Betrachtungen zur Scheibenbremse, Dimensionierung, Technik und Details.

[OldMan54]

Das Thema Scheibenbremse kommt im Forum immer wieder hoch, wurde auch schon mehrfach dazu befragt, möchte in diesem Beitrag versuchen, etwas Licht ins Dunkel zu bringen.

Bremsen bedeutet, im allgemeinen Geschwindigkeit zu verringern, kann aber auch bedeuten, ein bestimmtes Tempo zu halten, also eine Beschleunigung zu verhindern (Bergab).
Bewegungsenergie wird in Wärme umgewandelt.

Dazu gibt es diverse Faktoren, die Einfluss nehmen.
Welche Masse gilt es zu verzögern?
Ist die Ebene, auf der ich mich bewege, waagerecht, bergab oder bergauf?
Bei welcher Geschwindigkeit beginnt das Verzögern?
Will ich nur langsamer werden, oder bis zum Stillstand abbremsen?
Wie hoch soll die Bremsverzögerung sein? Langsam bis zum Stillstand oder Vollbremsung?

Wir sehen, für den Konstrukteur gibt es hier diverse Faktoren zu beachten.
Die Anforderungen an ein City Bike sind also völlig andere, wie an ein Downhill Bike oder Reiserad mit Gepäck in den Alpen.

Früher hatten wir Bremsen, die direkt auf die Felge wirkten.
Hat auch funktioniert, war aber bei Nässe etwas kritisch, ausserdem verschliss die Felge.
Durch die Reibung im Bremszug war die Dosierung schlechter wie bei hydraulischen Systemen.
Vorteil war, mechanisch simpel, konnte mit sehr leichten Laufrädern kombiniert werden.

Heute verwendet man oft hydraulische Scheibenbremsen.
Die Bremskraft geht von der Bremsscheibe über die Nabe, die Speichen, die Felge auf den Reifen.
Leuchtet ein, dass hier im Vergleich zu Felgenbremse ein wesentlich stabileres Laufrad erforderlich ist, ausserdem sitzt die Scheibe links, es kommt also noch zu einer einseitigen Kraft auf die Gabel. Mit ein Grund, warum der alte Schnellspanner inzwischen durch fette Achsen ersetzt wurde.

Wie funktioniert nun die hydraulische Scheibenbremse?
Ich betätige den Bremshebel am Lenker

Dadurch werden die Bremsenbeläge von links und rechts an die Bremsscheibe gepresst

Dadurch entsteht Reibung, die in Wärme umgewandelt wird, dass Bike wird (hoffentlich) langsamer.

Weiter geht es im Teil 2.

 

[OldMan54]

Wie stark die Bremswirkung in der Relation zur Handkraft ist, hängt an verschiedenen Faktoren.
Beginnen wir mit der Bremsscheibe.
Die gibt es in diversen Variationen und Durchmessern.

Je größer der Durchmesser, umso länger der Wirksame Hebel.
Bei identischer Bremsanlage hat eine 203 er Scheibe etwa 12 % mehr Wirkung wie eine Scheibe mit 180 mm Durchmesser.

Also Erkenntnis, größere Scheiben benötigen für identische Bremsverzögerung weniger Handkraft, werden bei identischer Verzögerung weniger heiß.
Nachteile gibt es auch, schwerer, klingeln bei ruhigem Untergrund schneller, teurer.

Ein entscheidender Punkt für die Wirkung ist das Reibverhältnis zwischen Belag und Scheibe.
Auf Parkett wird eine Ledersohle schneller rutschen als eine Gummisohle.
Daher gibt es Bremsbeläge mit unterschiedlicher Zusammensetzung, Wirkung.
Sogenannte "organische" Beläge sind etwas weicher, leiser, weniger giftig

Beläge mit Metallanteilen (Sinter) bremsen schärfer, etwas temperaturstabiler, aber oft auch lauter.

