Trommelbremse
1 Radbremszylinder
2 untere Abstützung (Gegenlager)
3 Bremsbacken (links und rechts)
4 Bremsbelag
5 Radnabe mit fünf Innengewinden für Radschrauben
6 Nachstellkeil
7 Rückzugsfedern (oben und unten)
8 Federteller mit Feder und Haltebolzen
9 Staubkappen des Radbremszylinders ⓘ
Trommelbremsen sind Reibungsbremsen, bei denen Bremsbeläge auf eine zylindrische Fläche (die Trommel) wirken. Beim Betätigen der Bremse wird der Bremsbelag üblicherweise von innen gegen die umlaufende Trommel gedrückt. In Kraftfahrzeugen wurden Trommelbremsen von Scheibenbremsen abgelöst. Bei leistungsschwächeren Pkw werden sie noch an der Hinterachse eingesetzt; bei schweren Nutzfahrzeugen sowie Anhängern ist die Trommelbremse immer noch Stand der Technik. In jüngster Zeit werden sie wegen der geringeren Korrosionsanfälligkeit bei Elektrofahrzeugen verwendet, da bei diesen die mechanische Bremse nicht mehr so häufig in Anspruch genommen wird. ⓘ
In der sich drehenden Bremstrommel werden von innen die beiden auf der Bremsankerplatte beweglich gelagerten Bremsbacken angepresst. Das geschieht mechanisch über eine Nockenwelle, einen Spreizkeil oder über einen Radbremszylinder. ⓘ
Eine Trommelbremse ist eine Bremse, bei der die Reibung von Bremsbacken oder -klötzen genutzt wird, die nach außen gegen ein rotierendes zylinderförmiges Teil, die Bremstrommel, drücken. ⓘ
Geschichte
Die moderne Trommelbremse für Automobile wurde erstmals 1900 in einem Wagen von Maybach eingesetzt, obwohl das Prinzip erst 1902 von Louis Renault patentiert wurde. Er verwendete für den Trommelbremsbelag gewebten Asbestbelag, da keine Alternative die Wärme so gut ableitete wie der Asbestbelag, obwohl Maybach eine weniger ausgeklügelte Trommelbremse verwendet hatte. Bei den ersten Trommelbremsen wurden die Bremsbacken mechanisch mit Hebeln und Stangen oder Seilen betätigt. Ab Mitte der 1930er Jahre betätigten Öldruck in einem kleinen Radzylinder und Kolben (wie auf dem Bild) die Bremsen, obwohl einige Fahrzeuge noch jahrzehntelang mit rein mechanischen Systemen ausgestattet waren. Einige Modelle haben zwei Radzylinder. ⓘ
Da die Bremsbacken der Trommelbremsen verschleißen, mussten die Bremsen bis zur Einführung der selbstnachstellenden Trommelbremsen in den 1950er Jahren regelmäßig manuell nachgestellt werden. Außerdem neigen Trommelbremsen bei wiederholtem Gebrauch zum Nachlassen der Bremskraft. ⓘ
Jaguar Cars setzte 1953 in Le Mans drei Fahrzeuge mit Scheibenbremsen ein, die vor allem aufgrund ihrer überlegenen Bremsleistung gegenüber den mit Trommelbremsen ausgestatteten Konkurrenten den Sieg errangen. Dies bedeutete den Anfang vom Ende der Trommelbremsen in Personenkraftwagen. Von den 1960er bis zu den 1980er Jahren ersetzten die Scheibenbremsen nach und nach die Trommelbremsen an den Vorderrädern (auf die der größte Teil der Bremskraft entfällt). Heute verfügen praktisch alle Autos über Scheibenbremsen an den Vorderrädern, und viele verwenden Scheibenbremsen an allen vier Rädern. ⓘ
In den Vereinigten Staaten war der Jeep CJ-5 (hergestellt von AM General) das letzte Fahrzeug (produziert für den United States Postal Service), das mit Trommelbremsen an der Vorderachse ausgestattet war, als es 1986 aus dem Verkehr gezogen wurde. Trommelbremsen werden jedoch noch häufig an den Hinterrädern und als Feststellbremsen verwendet. Einige Fahrzeuge verwenden eine "Trommel-in-Hut"-Feststellbremse, bei der die Bremsbacken im mittleren Teil (Hut) einer Scheibenbremsscheibe angeordnet sind, die als Trommel fungiert. ⓘ
Frühe Bremsbacken enthielten Asbest. Bei Arbeiten an Bremssystemen älterer Fahrzeuge muss darauf geachtet werden, dass der in der Bremsanlage vorhandene Staub nicht eingeatmet wird. Nachdem die US-Bundesregierung begann, die Asbestproduktion zu regulieren, mussten die Bremsenhersteller auf asbestfreie Beläge umsteigen. Anfänglich beklagten sich die Fahrzeugbesitzer über schlechte Bremsen, aber die Bremstechnologie hat sich weiterentwickelt und kompensiert. Die meisten älteren Fahrzeuge, die täglich gefahren werden, wurden mit asbestfreien Belägen ausgestattet. Viele andere Länder haben die Verwendung von Asbest in Bremsen ebenfalls verboten. ⓘ
