Bremsen

Am einfachsten nähert man sich dem Bremsen auf der Rennstrecke, indem man die Definition im Wörterbuch nachschlägt: "System, das dazu dient, eine bewegte mechanische Einheit zu verlangsamen oder anzuhalten". Nichts Kompliziertes, denn wir sind uns alle einig, dass das Ziel des Bremsens darin besteht, langsamer zu werden, um die Geschwindigkeit der Kurve anzupassen. Um es aber wirklich im Detail zu studieren, seine mechanische Funktionsweise zu verstehen und es auf der Rennstrecke zu optimieren, müssen wir erst einmal ein wenig die Schulbank drücken...

Fahrdynamik

Jeder bewegte Körper besitzt kinetische Energie, die direkt von seiner Masse und seiner Geschwindigkeit abhängt. Sie entspricht der Arbeit, die nötig ist, um von der Geschwindigkeit null auf eine bestimmte Geschwindigkeit zu kommen. Wie Ihnen Ihr Physiklehrer sicher einmal gesagt hat: "Nichts geht verloren, nichts entsteht, alles wandelt sich um." Das heißt, die Energie, die das Auto beim Beschleunigen aufgenommen hat, verpufft nicht einfach, sobald man das Bremspedal berührt. Sie wird durch die Bremsanlage in Wärme umgewandelt: Deren Hauptaufgabe besteht darin, die kinetische Energie des Fahrzeugs abzubauen.

Diese Energie ist proportional zur Masse und zum Quadrat der Geschwindigkeit (E = ½ m v²). Man versteht daher leicht, dass ein schwereres Fahrzeug eine leistungsfähigere Bremsanlage braucht, die viel Energie abbauen und wiederholten Temperaturanstiegen standhalten kann. Der Einfluss der Geschwindigkeit ist noch größer: Eine Verdopplung der Geschwindigkeit bedeutet eine vierfache Energie, die beim Bremsen abgebaut werden muss. Das gehört zur Suche nach dem Bremspunkt auf der Rennstrecke dazu: Bremsweg und Hitzebeständigkeit!

Wie funktioniert das?

Es gibt mehrere Arten von Bremsanlagen, aber bei unseren Fahrzeugen ist der Normalfall die Bremsanlage mit Bremsflüssigkeit, Bremssätteln, Bremsscheiben und Bremsbelägen. Wir bitten alle Besitzer historischer Fahrzeuge mit Trommelbremsen um Entschuldigung, ebenso die ehrgeizigeren unter ihnen, die versucht haben, elektropneumatische Zugbremsen einzubauen...

Die gesamte Bremsanlage, vom Pedal bis zur Bremsscheibe, besteht aus vier Teilen.

Der Bremskraftverstärker (Master-Vac)

Der erste Teil, der Bremskraftverstärker, verstärkt den Druck, den der Fahrer auf das Bremspedal ausübt. Seine genaue Funktionsweise interessiert uns hier nicht, denn viele Rennfahrzeuge und "extreme" Serienfahrzeuge haben keinen. Der wesentliche Unterschied liegt im Pedalgefühl: Ein Serienfahrzeug mit Bremskraftverstärker verlangt einen geringeren, komfortableren Pedaldruck, während ein Fahrzeug ohne Unterstützung ein sehr hartes Pedal mit kurzem Pedalweg bietet.

Der Hauptbremszylinder

Der zweite Teil wandelt den Druck, den der Fahrer auf das Pedal ausübt, in hydraulische Energie um, die auf die einzelnen Räder verteilt wird: Das ist der Hauptbremszylinder (HBZ). Ein Kolben verdichtet die Bremsflüssigkeit, wenn das Pedal betätigt wird, und drückt sie in die Bremsleitungen. Man findet ihn im Motorraum sehr leicht, denn er sitzt in der Regel direkt unter dem Bremsflüssigkeitsbehälter.

