World of Rufus - Die Bremsenseite

Mitte 1997 war es in de.rec.motorrad mal wieder soweit: eine wilde Tastaturhatz begann, als es galt, eine Erklärung für für die ";beste Kombination"; von Bremsscheiben/Bremsbelägen zu finden. Als studierter Werkstoffwissenschaftler mischte ich mich zu einem Zeitpunkt in die Diskussion ein, als dermassener Mist geschrieben wurde, der so einfach nicht stehen bleiben konnte. Allerdings war es unglaublich schwierig, eine vernünftige Erklärung zu finden.
Flugs war die Serienbrieffunktion aktiviert und die Hersteller/Importeure/Vertriebe von namhaften Mopped- und Bremsenherstellern waren angeschrieben, zu den werkstoffkundlichen Unterschieden zwischen Stahl-/Gußeisenbremsscheiben sowie dazu korrespondierenden organischen, bzw. Sintermetallbremsbelägen Stellung zu nehmen.
Die erste Ernüchterung stellte sich bei den ersten Antworten ein, die zu 98% darauf hinwiesen, daß diese Angaben das spezielle Know-How der jeweiligen Hersteller seien. Ach was! Andere Firmen hatten Personalprobleme (Arbeitsüberlastung) und konnten/wollten Ansprechpartner, die Licht in das Dunkel bringen könnten, nicht benennen.
Eine gewisse Aufhellung kam schließlich durch die Antwort von Herrn Steinmetz, Fa. Spiegler vom 19.8.97, das ich nachfolgend (auszugsweise, ohne Einführungs- und Ausführungsfloskeln) zitiere. Doch vorher noch ein paar allgemeine Bemerkungen zu Bremsscheiben und ihren Belastungen [nach W. Keiner, H. Werning, ";Hochgekohlter Grauguß GG-15HC - Idealer Werkstoff für Bremsscheiben und Bremstrommeln";, in konstruieren + gießen 15 (1990) Nr.4]:

Probleme können darüberhinaus noch durch eine ungleichmässige Wärmeverteilung auf der Scheibe während des Bremsens selber auftreten. Der Fahrer bemerkt dies durch ein ";Rupfen"; oder ";Rubbeln"; der Bremse. Gründe hierfür liegen in der sorgfaltlosen spanenden Fertigung, die zu

der Bremsscheibe führen kann.
Aus der Wärmetechnik gilt die Erkenntnis, daß gute Wärmeleiter auch die Möglichkeit haben sollten, diese über eine möglichst große Fläche abstrahlen zu können. Hierzu sind Bremsscheiben teilweise als innen- bzw. aussenbelüftete ";Doppelbremsscheiben"; ausgeführt.
Die Bohrungen tragen um ein weiteres zum besseren Abkühlen bei.
Aber nun zum zitierten Schreiben:

1. BREMSSCHEIBEN
Der vermutlich wichtigste Grund für die Verwendung von sogenanntem ";Edelstahl" (ganz im Gegensatz zur landläufigen Meinunghandelt es sich hier nicht um einen wirklich rostfreien, sondern lediglich um einen schwer rostenden Stahl) als Bremsscheibenmaerial liegt darin, daß Bremsscheiben am Mottorrad einen erheblichen Anteil am optischen Eindruck haben. Und dieser wird durch eine mit Flugrost "geschmückte" Gußscheibe natürlich etwas beeinträchtigt.
Als Beleg hierfür mag z.B. gelten, daß bis heute kein Automobilhersteller auf die Idee verfallen ist, die Bremsscheiben aus Edelstahl herstellen zu lassen, wie auch immer noch in aller Regel Gußeisenbremsscheiben im Sporteinsaz bevorzugt werden.
Daneben gibt es noch zwei weitere Gründe, die allerdings nur untergeordnete Bedeutung haben:

In welchen Eigenschaften unterscheiden sich nun die Werkstoffe? Da sind, neben der unterschiedlichen Korrosionsneigung, im wesentlichen die folgenden Punkte zu nennen:

Zu Punkt 1:
Wesentlich für die Belastungen, die an einer Bremsscheibe auftreten, ist die umzusetzende Wärmemenge (abhängig von Fahrzeugmasse und Geschwindigkeit vr bzw. nach der Bremsung). Diese umzusetzende Wärmemenge wird an der Kontaktstelle zwischen Belag und Scheibe erzeugt und soll möglichst komplett von der Scheibe aufgenommen werden, um das hydraulische System vor hohen Temperaturen zu schützen.
Diese Wärme muß von der Scheibe an die Umwelt abgeführt werden.
Dabei hat insbesondere die höhere Wärmeleitfähigkeit des Guß mehrere Vorteile.
Zum einen sorgt sie dafür, daß das Scheibenmaterial schneller gleichmäßig durchwärmt wird. Dies begünstigt einen konstanten Reibwert (der generel, je nach Belagtyp oft sogar erheblich, abhängig von der Temperatur schwankt!) und vermeidet Verzug.
Der bei Stahlscheiben geringfügig früher auftretende "Biß" rührt vor allem daher, daß diese Scheiben an der Kontaktfläche zum Belafg schneller heiß werden, da die Wärme langsamer als bei Gußscheiben abgeführt wird. Allerdings hat dies auch zur Folge, daß die Bremsleistung recht unvermittelt einsetzt und damit schwerer zu dosieren ist.
Zudem begünstigt diese Tatsache den Verzug von solchen Bremsscheiben.
Dieses Phänomen ist bei den relativ dünnen Motorradscheiben natürlic geringer als bei PKW oder LKW, nichtsdestotrotz aber durchaus relevant.

Zum anderen kann die Gußscheibe die aufgenommene Wärme erheblich besser an die Umwelt abgeben. Dies ist insbesondere im Falle der Bremsung selbst wichtig, da dadurch schon während des Bremsvorganges mehr Wärme an die Umwelt abgeführt wird. Somit bleibt der Temperaturunterschied zwischen dem eigentlichen Bremsvorgang und der nachfolgenden Phase ohne Bremsung bei Gußscheiben geringer als bei Stahlscheiben.
Sie weisen demnach eine relativ konstante Betriebstemperatur auf, was (siehe oben) einen konstanten Reibwert und damit die Dosierbarkeit der Bremse günstig beeinflußt.
Im Ergebnis bedeutet dies, daß Gußscheiben bei gleicher Dimensionierung (=Gewicht) erheblich größere thermische Reserven aufweisen, als dies Stahlscheiben tun.
Dies ist auch der Hauptgrund dafür, daß im Rennsport eingesetzte Stahlscheiben (z.B. Seriensport, aber auch Brembo) oft erheblich schwerer sind, als Gußscheiben mit üblicherweise 5mm Dicke. Durch die größere Masse der Scheibe kann die gesamte Wärmekapazität erhöht und damit die Überhitzungsgefahr für die Länge eines Rennens vermieden werden.
Nachteile: schlechteres Handling (größere rotierende Massen!) und höheres Gesamtgewicht.
Zudem werden ganz erhebliche Anstrengungen im Versuchsbereich (extrem aufwendige Bremszangenkonstruktionen, speziell formulierte und konstruierte Belagmischungen, etc.) erforderlich, damit Stahlscheiben mit Sintermetallbelägen heute überhaupt als rensporttauglich gelten können.