Die Entwicklung der Trommelbremse wurde von der Außenbandbremse beeinflusst. Ein erstes Patent auf eine Innenbacken-Trommelbremse für Fahrräder erhielt Walter Russell Mortimer im Jahr 1881. ⓘ
Louis Renault beantragte im Jahre 1902 Patente auf verschiedene Arten von Innenbackenbremsen und übernahm schließlich die Simplex-Bremse in die Serienproduktion. Beim Motorrad wurde die Innenbackenbremse erst in den 1920er Jahren zum Stand der Technik. ⓘ
Trommelbremsen gibt es auch in umgekehrter Anordnung: deren Bremsbacken schleifen von außen auf einer Trommel. Diese Trommelbremsen finden sich heutzutage im Maschinenbau, vor allem in der Fördertechnik zum Bremsen von Fördermaschinen, z. B. im Bergbau, im Aufzugs- und im Schiffsmaschinenbau, und werden meist an der Eingangs- oder Ausgangswelle von Getrieben angebracht. Diese Art der Trommelbremse war auch in den 1920er Jahren beim Automobil geläufig, als Bremse am Getriebe oder an der Kardanwelle, und somit über den Achsantrieb indirekt die Hinterachse abbremsend, ohne dass dann noch eigens Radbremsen eingebaut wurden. Dieses System wurde auch lange Zeit als Feststellbremse verwendet. Auch im Triebwagenbau wurden sie in den 1930er Jahren oft angewendet. Hier gab es die Anwendungsformen Außenbackenbremsen (DR-Einheitstriebwagen) beziehungsweise Innenbackenbremsen (ČSD M 260.001). Die Höchstgeschwindigkeit der mit diesen Bremsen ausgerüsteten Fahrzeuge war nur für 90 km/h zugelassen, so dass sich ihr Anwendungsgebiet auf den Einsatz auf Nebenbahnen oder im Vorortverkehr beschränkte. ⓘ
Bestandteile
Zu den Komponenten der Trommelbremse gehören die Trägerplatte, die Bremstrommel, die Bremsbacken, der Radzylinder sowie verschiedene Federn und Stifte. ⓘ
Grundplatte
Die Grundplatte bildet die Basis für die anderen Komponenten. Außerdem erhöht sie die Steifigkeit des gesamten Aufbaus, stützt das Gehäuse und schützt es vor Fremdkörpern wie Staub und anderem Straßenschmutz. Sie nimmt das beim Bremsen entstehende Drehmoment auf, weshalb die Rückenplatte auch als "Drehmomentplatte" bezeichnet wird. Da bei allen Bremsvorgängen Druck auf die Trägerplatte ausgeübt wird, muss sie stark und verschleißfest sein. In den letzten Jahren wurden auch Hebel für Not- oder Feststellbremsen und automatische Bremsbackennachsteller hinzugefügt. ⓘ
Bremstrommel
Die Bremstrommel besteht im Allgemeinen aus einer speziellen Art von Gusseisen, das wärmeleitend und verschleißfest ist. Sie dreht sich mit dem Rad und der Achse. Wenn der Fahrer die Bremse betätigt, drückt der Belag radial gegen die Innenfläche der Trommel, und die dadurch entstehende Reibung verlangsamt oder stoppt die Drehung von Rad und Achse und damit des Fahrzeugs. Diese Reibung erzeugt erhebliche Wärme. ⓘ
Radzylinder
Ein Radzylinder betätigt die Bremse an jedem Rad. Zwei Kolben betätigen die Bremsbacken, eine an jedem Ende des Radzylinders. Die vordere Bremsbacke (die sich am nächsten an der Fahrzeugfront befindet) wird als Hauptbremsbacke bezeichnet. Die hintere Bremsbacke wird als Sekundärbacke bezeichnet. Der Hydraulikdruck aus dem Hauptzylinder wirkt auf die Kolbenmanschette und drückt die Kolben in Richtung der Backen, so dass diese gegen die Trommel gepresst werden. Wenn der Fahrer die Bremsen löst, bringen die Bremsbackenfedern die Backen in ihre ursprüngliche (gelöste) Position zurück. Die Teile des Radzylinders sind auf der rechten Seite abgebildet. ⓘ
Bremsbacke
Die Bremsbacken bestehen in der Regel aus zwei miteinander verschweißten Stahlteilen. Das Reibmaterial wird entweder auf den Belagtisch genietet oder mit Klebstoff befestigt. Das halbmondförmige Stück wird als Steg bezeichnet und enthält Löcher und Schlitze in verschiedenen Formen für Rückholfedern, Niederhalter, Feststellbremsgestänge und selbsteinstellende Komponenten. Die gesamte Betätigungskraft des Radzylinders wird über den Steg auf den Belagtisch und den Bremsbelag übertragen. Die Kante des Belagtisches hat in der Regel auf jeder Seite drei "V"-förmige Einkerbungen oder Laschen, die so genannten Nibs. Die Nasen liegen an den Stütztellern der Trägerplatte an, an der die Backen befestigt sind. Jede Bremsenbaugruppe hat zwei Backen, eine Haupt- und eine Nebenbacke. Die Hauptbremsbacke befindet sich an der Vorderseite des Fahrzeugs und hat einen anderen Belag als die Nebenbremsbacke. Oft sind die beiden Bremsbacken austauschbar, daher ist es wichtig, genau zu prüfen, ob es Abweichungen gibt. ⓘ
