SHEET CAST Disc. Innovation durch Funktionsintegration. SHEET CAST TECHNOLOGIES GmbH Marie-Curie-Straße 6 D Ingolstadt

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1 SHEET CAST Disc Innovation durch Funktionsintegration Holger Lathwesen Geschäftsführer SHEET CAST TECHNOLOGIES GmbH Marie-Curie-Straße 6 D Ingolstadt Tel.: Fax.: Mail: holger.lathwesen@sheetcast.de 2012 SHEET CAST Technologies GmbH - All rights, especially the right of reproduction, distribution and translation, are reserved. No part of this document nor the associated files may be reproduced in any form or processed, reproduced or distributed by means of electronic systems without prior written permission from SHEET CAST Technologies GmbH.

2 Ausgangssituation einteilige Bremsscheibe Gegenwärtig sind noch 99 % aller Kraftfahrzeuge mit einteiligen Grauguss-Bremsscheiben ausgeführt. Diese neigen aufgrund ihrer einteiligen Bauweise, bei der der Reibring direkt an den Bremsscheibentopf angebunden ist und sich bei Erwärmung nicht ungehindert ausdehnen kann, zu thermischem Verzug. Diese, auch als Schirmung bezeichnete Verformung, kann zu einer ungleichmäßigen Abnutzung der Bremsscheibe führen. Das hierdurch verursachte Bremsrubbeln beeinträchtigt den Fahrkomfort erheblich. 2 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

3 Ausgangssituation einteilige Bremsscheibe Um die Schirmung der Bremsscheibenreibringe gering zu halten, werden die Reibbänder unterschiedlich dick ausgeführt oder die nichtangebundenen mit kalten Nasen versehen. Mit diesen Maßnahmen werden die thermomechanischen Spannungen nicht reduziert, sondern zusätzliche Gegenspannungen erzeugt! Diese führen wiederum zu einer Gewichtserhöhung. 3 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

4 Anforderungen u. Eigenschaftsprofil Die heute eingesetzten Verbundsysteme kombinieren einen Grauguss-Reibring mit einem Aluminium- Topf, welche über Verbindungselemente, zumeist radial verschiebbar, verbunden werden. Diese Systeme erfordern eine ungleichmäßige Massenverteilung im Reibring. Die dadurch entstehenden thermomechanischen Spannungen führen zum Verzug, dass Gewichteinsparpotential im Reibring ist gering. Die um ein vielfaches höheren Herstellungskosten verhindern einen Großserieneinsatz. 4 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

5 Anforderungen u. Eigenschaftsprofil Die heute eingesetzten Verbundsysteme kombinieren einen Grauguss-Reibring mit einem Aluminium- Topf, welche über Verbindungselemente, zumeist radial verschiebbar, verbunden werden. Diese Systeme erfordern eine ungleichmäßige Massenverteilung im Reibring. Die dadurch entstehenden thermomechanischen Spannungen führen zum Verzug, dass Gewichteinsparpotential im Reibring ist gering. Die um ein vielfaches höheren Herstellungskosten verhindern einen Großserieneinsatz. 5 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

6 Anforderungen u. Eigenschaftsprofil Andere Verbundsysteme kombinieren einen Grauguss-Reibring mit einem Aluminium-Topf, welche verschiebbar im Verbundguss hergestellt werden. Auch diese Systeme erfordern eine ungleichmäßige Massenverteilung im Reibring. Die thermomechanischen Spannungen führen wieder zum Verzug, das Gewichteinsparpotential im Reibring bleibt gering. 6 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

7 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz SC-Disc EVO 6.4 Das Entwicklungsziel war die Gewichts- und Performancevorteile mehrteiliger Bremsscheiben mit einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit zu kombinieren. Die Vision, gänzlich auf zusätzliche kostenintensive Bearbeitungsschritte verzichten zu können, wurde mit dem Ansatz radiale Elastizität anstatt radiale Verschiebung realisiert. 7 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

8 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz SC-Disc EVO 6.4 Durch die Integration von radialelastischen Stahleinlegern in den Sandkern, welcher in die Sandform eingelegt wird, konnte eine einzigartige und großserientaugliche Leichtbau-Verbundbremsscheibe entwickelt werden. Schon die SC-Disc mit Grauguss-Topf kombiniert die Gewichts- und Performancevorteile mehrteiliger Bremsscheiben mit einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit einteiliger Bremsscheiben. 8 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

9 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz Der Herstellungsprozess : (SC-Disc EVO 6.4) Nachdem die Einleger in eine Formhälfte automatisiert eingelegt und das Kernherstellungswerkzeug mit der anderen Formhälfte geschlossen wurde, kann der Kernsand eingeschossen werden. 9 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

10 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz Der Herstellungsprozess: (SC-Disc EVO 6.4) Der Sandkern mit seinen integrierten Einlegern wird in die Sandform eingelegt und umgossen. 10 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

11 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz Der Herstellungsprozess : (SC-Disc EVO 6.4) Durch die Bearbeitung werden die Gussverbindungen zwischen Reibring und Topf entfernt, die radialelastischen Einleger übernehmen ihre Funktion. 11 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

12 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz SC-Disc EVO 7.4 Bei der SC-Disc mit Aluminium-Topf können die Produktionskosten im Vergleich zu anderen, auf Verschiebung basierenden Verbundbremsscheiben mit Aluminium-Topf, halbiert werden; der Gewichtsvorteil ist konkurrenzlos. 12 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

