Bremsscheibe

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Bei der Bremsscheibe handelt es sich um den radseitigen Teil einer Bremsscheibe, bei dem die am Bremssattel angebrachten Bremsklötze die Rotationsbewegung drosseln. Er ist immer symmetrisch zur Mitte der Achse, in der Regel kreisförmig (siehe Kapitel Konstruktionsvarianten) und setzt sich aus der tatsächlichen Bremsoberfläche und der versetzten Achsaufhängung zusammen. Der Bremsbelag, der einen kreisförmigen Ring an der Bremsscheibe bezeichnet, ist verschlissen.

Der Härtegrad der Bremsscheibe und der Beläge wird so eingestellt, dass der Bremsbelagverschleiß etwas mehr ist. Die Bremsscheibe wird überwiegend aus Grauguss und zum Teil auch aus duktilem Gusseisen oder aus geeignetem Stahlguss gefertigt und durch Drehbearbeitung gefertigt. Zur Erzielung einer sehr hohen Bremswirkung, Verschleißbeständigkeit und Ausbleichfestigkeit bei niedrigem Eigengewicht werden kohlefaserverstärktes Siliciumcarbid und kohlefaserverstärkter Kunststoffe auch im Renn- und Fluggerätebau eingesetzt.

Die einfachen Scheibenbremsen werden, wie bei kommerziellen Rädern, aus Blech ausgestanzt. Erst 1969 wurden Motorradbremsscheiben vorgestellt (Honda CB 750 Four), zunächst auch Grauguss. Zur Reduzierung zusätzlicher Belastungen des Fahrgestells durch eventuelle ungleichmäßige Massenverteilung bei hohen Radgeschwindigkeiten werden die Scheiben nach der Zerspanung auswuchten.

Besonders Gussbremsscheiben zeigen zunächst größere Ungleichgewichte durch den Herstellungsprozess. Die Außenkonturen von Zweiradfahrzeugen werden aus rein optischer Sicht nicht mehr in Kreisform, sondern in Form einer Welle hergestellt. Fahrzeugbremssysteme müssen so ausgelegt sein, dass die Kinetik der kinetischen Energien (kinetische Energie) mit Masse?Geschwindigkeit {\tfrac {\ {\mathrm {mass\cdot speed^{2}}}. Das Abbremsen der Bremse ist immer deutlich größer als die vom Fahrzeugmotor ermöglichte Geschwindigkeit.

Die Bremsscheibe ist mechanisch und thermisch hoch belastet, da das System die ganze im bewegten Auto enthaltene Bewegungsenergie in Hitze umwandeln muss. Sie erwärmt das komplette System, vor allem aber die Bremsscheibe, die aufgrund des verwendeten Materials auch eine wesentlich bessere Wärmeleitung als die Bremsbeläge hat. Der Temperaturanstieg wird durch die Heizleistung der Bremsscheibe, die abgegebene elektrische Spannung und die abgegebene Heizleistung beeinflusst.

Im Supersportwagenbereich sind die Bremssysteme bereits mit Momentanleistungen von über einem MW ausgelegt, für die eine wirksame Bremskühlung vonnöten ist. Eine überhitzte Bremsscheibe reduziert die Leistungsfähigkeit der Bremsen vor allem aus drei Gründen: Die Reibungszahl von Eisenwerkstoffen sinkt bei höheren Betriebstemperaturen (im Glühbereich ab 500 °C). Das im Sattel enthaltene bzw. durch seine hygroskopische Wirkung im Laufe der Zeit anfallende Bremswasser wird über den Kochpunkt erwärmt; die entstandenen Dampfbläschen sind komprimierbar und reduzieren so den Bremspedal.

In der Regel tritt die kräftige Erhitzung der Bremse nur dann ein, wenn die Last weitergeht, z.B. bei Abfahrten. Dies kann durch einen regelmässigen Wechsel der Bremse verhindert werden. Durch Vibrationen im Pedal oder Hebel wird der Seitenaufprall spürbar und bewirkt ein stark verzögertes Ansprechverhalten und reduzierte Bremskraft.

