Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Moderator: Gerry

v.

Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von v. »

Und bevor irgendjemand glaubt, ich hätte irgendwann von Fading geredet: 90 % der kinetischen Energie geht in die Bremsscheibe und wird in Wärme umgesetzt. Wenn eine Bremse mit einem anderen Belag besser bremst, dann wird sie auch heisser.

Wenn man also eine 10%bessere Bremsleistung mit Sinterbelägen gegenüber den organischen erhält, dann werden dementsprechend auch die Bremsscheiben heisser.

Diese erhöhte Bremsscheibentemperatur gegenüber den organischen Belägen ist aber nicht so hoch, dass es materialschädigender wäre als die organischen Beläge.

Bei organischen Belägen nutzen sich diese eher ab, bei Sinterbelägen nutzt sich eher die Bremsscheibe ab. Sinterbeläge leiten etwas mehr Wärme in den Bremssattel ab. Wenn also die Bremsflüssigkeit bereits gut mit Wasser gesättigt ist, dann wird sie mit Sinterbelägen etwas früher "auskochen". Ich hoffe, jetzt sind auch die letzten Unklarheiten ausgeräumt.

Die erhöhte Kompressibilität des DOT5 gegenüber DOT 3,4,5.1 ist der Gund dafür (matschiger Druckpunkt), das DOT5 nicht in ABS Systemen eingesetzt wird.

Alles in allem ist es wohl besser, wenn das Wasser in Lösung bleibt, als dass es sich pur am Bremssattel ablagert. Ein zweiter Grund, warum auch Harley auf DOT4 umgestellt hat.

Nochmal Fading: Echtes Fading entsteht, weil bei hoher Hitze (ab 300°C) Gas aus der Matrix des Bremsbelages austritt und damit eine Art "Luftkissen" zwischen Belag und Bremsscheibe bildet.

Da Karbon-Keramikbremsen nicht ausgasen, gibt es bei denen praktisch kein Fading. Dafür haben sie andere Probleme im täglichen Betrieb.

Grundsätzlich gilt, dass wenn man das Fading ausschliesst, der Bremsweg relativ unabhängig von der Temperatur der Bremse ist, wobei eine kalte Bremse etwas schlechter bremst als eine angewärmte.
cactus84
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Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von cactus84 »

hmmm jetzt hab ich die meisste zeit in meinem leben geglaubt die loecher in der bremsscheibe dienen der belueftung, also damit sie nicht so warm wird, aber scheinbar sind die loecher dann wohl dazu da um den bremsstaub abzuleiten :?: :!: :idea:
und bei innenbelueftete bremscheiben wird dann heissluft zugefuehrt damit sie besser bremsen :?:
hmmm naja , man lernt ja nie aus :lol:
gruss
cactus

Ich trage solange schwarz bis ich eine dunklere Farbe gefunden habe
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Partisan
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Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von Partisan »

Nee, cactus, die Löcher sind für/gegen Wasser und für die Eisdiele.
Mit den Innenbelüfteten hast Du recht. Ich hab hinten eine innenbelüftete Scheibe und leite dort die heißen Auspuffgase rein. Bremst wie Sau!
Vorn baue ich in die Bremsscheibe gerade eine alte Sitzheizung ein.
So blöd wie ich bin kann mir gar keiner kommen ;-)
v.

Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von v. »

cactus84 hat geschrieben:hmmm jetzt hab ich die meisste zeit in meinem leben geglaubt die loecher in der bremsscheibe dienen der belueftung, also damit sie nicht so warm wird, aber scheinbar sind die loecher dann wohl dazu da um den bremsstaub abzuleiten :?: :!: :idea:
und bei innenbelueftete bremscheiben wird dann heissluft zugefuehrt damit sie besser bremsen :?:
hmmm naja , man lernt ja nie aus :lol:
Kann sein, dass du niemals auslernst. Mir geht es auf jeden Fall so.

Die Wärme muss man hauptsächlich von der Bremsscheibe wegbekommen, weil sie sich sonst verzieht (Spannungsrisse, Vibration). Und auch die peripheren Systeme leiden unter der Hitze. Reine Kohlenstoffasern Bremsen funktionieren Kalt fast überhaupt nicht und müssen erstmal warmgebremst werden.

Ab Rotglut (500°C) vermindert sich der Reibungskoeffizient der Eisenlegierung, aber nicht dramatisch.

Die Löcher in den gelochten Bremsscheiben sind tatsächlich dafür da, Bremsstaub und Wasserbelag schnell abzuleiten.

