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Inhalte


Einleitung

Das Internet ist voll von Autoforen, in denen sich tausende Leute mit Bremsenrubbeln, Bremsscheibenproblemen, Scheibenrissen, Quietschen etc. herumquälen. Oftmals wird dann durch Einsatz teurerer Teile oder ganz anderer Bremsanlagen munter los optimiert... nicht selten mit fragwürdigem Erfolg.

Will man die Eigenschaften und auch Eigenarten eines PKW-Bremssystems verstehen, so ist es (wie immer und überall) mehr als hilfreich, Ursachen und Wirkungen des Systems zu verstehen. Erst wenn man Wirkprinzipien der Reibpaarung Bremsbelag «» Bremsscheibe bis zu einem bestimmten Grad nachvollzogen hat, hat man überhaupt eine Chance, durch Betrachten seiner Scheiben und Beläge sowie der zu beklagenden Effekte oder Probleme zu einer sinnvollen Abhilfemaßnahme zu gelangen.

Diese Zusammenfassung ist ein Versuch, Licht ins Dunkel der Bremsenprobleme zu bringen. Das Knowhow stützt sich dabei auf 6 Jahre eigene Probleme mit Bremsen auf Rennstrecken sowie die hervorragenden Informationen des ESSEX LEARNING CENTER / "Helpful Guides, videos, and how-to's from our experts". Eine 100%ige Richtigkeit und Vollständigkeit ist nicht sichergestellt. Jedoch erklären die Ausführungen der Experten (mit Bekleidung) voxn AP Racing in den Artikeln und Videos des ESSEX LEARNING CENTER Zusammenhänge, mit deren Kenntnis sich viele der erlebten Bremsenprobleme erklären und in kausalen Zusammenhang bringen lassen... was Richtigkeit nahelegt. Hinweise auf Sachfehler oder wissenswerte Ergänzungen sind z. B. via Kontaktformular herzlich willkommen.

Grundlagen

Bremsbelag und Temperatur

Egal ob ordinärer Straßenbremsbelag oder Highend-Rennbremsbelag... das Verhalten eines Bremsbelages ist abhängig von der Temperatur, mit der er betrieben wird. Will man die Eigenschaften und Reaktionen des Bremssystems verstehen, ist die Unterscheidung in zwei Arbeitsbereiche bei Bremsbelägen wissenswert:

Abrasiver Verschleiß

Betreibt man einen Bremsbelag zu kalt, also unterhalb seines Betriebstemperaturfensters, so arbeitet der Belag auf der Scheibe abrasiv, vgl. abrasiver Verschleiß, Wikipedia. Die Folgen sind stärkerer Verschleiß von Belag und Scheibe, ggf. Quietschen sowie stärkere Entwicklung von Reibungswärme und geringere Bremswirkung als im Optimum.

Adhäsiver Verschleiß

Betreibt man einen Bremsbelag innerhalb seines Betriebstemperaturfensters, so arbeitet der Belag auf der Scheibe adhäsiv, vgl. adhäsiver Verschleiß, Wikipedia. Die Folgen sind geringerer Verschleiß, ggf. geringeres Bremsgeräusch sowie geringere Reibungswärme und optimale Bremswirkung.

Bremsbelag, Bremsscheibe und Transferlayer

Damit die Reibpaarung aus Bremsbelag und Bremsscheibe im besseren, adhäsiven Wirkmechanismus optimal funktioniert, ist die Bremsscheibe zuvor in einen Zustand zu versetzen, bei dem Material des Bremsbelages in die Oberfläche der Bremsscheibe eingewandert ist. Diese Schicht, die sich auf der Oberfläche der Bremsscheibe bildet, nennen wir ab jetzt Transferlayer. Zum Aufbau eines homogenen Transferlayers ist ein definiertes Einfahren von Bremsscheiben erforderlich.

Einfahren der Bremsscheiben

Der vorherige Abschnitt erläuterte kurz die Notwendigkeit, Bremsscheiben einzufahren, also ein homogenes Transferlayer aus Belagmaterial auf der Oberfläche der Bremsscheibe zu erzeugen.

Im Motorsport werden hierfür Maschinen eingesetzt, in die die neue Bremsscheibe mit ihren Belägen eingespannt wird und danach in einem spezifischen Programm charakterisiert durch Drehzahl und Druck für spätere Belastung auf der Rennstrecke vorbereitet wird. In der Maschine ist der Einfahrvorgang unter definierten Bedingungen möglich und lässt sich zum Optimum perfektionieren. Da einem solch eine Maschine leider in der Regel nicht zur Verfügung steht, hat man keine andere Wahl, als den notwendigen Einfahrvorgang nach Erstinbetriebnahme der Bremsscheiben (und ggf. auch später noch einmal) direkt am Fahrzeug zu absolvieren.

