Erwärmung der Bremsscheiben bei einer Bremsung
Beim Bremsen wird die Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt, fast ganz in den Bremsscheiben. Wie stark sie sich erwärmen, hängt von ihrer Masse und Wärmekapazität ab.
- Δϑ
- mittlerer Temperaturanstieg der Bremsscheiben K
- m
- Fahrzeugmasse kg · t
- v
- Geschwindigkeit zu Beginn der Bremsung km/h · m/s
- mS
- Masse aller Bremsscheiben zusammen kg
- c
- spezifische Wärmekapazität des Scheibenwerkstoffs J/(kg·K) · kJ/(kg·K)
Die Formel umgestellt
- nach Δϑ mittlerer Temperaturanstieg der BremsscheibenΔϑ=m·v22·mS·c
- nach m Fahrzeugmassem=2·mS·c·Δϑv2
- nach v Geschwindigkeit zu Beginn der Bremsungv=√2·mS·c·Δϑm
- nach mS Masse aller Bremsscheiben zusammenmS=m·v22·c·Δϑ
- nach c spezifische Wärmekapazität des Scheibenwerkstoffsc=m·v22·mS·Δϑ
Größen und Einheiten
| Zeichen | Größe | Einheiten |
|---|---|---|
| Δϑ | mittlerer Temperaturanstieg der Bremsscheiben | K |
| m | Fahrzeugmasse | kg, t |
| v | Geschwindigkeit zu Beginn der Bremsung | km/h, m/s |
| mS | Masse aller Bremsscheiben zusammen | kg |
| c | spezifische Wärmekapazität des Scheibenwerkstoffs | J/(kg·K), kJ/(kg·K) |
Merke
Energiebilanz: ½ · m · v² = m_S · c · Δϑ. Annahme: Die ganze Bewegungsenergie geht in die Scheiben, während der kurzen Bremsung kühlt nichts ab. Die Oberfläche wird dabei viel heißer als der Mittelwert.
In der Praxis
Bei langen Talfahrten folgt Bremsung auf Bremsung, die Scheiben kühlen nicht mehr ab: Ab etwa 500 … 600 °C an der Oberfläche lässt die Reibung nach (Fading), die Bremsflüssigkeit kann kochen. Darum mit Motorbremse bzw. Rekuperation fahren. Schwere Fahrzeuge brauchen größere, innenbelüftete Scheiben.
Beispiel
Ein Pkw mit 1500 kg bremst aus 100 km/h bis zum Stillstand. Alle vier Bremsscheiben wiegen zusammen 32 kg (Grauguss, c = 500 J/(kg·K)). Um wie viel Kelvin erwärmen sie sich im Mittel?
Weiter mit
BremswegBremsmoment der ScheibenbremseWärmemenge zum Erwärmen von WasserRekuperation: zurückgewonnene Bremsenergie