Diese Erscheinung ist insofern gefährdet, als sie manchmal ab einer gewissen Drehzahl auftreten kann und auf einem Bremsprüfstand nicht erkannt werden kann. Eine Bremsscheibe wird durch die vom Fahrzeughersteller angegebene Abnutzungsgrenze limitiert, die die minimale Dicke der durch die Bremsbeläge im Laufe der Zeit geschliffenen Bandscheibe ist. Dieser muss bei Überschreiten der Abnutzungsgrenze ausgetauscht werden.

Wenn die Abnutzungsgrenze noch nicht überschritten ist und die Bremsbeläge ausgetauscht werden müssen, muss die Bremsscheibe zumindest so stark sein, wie sie bereits abgenutzt ist. Hat die Bremsscheibe nur eine minimale Dicke, droht sie unter Last zu reißen oder zu brechen. Um die von einer Bremse anzulegende Bremskraft zu berechnen, nehmen wir ein Beispiel:

Vernachlässigt man die Antriebswiderstände, wandelt das Bremssystem die ganze Bewegungsenergie in Hitze um: Der Gesamtwärmebedarf (gleich der Bewegungsenergie ) beläuft sich auf 2,315 kW und heizt die Bremsscheibe. Um den Temperaturanstieg abzuschätzen, eine Beispielrechnung: Nur die Bremsscheibe wird vollständig aufheizt. Vorausgesetzte Verteilung der Gesamtbremsleistung unter Ausnutzung der Achslastverschiebung bis zu 70 Prozent auf die Vorderradbremsen, der verbleibende Teil auf die Hinterradbremsen: je nach Temperatur: je nach Leistung 2,315 bis 0,7 bzw. 1,620,5 Kilo.

Beim mehrmaligen Bremsen, z.B. Downhill oder auf einer Rennbahn, können die Discs auf Rot- oder Weißhitze aufgeheizt werden, was bei 24-Stunden-Rennen wie Le Mans in der Nacht deutlich sichtbar ist. Die innenbelüfteten Bremsbeläge sind zur verbesserten Wärmeableitung mit radial angeordneten Kühlungsöffnungen zwischen den beiden Reibungsflächen ausgestattet. Außerdem sind die Bremsbeläge teilweise in axialer Richtung perforiert oder mit Nut oder Feder ausgestattet.

Bremsenverschleiß und Regenwasser, das auf der Bremsscheibe verbleibt, sollten sich in den Rillen ansammeln und durch Fliehkraft nach aussen abführen. Bohrungen haben im Gegensatz zu Rillen keinen Selbstreinigungseffekt, der ihre Wirksamkeit vermindert, sobald sie durch abgeschiedenen Staub blockiert werden.

Außerdem können Durchbrüche in der Bremsscheibe die Wärmeableitung anheben. Die Bohrlöcher vergrößern jedoch die Spannungsrissgefahr; um dies zu verhindern, werden einige davon bereits beim Werkzeugbau in die Form eingelassen. Nachteil sowohl bei Rillen als auch bei Bohrlöchern ist der eventuell erhöhte Futterverschleiß, da die etwas flexiblen Auskleidungen mit hohem Flächendruck in die Öffnung gedrückt und durch die scharfen Kanten der Bohrlöcher entfernt werden können.

Einige neue Scheiben sind nicht mehr rund, sondern wellenförmig umgossen. Je mehr Oberfläche erzeugt wird, desto mehr Hitze kann abgeführt werden. Verschiedene Fahrzeughersteller haben dies bei ihren leistungsstärkeren Fahrzeugen wie dem Audi RS6 im Angebot Eine weitere Steigerung der Bremswirkung kann mit wärmebehandelten Scheiben erreicht werden. Der Werkstoff kann nun viel besser Hitze abführen und verformt sich weniger.

Aufgrund der gestiegenen Preise werden hitzebehandelte Scheiben nur in Hochleistungsfahrzeugen oder Sportfahrzeugen ab Lager verwendet. Weitere Optimierungen sind mit zweiteiligen Scheiben möglich. Dabei wird der Trägerbehälter aus Alu hergestellt mit dem Zweck, ungefederte Masse zu reduzieren sowie eine bessere Wärmeabfuhr an Radnabe und Radkranz zu erwirken.