SGL BRAKES GmbH. Präsentation. Carbon-Keramik-Bremsscheibe

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1 SGL BRAKES GmbH Präsetatio Carbo-Keramik-Bremsscheibe

2 INHALT Steigede Aforderuge a Hochleistugsbremssysteme Faserverstärkte Keramik als Atwort Serieeisatz vo faserverstärkte Keramikbremsscheibe Ahag SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

3 Die Aforderuge a Hochleistugsbremssysteme im Automobil steige überproportioal a. Beispiel für durchschittliche Oberklasselimousie km/h Höchstgeschwidigkeit Zulässiges Gesamtgewicht kg ,0 Kietische Eergie bei Höchstgeschwidigkeit ud zulässigem Gesamtgewicht MJ 2,38 3, SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

4 Gerade i de Top-Fahrzeugsegmete werde besodere Herausforderuge a die Hochleistugsbremssysteme gestellt. Supersportwage mit Höchstgeschwidigkeite vo über 300 km/h mit moderster Retechik (Preis > 150,000 ) Luxuslimousie mit hoher Motorleistug ud städig steigede zulässige Gesamtgewichte aufgrud wachseder Komfort- ud Sicherheitsmerkmale (Preis > 70,000 ) Luxury Sports Utility Vehicle mit höchster Motorleistug ud zulässigem Gesamtgewicht auf Kleilasteriveau - Rewage fürs Geläde (Preis > 90,000 ) SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

5 Die abzubremsede kietische Eergie im Top-Fahrzeugsegmet steige bis auf 9 MJ a. Maximale kietische Eergie MJ VW Phaeto W12 9,44 Porsche Cayee Turbo 8,41 Mercedes SLR 7,11 Porsche GT2 6,58 Porsche Carrera GT 6,30 Mercedes CL 55 AMG F1 Limited Editio 5,30 SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

6 Im Marktsegmet der Supersportwage sid die meiste Premium Marke Automobilhersteller vertrete oder erwäge eie Markteitritt mit eue Modelle, die höchste Aforderuge a die Bremssysteme stelle. Maximale kietische Eergie MJ Mercedes SLR 7,11 VW Nardo W12 7,09 Porsche GT2 6,58 Porsche Carrera GT 6,30 Ferrari Ezo Ferrari* 6,09 Mercedes CL 55 AMG F1 Limited Editio 5,30 *geschätzt SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

7 Luxuslimousie erreiche heute Fahrleistuge, die dee vo Sportwage früherer Tage etspreche. Dadurch sid auch hier die zu beherrschede kietische Eergie sehr hoch. Maximale kietische Eergie MJ VW Phaeto W12 9,44 Audi A8 6.0 Tiptroic Quattro 6,10 Mercedes S 600 5,93 BMW 745 il 5,91 SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

8 Im eue Marktsegmet der Luxury Sports Utility Vehicle sid die Herausforderuge a die Bremssysteme ebefalls extrem, da exzellete Gelädegägigkeit mit de Fahrleistuge eies Sportwages kombiiert werde. Maximale kietische Eergie MJ Porsche Cayee Turbo 8,41 VW Touareg* 7,23 Mercedes ML 55 AMG 6,11 BMW X5 4.6 is 5,97 *geschätzt SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

9 Mit höhere Gesamtgewichte ud schellere Fahrzeuge steige die Aforderuge a Bremsscheibe ud -belag stark a. Mögliche Auswirkuge sid: Erhöhter Verschleiß Verzug durch thermische Überbeaspruchug, verschlechterte Komforteigeschafte (Heißrubbel) Bauteilversage (Risse) durch Thermoschock Fadig Zusätzlich stelle die Automobilhersteller immer höhere Aforderuge a die Lebesdauer, um die Serviceitervalle zu erhöhe oder Wartugskoste zu reduziere. SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

10 Vergleich der für Vollbremsuge otwedige Eergie ud Leistuge. kj Eergie Leistug kw ICE vo 330 km/h i 180 s (440 t) ( PS) Porsche GT2 vo 320 km/h i 9 s (1,6 t) 730 (1.000 PS) l Wasser i 5 mi zum Koche brige 1 (1,36 PS) 11 Radfahrer vo 60 km/h i 4 s (80 kg) 0,7 (1 PS) SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

11 INHALT Steigede Aforderuge a Hochleistugsbremssysteme Faserverstärkte Keramik als Atwort Serieeisatz vo faserverstärkte Keramik-Bremsscheibe Ahag SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