Ansonsten könnte man das Thema hiermit wirklich abschliessen, dem TS ist geholfen und wer mehr über Bremsentechologie und Wärmeprobleme wissen will, dem sei die einschlägige Fachliteratur empfohlen.
Arthur
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Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von Arthur »

Hallo Peter,

ich finde nicht, dass das Thema hier abgeschlossen werden soll. Ich habe keine Ahnung von Scheibenbremsen und bin froh, dass ein Fachmann sich hier eingefunden hat.
Dein Beitrag vom 01.03.2015 liest sich gut. Ich wusste z.B. nicht, dass Flüssigkeiten kompressibel sind. Die sind es tatsächlich, habe ich gecheckt.

Also ich hätte ein paar Fragen:
Die Löcher in den gelochten Bremsscheiben sind tatsächlich dafür da, Bremsstaub und Wasserbelag schnell abzuleiten.
Wohin soll abgeleitet werden? Bei Schlitzen und Nuten könnte ich das verstehen. Zentrifugalkraft und so.

Ich habe eine Trommelbremse, die bei Regen Null Bremswirkung hat. Erst wenn ich sie länger betätige, kommt die Bremsleistung wieder. Die Trommel kann ich ja nicht durchlöchern. Würde es was bringen, wenn ich die Beläge mit Nuten versehe?
Reine Kohlenstoffasern Bremsen funktionieren Kalt fast überhaupt nicht und müssen erstmal warmgebremst werden.
Wo werden diese Bremsen verbaut?
Nochmal Fading: Echtes Fading entsteht, weil bei hoher Hitze (ab 300°C) Gas aus der Matrix des Bremsbelages austritt und damit eine Art "Luftkissen" zwischen Belag und Bremsscheibe bildet.
Bei den hohen Drücken an der Scheibenbremse kann ich die hohe Temperaturentwicklung verstehen. Rotglühende Bremsscheiben habe ich schon gesehen (Video), rotglühende Trommeln noch nicht.
Bei Trommelbremsen hatte ich oft das Gefühl, das Fading vorliegt. Wobei ich bis zu deinem Beitrag nicht wirklich Ahnung hatte, was Fading ist. Sind Trommelbremsen Fading gegenüber anfälliger, oder dehnt sich die Trommel nur aus?
Ansonsten könnte man das Thema hiermit wirklich abschliessen, dem TS ist geholfen und wer mehr über Bremsentechologie und Wärmeprobleme wissen will, dem sei die einschlägige Fachliteratur empfohlen.
Welche Fachliteratur kannst du empfehlen?
v.

Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von v. »

Na gut.

Die Löcher haben tatsächlich das Problem, dass sie zu sind wenn sie zu sind. Deshalb werden heutzutage eher Schlitze eingefräst. Wenn der Abrieb entsprechend hoch ist.

Trommelbremse ist ein anderes Problem. Da kannst du nur etwas verbessern, wenn du die Masse der Bremstrommel erhöhst. Es gab zum Beispiel einen Aufsatzring auf die Panhead Trommelbremse aus Aluminium, der genau das bewirken sollte. Ich habe so ein Teil drangebaut, aber eher aus optischen Gründen.

Die frühen Rennbremsen hatten teilweise einen sehr grossen Radius. Nachteil war, dass dadurch auch die Wärmeausdehnung der Trommel so gross sein konnte, dass die Bremsbeläge nicht mehr an die Trommel kamen und kein Bremdsruck aufgebaut werden konnte. Das Phänomen der hitzeausdehnung der Trommel tritt bei jeder Trommelbremse auf, und trägt zusätzlich zur verschlechterung der Bremswirkung bei hoher Wärme bei. Oft können die Bremsbeläge (besonder bei Simplex Bremsen) nicht weit genug nachgeführt werden, um genügend Bremsdruck aufzubauen.

Kohlefaserbremsen sind nicht im Strassenverkehr zugelassen (eben wegen der fehlenden Bremswirkung bei Kälte). Sie werden im Rennsport verbaut.

Die Trommelbremse führt die Wärme einfach nicht schnell genug wieder ab. Deshalb können sich im inneren locker Temperaturen von 300-400°C "aufakkumulieren", bei denen die Bremsbeläge ausgasen (und natürlich der durchmesser der Trommel steigt). Bei Scheibenbremsen werden die Beläge heutzutage vorab ausgegast. Bei den Trommelbelägen ist das meines Wissens nicht der Fall. Könnte man zwar machen, aber ist kein Geschäft mehr.

