Bremse (Kraftfahrzeug)

Die Bremse ist ein technisches System zur Verzögerung und Verhinderung von Rollbewegungen eines Kraftfahrzeugs. Zusammen mit ihren Übertragungs- und Betätigungseinrichtungen wird sie als Bremsanlage bezeichnet.

Beim Bremsvorgang wird durch Reibung oder adäquate Vorgänge die kinetische Energie (Bewegungsenergie) in Wärmeenergie umgewandelt, weshalb der Materialauswahl und der Kühlung der Bremse eine erhöhte Bedeutung zukommt. Neuere Ansätze erlauben das Rückgewinnen von Energie durch das Bremsen. Die meisten Kfz verfügen neben der regelbaren Betriebsbremse auch über eine arretierende Feststellbremse zum Parken.

Allgemeines

Die Wirkung einer Bremsanlage wird über die Bremsverzögerung definiert, die als Abnahme der Geschwindigkeit pro Zeit definiert wird. Die Bremsverzögerung wird üblicherweise positiv angegeben und ist als negative Beschleunigung des Fahrzeugs zu verstehen.

Aufgrund gesetzlicher Anforderungen sind Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen in der Regel überdimensioniert (ausgenommen werden in der Regel sehr langsame Kraftfahrzeuge), was sich durch Vergleich der Bremsleistung mit der Motorleistung überprüfen lässt. Die maximal erreichbare Bremsverzögerung ist in der Praxis nicht durch die Bremsanlage, sondern durch die Haftung der Reifen auf dem Boden begrenzt (siehe Haftreibung) und stark witterungs- und fahrbahnabhängig. Wenn die Bremse zu kräftig betätigt wird und kein Antiblockiersystem (ABS) die Bremskraft regelt, dann wird die Haftreibungsgrenze überschritten, die Räder blockieren und das Fahrzeug beginnt zu rutschen, wobei unter Gleitreibung ungefähr 15 % schlechter gebremst wird, das Fahrzeug nicht mehr lenkbar ist und zum Ausbrechen neigt.

Die Haftreibungsgrenze besagt, dass die Bremskraft $m\cdot a$ nicht größer als die Haftreibung $m\cdot g\cdot \mu$ sein darf. Dabei ist $m$ die Fahrzeugmasse, $a$ die Bremsverzögerung, $g$ die Erdbeschleunigung und $\mu$ der Haftreibungskoeffizient.

Für Gummi auf trockenem Asphalt liegt $\mu$ knapp unter 1, man kann also ein Fahrzeug mit bis zu ungefähr einem $g$ abbremsen (die Werte liegen beim Nutzfahrzeug etwas niedriger). Auf nasser Fahrbahn sinkt $\mu$ auf einen Wert von circa 0,5, auf Eis sogar auf 0,1, was gegenüber trockenem Asphalt zu einer Verdoppelung bzw. Verzehnfachung des Bremsweges führt.

Durch die Tatsache, dass die Bremskraft bei einem PKW üblicherweise unterhalb des Schwerpunkt ansetzt, wirkt aufgrund der Massenträgheit ein Drehmoment um den Schwerpunkt, wodurch die Vorderachse zusätzlich belastet und die Hinterachse entlastet wird. Somit wird die Blockiergrenze an der Hinterachse schon bei einer viel geringeren Bremskraft erreicht, als an der Vorderachse. Folglich wird (nicht nur) bei einer Vollbremsung mit ABS an der Vorderachse eine viel höhere Bremskraft aufbracht als an der Hinterachse. Dies berücksichtigen Fahrzeughersteller u. a. mit an der Vorderachse größeren Bremsscheiben als hinten.

Fällt die Bremse eines Kfz aus, besteht bei Bergabfahrten als ultima ratio die Möglichkeit einer Blechbremsung (Fahrzeug an den Fahrbahnrand steuern und über Kontakt mit der Fahrbahnbegrenzung bremsen). Normalerweise kommt es jedoch kaum zu einer solchen Situation, weil eine Kfz-Bremse mindestens zweikreisig (Zweikreisbremsanlage) ausgeführt und darüber hinaus eine Hilfsbremseinrichtung (z. B.: Handbremse) vorhanden sein muss.