12 Nebe de Ceramic Matrix Composites (CMC) Werkstoffe basiere eie Vielzahl aderer Werkstoffe auf oxidierte Polyacrylitril (PAN) Faser. Oxidierte Faser Carbofaser CFK CFC CMC Abdeckvliese für Isolatiosteile im Automobil, hitzebestädige Schutzkleidug, Fireblocker für Flugzeugsitze Verstärkugsfaser ud elektrische Leiter für zahlreiche Aweduge Walze für Textilud Papieridustrie, Rötgeliege, Düse, Sportgeräte Flugzeugbremse, Halbleiterbauteile, Hochtemperaturofekompoete Fahrzeug- Bremsscheibe, Zugbremsscheibe, Raumfahrttechik CFK = Kohlestoffaserverstärkter Kuststoff CFC = Kohlestoffaserverstärkter Kohlestoff CMC = Kohlestoffaserverstärkte Keramik SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

13 Zur Herstellug vo Hochleistugs-Bremsscheibe wird der CMC Werkstoff C/SiC verwedet. C/SiC ist ei Carbofaserverstärktes Siliziumcarbid. Es besteht aus der Verstärkugskompoete Carbofaser sowie eier Si ud SiC Matrix. Für die Fahrzeug-Bremsscheibe wird die Kohlestoff-Kurzfaservariate verwedet. SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

14 SGL BRAKES ist weltweit der eizige Automobilzulieferer, der i Serie Carbo- Keramik-Bremsscheibe liefert. Harz + Carbofaser Mische Formgebug Härte Carboisiere Bearbeite Siliziere Schleife Der Formkörper wird im Presswerkzeug bei 150 C ausgehärtet ud stabilisiert das Bauteil. Aschließed wird bei 900 C carboisiert. Die im Porestruktur wird mit schmelzflüssigem Silizium bei über C ifiltriert. Das flüssige Silizium reagiert mit Kohlestoff zu Siliziumcarbid. Eie auf die Carbofaser aufgebrachte C-Schicht reagiert mit dem Silizium, so dass eie SiC-Schutzhülle um die Faser etsteht. Das etstadee C/SiC-Material behält dadurch seie Duktilität. Aufgrud seier hohe Härte lässt sich der Werkstoff aschließed ur mit Diamat-Werkzeuge bearbeite. SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

15 Idealerweise kombiiert der Bremsewerkstoff die positive Eigeschafte vo faserverstärkte Kohlestoffe ud moolithische Keramike. Eigeschafte vo kurzfaserverstärktem CFC Eigeschafte vo SiC-Pulverkeramik Zäh Spröde Gerige Festigkeit Sehr hohe Festigkeit Eigeschafte vo kurzfaserverstärktem C/SiC Duktil Hohe Festigkeit SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

16 Idealerweise kombiiert ei Bremsscheibewerkstoff die positive Eigeschafte vo faserverstärkte Kohlestoffe (hohe Schadestoleraz) ud moolithische Keramike. Carbofaserverstärkte Kohlestoffe (CFC) Moolithische Keramik Fasersteifigkeit > Matrixsteifigkeit Möglichst reies Material Faser sorgt für Steifigkeit ud Festigkeit Schwache Faser/Matrix-Bidug Risse i Matrix Feiste Korgröße Möglichst perfekte Korgreze Keie Risse oder Defekte Keie Pore Faserverstärkte Keramik Ceramic Matrix Composites (CMC) Fasersteifigkeit ~ Matrixsteifigkeit Faser sorgt für Schadestoleraz Schwache Faser/Matrix-Bidug Mikrorissstruktur Porosität Die Carbo-Keramik-Bremsscheibe beruht auf dem euartige Werkstoffsystem Ceramic Matrix Composites (CMC). SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

17 Idealerweise kombiiert ei Bremsewerkstoff die positive Eigeschafte vo faserverstärkte Kohlestoffe ud moolithische Keramike. Eigeschafte vo kurzfaserverstärktem CFC Eigeschafte vo SiC-Pulverkeramik Gerige Festigkeit Porös Miimale Wärmedehug Zäh Sehr hohe Thermoschockbestädigkeit Schlechte Oxidatiosbestädigkeit Gerige Verschleißfestigkeit Niedrige Dichte Hohe Festigkeit Dicht Mittlere Wärmedehug Spröde Mittlere Thermoschockbestädigkeit Hohe Oxidatiosbestädigkeit Sehr gute Verschleißfestigkeit Mittlere Dichte Eigeschafte vo kurzfaserverstärktem C/SiC Mittlere Festigkeit Gerige offee Porosität Miimale Wärmedehug Gute Zähigkeit Hohe Thermoschockbestädigkeit Hohe Oxidatiosbestädigkeit Sehr gute Verschleißfestigkeit Niedrige Dichte SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