Die Beläge werden in der Bremszange von Bremskolben hydraulisch an die Scheibe gepresst.
Es gibt 2-Kolben Bremssättel, hier im Bild ein Shimano XT Sattel, wo ich den Kolben mit Bremsöl schmiere

oder 4-Kolben Bremssättel

Warum 4-Kolben?
Zitiere hier Trickstuff:

Was spricht eigentlich für einen Vierkolben-Bremssattel?
Die Begründung für 4 statt 2 Kolben liegt in der Flächenpressung. Man kennt den Effekt von V-Brakes, dass die Beläge beim Anlegen an die Felge „reingezogen“ werden. Dieses „Reinziehen“ verschlechtert die Dosierbarkeit und führt zu starkem Quietschen.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, diesen Effekt auszugleichen. Die technisch sauberste ist der 4-Kolben-Bremssattel. Bei diesem wird jeder Belag von zwei Nehmerkolben mit unterschiedlichem Durchmesser an die Scheibe gepresst. An der Einlaufseite arbeitet ein kleinerer Kolben als auf der Auslaufseite. Da die Kraft, mit der der Kolben drückt, von seinem Durchmesser abhängt, drückt man an der Einlaufseite also mit weniger Kraft als auf der Auslaufseite (wo der größere Kolben arbeitet). Da der Belag aber auf der Einlaufseite durch den Effekt des „Reinziehens“ zusätzlich angepresst wird, erreicht man wieder eine gleichmäßige Flächenpressung auf dem ganzen Belag.

Das sieht dann so aus, hier ist der unterschiedliche Kolbendurchmesser deutlich zu erkennen

Weiter geht es im Teil 3

 

[OldMan54]

Die Trickstuff Vorderradbremse habe ich mir fürs Specialized Levo gekauft, ist jetzt am Rise&Müller Supercharger montiert und fast 30.000 km ohne Probleme gelaufen.
Eine 4 Kolben Shimano XT, Shimano Saint, Magura etc. tust es genauso, mit deutlich weniger Schmerzen beim Kaufpreis. Aber, die Verarbeitung und Wirkung ist schon bemerkenswert.

Zum Thema Bremsscheiben noch eine eigene Erfahrung.
Mein Supercharger hat am Hinterrad eine Rohloff Nabe mit einer 180 mm Bremsscheibe.
Die bremst, in Verbindung mit der 203 mm XT Scheibe im Vorderrad durchaus ausreichend, ist aber bei mir mit Gepäck und hohem Tempo in den Alpen thermisch am Limit. Verzieht sich etwas, schleift dann bis sie abgekühlt ist.

Natürlich muss man bergab nicht so heizen, aber ist eben individuell.

Eine größere Scheibe hinten ist wegen Kollision des Bremssattels mit Strebe Gepäckträger hier kaum möglich.
Abhilfe brachte eine dickere Scheibe von Brakestuff

Die bremst auch nicht besser, kann aber auf Grund von mehr Material, härterem Stahl deutlich mehr Temperatur ab.

Ist bei mir jetzt 9600 km gelaufen.

Resümee:

Bremsen sind ein komplexes Thema.
Bevor ich da rum schraube, erst mal überlegen, was soll dabei herauskommen?
Mehr Bremswirkung bei gleicher Handkraft?
Höhere Standfestigkeit bei langen Abfahrten?

Höhere Bremskraft geht irgendwann zu Lasten der Dosierbarkeit.
Bei einer Schreckbremsung führt das schnell zum Sturz, habe ich als Tourguide mehrfach erlebt.
Besonders giftig sind teilweise hochwertigen Magura Bremsen, die auch gerne laut sind.

Den Umgang mit so etwas muss man üben, damit im Reflexfall nicht der Helm auf dem Boden...

Bei Fragen, Fragen

 

[SethGecko]

Schön zusammen gefasst.
Auch einer der Gründe warum ich mit 2 Kolben auf eine größere Scheibe vorne umsteige.
Erstmal schauen ob das Weniger an Handkraft reicht um mich auf den kleineren Trails noch besser zu bremsen.

Zu allererst wollte ich mitte letzten Jahres komplett vorne & hinten auf 4 Kolben, XT, und möglichst große Scheiben umsteigen. Das ist aber für meinen "Anwendungsfall" einfach nur Perlen vor die Säue.
Wenn die Große Scheibe vorne nicht langt kommt evtl. eine Deore XT vorne rein. Aber in dieses Extrem muss ich erstmal kommen.

 

[Pöhlmann]

Mehr Bremswirkung bei gleicher Handkraft?