Die Beläge müssen hitze- und verschleißfest sein und einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen, der von Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen nicht beeinträchtigt wird. Zu den Materialien, aus denen ein Bremsbackenbelag besteht, gehören Reibungsmodifikatoren (z. B. Graphit und Cashewnussschalen), Metallpulver wie Blei, Zink, Messing, Aluminium und andere Metalle, die hitzebeständig sind, Bindemittel, Aushärtemittel und Füllstoffe wie Gummichips zur Verringerung von Bremsgeräuschen. ⓘ
Im Vereinigten Königreich gab es früher zwei gängige Sorten von Bremsbackenmaterial. DON 202 war ein Material mit hoher Reibung, das keinen Bremskraftverstärker erforderte. Der Nachteil war, dass der Belag an steilen Hängen leicht ausbleichte. Es wurde ein härterer Belag, der berühmte VG95, hergestellt, der jedoch eine Bremskraftunterstützung erforderte. Ein weiteres Problem bestand darin, dass die Feststellbremse bei der jährlichen TÜV-Prüfung oft nicht bestanden wurde, es sei denn, die Beläge mit hoher Reibung wurden nur für diese Prüfung eingebaut. ⓘ
Im Betrieb
Normales Bremsen
Wenn die Bremsen betätigt werden, wird Bremsflüssigkeit unter Druck aus dem Hauptzylinder in den Radzylinder gepresst, der wiederum die Bremsbacken in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche auf der Innenseite der Trommel drückt. Durch diese Reibung wird die Drehung der Bremstrommel, die mit dem Rad verbunden ist, verringert. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringert. Wenn der Druck nachlässt, ziehen Rückstellfedern die Backen wieder in ihre Ruhestellung zurück. ⓘ
Automatische Selbstnachstellung
Wenn die Bremsbeläge verschleißen, müssen die Backen einen größeren Weg zurücklegen, um die Trommel zu erreichen. Bei Systemen mit automatischer Nachstellung reagiert ein selbsttätiger Mechanismus, wenn der Abstand einen bestimmten Punkt erreicht, indem er die Ruhestellung der Backen so anpasst, dass sie näher an der Trommel sind. In diesem Fall bewegt sich der Verstellhebel so weit, dass das Verstellrad um einen Zahn weitergeschaltet wird. Der Nachsteller hat ein Gewinde wie eine Schraube, so dass er sich beim Drehen ein wenig löst und sich verlängert, um die Lücke zu schließen. Wenn die Bremsbacken etwas mehr abgenutzt sind, kann der Nachsteller wieder vorrücken, so dass die Backen immer dicht an der Trommel bleiben. Normalerweise funktionieren die Nachsteller nur, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt und die Bremsen angezogen sind. ⓘ
Bei Fahrzeugen ohne automatische Nachstelleinrichtung müssen die Bremsen regelmäßig manuell nachgestellt werden, um das überschüssige Spiel zwischen den Bremsbacken und der Trommel auszugleichen. ⓘ
Feststell-/Notbremse
Die Feststellbremse (oder Notbremse) steuert die Bremsen über eine Reihe von Stahlseilen, die entweder mit einem Handhebel oder einem Fußpedal verbunden sind. Das System ist rein mechanisch und umgeht das Hydrauliksystem vollständig, so dass das Fahrzeug auch bei einem Totalausfall der Bremsen zum Stillstand gebracht werden kann. Hier zieht das Kabel an einem in der Bremse montierten Hebel und ist direkt mit den Bremsbacken verbunden. Dadurch wird der Radzylinder umgangen und die Bremsen werden direkt gesteuert. ⓘ
Selbsteinziehende Eigenschaft
Trommelbremsen haben eine natürliche "selbstanlegende" Eigenschaft, besser bekannt als "selbstverstärkend". Die Drehung der Trommel kann entweder eine oder beide Bremsbacken in die Reibfläche ziehen, wodurch die Bremsen härter zupacken, was die Kraft, die sie zusammenhält, erhöht. Dadurch erhöht sich die Bremskraft, ohne dass der Fahrer zusätzliche Anstrengungen unternehmen muss, aber es wird für den Fahrer schwieriger, die Empfindlichkeit der Bremse zu regulieren. Außerdem wird die Bremse dadurch anfälliger für Bremsfading, da sich mit abnehmender Bremsreibung auch die Bremsunterstützung verringert. ⓘ
Scheibenbremsen haben keinen selbsttätigen Effekt, da der auf die Beläge wirkende Hydraulikdruck senkrecht zur Drehrichtung der Scheibe steht. Scheibenbremssysteme haben in der Regel Servounterstützung ("Brake Booster"), um die Pedalkraft des Fahrers zu verringern, aber einige scheibengebremste Autos (vor allem Rennwagen) und kleinere Bremsen für Motorräder usw. brauchen keine Servos zu verwenden. ⓘ
