Bremsbelag
Der Bremsbelag bezeichnet den Teil des Bremsklotzes an Bremsen, der unmittelbar für die Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärme durch Reibung und damit für die Reduktion von Geschwindigkeit – häufig rotierender Maschinenelemente – sorgt.
Bremsbeläge werden mit Trägerbauteilen zu Bremsklötzen verbunden. Sie werden dazu auf das Trägerelement geklebt oder genietet[1], eingegossen oder formschlüssig befestigt.
Zusammensetzung und Herstellung
Handelsübliche Bremsbeläge bestehen im Wesentlichen aus Reibmitteln und Bindemitteln.[2]
Reibmittel
Als Reibmittel werden unter anderem Metalle wie Kupfer, Messing, Eisen oder Grauguss, mineralische oder organische Fasern, die Sulfide von Eisen, Kupfer, Antimon (Antimontrisulfid), Zink, Zinn oder Molybdän, früher auch Blei und Asbest, daneben Schwerspat (Bariumsulfat) verwendet.
Gummibremsbeläge z. B. für Fahrradbremsen bestehen aus verschiedenen, auf unterschiedliche Anforderungen wie besonderes Nassbremsverhalten abgestimmte Elastomere.
Bindemittel
Als Bindemittel dienen überwiegend Phenol-Formaldehyd-Harze oder Polyacrylnitril. Graphit kann zugleich als Reib- und als Bindemittel dienen.[3] Es gibt Forschungsansätze, kostengünstigere und umweltfreundlichere Bindemittel auf der Basis von Zement zu entwickeln.[4]
Herstellung
Die Bestandteile von Bremsbelägen werden entweder mit Harzen vermischt, die unter bestimmten technischen Bedingungen aushärten, werden mittels Vulkanisation in Form gebracht oder durchlaufen einen Sinterungsprozess.[5] Die Reibmittelhalbzeuge werden dann auf Trägerplatten für Scheibenbremsen oder auf Bremsbacken für Trommelbremsen durch Kleben oder Nieten aufgebracht.[1] Bei Bremsklötzen für Felgenbremsen an Fahrrädern werden die Belaghalter teilweise miteingegossen.
Reibmittelkategorien
Bremsbeläge für Kraftfahrzeuge werden international in vier Reibmittelkategorien eingeteilt.[2][6] Sie unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung und den damit verbundenen Eigenschaften der Bremsbeläge.[7]
Semi-Metallic
Reibmittel der Kategorie „Semi-Metallic“ enthalten 30 bis 65 % Metall (Stahl, Eisen, Kupfer, Messing etc.) gemischt mit Graphit, Füllstoffen und Bindemitteln. Diese Beläge haben den Ruf niedriger Kosten bei einer langen Haltbarkeit und eines guten Heißbremsverhaltens, aber auch eines hohen Verschleißes der Bremsscheibe und der Anfälligkeit für Quietschen.
Low-Metallic
Reibmittel dieser Kategorie enthalten Fasern aus Glas, Gummi, Karbon oder Aramiden, gemischt mit einem Anteil von 10 bis 30 % an Metall, meist Kupfer oder Stahl. Diese Beläge stehen im Ruf eines besseren Heißbremsverhaltens, besonders bei hohen Geschwindigkeiten. Auf der Negativseite werden Bremsstaub und Quietschneigung genannt.
Organic
Reibmittel der Kategorie „Organic“ (manchmal auch „Non Asbestos Organic“ (NAO) genannt) enthalten ebenfalls organische oder mineralische Fasern. Ferner bestehen sie aus Füllstoffen und temperaturresistenten Kunst- bzw. Naturharzen. Diese Beläge gelten als weicher, leiser, haben jedoch einen höheren Verschleiß bei thermischer Belastung. Sie verschleißen die Bremsscheibe weniger und entwickeln weniger sichtbaren Bremsstaub.
Ceramic
Reibmittel der keramischen Kategorie sind relativ neu, keramische Beläge wurden erstmals 1985 von Fahrzeugherstellern eingesetzt. Diese Reibmittel bestehen aus keramischen Fasern, Füllstoffen, Bindemitteln.[7] Diese Beläge sind gewöhnlich heller, leiser, aber auch teurer als andere Beläge und verschleißen Bremsscheiben schneller. Sport- und Luxuswagen haben manchmal Bremsbeläge aus mit Kohlenstofffasern verstärkten Siliciumcarbid.
