Bremsverzögerung und Hochrechnung Grundlehrgang

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1 Bremsverögerung und Hochrechnung Grundlehrgang Einleitung Ein fahrendes Fahreug besitt eine Bewegungsengergie (Ekin), deren Grösse von der Fahreugmasse (m) und dem Quadrat seiner Geschwindigkeit (v) abhängt. m E v 2 kin Diese Energie muss gan oder teilweise umgewandelt werden, wenn das Fahreug anhalten oder seine Geschwindigkeit verringern soll. Dies ist die Aufgabe der Bremse, welche die Bewegungsenergie des Fahreugs durch Reibung in Wärme umwandelt. Beschleunigung und Verögerung Als Beschleunigung beeichnet man die Geschwindigkeitsunahme um einen bestimmten Geschwindigkeitswert in Metern je Sekunde pro Sekunde ( m/s²). Unter (Brems-) Verögerung verstehen wir die Geschwindigkeitsabnahme um einen bestimmten Geschwindigkeitswert in Metern je Sekunde pro Sekunde ( m/s²). Ist dieser Wert in jeder Sekunde gleich, spricht man von einer gleichförmigen Beschleunigung oder Verögerung. Die Geschwindigkeit wird errechnet nach der Formel: Geschwindigkeit Weg v Zeit s -- in m t ---- s Die Beschleunigung und ebenfalls die Verögerung wird berechnet nach der Formel: Verögerung Geschwindigkeit a Zeit v -- in m t s 2 Die maximale Bremsverögerung Die Verögerung oder Abbremsung kann bei Fahreugbremsen nicht beliebig gesteigert werden. Eine Grene stellt die theoretisch erreichbare Verögerung durch die Erdbeschleunigung (g) mit g 9,81 m/s² dar (gerundeter Wert 10 m/s²). Die Verögerung einer auch noch so guten Bremsanlage wird diesen Wert kaum erreichen, geschweige denn überschreiten können. Eine weitere Grene ist der Reibwert wischen Reifen und Fahrbahn, der durch den Kraftschlussbeiwert (k) ausgedrückt wird. Die Verögerung ist in der Regel (es gibt Ausnahmen) dann am grössten, wenn die Räder beim Bremsen nicht blockieren, also sich gerade noch drehen. Eine Erhöhung der Bremskraft würde also nicht in jedem Fall eine höhere Bremswirkung erielen, sondern durch Blockieren der Räder den Verlust der Lenkfähigkeit und Schleudern des Fahreugs ur Folge haben. 2 1

2 Grundlehrgang Bremsverögerung und Hochrechnung Kraftschlussbeiwert (k) Je nach Fahrbahndecke und ihrem momentanen Zustand (trocken, nass) ergibt sich ein bestimmter Kraftschlussbeiwert (k), der die maximal erreichbare Bremsverögerung bestimmt. Sie wird wie folgt errechnet: Max. erreichbare Verögerung Erdbeschleunigung Kraftschlussbeiwert a max g k in m s 2 Eine Übersicht über den Kraftschlussbeiwert k bei unterschiedlichen Fahrbahnuständen gibt die folgende Tabelle Straßendecke trocken nass sauber schmierig Beton, Granitpflaster 0,7 0,6 ca. 0,4 Teermakadam 0,6 0,5 ca. 0,3 Asphalt 0,6 0,5 ca. 0,25 Blaubasaltpflaster 0,55 0,3 0,1 0,2 Schnee (festgefahren) 0,2 0,1 Glatteis 0,1 0,01 bis 0,1 Für das Beispiel Bremsen auf Glatteis bedeutet dies, a max m 0, m s 2 s 2 Wird jedoch ein k-wert von 0,6 angenommen (Beton sauber) kommen wir auf einen maximal erreichbaren Wert von 6 m/s². Der eitliche Ablauf eines Bremsvorganges Die maximale Bremsverögerung ist nicht während des gesamten Bremsvorganges bw. während der gesamten Bremsdauer wirksam, denn vom Beginn der Pedalbetätigung bis um Erreichen der maximalen Verögerung verstreicht die Ansprecheit t a und die Schwelleit t s. Beginn der Bremspedalbetätigung Stillstand des Fahreugs Aus der symbolischen Darstellung des eitlichen Ablaufes ergeben sich nachfolgende Zeitfaktoren (Angaben in s). 2

