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Bezug zum Kraftfahrzeug
Hydraulik, Verschleißteil, Sicherheit, Gesetzliche Vorschriften
Maschine, Motor
Betriebsbremse, Feststellbremse, ABS, ESP
Allgemeine Beschreibung
Die Bremsanlage in Kraftfahrzeugen ist eine sicherheitsrelevante Einrichtung, die dem Führer eines Fahrzeugs in erster Linie das sichere Anhalten des Fahrzeugs in jeder Situation ermöglichen soll. Eine Bremse hat im Kraftfahrzeug folgende Aufgaben zu erfüllen:
- Geschwindigkeitverringerung » Verzögerungsbremse: Betriebs-, Hilfs- und Abreißbremsanlage
- Geschwindigkeitskonstanz » Retarder, Motorbremse: Dauerbremsanlage
- Ortskonstanz » Feststellbremse: Feststellbremsanlage
In modernen Kraftfahrzeugen des Pkw-Bereichs sind Bremsen in der Regel als Kupplung nach Reibungsprinzip konstruiert, deren eine Seite feststeht. Durch das Anlegen der Bremse wird die Bewegungsenergie in Wärmeenergie umgesetzt. Die umgesetzte Wärme lässt sich nicht mehr für einen anderen Zweck verwenden und wird daher an die Umwelt angeführt.
Im Laufe der Entwicklung des Automobils erlebte auch das System Bremse eine Evolution. Es wurder immer effektivere Anlagen konstruiert, um letztlich vorhandene Bewegungsenergie in möglichst kurzer Zeit in Wärmeenergie umzusetzen und so die Performance der Bremsanlagen zu optimieren.
Daher kommen, zumindest bei Oldtimern und Youngtimern noch heute nicht mehr übliche Bauarten vor.
Über die Zeit der Entwicklung hat sich das System der Bremsscheibe als am effektivsten erwiesen, so dass sich die Automobilindustrie beinahe am technisch möglichen Limit bewegt.
Bremsanlagen werden heute mit elektronischen Fahrhilfen ausgerüstet, die ebenfalls die finale Performance einer Bremsanlage optimieren. Während die reine Bremsanlage an die physikalischen Grenzen gebunden ist, wird mehr und mehr versucht, die Fehlerquelle Mensch zu minimieren. Diese elektronischen Fahrassistenten helfen die Bremse optimal zu bedienen und vorausschauende Fahrsicherheitssysteme helfen dabei die Reaktionszeit, von dem Ereignis über das Wahrnehmen bis hin zum Einleiten der Bremsung, zu verringern.
Verschiedene Anforderungen in den verschiedenen Automobilsektoren verlangen unterschiedliche Systeme. So sind Personenkraftwagen heute mit hydraulischen Bremsen, Nutzfahrzeuge hingegen mit Druckluftbremsen ausgestattet. Hierbei spielt auch die Frage des notwendigen Platz- und Kostenbedarfs eine Rolle. Bei Anhängern findet man auch noch Seilzugbremsen, die heute gänzlich, bis auf die Feststellbremsanlage aus dem Automobilbau verschwunden sind.
Da es sich bei einer Bremsanlage um eine sicherheitsrelevantes Baugruppe handelt, unterliegt sie besonderen gesetzlichen Bestimmungen.
Fahrdynamische Zusammenhänge
In der Regel sind Kraftfahrzeuge mit einer lenkbaren Achse ausgerüstet, die sich vorne befindet. Physikalisch ergibt sich dadurch, dass die Hinterachse das Fahrzeug stabilisiert und somit für den Geradeauslauf verantwortlich ist. Sollten die Räder an der Hinterachse keine Haftung mehr zum Boden haben, hat das Fahrzeug auch keine Führung mehr.
Bei der Konstruktion einer Bremsanlage ist daher stets darauf zu achten, dass unabhängig von der Stärke einer Bremsung die Hinterachse niemals zuerst blockiert. Die physikalischen Parameter des Fahrzeugs lassen eine solche Konstruktion zu.
Wenn eine solche Bremse konstruiert wird und keine Hilfssysteme verwendet werden, ist es sozusagen unmöglich in jeder Fahrsituation die optimale Bremskraft an beide Achsen zu verteilen.
Um dieses Problem zu lösen werden in heutigen Kraftfahrzeugen elektronische Hilfssysteme eingesetzt, die den Bremsdruck der Hinterachse dynamisch und bei Bedarf regeln und somit eine optimale Ausnutzung der Bremskraft und in Folge dessen eine bestmögliche Verzögerung ermöglichen.