Für Bremsbeläge für Scheibenbremsen im Fahrradbereich werden sehr ähnliche Reibmitteltechnolgien genutzt. Die Bezeichnungen unterscheiden sich allerdings von den Belägen für Kraftfahrzeuge:[8]
Sinter Brake Pads (Metallische Bremsbeläge)
Diese Beläge enthalten einen hohen Anteil an unterschiedlichen Metallen, die als Metallpulver in einem Sinterungsprozess miteinander verbunden werden. Die Beläge haben eine längere Standzeit, sind relativ hitzebeständiger und neigen daher weniger zum Nachlassen der Bremswirkung bei intensiver Benutzung und sind unempfindlicher gegen Schmutz und Nässe. Als nachteilig gilt die höhere Abnutzung der Bremsscheiben und mögliche Geräuschentwicklung.[8]
Resin Brake Pads (Organische Bremsbeläge)
Die Bremsbeläge enthalten entsprechend der Reibmittelkategorie Organic bei Kraftfahrzeugen einen geringeren Anteil an Metallen und weisen dafür einen höheren Anteil an organischen oder mineralischen Fasern auf. Resin (dt.: Harz) bezieht sich auf Kunstharz als Bindemittel. Sie sind im Betrieb geräuscharmer und nutzen die Bremsscheiben weniger ab, neigen aber bei starker Belastung zum Verglasen und damit zur Verringerung der Reibwirkung und haben eine kürzere Standzeit.[8]
Umweltaspekte
Asbest
Reibmitteln wurde wegen der sehr guten Hitzebeständigkeit und Abriebfestigkeit Asbestfasern bis zu einem Anteil von 42 % beigefügt. Seit 1995 besteht für Asbest ein vollständiges Herstellungs- und Verwendungsverbot, das 2005 auf die gesamte EU ausgeweitet wurde.[9] Eine erhöhte Asbestkonzentration lässt sich heute noch in Bereichen, in denen viel gebremst wird (Kreuzungen, Autobahnausfahrten, Landebahnen, Bahnhöfe, Parkhäusern), nachweisen.
Feinstaub
Als Beitrag zur Feinstaubbelastung sind Bremsbeläge seit dem Verbot von Asbest erneut in die Kritik geraten und Untersuchungsobjekt.[10] Auch andere Bestandteile in den Reibmitteln stehen im Verdacht, gesundheitsschädliche Auswirkungen zu haben.[11]
Im US-amerikanischen Bundesstaat Washington wurde 2010 ein Gesetz zur Reduktion von Kupfer, das für Wasserlebewesen wie den Lachs giftig ist, und anderen umweltaktiven Substanzen in Bremsbelägen verabschiedet. Bremsbeläge durften demzufolge bei gleichen technischen Eigenschaften ab dem 1. Januar 2014 Schwermetalle wie Cadmium, Chrom, Blei und Quecksilber und Asbestfasern nur zu 0,1 % Gewichtsanteilen, ab dem 1. Januar 2021 nicht mehr als 5 % Kupfer bzw. Kupferverbindungen enthalten.[12]
Anforderungen an Bremsbeläge
Der Bremsbelag sollte:[13]
- eine möglichst gleich bleibende Reibungszahl im technisch definierten Temperaturbereich aufweisen, damit es bei hohen Temperaturen der Beläge nicht zum Aussetzen der Bremswirkung (Fading) kommt,
- eine Temperaturbeständigkeit bis 800 °C besitzen, um dem dauerhaften Verlust der Reibwirkung der Beläge durch Verglasen vorzubeugen,
- mechanisch belastbar und unempfindlich gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, salzige Medien und Schmutz sein,
- eine hohe Standzeit besitzen und gleichzeitig Trommeln, Scheiben oder auch Felgen wenig verschleißen und
- keine Umweltbelastung durch Abrieb verursachen.
Neue Bremsbeläge entfalten ihre volle Bremswirkung erst nach einer gewissen Einfahrzeit. Während dieser Phase gleicht sich die Belagoberfläche der Oberfläche der Scheibe bzw. Trommel an, bis sich ein gleichmäßiges Tragbild entwickelt. Innerhalb dieser Phase verändert sich auch das Material an der Kontaktfläche zur Scheibe/Trommel. Es bildet sich Reibkohle. Erst danach wird die optimale Verbindung der Reibpaarung (Bremsbelag bzw. Scheibe, Bremsbelag bzw. Trommel) und somit beim Bremsen die maximale Verzögerung erreicht.
Verschleiß
Während des Bremsvorgangs reibt sich der Bremsbelag an der Bremsscheibe ab, daher sind Bremsklötze Verschleißteile. Bremsklötze werden mehrmals während der Nutzungsdauer eines Fahrzeuges gewechselt, häufiger als die Bremsscheiben. Bremsklötze und Bremsscheiben dürfen an Kraftfahrzeugen nur auf der gesamten Achse und nicht einseitig gewechselt werden. Da sich die Bremsbeläge durch Abrieb an die Bremsscheiben anpassen, müssen bei einem Bremsscheibenwechsel auch die Bremsbeläge erneuert werden.
