Die Bremsen des Automobils

Das Automobil ist als Fahrzeug konzipiert, um dich fortzubewegen. Eine nicht unwichtige Funktion ist jedoch, dass man das Auto auch (schnell) zum Stillstand bringen kann.

Mit der Entwicklung des immer schnelleren Autos entwickelten sich auch die verschiedenen Bremssysteme. Bevor wir in die Materie der Bremsen einsteigen, zuerst die einfache Frage: Warum haben Autos Bremsen? Der erste Gedanke ist: um die Geschwindigkeit zu verringern oder anzuhalten. Zum Beispiel in der Situation, dass jemand vor deinem Auto die Strasse ueberquert und du einen Zusammenstoss vermeiden willst oder dass du an einer Ampel anhalten musst, die auf Rot springt. Aber wenn man tiefer auf die Frage eingeht, wird deutlich, dass man mit Bremsen nicht nur schnell anhalten, sondern auch schneller fahren kann! Wenn du keine Bremsen haettest, wuerdest du in der Stadt mit dichtem Verkehr, Kreuzungen und Ampeln sehr vorsichtig und langsam fahren, um keinen Unfall zu verursachen oder aus der Kurve zu fliegen. Die Bremsen geben uns die Moeglichkeit, bei Bedarf anzuhalten oder abzubremsen und machen es dadurch moeglich, schneller zu fahren! Wenn auf den ersten 300 Metern vor dir kein weiterer Verkehr ist, kannst du sogar ruhig einmal beschleunigen, weil du weisst, dass du danach wieder bremsen kannst. Du faehrst also schneller dank der Bremsen! In dieser Feststellung steckt auch die Logik, dass die Bremskraft umso staerker sein muss, je schneller das Auto faehrt.

Die erste Bremse

Die erste Bremse war nichts weiter als ein Holzblock, der so konstruiert war, dass er mithilfe eines Hebels gegen den Eisenreifen des hölzernen Wagenrads gedrueckt wurde (siehe Zeichnung). Auf diese Weise bremsten und stoppten die alten Roemer ihre Wagen schon vor mehr als 2000 Jahren.

Um 1885 begann man, zur Verbesserung des Fahrkomforts den Eisenreifen um das hölzerne Wagenrad durch einen Vollgummireifen zu ersetzen. Dies war der Moment, in dem der Holzklotz als Bremse nicht mehr verwendet werden konnte. Der Holzklotz wurde namlich den Vollgummi zerstoeren. Beim Vollgummireifen wurde der Holzklotz durch eine Metallplatte ersetzt, wie unter anderem im Louwman Museum am Benz 5HP Phaeton von 1895 zu sehen ist.

Gottlieb Daimler war es, der 1889 als Erster einen Stahlband oder ein Stahlseil einsetzte, das um eine an der Hinterachse oder am Hinterrad montierte rotierende Trommel oder Felge gewickelt war. Durch Ziehen an einem Hebel oder Treten eines Pedals wurde am losen Ende des Bandes oder Seils gezogen und die rotierende Trommel oder Felge an der Hinterachse oder am Hinterrad abgebremst. Das Band wurde mit Reibmaterial versehen, oft Leder, aber dieses hatte keine lange Lebensdauer. Alle 350 km war eine Wartung erforderlich.

Die Trommelbremse

Im Jahr 1901 entwickelte Wilhelm Maybach das erste Konzept der Trommelbremse. Ein innerer Ring aus Reibmaterial wurde mithilfe von Rollen gegen die Innenseite der Trommel gedruckt. Dieses System wurde im Mercedes Simplex 40 PS von 1903 eingesetzt, war jedoch nicht erfolgreich.

Inzwischen entwickelte Renault im Jahr 1902 die endgultige Trommelbremse, wie wir sie heute kennen. Die mechanische Trommelbremse von Renault hatte zwei gebogene Bremsbacken, die auf einer Seite angelenkt waren und auf der anderen Seite auf einem Nocken auflagen. Beim Betaetigen eines Hebels oder beim Treten des Bremspedals verdreht sich der Nocken und drueckt beide Bremsbacken gegen die Innenseite der Trommel (siehe Abbildung). Bei der spaeteren Einfuhrung hydraulischer Bremsen wurde der Nocken in der Trommelbremse durch einen Radbremszylinder ersetzt.

