Verbundforschungsprojekt BrakeClean - Produkt- und Prozessentwicklung für nachhaltige ("clean") Bremsen im Automobilbereich; Teilvorhaben DTS GmbH: Arbeitspaket AP 3 - Spanabhebender Bearbeitungsprozess für Aluminium-Sandwich-Bremsscheiben (AMC, MMC, MMC-coated)

Abstract

Das BMWE-geförderte Verbundprojekt BrakeClean adressiert die steigende Bedeutung nicht-abgasseitiger Partikelemissionen aus Bremsen sowie die höheren thermischen und korrosiven Anforderungen elektrifizierter Fahrzeuge. Ziel ist die Entwicklung, prototypische Fertigung und Validierung einer emissions- und verschleißarmen Aluminium-Sandwich-Bremsscheibe in den Varianten AMC, MMC und MMC-coated. Die DTS GmbH leitete das Arbeitspaket "Bearbeitungsprozess" und entwickelte die spanende Bearbeitung für die Hauptgeometrie sowie weiterer Vorder- und Hinterachsvarianten. Hierfür wurde 2023 am Standort Kaiserslautern eine WEISSER VERTOR ML-1R mit SmartTool und Druckbooster installiert und für die Bearbeitung qualifiziert. Von 2023 bis 2025 bearbeitete DTS rund 115 Aluminium-Bremsscheibenrohlinge und Fertigteile. Die geforderten Oberflächengüten wurden reproduzierbar erreicht bzw. übertroffen: Auf unbeschichteten Aluminium-Reibflächen wurden Ra ≈ 0,1 μm und Rz 0,5–1 μm erzielt. Bei beschichteten MMC-Reibflächen lagen die Werte bei Ra ≈ 0,25–0,4 μm und Rz 1,5–2,5 μm und damit unter der Mercedes-Vorgabe von Rz 3–3,5 μm. Die Bearbeitungsfolge OP10–OP40 wurde qualitätsgesichert auf einen stabilen Prototypenstatus gebracht. Ein wichtiges Projektergebnis betrifft AMC-Rohlinge aus ENA-Kokillenguss: Während 10 % SiC eine fehlerfreie Fertigung ermöglichten, führten 15 % und 20 % SiC aufgrund von Poren und Lunkern zu nicht wirtschaftlich bearbeitbaren Bauteilen. Der praktisch erreichbare SiC-Anteil im Gussverfahren liegt damit bei etwa 10 % und deutlich unter den über 35 Vol.-% der pulvermetallurgischen Sinterroute. Die entwickelte Bearbeitungstechnologie wird nach Projektende in das DTS-Standardportfolio übernommen. DTS plant die Verwertung seiner Bearbeitungs-, SmartTool- und Re-Use-Kompetenzen über Projekte mit Bremsenherstellern und OEMs. The BMWE-funded BrakeClean project addresses the growing relevance of non-exhaust particulate emissions from braking systems and the increased thermal and corrosion demands associated with electric vehicles. Its objective is the development, prototyping, and validation of a low-emission, low-wear aluminum sandwich brake disc in the material variants AMC, MMC, and MMC-coated. DTS GmbH led the Machining Process work package and developed the machining strategy for the main brake disc geometry and several front- and rear-axle variants. For this purpose, a WEISSER VERTOR ML-1R lathe equipped with a SmartTool system and pressure booster was installed and qualified at the Kaiserslautern site in 2023. Between 2023 and 2025, DTS machined around 115 aluminum brake disc blanks and finished discs. Required surface specifications were consistently achieved or exceeded. Uncoated aluminum friction surfaces reached Ra ≈ 0.1 μm and Rz 0.5–1 μm, while coated MMC friction surfaces achieved Ra ≈ 0.25–0.4 μm and Rz 1.5–2.5 μm, remaining below the Mercedes target of Rz 3–3.5 μm. The complete machining sequence from OP10 to OP40 was established as a stable, quality-assured prototype process. A key project finding concerned AMC castings produced by ENA permanent mold casting. While 10% SiC reinforcement enabled defect-free manufacturing, 15% and 20% SiC led to pores and shrinkage cavities, making further processing unreliable and uneconomical. The practical SiC limit for this casting route is therefore about 10%, significantly lower than the >35 vol.% SiC achievable through powder-metallurgical sintering. The developed machining technology will be integrated into the DTS standard portfolio. DTS plans to commercialize its machining, SmartTool, and re-use expertise through future projects with brake manufacturers and OEMs.