Manchmal ist auch weniger mehr, z.B. bei mir. Ich bin Vollbremsungen vom Motorrad gewöhnt, Handschuhgröße 10 1/2, 4 Finger am stabilen Bremshebel für die Bremse am Vorderrad. So benötige ich ganz sicher eine andere Übersetzung zwischen Handkraft und Bremskraft als z.B. Menschen mit Handschuhgröße 7, die mit zwei Fingern bremsen.
Die üblichen Einstellmöglichkeiten der Bremshebel an Massenware setzen da mehr oder weniger enge Grenzen.

 

[OldMan54]

Ich komme auch aus der Motorrad Szene wo ich zum einen Off Road (Trial und Enduro) Lizenzmässig gefahren bin und mit Supermotos auf Rennstrecken (Training kein Wettbewerb) und in einigen Hallen Lehrgängen Teilnehmer war.

Da ist das Bremsen mit einem, maximal 2 Fingern Standart.
Daher baute ich mir immer meine Bikes mit der Vorderradbremse rechts und mit eher leistungsstarken Bremsen auf.
Mich hat es zwar schon öfters mit dem Fahrrädern auf die Nase gelegt, allerdings noch nie wegen falscher Bremsreflexe.

Gerade für älteren Pedelec Käufer , die früher mit Felgenbremsen unterwegs sind, ist ABS, wenn man eh high End kauft, durchaus empfehlenswert.

 

[Wolfgang42]

Was sind am Rad die Vor- und Nachteile von 2-Finger/3-Finger/4-Finger-Bremshebeln?

 

[Allgeier]

Danke für die Information, da ich auch aus der Mopedecke komme stelle ich mir gelegentlich die Frage weshalb vorne nicht 2 Scheiben verbaut werden, natürlich nur sinnvoll bei entsprechender Nutzung. Oder wäre dies technischer overkill?

 

[SethGecko]

Was sind am Rad die Vor- und Nachteile von 2-Finger/3-Finger/4-Finger-Bremshebeln?

Vorteil bei kleineren Bremshebeln ist doch der das der Rest der Hand den Lenker noch fest halten und ggfs. reagieren kann.
Wenn ich 2-3Finger an der Bremse habe und einen Lenkwiderstand spüre, fluppt mir schnell der Lenker aus der Hand.
Den rest kann man sich ausmalen.
Auf einem Trail...allein im Wald... auf die Schulter fallen...bei "flowigen" 30Km/h... rumliegen und Schmerzen ertragen.

 

[OldMan54]

Was sind am Rad die Vor- und Nachteile von 2-Finger/3-Finger/4-Finger-Bremshebeln?

In der City eigentlich egal.
Off Road bedeutet 1 Finger an der Bremse, 3 Finger am Lenker, was bei entsprechendem Untergrund deutlich mehr Sicherheit bringt.
Die Bremse muss natürlich so wirken, dass ich mit einem, bzw. 2 Fingern auch brauchbar verzögern kann.

@Allgeier
Meine 610er Husqvarna hatte vorne eine Mega Scheibe mit Brembo 4 Kolben Bremse. Da brachte ich bei 120 km/h mit 2 Fingern das Hinterrad zum Abheben.
Bei den Pedelecs wären 2 Scheiben vorne schwerer, teurer und überdimensioniert.
Du musst die mögliche Bremsverzögerung ja auch auf den Boden bringen.

@SethGecko war schneller

 

[Wolfgang42]

Aha, daher bei Mountainbikes üblicherweise 2-Finger-Hebel und bei Citybikes welche für die ganze Hand

 

[MagnusGuidonis]

@OldMan54
Danke fürs anfixen mit Brakestuff.

Kommt definitiv auf die Liste.

 

[MagnusGuidonis]

Nach etwas Recherche bin ich mit der 203er Trickstuff mit Power Belägen vorne vermutlich besser dran.

Hinten muss ich dann schauen, was drauf passt.

Aber vielleicht reicht auch die XT Bremsanlage mit 180er Scheiben an dem XXL Panzer. Ist von Stevens bis 180 kg freigegeben.

Die Testfahrten werden es zeigen.

 

[OldMan54]

@MagnusGuidonis
Bitte dann die Erfahrungen berichten.

 

[MagnusGuidonis]

Mach ich auf jeden Fall.