Methodik des Einfahrvorganges ist es, die Bremsbeläge unter kontrollierten Bedingungen in die oberen Bereiche ihres Arbeitstemperaturfensters zu bringen und dort eine Weile zu betreiben, so dass unter passenden Bedingungen Belagmaterial gleichmäßig in die Oberfläche der Bremsscheibe einwandern kann.

Versagt man hierbei, so dass sich KEIN gleichmäßiges Transferlayer ergibt, so erntet man sogleich Bremsenrubbeln, also ungleiche Bremswirkung je Radumdrehung, die einem hörbar und spürbar das Bremsen verleidet.

Zum Einfahren sucht man sich eine leere Straße oder besser noch ein großes Gelände, wo man ungestört umherfahren kann. Der Einfahrzyklus besteht aus schnell wiederholten Beschleunigungs- und Bremsvorgängen... dafür sollte genug Platz vorhanden sein. Man darf NIEMALS bis in den Stillstand bremsen, da sich hierbei an der Stelle, an der die Beläge auf der Scheibe zum Stehen kommen, zu viel Material ablagert, welches dann wiederum zu Bremsenrubbeln führen wird. Man muss sich also ein Gelände suchen, wo man z. B. 10x hintereinander den Zyklus 100km/h auf 10km/h auf 100km/h absolvieren kann, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu stören oder zu gefährden. Safety first, please!

Je nach verwendeten Bremsbelägen und Bremsscheiben ist die Einfahrprozedur unterschiedlich einfach bzw. schwierig. Die genaue Ausprägung des benötigten Zyklus kann hier nicht benannt werden, da sie zu sehr vom Bremssystem und den darin verwendeten Komponenten abhängt. Es ist bei einem kleinen Serienbremssystem mit Serienbremsbelägen viel einfacher, die erforderliche Temperatur hinein zu fahren, als bei einem großzügig dimensionierten, hochperformanten Sportbremssystem mit Rennbremsbelägen. Zum einen benötigen Rennbremsbeläge eine deutlich höhere Temperatur, um in den adhäsiven Arbeitsbereich überzugehen, zum anderen führt ein großes Bremssystem Wärme viel schneller und effektiver ab. Besitzt man Luftführungen, die Kühlluft zur Bremsanlage leiten, so empfiehlt es sich, diese Kühlmaßnahmen für den Einfahrvorgang zu minimieren. Beispielsweise kann man die Lufteinlässe der Kühlkanäle mit einem Tape verschließen.

Nach Abschluss der Bremszyklen jetzt keinesfalls einfach anhalten! Die viele Hitze muss behutsam aus dem Bremssystem heraus befördert werden. Dazu sollte man noch einige Minuten weiterfahren, ohne allzu viel Bremsleistung abzurufen. So kann der Fahrtwind das Bremssystem kühlen. Nicht komplett aufs Bremsen verzichten. Je langsamer die Temperatur gesenkt wird, desto besser.

Dem Video zur Einfahrprozedur im ESSEX LEARNING CENTER entstammen alle bisher genannten Informationen. Das Video zeigt am Ende den genauen Ablauf eines Einfahrvorganges bei einer Corvette mit ungelochten und ungeschlitzten Stahlbremsscheiben mit Serienbelägen. Zudem zeigt der Artikel Vorher-/Nachher-Bilder von Bremsscheiben und Bremsbelägen vor und nach korrekt ausgeführter Einfahrprozedur. Das Reibbild einer gut eingefahrenen Bremsscheibe ist sehr charakteristisch, man sollte es sich einprägen und an seinem Auto wiederfinden... wenn man alles richtig gemacht hat.

Einfahren nach Bremsbelagwechsel

Behält man seine bereits gut eingefahrenen Bremsscheiben bei und erneuert lediglich die Bremsbeläge, z. B. weil sie verschlissen sind, so ist ein erneutes Einfahren nur dann NICHT notwendig, wenn man vorher wie nachher Bremsbeläge desselben Typs verwendet.

