imported>Horst Gräbner: danke für den Werbebeitrag

2025-10-09T10:12:50Z

danke für den Werbebeitrag

Neue Seite

[[Datei:Bremsanlage.jpg|miniatur|Innenbelüftete Bremsscheibe mit rotlackiertem Bremssattel]]
Die '''Bremsscheibe''' ist der [[rad]]seitige Teil einer [[Scheibenbremse]], auf den die am [[Bremssattel]] befestigten [[Bremsbelag|Bremsbeläge]] wirken, um die [[Rotation (Physik)|Drehbewegung]] zu verzögern. Sie ist fast immer [[Punktsymmetrie|punktsymmetrisch]] zur [[Achse (Technik)|Achsmitte]], meistens kreisrund (siehe Abschnitt Ausführungsvarianten) und besteht aus der eigentlichen Bremsfläche und der abgesetzten Achsbefestigung.

== Verschleiß ==
Die Bremsfläche, welche einen [[Kreisring]] auf der Bremsscheibe beschreibt, unterliegt einem [[Verschleiß]]. Die [[Härte]] von Bremsscheiben und Bremsbelägen ist dabei so abgestimmt, dass der Verschleiß der Bremsbeläge etwas höher ist.

== Werkstoffe ==
[[Datei:PCCB Brake Carrera GT.jpg|miniatur|Carbon-Keramik-Bremse eines [[Porsche Carrera GT]]]]
Bremsscheiben werden vorrangig aus [[Grauguss]] und teilweise auch aus [[Sphäroguss]] hergestellt oder aus geeigneten [[Stahl]]-[[Legierung]]en gegossen und durch [[Drehen (Verfahren)|Drehen]] spanend bearbeitet.

Für sehr hohe Bremsleistung und [[Fading (Bremse)|Fadingunempfindlichkeit]] bei geringem Gewicht werden im Rennsport und Flugzeugbau auch mit [[Kohlenstofffaser]]n verstärktes [[Carbon-Keramik|Siliziumkarbid]] und kohlenstofffaserverstärkte Keramik verwendet.

Einfache Bremsscheiben, wie bei handelsüblichen Fahrrädern, werden aus [[Blech]] [[Stanzen (Verfahren)|gestanzt]].
[[Datei:BrakeDiskVR.JPG|miniatur|Gelochte Bremsscheibe an einem Fahrrad]]
Scheibenbremsen für [[Motorrad|Motorräder]] wurden erst ab 1969 ([[Honda CB 750 Four]]) eingeführt, anfangs mit Graugussbremsscheiben. Um den bei Grauguss durch Feuchte und längere Standzeiten unvermeidlichen [[Rost|Oberflächenrost]] zu vermeiden, benutzten die Hersteller später korrosionsarme [[Edelstahl|(Edel)stähle]] als Material für die Scheiben.

== Auswuchten ==
Um Zusatzbelastungen des [[Fahrwerk]]s bei höheren Raddrehzahlen durch ungleich verteilte Massen zu vermindern, werden Bremsscheiben nach der spanenden Bearbeitung [[Auswuchten|ausgewuchtet]]. Insbesondere [[Gießen (Metall)|gegossene]] Bremsscheiben haben auf Grund des Herstellungsverfahrens zunächst höhere Unwuchten.

== Ausführungsvarianten ==
Bei Zweirädern wird aus gestalterischen Gründen die Außenkontur der Scheiben neuerdings statt kreisrund in einer Wellenform gefertigt. [[Marketing]]bezeichnungen dafür sind ''Wave-'' oder ''Petal-Design''.

== Belastung ==
[[Fahrzeug]]-Bremsanlagen müssen so dimensioniert werden, dass die [[kinetische Energie]] (Bewegungsenergie) mit <math> \tfrac{1}{2} \text{Masse} \cdot \text{Geschwindigkeit}^2</math> in der durch den Einsatz gegebenen kurzen Zeit abgebaut werden kann. Die Verzögerung von Bremsen ist im Allgemeinen bedeutend höher als die Beschleunigung, die der Motor des betreffenden Fahrzeugs ermöglicht.

Bremsscheiben sind hohen [[Festigkeit|mechanischen]] und [[Thermo-mechanische Ermüdung|thermischen Belastungen]] ausgesetzt, da die Bremsanlage die gesamte im fahrenden Fahrzeug gespeicherte kinetische Energie in Wärme umzuwandeln hat. Diese Wärme erhitzt das gesamte Bremssystem, vorrangig aber die Bremsscheiben, die auch werkstoffbedingt gegenüber den Bremsbelägen eine deutlich höhere [[Wärmeleitfähigkeit]] aufweisen. Die Anstiegsrate der [[Temperatur]] wird durch die [[Wärmekapazität]] der Bremsscheibe, die zugeführte Leistung und die abgeführte Wärmeleistung bestimmt.

