Umweltschutzbremse Datengetriebene Produktion sorgt für emissionsarme Bremsscheibe

Um die Feinstaubbelastung im Verkehrssektor deutlich zu reduzieren, sollen neue Pkw-Modelle ab dem kommenden Jahr mit emissionsarmen Bremssystemen ausgestattet werden. Auf der EMO ist zu sehen, wie das geht.

Damit die Fertigungsindustrie die Vorgaben der EU zu umweltschonenden Bremssystemen erfüllen konnte, war ein Technologiesprung nötig, der nur mithilfe von innovativen Materialien und Verfahren, neuartigen Werkzeuge und Maschinen sowie digitaler Vernetzung in der Produktion gelingen konnte. Davon profitieren am Ende womöglich alle – also nicht allein der Umwelt- und Gesundheitsschutz – wenn weniger Feinstaubpartikel in der Atmosphäre schweben. Die von europäischen Herstellern dafür favorisierte mit Hartstoff beschichtete Bremsscheibe ist auch noch wirkungsvoller, korrosionsbeständiger und hält damit ein Autoleben lang. Sie ist aber auch teurer und bisher mehr in Luxusfahrzeugen zu finden. Die ersten Produktionslinien für die neuen Bremsscheiben werden zurzeit in der Fahrzeugindustrie eingerichtet. Bei hartstoffbeschichteten Bremsscheiben bedeutet das, dass gedrehte Gussbremsscheiben durch Laserauftragsschweißen oder auch Kaltgasspritzen nebst anschließendem sogenanntem Doppelseiten-Planschleifen bearbeitet werden. Während der erste Teil der Prozesskette noch auf bewährten Systemen aufbauen kann, unterscheidet sich das Laserauftragsschweißen mit dem anschließenden Schleifvorgang jedoch gravierend von bisherigen Verfahren. Es muss als dazugelernt werden.

Eher geht die Schleifscheibe zu Bruch ...

Bearbeitet werden nämlich moderne, in eine Metallmatrix eingebettete Carbide, die beinahe die Härte von Diamant erreichen. Wie sie verarbeitet werden, erläutert im Rahmen der EMO 2025 das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) aus Dresden. Demnach wird das Carbid-Metallpulver über ein maßgeschneidertes Pulverdüsensystem gemischt und per Laser auf die rotierende Bremsscheibe aufgebracht. Entscheidende Kostenvorteile ergeben sich durch das Verfahren selbst, die eingesetzten Pulverwerkstoffe sowie durch die erzielbaren geringen Schichtdicken, erläutert René Bischoff, Entwicklungschef beim ebenfalls in Dresden ansässigen IKTS-Technologiepartners C4 Laser Technology. Anders gesagt: Mit dem Laser lässt sich eine sehr dünne, harte Schicht auftragen. Allerdings stellt die Härte derselben die abschließende Schleifbearbeitung vor gewisse Hürden, was bereits die ersten Bearbeitungstests bei Schleifmaschinenherstellern zeigten. Denn die üblichen Schleifscheiben wurden dabei buchstäblich zerrissen, heißt es. Das Dumme: Die harte Schicht wurde von der Schleifscheibe auch noch kaum beeindruckt. Immerhin zeigt sich, dass die neue Art von Bremsscheibe tatsächlich wenig Feinstaub erzeugt. Und weil es bei den verschiedenen Tochterunternehmen der auf Oberflächenbearbeitung ausgerichteten DVS Group für jeden Prozessschritt Spezialisten und geeignete Werkzeugmaschinen gibt, schloss sich ein intensiver, technologieübergreifender Austausch an. Es galt, ein gemeinsames Prozessverständnis zu entwickeln, um herauszufinden, welche Kombination aus Beschichtung, Schleifscheibe und Motorspindelleistung am besten passt, damit sich die gewünschten Geometrie- und Oberflächeneigenschaften der Bremsscheiben erreichen lässt.