Wechselt man jedoch auf einer bereits eingefahrenen Bremsscheibe von einem Belagmaterial A zu einem anderen Belagmaterial B, z. B. von einem Rennbremsbelag zu einem Serienbremsbelag, so ist die Bremsscheibe einer besonderen Prozedur zu unterziehen. Dies ist immer dann notwendig, wenn man von einem Belagmaterial zu einem anderen Belagmaterial auf derselben Scheibe wechselt.

Zuerst muss das in die Bremsscheibe eingewanderte Material, das Transferlayer des alten Belages A entfernt werden, bevor eine neue Einfahrprozedur mit dem neuen Belagmaterial B erfolgen darf, um einen sauberen Transferlayer des neuen Belagmaterials zu erzeugen.

Entfernt man die Reste des Belagmaterials A nicht zuvor von der Bremsscheibenoberfläche, so stapelt man sozusagen zwei unterschiedliche Belagmaterialien auf der Bremsscheibe. Die Folgen sind nicht vorhersagbar, sehr wahrscheinlich wird es dazu führen, dass sich kein rund herum gleichmäßiges Transferlayer des neuen Belagmaterials ausbildet. Ungleichmäßige Scheibenoberflächeneigenschaften, also ein nicht rund herum gleichmäßig vorhandenes Transferlayer, führt dann wieder zum unerwünschten Bremsenrubbeln.

Wie entfernt man ein altes Transferlayer?

Die aufwändige Methode ist das Abdrehen der Bremsscheiben. Nun kann und will man dies ja nicht vor und nach z. B. einen Trackday leisten, so dass auch hier wieder alternativ eine Prozedur direkt mit dem Auto an den Bremsen angewendet werden kann.

Man macht sich die materialabtragenden Eigenschaften des Bremsbelages im zu kalten und damit abrasiven Arbeitszustand zunutze. Idealerweise nutzt man hierbei das "schärfere" der beiden Belagmaterialien, z. B. den Rennbremsbelag. In abrasiver Arbeitsweise und richtig angewendet trägt der Bremsbelag die oberste Schicht der Bremsscheibe ab und man erhält eine rückstandsfreie, relativ raue, metallisch silberne Bremsscheibenoberfläche, die kein Transferlayer mehr enthält. Die Prozedur zum Entfernen eines Transferlayers entspricht der Einfahrprozedur, nur dass man der Bremsanlage zwischen den Bremsvorgängen viel Zeit zum Abkühlen gibt. Besitzt man Luftführungen, die Kühlluft zur Bremsanlage leiten, so empfiehlt es sich, anders als beim Einfahrvorgang, diese Kühlmaßnahmen zu optimieren.

Auch hierfür gibt es im ESSEX LEARNING CENTER ein hervorragendes Video zum Abtragen des alten Transferlayers, das sich sehr zu schauen empfiehlt. So bekommt man auch visuell ein Gespür dafür, wie die eigene bereits gebrauchte Bremsscheibe VOR einem erneuten Einfahrvorgang aussehen sollte.

Ursachen für Bremsenrubbeln

Viele Phänomene werden pauschal als Bremsenrubbeln betitelt, obwohl hier durchaus Unterscheidungen notwendig sind. Dabei ist es hilfreich, wenn man weiß, in welchem Moment und mit welchem Verlauf das Bremsenrubbeln erstmals begonnen hat. Ursachen für Bremsenrubbeln können sein:

Ungleichmäßig vorhandenes Transferlayer

Die wohl häufigste Ursache unrunder Bremseigenschaften ist eine innerhalb einer Radumdrehung ungleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit der Bremsscheiben in Form eines nicht gleichmäßig vorhandenen Transferlayers. Das hieraus resultierende Bremsenrubbeln ist geschwindigkeitsabhängig UND wird umso stärker, je mehr Bremsdruck man beaufschlagt. Wenn es erstmalig auftritt, geschieht dies nicht plötzlich und mit gleich voller Intensität, sondern es baut sich langsam immer mehr auf. Folgende Anlässe können zu einem ungleichmäßigen Transferlayer führen:
Hat man dieses Bremsenrubbeln erst einmal, so werden wohl sehr oft mangels Kenntnis die Bremsscheiben und Beläge erneuert. Das ist so teuer, wie es unnötig ist. Abhilfe schafft hier das Anwenden der Prozedur zum Abtragen des Transferlayers und danach das Absolvieren eines definierten, neuen und guten Einfahrvorganges, um ein ordentliches, gleichmäßiges, neues Transferlayer aufzubauen.

