Wenn man ABS-Systeme und Bremskraftverstärker mal außen vor läßt ist die Funktion schnell erklärt (Bild 1):
Durch den Hand- oder Fussbremshebel wird ein Geber-Kolben in einem Zylinder verschoben. Der Raum ist mit Flüssigkeit gefüllt.
Nachdem die Flüssigkeit nicht komprimierbar ist (zumindest nicht in den angewendeten Druckbereichen), wird sie in die Leitung(en) gedrückt. Das System ist geschlossen (entlüftet), folglich muß an anderer Stelle ein (oder mehrere) Nehmer-Kolben "nachgeben", also aus seiner Lage verschoben werden.
Sind die Kolbendurchmesser nicht gleich so ergibt sich eine Übersetzung der Kräfte. Wird ein Geberkolben mit D=20mm um 1 mm gedrückt so wird ein Volumen von 31,4 mm³ verschoben. Einen Nehmerkolben mit D=28 mm (etwa die doppelte Fläche!) bewegt man damit um ca.0,5 mm, übt mit ihm aber die doppelte Kraft aus.Lässt sich der Nehmerkolben nicht (mehr weiter) verschieben, weil die Reibung zu groß ist oder er an der Bremsscheibe anliegt, steigt der Druck im System abhängig von der Betätigungskraft und der/die Kolben nehmen die Bremsscheibe im wahrsten Sinne des Wortes in die Zange.
Rückstellung
Dabei werden die Dichtgummis der Nehmerkolben quasi etwas nach "außen" gebogen (Bild2). Lässt der Bremsdruck nach, wollen die Gummis in ihre ursprüngliche Lage zurück und helfen dabei die Kolben ein kleines Stückchen zurückzuziehen.
Unterstützt wird dies durch einen kleinen Unterdruck in der Bremsanlage. Die Rückstellfeder schiebt den Geberkolben in seine Ausgangsstellung. Zwischen Kolben und Bremsflüssigkeit müsste theoretisch ein Raum entstehen. Nachdem da aber im wahrsten Sinn des Wortes nichts (also Vakuum) drin sein kann würde es die Rückstellfeder entweder nicht schaffen oder der Nehmerkolben wird zurückgesaugt.
Die Bremsklötze haben "am Rücken" Luft und können der immer leicht taumelnden Scheibe ausweichen. Nachdem sie ständig leicht anliegen wird eine Scheibenbremse beim Fahren immer etwas warm werden. Wenn man vom Belagverschleiß absieht hat das auch positive Wirkungen. Die Bremse hat schneller Betriebstemperatur und z.B. im Winter vereist die Scheibe nicht.
Vielleicht fällt jemandem auf, daß die Nehmerkolben "falsch herum" eingebaut sind? Die hat einige Gründe: Einmal soll der Kolben hohl sein um nicht unnötiges Gewicht zu haben, dann kann auf diese Weise Bremsflüssigkeit gespart werden (Gewicht und Kosten). Der wichtigste Punkt: Wenn nur eine ringförmige Fläche an den Bremsbelägen anliegt, kann dort weniger Wärme übertragen werden. Absolut edle Teile haben Kolben aus Kohlenstoff!
Festsattel (Bild 3)
Wie der Name andeutet ist der Festsattel starr mit irgendeinem Rahmenteil o. Ä. verbunden. Von beiden Seiten drücken Kolben die Bremsbeläge an die Bremsscheibe. Wenn die Scheibe nicht genau in der Mitte des Bremssattels verläuft macht das nichts aus, weil dann der (oder die) Kolben der einen Seite einfach etwas weiter hinausgedrückt werden und diejenigen der anderen etwas weniger weit.
Schwimmsattel (Bild 4)
Hierbei ist eine "Führungsschiene" an einem Rahmenteil (Hinterradschwinge) quer zur Drehrichtung des Rades fest angebracht.
