ELI5: Wie bremsen Bremsen eigentlich?

In der Serie „Erkläre es mir, als wäre ich 5“ schlüsseln wir komplexe Themen so auf, dass sie selbst ein Fünfjähriger verstehen würde. Heute ist Gareth Thomas, Senior Engineer bei Polestar, an der Reihe – der alte Hase in der Bremswelt taucht mit uns tiefer ins Thema ein.Genau wie in einer früheren Ausgabe dieser Serie, fangen wir mit einem Crashkurs in „Physik“ an. Wenn sich ein Fahrzeug bewegt, entsteht in den Rädern Bewegungsenergie, sogenannte kinetische Energie. Wenn man jetzt das Bremspedal im Auto betätigt, erzeugen die Bremsen Reibungswiderstand an den Rädern (d. h. die Bremsscheiben werden zusammengepresst), wodurch die kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die kinetische Energie des fahrenden Fahrzeugs wird aufgrund der Reibung in Hitze umgewandelt – das kennen Sie auch von der kalten Jahreszeit, wenn Sie Ihre Hände aneinanderreiben. Dass Ihr Auto zum Stoppen kommt, ist letztendlich das Ergebnis dieser Wärmeerzeugung.Im Laufe der Automobilgeschichte gab es viele verschiedene Bremssysteme, doch bei allen war und ist dieser Reibeeffekt zentral. Denn ohne Reiben kein Bremsen. Die allerersten „Urbremsen“ waren zum Teil einfache Holzstücke, die an das Rad gepresst wurden. Sie waren zwar alles andere als optimal und haben die Räder ordentlich schnell verschleißen lassen, aber durch die Reibung erfüllten sie trotz allem ihren Dienst.

Trommel- und hydraulische Bremsen

Aber wie lassen sich Reibung und Rad denn jetzt schadensfrei vereinen? Die brillanten Bremsen-BauerInnen zu Beginn des 20. Jahrhunderts hatten eine bahnbrechende Lösung: eine Trommel am Rad. Diese Trommel wurde mit zwei wärmeresistenten Bremsklötzen ausgestattet, welche gegen die Trommel drückten. Da die Trommel mit dem Rad verbunden war, sorgt ein Verlangsamen der Trommel auch automatisch für ein Verlangsamen des Rads. Damit gehörte zwar der übermäßige Bremsverschleiß der Vergangenheit an, doch das war nicht die einzige Schwachstelle der damaligen Bremsen. Die ersten Autos nutzten eine komplexe Verkabelung, um den Druck vom Pedal zu den Rädern zu bekommen: Beim Bremsen wurde der am Rad befestigte Bremszug angezogen. Doch dieses System hatte zwei gewichtige Nachteile: Zum einen sind die Bremszüge oft gerissen, zum anderen war aber auch höchste Präzision gefordert, damit die Bremskraft an allen vier Rädern gleich war – und das war extrem schwierig. Ungleich gespannte Bremszüge würden das Fahrzeug beim Bremsen im schlimmsten Fall hin- und herschwanken lassen.Erst die hydraulischen Bremsen machten auch diesem Problem den Garaus. Hydraulische Bremsleitungen sind kleine Röhrchen, die das Bremssystem mit den Trommeln der Räder verbinden. Diese Leitungen sind mit nicht komprimierbarer Bremsflüssigkeit gefüllt, was einen Bremsvorgang ohne Kraftverlust ermöglicht. Dank des konstanten Drucks der Bremsflüssigkeit wird der Druck gleichmäßig auf alle Bremsleitungen verteilt. In den 1950er-Jahren waren Hydraulikbremsen die einzige Art von Bremstechnologie, die in Autos zum Einsatz kam.Heute haben wir es mithilfe der Trommeln und der hydraulischen Bremsleitungen geschafft, die kinetische Energie des Rades kontrolliert in Wärmeenergie umzuwandeln. Aber wohin mit der ganzen überschüssigen Wärmeenergie?

Scheiben und Bremssättel

Bremsen, die zu heiß werden, sind mit das Schlimmste, was der Bremsleistung passieren kann. Wenn sie überhitzen, können sie keine kinetische Energie mehr in Wärmeenergie umwandeln und sog. „Fading“ tritt auf (ein Verlust der Bremskraft durch Überhitzung). Doch die Lösung ist sehr einfach: Weg mit den Trommeln, rein mit Scheiben und Bremsklötzen.Die Bremsscheibe ist am Rad angebracht und der Bremssattel umgreift diese. Im Gegensatz zu Trommelbremsen, funktionieren Scheibenbremsen durch Zusammenpressen. Der Bremssattel drückt auf die Scheibe, wodurch… ja, richtig geraten, Reibung entsteht.  Je größer die Kombination aus Scheibe und Bremssattel, desto stärker die Bremswirkung.Auch was die Wärmeabgabe angeht, haben Scheibenbremsen die Nase vorn – das aus mehreren Gründen. Zum einen ist der Bremssattel nicht im Inneren einer Trommel angebracht, wodurch die Hitze leichter entweichen kann. Zum andere kann Wärme über die dafür vorgesehenen Löcher in der Scheibe entweichen. Der vielleicht größte Vorteil sind aber die Bremsenkühlkanäle, die von der Vorderseite des Fahrzeugs nach hinten zu den Bremsen verlaufen, wodurch die kühlere Luft von außen die Bremsen kühlen kann. Das ist nichts anderes, als wenn Sie im Sommer vor einem Ventilator sitzen.Obwohl Scheibenbremsen ganz klar die wirksamere Bremstechnologie sind, müssen sich Trommelbremsen in Sachen Leistung und Sicherheit keineswegs verstecken. Ein Nachteil ist, dass Scheibenbremsen erheblich teurer in der Herstellung sind als Trommelbremsen und die Scheibenbremsen können bei unregelmäßiger Benutzung oder längerer Standzeit des Autos schneller rosten. Da eine Trommelbremse ein in sich vollständig geschlossenes System ist, korrodieren sie nicht auf die gleiche Weise. Trommelbremsen können gleichzeitig als Feststellbremse fungieren, was das gesamte Bremssystem im Fahrzeug verschlankt.

Verschleiß

Der beste Weg, die Nutzungsdauer der Bremsen zu maximieren, besteht darin, zu viel Energie auf einmal zu verhindern. In der Praxis sieht das dann so aus: Weniger stark und spät bremsen, dafür aber vorrausschauender und mit weniger Kraft arbeiten. Dadurch entsteht weniger Druck, der durch das Bremssystem gejagt wird und die Reibung zwischen dem Bremssattel und der Scheibe ist daher auch geringer, wodurch die Energie schonender abgeführt wird.In der kalten Jahreszeit kann die Feststellbremse manchmal „einfrieren“, wenn das Auto draußen bei eiskalten Temperaturen geparkt ist. Um das zu verhindern, sollte das Auto nach Möglichkeit in einer Garage geparkt werden.Wir hoffen, dass dieser kleine, aber feine Crashkurs ein wenig Licht ins Dunkel gebracht hat und Sie jetzt mehr über Bremsen wissen. Ihr Wissensdurst ist noch nicht gestillt? Dann betätigen Sie den Pfeil unten und erfahren Sie mehr über unsere Bremsen und unseren weltberühmten Partner Brembo.