3 Bremsverögerung und Hochrechnung Grundlehrgang Die Ansprechdauer (t a ) Vereinfacht erklärt, versteht man unter der Ansprechdauer (t a ) den Zeitablauf, der wischen der Bremspedalbetätigung und dem Einseten der Bremswirkung liegt. Die Schwelldauer (t s ) Ebenfalls vereinfacht ausgedrückt, versteht man unter der Schwelldauer (t s ) den Zeitablauf, der wischen dem Einseten der Bremswirkung und dem Erreichen der max. Bremsverögerung liegt. Die Bremsverögerungsdauer (t amax ) Gesamte Bremsdauer (t ges ) Unter max. Bremsverögerungsdauer (t amax ) versteht man den Zeitablauf, der wischen dem Einseten der Höchstverögerung (a max ) und dem Stillstand des Fahreugs liegt. Die Zeit, die von der Betätigung der Bremse bis um Stillstand des Fahreugs verstreicht. Die Schreck- und Reaktionseit des Fahrers wird hierbei nicht berücksichtigt. t f Bremsverögerung (m/s 2 ) t a t a max t gesamt Zeit (t) Die Betätigungsdauer (t f ) Ansprech- und Schwelldauer sind in ihrer eitlichen Ausdehnung natürlich von der Betätigungsdauer (t f ) abhängig. Hierunter versteht man den Zeitablauf, der wischen dem Beginn der Bremspedal- oder Trittplattenbetätigung und dem Erreichen des Endanschlages liegt. 3

4 Grundlehrgang Bremsverögerung und Hochrechnung Die Abbremsung () Neben der Bremsverögerung gibt es ein anderes Mass für das Bremsverhalten: die Abbremsung. Darunter versteht man das proentuale Verhältnis der ereugten, d.h. auf dem Rollenprüfstand ermittelten Bremskräfte, im Verhältnis ur momentanen Gewichtskraft des Fahreugs. Abbremsung in % Summe der Bremskrafte des Fahreugs Prüfgewicht des Fahreugs F % G p Zusammenhang wischen Abbremsung und max. Bremsverögerung a max Ein Zusammenhang wischen der max. Verögerung amax und der Abbremsung ergibt sich aus der Formel: F g a max g G p Das bedeutet, dass ein direkter Zusammenhang wischen () und (a max ) besteht, der es ermöglicht, die erreichte Abbremsung (a max ) auch als proentuale Abbremsung () ausudrücken und umgekehrt. Die Tabelle eigt die entsprechenden Vergleichswerte Abbremsung Bremsverögerung (a max ) genau aufgerundet 10 % 0,981 m/s 2 1,0 m/s 2 20 % 1,962 m/s 2 2,0 m/s 2 30 % 2,943 m/s 2 3,0 m/s 2 40 % 3,924 m/s 2 4,0 m/s 2 50 % 4,905 m/s 2 5,0 m/s 2 60 % 5,886 m/s 2 6,0 m/s 2 70 % 6,867 m/s 2 7,0 m/s 2 80 % 7,848 m/s 2 8,0 m/s 2 90 % 8,829 m/s 2 9,0 m/s % 9,810 m/s 2 10,0 m/s 2 4