Seine Rolle ist entscheidend, und die Dichtheit des Systems muss genau überwacht werden: Manchmal rätselt man stundenlang, warum die Bremse nicht richtig zupackt, dabei hat man den HBZ vernachlässigt. Die Dichtungen quellen mit der Zeit und durch Verschleiß auf, wodurch der Druck im Inneren sinken kann. Bei einem Fahrzeug, das lange gestanden hat, kann der Kolben außerdem etwas festsitzen. Letzter Punkt: das Entlüften. Vorsicht beim Entlüften "nach alter Schule" durch Pumpen am Pedal: nicht übertreiben, sonst werden die Dichtungen des HBZ beschädigt!

Der Bremssattel

Da die Flüssigkeit nun unter Druck steht, muss diese hydraulische Kraft in mechanische Energie umgewandelt werden. Das ist die Aufgabe des Bremssattels, der die unter Druck stehende Flüssigkeit aufnimmt und einen oder mehrere Kolben schiebt. Die Hersteller haben viele Möglichkeiten: Fest- oder Schwimmsattel, Einkolben- oder Mehrkolbensattel. Bei modernen Sportfahrzeugen sind Mehrkolben-Festsättel die am häufigsten verwendete und wirksamste Lösung. Aber man muss gar nicht so weit zurückgehen, um Sportwagen mit Einkolbenbremsen zu finden, etwa den BMW M3 E36...

Der Einkolben-Schwimmsattel ist das günstigste System und das bei den Großserienherstellern am weitesten verbreitete. Sein Prinzip ist einfach: Die unter Druck stehende Flüssigkeit schiebt den Kolben, der den "inneren" Bremsbelag an die Scheibe presst. Dann verschiebt sich der Sattel dank Gleitführungen nach innen und drückt weiter auf die Scheibe, sodass auch der zweite Belag angedrückt wird. Vorsicht: Dieser Sattel-Typ kann mit dem Verschleiß festgehen, vor allem bei einem Fahrzeug, das lange gestanden hat.

Der Mehrkolben-Festsattel: Die Hersteller bieten eine Vielzahl von Produkten mit zwei, vier, sechs oder sogar acht Kolben an. Es gibt keine Gleitführungen, die ihm eine Bewegung erlauben: Die Kolben bringen die Beläge auf beiden Seiten an die Scheibe. Die Vorteile sind vielfältig: besser auf die Beläge verteilter hydraulischer Druck, weniger Risiko, dass der Sattel festgeht, kleinere und leichtere Kolben, die sich sehr schnell bewegen (Ansprechverhalten). Dagegen ist die Herstellung teuer, der Platzbedarf größer und die Wartung darf nicht vernachlässigt werden: Mehr Kolben bedeuten mehr Dichtungen, die hoher Hitze und Verschleiß ausgesetzt sind.

Hier ist alles eine Frage des Kompromisses: Ein System mit vielen Kolben und großen Sätteln ist schwer, sperrig (große Felgen nötig) und teuer. Deshalb ist es schwierig, mit einem serienmäßigen Kleinwagen Rennstrecke zu fahren: Seine Bremsanlage ist nicht dafür gedacht, mehreren kräftigen Bremsungen hintereinander standzuhalten, reicht aber im normalen Straßenverkehr aus. Und wenn Sie erwägen, Ihre Sättel gegen ein größeres Modell zu tauschen, vergessen Sie nicht, den zusätzlichen Platzbedarf und die höhere ungefederte Masse zu berücksichtigen, falls Sie größere Felgen montieren müssen.

Bremsscheiben und Bremsbeläge

Wir kommen zu den letzten Elementen der Anlage, die die wichtigste Aufgabe haben: die Energie des fahrenden Fahrzeugs abzubauen. Das Auto wird durch Reibung verzögert: Die Scheibe dreht sich mit dem Rad, und die Beläge, die fest im Sattel sitzen, klemmen sie unter dem Druck der Kolben ein. Diese Reibung erzeugt Wärme und ermöglicht das Bremsen. Die Qualität von Scheiben und Belägen ist daher entscheidend für eine wirksame und standfeste Bremse. Ihr Verschleiß muss genau überwacht werden, und wer mit einem Serienfahrzeug auf die Rennstrecke will, darf nie vergessen, dass die Bremsanlage nicht unbedingt für den intensiven Einsatz auf der Rennstrecke ausgelegt ist!

