Bremsanlage Auto

Bremsanlage Auto

Zur Reduzierung der Geschwindigkeit eines Automobils gibt es die sogenannte Bremsanlage.

Sie hat die Aufgabe das Fahrzeug zu jeder Zeit auf eine andere niedrigere Geschwindigkeit abzubremsen. Die Bremsanlage wird vom Fahrer über ein Bremspedal betätigt und lässt sich je nach Bremspedalkraft sehr präzise dosieren. 

Sie besteht in der Hauptsache aus Bauteilen die nach dem hydraulischen Prinzip arbeiten.

An allen vier Rädern sind an den Radträgern die sogenannten Bremssättel angebaut und mit diesem Radträger fest verbunden. Mit dem sich drehendem Rad verbunden ist die Bremsscheibe. ( was dieser Funktionseinheit zu dem Namen Scheibenbremse verholfen hat ) Der Bremssattel umschließt zangenförmig die Bremsscheibe. Im Bremssattel sind hydraulische wirkende Kolben und die Bremsbeläge eingebaut. Die Bremsbeläge lassen sich je nach Verschleiß sehr schnell austauschen.

Wenn ein Bremsvorgang eingeleitet wird, drückt der Kolben im Bremssattel durch den hohen vom Fahrer über das Bremspedal aufgebrachten hydraulischen Druck die Bremsbeläge fest an die sich drehende Bremsscheibe. Durch den dadurch entstehenden Reibungswiderstand an der mit dem Rad verbundenen Bremsscheibe wird das Rad abgebremst.

Da diese Bremskräfte sehr hoch sind, wird die Pedalkraft des Fahrers noch durch einen sogenannten Bremskraftverstärker unterstützt. Der Bremskraftverstärker verstärkt noch einmal den hydraulischen Bremsdruck an den Kolben im Bremssattel. Der Bremskraftverstärker ist eine zusätzliche Hydraulikpumpe, die unter anderem auch die hydraulische Lenkung des Fahrzeugs unterstützt. Diese Hydraulikpumpe erhöht den gesamten hydraulischen Druck System. Sie ist allerdings nur bei laufendem Motor aktiv. Wenn der Motor nicht läuft, sind die Bremsdrücke und die Kraft zur Bewegung der Lenkung erheblich höher. Das muss man beim Abschleppen des Fahrzeugs ohne Motorbetrieb auf jeden Fall beachten.

Die Bremsanlage des Fahrzeugs ist aufgeteilt in zwei unabhängige Bremskreise. Es werden jeweils die diagonalen Räder zueinander über einen Bremskreis abgebremst. Das hat den sicherheitstechnischen Vorteil, dass bei Ausfall eines Bremskreises, zum Beispiel durch Beschädigung eines Bauteils, das Fahrzeug über den zweiten Bremskreis immer noch sicher abgebremst werden kann.

Die Wirksamkeit der Bremsanlage ist maßgeblich von der Fahrbahnbeschaffenheit abhängig. Je nach Fahrbahnzustand gibt es unterschiedliche sogenannte Reibwerte. Der Reibwert, oder auch Reibungskoeffizient genannt, ist ein Maß für die maximale entstehende Reibungskraft zwischen zwei Flächen. Hierbei bestimmt unter anderem der Anpressdruck dieser beiden Flächen zueinander die zu erreichende Bremskraft. Die Kontaktfläche von Reifen und Fahrbahn ist relativ gering. Sie ist je nach Reifengröße nicht viel größer als die Fläche einer Postkarte je Rad. Das bedeutet, dass alle während der Fahrt auftretenden Belastungen des Fahrzeugs nur  über diese kleine Fläche auf die Fahrbahn übertragen werden können. Hierbei spielt der Anpressdruck des Reifens auf die Fahrbahn eine große Rolle. Je höher der Anpressdruck der Räder auf die Fahrbahn-Oberfläche, desto höher ist die zu erreichende Bremskraft.

Der Reibungskoeffizient geht in die Formel zur Berechnung der maximal möglichen Bremskraft als Multiplikator ein. Genauso die Anpresskraft. Das bedeutet, dass für einen möglichst effektiven Bremsvorgang ein hoher Anpressdruck und ein hoher Reibwert erforderlich sind.

Man unterscheidet den Reibwert, auch Rollreibbeiwert genannt, vom Gleitreibwert der wirksam wird, wenn das Rad beim Bremsvorgang trotzdem weiter rollt. Der Gleitreibbeiwert wird wirksam, wenn das Rad beim Bremsen blockiert und weiter über die Fahrbahnoberfläche rutscht. Der Gleitreibbeiwert ist geringer als der Rollreibbeiwert. Das hat zur Folge, dass bei einer Vollbremsung ein Blockieren der Räder möglichst verhindert werden muss. Bei einem optimalem Bremsvorgang entsteht ein sogenannter Schlupf. Diese Größe beschreibt den Vorgang, dass ein abzubremsendes Rad eine etwas geringere Umfangsgeschwindigkeit hat, als die Fahrzeuggeschwindigkeit. Nur so kann eine möglichst hohe Bremswirkung erreicht werden. Das Rad dreht sich also etwas langsamer als es sich ohne Bremsbetätigung drehen würde.