Konstruktionen von Trommelbremsen
Trommelbremsen werden in der Regel entweder als voreilend/nacheilend (auch "einfach voreilend" genannt) oder als doppelt voreilend bezeichnet. ⓘ
Hintere Trommelbremsen sind in der Regel voreilend/nacheilend (bei Nicht-Servosystemen) oder primär/sekundär (bei Duo-Servosystemen), wobei die Bremsbacken von einem einzigen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder bewegt werden und an demselben Punkt angelenkt sind. Bei dieser Bauweise hat immer eine der Bremsbacken die selbsttätige Wirkung, unabhängig davon, ob sich das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts bewegt. Dies ist vor allem bei den hinteren Bremsen von Vorteil, wo die Feststellbremse (Hand- oder Fußbremse) genügend Kraft aufbringen muss, um das Fahrzeug an einer Steigung zu halten und die Rückwärtsfahrt zu verhindern. Sofern die Kontaktfläche der Bremsbacken groß genug ist, was nicht immer der Fall ist, kann der Selbsthalteeffekt ein Fahrzeug sicher halten, wenn das Gewicht aufgrund der Steigung eines Abhangs oder der umgekehrten Fahrtrichtung auf die hinteren Bremsen übertragen wird. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines einzigen Hydraulikzylinders an der Hinterachse ist, dass der gegenüberliegende Drehpunkt in Form eines doppelt gelagerten Nockens ausgeführt werden kann, der durch die Wirkung der Feststellbremsanlage gedreht wird. ⓘ
Die vorderen Trommelbremsen können in der Praxis in beiden Ausführungen verwendet werden, doch ist die Ausführung mit doppelter Führung effektiver. Bei dieser Bauart sind zwei Betätigungszylinder so angeordnet, dass beide Bremsbacken bei der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs die selbsttätige Wirkung nutzen. Die Bremsbacken schwenken an entgegengesetzten Punkten zueinander. Dadurch wird die größtmögliche Bremswirkung bei der Vorwärtsfahrt erzielt, während sie bei der Rückwärtsfahrt nicht so wirksam ist. ⓘ
Die optimale Anordnung von vorderen Zwillingsbremsen und hinteren Vor-/Nachlaufbremsen ermöglicht eine größere Bremskraft an der Vorderseite des Fahrzeugs, wenn es sich vorwärts bewegt, und eine geringere an der Rückseite. Dadurch wird ein Blockieren der Hinterräder verhindert, aber dennoch eine ausreichende Bremswirkung am Heck erzielt. ⓘ
Da sich Aluminium leichter abnutzt als Eisen, haben Aluminiumtrommeln häufig eine Eisen- oder Stahleinlage auf der Innenseite der Trommel, die mit dem Aluminiummantel verklebt oder vernietet ist. ⓘ
Die Duo-Duplex-Bremse hat im Gegensatz zur Duplex-Bremse zwei doppelt wirkende Radzylinder anstatt zwei einfach wirkender Radzylinder. Dadurch wird zwar ein höherer Anpressdruck der Bremsbacken erreicht, auf die Eigenverstärkung durch Rotation wird jedoch verzichtet. Sie wirkt damit bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt gleich stark. Diese aufwändige Bauart wird seit den 1960er Jahren kaum noch verwendet. Der Bremsenkennwert C* beträgt bei Vorwärts- und bei Rückwärtsfahrt 3,0. ⓘ
Vorteile
Trommelbremsen werden in den meisten schweren Lastkraftwagen, Bussen, einigen mittelschweren und leichten Lastkraftwagen sowie in einigen Autos, Geländemotorrädern und ATVs eingesetzt. Trommelbremsen werden häufig an den Hinterrädern eingesetzt, da die meiste Bremskraft von den vorderen Bremsen des Fahrzeugs erzeugt wird und daher die Wärmeentwicklung im hinteren Bereich deutlich geringer ist. Trommelbremsen ermöglichen den einfachen Einbau einer Feststellbremse. ⓘ
Trommelbremsen werden gelegentlich auch dann als Feststell- (und Not-)bremse eingebaut, wenn an den Hinterrädern Scheibenbremsen als Hauptbremsen verwendet werden. Viele hintere Scheibenbremssysteme verwenden eine Feststellbremse, bei der der Kolben im Bremssattel durch einen Nocken oder eine Schraube betätigt wird. Dadurch werden die Beläge gegen die Bremsscheibe gepresst. Diese Art von System wird jedoch viel komplizierter, wenn die hinteren Scheibenbremsen feste Mehrkolbensättel verwenden. In diesem Fall ist in der Regel eine kleine Trommel in der Bremsscheibe oder als Teil der Bremsscheibe eingebaut. Diese Art von Bremse wird auch als Banksia-Bremse bezeichnet. ⓘ
Bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen wird der Verschleiß des Bremssystems durch die Energierückgewinnung von Motor-Generatoren (siehe regeneratives Bremsen) stark reduziert. Daher verwenden einige Hybridfahrzeuge wie der GMC Yukon Hybrid, der Toyota Prius (außer der dritten Generation) und die Volkswagen ID.3 und ID.4 Trommelbremsen an den Hinterrädern. ⓘ
Scheibenbremsen verlassen sich auf die Nachgiebigkeit der Bremssatteldichtungen und einen leichten Rundlauf, um die Bremsbeläge zu lösen, was zu Luftwiderstand, geringerem Kraftstoffverbrauch und Riefenbildung in der Scheibe führt. Die Rückholfedern von Trommelbremsen wirken positiver und haben bei richtiger Einstellung oft weniger Widerstand beim Lösen. Es ist jedoch möglich, spezielle Dichtungen zu entwickeln, die den Kolben einer Scheibenbremse zurückziehen. ⓘ
Trommelbremsen stoßen weniger Feinstaub aus als Scheibenbremsen, da die Verschleißpartikel größtenteils eingeschlossen sind. Sie sind in dieser Hinsicht jedoch nicht besser als reibungslose Bremsen. ⓘ
Bestimmte schwerere Trommelbremssysteme kompensieren bei der Bestimmung des Radzylinderdrucks die Last, was bei Scheibenbremsen nur selten der Fall ist (hydropneumatische Federungssysteme, wie sie bei Citroën-Fahrzeugen verwendet werden, passen den Bremsdruck je nach Last an, unabhängig davon, ob Trommel- oder Scheibenbremsen verwendet werden). Ein solches Fahrzeug ist der Jeep Comanche. Der Comanche kann je nach Größe der Ladung automatisch mehr Druck auf die hinteren Trommeln ausüben. Die meisten anderen Marken verwenden seit Jahrzehnten Load-Sensing-Ventile in der Hydraulik der Hinterachse. ⓘ
Da sich die Reibungsfläche einer Trommelbremse am Umfang der Bremse befindet, kann eine Trommelbremse mehr Bremskraft aufbringen als eine Scheibenbremse mit gleichem Durchmesser. Durch die größere Reibfläche der Trommelbremsbacken auf der Trommel halten Trommelbremsbacken länger als Scheibenbremsbeläge, die in einem Bremssystem mit ähnlichen Abmessungen und Bremskräften verwendet werden. Trommelbremsen speichern Wärme und sind komplexer als Scheibenbremsen, aber sie sind oft der wirtschaftlichere und leistungsstärkere Bremstyp für Hinterradbremsen, da die Wärmeentwicklung bei Hinterradbremsen gering ist, Trommelbremsen selbstanlegend sind, eine größere Reibfläche haben und eine lange Lebensdauer aufweisen (% Lebensdauer/kW Bremsleistung). ⓘ
Auflistung der Vorteile von Trommelbremsen:
- weniger teuer in der Herstellung
- etwas geringere Wartungsintervalle aufgrund der besseren Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu Scheibenbremsen.
- Der eingebaute Selbstverstärkungseffekt erfordert weniger Eingangskraft (z. B. Hydraulikdruck).
- Die Radzylinder sind im Vergleich zu den Bremssätteln etwas einfacher zu überholen.
- Geringfügige Gewichtseinsparungen, vor allem durch viel kleinere und leichtere Hydraulikzylinder im Vergleich zu Bremssätteln. ⓘ
Bei der Duplex-Bremse hat jede Bremsbacke auf einer Seite eine eigene Betätigungseinrichtung. Dadurch sind beide Backen auflaufend und damit selbstverstärkend. Der Bremsenkennwert C* beträgt bei Vorwärtsfahrt 3,0 und ist bei Rückwärtsfahrt deutlich geringer. Der Vorteil gegenüber der Simplex-Bremse ist eine ca. 50 % höhere Bremswirkung bei gleicher Betätigungskraft. Ihr Nachteil ist der größere Herstellungs- und Wartungsaufwand und die Tatsache, dass die Bremswirkung bei Rückwärtsfahrt deutlich geringer ist. Duplex-Bremsen wurden vor der allgemeinen Einführung von Scheibenbremsen überwiegend auf der Vorderachse schwerer Pkw und leichter Nutzfahrzeuge sowie bei Motorrädern verwendet. ⓘ
- Durch die innere Verstärkung sind nur relativ geringe Betätigungskräfte erforderlich. Das Maß für die innere Verstärkung ist der Bremsenkennwert C*. Er liegt je nach Ausführung zwischen dem Zwei- bis Fünffachen des Reibwertes µ. Dadurch kann bei leichten Fahrzeugen auf einen Bremskraftverstärker verzichtet werden.
- Die Bremsbacken sind durch die geschlossene Bauform vor gröberen Partikeln geschützt. Daher werden auch in aktuellen Geländewagen und Baustellen-Lkw noch überwiegend Trommelbremsen verwendet.
- Durch den nach innen gerichteten Spalt zwischen Ankerplatte und Bremstrommel setzt sich weniger Abrieb (Bremsstaub) auf der Felge ab.