Die von der Bremse aufzunehmende Wärmemenge W entspricht dem Produkt aus dem Gewicht G der Bremse (Bremsscheibe/Trommel), dem spezifischen Wärmewert des Stahls c und der Temperaturdifferenz zwischen nacher t2 und vorher t1: W=G*c*(t2-t1).

Eine leichte Bremse muss also mit einer hohen Temperaturdifferenz arbeiten, muss also möglichst heiss gefahren werden. Eine Scheibenbremse hat eine geringe Masse, kann aber hohe End-Temperaturen vertragen und sie wird sie auch relativ schnell wieder los.

Bei einer Trommelbremse sieht die Sache anders aus. Wenn man immer wieder bremst, dann wird die Trommel sukzessive immer wärmer und bleibt warm. Die Wärme wird nur schleppend abgegeben. Um dieselbe Bremswirkung zu erzielen, muss man immer höher mit der Endtemperatur. Und dann gast der Bremsbelag aus. Zudem verzieht sich die Trommel ungleichmässig, was zu weiteren erheblichen Bremskraftverlusten führt. Die Beläge liegen nicht mehr parallel auf. Bei der Trommelbremse ist der Fading Effekt deutlich mehr auf die Wärmeausdehnung der Trommel, als auf die Materialeigenschaft der Bremsbeläge zurückzuführen.

Die moderne Literatur zu Bremsen bezieht sich vorwiegend auf Scheibenbremsen. Bis in die 70er gab es aber hervorragende Lehrbücher, die sich umfänglich mit der optimierung von Trommelbremsen befasst haben. Und das ist für dich wohl eher interessant.

Wenn ich mal wieder meine Bücherkisten im Keller aufmache werde ich sehen, was ich von der alten Literatur noch habe.

Sorry, habe erst später gesehen, dass du nicht nach der Bremswirkung der Trommmelbremse, sondern nach Trommelbremsen im Regen gefragt hast:

Trommelbremse und Regen sind so ein Ding. Da hilft endeffektlich nur trockenbremsen. Oder die bremse so einstellen, dass sie immer leicht schleift (aber nicht überhitzt!). Schlitze in den Bremsbelägen wären eine Idee (Schräg nach aussen) Weichere Beläge auch.
Arthur
Beiträge: 1826
Registriert: 13.02.2007, 21:08

Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von Arthur »

Um dieselbe Bremswirkung zu erzielen, muss man immer höher mit der Endtemperatur.
Da fehlt das Verb, ich verstehe den Satz nicht.
W=G*c*(t2-t1).
Fehlt da nicht ein „/“ ?
Edit: Hat sich erledigt.

Die Idee mit der leicht schleifenden Trommelbremse werde ich beim nächsten Regen ausprobieren.
v.

Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von v. »

Um dieselbe Bremswirkung zu erzielen, muss man bei steigender Anfangstemperatur die Endtemperatur erhöhen, damit die Temperatur-Differenz gleich bleibt.
Shovelpeter
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Registriert: 15.04.2007, 15:54

Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von Shovelpeter »

Hallo Viczenza,

irgendwie bin ich auch noch nicht zufrieden:

Trommelbremse ist ein anderes Problem. Da kannst du nur etwas verbessern, wenn du die Masse der Bremstrommel erhöhst. Es gab zum Beispiel einen Aufsatzring auf die Panhead Trommelbremse aus Aluminium, der genau das bewirken sollte. Ich habe so ein Teil drangebaut, aber eher aus optischen Gründen.
Was ist denn mit der Verbesserung der Wärmeabfuhr, beispielsweise über Belüftungsöffnungen? Findet sich an vielen Trommelbremsen für hohe Belastungen.

Die frühen Rennbremsen hatten teilweise einen sehr grossen Radius. Nachteil war, dass dadurch auch die Wärmeausdehnung der Trommel so gross sein konnte, dass die Bremsbeläge nicht mehr an die Trommel kamen und kein Bremdsruck aufgebaut werden konnte. Das Phänomen der hitzeausdehnung der Trommel tritt bei jeder Trommelbremse auf, und trägt zusätzlich (zu was?) zur verschlechterung der Bremswirkung bei hoher Wärme bei. Oft können die Bremsbeläge (besonder bei Simplex Bremsen) nicht weit genug nachgeführt werden, um genügend Bremsdruck aufzubauen.
Bezweifele ich: Wenn die Wärmeausdehnung von Stahl mit 12*10^6 und ein Trommeldurchmesser von 400 mm zugrunde gelegt wird, müsste die Temperatur um über 1000 Kelvin ansteigen, um eine Erhöhung des Durchmessers um 5 mm (was durch den Hub der Beläge wohl noch abgedeckt wird) zu bewirken: 5/(400*10*10^-6)=1041 K