Anfangs wurden Trommelbremsen nur an den Hinterradern eingesetzt, weil Bremsen an den Vorderradern zu einem Rutschen fuhren kann und das Auto dann unsteuerbar wird.

Der niederlandische Hersteller Spyker war 1903 der erste, der Bremsen an allen vier Radern beim Spyker 60 HP einsetzte (siehe Abbildung). Kurz darauf folgten auch andere Marken mit Vierradbremsen. Um das Bremsen selbst einstellen und ein Rutschen verhindern zu konnen, wurden die mechanischen Bremsen an den Hinterradern oft mit einem Hebel neben dem Fahrer bedient und die Bremsen an den Vorderradern mit einem Bremspedal. Das Zusammenspiel des Bremsens an den Hinterradern und an den Vorderradern erforderte jedoch einiges an Geschick und Erfahrung, ein Vorgang, den wir uns heute kaum noch vorstellen konnen.

Die beeindruckendsten Trommelbremsen waren zweifellos jene, die bei Rennwagen eingesetzt wurden, wie bei den Auto Union und Mercedes-Benz Silberpfeilen in den 1930er Jahren (siehe das beigefugete Foto des Mercedes-Benz W125 von 1937).

Die riesigen Trommeln mit einem Durchmesser von 40 cm waren mit Rippen und Schaufeln fur eine optimale Kuhlung und zur Vermeidung von Brake Fading ausgestattet. Dieses Phaenomen tritt auf, wenn das Reibmaterial auf den Bremsbacken zu heiss wird und das Material verglasst. In extremen Fallen konnen sich die Bremstrommeln sogar verziehen, wodurch die Bremswirkung stark nachlasst oder sogar vollstandig verloren geht.

Die hydraulisch betatigte Bremse

Die mechanisch betatigten Bremsen, mit ihren Gestangen zu den Vorder und Hinterradern, haben den Nachteil, dass sie schwer sind und regelmassig eingestellt werden mussen. Im Jahr 1918 anderte sich dies durch die Entwicklung der hydraulisch betatigten Bremse, einer Erfindung des Schotten Malcolm Lougheed. Um die Aussprache seines Nachnamens zu erleichtern, anderte er 1920 seinen Namen in Lockheed, gleichzeitig mit der Grundung der Lockheed Hydraulic Brake Company. Die hydraulisch betatigte Bremse war im Vergleich zur mechanisch betatigten Bremse leicht, erforderte deutlich weniger Pedalkraft und die Bremskraft an den vier Radern wurde gleichmassiger verteilt. Das hydraulische System von Lockheed war eine absolute Verbesserung und wurde 1921 erstmals im Duesenberg Model A eingesetzt. In den dreissiger Jahren wurden hydraulische Bremsen schliesslich zum Standard in nahezu allen Autos.

Die Scheibenbremse

Da Trommelbremsen bei hohen Geschwindigkeiten und haeufigem Einsatz leicht ueberhitzen koennen, wurde bereits Anfang 1900 nach der Moeglichkeit der Scheibenbremse gesucht. Aufgrund mangelnden Wissens, unter anderem ueber das geeignete Material fuer die Bremsscheibe und den Bremsbelag, war dies jedoch kein Erfolg.

Erst Anfang der funfziger Jahre entwickelte Dunlop eine zuverlassige Scheibenbremse fur den Jaguar C-Type Rennwagen. Dank der Scheibenbremsen erzielte Jaguar in dieser Zeit grosse Erfolge beim 24-Stunden-Rennen von Le Mans. 1955 wurde die Scheibenbremse in Frankreich erstmals im Citroen DS 19 eingesetzt, und 1956 war der Triumph TR3 das erste englische Serienfahrzeug mit modernen Scheibenbremsen. Das erste deutsche Serienauto mit Scheibenbremsen war der 1961er Mercedes-Benz 220 SE. Heutzutage sind Scheibenbremsen allgemein ublich. Bei schnellen oder schwereren Personenkraftwagen werden sowohl die Vorder- als auch die Hinterrader mit Scheibenbremsen ausgestattet, an den Vorderradern oft in ventilierter Ausfuhrung.

