Maßnahmen zur Reduzierung der Bremsscheibentemperatur eines geländegängigen Nutzfahrzeugs

Abstract

Die Bremsanlage ist eine der wichtigsten, sicherheitsrelevanten Bauteile im Kraftfahrzeug. Eine zuverlässig arbeitende Bremsanlage ist unverzichtbar, um ein Fahrzeug in kritischen Situationen gegebenenfalls bis zum Stillstand abzubremsen. Die Radbremsen, die primär als Reibungsbremse ausgeführt werden, haben die Aufgabe die kinetische Energie des bewegten Fahrzeugs beim Bremsen in Wärme umzuwandeln. Im Falle einer Scheibenbremsanlage wird die in der Kontaktfläche zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag generierte Wärme zu einem hohen Anteil von der Bremsscheibe aufgenommen. Da in der kurzen Zeit des Bremsvorgangs nicht die gesamte aufgenommene Energie durch Konvektion an die Umgebungsluft bzw. Wärmeleitung und Wärmestrahlung an umliegende Bauteile abgegeben werden kann, dient die Bremsscheibe auch als Wärmespeicher, was zu einer Aufheizung der Bremsscheibe führt. Eine übermäßige Erwärmung d.h. eine thermische Überbelastung der Bremsscheibe beeinträchtigt die Bremsleistung und kann in weiterer Folge gefährliche Situationen für die Insassen nach sich ziehen. In dieser Arbeit soll der Wärmehaushalt der innenbelüfteten Bremsscheibe eines Nutzfahrzeugs untersucht werden und dabei speziell auf die Verbesserung der Kühlleistung durch eine veränderte Schaufelgeometrie eingegangen werden. Ziel ist es, durch analytische Berechnungen eine, hinsichtlich der mittleren Kanalgeschwindigkeit, verbesserte Schaufelgeometrie zu finden und anschließend den Wärmehaushalt der Originalscheibe und der modifizierten Scheibe in einer dynamischen Simulation, auf Basis eines realen Fahrzyklus, zu vergleichen. Weiters sollen zur Verifizierung der analytischen Ergebnisse Messungen an der Originalscheibe sowie an einem Modell der modifizierten Scheibe durchgeführt werden.<br />

The brake system is one of the most important safety components in a vehicle. A reliably functioning brake system is indispensable in order to brake a vehicle in critical situations possibly down to a standstill. The wheel brakes, which are designed primarily as a friction brake, have the task to convert the kinetic energy of the moving vehicle into heat during the braking. In a disk brake system, the heat which is generated in the contact surface between the brake disc and the brake pad, is absorbed to a large extent by the brake disc. In the short time of braking it is not possible to transfer the entire absorbed energy by convection to the surrounding air or by heat conduction and heat radiation to other components. Therefore, the brake disc serves as a heat reservoir, which leads to the heat up of the brake disc. Excessive heating i.e. a thermal overload of the disc affects the braking performance and may result in dangerous situations for the passengers.<br />In this thesis, the heat balance of the ventilated brake disc of a commercial vehicle will be examined and especially the improvement of the cooling capacity by a modified blade geometry should be investigated. The aim is to find an improved blade geometry, with regard to the mean channel velocity, by analytical calculations and to compare the heat balance of the original disc and the modified disc in a dynamic simulation based on a real driving cycle. Furthermore, measurements on the original disc and a model of the modified one should be conducted, to verify the analytical results.