Komponenten
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Aktoren
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Betätigung
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Betriebsbremse
In der Regel wird die Betriebsbremse über ein Pedal betätigt. Das Pedal ist an dem Pedalbock so montiert, dass die durch Muskelarbeit aufgebracht Kraft zu Gunsten einer Kraftsteigerung und zu Lasten des notwendigen Pedalwegs übersetzt wird. Ein Verhältnis von ca. 1:4 ist dabei üblich. -
Feststellbremse
Die Feststellbremse ist eine zusätzliche Bremseinrichtung, um ein Fahrzeug nach dem Parken dauerhaft zu sichern.
In der Regel wirkt die Feststellbremse nur auf eine Achse, zumeist Hinterachse. In der Ober- und Luxusklasse hat sich längst die elektrische Feststellbremse etabliert, wohin gegen günstigere Automobile noch mit der älteren Bauart einer Seilzugbremse mit mechanischem Hebel ausgerüstet sind.
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Weiterleitung und Verarbeitung
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Bremskraftverstärker
Der Bremskraftverstärker ist in der Regel pneumatisches Hilfsmittel in der Bremsanlage, das den Fahrer bei einem Bremsvorgang unterstützt. So wird die durch Muskelkraft und über das Pedal übersetzte Pedalkraft auf die Druckstange des Hauptbremszylinders gegeben, die quer durch den Bremskraftverstärker läuft und mit dessen innerer Membran verbunden ist. Durch einen Druck, der geringer als der atmosphärische Druck ist, wird eine zusätzliche Verstärkung der aufgebrachten Kraft erreicht, die dann auf den Hauptbremszylinder wirkt. -
Hauptbremszylinder
Der Hauptbremszylinder nimmt die resultierende Kraft des Bremskraftverstärkers auf. Der im Hauptbremszylinder befindliche Kolben übt so Druck auf das angeschlossene hydraulische System aus. Der Druck verteilt sich gleichmäßig auf alle angeschlossenen Leitungen. -
Bremsleitung
Bremsleitungen sind aus einem Metall gefertigt und bilden eine langes dünnes Rohr, durch das die Bremsflüssigkeit prinzipiell gepumpt wird. Da es sich aber in der Regel um ein nicht zirkulierendes System handelt, „steht“ die Bremsflüssigkeit mehr oder weniger in den Leitungen und wird lediglich unter Druck gesetzt, wodurch die Reaktoren ihre Aufgabe erfüllen können. Eine minimale Bewegung der Flüssigkeit ist dennoch vorhanden.
Wichtig für die Bremsleitungen ist ein gewisses Maß an Wartung. So muss, um Korrosion und bei tiefen Temperaturen das Einfrieren und eventuelle resultierende Platzen der Leitungen zu verhindern, die Bremsflüssigkeit in regelmäßigen Abständen, in der Regel zwei Jahre, vollständig gewechselt werden. -
Bremsschlauch
Bremsschläuche sind flexible Bremsleitungen, die an entsprechender Stelle Verwendung finden. So findet man Bremsschläuche in der Regel an den Übergängen von Karosserie zum Fahrwerk, um die Bewegungen ausgleichen zu können. Meistenteils sind sie direkt an die Aktoren montiert, sofern es sich um Scheibenbremsen handelt. Bei Trommelbremsen finden sich Bremsschläuche in der Regel am Übergang von Karosserie zur gesamten Hinterachse.
Bremsschläuche unterliegen durch ihre Flexibilität einem gewissen Verschleiß und werden im Laufe der Zeit porös und brüchig. Auch kann der Einsatz falscher oder ungeeigneter Bremsflüssigkeit zu einem Aufquellen der Bremsschläuche führen, wodurch im schlimmsten Fall das Platzen des Schlauch die Konsequenz ist.
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Reaktoren
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Scheibenbremse
Eine Scheibenbremse besitzt immer drei Hauptkomponenten:- Bremsscheibe
- Bremsbeläge
- Bremssattel
Wird Druck im System, hier orange gekennzeichnet, aufgebaut, bewegt sich der Kolben im Bremssattel nach innen und presst die Beläge gegen die Scheibe. Die entstehende Reibung zwischen Bremsscheibe und Bremsbelägen führt zur Umwandlung von Bewegungs- und Wärmeenergie.
Die cyan gekennzeichneten Bauteile sind Klammern, Stifte oder Federn, je nach Bauart der jeweiligen Bremse, die eine sichere Führung der Bremsbeläge innerhalb des Bremssattels gewährleisten.
Die Entlüftung der Bremssättel erfolgt über die hier lila gekennzeichnete Entlüftungsschraube.