- Trommelbremsen sind länger haltbar als Scheibenbremsen. Einige Wartungshandbücher sehen in einem größeren Wartungsintervall nur das Kontrollieren und Abnehmen der Bremstrommel zur Entfernung von Abrieb und Rost vor, im doppelten Intervall die Erneuerung der Bremsbacken und Kleinteile. ⓘ
Als Feststell-/Notbremse an der Antriebswelle
Trommelbremsen wurden auch als Feststellbremsen in die Antriebswelle des Getriebes eingebaut (z. B. bei Chrysler bis 1962). Dies hat den Vorteil, dass sie völlig unabhängig von den Betriebsbremsen ist, hat aber den gravierenden Nachteil, dass das Fahrzeug bei Verwendung eines Wagenhebers (der damals üblich war) am Heck und ohne geeignete Radblöcke durch die Wirkung des Differentials vom Wagenheber wegrollen kann. ⓘ
Land Rover verwendet seit über fünfzig Jahren eine Trommelbremse an der Getriebeausgangswelle. Der Vorteil ist, dass alle vier Räder mit der Feststellbremse gebremst werden können. ⓘ
Nachteile
Trommelbremsen wandeln, wie die meisten anderen Bremsen auch, kinetische Energie durch Reibung in Wärme um. Diese Wärme sollte an die Umgebungsluft abgegeben werden, kann sich aber ebenso leicht auf andere Komponenten des Bremssystems übertragen. Bremstrommeln müssen groß sein, um die massiven Kräfte zu bewältigen, und sie müssen viel Wärme aufnehmen und ableiten können. Die Wärmeübertragung auf die Luft kann durch den Einbau von Kühlrippen in die Trommel unterstützt werden. Eine übermäßige Erwärmung kann jedoch durch starkes oder wiederholtes Bremsen auftreten, wodurch sich die Trommel verziehen kann, was zu Vibrationen beim Bremsen führt. ⓘ
Eine weitere Folge der Überhitzung ist das Nachlassen der Bremskraft. Dies ist auf einen von mehreren Prozessen oder meist auf eine Kumulation aller dieser Prozesse zurückzuführen. ⓘ
- Wenn Bremstrommeln mit innerer Ausdehnung durch starkes Bremsen erhitzt werden, vergrößert sich der Durchmesser der Trommel aufgrund der Wärmeausdehnung geringfügig, so dass sich die Bremsbacken weiter bewegen und der Fahrer das Bremspedal stärker betätigen muss.
- Die Eigenschaften des Reibmaterials können sich bei Erwärmung verändern, was zu einer geringeren Reibung führt. Dies kann bei Trommelbremsen ein viel größeres Problem sein als bei Scheibenbremsen, da sich die Bremsbacken im Inneren der Trommel befinden und nicht der kühlenden Umgebungsluft ausgesetzt sind. Der Reibungsverlust ist in der Regel nur vorübergehend, und das Material gewinnt seine Wirksamkeit zurück, wenn es abgekühlt ist, aber wenn sich die Oberfläche so stark erhitzt, dass sie glasig wird, ist die Verringerung der Bremswirkung dauerhafter. Die Oberflächenverglasung kann durch weiteren Gebrauch der Bremsen abgenutzt werden, aber das braucht Zeit.
- Eine übermäßige Erwärmung der Bremstrommel kann dazu führen, dass die Bremsflüssigkeit verdampft, wodurch sich der auf die Bremsbacken ausgeübte Hydraulikdruck verringert. Daher bieten die Bremsen weniger Verzögerung für einen bestimmten Druck auf das Pedal. Dieser Effekt wird durch schlechte Wartung noch verschlimmert. Alte Bremsflüssigkeit, die Feuchtigkeit aufgenommen hat, hat einen niedrigeren Siedepunkt, so dass der Bremsschwund schneller eintritt. ⓘ
Bremsenschwund ist nicht immer auf Überhitzung zurückzuführen. Wasser zwischen den Reibflächen und der Trommel kann als Schmiermittel wirken und die Bremswirkung verringern. Das Wasser verbleibt in der Regel so lange, bis es ausreichend erwärmt ist, um zu verdampfen, so dass die Bremswirkung wiederhergestellt ist. Alle Reibungsbremssysteme haben eine maximale theoretische Energieumwandlungsrate. Sobald diese Rate erreicht ist, ändert sich der Wert nicht mehr, wenn man mehr Druck auf das Pedal ausübt - im Gegenteil, die genannten Effekte können ihn sogar erheblich verringern. Letztendlich ist dies der Grund für Bremsschwund, unabhängig von den Mechanismen, die ihn verursachen. Scheibenbremsen sind gegen keinen dieser Prozesse immun, aber sie können mit Hitze und Wasser besser umgehen als Trommelbremsen. ⓘ
Trommelbremsen können zupacken, wenn die Trommeloberfläche leicht verrostet ist oder wenn die Bremse kalt und feucht ist, so dass das Belagmaterial stärker reibt. Das Greifen kann so stark sein, dass die Reifen ins Schleudern geraten und auch dann noch schleifen, wenn das Pedal losgelassen wird. Greifen ist das Gegenteil von Fading: Wenn die Reibung der Bremsbeläge zunimmt, erhöht sich durch die selbstverstärkende Wirkung der Bremsen auch die Betätigungskraft. Wenn die Reibung der Bremsbeläge und die Selbstverstärkung hoch genug sind, bleibt die Bremse aufgrund der Selbstverstärkung auch dann betätigt, wenn die externe Betätigungskraft aufgehoben wird. ⓘ
