Wie bremste man vor tausend Jahren? Die Entwicklung des Bremssystems
Es heißt, dass die Menschen vor tausend Jahren, als sie Pferdekutschen fuhren, im Wesentlichen alles mit der Hand machten: Sie pumpten, um zu tanken, zogen an, um abzubiegen, hupten mit dem Mund und bremsten mit den Beinen – also den Beinen des Pferdes. Nach zahllosen Lektionen, die sie mit Blut und Tränen gelernt hatten, erkannten die Menschen schließlich, dass es beim Bergabfahren nicht nur das Pferd erschöpfte, wenn sie sich ausschließlich auf die Beine des Pferdes verließen, sondern auch den Fahrer gefährdete.
So entstand das erste Bremssystem. Die Menschen verwendeten ein Stück Holz als Bremsbelag, um Reibung mit dem Rad zu erzeugen und so Bremskraft zu erzeugen. Obwohl das Holz beim Bremsen manchmal rauchte, reichte es für die langsam fahrenden Kutschen aus. Tatsächlich sind Bremssysteme mit ähnlichen Strukturen auch heute noch zu sehen. Fahrradfelgenbremsen haben sich beispielsweise vom Schleifen der Reifenoberfläche zum Schleifen der Radfelge entwickelt, aber das Prinzip ist immer noch ähnlich.
Seit der Erfindung der Dampfmaschine im 18. Jahrhundert ging die Kraftübertragung von Fahrzeugen von Mensch und Tier auf Maschinen über und die Geschwindigkeiten nahmen zu, doch die Bremssysteme änderten sich kaum. Ob es sich nun um eine Pferdekutsche, einen Zug oder ein frühes Automobil handelte, zu Beginn des 20. Jahrhunderts funktionierten die Bremssysteme ähnlich wie die früherer Kutschen. Das Ergebnis? Selbst auf ebenem Boden passierten immer noch Unfälle. Glücklicherweise entwickelte im Jahr 1900 ein Genie namens Wilhelm Maybach die erste Trommelbremse für Automobile. Kommt Ihnen das bekannt vor? Auch heute noch verwenden einige Lastwagen und Pkw der unteren Preisklasse Trommelbremsen.
Zufällig entwickelte nur zwei Jahre später, im Jahr 1902, ein anderes Genie, Frederick William Lanchester, die erste Scheibenbremse. Diese Bremsanlage wird heute in über 80 % aller Autos verwendet, darunter auch im Xiaomi SU7. Man könnte meinen, Scheibenbremsen seien viel später als Trommelbremsen aufgekommen, aber das stimmt nicht. Scheibenbremsen stellen höhere Anforderungen an das Material der Bremsbeläge. Frühe Scheiben bestanden aus Eisen und die Beläge aus Kupfer, die sich schnell abnutzten. Stellen Sie sich vor, Sie machen sich mit Snacks, Bier, Spielkarten und drei Sätzen Bremsbelägen auf einen Familienausflug – enttäuschend, oder? Aufgrund von Einschränkungen in der Materialtechnologie wurden Scheibenbremsen also nicht populär.
Trommelbremsen haben jedoch auch ihre Nachteile. Ihre Konstruktion begrenzt von Natur aus die Wärmeableitung, wodurch sie anfällig für thermischen Zerfall sind. Dies gilt auch für moderne Trommelbremsen. Mit der Verbesserung der Materialtechnologie gewannen Scheibenbremsen jedoch wieder an Aufmerksamkeit. Frühe Bremsbeläge bestanden aus Asbest, aber Asbest hatte einen fatalen Nachteil: Es war nicht umweltfreundlich. Durch Abrieb entstehende Asbestfasern konnten eingeatmet werden und irreversible Lungenschäden verursachen, weshalb Asbestdachziegel, die in meiner Kindheit einmal weit verbreitet waren, nicht mehr verwendet werden. Darüber hinaus ist Asbest ein schlechter Wärmeleiter, sodass es nach der Reibung beim Bremsen schwer war, ihn abzukühlen.
Später wurden halbmetallische Bremsbeläge entwickelt, bei denen Asbest durch Stahlwolle ersetzt wurde, um die Härte zu erhöhen. Doch nun war die Wärmeleitung zu gut. Die Temperatur stieg schnell an und das Bremssystem blieb heiß, wodurch die Gummiteile wie Dichtungen und Schläuche schneller alterten. Hohe Temperaturen ließen außerdem das Wasser in der Bremsflüssigkeit verdampfen, wodurch sich die Bremsen weich anfühlten. Darüber hinaus verursachte die Reibung von Metall auf Metall bei niedrigen Geschwindigkeiten Geräusche und die Bremsen rosteten leicht, wenn es regnete.
Aufgrund dieser Nachteile wurde eine neue Generation von Bremsbelägen entwickelt: niedrigmetallische Materialien. Wie der Name schon sagt, hatten diese Beläge einen geringeren Metallanteil. Sie waren zwar nicht so langlebig, ihre Bremsleistung war jedoch besser als bei halbmetallischen Belägen und sie waren leiser und wurden häufig in Autos verwendet, bei denen Komfort im Vordergrund steht. Schließlich kamen Bremsbeläge auf Keramikbasis auf, bei denen Keramikfasern zur Verstärkung verwendet wurden. Diese hochwertigeren Beläge sind hitzebeständig, bieten stabile Reibung und weniger Geräuschentwicklung. Und da sie kein Metall enthalten, hinterlassen sie keinen schwer zu reinigenden Bremsstaub auf den Rädern. Der Nachteil? Sie sind teuer.
Aber Keramikbremsen sind nicht einmal die teuersten. Es gibt eine noch hochwertigere Option: Bremsen auf Kohlenstoffbasis. Diese gibt es in zwei Varianten: Kohlenstoff-Keramik und Kohlenstoff-Kohlenstoff. Eine ist ein Verbund aus Kohlenstoff- und Keramikfasern, während die andere vollständig aus Kohlenstoff besteht. Beide bieten eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, starke Bremskraft und geringes Gewicht, was sie langlebiger macht. Aus diesem Grund findet man Bremsen auf Kohlenstoffbasis normalerweise bei Rennwagen, High-End-Sportwagen und Flugzeugen. Für Alltagsfahrer sind sie jedoch aufgrund der Kosten nicht wirklich relevant.
Nach all dieser Diskussion über Scheibenbremsen fragen Sie sich vielleicht, ob Trommelbremsen noch eine Chance auf ein Comeback haben. Die Antwort lautet: Nein, sie sind schlicht unterlegen. Trommelbremsen sind schwer, haben eine schlechte Wärmeableitung und sind weniger effektiv beim schnellen, kontinuierlichen Bremsen. Außerdem sind sie nicht mit modernen Technologien wie ABS kompatibel. Dennoch haben Trommelbremsen ihre Stärken. Ein Vorteil ist ihre hohe Bremskraft. Einer der beiden Bremsbacken folgt der Drehung der Bremstrommel, während der andere dagegen läuft. Beim Bremsen erzeugt der Schuh, der sich gegen die Drehung bewegt, einen Selbstbremseffekt und zieht die Bremse an, wenn Sie stärker drücken. Dies ist ein struktureller Vorteil. Trommelbremsen sind außerdem kostengünstig, da ihr Design in den letzten Jahren keine wesentlichen Änderungen erforderte. Abgesehen von Aktualisierungen der Reibmaterialien ist ihre Herstellung relativ günstig geblieben.