Verzogene Scheiben... ein Mythos?

Ein heikles Thema, das man klären muss, bevor man unnötig Geld ausgibt. In 99 % der Fälle verzieht sich eine Bremsscheibe nicht. Es handelt sich um Belagmaterial, das sich wegen der hohen Temperaturen auf der Scheibe ablagert und beim Bremsen Vibrationen verursacht. Der Begriff "verzogen" ist ein Sprachmissbrauch, denn tatsächlich verformt sich die Scheibe nicht. Die unregelmäßige Ablagerung kann bei sehr hoher Temperatur sogar die Qualität des Gusses örtlich verändern. Die Ursachen einer Überhitzung sind vielfältig: eine für den geforderten Einsatz zu klein dimensionierte Bremsanlage, eine ungeeignete Bremstechnik (progressiv) oder eine schlechte Kühlung der Bremsen.

Was tun, wenn es vibriert? Die Scheiben so schnell wie möglich reinigen: Bremsenreiniger, Abdrehen der Scheibe oder eine kräftige Bremsung mit sehr abrasiven Belägen, jedes Mittel ist recht, um die Ablagerung zu entfernen. Man sollte keinesfalls zu lange darauf beharren, wenn die Vibrationen bleiben, denn ab einem gewissen Punkt wird es irreversibel: Die Belagreste sind im Material eingelagert und verändern die Struktur der Scheibe örtlich.

Die Bremstechnik

Nach dem technischen Teil kommen wir endlich zu dem, was auf der Strecke passiert. Sie haben es verstanden: Es ist unmöglich, eine einheitliche Regel für den Bremspunkt, den Pedaldruck und den Punkt aufzustellen, an dem man das Bremsen beendet, so groß ist der Einfluss äußerer Faktoren... Das fängt ja gut an! Aber alle Bremsungen ähneln sich und haben ein gemeinsames Ziel: das Auto verlangsamen und platzieren, um den Kurvenausgang vorzubereiten.

Das Erste, was man im Kopf haben muss: Auf der Rennstrecke muss man vergessen, was der Fahrlehrer uns beigebracht hat. Es gibt drei Arten zu bremsen: das progressive Bremsen, das konstante Bremsen und das degressive Bremsen (Trailbraking: Man löst das Pedal nach und nach). Beim Fahren auf der Rennstrecke streicht man das progressive Bremsen, das wir jeden Tag praktizieren, aus seinem Wortschatz, denn es ist bequem, aber für die Rennstrecke völlig ungeeignet.

Dann muss man zwei Fahrzeugkategorien unterscheiden: solche ohne ausgeprägten aerodynamischen Abtrieb und solche mit. Ein Formel-1-Pilot, der vom Gas geht, kann je nach Geschwindigkeit eine Verzögerung von 1 g erfahren, ohne das Bremspedal auch nur zu berühren... Die Art zu bremsen ist in der Formel 1 also etwas anders als in einem Clio RS. Um das zu verstehen, muss man sich an das erinnern, was wir in Heft 2 des Magazins gesehen haben: Beim Bremsen findet eine Lastverlagerung auf die Vorderachse statt, die die Räder auf den Boden "drückt". Bei einem F1-Wagen oder jedem anderen Fahrzeug mit aerodynamischem Abtrieb ändert sich diese Last während der gesamten Verzögerung, denn der Abtrieb hängt direkt von der Geschwindigkeit ab. Bei einem klassischen Fahrzeug dagegen ändert sich die Last auf der Vorderachse kaum noch, sobald die Verlagerung stattgefunden hat. Die Blockiergrenze der Räder schwankt daher bei einem Fahrzeug mit aerodynamischem Abtrieb stark, während sie bei einem Serienfahrzeug nahezu konstant ist. Da man sich dieser Grenze so weit wie möglich annähern will, ohne sie je zu überschreiten, ist die Technik nicht ganz dieselbe.