Entlang der Schiene kann sich der Schwimmsattel frei bewegen (schwimmen). Von einer Seite der Bremsscheibe drückt der Kolben den Bremsbelag an die Scheibe. Wenn die Scheibe nicht genau in der Mitte des Bremssattels verläuft macht das auch hier nichts aus. Der sich aufbauende Bremsdruck wirkt zuerst zwischen Kolben und Schwimmsattel. Ist der (oder die) Kolben so weit hinausgedrückt, daß der eine Bremsbelag die Bremsscheibe erreicht, kann noch immer kein wirksamer Bremsdruck aufgebaut werden. Jetzt stützt sich der gesamte Schwimmsattel am Kolben ab (!) und weicht auf seiner "Schiene" zurück bis wenn auch der andere Bremsbelag anliegt. Erst jetzt wird wirksamer Bremsdruck aufgebaut.
Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Sättel:
Beim Schwimmsattel wird auf einer Seite Platz gespart. Hier müssen nur Belag und ein "Haltebügel untergebracht werden. Allerdings erfordert die schwimmende Lagerung erhöhten Konstruktionsaufwand (heute fast immer problemlos) und beim Lösen der Bremse wird nur der Kolben zurückgezogen. Die "kolbenlose" Seite liegt weiterhin an und wird nur durch die Taumelbewegungen der Bremsscheibe gelöst! Die "Gesamtluft" ist nur halb so groß wie an den Festsätteln!
Dies ist der Grund für den hinten teilweise gigantischen Belagverschleiß der Q-e. Unterstützend für diesen Effekt wirken natürlich auch die Reibung in der "Schiene" und nicht 100% leichtgängige Kolben Aus diesem Grund reinige ich speziell den hinteren Sattel beim Belagwechsel gründlich und bewege die Kolben einige Male raus und rein (Achtung! Anschlag verwenden damit sie nicht komplett herausgedrückt werden). Leider geht das nicht "in 10 Minuten" mit denen der Aufwand zum Belagwechsel hinten oft angegeben wird.
Noch viel mehr "leider" läßt sich in einer Werkstatt genau dieser Aufwand leicht einsparen jedoch abrechnen, zumal wenn Monteur und "Tippmaus" miteinander nix zu tun haben. Die Beläge sind ja gewechselt und wenn sie arg schnell verschleißen "haben sie eben oft mit der hinteren Bremse gebremst"!
Handbremszylinder
Hier arbeitet BMW mit den vollkommen altmodischen Axialzylindern (Bild 5). Über die Hebelübersetzung (150/25) wirkt die Handkraft auf den Geberkolben und erzeugt Bewegung und dann Druck.
Auch technisch weniger Begabte werden erkennen, daß für die hochmodernen Radialpumpen (Bild 6) die gleichen mechanischen und physikalischen Gesetzmässigkeiten gelten. Auch die
beispielhaft gezeichnete Radialpumpe ließe sich mit einer Übersetzung von 150/25 und einem 16-er Zylinder ausführen (anstatt 150/20-20).
Nachdem keinerlei Lager etc. eingespart werden, vermag ich nicht zu erkennen welchen technischen Vorteil Radialpumpen haben sollten.
Vielleicht ist die verwendete Konstruktion doch nicht vollkommen altmodisch und der "Vorteil" scheint eher in der Psyche zu liegen :-) ?
Bremssattelbefestigung
Gleiches gilt m.E. für den Hype mit der radialen Bremssattelbefestigung. Hier sehe ich ebenfalls keinen physikalisch-technischen Grund warum die radiale Befestigung besser sein sollte als die axiale. Zwar sind bei der Radialbefestigung die Schrauben weiter voneinander entfernt, doch dies ließe sich bei der axialen Befestigung ebenso umsetzen. Insgesamt scheint bei der Radialbefestigung sogar mehr Material eingesetzt zu werden (mehr ungefederte Massen). Den Vorteil sehe ich darin, im Renneinsatz(!) wesentlich leichter mit unterschiedlichen Bremsscheibendurchmessern arbeiten zu können da hier nur unterschiedliche Distanzscheiben "untergelegt" werden müssen um Bremsscheibe und Sattel aneinander anzupassen.
Pegelstand der Hydraulikflüssigkeit
Weshalb sollte jemals nachgefüllt werden?
