Particulate matter emissions from dry-running friction systems in vehicles

Abstract

Zusammenfassung 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. Die 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.