Keramik-Bremse

Keramik für die Bremse der Zukunft

Im neuen 911er Turbo stellt Porsche eine neu entwickelte Keramikbremse von. Neben vielen technischen Highlights kommt damit in diesem Sportwagen weltweit erstmals eine Keramik-Verbundbremsscheibe serienmäßig zum Einsatz. Und auch Mercedes-Benz testet den Werkstoff im Supersportwagen SLR.

Hat die herkömmliche Bremsscheibe ausgedient?

Herkömmliche Bremsscheiben aus Grauguss besitzen ausgewogene Eigenschaften: Festigkeit, Wärmespeicher- und Wärmeleitfähigkeit. Dazu sind sie noch sehr billig in der Herstellung. Andererseits stoßen sie im Segment der Hochleistungssportwagen an ihre Grenzen, wie Heißrubbeln, Fading, Korrosion, hohes Gewicht und beschränkte Lebensdauer zeigen.

Aus diesen Gründen ist als Alternative der Werkstoff Keramik im Bremsenbereich neuerdings heiß diskutiert: Keramik allein ist allerdings für ein sicherheitsrelevantes Bauteil inakzeptabel und so versuchen die Ingenieure keramische Materialien zu verstärken. Eine faserverstärkten Keramik gilt als aussichtsreichster Werkstoff für die Bremsscheibe der Zukunft.

Verschiedene Keramikmixes wurden untersucht

Schon seit Jahren werden keramikhaltige Materialien auf den Teststrecken der Autohersteller erprobt: “MMC” (Metal Matrix Composite) als partikelverstärktes Aluminium, “C/C” (Carbon/Carbon) als kohlefaserverstärkter Kohlenstoff und “CMC” (Ceramic Matrix Composite) als faserverstärkte Keramik. Als aussichtsreichster Hightech-Werkstoff für den Bremsenbereich gilt die Verbundkeramik CMC.

Sie besteht aus siliziertem Verbundmaterial: Faserbündel werden mit Füllmittel und Bindemittel gemischt, warm gepresst und mit flüssigem Silizium infiltriert. Die Vorteile gegenüber Bremsscheiben aus Grauguss liegen im geringen spezifischen Gewicht von 2,2 statt 7,1 Gramm pro Kubikzentimeter. Bremsenquietschen gehört der Vergangenheit an, da der Dämpfungsfaktor zehnmal größer ist. Außerdem reduziert ein sehr geringer Ausdehnungskoeffizient das so genannte Heißrubbeln.

Mercedes-Keramikbremse im SLR

Mercedes-Benz testet die mit Kohlenstofffasern verstärkte Keramik-Bremsscheibe im Supersportwagen SLR. Die Resonanz nach ersten Fahrten: Das Ansprechverhalten auch bei Nässe und die gebotene Verzögerung überzeugten ohne Vorbehalte.

Die Nase vorn hat aber wohl Porsche, jedenfalls wenn es um den Serieneinsatz geht: Als erster Automobilhersteller baut Porsche die Keramik-Verbundbremsscheibe schon im Spätherbst im neuen 911er Turbo ein. Damit wollen die Ingenieure von Porsche einen völlig neuen Standard in der Bremsentechnologie setzen, im Bereich Ansprechverhalten, Fadingstabilität, Gewicht und Lebensdauer. Das neue System heißt “PCCB“ (Porsche Ceramic Composite Brake) und basiert auf einer Carbon-Matrix, Graphit und Silizium.

Porsche Turbo mit Keramikbremse in Serie

Mehr als 50 Prozent leichter als herkömmliche Bremsscheiben – bei etwa gleichem Durchmesser – bedeutet praktisch 20 Kilogramm weniger Fahrzeuggewicht bei einem 911er. Während zahlreicher Testrunden im Porsche-Forschungszentrum Weissach soll das neue Bremsen-System “ein absolut mustergültiges Verhalten“ gezeigt haben. Kombiniert mit einem ebenfalls völlig neuen Bremsbelag aus einem Metall-Verbundwerkstoff, dessen Mixtur aber noch geheim gehalten wird, zeigte die Keramik-Bremsscheibe laut Porsche-Experten “sehr hohe und vor allem konstante Reibwerte während der Verzögerung“.

Lange Lebensdauer für Bremsscheibe und -beläge

Und auch die Betriebstemperatur – bei Metall-Bremsscheiben ein entscheidender Faktor für den Bremsweg – spielt kaum noch eine Rolle: Weder im kalten noch im heißen Zustand machten Bremsscheibe oder -belag schlapp. Im Gegenteil: Durch den äußerst geringen Abrieb wird sie zur “life-time”-Scheibe, bei einer Lebenserwartung von etwa 300.000 Kilometern. So sensationell wie die Bremsscheibe sollen auch die entsprechenden Bremsbeläge sein, deren Kilometerleistung etwa doppelt so hoch sein soll wie bei herkömmlichen. Preis: etwa 15.000 DM.

Neue Werkstoffe für Bremsen in der Übersicht

Neue Bremsenwerkstoffe sind viel versprechend, haben aber nicht immer eine Zukunft. Die Bremsscheibe aus AI MMC etwa besteht aus bis zu 30 % Keramikpartikeln, hat eine geringe Dichte und eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Sie eignet sich nach Ansicht der Experten von DaimlerChrysIer für kleine, leichte Sportwagen. Anders der kohlefaserverstärkte Kohlenstoff (C/C), der auch in ICE-Bremssystemen eingesetzt wird. Seine Temperaturstabilität liegt bei 2000 Grad Celsius. Dieses System ist allerdings teuer. Außerdem haben sie Probleme mit tiefen Temperaturen. So gilt die faserverstärkte Keramik-Bremsscheibe CMC als Bremse der Zukunft.