Bremsscheiben – warum so viele Varianten?

(Kommentare: 2)

Es gibt gar nicht so wenige Autofahrer, die bei einem Blick auf die zeitgenössische Bremstechnik den Kopf schütteln. Neben den normalen massiven Bremsscheiben werden innenbelüftete, gelochte, geschlitzte, neuerdings Bremsscheiben im Wave-Design oder gar aus exotischen Materialien wie Carbon-Keramik angeboten. Da kommt durchaus die Frage auf: Warum mittlerweile eigentlich so ein Aufwand, warum so viele Varianten?

Kurzer Blick auf die Anfänge

Bereits 1902 erhielt der Brite Frederick W. Lanchester ein Patent auf die von ihm entwickelte Scheibenbremse. Die aus Kupfer bestehenden Scheiben wurden sofort in ein Automobil gebaut, doch konnten sich nicht durchsetzen. Erst rund 50 Jahre später kamen die ersten Scheibenbremsen in Serienautomobilen auf den Markt, allerdings erst gegen Ende der sechziger Jahre wurden sie in Pkw an der Vorderachse selbstverständlich.

Fachleute wissen, dass die Bremswirkung einer Scheibenbremse eigentlich schlechter ist als die einer Trommelbremse – genau aus diesem Grund kommt bei Scheibenbremsen ein Bremskraftverstärker zum Einsatz. Die Vorteile einer Scheibenbremse liegen vielmehr bei ihrer hohen Fadingsicherheit und ihrer guten Dosierbarkeit, die gerade für heutige Bremsregelsysteme unverzichtbar ist. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist ihr geringer Platzbedarf, der eine moderne Fahrwerksgeometrie mit negativem Lenkrollradius erst möglich macht. Durch ihr geringeres Gewicht werden außerdem die ungefederten und rotierenden Massen reduziert.

Glatte Bremsscheibe als Ausgangspunkt

In den ersten Jahren bestanden Scheibenbremssysteme aus einer massiven glatten Gusseisenscheibe und einem Festsattel. Im Festsattel war links und rechts von der Bremsscheibe ein Bremskolben montiert, der jeweils einen Bremsbelag gegen die mittig hindurch laufende Scheibe presste. Die Nachstellung der Bremse bei Verschleiß der Beläge erfolgte dabei noch durch eine aufwändige mechanische Nachstellautomatik.
Erst einige Jahre später wurde dem Vierkant-Dichtring des Bremskolbens eine Rückstellfunktion ankonstruiert, die bis heute für ein konstantes Lüftspiel sorgt.

gelochte Bremsscheiben

Während die grundsätzliche Arbeitsweise einer Scheibenbremse in den vergangenen Jahrzehnten gleich geblieben ist, haben sich die Fahrzeuge und die Anforderungen verändert. Grundsätzlich sind Automobile viel stärker und gleichzeitig schwerer geworden, wodurch die Anforderungen an eine Bremse stark gestiegen sind. Um diesen Anforderungen an eine höhere Leistung zu genügen, sind die Ingenieure technisch mehrere Wege gegangen, die zumeist direkt aus dem Rennsport stammen und für Serienautomobile übernommen wurden.