Zu Punkt 2:
Kohlenstoff hat etwas widersprüchliche Eigenschaften. Zum einen tut er als gutes Schmiermittel im Graphitpulver seinen Dienst. Zum anderen sorgt er aber bei Carbonbremsscheiben im Rennsport für enorme Verzögerungsmöglichkeiten.
Graphit (die Form, in der Kohlenstoff in Gußscheiben vorkommt) weist über einen weiten Temperaturbereich einen konstanten Reibwert auf, ist thermisch recht stabil und ist letztlich im Guß für die gute Wärmeableitung verantwortlich.
Damit beeinflußt er Gußbremsscheiben dahingehend, daß diese leichter dosierbar Bremswirkung aufbauen als Stahlscheiben, die dazu neigen, "bissig", und damit schwer dosierbar zu agieren.
Ein möglicher Grund für diese "Bissigkeit" liegt darin, daß Sinterbeläge in Verbindung mit Stahlscheiben beim Bremsvorgang dazu neigen, mit der Scheibe kurzzeitig zu verschmelzen ("fressen"), was zu abrupten Reibwertänderungen führen kann.
Organische Beläge tun dies nicht, weshalb sie auf Stahlscheiben oftmals subjektiv etwas "stumpfer" wirken. Mißt man die absoluten Verzögerungen, dann zeigt sich, daß sie durch das Fehlen der großen Reibwertsprünge letztlich oft für besser dosierbare Bremswirkung sorgen und damit auch dem geübten Fahrer kürzere Bremswege ermöglichen.
Schlußendlich bietet die Verwendung organischer Beläge auf Gußscheiben nach unseren Erfahrungen die optimale Kombination aus Dosierbarkeit und Standfestigkeit.
Gleichzeitig hat sich auch bei der Bremsbelagentwicklung gezeigt, daß die Erhöhung des Kohlenstoffanteils in Belägen für höhere Reibwerte und vor allem besserer Reibwertkonstanz über einen weiten Temperaturbereich sorgt. Allerdings sei hier auch nicht verschwiegen, daß solche Beläge im rennsportlichen Einsatz nicht nur Stahlscheiben, sondern durchaus auch Gußscheiben thermisch überfordern können, was zu erhöhtem Verschleiß oder Verzug führen kann.
Bei den Gußscheiben einiger Hersteller können dann sogar Risse im Guß auftreten.

2. BREMSBELÄGE
Neben dem oben gesagten bezüglich der Unterschiede zwischen Sintermetall- und organischen Belägen, seien hier noch einige ergänzende Punkte genannt.
Sogenannte organische Beläge bestehen aus einer Reihe von Komponenten, deren genaue Rezeptur jeder Hersteller verständlicherweise streng geheimhält.
Allerdings sind Bestandteile wie z.B. Eisenspäne, Kohlenstoff, verschiedenen Fasern (auch Kevlar, da übrigens völlig ungeeignet ist, die BRemswirkung zu verbessern und lediglich als Füllstoff die inzwischen verbotene Asbestfaser ersetzt), Kunstharze und vieles mehr sehr häufig zu finden.
Diese Materialien werden, gemahlen oder zerrieben, sehr homogen miteinander vermengt, in einer Form verdichtet und anschließend auf eine Metallträgerplatte gepreßt.
Die Verbindung zwischen Belagmaterial und Grundplatte wird über eine spezielle Beschichtung der Platte, die unter Hitzeeinwirkung reagiert, hergestellt.
Nach dem "Backen" gehen die Beläge in die Endbearbeitung, wo mechanisch die ebene Oberfläche hergestellt wird.
Der so entstandenen Belag ist relativ spröde und benötigt zur optimalen Funktion eine gewisse Einfahrzeit. er ist in der Regel weniger aggressiv gegen Bremsscheiben und sorgt für lange Scheibenlebensdauer.

Sinterbeläge hingegen können aus den verschiedensten Materialien zusammengestellt werden. Der Sintervorgang (Verbinden von Materialien verschiedensten Ursprungs unter Einwirkung von hohem Druck und hoher Temperatur) ermöglicht eine andere, sehr freie Auswahl der Komponenten.
Sinterbeläge sind relativ hart, damit z.B. ungeeignet für die Verwendung auf Gußbremsscheiben und gleichzeitig in der Regel recht gute Wärmeleiter.
Über ihre Zusammensetzung bewahren die Hersteller genauso Stillschweigen.
Zitatende ....."

Kinetische Betrachtungen zu Bremsscheiben
V [km/h]	V_Umfang [m/s]
50	5,3
100	27,8
150	41,7
200	55,6
250	69,5
300	83,4

Copyright © by Rufus, Letzte Änderung:

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