Verschleiß und ausreichend gutem Bremsverhalten gefunden werden. Verschiedene Hersteller bieten daher unterschiedliche Kombinationen aus Bremsbelägen und Bremsscheiben an, sodass für jeden Einsatzzweck die richtige Variante gefunden werden kann.

Da es unterschiedliche Kombinationen der eingesetzten Materialien gibt, ergibt sich dementsprechend auch ein unterschiedliches Bremsverhalten. Am Fachgebiet Konstruktion von Maschinensystemen wird vor allem das Verhalten des Reibungskoeffizienten der Coulombschen Reibung untersucht. Meist wird der Reibungskoeffizient als konstanter Wert einer Materialpaarung angegeben. Jedoch zeigen diverse Untersuchungen, dass der Reibungskoeffizient verschiedenen Einflüssen unterliegt und selbst über eine Bremsung hinweg variiert. Zusätzlich zeigen identische Materialpaarungen unterschiedliche Reibungskoeffizienten, bei unterschiedlich großen Anpressflächen des Bremsbelags. Vor allem Originalbremssysteme mit großen Reibflächen zeigen oft ein schlechteres Reibverhalten als kleine Laborpaarungen gleichen Materials. Dies wird als Skalierungsproblem bezeichnet und führt dazu, dass jedes Bremssystem in original Größe getestet werden muss. Da dies ist ein enormer Kostenfaktor ist, hat sich das Fachgebiet Konstruktion von Maschinensystemen das Ziel gesetzt, den Skalierungseffekt im Rahmen eines von der DFG geförderten Grundlagenforschungsprojekts genauer zu untersuchen.

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