Verschleißsensoren und Verschleißwarnsysteme
Um einen kritischen Verschleiß der Beläge an den Bremsklötzen anzuzeigen, können Bremsklötze mit Verschleißsensoren ausgestattet sein. Diese Sensoren können unterschiedlich ausgebildet sein.[14][15]
Bei einer Bauart wird die Dicke des Bremsbelages anhand dessen elektrischen Widerstandes ermittelt: Unter Anwendung des Ohmschen Gesetzes wird die Dicke des Bremsbelages zum gemessenen Widerstand in Beziehung gesetzt. Je weniger Belag vorhanden ist, desto kleiner ist der gemessene elektrische Widerstand. Die Belagsdicke kann so relativ genau bestimmt werden.[14]
Einfachere Verschleißsensoren funktionieren mit einem Draht, der in den letzten Millimetern des Bremsbelages eingelegt ist. Sobald der Belag so weit verschlissen ist, dass der Draht die Bremsscheibe berührt, entsteht Massekontakt und eine Kontrollleuchte leuchtet im Fahrzeug. Diese Bauart ist allerdings nicht ausfallsicher, da eine Unterbrechung der Messleitung zu keiner Anzeige führt und ein kritischer Verschleiß nicht mehr über das System erkannt werden kann. Andere Systeme ähnlicher Bauart arbeiten deshalb mit einem Zweileitersystem. Bei diesen wird in den Bremsbelag zusätzlich eine Leiterschlaufe als Masseverbindung eingearbeitet, die vor der Verschleißgrenze des Belags (meist 2–4 mm) durch die Bremsscheibe durchtrennt wird. Damit wird in jedem Fall eine kritischer Verschleiß angezeigt, auch wenn bei einem fehlerhaften elektrischen Kontakt eventuell eine Fehlwarnung ausgelöst wird.
Scheibenbremsklötze können auch über eine akustische Verschleißwarnung verfügen. Diese ist in Form eines flachen gebogenen Metallplättchens an der Rückseite der Bremsklötze angebracht, das bei abnehmender Belagstärke über die Reibung der Beläge zum Vibrieren gebracht wird. Durch diese Vibrationen entsteht ein hoher, quietschender Ton.[14]
Durch die Digitalisierung von Fahrzeugsystemen werden auch im Hinblick auf Bremsbelagssensoren neue Sensortechniken wie z. B. die Druckverteilung an den Bremsklötzen erforscht.[16]
Gesetzliche Vorschriften
Da Bremsbeläge oft im Zuge eines Fahrzeug-Service getauscht werden, gibt es dafür einen großen Markt mit einer Vielzahl von Herstellern. In der EU dürfen nur Bremsbeläge, die der Regelung ECE-R 90[17] entsprechen, in dem dafür freigegebenen Fahrzeug verwendet werden. Die Regelung ECE-R 90 legt unter anderem folgende Eigenschaften fest:
- gleicher Reibwert wie Originalbeläge des Fahrzeugherstellers (Abweichungen bis ±15 % erlaubt)
- Druck-, Scherfestigkeit und Werkstoffhärte
- Prüfung auf Geschwindigkeits-Sensibilität
- Asbestfreiheit
- Ein Genehmigungszeichen muss am Ersatzteil dauerhaft identifizierbar sein. Es besteht aus einem Kreis, in dem sich der Buchstabe „E“ und die Kennzahl des Landes befindet, das die Genehmigung erteilt hat und der Bezeichnung „90 R“, gefolgt von einem Bindestrich und einer Genehmigungsnummer.
- Die Verpackung der Beläge muss verklebt/versiegelt sein, um vorheriges Öffnen klar zu erkennen.
- Auf der Verpackung müssen die für den Belag zugelassenen Fahrzeuge gelistet sein.
- Jeder Verpackung müssen Montageanleitungen in einer der Amtssprachen der ECE und der Sprache des Landes, in dem sie verkauft werden, beiliegen.
Ziel dieser Regelung ist, dass Nachbau-Bremsbeläge zumindest einige Mindestanforderungen erfüllen. Bei Kfz-Teilen sind hohe Preisunterschiede zwischen Originalteilen und Nachbaumarkt vorhanden und folglich könnten ohne diese Regelung bei Kunden Zweifel an der Qualität oder Sicherheit entstehen. Speziell Webshops und in Online-Auktionshäusern tätige Kfz-Teilehändler betonen daher besonders, dass ihre Produkte diese E-Kennung aufweisen und preisen diese als besonderes Qualitätsmerkmal an.