Die Temperaturerhöhung bewirkt ihrerseits eine mögliche Abgabe der Wärmeenergie durch Strahlung nach dem [[Stefan-Boltzmann-Gesetz]] sowie durch [[Konvektion|Wärmekonvektion]] bei Luftbewegung durch den Fahrtwind ([[Wärmeübergangskoeffizient]]).

Für [[Supersportwagen]] sind Bremsanlagen bereits mit Spitzenleistungen von über einem [[Megawatt]] Bremsleistung dimensioniert worden, wofür eine aktive Bremsenkühlung erforderlich ist.

=== Überhitzte Bremsscheiben ===
[[Datei:Bremsscheibe PKW innenbelüftet, defekt wegen Rissen (Teelicht zum Größenvergleich).jpg|miniatur|Durch Wärmeverzug rissige, defekte Bremsscheibe]]
Überhitzte Bremsscheiben vermindern die Leistung der Bremse im Wesentlichen aus drei Gründen:
# Der [[Reibungskoeffizient]] von Eisenlegierungen vermindert sich bei hohen Temperaturen (im Bereich der [[Glut (Lichtausstrahlung)|Glut]] ab 500 °C).
# Die [[Bremsflüssigkeit]] im [[Bremssattel]], genauer das in ihr mit der Zeit wegen ihrer [[hygroskopisch]]en Eigenschaft angesammelte Wasser wird über den [[Siedepunkt]] erhitzt; die entstehenden Dampfblasen drücken einen Teil der [[Hydraulikflüssigkeit]] zurück in den Vorratsbehälter, besonders wenn die Bremse kurz gelöst wird; die Dampfblasen sind selbst aber [[Kompressionsmodul|kompressibel]] und können daher kaum Bremsdruck übertragen: Die Bremse fällt schlagartig aus („ins Leere treten“). Das starke Erwärmen der Bremsflüssigkeit tritt bei anhaltender Belastung auf, etwa bei Passabfahrten. Um das aufgenommene Wasser zu entfernen, muss die Bremsflüssigkeit regelmäßig gewechselt werden.
# Die aus dem [[Gießen (Metall)|Guss]] ggf. nicht ganz gleichmäßige [[Gefüge (Werkstoffkunde)|Gefügestruktur]] der Scheibe führt zu [[Wärmeausdehnung|Wärmespannungen]] und damit potentiell zum bleibenden [[Verzug (Mechanik)|Verzug]] der Scheibe. Seitlicher Schlag macht sich durch [[Vibration]] im Bremspedal oder -hebel bemerkbar und führt zu deutlich verzögertem Ansprechen und verminderter Bremsleistung. Das Phänomen ist gefährlich, weil es teils erst ab einer bestimmten Geschwindigkeit auftritt und dann auf einem [[Bremsenprüfstand]] nicht feststellbar ist. Eine weitere Folge können [[Spannungsriss]]e sein, die dann die Wärmeableitung weiter verschlechtern und in Folge zu einem Bruch mit verheerenden Folgen (Abriss des Radträgers) führen können.

=== Verschleißgrenze ===
{{Mehrere Bilder
| Kopfzeile = Bremsscheibe eines [[Fiat Ducato|Citroën Jumper]], die die Verschleißgrenze erreicht hat
| Breite = 250
| Bild1 = Worn out brake disk of a Citroën Jumper (2006)-0280.jpg
| Untertitel1 = Gesamtansicht
| Bild2 = Worn out brake disk of a Citroën Jumper (2006)-0287.jpg
| Untertitel2 = Detailansicht: Am rechten Grat ist deutlich der Verschleiß zu erkennen
}}
Die [[Lebensdauer (Technik)|Lebensdauer]] einer Bremsscheibe wird durch die vom Hersteller genannte ''Verschleißgrenze'' begrenzt. Das ist die Mindestdicke der durch die Beläge mit der Zeit abgeschliffenen Scheibe. Diese muss bei Erreichen der Verschleißgrenze ersetzt werden. Ist die Verschleißgrenze noch nicht erreicht und die Bremsklötze müssen ersetzt werden, muss die Bremsscheibe abzüglich ihres Mindestmaßes mindestens so dick sein wie schon abgetragen ist.<ref name='restDicke'>"''Ist die Verschleißgrenze noch nicht erreicht und die Bremsklötze müssen ersetzt werden, muss die Bremsscheibe abzüglich ihres Mindestmaßes mindestens so dick sein wie schon abgetragen ist.''" Die Werkstatt nimmt an, dass die Bremsscheibendicke nur beim Ersatz abgenutzter Bremsklötze geprüft wird. Es ist davon auszugehen, dass die neu montierten Bremsklötze die "zweite Hälfte" des Abnutzungs-Bereichs der Bremsscheibe abtragen werden; daher übernimmt die Werkstatt nur die Garantie auf die Bremsen, wenn diese "zweite Hälfte" noch vorhanden ist. Arbeiten an den Bremsen, auf die die Werkstatt dann keine Garantie geben kann, muss sie ablehnen - das verlangt die Versicherung der Handwerkskammer.</ref> Weist die Bremsscheibe weniger als ihre Mindestdicke auf, besteht die Gefahr, dass sie bei Belastung reißt bzw. bricht.