Die Notbremsung, um das ABS zu verstehen

Warum eine Notbremsung analysieren? Um die Wirkung des ABS zu sehen, das den Druck korrigiert, sobald die Blockiergrenze erreicht ist. Die an einem Serienfahrzeug aufgezeichnete Kurve zeigt:

• ein entschlossenes Anbremsen;
• einen konstanten Druck während der gesamten Bremsung;
• das Eingreifen des ABS an mehreren Stellen (die kleinen Einbrüche).

Man sieht, dass sich der Druck bei einer Notbremsung zwischen Anfang und Ende kaum verändert hat. Das liegt daran, dass sich die Last auf der Vorderachse nicht ändert und die Blockiergrenze der Räder somit konstant ist. Würde diese Grenze mit der Geschwindigkeit sinken, würde das ABS den Druck mit abnehmender Geschwindigkeit auf einen niedrigeren Wert zurückregeln.

In der Praxis

Das Erste, was man tun sollte, wenn man die ideale Bremsung auf der Rennstrecke sucht, ist, die Blockiergrenze der Räder zu finden: Um sich ihr so weit wie möglich anzunähern, muss man wissen, wo sie liegt! Wenn man die Räder einmal blockieren lässt, kann man den maximalen Pedaldruck einschätzen, je nach Fahrzeug und Fahrbedingungen: Wetter, Zustand der Reifen und des Belags usw. Man versucht, sich diesem Wert so schnell wie möglich anzunähern, ohne ihn je zu erreichen: Das ist das Anbremsen. Es muss entschlossen und präzise erfolgen, mit möglichst geradem Lenkrad. Die Lastverlagerung nach vorn ist heftig, das Heck des Autos wird dadurch entlastet: Zu viel Lenkwinkel in diesem Moment kann sehr böse enden. Deshalb muss man in besonderen Fällen, in denen in der Kurve gebremst wird, seine Linie so anpassen, dass man ein "gerades Stück" zum Anbremsen hat.

Die Idee ist, bei jeder Bremsung nicht ins ABS zu kommen, denn es nimmt den Druck zurück, sobald man die Blockiergrenze berührt: Der Bremsweg wird länger (die Hauptaufgabe des ABS ist nicht, den Bremsweg zu verkürzen, sondern in einer Notsituation die Lenkbarkeit zu erhalten). Man muss die genaue Dosierung finden, um möglichst nah an der Grenze zu sein.

Danach muss man sich der Situation anpassen. Handelt es sich um eine Schulbremsung auf gerader Strecke und sitzen Sie in einem Serienfahrzeug ohne ausgeprägten Abtrieb, gibt es keinen Grund, den Druck auf das Pedal zu verringern: Das ist eine Phase "konstanten" Bremsens, in der man möglichst nah an der Blockiergrenze bleiben will (reine Verzögerung). Das degressive Bremsen beginnt erst, wenn man die Räder einschlägt, in der im vorigen Heft beschriebenen Einlenkphase. In Wirklichkeit erfährt bei hoher Geschwindigkeit auch ein Fahrzeug ohne ausgeprägte Aerodynamik je nach Karosserieform etwas Abtrieb an der Vorderachse, sodass man den Pedaldruck leicht anpassen muss, aber diese Effekte machen sich erst bei sehr hoher Geschwindigkeit bemerkbar.

Sitzen Sie in einem Auto mit Aero, wird es komplizierter: Man muss sich an die abnehmende Last auf der Vorderachse anpassen und gleich von Anfang an degressiv bremsen. Bei den anderen Fahrzeugen muss man sich auf das jeweilige Auto einstellen und sehr früh mit dem degressiven Bremsen beginnen.

Den Bremspunkt festlegen

Wie bei vielen Punkten des Fahrens auf der Rennstrecke muss man vom Ende her denken, um die Handlungen festzulegen, die man umsetzen will: hier das Bremsen! Theoretisch endet das Bremsen, wenn der Fahrer wieder aufs Gas gehen kann, also wenn das Auto platziert und zum Ausgang hin ausgerichtet ist. Abgesehen von einigen Sonderfällen sehr langer Kurven gilt: Entweder man bremst oder man beschleunigt, es gibt nur sehr wenig Wartezeit.

