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Die Scheibenbremse
Die Scheibenbremse dient dazu, an einer Drehachse abgenommene kinetische Energie in Wärme umzuwandeln. Sie wird häufig in Fahrzeugen wie Personen- und Lastkraftwagen, Eisenbahnwagons im Personenverkehr (zum Beispiel im ICE), aber auch in Maschinen und Anlagen eingesetzt, um eine Bewegung abzubremsen oder eine Drehzahl zu reduzieren. Grundsätzlich besteht sie aus der Bremsscheibe und dem Bremssattel und dem Bremsträger, an welchem der Bremssattel befestigt wird. Der Brite Frederick Lanchester erhielt 1902 ein Patent auf die Scheibenbremse.
KonstruktionEine Scheibenbremse weist
eine auf der Nabe des Rades mitlaufende Bremsscheibe
auf, an die von beiden Seiten Bremsklötze
oder Bremsbeläge
gepresst werden. Diese sind im so genannten Bremssattel,
auch Bremszange, angebracht, der die Scheibe umspannt.
Grundsätzlich wird diese Bremsenvariante an einer
technisch sinnvollen Position am Radlagergehäuse
fixiert.
Im Gegensatz zu einer Festsattelbremse
benötigt die Schwimmsattelbremse
einen Bremsträger, der zunächst am Radlagergehäuse
angeschraubt wird. An diesem Träger wird dann
der Schwimmsattel befestigt. Bei der Festsattelbremse
ist das Gehäuse des Festsattels gleichzeitig
der Bremsträger. Das Auslösen der Bremse
erfolgt in der Regel durch Aktivierung eines Hauptbremszylinders,
der über ein Leitungssystem mit Hilfe einer inkompressiblen
Flüssigkeit Hydraulikflüssigkeit die Bremskolben
hydraulisch bewegt. Als Hydraulikflüssigkeit
dient eine spezielle, hochsiedende Bremsflüssigkeit.
Grundsätzlich wird zwischen Teil- und Vollscheibenbremsen
unterschieden: Entweder steht nur ein Teil oder die
gesamte Fläche der Scheibe als Reibfläche
zur Verfügung. Vollscheibenbremsen finden nur
wenig Anwendung, z.B. in Panzern oder Flugzeugen.
Je nach Konstruktion unterscheidet man zwischen Ein-
und Mehrkolbensätteln sowie zwischen Fest-
und Schwimmsattelbremsen: Einkolbensättel
haben nur einen Bremskolben, sie sind vor allem bei
PKW sowie kleinen motorisierten Zweirädern oder
bei Sportfahrrädern zu finden; diese Bauweise
bedingt einen Schwimmsattel. Bei Festsattelbremsen
ist der Sattel unbeweglich und Bremskolben befinden
sich auf beiden Seiten der Scheibe. Eine Festsattelbremse
hat also doppelt soviele Bremskolben wie eine Schwimmsattelbremse
und ist daher meist teurer.
Um den Anpreßdruck
gleichmäßiger über die Reibfläche
zu verteilen und die Betätigungskräfte
zu senken, werden teils mehrere Kolben pro Seite eingesetzt.
Bei Motorrädern, die i.a. keinen Bremskraftverstärker
besitzen, kommen daher meist 4-, bei Sportmodellen
aber auch 6- und 8- Kolben- Bremsen
zum Einsatz.
Schwimmsattelbremsen dagegen haben die Kolben nur
auf einer Seite der Scheibe, der beweglich aufgehängte
Sattel überträgt den Druck mechanisch auf
die andere Seite der Bremsscheibe: Vorteile sind geringere
Bauhöhe - die Bremse kann so besser platziert
werden - und die preiswertere Herstellung. Nachteil:
Größere Verwindung und dadurch ungenauerer
Druckpunkt. Hochwertige Bremsen für extreme Belastungen
sind in der Regel Festsattelbremsen, bei denen der
Sattel aus einem Teil gegossen wird. Sie werden zum
Beispiel in Sportmotorrädern und Sportwagen eingesetzt.