Während Scheibenbremsscheiben bearbeitet werden können, um die Reibfläche zu reinigen (d. h. zu "drehen"), ist dies bei Bremstrommeln im Allgemeinen nicht möglich. Durch die Bearbeitung der Reibfläche einer Bremstrommel vergrößert sich der Durchmesser, so dass unter Umständen übergroße Bremsbacken erforderlich sind, um den richtigen Kontakt mit der Trommel zu gewährleisten. Da übergroße Backen für die meisten Anwendungen jedoch nicht verfügbar sind, müssen abgenutzte oder beschädigte Trommeln in der Regel ersetzt werden. ⓘ
Die Bearbeitung von Bremstrommeln ist recht einfach, wenn man eine langsam laufende Drehmaschine hat (eine Faustregel besagt, dass Gusseisen nicht schneller als fünfzig Fuß pro Minute bearbeitet werden sollte). In der Regel muss nur der Grat entfernt werden, der das Entfernen der Bremstrommel erschwert, vor allem wenn die Bremsen selbstnachstellend sind. In schweren Fällen kann der Grat die Bremstrommel unverlierbar machen. Die meisten Trommelbremsen sind jedoch so konstruiert, dass der Selbstnachstellmechanismus von außen gelöst werden kann, um den Ausbau und die Wartung der Trommel zu erleichtern. ⓘ
Ein weiterer Nachteil von Trommelbremsen ist ihre relative Komplexität. Bei Arbeiten an Trommelbremsen muss man ein allgemeines Verständnis für die Funktionsweise von Trommelbremsen haben und einfache Maßnahmen ergreifen, um sicherzustellen, dass die Bremsen korrekt wieder zusammengebaut werden. Aufgrund dieser höheren Komplexität (im Vergleich zu Scheibenbremsen) ist die Wartung von Trommelbremsen im Allgemeinen zeitaufwändiger. Außerdem führt die größere Anzahl von Teilen im Vergleich zu Scheibenbremsen zu einer größeren Anzahl von Ausfallarten. Federn können durch Ermüdung brechen, wenn sie nicht zusammen mit abgenutzten Bremsbacken ausgetauscht werden. Außerdem können Trommel und Bremsbacken durch Riefenbildung beschädigt werden, wenn verschiedene Komponenten (z. B. gebrochene Federn oder Selbstnachsteller) brechen und sich im Inneren der Trommel lösen. ⓘ
Ein katastrophales Versagen von Bauteilen wie Federn und Nachstellern kann auch zu einer unbeabsichtigten Bremsbetätigung oder sogar zum Blockieren der Räder führen. Wenn Federn brechen, können die Bremsbacken frei gegen die rotierende Trommel fallen, wodurch die Bremsen im Wesentlichen betätigt werden. Da Trommelbremsen selbst erregend sind, können die unbelasteten Bremsbacken sogar dazu führen, dass die Bremsen so stark greifen, dass das Rad blockiert. Außerdem können gebrochene Federn und andere Teile (z. B. Einstellvorrichtungen) zwischen den Bremsbacken und der Trommel eingeklemmt werden, was zu einer unbeabsichtigten Betätigung der Bremsen (und, wie oben erwähnt, zu Schäden an den Bremskomponenten) führen kann. Aus diesen Gründen sollten Bremszubehörteile (wie Federn und Klammern) immer durch Bremsbacken ersetzt werden. ⓘ
Trommelbremsen betätigen sich auch nicht sofort, wenn die Radzylinder mit Druck beaufschlagt werden, da die Kraft der Rückstellfedern überwunden werden muss, bevor sich die Bremsbacken in Richtung Trommel bewegen. Das bedeutet, dass die weit verbreiteten Hybridsysteme aus Scheiben- und Trommelbremse nur bei leichtem Pedaldruck mit den Scheiben bremsen, es sei denn, es wird zusätzliche Hardware hinzugefügt. In der Praxis verhindert ein Dosierventil, dass der Hydraulikdruck die vorderen Bremssättel erreicht, bis der Druck so weit ansteigt, dass die Rückholfedern in den Trommelbremsen überwunden werden können. Würde das Dosierventil weggelassen, würde das Fahrzeug nur mit den vorderen Scheiben bremsen, bis der Druck der Rückstellfedern auf die hinteren Bremsbacken überwunden ist. ⓘ
Sicherheit
Als Asbest in Trommelbremsen üblich war, bestand die Gefahr, dass Arbeiter, die sie reparierten oder auswechselten, Asbestfasern einatmeten, die Mesotheliome verursachen können. Die Asbestfasern lösten sich im Laufe der Zeit und bei den hohen Temperaturen, die beim Bremsen entstehen, ab oder wurden abgelöst. Zur Staubreduzierung wurden in der Regel Nassbürsten und Sprühdosen verwendet. Die Sicherheitsbehörden empfahlen manchmal die Verwendung von Vakuumschläuchen zum Absaugen des Staubs oder von Gehäusen mit Innenbeleuchtung und Platz für die Verwendung von Werkzeugen, aber diese waren selten und umständlich. Empfohlen wurden auch spezielle Schuhe, die vor Asbest schützen sollten. Es gibt Hinweise darauf, dass Automechaniker überproportional häufig an Mesotheliomen erkrankten. ⓘ