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Moderne Bremsscheibenfertigung braucht Digitalisierung

Erschwert wurde die Entwicklung und sorgfältige Abstimmung entlang der Prozesskette dadurch, dass es auch bei der neuen Beschichtung unterschiedliche Varianten und Hersteller gibt. Und bereits in der frühen Phase der Entwicklung wollten die Kunden auch noch alles dokumentiert haben, so die DVS Group. Immerhin handelt es sich ja bei einer Bremsscheibe um ein sicherheitskritisches Bauteil für den Insassen- und Personenschutz, an das hohe Qualitätsansprüche gestellt werden. Auch verfolgt jeder Fahrzeughersteller seine eigene Philosophie, hat klare Vorstellungen davon, wie die Bremsscheiben aussehen und wie sich das Fahrzeug beim Bremsvorgang anfühlen muss. Bei der GVS Group ist man deshalb überzeugt, dass es ohne digitalisierte Prozessketten kaum noch möglich ist, individuelle Produktvorgaben und -änderungen sowie die ständig steigenden Anforderungen an die Dokumentation wirtschaftlich umzusetzen. Das gelte gerade auch im Hinblick auf die EU-Richtlinie CSRD (Corporate Sustainability Reporting Directive) zur umfassenden Nachhaltigkeits-Berichterstattung.

Deutlicher Mehrwert durch Datenerfassung

„Die Maschinenhersteller haben bei der Digitalisierung vorgelegt“, sagt Irina Eisele, Lead IoT Product Development bei der Emag Group aus Salach in Baden-Württemberg. Viele Werkzeugmaschinen werden nämlich bereits ab Werk mit umfangreicher Sensorik und Monitoringsystemen ausgestattet. Eisele hatte auf der jüngsten Schleiftagung in Stuttgart-Fellbach über die digitale Vernetzung entlang der Prozesskette am Beispiel hartstoffbeschichteter Bremsscheiben referiert. Die Spezialistin für IoT (Internet of Things) stellte dabei einen ganzheitlichen Ansatz zur werkstückbezogenen Erfassung und Archivierung von Prozessdaten vor, die aus unterschiedlichen Fertigungsschritten und –technologien stammen. Egal ob Fertigungsparameter (etwa Laserleistung und Pulverförderrate), Sensordaten zu Schichtdicken und Bauteilgeometrie oder Prozessdaten wie Schleifmaschinenverschleiß pro Werkstück: Daten bilden die Grundlage, um Werkzeuge und Prozessparameter gezielt optimieren zu können, macht die Expertin klar.

Die Maschinenhersteller unterstützen die Anwender dabei mit Hard- und Software für Datentransfer und Dokumentation. Und mithilfe eines Industrie-PC werden Maschinensteuerungen und Sensorik über geeignete Schnittstellen mit dem Unternehmensnetzwerk verbunden. Die Software sammelt die Daten, ordnet sie zu und analysiert sie. Werkstückspezifische Daten lassen sich für die Dokumentation aufzeichnen oder visualisieren – etwa um Gut- und Schlechtteile zu vergleichen. Der deutliche Mehrwert für den Anwender heiße Transparenz. Denn der Systemblick erleichtert Qualitätssicherung und Nachverfolgbarkeit, so Eisele. Das sei besonders bei sicherheitskritischen Bauteilen wie der Bremsscheibe, bei der die Bearbeitungshistorie penibel zu dokumentieren sei, ein unschätzbarer Vorteil.

Unternehmen sollen stärker auf Daten vertrauen

Die immensen Vorteile digitaler Prozessketten inspirieren Maschinenhersteller genauso wie wissenschaftliche Institute, heißt es weiter. Zum Ausdruck komme dies auch auf der EMO Hannover 2025, der Weltleitmesse der Produktionstechnologie, die der VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken) vom 22. bis 26. September wieder in der niedersächsischen Landeshauptstadt veranstaltet. Auf einer eigens eingerichteten AI + Digitalization Area (AI = Artificial Intelligence, zu Deutsch künstlichen Intelligenz) werden sich Unternehmen dann mit „Best Practice“-Beispielen präsentieren. Das Spektrum reicht dabei von smarter Produktion, Industrie 4.0 und Machine Learning (ML) bis hin zu IoT und KI-Applikationen. „Wir sollten stärker auf Daten vertrauen“, fordert Eisele mit Blick auf das Event. Denn durch die Digitalisierung sei einfach besser zu verstehen, welche Stellschrauben wie wirken. Anwender könnten so auf Produktveränderungen und neue Marktanforderungen schneller reagieren. Im Fall der hartstoffbeschichteten Bremsscheibe dürfte sich das auch künftig als besonders nützlich erweisen. Und nicht nur bei Emag stehen als nächstes Bremsscheiben für Lkw und Schienenfahrzeuge auf dem Programm. Schließlich möchte auch in Bahnhöfen niemand in Bremspartikelwolken stehen.

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