Dieser dadurch entstehende  Geschwindigkeitsunterschied hat zur Folge, dass sich an der Radaufstandsfläche die Gummi-Oberfläche des Reifens mit der Fahrbahn kurzzeitig „verhaken“ kann, was letztendlich den Bremseffekt auslöst. Ein rutschendes Rad erzeugt diesen Effekt nicht mehr. Die Folge ist, dass ein blockiertes Rad einen längeren Bremsweg erzeugt als ein sich noch drehendes abgebremstes Rad. Gleiches gilt auch für die Kurvenfahrt eines Fahrzeugs. Der Lenkeinschlagswinkel muss geometrisch etwas größer sein, als es dem Kurvenradius entsprechen würde. Das Rad muss auch hier einen Schlupf nach innen haben, damit Seitenkräfte übertragen werden können.

Gut zu beobachten ist dieser Effekt beim Ski fahren. Bei Kurvenfahrt hat der Ski einen wesentlich größeren Einschlag in Richtung Kurve hin als es der Kurvenradius erforderlich machen würde. Wie schon bereits erwähnt, ist die gesamte Radaufstandsfläche relativ klein

( etwas mehr als die Fläche von 4 Postkarten ) Wird bei einer Geradeausfahrt eine Vollbremsung durchgeführt, und dadurch die Bremswirkung der Räder an ihrem maximalen Wert angekommen sind, man jetzt noch eine Lenkbewegung der Vorderachse überlagert, ist die Belastung der Räder zu hoch. Die entstehende Kurvenbeschleunigung kann jetzt zusätzlich nicht mehr mit übertragen werden. Das Fahrzeug schiebt geradeaus weiter. Ein ähnlicher Effekt entsteht, wenn sich ein Fahrzeug in einer Kurvenfahrt mit hoher Geschwindigkeit bewegt, und die Räder dadurch gerade noch in der Lage sind die hohen Seitenbeschleunigungskräfte zu übertragen, und jetzt noch ein Bremsvorgang überlagern würde. Das Fahrzeug kann in diesem Moment nicht mehr der Kurvenbahn folgen. Es bewegt sich nur noch geradeaus weiter. Deshalb wurde früher bei Fahrzeugen ohne Antiblockiersystem, in den Fahrschulen auch erwähnt, bei Kurvenfahrt möglichst nicht mehr zu bremsen.

Es wird also sehr deutlich, wie wichtig die Aufrechterhaltung der Drehung der Räder bei Kurvenfahrt und Bremsvorgang, oder beides überlagert, ist.

Hier kommt das Antiblockiersystem zum Einsatz. Es hat die Aufgabe diesen Schlupf zu kontrollieren, sowohl in der Geradeausfahrt als auch in der Kurvenfahrt. Über Sensoren, die die Raddrehzahl mit der Fahrgeschwindigkeit ständig vergleichen, werden dementsprechende Impulse an die Bremsanlage übermittelt. Sollte zum Beispiel ein Fahrer auf einer vereisten Fahrbahnoberfläche eine Vollbremsung durchführen, können die Räder nicht mehr blockieren. Das Antiblockiersystem reduziert dann automatisch den Bremsdruck im Hydraulik-System soweit herunter, dass sich die Räder gerade noch weiter drehen können. Das ist auch entscheidend für die Lenkbarkeit des Fahrzeugs. Nur ein sich drehendes Rad, wie bereits beschrieben, kann Lenkkräfte auf die Straße übertragen. Ein blockiertes Rad überträgt keine Lenkbewegungen mehr auf die Straße. In diesem Falle rutscht das Fahrzeug sofort nur noch geradeaus.

Ein weiterer Effekt während des Bremsvorganges entsteht durch die sogenannte Belastungsverschiebung an der Vorder-und Hinterachse. Da der gesamte Fahrzeugschwerpunkt je nach Fahrzeugtyp relativ hochliegt,

entsteht hierdurch beim Bremsen ein nach vorne wirkendes Drehmoment. Dieses Drehmoment berechnet sich aus der Gesamtmasse des Fahrzeugs multipliziert mit dem Abstand: Fahrzeugschwerpunkt zur Radaufstandsfläche. Dieses Drehmoment hat nun zur Folge, dass sich während des Bremsens eine Lastverschiebung nach vorne ergibt. Die Vorderräder werden hierdurch deutlich mehr belastet, die Hinterräder werden etwas entlastet. Wie oben beschrieben ist die zu erreichende maximale Bremskraft unter anderem von der Anpresskraft des Rades auf die Fahrbahn abhängig. Das bedeutet, dass die Vorderräder mehr Bremskraft, ausgelöst durch die Lastverschiebung, entwickeln können als die Hinterräder, die ja entlastet werden.