=== Bremsleistung ===

Zur Errechnung der von einer Bremsanlage aufzubringenden Bremsleistung sei exemplarisch betrachtet: Ein [[Kraftfahrzeug]] mit einer Masse ''m'' von 1.500 kg von ''v'' = 200 km/h ist innerhalb von ''t'' = 10 Sekunden bis zum Stillstand (''v'' = 0) abzubremsen, mit einer mittleren Verzögerung von 5,56 m/s² bzw. 0,57 ''[[Schwerefeld|g]]''. Dabei wandele unter Vernachlässigung der [[Fahrwiderstand|Fahrwiderstände]] die Bremsanlage die gesamte kinetische Energie in Wärme um:

:<math>\Delta Q_\mathrm{gesamt} = \frac{1}{2} \cdot m \cdot \Delta v^2</math>

:<math>\Delta Q_\mathrm{gesamt} = \frac{ 1{.}500\,\mathrm{kg} \cdot \left(200\,\mathrm{\frac {km}{h}}\right)^2} {2} = 30{.}000{.}000\,\mathrm{\frac {kg \cdot km^2}{h^2}} \approx 2{.}315{.}000\,\mathrm{\frac{kg \cdot m^2} {s^2}}</math>

Die gesamte [[Wärme]]menge (die gleich der kinetischen Energie ist) beträgt 2.315 k[[Joule|J]] und erwärmt die Bremsscheiben. Anfangs, bei 200 km/h, wird bei den angenommenen 0,57 g eine ''Augenblicksleistung'' von 463 kW<ref group="ANM" name="Anm. Formel." /> erbracht, welche bei konstanter Verzögerung bis zum Stillstand linear auf null abnimmt. Allerdings ist die Haftung der Reifen durchaus ausreichend für 1 g und mehr, so dass über 812 kW oder 1100 PS wirken können. Die Fahrwiderstände bei 200 km/h betragen ca. 80 bis 90 kW, was bei 200 km/h ca. 0,1 g zusätzliche Verzögerung ergibt.

Zur Abschätzung der Temperaturerhöhung eine Beispielrechnung:
* mittlere Bremsleistung: Δ''Q''/''t'' = 2315 kJ/10 s = 231 kW
* Die gesamte Erwärmung erfahren nur die Bremsscheiben.
* [[Fahrwiderstand|Fahrwiderstände]] und [[Motorbremse]] bleiben unberücksichtigt.
* angenommene Aufteilung der gesamten Bremsleistung, die Achslastverlagerung ausnutzend, zu 70 % auf die vorderen, Rest auf die hinteren Bremsen: 2.315 kJ · 0,7 = 1.620,5 kJ vorne, 694,5 kJ hinten.
* Aufteilung der vorderen Bremsleistung auf zwei Bremsscheiben: Δ''Q'' = 1.620,5 kJ / 2 = 810,25 kJ
* angenommene Masse ''m'' je Bremsscheibe: ≈ 10 kg
* [[Spezifische Wärmekapazität]] ''c'' für Grauguss:<ref>nach [http://de.wikibooks.org/wiki/Tabellensammlung_Chemie/_spezifische_W%C3%A4rmekapazit%C3%A4ten Wikibooks: spezifische Wärmekapazitäten]</ref> 0,46 kJ / (kg · K)

[[Datei:Signatech Alpine at night.jpg|miniatur|Rennwagen mit glühenden Bremsscheiben]]
Mit <math>\Delta T = \frac{\Delta Q} {c \cdot m}</math>
ergibt sich eine Erwärmung einer jeden vorderen Bremsscheibe um
:<math> \Delta T = \frac{810{,}25\,\mathrm{kJ}} {0{,}46\,\mathrm{\frac{kJ}{kg \cdot K}} \cdot 10\,\mathrm{kg}} = 176\,\mathrm{K}</math>
gegenüber der Ausgangstemperatur. Bei wiederholten Bremsungen, etwa bergab oder auf einer Rennstrecke, können die Scheiben bis zur [[Rotglut]] oder [[Weißglut]] erhitzt werden, was nachts bei [[24-Stunden-Rennen]] wie in Le Mans gut zu sehen ist.

