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Aufgabe

Hydraulische Felgenbremse

Schwierigkeitsgrad: schwere Aufgabe

Hinweis: Die Abbildung sind der Seite http://www.magura.de entnommen. Auf dieser Seite findest du noch weitere Details zu Felgen- und auch Trommelbremsen.

 

Neben den üblichen Seilzugbremsen werden in jüngster Zeit auch hydraulische Felgenbremsen beim Fahrrad eingesetzt. Sie besitzen gegenüber den gewöhnlichen Seilzugbremsen eine verbesserte Bremswirkung. Die Bilder zeigen eine montierte Vorderbremse, die gesamte Bremsanlage sowie eine Schnittzeichnung.

  1. Erläutere unter Verwendung der Begriffe in der Schnittzeichnung die Funktionsweise der Bremse.

  2. Die Durchmesser des Geberkolben und der beiden Nehmerkolben sei gleich, der Betrag der Kraft auf den Geberkolben sei \(F\).

    Bestimme den Betrag der Kraft auf jeden der Nehmerkolben.

  3. Erläutere, wie es zu erklären ist, dass - bei etwa gleicher Ausführung des Bremshebels - bei einer hydraulischen Bremse eine größere Bremskraft auftritt als bei einer Seilzugbremse.

  4. Die von der Hand an der Stelle A ausgeübte Kraft sei \(100\rm{N}\).

    Schätze den Betrag der Kraft ab, mit welcher der Geberkolben auf das Hydrauliköl wirkt. Entnimm die notwendigen Maße der Zeichnung.

  5. Der Durchmesser des Geberkolbens beträgt \(14\rm{mm}\).

    Berechne mit Hilfe des Ergebnisses von Teilaufgabe d) den Druck in der Flüssigkeit.

  6. Der Abstand der Bremsklötze von der Felge betrage \(2\rm{mm}\).

    Berechne, wie weit man den Griff im Punkt A nach unten ziehen muss, damit die Klötze die Felge berühren.

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  1. Zieht man mit der Hand am Bremsgriff (einseitiger Hebel), so kommt es zu einer Kraft, welche den Geberkolben in den oberen Zylinder drückt. In der Flüssigkeit herrscht nun ein Druck, der dazu führt, dass auf die Nehmerkolben eine Kraft wirkt. Diese Kraft wird schließlich auch auf die Bremsbacken ausgeübt.

  2. Da die Querschnittsflächen von Geber- und Nehmerkolben gleich sind, ist der Betrag der Kraft auf den Nehmerkolben ebenfalls \(F\).

  3. Wenn bei der Seilzugbremse nicht besondere Vorrichtungen bestehen, drücken die beiden Bremsklötze in der Regel nicht gleichmäßig auf die Felge. Da der Flüssigkeitsdruck beim linken und beim rechten Nehmerkolben gleich ist, ist auch die Kraft auf die Bremsklötze links und rechts gleich. Außerdem sind die "Reibungsverluste" bei Seilzugbremsen in der Regel höher als bei hydraulischen Bremsen.

  4. Es gilt \({\frac{{{a_1}}}{{{a_2}}} \approx 5}\); daraus folgt, dass \({F \approx 500{\rm{N}}}\) ist.

  5. Für die Fläche \(A\) des Kolbens gilt
    \[A = \pi  \cdot {r^2} = \pi  \cdot {\left( {\frac{d}{2}} \right)^2} \Rightarrow A = \pi  \cdot {\left( {\frac{{14 \cdot {{10}^{ - 3}}{\rm{m}}}}{2}} \right)^2} = 1,5 \cdot {10^{ - 4}}{{\rm{m}}^2}\]
    Damit ergibt sich für den Druck \(p\)
    \[p = \frac{F}{A} \Rightarrow p = \frac{{500{\rm{N}}}}{{1,5 \cdot {{10}^{ - 4}}{{\rm{m}}^2}}} = 33 \cdot {10^3}{\rm{Pa}} = 33{\rm{bar}}\]

  6. Der Geberkolben muss somit um \(4\rm{mm}\) hineingedrückt werden (Fläche von Geber- und Nehmerkolben ist gleich). Aus dem in Teilaufgabe d) festgestellten Steckenverhältnis ergibt sich dann eine Zugstrecke von \(20\rm{mm}=2\rm{cm}\).