Die Scheibenbremse gehört zu den wichtigsten Bauteilen im Automobilbau, denn sie gewährleistet eine sichere Verzögerung. Grundsätzlich besteht eine Scheibenbremse aus einer mit dem Rad fest verbundenen Bremsscheibe und einem oder mehreren Bremssätteln, die die Bremsbeläge führen. Tritt der Fahrer auf das Bremspedal, wird ein hydraulischer oder elektromechanischer Druck erzeugt, der die Kolben im Bremssattel gegen die Bremsbeläge drückt, so dass sich diese eng an die Bremsscheibe anlegen. Das Signal für den Druckaufbau kann rein mechanisch, über Hydraulik oder bei einem Break-by-Wire-System auch elektronisch übertragen werden. Durch das Anpressen der Bremsbeläge an die rotierende Bremsscheibe wird die Bewegungsenergie durch die Reibung verringert. Die kinetische Energie wird in Wärme umgewandelt und abgeleitet.
Bremsscheibe: Grauguss mit hoher Wärmeleitfähigkeit
Die Bremsscheibe selbst besteht in der Regel aus Grauguss, da dieser Werkstoff eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt und hohen Belastungen standhält. Bei Hochleistungsfahrzeugen kommen auch Verbundbremsscheiben zum Einsatz, die entweder aus einer Kombination von Stahl und Aluminium oder aus Keramikverbundwerkstoffen bestehen. Keramikbremsen haben den Vorteil, dass sie besonders hitzebeständig und sehr leicht sind.
Moderne Bremssättel gibt es in zwei Hauptbauformen: als Faustsattel und als Festsattel. Der Faustsattel ist weit verbreitet, da er kostengünstiger in der Herstellung und kompakter im Aufbau ist. Hier bewegt sich ein einziger Kolben, der den inneren Bremsbelag an die Scheibe drückt, während der Sattel durch seine schwimmende Lagerung die Bewegung ausgleicht und so auch den äußeren Belag anlegt. Im Gegensatz dazu arbeiten bei Festsätteln mehrere Kolben gleichzeitig auf beiden Seiten der Scheibe, was eine präzisere und gleichmäßigere Verteilung der Bremskraft ermöglicht. Deshalb sind Festsattelbremsen bei Hochleistungsfahrzeugen und Sportwagen besonders gefragt.
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Während des Bremsvorgangs entsteht Wärme, die effektiv abgeführt werden muss, um Bremsfading - ein Phänomen, bei dem die Bremsleistung durch übermäßige Erwärmung nachlässt - zu vermeiden. Um dem entgegenzuwirken, werden viele Bremsscheiben als innenbelüftete Varianten konstruiert. Diese verfügen über einen Hohlraum mit Kühlkanälen, durch die Luft strömen kann, was den Wärmetransport verbessert. Bei besonders leistungsfähigen Bremssystemen kommen auch gelochte oder geschlitzte Scheiben zum Einsatz, was für eine noch bessere Kühlung sorgt.
Die Bremsbeläge bestehen aus unterschiedlichen Mischungen, die je nach Einsatzgebiet optimiert sind. Während in normalen Pkw organische oder halbmetallische Bremsbeläge zum Einsatz kommen, werden in Hochleistungs- und Sportfahrzeugen häufig Sintermetall- oder Keramikbeläge verwendet, die sich durch eine höhere Temperaturbeständigkeit und bessere Reibwerte auszeichnen. Auch der Verschleiß spielt eine Rolle, denn aggressive Beläge nutzen die Bremsscheibe stärker ab und können zu erhöhter Staub- und Geräuschentwicklung führen.
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Ein generelles Problem der Scheibenbremse sind die Feinstaubemissionen. Beim Bremsvorgang entstehen durch den Abrieb von Bremsbelägen und Bremsscheiben erhebliche Mengen an Feinstaub, die in die Umwelt gelangen und gesundheitsschädlich sein können. Um dem entgegenzuwirken, arbeiten Automobilhersteller und ihre Zulieferer seit vielen Jahren an Lösungen. Dazu gehören spezielle Beschichtungen für Bremsscheiben, die den Abrieb verringern, sowie Bremsbeläge mit optimierten Materialmischungen, die weniger Partikel freisetzen. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von Partikelfiltern direkt an der Bremse, die den aufgewirbelten Staub einfangen und binden.
Moderne Fahrzeuge verfügen über zahlreiche Assistenzsysteme, die die Funktion der Scheibenbremsen unterstützen. ABS (Antiblockiersystem) verhindert das Blockieren der Räder bei einer Notbremsung, elektronische Bremskraftverteiler optimieren die Bremskräfte je nach Lastverteilung im Fahrzeug. Darüber hinaus sorgen Notbremsassistenten dafür, dass bei einer Vollbremsung automatisch der maximale Bremsdruck aufgebaut wird.