Da man sich bei der wirklichen Ursache der Bremsprobleme ja durchaus auch täuschen kann, muss dieses Vorgehen nicht zu 100% zum Erfolg führen. Da jedoch diese beiden Prozeduren recht schnell absolvierbar sind, ist es in jedem Fall einen Versuch wert, BEVOR man teure neue Hardware montiert.

Die meisten Bremsenprobleme werden auf ein nicht ordentliches Transferlayer zurückzuführen sein.

Wärmeverzug der Bremsscheiben

Eine Stahlgussbremsscheibe besitzt aus dem Gussprozess während ihrer Herstellung im Material eingeschlossene Materialspannungen, die sich bei Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 650°C schlagartig lösen und zu einem Verzug der bisher ruhig rotierenden Bremsscheibe führen können. Es ist unklar, welche thermische Behandlung bei Bremsscheiben üblich ist, und welche Unterschiede es im Produktionsprozess zwischen Standardscheiben und Sport- bzw. Rennbremsscheiben tatsächlich gibt. Oft liest man, einige Sportbremsscheiben und wohl alle Rennbremsscheiben werden zum Eliminieren der Materialspannungen aus dem Gußprozess schon im Herstellungsprozess einer sogenannten Wärmebehandlung unterzogen, wobei die Scheibe nach der Herstellung nochmals oder gar mehrmals definiert auf eine Temperatur >=650°C erhitzt und definiert wieder abgekühlt wird. So werden die Materialspannungen gelöst und erst danach wird die Scheibe in ihre endgültige Form gebracht, gewuchtet und ausgeliefert. Möglich, dass dies auch bei Standardscheiben üblich ist. Fakten hierzu empfange ich gern via Kontaktformular.

Besitzt man nicht ausreichend wärmebehandelte Bremsscheiben, so kann einem dieser Wärmeverzug auf der Straße/Rennstrecke eintreten. Hierbei tritt ein Bremsenrubbeln schlagartig zum Zeitpunkt der größten Belastung auf. Es ist sofort mit maximaler Stärke vorhanden und geht danach auch nicht mehr weg. Je nach Gefühlsechtheit der Bremsanlage ist nach Eintreten des Rubbelns ein etwas verzögertes Ansprechen der Bremse spürbar, da der Schlag, den die Bremsscheibe jetzt hat, die Bremsbeläge etwas weiter in den Bremssattel zurück drückt, sobald man nicht mehr bremst. Der Bremskolben muss dann zu Beginn des nächsten Bremsvorganges die Beläge weiter vorrücken, was man in einem etwas längeren Pedalweg bzw. verschobenen Druckpunkt eventuell spüren kann.

Abhilfe schafft hier keine selbst anwendbare Prozedur mehr. Hier hilft nur das mechanische Abdrehen der Bremsscheiben oder die Montage neuer Bremsscheiben.

Hörensagen nach soll ein echter Wärmeverzug und damit mechanisch krumme Bremsscheiben eher selten vorkommen. Oftmals wird die Ursache von Rubbeln aber in krummen Bremsscheiben vermutet.

Schräg abgenutzte oder schwergängige Bremsbeläge

Bremsbeläge sollten ihren Bremsdruck zuerst auf der ablaufenden Belagseite aufbauen. Die ablaufende Seite ist die Seite des Bremsbelages, an der sich ein gedachter Punkt auf der Bremsscheibe vom Belag entfernt, wenn die Bremsscheibe in Fahrtrichtung gedreht wird. Mehrkolbensättel besitzen hierzu unterschiedlich große Bremskolben, die den Bremsdruck auf die Belagrückenplatte ungleichmäßig aufbringen.

Kommt es nun vor, dass sich ein Bremsbelag so schief abgenutzt hat und/oder einseitig schwergängig ist, so dass er zuerst auf der anderen, auflaufenden Belagseite Bremsdruck aufbaut, so kann dies zu Bremsenrubbeln führen.

Abhilfe schafft hier das Herstellen der Freigängigkeit der Bremsbeläge bzw. die Installation neuer Bremsbeläge. Es kann sich lohnen, die Freigängigkeit der Bremsbeläge in ihren Führungen im Sattel regelmäßig zu überprüfen und sicherzustellen.

Das richtige Bremsbelagmaterial

Ob ein Belagmaterial zum eigenen Fahrstil, zur Rennstrecke und zum Auto passt, ist von mehreren Faktoren abhängig. Zunächst sollte der Arbeitstemperaturbereich der gewählten Bremsbeläge überhaupt erstmal im Einsatz des Fahrzeugs erreicht werden. Bleibt man zu oft und zu lange im zu kalten, abrasiven Arbeitsbereich, zerstört man sich ein evtl. vorhandenes Transferlayer und gefährdet damit die Bremsscheibe, wenn sie später zu stark belastet wird, ohne ein gutes Transferlayer zu besitzen.