Ist auch an der Hinterachse eine Schiebenbremse verbaut, so kann die Funktion der Feststellbremse auf verschiedene Weisen realisiert sein:- Über den Bremssattel
- Über eine kombinierte Scheibe mit integrierter Trommel
Allerdings ist ebenso am Markt die Variante der integrierten Bremstrommel vertreten. Hier befindet sich im Innern der Bremsscheibe ein als Bremstrommel ausgebildeter Raum, der allein für die Feststellbremse mit Bremsbelägen und Rückholfedern nach der Konstruktion einer Bremstrommel ausgestattet ist. -
Trommelbremse
Eine Trommelbremse ist eine kompliziertere Bauart von im Kraftfahrzeugbereich verwendeten Bremsen. Sie benötigt in jedem Fall folgende Hauptkomponenten:- Bremstrommel
- Bremsbeläge
- Radbremszylinder
- Rückstellfedern
In der Regel ist das ganze System auf einer Ankerplatte, hier dunkelblau gekennzeichnet, mit diversen Befestigungsmaterialien, hier lila gekennzeichnet, montiert.
Die Feststellbremse wird über einen zusätzlichen Hebel an einem der Bremsbeläge betätigt. Hier liegt dasselbe System vor wie bei den Feststellbremsen an einer Scheibenbremse mit integrierter Trommel.
Um eine exakte Einstellung der Bremskraft auf beiden Seiten der Achse zu erhalten, erhält eine Trommelbremse eine in, die, wie hier gezeigt, mit einer Exzenterschraube, hier orange gekennzeichnet, realisiert ist. -
Bremsdruckbegrenzer
Um ein Überbremsen der Hinterachse zu verhindern, können Bremsanlagen an der Hinterachse mit einem Druckbegrenzer ausgerüstet sein, der einen konstruktiven Schwellenwert besitzt. Steigt der Druck im System über diesen Schwellenwert, bleibt der Druck, der zur Hinterachse weitergeleitet wird, konstant. Diese veraltete Technik „verschenkt“ je nach Druck in der Anlage mitunter sehr viel Potential der Gesamtbremsanlage, erfüllt aber die notwendigen Bedingungen. -
Bremsdruckregler
Ein Bremsdruckregler ist eine Weiterentwicklung des Bremsdruckbegrenzers. War bei diesem ein fester Wert eingestellt, der das Überbremsen der Hinterachse in jedem Betriebszustand verhinderte, wird ein Bremsdruckregler vom tatsächlich wirkenden Gewicht auf die Hinterachse beeinflusst. So kann bei einem voll beladenen Fahrzeug mehr Druck an die Hinterachse geleitet werden und somit mehr Bremskraft realisiert werden.
Problematisch ist allerdings ein Defekt an diesem System. Da es sich um ein rein mechanisches Bauteil handelt, greift hier sehr oft Korrosion an, die ein Festsitzen des Bremsdruckreglers in einer unter Umständen ungünstigen Einstellung verursacht. Hier wird die Sicherheit stark beeinträchtigt. Auch der Austausch ist nicht ohne Weiteres möglich, da ein Bremsdruckregler genau justiert werden muss, um seine Aufgabe korrekt erfüllen zu können. -
Elektronische Bremskraftregelung
Moderne Fahrzeuge sind mit einer elektronischen Bremskraftregelung ausgerüstet, die eine permanente Überwachung des Bremsverhaltens vornimmt. Hierbei wird die Druckzuteilung für die Hinterachse von einem elektrohydraulischen Bauteil übernommen; wird ein zu großer Druck und somit ein drohendes Überbremsen registriert, wird der Druck begrenzt bzw. abgesenkt. Auf diese Weise ist eine sehr gute Annäherung an die ideale Bremskurve möglich.
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Gesetzliche Bestimmungen
Die gesetzlichen Vorschriften bezüglich Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge sind in der StVZO §41, den EG Richtlinien 71/320/EWG und 74/132/EWG und der ECE Richtlinie R13 festgelegt.
| Anforderungsgebiet | Zu erreichender Wert |
| Mittlere Vollverzögerung beim Betätigen der Betriebsbremsanlage | a > 5,8 m / s² |
| Mittlere Vollverzögerung beim Betätigen der Hilfsbremsanlage | a > 2,9 m / s² |
| Mittlere Vollverzögerung beim Betätigen der Feststellbremsanlage | a > 1,5 m / s² |
| Zulässige Handkraft | F < 400N |
| Zulässige Fußkraft | F < 500N |
| Pedalweg | StVZO: s ≤ 250mm + 20% Reserve ECE: s ≤ 180mm |
| Bremsverhalten | Möglichst kein Abfall der Bremswirkung Kursstabilität des Fahrzeugs |
| Regelung | Hilfssysteme / Fahrassistenten » ABS, ASR, ESP |
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