18 Etscheided für das spätere Werkstoffverhalte der Bremsscheibe ist der Schutz der Carbofaser-Büdel währed des Herstellugsprozesses. Der Faserschutz erfolgt als erster Fertigugsschritt. C-Faser-Büdel Büdelstabilisierug Faserschutz Si fl >1420 C SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

19 Das Kurzfaser C/SiC zeichet sich durch eie Vielzahl hervorrageder typischer Werkstoffeigeschafte aus. Hohe Bruchzähigkeit ( %) Gerige Dichte (2.4 g/cm³) Hohe Härte Geriger Reibverschleiß Biegefestigkeite vo 50 bis 150 N/mm² Asteigede mechaische Eigeschafte mit zuehmeder Temperatur Gerige Wärmedehug (3 x 10-6 /K zwische RT ud 1200 C) Rissverzweigug durch Carbofaserverstärkug (Pullout Effekt) Hohe Thermoschockbestädigkeit Sehr gute Korrosiosbestädigkeit Hohe Wärmeleitfähigkeit SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

20 Die Werkstoffeigeschafte der Carbo-Keramik-Bremsscheibe beruhe auf der eizigartige Kombiatio der Vorteile vo moolithischer Keramik ud faserverstärkte Kohlestoffe. Riss-Stopp-Effekt durch Faserverstärkug Haarriss Si SiC Carbofaser- Büdel Carbofaser- Büdel SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

21 Die C/SiC-Werkstoffeigeschafte lasse sich durch die Wahl der Ausgags- Carbofaser awedugsspezifisch eistelle. Biegefestigkeit [MPa] Filz 3001 GSJ Filz Kurzfaser 1501 GSJ Gewebe 6010 GNJ 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Bruchdehug [%] SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

22 Berechug für das Beispiel eier iebelüftete Bremsscheibe (Æ 355/229 x 35 mm) Werte Eiheit Grauguß Stahl Al-MMC CFC C/SiC 100 C 0 C cp kj/kg*k 0,532 0,46 0,82 0,83 0,8 0,8 MOT RT cp kj/kg*k 0,65 0,58 0,85 1,6 1,45 1,45 MOT C Cp kj/kg ,4 382, Dichte kg/dm³ 7,25 7,8 2,85 1,8 2,45 2,45 Masse der Bremsscheibe kg 11,16 12,00 4,39 2,77 3,77 3,77 Wärmespeichervermöge je kj Bremsscheibe Wärmekapazität kj/dm³ SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

23 Die theoretisch mögliche MOT für C/SiC lasse sich aufgrud der Hitzeempfidlichkeit der adere Bremssystemkompoete (Bremsschläuche, Bremsflüssigkeit, Reife etc.) icht vollstädig ausutze. Durch die gerigere Dichte ist eie tedeziell größere Bremsscheibe sivoll. Beispiel für iebelüftete Bremsscheibe (Æ 355/229 x 35 mm) kj Wärmespeichervermöge Maximale Eisatztemperatur C je Bremsscheibe bei MOT im Fahrzeug 1617 Al-MMC Grauguß Stahl C/SiC CFC* 1200 *ur i Refahrzeuge SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

24 Der Vergleich der mechaische ud tribologische Eigeschafte der Carbo- Keramik-Bremsscheibe zeigt die deutliche Vorteile des Werkstoffes i der High-Performace Awedug. Beispiel für iebelüftete Bremsscheibe (Æ 355/229 x 35 mm) Masse kg 11,16 12,0 Lebesdauer km ,77 4, C/SiC Al-MMC Grauguß Stahl CFC Grauguß Al-MMC C/SiC Reibwert 0,55 Wärmedehug 10-6 /K 20 0,45 0,5 12 0,4 3,5 6 Al-MMC Grauguß CFC C/SiC C/SiC CFC Grauguß Al-MMC SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

25 C/SiC zeichet sich durch die ausgezeichete Thermoschockbestädigkeit (kei Versage durch Rissbildug) im Vergleich zu de adere Bremsscheibewerkstoffe aus. Maximale Temperaturdifferez bis zur Rißbildug bei spotaer Temperaturäderug R K Grauguß Al-MMC C/SiC CFC R 1 = Rm E*a Maximale Wärmestromdichte bei kostate Temperaturgradiete ohe Rißbildug R W/m R 2 = Rm * l E*a Grauguß Al-MMC C/SiC CFC SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

26 INHALT Steigede Aforderuge a Hochleistugsbremssysteme Faserverstärkte Keramik als Atwort Serieeisatz vo faserverstärkte Keramikbremsscheibe Ahag SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

