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Scheibenbremsen sind das am weitesten verbreitete Bremssystem in modernen Fahrzeugen. Sie bieten eine hohe Bremsleistung, gute Wärmeableitung und sind einfacher zu warten als Trommelbremsen. Ursprünglich im Rennsport eingesetzt, haben sie sich mittlerweile in fast allen Fahrzeugklassen durchgesetzt.
Aufbau einer Scheibenbremse
Eine Scheibenbremse besteht aus mehreren zentralen Komponenten, die gemeinsam für die Verzögerung des Fahrzeugs sorgen.
Bremsscheibe
Die Bremsscheibe ist das zentrale Bauteil der Scheibenbremse. Sie ist direkt mit der Radnabe verbunden und rotiert mit dem Rad. Beim Bremsen wird sie durch die Bremsbeläge beidseitig in die Zange genommen, wodurch Reibung und damit Verzögerung entsteht.
Bremsscheiben gibt es in verschiedenen Varianten:
- Vollscheiben: Einfacher Aufbau, meist in älteren Fahrzeugen oder hinten eingesetzt.
- Gelochte und geschlitzte Scheiben: Bessere Wärmeableitung, reduziert Fading.
- Innenbelüftete Scheiben: Zwei Scheiben mit Zwischenräumen zur besseren Kühlung. Der Standard für PKW Vorderachsen
- Keramik-Carbon-Scheiben: Hochleistungsscheiben mit extrem hoher Temperaturbeständigkeit und langer Lebensdauer. Werden in Sportwagen und Motorsport eingesetzt.
Bremssattel
Der Bremssattel ist die Halterung für die Bremsbeläge und den Kolben. Er umfasst die Bremsscheibe und drückt die Beläge gegen diese. Es gibt zwei Haupttypen:
- Festsattel: Zwei oder mehr Kolben auf beiden Seiten der Scheibe. Wird meist bei Hochleistungsbremsen verwendet.
- Schwimmsattel: Ein beweglicher Sattel mit einem Kolben, der beide Beläge gleichzeitig anpresst. Günstiger in der Herstellung.
Bremsbeläge
Die Bremsbeläge bestehen aus einem Reibmaterial und einer Trägerplatte. Sie sind die Hauptverschleißteile der Scheibenbremse und müssen regelmäßig ersetzt werden.
Je nach Fahrzeugklasse und Anforderungen gibt es verschiedene Belagmischungen:
- Organische Beläge: Weich, leise, aber schnellerer Verschleiß.
- Halbmetallische Beläge: Gute Mischung aus Haltbarkeit und Bremskraft.
- Keramik-Beläge: Wenig Abrieb, hohe Standzeit, aber teuer.
Bremskolben und Hydrauliksystem
Der Bremskolben wird durch Bremsflüssigkeit hydraulisch bewegt und drückt die Beläge gegen die Scheibe. In modernen Fahrzeugen ist er oft mit elektronischen Systemen wie ABS und ESP verbunden.
Handbremsmechanismus
Bei Scheibenbremsen wird die Handbremse meist über eine mechanische Vorrichtung im Bremssattel realisiert oder durch eine separate Trommelbremse in der Radnabe ergänzt.
Bei der Vorrichtung im Bremssattel handelt es sich um eine Gewindespindel, welche durch einen Hebel an der Rückseite in Drehung versetzt wird. Durch die Gewindesteigung wird der Bremskolben an die Bremsklötze gepresst. Aus diesem Grund muss beim Belagwechsel, beim zurück drücken des Kolbens, dieser auch immer gleichzeitig gedreht werden. Er wird dann quasi zurück geschraubt.
Damit sich der Kolben beim betätigen der Feststellbremse nicht mit dreht, sind auf dessen Außenseite, dem so genannten Kolbenboden, mehrere Einkerbungen. In diese müssen die Erhöhungen der Bremsklötze greifen, um den Kolben zu arretieren.
Beim zurück drehen der Kolben ist Vorsicht geboten. Verwendet man das falsche Werkzeug, mit der falschen Gewindesteigung, kann man schnell den Sattel zerstören. Damit das nicht passieren kann, gibt es spezielle Kolben-Rückstellwerkzeuge, welche mit Druckluft arbeiten. Die Druckluft übt einen gleichbleibenden Druck auf den Kolben aus, während man ihn dreht. Dadurch gleitet dieser langsam zurück.
Funktionsweise einer Scheibenbremse
Beim Betätigen des Bremspedals wird Druck in der Bremsleitung aufgebaut. Dieser Druck bewegt den Kolben im Bremssattel, der die Bremsbeläge gegen die Scheibe presst. Durch die Reibung zwischen Belägen und Scheibe wird das Rad verzögert.
Die Bremskraft ist dabei direkt proportional zur aufgebrachten Pedalkraft, was eine gleichmäßige Dosierung ermöglicht.
Ein großer Vorteil der Scheibenbremse gegenüber der Trommelbremse ist die bessere Wärmeableitung. Die offene Bauweise erlaubt eine effiziente Kühlung, wodurch die Bremsleistung auch bei längeren Bremsvorgängen stabil bleibt und ein so genanntes „Fading“ vermindert wird. Das Bremsfading beschreibt das Nachlassen der Bremswirkung mit steigender Temperatur. Das führt dazu das bei langen Bremsvorgängen der Bremsdruck immer weiter erhöht werden muss, was einen gleichmäßigen, präzisen Bremsvorgang erschwert.
Vor- und Nachteile der Scheibenbremse
4.1 Vorteile
✔ Bessere Kühlung: Die offene Bauweise verhindert Hitzestau und reduziert Fading.