5 Bremsverögerung und Hochrechnung Grundlehrgang Messung der Verögerung bw. Abbremsung Hieru gib es wei Möglichkeiten 1. Die Ermittlung der Abbremsung in % mit Hilfe eines Bremsenprüfstandes (Rollen- oder Plattenprüfstand) 2. Die Ermittlung während der Verögerung im Fahrversuch mit Hilfe eines Verögerungsmessgerätes (schreibend oder nichtschreibend). Während ein nichtschreibendes Gerät nur die Höhe der maximalen Bremsverögerung aneigt, eichnet ein schreibendes Gerät darüber hinaus auch noch den eitlichen Verlauf der Ansprech- und Schwelldauer auf. Die Bremsprüfung im Fahrversuch auf der Straße ist eitraubend und bei der heutigen Verkehrsdichte auch gefährlich. Deshalb werden ur Überprüfung der Bremsanlagen nach 29 StVZO überwiegend Bremsenprüfstände (bei Nutfahreugen in erster Linie Rollenprüfstände) eingesett. Nur Fahreuge, die aufgrund ihrer Bauart auf einem solchen Prüfstand nicht geprüft werden können, sind auf der Straße mit einem schreibenden Verögerungsmessgerät u prüfen. Ermittlung der Abbremsung auf dem Prüfstand Auf einem Rollenprüfstand werden die max. Bremskräfte pro Rad gemessen. Addiert man diese Bremskräfte und stellt die Summe proentual dem jeweiligen Fahreuggewicht gegenüber, so erhält man nach der schon bekannten Gleichung die proentuale Abbremsung des Fahreugs: F % G p Beispiel: F N; Gp N N % 60 % N Der Gesetgeber schreibt bei den Überprüfungen der Fahreuge nach 29 StVZO (Hauptuntersuchungen HU bw. Sicherheitsprüfung SP) bestimmte Mindestabbremsungen vor, die das beladene Fahreug auf jeden Fall erreichen muss. Die grosse Mehrheit der Fahreuge wird allerdings nicht im vollbeladenen, sondern im leeren oder evtl. teilbeladenen Zustand ur Bremsenprüfung vorgestellt. Aus diesem Grund muss dann um Nachweis, dass die gesetlichen Vorschriften erfüllt werden, eine Hochrechnung vorgenommen werden. Grund dafür ist, dass im leeren Fahreugustand wegen der fehlenden Radlast auf der Rolle auch nur geringere Bremskräfte u messen sind, bevor die Blokkierschutschaltung wirksam wird. Die Bremskraft an den Rädern eines Fahreuges nimmt linear mit dem eingesteuerten Bremsdruck u. Dies gilt für druckluftgebremste Fahreuge genauso wie für hydraulisch gebremste Fahreuge. Auf dieser Grundlage lässt sich mit Hilfe der im leeren Zustand gemessenen Bremskräfte und den dabei in die Bremsylinder eingesteuerten Drücken die im beladenen Zustand u erwartende Bremskraft hochrechnen. 5

6 Grundlehrgang Bremsverögerung und Hochrechnung Die Hochrechnung Zur Hochrechnung wird aus dem vom Fahreughersteller angegebenen max. Bremsdruck für die Bremsanlage p N sowie den jeweils in die Bremsylinder der einelnen Achsen eigesteuerte Druck p der Faktor i unter Berücksichtigung des Anlegedrucks von 0,4 bar errechnet. F 1 i 1 + F 2 i 2 + F n i n 100 % G G Zul. Gesamtgewichtskraft des Fahreugs (N) Abbremsung (%) F 1 Bremskraft der ersten Achse, die bei dem Druck p 1 ermittelt wurde in (N) F 2 Bremskraft der weiten Achse, die bei dem Druck p 2 ermittelt wurde in (N) F n Bremskraft der letten Achse in (N) Formel p N 0,4 i p 1 0,4 Die 0,4 bar berücksichtigen den Anlegedruck der Radbremse p N 0,4 i p 2 0,4 Index p N der vom Hersteller für die betreffende Achse angegebene max. Bremsdruck (bar Überdruck) siehe Fabrikschild. (Falls p N nicht angegeben ist, so ist wie bisher der Berechnungsdruck einuseten). p 1 ; p 2 Bremsdruck, der bei der Bremsprüfung in den Radylindern der jeweiligen Achse eingesteuert wird (bar Überdruck). 6