== Optimierungen ==
=== Innenbelüftung ===
[[Datei:Wikimust02.jpg|miniatur|Innenbelüftete, zweiteilige, gelochte Bremsscheibe]]
Zur besseren Wärmeabfuhr werden ''innenbelüftete Bremsscheiben'' mit [[Radius|radialen]] Kühlöffnungen versehen, die zwischen den beiden Reibflächen liegen. Bei sich drehendem Laufrad entsteht eine [[Zentrifugalkraft]], die einen ständigen Luftzug von der Nabe nach außen bewirkt. Dies begünstigt die Wärmeabfuhr. Trotz der höheren Baubreite und des höheren Gewichts hat sich diese Bauweise für die Vorderachse vieler Kraftfahrzeuge durchgesetzt.

=== UFO-Bremse ===
Die bei dem [[Audi 200 C3|Audi 200]], [[Audi V8]] und später [[Audi S4 C4]] (nur mit dem 20-Ventil-Turbomotor) verwendete ''High Performance'' Bremsenkonstruktion nutzt innenumfassende Bremsscheiben, die im automobilen Volksmund aufgrund ihres Aussehens nach einer [[Fliegende Untertasse|Fliegenden Untertasse]] ''UFO-Bremse'' genannt wird. Dabei greift die Bremszange von innen an die Bremsscheibe; die Verbindung von Bremsscheibe und Radnabe besteht aus einer stählernen Schüssel-Konstruktion, die dem Aussehen nach einem UFO ähnelt. Audi nannte die Bremskonstruktion ''High Performance'' kurz ''HP'' (Später auch ''HP1''). Diese Konstruktion ergibt eine größere Reibfläche der Bremsscheibe im Verhältnis zum Felgendurchmesser als es bei konventionellen Scheibenbremsen und kleineren Felgen bis 16" möglich ist. Diese Konstruktion wurde jedoch mit der [[Schwimmsattelbremse]] der 2. Generation ab Modelljahr 1993, der ''HP2''-Bremsanlage, wieder verworfen. Durch eine kompaktere Bauweise und immer größer werdenden Felgen konnten die anfänglichen Schwächen einer herkömmlichen Bremsanlage wettgemacht und sogar erheblich verbessert werden. So beträgt die berechnete Scheiben-Temperaturdifferenz bei einem Stopp aus 250 km/h mit einer Verzögerung von 1 g 96 °C zu Gunsten der HP2.
[[Datei:Audi UFO Bremse.png|mini|Audi HP Bremsscheibe. Durch das Aussehen auch als UFO-Bremse bezeichnet. ]]
Reparaturen und Wartung an der HP-Bremse sind sehr aufwendig und damit teuer. Eine Umrüstung auf die konventionelle Bremsanlage des Audi 200 Turbo oder die HP-2 ist aber möglich und wurde bei vielen auch durchgeführt.<ref>{{Internetquelle |autor=Audi AG |url=http://www.volkspage.net/technik/ssp/ssp/SSP_106.PDF |titel=Audi V8 |werk=Selbststudienprogramm (SSP) 106 |hrsg=Audi AG |sprache=de |abruf=2024-01-12}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Audi AG |url=http://www.volkspage.net/technik/ssp/ssp/SSP_141.PDF |titel=HP2 - Die Hochleistungsbremsanlage |werk=Selbststudienprogramm 141 |hrsg=Audi AG |sprache=de |abruf=2024-01-12}}</ref>

=== Löcher, Nuten und Schlitze in den Reibflächen{{Anker|Lochung, Nutung, Schlitzung der Reibflächen}} ===
[[Datei:Bremse vorne z750.jpg|miniatur|Gelochte Bremsscheibe an einem Motorrad|226x226px]]
Weiterhin werden Bremsscheiben teils axial gelocht oder mit Schlitzen oder Nuten versehen. Bremsabrieb und Wasser, das sich bei Regen auf der Scheibe hält, soll sich so in den Nuten sammeln und durch die Zentrifugalkraft entlang der Nut nach außen abgeführt werden. Somit können solche Maßnahmen das Ansprechverhalten bei Nässe verbessern. Im Unterschied zu Nuten haben Löcher wiederum keinen Effekt der Selbstreinigung, was deren Wirkung mindert, sobald sie durch abgelagerten Bremsstaub verstopft sind.<br />
Weiterhin können Löcher in der Bremsscheibe die Wärmeabfuhr erhöhen.<br />
Durch die Bohrungen wird jedoch die Gefahr von Spannungsrissen erhöht; um dies zu vermeiden, werden sie teils schon im [[Formenbau]] in die Gussform eingearbeitet.