Die von der Bremse aufzunehmende Wärmemenge W entspricht dem Produkt aus dem Gewicht G der Bremse (Bremsscheibe/Trommel), dem spezifischen Wärmewert des Stahls c und der Temperaturdifferenz zwischen nacher t2 und vorher t1: W=G*c*(t2-t1).
Was willst Du damit sagen? Diesen Ansatz kann ich auch bei meinem Wasserkocher nutzen, dabei kann ich mir aber wenigstens noch ausrechnen, wie teuer mich eine Tasse Tee kommt

Eine leichte Bremse muss also mit einer hohen Temperaturdifferenz arbeiten, muss also möglichst heiss gefahren werden.
Da ist schon wieder diese Ursache-Wirkung-Beziehung: Du meinst bestimmt, dass eine „leichte“ Bremse bei der Umsetzung der gleichen Bremsleistung heißer wird als eine „schwere“ Bremse, oder?


Bei einer Trommelbremse sieht die Sache anders aus. Wenn man immer wieder bremst, dann wird die Trommel sukzessive immer wärmer und bleibt warm. Die Wärme wird nur schleppend abgegeben. Um dieselbe Bremswirkung zu erzielen, muss man immer höher mit der Endtemperatur.
Ursache-Wirkung…? Dieselbe Bremsleistung wie bei den Bremsungen vorher? Dann meinst Du bestimmt, dass sich die Bremse immer weiter erwärmt, wenn die gleichen Bremsleistungen wie vorher umgesetzt werden. Ist aber auch eine wenig tragfähige Aussage, da das stark von den „Pausenzeiten“ abhängt. Sonst würden die Trommelbremsenfahrer ihre Bremsen immer bis zum Schmelzpunkt fahren und dann tauschen…

Und dann gast der Bremsbelag aus. Zudem verzieht sich die Trommel ungleichmässig, was zu weiteren erheblichen Bremskraftverlusten führt. Die Beläge liegen nicht mehr parallel auf. Bei der Trommelbremse ist der Fading Effekt deutlich mehr auf die Wärmeausdehnung der Trommel, als auf die Materialeigenschaft der Bremsbeläge zurückzuführen.
Das ist jetzt der interessante Teil, kannst Du Deine Aussagen untermauern oder basieren diese auf Vermutungen? Das ist jetzt keine Polemik: es wäre schön zu wissen, ob das Fading durch Ausgasen der Beläge, Ausdehnung der Trommel bis zum Ende des Hubs der Berläge oder die sich verschlechternde „Parallelität“ von Trommel und Belägen entsteht.

Gruß, Peter
v.

Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von v. »

Belüftungsöffnungen kann man machen, sind aber Bauartbedingt nicht sehr effizient. Zudem verliert man eine der Vorteile der trommelbremse: dass sie dicht ist.

Wegen der rennbremse frag mal einen, der früher damit Rennen gefahren ist, der wird dir das bestätigen.

Die Wärmemenge welche die Bremse aufnimmt, ist direkt Proportional zur Bremswirkung: Kinetische wird in Wärmeenergie gewandelt.

Wenn eine leichte Bremse dieselbe Wärmemenge aufnimmt, und dabei G kleiner ist, dann muss zwangsläufig die Temperaturdifferenz grösser sein.

Das Fading der Trommelbremse kommt hauptsächlich durch die erhöhung des Radius durch Wärmedehnung, die dann asymmetrisch ist. Am offenen Teil wird sie sich mehr dehnen als am geschlossenen Teil. Deshalb wird der Bremsbelag auch nur teilweise aufliegen.

Eine Trommelbremse braucht wesentlich mehr Zeit, um ihre Masse wieder runterzukühlen. Wenn man diese Zeit hat, dann ist gut. Wenn man die nicht hat (Alpenpässe), dann erwärmt sie sich immer mehr und dehnt sich auch immer mehr aus. Da dadurch die Bremskraft abnimmt, kann man sie nur schwerlich zur "Weissglut" bringen. Vorher fällt sie schlicht aus.