Generell hängt die maximale Bremskraft von den Reibwerten der verwendeten Materialien, der aktuellen Temperatur und dem Druck, mit dem die Bremsklötze auf die Scheibe gedrückt werden, ab. In der Praxis spielen auch Verunreinigungen wie Staub, Nässe oder Ölrückstände eine Rolle. Um eine Verzögerung der Bremsung durch Wasser und Schmutz auf der Bremsscheibe zu verhindern, werden bei modernen Personenwagen während der Fahrt die Bremsbeläge automatisch von Zeit zu Zeit an die Bremsscheibe angelegt, um die Schicht mit den Verunreinigungen zu entfernen.
BelüftungSo genannte Innenbelüftete Bremsscheiben bestehen aus zwei
Scheiben, die durch Stege miteinander verbunden sind. Damit wird
die Fläche zur Abgabe der Wärme
an die Luft vergrößert und durch die Zentrifugalkraft ein Luftstrom
erzeugt (Prinzip eines Radiallüfters). Dadurch wird die Gefahr nachlassender
Bremswirkung (Bremsfading) infolge steigender
Temperatur reduziert. Nachteil sind die größere Baubreite und
benötigte Festigkeit des Bremssattels und das höhere Gewicht,
das die ungefederten Massen erhöht.
Bremsscheiben für höhere
Ansprüche, z. B. bei Sportwagen, sind
häufig auch gelocht,
das heißt, sie sind mit kleinen Bohrungen in
der gesamten Fläche versehen. Dies hat einen
positiven Effekt auf das Ansprechverhalten bei Nässe,
da sich zwischen Bremsklotz und Bremsscheibe kein
Dampfdruck durch das verdampfende Wasser aufbauen
kann. Die thermischen Spannungen
im Material durch den Wärmeeintrag bei einer
Bremsung sind damit besser beherrschbar als bei Vollscheiben.
Dieser Vorteil wird allerdings mit einem erhöhtem
Belagverschleiß erkauft.
Durch die Kompressibilität des Belages (vor allem
bei hohen Temperaturen) wird der Bremsbelag an den
Bohrungen stärker abgerieben als es bei ungelochten
Bremsscheiben der Fall wäre.
Sog. geschlitzte Bremsscheiben
haben schräg nach aussen (bei Vorwärtsfahrt)
verlaufende Nuten auf der Scheibenoberfläche
eingearbeitet, um zum einen eine bessere Belüftung,
zum anderen einen verbesserten Abtransport von Nässe
und Bremsbelagabrieb zu
gewährleisten. Es sind sowohl rein geschlitzte
als auch eine Kombination aus geschlitzten und gelochten
Bremsscheiben im Einsatz.
In hochmotorisierten und hochpreisigen PKW der Luxus-
und Sportwagenklasse werden inzwischen Bremsscheiben
aus Carbon-Keramik, einer
speziellen Variante der keramischen Faserverbundwerkstoffe
angeboten. Sie haben durch geringeren Verschleiß
und bessere Korrosionsbeständigkeit
eine höhere Lebensdauer
und zeigen stabile Bremswerte, da bei steigender
Betriebstemperatur die Bremsleistung kein Fadingverhalten
zeigt. Wegen des im Vergleich zu Metallscheiben um
40% reduzierten Gewichtes sind
bei den Fahrzeugen die ungefederten Massen der Räder
kleiner, wodurch das Fahrverhalten verbessert wird.
Die höheren Betriebstemperaturen, die die Scheiben
problemlos vertragen, sind begrenzt durch in der Nähe
befindliche Stoffe wie zum Beispiel Reifen und Bremsflüssigkeit.
Ein ähnliches Material, nämlich mit Kohlenstofffasern
verstärkter Kohlenstoff (Werkstoff C/C), wird
als modernes Bremsscheibenmaterial schon länger
wegen seines geringeren Gewichtes in Bremsscheiben
von Passagierflugzeugen und im Automobilrennsport
eingesetzt. Das C/C-Material zeigt allerdings erst
nach kurzer Ansprechzeit eine gute Bremsleistungen,
wenn nämlich durch die Erhitzung die Feuchtigkeit
auf der Oberfläche entfernt worden ist. Feuchtigkeitshaltige
Kohlenstoffoberflächen zeigen (Grafit dient als
Trockenschmiermittel) nur geringe Reibungskoeffizienten.
Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Scheibenbremse