Aus diesem Grund ist es fragwürdig, in normalen Straßenverkehr mit Rennbremsbelägen umherzufahren. Nicht nur, weil es zulassungs- und versicherungstechnisch illegal ist, sondern auch, weil es wenig bis keinen Sinn macht, Beläge einzusetzen, die die meiste Zeit ausserhalb ihres Temperaturfensters bleiben, weil die erforderliche Bremsleistung gar nicht kontinuierlich abgerufen wird.

Bringt man einen Belag unter starker Last ins Fading, so sollte man diesen Zustand nicht fortsetzen bzw. aufrechterhalten. Bremsbeläge, die keine Sintermetallbeläge sind, enthalten Bindemittel/Klebstoffe, die bei Überhitzung des Belagmaterials verbrennen/ausgasen. Danach sind die guten Eigenschaften des Belagmaterials unwiederbringlich hinfort.

Eine sehr umfassende Behandlung der Kriterien zur Bremsbelagwahl für Straße und Rennstrecke findet sich ebenfalls im ESSEX LEARNING CENTER unter dem Titel: HOW TO CHOOSE THE BEST STREET AND TRACK BRAKE PADS.

Rissbildung in der Bremsscheibe

Beim zu schnellen Abkühlen der Bremsscheibe können sich auf der Bremsscheibenreibfläche leichte Oberflächen-Haarrisse zeigen. Diese können radial verlaufen, gezackt sein oder netzförmig verlaufen und stellen keinen Grund zur Sorge dar. Man sollte Bremsscheiben erneuern, wenn sich folgende Risse zeigen:
Diese Risse sind sehr wahrscheinlich nicht nur oberflächlich und können im schlimmsten Fall zum Bruch der Bremsscheibe führen. Auch hier gilt wieder: Safety first, please!

Um die Rissbildung zu minimieren, ist eine behutsame Abkühlphase der Bremsanlage angeraten. Dabei sollte keineswegs nur gefahren werden, ganz ohne die Bremse zu betätigen. Vielmehr sollte die Bremslast langsam reduziert werden und so die Temperatur langsam aus dem System herausgebracht werden. Das bedeutet dann auf der Nordschleife schon mal, mindestens eine halbe Runde deutlich an Pace heraus zu nehmen. Auf kleineren Kursen ist die Gefahr natürlich noch größer, plötzlich anhalten zu müssen. Dies sollte vermieden werden, wann immer möglich.

Quietschen

Geräuschlose Bremsen sind ein Komfortmerkmal, welches in Serienautos durch konstruktive Maßnahmen sowie durch Kompromisse bei der Belagmaterialauslegung erreicht wird. Eine Rennbremse ist selten geräuschlos. Daher ist es üblich, dass eine performante Bremse nicht geräuschlos ihren Dienst verrichtet. In welchem Ausmaß sich diese Geräusche jedoch zeigen, ist von Bremse zu Bremse unterschiedlich und variiert auch je nach Zustand der Bremse.

Wenn eine Bremse direkt nach einem Rennstreckenbesuch nicht quietscht, dann nach ein paar Tagen oder Wochen in Schleichfahrt jedoch plötzlich das Quietschen beginnt, so ist dies ein Indiz, dass das Transferlayer jetzt wieder weggeschliffen wurde. Ein nicht vorhandenes oder nicht optimales Transferlayer begünstigt Quietschgeräusche, da der abrasive Verschleiß lauter von statten geht, als der adhäsive Verschleiß.

Einseitig selbstklebendes Teflon-Tape auf der Rückseite der Bremsbeläge kann Quietschen auf ein ertragbares Maß reduzieren, indem es eine termperaturresistente Gleitschicht zwischen Bremsbelag und Sattel darstellt. Diese Gleitschicht verändert die Resonanzfrequenz des Bremsbelages im Bremssattel und reduziert das Einkoppeln von Bremsbelagschwingungen in Sattel und Achsschenkel.

Richtigkeit, Vollständigkeit und Gewähr

Diese hier zusammengefassten Informationen erheben keinen Anspruch auf 100%ige Richtigkeit und Vollständigkeit und sind ohne Gewähr. Fachlich fundierte Kritik ist z. B. via Kontaktformular herzlich willkommen.

To be continued...

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