Je nach Fahrzeugtyp ist dieser Unterschied schon erheblich. Ca. 70% der wirksamen Bremskraft werden durch die Vorderräder übernommen und nur ca. 30% entfallen auf die Hinterrädern.

Es gibt verschiedene konstruktive Möglichkeiten diesem negativen Effekt zu begegnen. Bei Rennsportfahrzeugen zum Beispiel wird das beim Bremsen entstehende Drehmoment des Fahrzeugs durch einen möglichst tief liegenden Gesamtschwerpunkt erheblich reduziert. Dadurch kommt es dann zu keinen Lastverschiebungen beim Bremsvorgang und alle 4 Räder haben dadurch ungefähr die gleiche Bremskraft. Weiterhin gibt es Konstruktionen in der Radaufhängung der Hinterachse, die bei Einleitung des Bremsmomentes nach vorne gerichtet, die Fahrzeugkarosserie an der Hinterachse nach unten ziehen. Durch diesen Effekt lässt sich die Bremskraftverschiebung nach vorne auch etwas reduzieren. Wenn die Anpresskräfte der Räder möglichst gleich gehalten werden können, hat dies auch zur Folge, dass die übertragbaren Seitenbeschleunigungskräfte bei Kurvenfahrt höher sein können.

Beim Bremsvorgang ist weiterhin auch das Massenträgheitsmoment, durch die Rotationsenergie der sich drehenden Räder entstehend, abzubremsen. Es kann je nach Größe und Gewicht der Reifen incl. der Felgen relativ hoch sein. Im Prinzip ist hier der Vergleich mit einem sogenannten Schwungrad erklärend. Das Schwungrad hat die Aufgabe durch seine Rotations-Energie eine Arbeitsmaschine, zum Beispiel eine Presse kurzzeitig mit einer hohen Kraft anzutreiben. Hier wird deutlich, wie groß der Einfluss der Rotationsenergie sich drehender Fahrzeugräder sein kann. Besonders hoch kann diese Rotationsenergie bei einem Lastkraftwagen mit mehr als 12 großen breiten Rädern sein, hier genannt zum Beispiel ein Betonmischer-Fahrzeug.

In diesem Zusammenhang ist folgend ein weiterer Effekt sich drehender Räder zu erwähnen. Eine sich drehende Masse erzeugt auch ein sogenanntes Kreiselmoment. Eine Veränderung der Kreiselachse ist nur mit hohem Kraftaufwand möglich.

Vielen bekannt ist der Versuch ein sich drehendes Fahrrad-Vorderrad zur Seite zu kippen.

Funktioniert nur unter hoher Kraftanstrengung. Diese Kreiselkräfte entstehen auch, wenn man bei hoher Geschwindigkeit eines Automobils die Lenkung der Vorderräder betätigt. Hier wird dann auch die Kreiselachse der Vorderräder verändert. Die dadurch entstehenden Kräfte müssen von den Radlagern übernommen werden, die dementsprechend konstruiert sind.

Eine weitere Bremse ist die sogenannte Feststellbremse, oder auch Handbremse genannt. Sie hat die Aufgabe das Fahrzeug bei Stillstand sicher gegen Bewegung, zum Beispiel bei Parken auf einer geneigten Straße, dauerhaft zu stoppen. Sie ist darüber hinaus so konstruiert, dass sie nur bei eingeschalteter Elektronik durch den Autoschlüssel wieder entsperrbar ist. Dadurch stellt sie auch eine wirkungsvolle Diebstahlsicherung dar. Die Betätigungselemente für die Feststellbremse können sein: der allgemein bekannte Handbremshebel ( Funktion allerdings ohne Diebstahlsicherung ) oder auch über einen elektrische Schalter, der bei Betätigung Antriebselemente in Bewegung setzt, die die Bremsen dauerhaft bei abgestelltem Motor aktivieren.

Die elektronisch funktionierende Feststellbremse ist so ausgelegt, dass sie bei einer Geschwindigkeit von mehr als ca. 20 km/h bei den meisten Fahrzeugen nicht mehr aktiviert werden kann.

Dadurch wird verhindert, dass bei einer zufälligen Betätigung des Schalters bei hoher Geschwindigkeit keine Vollbremsung durch die Feststellbremse mehr möglich ist.