Scheibenbremse
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
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. Der Brite Frederick Lanchester erhielt 1902 ein Patent auf die Scheibenbremse.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Konstruktion
Eine 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. Die Aktivierung der Bremse erfolgt häufig hydraulisch mit Hilfe von Bremskolben.
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.
[Bearbeiten] Belüftung
So 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.
[Bearbeiten] Moderne Werkstoffe
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 Reibkoeffizienten.