Anbieter
Anbieter von Bremsbelägen für den deutschen Nachbaumarkt, die der ECE-R 90 entsprechen, sind z. B. Becorit (=Wabtec FRG Holding), Bremskerl-Reibbelagwerke Emmerling, Bosch, Brembo, Continental AG (ATE, Barum), EBC Brakes, Eurobremsband (Beral), Federal-Mogul (Ferodo, Jurid, Bendix, Saxid), TMD Friction (Pagid, Textar, Mintex, Don), TRW/Lucas und PEX Automotive. Die bekannten Fahrzeughersteller produzieren übrigens selbst keine Bremsbeläge, sondern lassen diese von Bremsbelagherstellern nach den eigenen Vorgaben produzieren. Mittlerweile stellt Eurobremsband nur noch vereinzelte Scheibenbremsbeläge her, hat die Hauptaufgabe aber in anderen Bereichen. Durch die Konzernaufsplittung in Eurobremsband, MAT und Federal Mogul haben sich die Standorte für (Trommel) Bremsbeläge nach Tschechien und Irland verlagert. Der Aftermarket von Beral wird über Federal-Mogul abgewickelt.
Katalogisierung
Bremsbeläge werden nach Ordnungssystemen katalogisiert. Das gängigste Ordnungssystem in Europa ist das auch weltweit genutzte WVA-Nummern-System.
Literatur
- Hans-Hermann Braess, Ulrich Seiffert: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. 2. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 2001, ISBN 3-528-13114-4.
Einzelnachweise
- Reibmaterial – Lösungen für Bremsen im industriellen Einsatz (PDF; 545 KB), abgerufen am 5. August 2021
- Zukunftsweisende Mischtechnik für die Herstellung von Reibbelägen, Artikel auf eirich.de vom 12. September 2017, abgerufen am 5. August 2021
- Bremsbelag, Artikel auf kfz-tech.de
- Beitrag Forschungsprojekt Cobra - Die Bremse der Zukunft besteht aus Zement, Artikel vom 6. Februar 2015 in ingenieur.de, abgerufen am 4. August 2021
- Brake Pad Production, Video des Herstellers für Bremsenzubehör Brembo auf youtube.com; abgerufen am 6. August 2021
- Types of brake pads, Artikel auf catalogs.com, abgerufen am 4. August 2021
- Bremsbelag auf autorevue.at, abgerufen am 4. August 2021
- Bremsbeläge: Resin, Sinter, Metallisch, Organisch? – Artikel auf flowzone.ch vom 31. Juli 2015, abgerufen am 5. August 2021
- Asbest in Bremsbelägen, Artikel auf den Seiten des Bayerischen Landesamtes für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (LGL), abgerufen am 4. August 2021
- Feinstaubbelastung durch Verkehr: Der meiste Dreck kommt nicht aus dem Auspuff, Artikel vom 6. Mai 2019 auf sueddeutsche.de, abgerufen am 4. August 2021
- Ungesundes Zubehör – Auto-Bremsbeläge enthalten krebserregendes Antimon, Beitrag im Deutschlandfunk vom 14. Februar 2002
- SUBSTITUTE SENATE BILL 6557 vom 8. März 2010 (PDF; 42 KB); abgerufen am 7. August 2021
- Der Scheibenbremsbelag (Hella Pagid), abgerufen am 4. August 2021
- Sensoren an Bremsbelägen, Artikel auf at-rs.de, abgerufen am 4. August 2021
- Patent DE19944907A1: Einrichtung zur Verschleißanzeige an Bremsbelegen. Angemeldet am 10. September 1999, veröffentlicht am 15. März 2001, Erfinder: Bar-Yoav Yigal.
- Sensoren sollen Verschleiß erkennen – Die intelligente Bremse, Artikel auf auto-motor-und-sport.de vom 21. September 2021, abgerufen am 4. August 2021
- http://www.bmvbs.de/cae/servlet/contentblob/44514/publicationFile/1233/r-90-ersatzbremsbelag-einheiten-fuer-kfz-und-anhaenger-pdf.pdf@1@2Vorlage:Toter+Link/www.bmvbs.de (Seite+nicht+mehr+abrufbar,+Suche+in+Webarchiven) Datei:Pictogram+voting+info.svg Info:+Der+Link+wurde+automatisch+als+defekt+markiert.+Bitte+prüfe+den+Link+gemäß+Anleitung+und+entferne+dann+diesen+Hinweis.+
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Siehe auch
- Bremsklötze
- ECE-Homologation