27 Auf der IAA im September 1999 wurde die Porsche Ceramic Composite Brake mit SGL Bremsscheibe erstmalig dem Fachpublikum vorgestellt. Porsche 911 Turbo mit C/SiC Bremsscheibe i der PCCB (Porsche Ceramic Composite Brake) Leistug 420 PS Vo 0 auf 100 i 4,2 s Verzögerug mit 11,3 m/s² Bremsweg vo 240 km/h auf 0 liegt bei 200 m SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

28 Die Carbo-Keramik-Bremsscheibe wird vo Porsche seit Jui 2001 i der Serie eigesetzt. Bremssystem des Porsche 911 GT 2 Ausstattugsoptio im Porsche 911 Turbo seit Oktober 2002 Ausstattugsoptio im Porsche 911 Carrera 4S seit November 2002 SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

29 Die Vorteile vo Carbo-Keramik-Bremsscheibe komme im Porsche 911 GT2 voll zum Trage. 50% Gewichtsreduzierug ugefederter Masse gegeüber Grauguß-Bremsscheibe. Bei eiem Porsche GT 2 beträgt der Gewichtsvorteil 20 kg Die reduzierte rotierede ud ugefederte Masse verbesser die Lekbarkeit, die Strasselage sowie die Lebesdauer der Stoßdämpfer Korrosio a de Bremsscheibe tritt icht mehr auf Die hohe Verschleißfestigkeit erlaubt eie Lebesdauer vo ca km uter ormale Fahrbediguge im Gegesatz zu ca km mit eier Gussscheibe Durch de sehr gerige Wärmeausdehugskoeffiziete verziehe sich die Scheibe icht. Heißrubbel ud sog. Hot Spots trete icht mehr auf Speziell für C/SiC-Scheibe etwickelte Bremsbeläge habe eie bis zu doppelt so lage Lebesdauer wie Kovetioelle, ehme kei Wasser auf ud sid fadigstabil Der stabile ud hohe Reibwert des Bremssystems führt zu eiem frühe Aspreche der Bremse ud zu gerigere Pedalkräfte bei Stopp Bremsuge SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

30 Die Wahl des Reibschichtwerkstoffes hat eie etscheidede Eifluss auf Reibwertkostaz ud Lebesdauer der Bremsscheibe. Vergleich der Reibschichte Mercedes CL 55 AMG F1 ud Porsche 911 Turbo i AMS 8/2000 Bremsscheibe DaimlerChrysler AG Material SGL BRAKES GmbH Quelle: Auto, Motor ud Sport - Aug SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

31 Die Vorteile ergebe sich durch de Eisatz vo Reibschichte ud Oxidatiosschutz i der Carbo-Keramik-Bremsscheibe. Die Scheibe veräder ihre Oberflächerauhigkeit icht mehr Der Reibwert bleibt über die Lebesdauer stabil Der Reibbelagverschleiß bleibt über die Lebesdauer stabil Die Oxidatio der icht geschützte Reibfläche wird verrigert Die Reibschicht diet als Fahreridikator. Die Oberfläche verädert sich ab eier bestimmte Laufzeit derart, daß der Fahrer ud die Werkstatt eie Veräderug des Bremsverhaltes spüre bzw. sehe köe SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

32 Die Carbo-Keramik-Bremsscheibe erhöht die Performace i Sicherheit ud Fahrdyamik. "Sport-Segmet" Executive-Segmet" Kerihalte: Sicherheit + Performace Kerihalte: Sicherheit + Luxus Motivatio Ich begebe mich i Gefahr, also brauche ich zusätzliche Sicherheit Utermauerde Ihalte Lebesdauer Kosteaspekt Aspekt hochwertiges Material Positioierugsasatz Grudpositioierug: Sicherheit für sportliches Fahre Exklusive Sicherheit Motivatio Mei Fahrzeug ist zwar scho sehr sicher, aber für Sicherheit ist mir ichts zu teuer: ich will das beste! Utermauerde Ihalte Lebesdauer Iovative Techik SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

33 Aufgrud der westeuropäische Automobilproduktio vo 15 Millioe Pkw pro Jahr ergibt sich ei relevates Marktpotetial vo ca Fahrzeuge für die Carbo-Keramik-Bremsscheibe. Produktio Westeuropa % = Pkw Relevates Marktpotetial vo Pkw 96 % Nicht Relevat 4 % Relevat High ed Executive/ Sport Cars SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

34 Geschäftsmodelle - Marktpotetial ud Marktpeetratio Produktio Westeuropa % = Pkw Relevates Marktpotetial vo PkW Relevates Segmet = 4 % Middle Class City Cars Trasporter Cars Upper Middle Class SUVs Executive Sport Cars Cars Upper Class Tuig Cars High Ed Sport Cars Luxury SUVs Luxury Cars SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