✔ Konstante Bremsleistung: Keine Selbstverstärkung wie bei Trommelbremsen, daher gleichmäßiges Bremsverhalten.
✔ Einfachere Wartung: Bremsbeläge sind leichter zu wechseln als bei Trommelbremsen.
✔ Bessere Dosierbarkeit: Bremskraft kann feiner abgestimmt werden.
Nachteile
✖ Höherer Verschleiß: Bremsbeläge und Scheiben nutzen sich schneller ab.
✖ Teurer in der Herstellung: Aufwendiger als Trommelbremsen.
✖ Verminderte Leistung bei Nässe: Wasser kann sich zwischen Belag und Scheibe sammeln, bis es verdrängt wird.
Wartung und Reparatur von Scheibenbremsen
Bremsbelagverschleiß kontrollieren
Bremsbeläge sollten regelmäßig geprüft und bei Unterschreitung der Mindestdicke ersetzt werden. Viele Fahrzeuge haben Verschleißsensoren, die eine Warnung im Cockpit anzeigen.
Bremsscheiben auf Riefen und Verzug prüfen
Tiefe Rillen oder bläuliche Verfärbungen deuten auf übermäßige Hitzeentwicklung hin. Starke Vibrationen beim Bremsen können auf verzogene Scheiben hindeuten.
Auch die Mindestdicke der Bremsscheiben sollte niemals außer Acht gelassen werden, denn nicht nur der Bremsklotz nutzt sich im Laufe der Zeit ab. Auch die Bremsscheibe wird immer dünner und verliert somit auch an Stabilität. Im schlimmsten Fall könnte diese dann sogar weg brechen, was einen sofortigen Totalausfall der Bremse, am betroffenen Rad, verursachen würde.
Die Mindestdicke einer Bremsscheibe wird immer vom Hersteller, in den Produktdetails angegeben. Sie ist für gewöhnlich auch auf der Bremsscheibe selbst eingeprägt. Diese Einprägung findet man entweder auf dem äußeren Rand der Scheibe, oder an der Seite des „Hubs“, also der Erhöhung in der Mitte, in welcher die Radnabe steckt.
Führungsbolzen schmieren
Festgegangene Führungsbolzen können die Bremsleistung mindern. Daher sind sie bei jedem Wartungsarbeiten an der Bremse immer zu reinigen und neu zu schmieren. Eine intakte Gummimanschette hilft dass das Fett am Bolzen und das Wasser draußen bleibt. Ist diese beschädigt, kann sich der Führungsbolzen im Sattelträger fest setzen. Die Bremse würde dann dauerhaft schleifen und überhitzen. Dadurch verglast die Oberfläche der Klötze und die Bremsscheiben verlieren ihre Festigkeit. Das kann man dann auch an einer blauen Verfärbungen erkennen. Eine einmal überhitzte Scheibenbremse kann nicht weiter verwendet werden, da sie keine gleichmäßige Bremswirkung mehr hat, und muss komplett erneuert werden.
Bremssattel auf Funktion prüfen
Auch der Kolben im Bremssattel selbst kann sich mit der Zeit fest setzen. Entlang der schützenden Gummimanschette kann Wasser und Dreck eindringen, insbesondere dann wenn diese beschädigt ist. Es würde sich Korrosion bilden, wodurch die Freigängigkeit eingeschränkt wäre und der Dichtring zwischen Sattel und Kolben Schaden nehmen würde.
Der Dichtring zwischen Sattel und Kolben hat eine Doppelfunktion. Zum einen dichtet er den Kolben ab so dass keine Bremsflüssigkeit austreten kann. Zum anderen ist er dafür verantwortlich das sich der Kolben beim lösen der Bremse ein klein wenig zurück zieht und der Bremsscheibe genug Arbeitsspiel zum frei Drehen gibt. Dieses erreicht er durch seine Rechteckform. Wird der Bremskolben auf den Belag gedrückt, verzieht sich der Dichtring trapezförmig und beim Lösen nimmt er wieder seine Rechteckform an. Dabei zieht er den Kolben mit zurück.
Dieser Ring ist ein Verschleißteil. Durch Abrieb und Alterung verliert er seine Rechteckform und wird zunehmend porös und rund. Dadurch kann er den Kolben nicht mehr so gut zurück ziehen, die Bremse fängt dauerhaft an zu schleifen, überhitzt und muss ersetzt werden, da die Bremswerte ungleichmäßig werden.
Zukunft der Scheibenbremse
Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektroautos und regenerativem Bremsen wird der klassische Verschleiß von Bremsen reduziert. Hersteller forschen daher an neuen Materialien, die weniger Abrieb verursachen, um Feinstaubbelastung zu senken.
Einige Elektroautos setzen auf Trommelbremsen, da sie wartungsärmer sind. Dennoch bleibt die Scheibenbremse aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit für Hochleistungsfahrzeuge weiterhin unersetzlich.
Fazit
Scheibenbremsen haben sich aufgrund ihrer hohen Bremskraft, guten Wärmeableitung und einfachen Wartung in fast allen Fahrzeugklassen durchgesetzt. Trotz einiger Nachteile, wie höherem Verschleiß und Produktionskosten, bleibt die Scheibenbremse das bevorzugte Bremssystem für moderne Fahrzeuge.
Während Trommelbremsen in bestimmten Anwendungsbereichen noch Vorteile bieten, ist die Scheibenbremse für leistungsstarke und sicherheitsrelevante Anwendungen die beste Wahl.