Feinstaubemissionen – das Dauerthema des 21. Jahrhunderts

Der Emission von Treibhausgasen und Feinstäuben wird mit der aktuellen Norm Euro 7 ein neuer Standard gesetzt. Um die in dieser Norm vorgegebenen Richtwerte von lediglich 7 mg/km Bremspartikel einzuhalten, wird in diesem Projekt ein innovativer Ansatz verfolgt, um die emittierten Feinstaubpartikel von KFZ-Bremsanlagen zu reduzieren.

Untersuchungen haben ergeben, dass die Partikelemissionen von Bremsanlagen bei Bremsscheibentemperaturen oberhalb von circa 150°C sprunghaft ansteigen. Die Erhöhung beträgt hierbei über 50 Prozent. Eine Reduzierung der Bremsscheibentemperatur führt dementsprechend auch zu einer Reduzierung der emittierten Partikel, besonders wenn die Bremsscheibentemperatur unterhalb von 150°C gehalten werden kann.

Der in diesem Projekt gewählte Lösungsansatz ist, dass durch die Nachrüstung einer additiv gefertigten Bremsenkühlung die kühlere Umgebungsluft aus der Luftströmung am Unterboden des Fahrzeugs als Kühlmittel verwendet wird. Hierfür soll ein Bauteil in Leichtbauweise entwickelt werden, das eine trichterförmige Öffnung unterhalb des Fahrzeuges nahe des Reifens besitzt und über einen möglichst widerstandsarmen Strömungskanal die Luftströmung auf verschiedene Stellen an der Bremsscheibe umlenkt. Herausforderungen des Projekts sind, den zur Verfügung stehenden Bauraum des Radkastens zu nutzen, um eine möglichst optimale Luftführung zu entwickeln. Da die Bauweise innerhalb eines Radkastens in der Regel schon kompakt ausfällt und sich im Fahrprozess kontinuierlich ändert, muss mit unregelmäßigen Freiformen gearbeitet werden.

Das übergeordnete Ziel des Projektes ist es, die Temperatur und die damit verbundenen Partikelemissionen in der Bremsanlage so gering wie möglich zu halten. Aufgrund der Komplexität der Aufgabe können daraus unterschiedliche Teilziele formuliert werden. Diese sind:

• Zum einen die Entwicklung einer optimalen Strömungsführung und Analyse der optimalen Anströmstrategie.
• Zum anderen ist ein möglichst geringes Bauteilgewicht gefordert, damit die Fahrzeugmasse nicht unnötig erhöht wird und somit durch die Abgasemissionen mehr Feinstaub emittiert wird.

Zur Erreichung dieser Ziele werden Optimierungsalgorithmen sowie numerische Simulationen verwendet, um die Einflüsse verschiedener Änderungen zu untersuchen. Anschließend müssen experimentelle Daten erhoben werden, um die Projektergebnisse zu verifizieren. Hierfür werden Versuche auf einem Bremsenprüfstand durchgeführt sowie ein Sensorsystem für die Ermittlung realer Daten aus Testfahrten entwickelt.