Die Bremshydraulik arbeitet als geschlossenes System. Es sollte so befüllt sein, dass der „max. Pegel“ im Vorratsbehälter dann erreicht ist, wenn die Bremskolben der Radbremszylinder ganz zurückgedrückt sind.
Werden die Bremskolben aus dieser Endstellung gedrückt, so wird der entstehende Raum mit Bremsflüssigkeit gefüllt. Mit zunehmendem Verschleiss werden die Bremsklötze immer dünner.
Der Bedarf an Hydraulikflüssigkeit in der Bremszange steigt, da der Kolben immer weiter hinausgedrückt werden muß. Dieser "Ausgleichsbedarf" ist grün dargestellt. Der Flüssigkeitspegel im Vorratsbehälter sinkt!Werden die verbrauchten Beläge gewechselt, wird die Hydraulikflüsssigkeit wieder in den Vorratsbehälter zurückgedrückt.
Der Pegel kann also nur um den Betrag gesunken sein, der dem Verschleiss der Scheibe entspricht. Deshalb ist es auch unsinnig Hydraulikflüssigkeit nachzufüllen ohne den Grund des Verschwindens zu suchen (wissen).
Folgender Hinweis:
Zum Einfüllen der Bremsflüssigkeit wird nicht nur der Deckel sondern auch die Gummimembran abgenommen. Dann wird irrtümlich bis zur Max-Markierung aufgefüllt. Wenn dann die Gummimembran wieder eingesetzt wird, steigt der Flüssigkeitsstand durch die eintauchende Membran deutlich über die Max-Marke. Deshalb nicht bis „Max“ auffüllen, selbst wenn es sogar BMW-Niederlassungen so machen! Mit zunehmendem Verschleiß fällt dann der Spiegel zwar allmählich, um sich bei komplett runtergefahrenen Belägen der Min-Marke zu nähern aber vorher kann ein ständiger Druck anliegen (Membran drückt!). Die Markierungen gelten bei betriebsfertigem System!!
Bremsscheibe / Bremsklötze
A Bremsscheibe und Bremsklötze sind neu
B Die Bremsklötze nutzen sich ab, die Bremsscheibe wird riefig.
C Die neuen Beläge (riefenfrei) tragen nur auf den Riefen-Spitzen der Scheiben.
D Der Verschleiss erfolgt zügig, bis Scheibe und Belag zueinander “passen”. Deshalb halten neue Beläge (bei gleichem Typ!) immer weniger lang als die ersetzten.
Nach dem Belagwechsel muss die gesamte Reibung (Hitze!) über die Spitzen übertragen werden. Daher werden die Scheiben nach einem Belagwechsel häufig blau wenn die neuen Beläge noch nicht eingelaufen sind aber überbeansprucht werden weil zu viel Bremsenergie über zu wenig Fläche übertragen wird!
Unterschiedliche Belagstärke
Neue Beläge sind unter Umständen unterschiedlich dick. Hinten ist der Innere ca. 1,5mm dünner als der äußere.
Der Belag am Kolben (der Äussere) nutzt sich i.d.R. schneller ab, soll also dicker sein damit die Beläge gleichzeitig "fertig" sind. Das hat mit der Reibung bei der Kraftübertragung zum inneren Belag zu tun. Die Andruckkraft des innen liegenden Bremsbelages ist um die Reibungskräfte im Sattel reduziert. So weit die Theorie.
Falls aber der Innere total runter und der Äussere hat noch gut ist, liegt es daran, dass die Rückstellkräfte ebenfalls von "dieser" Reibung beeinflusst werden. Der "Anteil" um den der innere Belag weniger "hingezogen" wird, ist teilweise (von der Abnutzung betrachtet) kompensiert durch denjenigen, der zum Lösen fehlt. Während der kolbenseitige Belag durch die, wenn auch geringen, Rückstellkräfte der Hydraulik "freigestellt" wird, kann der innere sich nur frei"rubbeln" oder durch die (hoffentlich ebenfalls geringen) Taumelbewegungen der Scheibe zurückgeschoben werden.
Links
Bremse allg
Bremse Verteil/druckkurve ABS
Bremse, ABS III
Bremsflüssigkeit