Die Überprüfung der Bremsanlage ist ein wichtiger Teil bei der Hauptuntersuchung nach § 29 StVZO (umgangssprachlich: TÜV) und der Sicherheitsprüfung (SP). Hierbei findet eine Sicht-, Funktions- und Wirkungsprüfung statt. Die Wirkungsprüfung erfolgt bei den meisten Fahrzeugen auf einem Bremsenprüfstand.

Bremspedal

Fußraum eines PKW, mittig befindet sich das Bremspedal

Das Bremspedal (auch Fußbremshebel) ist bei nahezu allen Kraftfahrzeugen die Betätigungseinrichtung der Betriebsbremsanlage.

Hier wird die Fußkraft des Fahrers das erste Mal verstärkt, denn diese ca. 300 Newton reichen bei heutigen Fahrzeugen nicht aus, um ein Fahrzeug zu bremsen oder zum Stehen zu bringen. Diese Verstärkung wird durch das Hebelsystem des Fußbremshebels erzeugt.
Bei optimalen Dimensionen erreicht man hier bereits eine 5-fache Verstärkung der Fußkraft.

Aus der Tatsache, dass die Drehmomente im Gleichgewicht stehen müssen, resultiert:

$F_{p}\times r_{1}=F_{hz}\times r_{2}$

$F_{p}$ = Pedalkraft in N

$F_{hz}$ = Kraft zum Hauptzylinder in N

$r_{1}$ = Hebelarm vom Pedal zum Drehpunkt in mm

$r_{2}$ = Hebelarm von der Kolbenstangenachse zum Drehpunkt in mm

Eine weitere Verstärkung erfolgt in modernen Fahrzeugen dann mit einem Bremskraftverstärker.

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Bremsen für Anhänger

Ungebremste Anhänger

Das ziehende Kfz verzögert und der Anhänger "drückt" auf die Anhängerkupplung des Kfz, dessen Bremsen müssen auch den Anhänger verzögern. Dieses System hat zwei Nachteile:

• Der Bremsweg verlängert sich erheblich, da die maximal möglichen Bremskräfte alleine vom Gewicht des Zugfahrzeuges abhängen, die schiebende Wirkung des Gespannes aber vom Gewicht des Zugfahrzeuges und des Anhängers abhängt.
• Der Anhänger schiebt beim Bremsen sehr stark. Dadurch reduziert sich die Richtungsstabilität des Gespanns, da es beim Bremsen zum Einknicken neigt. Wenn bei starkem Bremsen das Zugfahrzeug eindreht, verstärkt der Anhänger diesen Effekt.

Seit dem 1. Januar 1991 (Datum der Erstzulassung) dürfen in Europa ungebremste Anhänger hinter PKW oder LKW maximal 750 kg zulässige Gesamtmasse haben (EG-Richtlinie 71/320/EWG). Ungebremste ältere Anhänger und ungebremste Anhänger hinter Zugmaschinen können auch heute noch eine höhere zulässige Gesamtmasse haben.

Nicht durchgehende Bremse

Bei einer nicht durchgehenden Bremsanlage verfügen die Bremsen von Zugfahrzeug und Anhänger über zwei verschiedenen Energiequellen und zwei verschiedene Betätigungseinrichtungen. Häufigster Fall ist die Auflaufbremse. Energiequelle Zugfz: Muskelkraft, Energiequelle Anhänger: Auflaufkraft. Betätigungseinrichtung Zugfz: Bremspedal, Betätigungseinrichtung Anhänger: Auflaufeinrichtung.