 

[OldMan54]

Was bei der Bremsen Geschichte immer etwas problematisch ist, weil von vielen Faktoren abhängig, ist die Geräuschentwicklung.
Hatte am Levo die SRAM 4-Kolben GUIDE drauf, die war von der Wirkung ganz okay, beim Alpencross bei harter Beanspruchung dermassen laut, dass ich in den Bergdörfern schon Angst hatte, die holen ihre Schrotflinte raus.

Die Direttissima mit der Dächle Scheibe und den Trickstuff Belägen (hatte früher eine andere Bezeichnung) bremste rabiat, war aber auch nicht super leise bei heisser Bremse.

Am Supercharger fahre ich die Trickstuff mit der Shimano XT (203) Scheibe und mit den organischen Shimano M04 Belägen.

Die halten bei mir so zwischen 1500 und 2000 km. 1 km entsprechen bei mir im Schnitt 16,32 Höhenmeter (323.960 Hm/19.850 km), sind gut dosierbar, standfest, nur bei richtig nasser Scheibe laut bis die Scheibe trocken ist.
Sinterbeläge sind noch etwas aggressiver, mir aber zu laut.

Die Brakestuff Scheibe (180 mm) am Hinterrad hat jetzt 9603 km gelaufen, ist dieses Jahr fällig.
Bremsbeläge Shimano G05S, sind die organischen XT Beläge, absolut null Geräusche, 1600≈1800 km, wobei ich die nie bis auf die Platte runter fahre.

Mit der Brakestuff am Vorderrad kam ich Geräuschtechnisch nicht klar, mein Bekannter, der im Delite allerdings keine Suntour, sondern eine FOX Gabel hat, nahm die dann und ist hoch zufrieden, keine Geräusche.

Manches muss man testen, kommt auf Gabel, Federweg, Laufrad etc. an, lässt sich vorher kaum sagen, wie die Akustik dann ist.

Akustisch sensationell finde ich Magura, bremsen wie die Hölle, höre ich aber in der Gruppe immer raus.
Glaube bei den Bremsscheiben kann man sich verschiedene Vogelstimmen raus suchen

 

[MagnusGuidonis]

Glaube bei den Bremsscheiben kann man sich verschiedene Vogelstimmen raus suchen

Dann suche ich mir Amsel, Drossel oder Pirol aus.

Bestenfalls nen stummen Vogel.

 

[MagnusGuidonis]

Die 180er Bremse vorne finde ich bei steilen und schnellen Abfahrten zu schwach, da muss was anderes drauf. Werde aber auch mal den Hersteller anschreiben, was die dazu meinen. Da kauft man nen xxl Panzer und hat so ne schwache Bremsleistung vorne. Kann eigentlich nicht sein mit ner 4 Kolbenbremse.

 

[OldMan54]

@MagnusGuidonis
Was meinst du mit schwach?
Bremswirkung oder Standfestigkeit?

 

[TBS]

Also ich weiß ja nicht.... aber das Hauptproblem ist nicht 2-Kolben oder 4 Kolben oder 180mm oder größere Scheiben..... 180mm mit 2 Kolben bremsen in der Regel schon verdammt gut. Als Vergleich: in den meisten Autos ist nur 1 Kolben verbaut. Bei Fahrrädern gibt es keinen Bremskraftverstärker (kostet halt Gewicht). Könnte man bei sehr schweren Ebike wie Cargo usw einbauen, statt immer nur größere und mehr Kolben zu verbauen.
Das Hauptproblem ist die Hitze, die nicht schnell genug abgeführt werden kann bei den Scheiben. Sie sind klein, wenig Masse und erhitzen sich sehr schnell.
Vielleicht kommt das ja irgendwann: kleinere, dickere innenbelüftete Scheiben, Bremskraftverstärker, der vom Akku mit Energie versorgt. Aber das sind wirklich sehr spezielle Fälle, in denen das zum Einsatz kommen würde. In 99% wäre das sicher nicht notwendig. Autos haben schließlich auch keinen Retarder oder hinten nur Trommelbremsen.

PS: Es gibt ja auch schon ABS für Ebikes..... das System könnte man auch als Bremse für die Abfahrt nutzen, indem es selbstständig die Bremse kühlt indem sich die Bremse selbstständig immer wieder löst. Nur so eine Idee. Somit würde man die Überhitzung vermeiden.