Leichtbaubremsscheiben
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Der Leichtbau macht auch vor den Bremsen nicht halt. Da im Vergleich zur Felgenbremse das Gewicht doch um einiges höher ausfällt, ist es geradezu verständlich darüber nachzudenken ob sich nicht hier und da ein paar Gramm einsparen lassen. Nimmt man die aufwändigere Nabe und zählt noch die übrigen Komponenten der Bremse hinzu, welche ja allesamt recht hohen Belastungen ausgesetzt sind, so ergibt sich schon ein recht stattliches Gesamtgewicht. 10% Einsparung machen da schon einiges aus. Gerade für Racer und Uphillfahrer zählt hier jedes Gramm Mehrgewicht. So gibt es für diese Klientel eine recht reichhaltige Auswahl an Zubehör von Drittanbietern, welche sich mit diesem Problem mehr oder weniger erfolgreich auseinander setzten. Das Hauptproblem ist dabei weniger die Bremskraft als vielmehr die Standfestigkeit, welche ja in jedem Test ganz besonders herausgestellt wird. Schließlich handelt es sich bei der Bremse um ein sicherheitsrelevantes Bauteil, womit nicht ohne ein gewisses Grundlagenwissen experimentiert werden sollte. Aus diesem Grund habe ich hier mal die grundsätzlichen physikalischen Werte von verschieden Materialien, welche für den Bremsscheibenbau in Frage kommen, zusammengestellt, und diese auf einigermaßen reale Bedingungen umgerechnet (sofern das möglich ist). Es werden hier ausschließlich Bremsscheiben besprochen, da diese von vielen Gewichtstunern als erstes in Augenschein genommen werden. Beläge, Leitungen etc. lassen wir hier mal außen vor.
Als Referenz dient uns hier eine 180er Disk von Magura. Alle anderen Scheiben stehen somit im Vergleich zu dieser, auch die kleinere bzw. die beiden größeren Disks von Magura. Am Ende einer jeden Zeile sagt uns der Faktor mit wieviel Gewinn/Verlust wir bei einem Umbau von einer Größe bzw. Marke rechnen müssen. Dies soll somit als Hilfe bei eventuellen Überlegungen die Bremse umzubauen verstanden werden. Sämtliche Angaben zu den Scheiben entstammen den technischen Angaben der Hersteller.
Als erstes sehen wir die vier Disks von Magura im Vergleich. Hier stellt sich dies noch relativ einfach dar, sind doch alle Größen vom Layout gleich gestaltet. Somit fällt der Kühleffekt also nahezu identisch aus. Einzig die 210er Scheibe fällt etwas aus dem Rahmen, was aber einfach zu erklären ist – sie ist dicker, was das deutlich höhere Gewicht und damit auch die um ca. 70% höhere max. aufnehmbare Wärmemenge erklärt. Unter der Spalte spez. Wärme ist die spezifische Wärmeaufnahmekapazität angegeben. Diese ist für jeden Stoff/Metall/Verbindung/Legierung eine eigene feste physikalische Größe, welche der Konstrukteur berücksichtigen muss. Bei Stahl und seinen Legierungen bewegt sich dieser Wert bei ca. 0,5 Cp. Rechts daneben sehen wir den Wert Wärmemenge – diese wurde berechnet aus dem Gewicht der Scheibe sowie der spez. Wärme. Dieser Wert sagt uns, welche Energie notwendig ist um die Scheibe um 1°C zu erwärmen. Dieser ist wichtig für unser Hauptergebnis – die max. Wärmemenge, welche sich aus der Wärmemenge und der kritischen Temperatur ergibt. Durch die sehr hohe thermische Belastbarkeit ergibt sich somit eine recht hohe Gesamtbelastbarkeit der Scheiben, auch wenn der relativ niedrige Cp-Wert das ersteinmal nicht vermuten lässt.
In den weiteren Spalten sehen wir als nächste die Leichtbauscheiben von Aligator und Ashima. Durch das geringere Gewicht ist es folglich logisch, dass auch das Endergebnis schwächer ausfällt. Physik lässt sich eben nicht so einfach überlisten. Durch ein kühlungsgünstigeres Design lässt sich noch einiges wettmachen, jedoch nur einige wenige Prozentpunkte. Die Stabilität der Scheibe soll ja nicht soweit darunter leiden. Für den Racer kein Problem – nutzt er die Bremse doch nur zur sporadischen Geschwindigkeitskontrolle. Für den Downhillfahrer jedoch schon – und hier spielt das Gewicht eh eine untergeornete Rolle. Interessant sind die Scheiben jedoch trotzdem. So bietet die 203er von Aligator eine sichtbar bessere Bremsleistung als die 180er Magura, ist unwesentlich schwerer als diese und doch leichter als eine 203er Magura. Zwar nicht so gut wie die 203er Magura aber eben auch deutlich leichter. Eine interessante Variante für eine mögliche Zwischenlösung. Berücksichtigt man jetzt noch die etwas bessere Kühlleistung, so kann eine solche Lösung für den normalen Tourenfahrer schon durchaus empfohlen werden.