Auflaufbremse

Eine Auflaufbremse am Anhänger

Auflaufbremsen werden für PKW-Anhänger, leichtere LKW-Anhänger und Wohnwagen verwendet. Wenn das Zugfahrzeug gebremst wird, läuft der Anhänger auf das Zugfahrzeug auf. Von der Anhängerkupplung wird diese Kraft über mechanische Hebel auf die Bremsen des Anhängers übertragen. Die Bremskraft ist davon abhängig, wie stark das ziehende Kfz verzögert. Der Anhänger drückt also auch dann gegen die Anhängerkupplung, wenn seine Bremsen wirken, weshalb auch hier der Anhänger die Stabilität des Gespannes verschlechtert. Verglichen mit dem ungebremsten Anhänger ist aber die schiebende Wirkung gering und regelt sich über die Bremsverzögerung automatisch ein.

Ein Problem ergibt sich jedoch beim Rückwärtsfahren. Da in diesem Fall das Zugfahrzeug den Anhänger schiebt, also die Anhängerkupplung unter Druckspannung steht, würde ohne weitere Maßnahmen auch die Auflaufbremse aktiviert. Dies wird durch eine sogenannte Rückfahrsperre verhindert. Früher waren manuelle Rückfahrsperren gebräuchlich, bei denen ein Bolzen, ein Stift oder eine Sperrklinke eingelegt werden mussten, um das Betätigen der Bremse bei der Rückwärtsfahrt zu verhindern. Seit dem 1. Januar 1991 (Datum der Erstzulassung) muss diese Rückfahrsperre automatisch erfolgen (Rückfahrautomatik).

Die zulässigen Gesamtmassen von Anhängern mit Auflaufbremse sind ebenfalls gesetzlich beschränkt, sind aber höher als bei ungebremsten Anhängern. In Europa sind Auflaufbremsen bei Anhängern hinter PKW und LKW generell bis 3,5 t zulässiger Gesamtmasse des Anhängers zulässig. (EG-Richtlinie 71/320/EWG). Bei älteren Anhängern und Anhängern hinter Zugmaschinen bei einer Höchstgeschwindigkeit bis 40 km/h (bei Allradbremse) bzw. bis 25 km/h (ohne Allradbremse) auch bis 8 t (verbreitet an landwirtschaftlichen Anhängern).

Halbdurchgehende Bremse

Bei einer halbdurchgehenden Bremse verfügen die Bremsen von Zugfahrzeug und Anhänger über getrennt Energiequellen, werden jedoch von einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung betätigt. Beispiel dafür sind z.B. Traktoren mit einer Druckluftanlage nur für die Anhängerbremse. Energiequelle Zugfz: Muskelkraft, Energiequelle Anhänger: Druckluft. Gemeinsame Betätigungseinrichtung: Bremspedal im Zugfz.

Durchgehende Bremse

Bei einer durchgehenden Bremse werden die Bremsen von Zugfahrzeug und Anhänger von einer einzigen Energiequelle (Fußkraft oder Druckluft) und einer einzigen Betätigungseinrichtung (Bremspedal) betätigt. Sie findet Verwendung bei allen schweren LKW mit Druckluftbremse, ist jedoch bei PKW sehr selten (ATE Hydrakup).

Die tatsächliche Gesamtmasse des Anhängers darf bei durchgehender Bremsanlage maximal das 1,5 fache der zGM des ziehenden Fahrzeugs betragen.

Literatur

• Horst Bauer (Hrsg.): Kraftfahrtechnisches Taschenbuch. Robert Bosch GmbH. Vieweg-Verlag, Wiesbaden 2003. ISBN 3-528-23876-3
• Bert Breuer, Karlheinz H. Bill (Hrsg.): Bremsenhandbuch. Grundlagen, Komponenten, Systeme, Fahrdynamik. Vieweg-Verlag, Wiesbaden 2003. ISBN 3-528-03952-3
• Autorenkoll. unter Ltg. Folkmar Kinzer: Kfz-Fahrwerk. 5. Auflage, 1987

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