7 Bremsverögerung und Hochrechnung Grundlehrgang Beispiel G N F 1 F 2 F 3 p n p 1 p 2 p N N N 7,0 bar (in diesem Fall vom Hersteller angegeben und für sämtliche Achsen) 2,0 bar 1,7 bar 1,7 bar Gesucht: 7,0 bar 0,4 i ,1 2,0 bar 0,4 7,0 bar 0,4 i 1 u. i ,1 1,7 bar 0, N 4, N 5, N 5, (%) 44,0 % N Die Abbremsung beträgt also 44 %. Ermittlung der Verögerung im Fahrversuch Kann auf einem Prüfstand die Abbremsung nicht geprüft werden, wird ein schreibendes Bremsmessgerät eingesett, dass während des Bremsvorganges ein Diagramm des Bremsverlaufs aufeichnet. Hieraus kann dann neben der Höhe der max. Verögerung auch der eitliche Verlauf des Bremsvorganges abgelesen werden und so also auch eine Aussage über die Ansprech- und Schwelldauer getroffen werden. Die Ausgangsgeschwindigkeit bei Bremsprüfungen auf der Straße ist - mit Ausnahme der Dauerbremsanlage - wischen 45 und 50 km/h u wählen. Sofern diese Geschwindigkeit nicht erreichbar ist, gilt die jeweilige Höchstgeschwindigkeit. In besonderen Fällen können Bremsprüfungen auch aus grösserer Ausgangsgeschwindigkeit durchgeführt werden. 7

8 Grundlehrgang Bremsverögerung und Hochrechnung Beispiel Nachfolgende graphische Darstellung eigt das Ergebnis einer derartigen Überprüfung der Bremswirkung in Abhängigkeit von der Zeit. Max. Bremsverögerung (a max ) in m/s 2 Bremseit (t) in s Überprüfung von Anhängerbremsanlagen im Fahrversuch Zur Feststellung der Wirkung der Anhängerbremsanlage sind, falls wegen der Bauart des Anhängers auf Bremsprüfständen nicht geprüft werden kann, Fahrversuche mit dem Zug durchuführen, wobei nur der Anhänger gebremst wird. Der Anhänger muss hierbei bis um ul. Gesamtgewicht beladen sein. Die Abbremsung des Anhängers errechnet sich dann aus: A ( Z f R ) G A + G K f R (%) G A Index A Abbremsung des Anhängers in % Z Abbremsung des Zuges nur mit der Anhängerbremse in % G A Gewichtskraft des Anhängers (N) G y Gewichtskraft des iehenden Fahreugs (N) f y Zuschlag für Rollwiderstand ( 2 %) 8

9 Meßprotokoll für Wirkungsprüfung Grundlehrgang Hersteller der Bremsanlage... Prüfgewicht des F. (P M )... dan Art der Bremsanlage... Zul. Achslasten 1/2/3/4... dan Berechnungsdruck bw. max. Bremsdruck für das F. / Zul. Gesamtgewicht G (bei Sattelanhängern Summe die Einelachsen p N... /... /... /... bar der ul. Achslasten)... dan Abgelesene Werte vom Bremsenprüfstand Bremskräfte (dan) links rechts Summe F Betriebsbremsanlage Zylinderdruck p (bar) i p N 0, p 0,4 F i Feststellbremse Bremskraft (dan) F-Gewicht/ Achslasten (Prüfgewicht) (dan) Achse 1 Achse 2 Achse 3 Achse 4 Summe Abbremsung beogen auf das Prüfgewicht (nur, wenn Prüfgewicht bekannt) F 1 + F 2 + F n PM [%] P M... % Abbremsung beogen auf das ul. Gesamtgewicht des Fahreugs (Hochrechnung) F 1 i 1 + F 2 i 2 + F n i n 100 [%] G... % Abbremsung mit der Feststellbremse (beogen auf das ul. Gesamtgewicht) FBA F FBA 100 [%] G... % oder: Überschreiten der Blockiergrene Differen der Bremskräfte Differen der Bremskräfte einer Achse 100 [%] größte Bremskraft einer Achse BBA:... % FBA:... % Die Gewichtskraft (N) erhält man durch Multiplikation der Gesamtmasse (kg) mit dem Faktor 10 (Erdbeschleunigung g gerundet auf 10 m/s 2 ). Damit entspricht 1 dan (10 N) Kraft etwa 1 kg Masse. Hinweis: Für Sattelanhänger oder Anhängefahreuge ähnlicher Bauart: anstelle der Gewichtskraft Summe der Achskräfte einseten! 9