Da in diversen Foren die Fragen nach Alu als Diskmaterial schon mal gestellt wurden, habe ich die weiteren Zeilen mit diversen Beispielen von möglichen Aludisks versehen. Als Grundlage dienen hier die Daten von Alu 7075, welches zur Zeit die besten Werte in Bezug auf Zugfestigkeit/Härte bietet. Auch wurde hier der Einfachheit halber das gleiche Design wie bei den Magura_Disks zugrunde gelegt. Die erste Aluvariante geht vom der gleichen Masse wie die Stahldisk aus, deswegen Alu/Masse. Bedingt durch das geringere spez. Gewicht ergibt sich logischerweise ein größeres Volumen, und das um den Faktor 7,7/2,8=2,75. Trotz der höheren spez. Wärmekapazität ergibt sich durch die wesentlich geringere thermische Belastbarkeit ein deutlich schlechteres Gesamtergebnis. Zwar könnte man hier, bedingt durch das deutlich höhere Volumen, eine erheblich bessere Kühlung realisieren. Jedoch würde die Abnutzung, bedingt durch die geringere mechanische Belastbarkeit von Alu, jegliches Preis-/Leistungsverhältnis ad absurdum führen. Und die Leistung der Alu/Volumenscheibe wäre somit eh völlig indiskutabel.
Recht vielversprechend ist jedoch eine Kombination aus diesen beiden Materialien. Reibfläche aus Stahl, der restliche Körper aus Aluminium. Da Alu an der Stelle einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt ist, die hohe mechanische Belastung mit mehr Material kompensiert werden kann, lässt sich hier ein sehr kühlungsfreundliches Design verwirklichen. Magura hat hier mit der Ventidisk schon was im Angebot. Jedoch geht es hier nicht in Richtung Leichtbau, sondern eher in Richtung Standfestigkeit. So wiegt schon die 160er Scheibe bereits 171gr. Jedenfalls eine interessante Variante.
Als letzte habe ich noch die Eigenschaften einer Felge berechnet. Das Ergebnis zeigt von der Bremsleistung her sehr ähnliche Ergebnisse. Als Basis diente hier eine eher durchschnittliche Felge. Das Endergebnis jedoch täuscht: so ist bei der Felge nur eine sehr geringfügige Kühlleistung gegeben. Auf der einen Seite haben wir durch den luftgefüllten Mantel eine hervorragende Isolation, die Stahlspeichen führen auch kaum Wärme ab (Wärmeleitfähigkeit Stahl:Alu=1:5) und , bedingt durch die Reifenform, liegt die Felge auch noch schön im Windschatten. Dies alles zusammen dürfte das Endergebnis deutlich nach unten ziehen, bis hin zu 50%. So sind auch diverse Pannen mit durchgeschmorten Schläuchen leicht nachzuvollziehen. Durch Leichtbaufelgen, ca. 400gr, wird das Problem noch verstärkt. Zwar sind Felgenbremsen mit einfachen Disks von der Bremskraft her durchaus vergleichbar, was in einem Vergleichstest schon nachgewiesen wurde, in Punkto Standfestigkeit hinken diese jedoch deutlich hinterher.
Ich hoffe, dass in diesem Artikel der Tuner/Wechselwillige Anhaltspunkte findet, die diesem die Entscheidung einerseits erleichtert und andererseits verdeutlicht, was ihn ungefähr nach einem Umbau erwartet. Egal ob leichtere, kleinere, größere Scheibe oder Wechsel von Felgen- auf Scheibenbremse oder auch die Entscheidung beim Neukauf eines Rades, ob mit V-Brake oder Disk-Brake, ich denke jeder kann hier seine Schlüsse daraus ziehen. Diverse weitere phys. Anhaltspunkte wurden der Verständlichkeit halber ausgelassen. Diese fließen nur marginal ins Endergebnis ein. So sind auch die Endleistungen diverser anderer Markenhersteller, wie z.B Shimano, Avid, Hope, Formula miteinander vergleichbar. Aus diesem Grunde habe ich nur die Magura-Scheiben aufgeführt. Unter anderem auch deshalb, weil die Daten am einfachsten zu bekommen waren.
Manch einer kann sich vielleicht noch an den ersten Start der Raumfähre Columbia erinnern. Ein wichtiges Thema hierbei war seinerzeit die Entwicklung von Bremsen, welche dieses Monstrum bei der Landegeschwindigkeit von ca. 500km/h zum stehen bringen. Wenn schon ein mehrköpfiges Entwicklerteam einer technisch so hochstehenden Institution wie der NASA Jahre braucht um da etwas wirklich Zuverlässiges auf die Beine zu stellen, wird klar, dass es in der Tat nicht einfach ist, physikalische Grenzen zu überwinden. Jedenfalls bleibt das Thema Bremsen ein »heißes Eisen«.
Autor: Suedalpler