13 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz Der Herstellungsprozess : (SC-Disc EVO 7.4) Nachdem die Einleger in eine Formhälfte automatisiert eingelegt und das Kernherstellungswerkzeug mit der anderen Formhälfte geschlossen wurde, kann der Kernsand eingeschossen werden. 13 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

14 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz Der Herstellungsprozess : (SC-Disc EVO 7.4) Der Sandkern mit seinen integrierten Einlegern wird in die Sandform eingelegt und umgossen. 14 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

15 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz Der Herstellungsprozess : (SC-Disc EVO 7.4) Das Reibring-Rohteil wird mit seinen Einlegern in eine Kokille eingelegt und mit Aluminium umgossen. 15 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

16 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz Der Herstellungsprozess : (SC-Disc EVO 7.4) Das ZSB-Rohteil wird bearbeitet und mit Oberflächenschutz behandelt. 16 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

17 Großserientauglicher Herstellprozess und hohe Kosten-Nutzen-Effizienz SC-Disc EVO 8.4 Eine für Hybrid- oder E-Fahrzeuge konzipierte Variante der SHEET CAST DISC kombiniert einen plasmabeschichteten Aluminium-Reibring mit einem Aluminium-Topf, welche beide in einem Guss hergestellt werden können. Durch die Aufbringung einer speziellen Beschichtung, welche den Wärmeeintrag in den Reibring regelt und die Reibbeständigkeit sicherstellt, können die Gewichtsvorteile heutiger Keramik-Bremsscheiben zu akzeptablen Herstellungskosten erreicht werden. 17 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

18 Potential bei NVH-Optimierung und Komfortsteigerung Die physikalischen Vorteile Durch die, dem Wärmestrom angepasste Massenverteilung, erreicht die SC-Disc eine deutlich gleichmäßigere Temperaturverteilung im Reibring als die einteilige Bremsscheibe. 18 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

19 Potential bei NVH-Optimierung und Komfortsteigerung Die physikalischen Vorteile Durch die gleichmäßige Temperaturverteilung reduzieren sich die Vergleichsspannungen erheblich. Ungewollte Verformungen des Reibrings werden minimiert, der Bremskomfort steigt. 19 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

20 Potential bei NVH-Optimierung und Komfortsteigerung Die physikalischen Vorteile Durch die gleichmäßige Temperaturverteilung reduzieren sich die Vergleichsspannungen erheblich. Ungewollte Verformungen des Reibrings werden minimiert, der Bremskomfort steigt. 20 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

21 Potential bei NVH-Optimierung und Komfortsteigerung Die physikalischen Vorteile Die SC-Disc ist aufgrund der Auslegung ihrer Einleger auf Zug- und Druckbeanspruchung nicht laufrichtungsgebunden. Durch geometrische Änderungen, Werkstoff oder freier Einspannlänge der Einleger kann eine NVH-Optimierung auch in einem spätem Entwicklungsstadium - vorgenommen werden. 21 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

22 Potential bei NVH-Optimierung und Komfortsteigerung Die physikalischen Vorteile Der Verformungsvergleich in radialer Richtung zeigt, dass sich die SC-Disc im Vergleich zu einer einteiligen Bremsscheibe fast doppelt so stark ausdehnen kann. Dies erklärt die deutlich geringeren Spannungen im Reibring und führt zu einer höheren Rissbeständigkeit. 22 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

23 Anwendungsbereiche heute und in der Zukunft Den größten Markt bietet die Kraftfahrzeugindustrie mit einem Jahresbedarf von ca. 500 Mio. Bremsscheiben. Mit der SC-Disc EVO 6.4 bzw. EVO 7.4 können heute bereits alle Fahrzeugklassen ab 16 ausgerüstet werden. Mit der SC-Disc EVO 6.4 WAVEFORM können erstmalig 14 /15 Hybrid-Bremsscheiben dargestellt werden. Hybrid- und E-Fahrzeuge können mit der SC-Disc 8.4 deutlich an Gewicht verlieren. 23 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

24 aktuelle Entwicklungen SHEET CAST Disc EVO 10.4 Wir entwickeln derzeit eine spezielle Bremsscheibe für Elektrofahrzeuge mit Außenläufer Radnabenmotoren. Die Bremsscheibe wird mit einem Tragring direkt an dem Motorgehäuse angebracht. Felge Bremsscheibe Achse Radnabenmotor 24 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

25 aktuelle Entwicklungen SHEET CAST Disc EVO 10.4 Vorteile dieser Lösung: Packageoptimierung -> bei gleicher Felge sind größere Bremsscheibendurchmesser möglich Massenreduzierung -> Entfall Bremsscheibentopf / Radnabe Reduzierung der Felgenverschmutzung 25 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,

26 aktuelle Entwicklungen Forschungsprojekt INNOBRAKE Derzeit wird mit der TU Bergakademie Freiberg und starken Partner aus der Industrie an der nächsten Baustufe der SCD EVO 6.4 gearbeitet. Dieses Verbundvorhaben wird über den Projektträger Jülich vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Wenn wir Ihr Interesse geweckt haben, freuen wir uns über Ihrer Besuch auf der HM 2012 lightweight SOLUTIONS AREA Halle 6, Stand B30 oder English Version: tinyurl.com/innobrake-en 26 Holger Lathwesen - Sheet Cast Disc Innovation durch Funktionsintegration,