Nachteilig, sowohl bei Nuten als auch bei Löchern, ist der mögliche höhere Belagverschleiß, denn die etwas nachgiebigen Beläge können bei hohen Flächenpressungen in die Öffnungen gepresst werden und durch die scharfe Kante der Bohrung abgetragen werden. Dieses Phänomen kann durch Abrundung der Bohrlochkanten vermindert werden.

=== Wärmebehandlung ===
Eine weitere Verbesserung der Bremsleistung lässt sich durch ''[[Wärmebehandlung|wärmebehandelte]] Bremsscheiben'' erreichen. Hier wird die Scheibe nach dem Abdrehen noch einmal einem definierten Erwärmungs- und Abkühlungsprozess ausgesetzt, wodurch eine gleichmäßige Gefügestruktur entsteht. Das Material verzieht sich nun weniger. Wegen der höheren Kosten werden wärmebehandelte Bremsscheiben ab Werk nur bei leistungsstarken Fahrzeugen oder Sportwagen eingesetzt. Im [[Motorsport]]-Zubehör werden gleichwohl solche Scheiben auch für verbreitete PKW-Modelle angeboten, zu Preisen im Bereich der Originalteile. Eine gesonderte Prüfung oder Eintragung ist erst notwendig, wenn dazu auch Sport-[[Bremsbeläge]] mit höherem [[Reibungskoeffizient]]en eingesetzt werden.

=== Zweiteilige Bremsscheiben ===
Noch leichter und leistungsfähiger sind ''zweiteilige Bremsscheiben''. Der Trägertopf ist aus [[Aluminium]] gefertigt, um die ungefederten Massen zu verringern und um eine günstigere Wärmeableitung an Nabe und Rad zu erreichen. Die [[Wärmeleitfähigkeit]] von Aluminium ist viermal höher als bei Stahl; Warm[[festigkeit]] und Verschleißbeständigkeit sind aber geringer.

=== Integralbremsscheibe ===
Die Integralbremsscheibe ist vorrangig für LKW verfügbar. Auf einen Adapterring, der später mit der Radnabe verschraubt wird, sind umlaufend Verzahnungen angebracht; auf den Adapterring wird die Bremsscheibe in einem weiteren Arbeitsschritt gegossen. Zwischen Adapterring und Bremsscheibe entsteht ein Verbundguss, der eine spielfreie Verbindung gewährleisten soll, ohne dass die beiden Teile miteinander verschmelzen.
Bei Erwärmung dehnen sie sich radial aus und beim Abkühlen schrumpfen sie radial. Dadurch werden Hitzenester in den Scheiben vermieden, die zu Spannungen und letztendlich zur Rissbildung führen. Integralscheiben bleiben immer plan, was zu weniger Verschleiß der Bremsscheiben und Bremsbelägen führt.<ref>[http://www.safholland.de/de/de/products/trailer-axles-and-suspension-systems/air-intra/saf-intradisc-plus-integral Integralscheiben (abgerufen am 22. Dezember 2018)]</ref>

== Literatur ==
* Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert: ''Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik.'' 2. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2001, ISBN 3-528-13114-4.

== Einzelnachweise ==
<references />

== Weblinks ==
{{Commonscat|Brake disks|Bremsscheibe}}
{{Wiktionary|Bremse}}
== Anmerkungen ==
<references group="ANM">
<ref group="ANM" name="Anm. Formel."><math>\frac{\mathrm dQ}{\mathrm dt} = \frac{1}{2} m \cdot \frac{\mathrm d v^2}{\mathrm dt} = \frac{1}{2} m \cdot 2 v \frac{\mathrm dv}{\mathrm dt} = m v \cdot \frac{\mathrm dv}{\mathrm dt}</math>; (2) <math>\frac{\mathrm dv}{\mathrm dt} = a = \frac{200 \, \mathrm{km/h}}{10 \, \mathrm{s}} = 5{,}56 \, \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}</math>; damit: Leistung <math>\frac{\mathrm dQ}{\mathrm dt} = m \cdot v \cdot a = 463 \, \mathrm{kW}</math></ref>
</references>{{Normdaten|TYP=s|GND=4475741-4}}
[[Kategorie:Bremstechnik]]

Bremsscheibe - Versionsgeschichte

imported>Horst Gräbner: danke für den Werbebeitrag