Diejenigen, die Wartungsarbeiten an Bremsen durchführen, können auch den Lösungsmitteln 1,1,1-Trichlorethan und 2-Butoxyethanol (einem Hauptbestandteil von Greasoff Nr. 19) ausgesetzt sein. Die Exposition gegenüber diesen Lösungsmitteln kann zu Reizungen führen, auch an den Augen und Schleimhäuten. Die Exposition gegenüber 1-1-1-Trichlorethandämpfen kann Schäden am zentralen Nervensystem, Schwindel, Koordinationsstörungen, Schläfrigkeit und eine verlängerte Reaktionszeit verursachen. ⓘ
Wiedererwärmung
Vor 1984 war es üblich, die Bremsbacken nachzubrennen, um sie an den Lichtbogen in den Bremstrommeln anzupassen. Diese Praxis war jedoch umstritten, da dabei Reibmaterial aus den Bremsen entfernt wurde, die Lebensdauer der Backen verkürzt wurde und gefährlicher Asbeststaub entstand. Nach 1984 wurde die gängige Konstruktionstheorie dahingehend geändert, dass die Bremsbacken für den richtigen Trommeldurchmesser verwendet werden und die Bremstrommel bei Bedarf einfach ausgetauscht wird, anstatt die Backen neu zu bogen. ⓘ
Verwendung in der Musik
Bremstrommeln werden in der modernen Konzert- und Filmmusik verwendet, um einen tonlosen Metallklang ähnlich einem Amboss zu erzeugen. Einige sind resonanter als andere. Um den klarsten Klang zu erzielen, hängen Schlagzeuger die Trommel mit einer Nylonschnur auf oder stellen sie auf Schaumstoff. Eine andere Methode besteht darin, die Bremstrommel auf einem Ständer für die kleine Trommel zu befestigen. In jedem Fall schlägt der Schlagzeuger die Bremstrommel mit Hämmern oder Stöcken unterschiedlichen Gewichts an. ⓘ
Bauarten
Simplex-Bremse
Die Simplex-Bremse ist die einfachste und am meisten verwendete Bauart der Trommelbremse. Man findet sie vom Fahrrad bis zum schweren Lkw. Sie hat eine auflaufende und eine ablaufende Bremsbacke. Das bedeutet, dass sowohl in Vorwärts- wie auch in Rückwärtsfahrt die Bremswirkung gleich ist. Die Spreizung der Bremsbacken erfolgt durch einen zentralen Radzylinder, während auf der anderen Seite die Bremsbacken um einen Drehpunkt gelagert sind. Bei schweren Lkw und Anhängern erfolgt die Betätigung über einen S-Nocken. In kleiner Ausführung ist die Simplex-Bremse als Feststellbremse in vielen Pkw zu finden. Der Bremsenkennwert C* beträgt 2,0. ⓘ
Es gibt 3 Varianten, mit unterschiedlichen Aufbauten. ⓘ
- Zylinder
- Die Betätigung der Bremsbacken erfolgt über einen Zylinder (Radbremszylinder). Dieser wird hydraulisch angesteuert und erzeugt in beide Richtungen gleich große Kräfte. Diese Betätigung wird hauptsächlich bei Pkw und leichten Transportern eingesetzt.
- S-Nocken
- Die Betätigung der Bremsbacken erfolgt über einen S-Nocken. Dieser sitzt auf der Bremsnockenwelle, die über einen Gestängesteller gedreht wird. Durch den von außen mit einem Druckluftbremszylinder angesteuerten Nocken und die feste Zuspannung entsteht ein annähernd gleicher Belagverschleiß an Auf- und Ablaufbacke. Sie wird bei Nutzfahrzeugen verwendet.
- außen liegender Zylinder
- Bei der Variante wird durch einen außen liegenden Druckluft- oder Hydraulikzylinder ein Ventil angesteuert. Dieser durch den Zylinder bewegte Kolben spreizt die beiden Bremsbacken. Diese Art findet vor allem in druckluftgebremsten leichten bis mittelschweren Nutzfahrzeugen Verwendung. ⓘ
In jedem Fall gilt bei der Simplexbremse: Durch die Drehrichtung der Bremstrommel wird bei einer Bremsbacke die Spannkraft von der Reibungskraft verstärkt. ⓘ
3-Backen-Trommelbremse
Trommelbremsen mit drei auflaufenden Backen gab es Mitte der 1960er Jahre bei Alfa Romeo in den Modellen 101 (Giulia Spider, Sprint, Sprint Speciale) und 105 (Giulia 1. Serie) an der Vorderachse. ⓘ
Jede der drei Bremsbacken wird von einem eigenen Bremszylinder betätigt. ⓘ
Kardanbremse
Der Motorradhersteller BMW verwendete ab 1924 die sogenannte Kardanbremse beim Sportmodell BMW R 37. Von da an erhielten alle neuen Modelle von BMW diese Bremse, zuletzt eingesetzt bei BMW R 11 und BMW R 16, die von 1930 bis 1934 gebaut wurden. Ab 1931 stellte BMW mit Einführung der BMW R 2 die Hinterradbremsen auf Trommelbremsen um. ⓘ