Das ABS System

Um das Bremsen des Autos noch weiter zu verbessern, insbesondere bei nasser Fahrbahn, Eisglatte und Schnee, wurde das ABS (Anti-lock Braking System) eingesetzt. Es ist ein automatisch geregeltes System, das nach dem Prinzip des pumpenden Bremsens arbeitet, einer Technik, die fruher von erfahrenen Fahrern verwendet wurde. Die automatische Regelung des ABS erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die fur den Menschen nicht erreichbar ist. Das System sorgt dafur, dass die Rader des Autos beim Bremsen die Traktion zur Fahrbahn behalten, sodass ein Blockieren (keine Rotation) und unkontrolliertes Rutschen der Rader verhindert werden. Dadurch bleibt das Auto lenkbar und kann Hindernissen ausweichen.

ABS wurde 1929 erfunden und erstmals in der Flugzeugindustrie vom franzosischen Auto- und Flugzeugpionier Gabriel Voisin eingesetzt. Fur Flugzeuge war ABS eine echte Innovation und verbesserte die Bremswirkung um 30%. Es verhinderte auch das haufige Uberhitzen der Reifen durch Blockieren. Ab 1970 kamen die ersten Autos mit ABS von Ford und GM auf den Markt.

Rekuperatives Bremsen

Ein anderes Bremsprinzip ist das regenerative Bremsen bei elektrischen oder hybridelektrischen Autos. Beim herkommlichen Bremsen wird durch Reibungswiderstand (Reibung) die kinetische bzw. Bewegungsenergie vor allem in Warme umgewandelt, die ungenutzt als Abfall verloren geht. Beim regenerativen Bremsen fungiert der Elektromotor als Generator (Dynamo) und erzeugt elektrische Energie. Die Abgabe dieser elektrischen Energie belastet den Generator, wodurch eine bremsende Wirkung entsteht. Die beim Bremsen erzeugte elektrische Energie wird in den Batterien gespeichert und anschliessend genutzt, um das Auto elektrisch anzutreiben. Das regenerative Bremsen vergroessert also die Reichweite von elektrischen oder hybridelektrischen Autos.

Regeneratives Bremsen wurde ab 2009 auch im F1 Motorsport eingesetzt, mit dem sogenannten Kinetic Energy Recovery System (KERS). Dieses KERS System sorgt dafur, dass die Bremsenergie, die normalerweise in Warme umgewandelt wird, gespeichert wird, um sie spater zu nutzen. Die Speicherung der Energie erfolgt mithilfe eines Schwungrads (mechanisch) oder mittels eines Generators und einer Batterie (elektrisch). Die gespeicherte Energie im Schwungrad oder in der Batterie wird zum gewunschten Zeitpunkt wieder fur zusaetzliche Leistung (Beschleunigung) des F1 Wagens genutzt. Das System ist nicht ideal. Nachteile sind, dass das KERS Design komplex ist, die Komponenten ein zusaetzliches Mehrgewicht (35 kg) verursachen und dass die herkommlichen Reibbremssysteme weiterhin erforderlich sind.

Ein Beispiel fur ein F1 Auto mit KERS ist der Toyota TF109.

Im Jahr 1903 wurde regeneratives Bremsen bereits bei der elektrischen Strassenbahn und spaeter auch bei Zuegen eingesetzt. Dabei wurden die Elektromotoren fuer den Antrieb auch als Generator geschaltet, um die Strassenbahn anzuhalten oder bei Gefaelle abzubremsen. Dies brachte dem Strassenbahnunternehmen wirtschaftliche und betriebliche Vorteile.

Die Notwendigkeit und die Bedeutung guter Bremsen fur das Automobil wurden nicht von jedem Autohersteller in diesem Sinne anerkannt. Als Antwort auf einen Kunden, der sich uber die schwachen Bremsen seines Bugatti beschwerte, tat Ettore Bugatti die bemerkenswerte Aussage: 'Ich baue meine Autos zum Fahren, nicht zum Anhalten!'

Der in diesem Artikel genannte Spyker 60HP, Benz 5HP Phaeton und der Toyota TF109 sind im Louwman Museum zu besichtigen.

Alfred Koeten