Für Belege und Ähnliches verweise ich nochmals auf die einschlägige Fachliteratur. Das meiste davon kann man auch durch Google finden, z.b. Ausschnitte aus besagter Fachliteratur.

Wenn ich etwas schreibe, dann erstmal so, wie mir die Dinge nacheinander Einfallen. Normalerweise editiere ich dann den Beitrag, um Doppeldeutigkeiten oder Wiederholungen zu eliminieren. Da dies in diesem Forum nicht erwünscht ist, muss man halt damit leben.
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Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von Don Rocket »

v. hat geschrieben:Wenn ich etwas schreibe, dann erstmal so, wie mir die Dinge nacheinander Einfallen. Normalerweise editiere ich dann den Beitrag, um Doppeldeutigkeiten oder Wiederholungen zu eliminieren. Da dies in diesem Forum nicht erwünscht ist, muss man halt damit leben.
Dafuer gibt es neben dem "Absenden" Button die Option "Vorschau".
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Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von Arthur »

Ich kann mich nicht erinnern, dass das Thema Trommelbremse hier auf diesem Niveau geführt worden wäre. Warum sollte es bereits jetzt mit dem Hinweis auf Google oder Fachliteratur „abgewürgt“ werden. Wenn es nicht in einem Technik-Forum besprochen werden soll, wo dann?

Wollte ein Gefühl bekommen und habe die Bremsarbeit der vorderen Trommel bei einem konkreten Beispiel ausgerechnet. Mich hat die Temperaturdifferenz interessiert. Soll nicht umsonst gewesen sein, deshalb stelle die Berechnung hier ein:

Wunsch-Bremsweg aus 100 km/h: 50 m. Das ergibt eine Verzögerung von 7,72 m/s^2

Fahrzeuggewicht mit Fahrer: 385 kg
Bremskraft am Radumfang: 2972 N
Bremskraft an der Trommel: 8916 N
Bremsarbeit an der Trommel: 445,83 kJ.

Diesen Wert dann in die Wärmegleichung eingesetzt und die Temperaturdifferenz berechnet. Masse der Bremstrommel habe ich mit 2 kg gewogen, die spezifische Wärmekapazität mit 0,5 kJ/(kg K) angenommen.

Das Ergebnis (Temperaturdifferenz) sind 445,8 K. Da ich aber den angestrebten Bremsweg von 50m nie erreicht habe, ist die Bremse mit dieser Temperatur offensichtlich überfordert. Wenn ich wüsste, welche Temperatur tolerabel ist, könnte ich die Verzögerung und den Bremsweg berechnen, die die Bremse noch ausführen kann. Und wenn der einem zu gering ist, dann kann man sich zeit- und kostenintensive Modifikationen an der Bremse sparen.

Weiß jemand die kritische Temperatur der Trommel? Oder habe ich was übersehen und es gibt Verbesserungspotential?

Gruß Arthur
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Don Rocket
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Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von Don Rocket »

Arthur hat geschrieben:Oder habe ich was übersehen und es gibt Verbesserungspotential?
Hallo Arthur,

ich hab mal kurz im Stoffregen nachgeschaut, ziehe also trotz allem die Fachliteratur zur Hilfe.
Demnach wird der Energiebedarf zur Abbremsung eines Fahrzeugs ueberschlaegig aus der kinetischen Energie, die das Fahrzeug beim Beginn der Bremsung hat, ermittelt.

Die Formel dazu lautet: E =0,5 x m x v²

=> E = 0,5 x 385kg x (27,8m/s)² = 148,8kJ

Soviel dazu im Moment, morgen koennen wir weiterrechnen.

Gruß
Dieter
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Arthur
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Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von Arthur »

Hallo Dieter,

das habe ich auch so ausgerechnet, wenn auch über einen anderen Weg:
385kg x 7,72m/s^2 x 50m = 148,61kJ

Der Trommeldurchmesser ist 20 cm, der Raddurchmesser 60cm. Ich sehe da einen „Hebelarm“ und habe deshalb den Wert (148,61kJ) mit 3 multipliziert. Ist das falsch?

Gruß Arthur
Shovelpeter
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Re: Totalausfall Bremse durch falsche Materialpaarung?

Beitrag von Shovelpeter »

Hi Arthur, die Arbeit ergibt sich durch Kraft×Weg, also beim Radaufstandspunkt die 50 m. An der Bremse ist zwar die Kraft höher, durch geringeren Radius aber der zurückgelegte Weg geringer, es ergibt sich die gleiche Arbeit. Just my two cent...

Gruss, Peter
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