Feinstaubemissionen in Bremssystemen gezielt durch die Wahl der Friktionspaarung reduzieren – Erkenntnisse zum Einfluss auf die Emissionen in trockenlaufenden Friktionssystemen

Nicht nur der Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges emittiert Feinstaub, auch durch das Bremsen und Abrollen des Reifens entstehen solche gesundheitsschädlichen Kleinstpartikel. Deshalb rücken wissenschaftliche Untersuchungen des Bremsenstaubes immer mehr in den Fokus. Im PMP (Particle Measurement Program) wird daher bereits an einer Regulierung der Bremsemissionen von PKW und leichten Fahrzeugen gearbeitet. Auch existieren bereits technische Lösungen wie bspw. Filter [1], Absauganlagen [2] oder auch andere Bremsenbauformen wie Trommelbremsen [3] oder nasslaufende Systemen [4] um Feinstaubemissionen von Bremsen zu minimieren oder gar zu eliminieren. ... mehrDie bisherigen Lösungen sind jedoch entweder kostenintensiv, aufwendig oder befinden sich noch in der Konzeptphase. Auch die Verlagerung der Bremsfunktion in den Antriebsstrang, wie in [5] ist ein möglicher Ansatz, um der Feinstaubemission in die Umweltentgegenzuwirken. Dies bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass es bisher keine gesetzlichen Grundlagen für solche Ansätze gibt. Allein auf Deutschlands Straßen befinden sich derzeit knapp 60 Mio. Fahrzeuge [6] mit konventionellem Radbremssystemen. Daher ist es von essenzieller Bedeutung die Partikelentstehungsmechanismen bestehender Systeme zu verstehen. Dazu gehört die Betrachtung wann, wie, und unter welchen Bedingungen Feinstaub entsteht. Mit diesem Wissen kann dann ein Nutzen für die Entwicklung von Bremssystemen geschaffen werden und ggf. Anpassungen für Fahrzeuge im Feld ermöglicht werden. Durch die Analyse der Verschleißpartikel können auch Erkenntnisse über Reibvorgänge im Friktionssystem gewonnen werden. In diesem Beitrag wird eine Methode zur Messung und Beschreibung von Verschleißpartikel vorgestellt. Mit der Methode soll tiefergehendes Wissen über die Entstehungsmechanismen von Verschleißpartikeln im Friktionskontakt gewonnen werden. Des Weiteren soll zukünftig der Einsatz der Methode die Messung von Verschleißpartikeln als Informationsquelle für das vorliegende Reibverhalten im Friktionskontakt dienen. Dafür erweitern die Autoren den (Kupplungs- und) Bremsprüfstand des IPEK – Institut für Produktentwicklung um ein Probenahmesystem von Verschleißpartikel. Das zu untersuchende Friktionssystem wird in einer Blechkonstruktion umschlossen und so gegen die Umwelt abgeschirmt. Das Gehäuse wird über ein Rohrsystem zur Partikelführung an die Partikelmesseinheiten angebunden. Ein Gebläse erzeugt ein Volumenstrom in dem Rohrsystem, wodurch sich die entstehenden Partikel während einer Bremsung in dem Rohrsystem fortbewegen und dort gemessen werden können. Mit dieser Methode können Einflussparameter auf die Feinstaubentstehung ermittelt und gezielt Maßnahmen zur Reduktion dieser Emissionen abgeleitet werden: Denkbar sind betriebszustandsabhängige Anpassungen der Steuerung und Regelung des Betätigungsvorganges sowie konstruktive Maßnahmen inklusiver der Anpassung der Reibpartner.

Not only the combustion engine of a vehicle emits particulate matter, but also the braking and rolling of the tire produces such small particles that are harmful to health. For this reason, scientific studies of brake dust are increasingly coming into focus. The PMP (Particle Measurement Program) is therefore already working on regulating brake emissions from passenger cars and light vehicles. Technical solutions such as filters [1], exhaust systems [2] or other brake designs such as drum brakes [3] or wet-running systems [4] already exist to minimize or even eliminate particulate emissions from brakes. ... mehrHowever, the solutions to date are either costly, complex, or still in the conceptual phase. Relocating the brake function to the powertrain, as in [5], is also a possible approach to counteract the particulate matter problem. However, this has the disadvantage that there is yet no legal basis for such approaches. On Germany’s roads alone, there are currently almost 60 million vehicles [6] with conventional wheel braking systems. Therefore, it is essential to understand the particle generation mechanisms of existing systems. This includes considering when, how, and under what conditions particulate matter is generated. This knowledge can then be used to benefit the development of braking systems and, if necessary, enable adaptations for vehicles in the field. By analyzing the wear particles, knowledge can also be gained about friction processes in the friction system. In this paper, a method for measuring and describing wear particles is presented. The method shall be used to gain deeper knowledge about the formation mechanisms of wear particles in the friction contact. Furthermore, in the future the use of the method the measurement of wear particles shall serve as a source of information for the existing friction behavior in the friction contact.

The method is intended to provide more in-depth knowledge about the formation mechanisms of wear particles in the friction contact. Furthermore, the application of the method allows to use the wear particles as a source of information for the friction behavior. For this purpose, the authors extend the (clutch and) brake test rig of IPEK – Institute for Product Development by a sampling system of wear particles. The friction system to be investigated is enclosed in a sheet metal structure and thus shielded from the environment. The housing is connected to the particle measuring unit via a pipe system for particle guidance. A blower generates a volume flow in the pipe system, whereby the resulting particles move in the pipe system during braking and can be measured there. This method can be used to determine parameters influencing the formation of particulate matter and to derive specific measures for reducing these emissions: Operating-condition-dependent adjustments to the control and regulation of the actuation process are conceivable, as are design measures including the adaptation of the friction partners