35 Die Marktpeetratio der Carbo-Keramik-Bremsscheibe erfolgt über die Topsegmete der Premium Automobilhersteller. Luxus Fahrzeuge: (Maybach, Betley, Rolls Royce) Luxus Sports Utility Vehicles: (Porsche Cayee, BMW X5 4.6 is, Mercedes ML 55 AMG) High Ed Sportfahrzeuge: (Porsche 911 GT2 ud Carrera GT, Ferrari F60) Tuig Fahrzeuge: (BMW M6 ud M5, Mercedes AMG, Alpia, Audi RS6, S8, S6, S4) SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

36 INHALT Steigede Aforderuge a Hochleistugsbremssysteme Faserverstärkte Keramik als Atwort Serieeisatz vo faserverstärkte Keramikbremsscheibe Ahag SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

37 Die SGL CARBON Group ist seit Ede der 60er Jahre auf dem Gebiet der Verbudkeramike erfolgreich ud hat dieses Wisse brachespezifisch für die Automobilidustrie i der SGL BRAKES GmbH kozetriert Erste Pilotalage i Deutschlad für die Herstellug vo Carbofaser 1972 Begi der Etwicklug vo Carbofaser-Verbudwerkstoffe 1975 Erste Realisierug vo Carbo-Verbudwerkstoffe für die Raumfahrt 1987 Fertigug vo Schubableker für das Experimetalflugzeug X 31 aus Carbofaser- Verbudmaterial 1993 Fertigug vo Träger für Satellitespiegel aus Carbo-Keramik 1994 Beteiligug am BMFT-Forschugsprojekt für Eisebah-Bremsscheibe 1997 Fortführug der Etwicklug mit Korr Bremse mit großtechischer Ausrichtug zur Herstellug vo Carbo-Keramik-Bremsscheibe für Hochgeschwidigkeitszüge 1997 Start der Carbo-Keramik-Bremsscheibeetwicklug für die Porsche AG 2000 Erfolgreiche Erprobug der Carbo-Keramik-Bremsscheibe im Porsche 911 Turbo 2001 Grüdug der SGL TECHNOLOGIES GmbH 2001 Serieeisatz der Carbo-Keramik-Bremsscheibe beim Porsche 2001 Errichtug eier Fabrik zur idustrielle Fertigug der Carbo-Keramik-Bremsscheibe 2002 Grüdug der SGL BRAKES GmbH SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

38 C/SiC-Werkstoffe köe i eier Vielzahl vo Awedugsgebiete eigesetzt werde. Ballistischer Schutz Bremsscheibe Hochgeschwidigkeitszüge Pkw LKw Maschiebremse Fahrzeuge Militär Polizei Politik Diplomate Sicherheitstrasporter Schutzweste Zivil Militär Egieered Products Heizelemete Roste (Ölbadhärtug) Chargierplatte Trägergestelle Spiegelträgerplatte SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

39 Nebe de Fahrzeugbremse wird derzeit die Awedug vo C/SiC Bremsscheibe für Hochgeschwidigkeitszüge etwickelt. Bremsscheibe für Hochgeschwidigkeitszüge Gemeisame Etwicklug vo Bahbremsscheibe für Deutsche Bah ud SNCF mit dem Bremssystemhersteller Korr ud SAB WABCO. Der gerige Verschleiß ud die iedrige Dichte vo C/SiC ermögliche die Kostruktio eies Bremssystems mit drastische Gewichtseisparuge (über 5 t i eiem ICE2), lägerer Lebesdauer, weiger Wartug ud höherem Komfort für die ächste Geeratio wie dem ICE3, TGV ud Shikhase. Typische Abmessuge sid Æ 640 x 64 mm. Bei eier Vollbremsug aus 330 km/h werde bis zu 50 MJ Wärmeeergie je Bremsscheibe absorbiert. I Verbidug mit spezielle orgaische oder Siter-Beläge soll eie Lebesdauer vo 10 Jahre erzielt werde. SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

40 Die Herstellug vo großformatige Zugbremsscheibe (Æ 640 x 80 mm) mit eier Masse vo 35 kg stellt große Aforderuge a die Formgebug ud Silizierug. Iebelüftete ICE1 Achs-Bremsscheibe Vollscheibe für ICE1 im Dyamometer Test SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard

41 Asprechparter: SGL BRAKES GmbH Werer-vo-Siemes-Straße Meitige Telefo: 08271/ Fax: 08271/ Web: SGL BRAKES GmbH / Vortrag_Stadard