Bremsbelag

Bremsklotz mit bereits abgefahrenem Scheibenbremsbelag (Pkw)

Bremsklotz einer Scheibenbremse am Fahrrad

Bremsbelag (Pkw) mikroskopisch, aufgenommen mit dem 8er Epiplan im Auflicht

Unter einem Bremsbelag (auch Bremsstein genannt) versteht man bei Fahrzeugen ein Bauteil, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu reduzieren, wobei die Bewegungsenergie durch die Reibung an einer Trommel oder Bremsscheibe in Wärme umgewandelt wird. Auch an Bremsen beweglicher Teile von stehenden Maschinen werden Bremsbeläge verwendet.

Der weit verbreitete Begriff Bremsklotz bzw. Bremsbacke bezeichnet die Trägerbauteile der Bremsbeläge auch beim Fahrrad oder der Eisenbahn. Bei Scheibenbremsen ist der Werkstoff auf den Träger geklebt, bei Trommelbremsen wird er auf die Bremsbacke aufgeklebt oder genietet.

Zusammensetzung

Die handelsüblichen Bremsbeläge bestehen aus den Elementen und Materialien:

• Trägerplatte aus Stahl oder Grauguss. Es gibt jedoch immer wieder Bemühungen aus Gründen der Gewichtseinsparung Kunststoffträgerplatten zum Einsatz zu bringen. Schienenbeläge haben z. T. keine Trägerplatte, sondern eingepresste Bleche mit denen der Klotz in eine Halterung eingeführt wird.
• Reibmittel, darin unter anderem Antimontrisulfid und Kupfer, früher auch Blei und Asbest; daneben Schwerspat (Bariumsulfat), das bindende Harz, welches im Laufe der Herstellung unter Wärmeeinwirkung verkokt und alle Partikel miteinander verbindet; darüber hinaus Substanzen, die dem Bremsbelag die gewünschten Eigenschaften verleihen, wie Metalle (Kupfer, Messing, Eisen, Grauguss als Pulver oder Fasern), Mineralfasern, die Sulfide von Eisen, Kupfer, Antimon, Zink, Zinn, Molybdän
• mitunter bei Bremsklötzen eine Geräuschdämmplatte aus Metall oder Kunststoff

Als Bindemittel werden überwiegend Phenol-Formaldehyd-Harz oder Polyacrylnitril verwendet. Graphit kann zugleich als Reib- und als Bindemittel dienen. Ein Hersteller bemüht sich, ein kostengünstigeres und umweltfreundlicheres Bindemittel auf der Basis von Zement zu entwickeln.

Reibmittelkategorien

International werden vier verschiedene Reibmittelkategorien genannt. Die Unterschiede können fließend sein. Besonders der Begriff „Ceramic“ ist weit gefasst. Die meisten Hersteller verfügen über mehrere Reibmittel-Mixturen, deren Zusammensetzung meist streng gehütetes Geheimnis ist. Exotische Produkte wie das Harz der Cashew-Nuss, aber auch Aramide wie Kevlar® von DuPont oder Twaron® von Teijin Aramid kommen zum Einsatz.

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. Hauptmarkt dieser Bremsbeläge war bisher Nordamerika, wo sie aber zunehmend von keramischen Belägen verdrängt werden.

Organic

Reibmittel der Kategorie „Organic“ (manchmal auch „Non Asbestos Organic“ oder NAO genannt) bestehen aus Fasern, die aus Glas, Gummi, Karbon bzw. Kevlar® und Twaron® gewonnen werden können. Ferner bestehen sie aus Füllstoffen und temperaturresistenten Kunst- bzw. Naturharzen. Diese Beläge gelten als weicher, leiser, sie haben jedoch einen höheren Verschleiß bei thermischer Belastung, verschleißen jedoch die Bremsscheibe weniger und entwickeln dadurch weniger sichtbaren Bremsstaub, welcher hauptsächlich aus dem abgeriebenen Gusseisen der Bremsscheibe besteht. Dazu entwickeln sie, vor allem nach einer erhöhten Temperaturbeaufschlagung, ein schlechteres Reibwertverhalten. Hauptmarkt dieser Bremsbeläge sind Japan und die USA.

Low-Metallic

Reibmittel dieser Kategorie bestehen aus den vorgenannten organischen Stoffen, 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. Hauptmarkt dieser Beläge ist Europa.

Ceramic

Reibmittel der keramischen Kategorie sind relativ neu. Keramische Beläge wurden erstmals 1985 von Fahrzeugherstellern eingesetzt. Diese Reibmittel bestehen aus keramischen Fasern, Füllstoffen, Bindemitteln und möglicherweise kleinen Anteilen von Metall. Diese Beläge sind gewöhnlich heller, leiser, aber auch teurer als andere Beläge. Bei Verwendung von keramischen Belägen gilt der Verschleiß der Bremsscheiben als höher. Hauptmärkte dieser Beläge sind Nord-Amerika und Japan. Obwohl der Begriff „Ceramic“ weite Verwendung erfahren hat, gilt er unter Fachleuten nicht als generischer Begriff für ein Reibmittel. Jeder Belag, der keramische Ingredienzien enthält, kann „keramisch“ genannt werden. Es kann durchaus sein, dass ein Belag, der in Europa als „low-metallic“ verkauft wird, in den USA als „ceramic“ vermarktet wird.

Sport- und Luxuswagen haben manchmal Bremsbeläge aus mit Kohlenstofffasern verstärkten Siliciumcarbid.