Konstruktive Ausführung

  • Massive Bremsscheiben: Diese schlichte Bauform hat unverändert ihre Daseinsberechtigung in heutigen Automobilen. Hierbei werden massive Bremsscheiben vor allem an der von der Bremsleistung her deutlich geringer belasteten Hinterachse eingebaut, wo sie die Trommelbremsen ersetzen. Der Hauptvorteil liegt dabei in der besseren Dosierbarkeit der Scheibenbremsen. Dabei muss klar gesagt werden: Scheibenbremsen an allen vier Rädern sind keineswegs Grundvoraussetzung für ABS und ESP im Automobil. Beispielsweise zu sehen am brandneuen VW Up, der hinten mit simplen Trommelbremsen ausgerüstet ist.
  • Innenbelüftung: Am häufigsten zu sehen und deshalb schon nahezu selbstverständlich sind Bremsscheiben mit Innenbelüftung. Diese Bremsscheiben sind deutlich dicker, denn zwischen den beiden Reibflächen sind Belüftungskanäle oder noppenförmige Stege eingegossen. Durch die schaufelförmig angeordneten Belüftungskanäle wird bei der Rotation der Bremsscheibe ein Luftstrom erzeugt, der die Kühlung der Bremsscheibe fördert. Durch die größere, Wärme abstrahlende Oberfläche der Bremsscheibe wird gleichzeitig eine gleichmäßigere Temperaturbelastung der Bremsscheibe erwirkt. Die deutlich bessere Kühlung der innenbelüfteten Bremsscheiben hilft Fading und Hitzerisse zu vermeiden.
  • Gelochte Bremsscheiben: Gerade bei großen Felgendurchmessern wirkt eine gelochte Bremsscheibe schon durch ihre sportliche Optik. Doch der eigentliche Grund für gelochte Bremsscheine ist ein anderer: Bremsscheiben werden auf der Bremsfläche mit Löchern versehen, um die Abfuhr der beim Bremsvorgang entstehenden Wärme und Gase zu beschleunigen. Die Bremsleistung bleibt damit selbst bei hoher Dauerbelastung konstant. Die Gase entstehen im Hochtemperaturbereich über 800 °C durch die Verbrennung des Reibwerkstoffs (Phenolharz) der Bremsbeläge. Das Gas bildet dabei einen Puffer zwischen Belag und Reibring, wodurch ein gefährlicher Wirkungsverlust entsteht, da sich die Bremsbeläge nicht auf die Scheibe legen können. Durch die Löcher wird das Gas wirkungsvoll von der Auflagefläche der Bremsbeläge abgeleitet.
  • Geschlitzte Bremsscheiben: Grundsätzlich bieten geschlitzte Bremsscheiben die gleichen Vorteile wie gelochte Scheiben. Zentraler Unterschied ist, dass die Schlitze/Nuten die Reibfläche nicht durchbohren, sondern lediglich ca. 1 mm in die Tiefe reichen. Die mechanische Schwächung fällt damit im Gegensatz zu gelochten Scheiben geringer aus, zudem lassen sich die Nuten als Verschleißanzeiger nutzen. Durch die Zentrifugalkraft werden Gas, Wasser und Staub wirkungsvoll zum Scheibenrand transportiert. Der gemeinsame Nachteil von gelochten und geschlitzten Scheiben ist ihr höherer Preis, ebenso ihr höherer Verschleiß. Ein weiterer Nachteil ist die grundsätzliche mechanische Schwächung der Bremsscheibenstruktur durch Löcher oder Schlitze. Im High-End-Bereich, so beispielsweise in der Formel 1, wird deshalb auf das Löchern oder Schlitzen der Bremsscheiben völlig verzichtet. Die Temperierung der Bremsanlage wird dabei durch eine gezielte Belüftung sichergestellt.
  • Wave-Bremsscheiben: Die seit einiger Zeit auf dem Markt befindlichen Wave-Bremsscheiben mit ihrem charakteristischen wellenförmigen Außenrand sind eher als Modeerscheinung zu werten. Eigentlich kommen sie aus dem Geländesport, wo der wellenförmige Rand dabei hilft, Schlamm aus dem Bremsbelagschacht des Bremssattels zu schaufeln. Kurioserweise finden sich Wave-Bremsscheiben beim Automobil bislang jedoch fast ausschließlich bei hochpreisigen Sportwagen mit großen Felgen, bei denen die Optik der Wave-Bremsscheiben gut zur Geltung kommt – aber gerade nicht bei Geländefahrzeugen, wo es doch eigentlich sinnvoller wäre. Unterm Strich muss die Wave-Bremsscheibe für Straßenautomobile aufgrund ihrer fehlenden greifbaren Vorteile mit Vorbehalt betrachtet werden.
  • Carbon-Keramik Bremsen: Bei diesen Hochleistungsbremsen bestehen sowohl die Bremsscheiben als auch die Bremsbeläge aus einem speziellen Verbundstoff, der aus einer mit Kohlenstofffasern verstärkten Keramik gemischt wird. Die extrem aufwändig zu fertigenden Komponenten kommen aufgrund ihres extrem hohen Kaufpreises nur im Rennsport oder in Supersportwagen zum Einsatz. Dort beeindrucken sie durch ihr geringes Gewicht, ihre Hitzebeständigkeit, ihre Fadingresistenz, ihre Korrosionsbeständigkeit, darüber hinaus durch ihre hohe Lebensdauer. Allerdings ist die Alltagstauglichkeit dieser Bremsen eingeschränkt, so beispielsweise durch ein schlechteres Kaltbremsverhalten.
Moderne belüftete Bremsscheibe mit speziellem Design

Der technische Aufwand ist gerechtfertigt

Dieser kurze Abriss zeigt, dass jede spezifische Scheibenbremsen-Bauform ihre Berechtigung hat. Welche Bauform für Ihre Ansprüche und Ihr Fahrzeug am besten passt, erläutern wir von AT-RS Ihnen gerne in einem persönlichen Gespräch.

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Kommentar von Bremsenprofi |

Hallo Andreas,

die Luft muss auf die Nabenmitte zielen", dort wird sie angesaugt", nimmt auf dem Weg zum äußeren Rand der Bremsscheibe die Bremswärme auf und verlässt am äußeren Rand die Bremsscheibe wieder, um die Wärme an die Außenluft abzugeben. So sieht das Standard-Prinzip aus ;)

Kommentar von Andreas Schmidt |

Guten Tag AT-RS Team,
mit Interesse habe ich Ihr Artikel gelesen. Habe ebenso in Ihrem Online-Shop die Teile für eine zusätzliche Bremsenbelüftung entdeckt. Meine frage an Sie als Profi ist, wo genau die kalte Luft hinzurichten ist? Zum äußeren Rand der Bremsscheibe, auf die Reibfläche oder zur Mitte der Bremsscheibe (Öffnungen bei der Radnabe)?

Vielen Dank im Voraus für Ihre Antwort.
Freundliche Grüße, Andreas

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