Eine einheitliche Regel, die in jeder Kurve und bei jedem Auto funktioniert, lässt sich nicht aufstellen, aber im Allgemeinen liegt dieses Bremsende um den Scheitelpunkt herum. Im Beispiel der Kurve Musée in Le Mans liegt es etwas vor dem Scheitelpunkt: Ziel ist es, die Bremsen bis zu diesem Punkt mitzunehmen, um ein perfekt platziertes und zum Ausgang ausgerichtetes Fahrzeug zu haben. Mit einem Fahrzeug ohne Aero kann man zwischen dem Anbremsen und dem Einlenken einen konstanten Druck halten und erst mit dem degressiven Bremsen beginnen, wenn man einzulenken anfängt. Der Druck muss an die Bedingungen angepasst werden: trockene oder rutschige Fahrbahn, Serienreifen oder Slicks, Kurve bergab oder bergauf, welliger Asphalt usw.

Als Anfänger tut man sich oft schwer mit dem degressiven Bremsen, weil man vor der Kurve zu viel Geschwindigkeit abgebaut hat. Man hat dann eine niedrige Einfahrgeschwindigkeit und möchte zu früh wieder aufs Gas! Da die Platzierung noch nicht abgeschlossen ist, führt das meist zu Untersteuern am Kurvenausgang. Man muss sich in jeder Kurve an die Anfahrgeschwindigkeit anpassen und den Bremspunkt nach und nach nach hinten verschieben, damit der Moment, in dem man das Bremspedal löst, genau dem Moment entspricht, in dem man wieder aufs Gas gehen kann.

Hier ein gutes Mittel, um zu erkennen, ob man die richtigen Handgriffe zum richtigen Zeitpunkt gemacht hat: "Wenn Sie am Kurvenausgang vom Gas gehen müssen, ist am Kurveneingang etwas schiefgelaufen. Normalerweise darf man in der Phase des Wiederbeschleunigens bis zur nächsten Bremsung nicht mehr vom Gas gehen." So kann man sich selbst analysieren und seine Handlungen beim nächsten Durchgang korrigieren.

Den richtigen Bremspunkt vor einer Kurve zu finden, ist nie leicht, und es gibt keine allgemeingültige Regel: Er hängt von zahlreichen Parametern ab (Anfahrgeschwindigkeit, Bremsanlage, Art und Zustand der Reifen, Fahrwerk, Zustand des Belags, Wetter...). Sich den Umständen anzupassen, ist der Schlüssel, um den richtigen Bremspunkt selbst zu finden, und dabei sollte man immer im Kopf behalten, dass das Ziel des Fahrens auf der Rennstrecke nicht ist, später zu bremsen als alle anderen. Spät bremsen ja, aber mit dem Ziel, die höchstmögliche Geschwindigkeit am Kurvenausgang zu haben.

Die Abkühlrunde

Eine Abkühlrunde am Ende der Session ist unverzichtbar, um die Bremsen (und die Mechanik...) abzukühlen. Mit noch heißen Bremsen an der Box zu halten, kann katastrophale Folgen haben: Man hat schon Autos Feuer fangen sehen! Je nach Veranstaltung kann es in der Fahrerbesprechung andere Anweisungen geben, aber im Allgemeinen kann man die Warnblinkanlage benutzen, um den anderen Teilnehmern zu signalisieren, dass man auf einer Abkühlrunde ist.

Man sollte diese Runde nicht zu langsam fahren, sonst ist der Luftstrom nicht stark genug, um die Bremsen zu kühlen. Eine Geschwindigkeit zwischen 80 und 100 km/h reicht für eine gute Belüftung aus. Man sollte versuchen, während dieser Runde möglichst wenig zu bremsen.

Dieser Artikel stammt aus Heft 3 von Racer's, dem Magazin von Marc Peraldi. Danke, Marc!