Asbest

Vor 1990 wurde eine beträchtliche Menge Asbest (bis 42 % Anteil) beigefügt, was seitdem in der EU untersagt ist. Die erhöhte Asbestkonzentration lässt sich jedoch heute noch in Bereichen, in denen viel gebremst wird (Kreuzungen, Autobahnausfahrten, Landebahnen, Bahnhöfe, Parkhäusern), nachweisen. Die Herstellung, der Vertrieb und der Einbau von asbesthaltigen Bremsbelägen ist in der EU seit Einführung der Asbestverordnung (Fassung 1989) verboten.

Anforderungen an Bremsbeläge

Der Bremsbelag sollte:

• eine möglichst gleich bleibende Reibungszahl aufweisen (Bremsfading durch Überhitzung),
• temperaturbeständig (bis 800 °C) um dem „Verglasen“ vorzubeugen und
• mechanisch belastbar sein.

Neue Bremsbeläge entfalten ihre volle Bremswirkung erst nach einer gewissen Einfahrzeit. Während dieser Phase gleicht sich die Belagoberfläche an die 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, noch häufiger als die Bremsscheiben. Bremsklötze (und auch Bremsscheiben) dürfen nur auf der gesamten Achse und nicht einzeln gewechselt werden. Da sich die Bremsbeläge durch Abrieb an die Bremsscheiben anpassen, müssen bei einem Bremsscheibenwechsel auch die Bremsbeläge erneuert werden.

Bereits frühere Bremsklötze besaßen Verschleißanzeigen, die einen Hinweis gaben, wenn der Belag abgenutzt war. Diese Verschleißanzeige oder sogenannter Warnkontakt wurde Ende der 1970er Jahre von dem aus Israel nach Deutschland emigrierten Kfz-Elektriker Yigal Bar-Yoav erfunden. Er entwickelte auch die heute bekannte Funktion des Warnkontakts, der bereits vor der kompletten Abnutzung den Zustand des Bremsbelags anzeigt. Bar-Yoav machte sich dabei das ohmsche Gesetz zunutze. Je weniger Belag vorhanden ist, desto kleiner der gemessene elektrische Widerstand. Einfachere und verbreitetere Verschleißsensoren haben einen Draht in den letzten Millimetern des Bremsbelages eingelegt; sobald die Bremse so weit verschlissen ist, dass der Draht die Bremsscheibe berührt, entsteht Massekontakt. Somit leuchtet oder flackert eine Kontrollleuchte im Fahrzeug. Diese Bauart kann allerdings nicht als "Fail Safe" bezeichnet werden, da eine Unterbrechung der Messleitung im Zweifel zu keiner Anzeige führt und somit der Verschleiß nicht mehr über das System erkannt werden kann. Andere Systeme ähnlicher Bauart arbeiten deshalb mit einem Zweileitersystem. In diesem enthält das, meist in einer Aussparung in der Belagträgerplatte befindliche, Verschleißelement eine Schlaufe des Leiters, welche ab einem gewissen Wert, vor der Verschleißgrenze des Belags (meist 2–4 mm), durch die Bremsscheibe durchtrennt wird und somit die Masseverbindung trennt, was dann eine Verschleißwarnung zur Folge hat. Da eine niederohmige Masseverbindung vorliegen muss, reicht auch ein evtl. Kontakt über die Bremsscheibe nicht aus um eine intakte Verbindung vorzutäuschen. Ein genauer Widerstandswert wird hierbei in den meisten Systemen nicht ausgewertet bzw. ist eher ein Grenzwert im Sinne eines maximalen Widerstands implementiert, was bedeutet, dass die Systeme niederohmig gebrückt werden können. Vorteil hierbei ist, dass auch ein Ausfall einzelner Elemente (z. B. Messleitung oder Stecker) eine Warnung zur Folge hat. Diese ist zwar Möglicherweise als "Fehlalarm" (in Bezug auf den Belagverschleiß) zu interpretieren, weißt jedoch auf Unzulänglichkeiten des Systems hin, welche durch eine Reparatur zu beseitigen sind. Sowohl Auswertung als auch Ausführung der Messleitung (Zweileiter) und des Verschleißkontakts selbst sind bei diesem System geringfügig aufwändiger, aufgrund der "Fail Safe" Thematik ist dieses System jedoch im Bereich der günstigen & sicheren Verschleißerkennung Stand der Technik. Die Herstellung moderner, qualitativ hochwertiger Verschleißanzeiger muss, ebenso wie die Produktion des Belags, auf hitzebeständigste Materialien zugreifen. Grenzwerte bei der Betriebstemperatur der Beläge müssen über die gesamte Laufdauer des Satzes von der dünnen, in das Belagsmaterial eingelassenen Kabelschlaufe ausgehalten werden. Hierfür verwenden Hersteller, deren Sensoren die entsprechend vorgeschriebenen Ansprüche der Autoindustrie erfüllen, modernste Duroplaste, deren Hitzebeständigkeit gar der des Belags gleichkommt.

Manche Scheibenbremsbeläge haben eine akustische Verschleißwarnung. Diese ist in Form eines flachen gebogenen Metallplättchens an der Rückseite der Beläge angebracht und wird bei abnehmender Belagstärke über die Reibung der Beläge zum Vibrieren gebracht. Durch diese Vibrationen entsteht dann ein hoher, quietschender Ton.

Als Beitrag zur Feinstaubbelastung sind Bremsbeläge seit der Asbestabschaffung erneut in die Kritik geraten und Untersuchungsobjekt.

Qualität

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, welche der Regelung ECE-R 90 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 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.

Siehe auch

• ECE-Homologation

Weblinks

• Website des VRI-Verband der Reibbelagindustrie – mit Verzeichnis der Bremsbelaghersteller