Bremsen bei Fahrzeugen sind für die Betriebssicherheit unerlässlich. Je nach der Bauart unterscheidet man zwischen Trommelbremsen und Scheibenbremsen. In beiden Fällen wird für das Abbremsen von Fahrzeugen die Gleitreibung zwischen speziellen Bremsbelägenund einer Bremstrommel bzw. Bremsscheibe genutzt. Dabei wird mechanische Energie in thermische Energie umgewandelt, die in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
Physikalische Grundlagen
Bremssysteme sind hydraulische Anlagen,
bei denen zum einen das Gesetz für hydraulische Anlagen und zum anderen
die Abhängigkeit der Gleitreibung von der Normalkraft genutzt werden.
Damit die Anpresskraft (Normalkraft)
zwischen Bremsbacken und Bremstrommel bzw. Bremsscheibe möglichst
groß werden kann, wird die Fläche im Hauptbremszylinder klein
und bei den Bremskolben groß gewählt, denn nach dem Gesetz
für hydraulische Anlagen verhalten sich die Kräfte an den
Kolben proportional zu den Flächen der Kolben. Es gilt:
Somit kann man mit einer kleinen Kraft am Bremspedal eine große
Kraft am Bremskolben erreichen.
Für die Gleitreibungskraft zwischen Bremsbacken bzw. Bremstrommel
gilt:
Die Normalkraft (Anpresskraft) kann man mit der Kraft am Bremspedal
verändern. Sie ist umso größer, je kräftiger man
das Bremspedal betätigt. Darüber hinaus werden in modernen Fahrzeugen
Bremskraftverstärker genutzt.
Die Reibungszahl hängt von den verwendeten Materialien ab. In der
Regel verwendet man spezielle Bremsbeläge, die nicht nur eine relativ
hohe Reibungszahl haben, sondern auch möglichst abriebfest und hitzebeständig
sein müssen, damit die Betriebssicherheit über einen längeren
Zeitraum auch bei hoher Belastung gewährleistet ist.
Bremsen sind besonders wirksam, wenn zwischen Reifen und Straße
die Haftreibungskraft und nicht die kleinere Gleitreibungskraft wirkt.
Das könnte passieren, wenn man die Bremsen so kräftig betätigt,
dass die Räder blockieren.
Um das zu vermeiden, wird in modernen Fahrzeugen ein Antiblockiersystem
(ABS) eingebaut. Das ABS sichert elektronisch
ab, dass im Grenzbereich die Räder nicht blockieren. Damit wird nicht
nur eine bessere Bremswirkung erzielt, sondern es bleibt auch die Lenkbarkeit
des Fahrzeuges erhalten.
Den Aufbau einer Trommelbremse zeigt Bild 2. Beim Betätigen des Bremspedals werden durch einen Bremszylinder die Bremsbacken von innen gegen die Bremstrommel gedrückt. Diese Bremstrommel ist fest mit dem Rad verbunden. Damit wirkt zwischen Bremsbacken und Bremstrommel eine Gleitreibungskraft, die das Abbremsen des Fahrzeuges bewirkt.Scheibenbremsen
Bild 3 zeigt den Aufbau einer Scheibenbremse. Sie ist so konstruiert, dass die Bremsbeläge durch einen Bremszylinder gegen eine Bremsscheibe gedrückt werden, die fest mit dem Rad verbunden ist. Damit wirkt zwischen Bremsbacken und Bremsscheibe eine Gleitreibungskraft, die das Abbremsen des Fahrzeuges bewirkt. Gut sichtbar sind Scheibenbremsen bei vielen Motorrädern ( Bild 1).