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Bremsscheiben Design vs. Funktion

hab jetzt mal einige Berechnungen zum Volumen des Reibringes einiger Bremsscheiben mit runde Löcher angestellt, offen ist allerdings welchen Einfluss die Anzahl und Größe der Löcher in Bezug Kühlung haben, wenig Masse und extrem grosse Löcher am Reibring hat sich bei meinen Testfahrten allerdings negativ aus gewirkt
(leichte Scheiben waren schlechter in der Kühlleistung)

Ergänzung:
die Mantelfläche der Löcher innen eingefügt

Intend aero (2,25mm)
Durchmesser 203mm
Dicke 2,25mm
Reibringbreite 13,7mm
Lochdurchmesser 1,8mm
Lochanzahl 663 Löcher
Gewicht 190g
Volumen Reibring ohne Abzug der Löcher 18332mm³
Volumen der Löcher 3796mm³
Reibringvolumen ohne Löcher 14536mm³
Mantelfläche der Löcher 8420mm²

Brakestuff Punch (2,3mm)
Durchmesser 203mm
Dicke 2,3mm
Reibringbreite 16mm
Lochdurchmesser 2,2mm
Lochanzahl 645 Löcher
Gewicht 226g
Volumen Reibring ohne Abzug der Löcher 21619mm³
Volumen der Löcher 5639mm³
Reibringvolumen ohne Löcher 15980mm³
Mantelfläche der Löcher 10255mm²

Brakestuff XT Design (2,15mm)
Durchmesser 203mm
Dicke 2,15mm
Reibringbreite 16mm
Lochdurchmesser 4,15mm
Lochanzahl 144 Löcher
Gewicht 212g
Volumen Reibring ohne Abzug der Löcher 20209mm³
Volumen der Löcher 4187mm³
Reibringvolumen ohne Löcher 16022mm³
Mantelfläche der Löcher 4032mm²

Brakestuff E-Bike (2,3mm)
Durchmesser 203mm
Dicke 2,3mm
Reibringbreite 16,5mm
Lochdurchmesser 4,9mm
Lochanzahl 108 Löcher
Gewicht 234g
Volumen Reibring ohne Abzug der Löcher 22235mm³
Volumen der Löcher 4684mm³
Reibringvolumen ohne Löcher 17551mm³
Mantelfläche der Löcher 3823mm²

Lg Tirolbiker63


IMG_20230206_103608_edit_296783243382839.jpg
 
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Re: Bremsscheiben Design vs. Funktion
Toller Vergleich.

Je kleiner das Loch, desto eher schafft seine Lochleibung mehr Kühlfläche, als es auf der Oberfläche des Reibrings (2x weil Vorder- und Rückseite) wegnimmt.

Wenn der Lochdurchmesser < 2x Blechdicke ist - dann schafft ein Loch zusätzliche Kühlfläche.
Wenn der Lochdurchmesser > 2x Blechdicke ist, dann vermindert es die Kühlfläche der Bremsscheibe

Ergo: maximale Kühlfläche haben dicke Scheiben mit vielen kleinen Löchern…
 
Zuletzt bearbeitet:
Jurgen_M schrieb:
Toller Vergleich.

Je kleiner das Loch, desto eher schafft seine Lochleibung mehr Kühlfläche, als es auf der Oberfläche des Reibrings (2x weil Vorder- und Rückseite) wegnimmt.

Wenn der Lochdurchmesser < 2x Blechdicke ist - dann schafft ein Loch zusätzliche Kühlfläche.
Wenn der Lochdurchmesser > 2x Blechdicke ist, dann vermindert es die Kühlfläche der Bremsscheibe

Ergo: maximale Kühlfläche haben dicke Scheiben mit vielen kleinen Löchern…
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ich hab das mal mit Excel simuliert (mit Formeln für Zylinderberechnung)

das Optimum liegt exakt bei Scheibendicke = Lochdurchmesser, also um 2,2-2,4mm bei einer 2,3mm dicken Scheibe

hier wird am Meisten zusätzliche Kühloberfläche erzeugt da die zusätzliche innere Mantelfläche vom Loch in Relation zu den verlorenen zwei Lochkreisflächen am grössten ist

bei 2 fachen Lochdurchmesser zur Scheibendicke gibt es bereits keine zusätzliche Kühloberfläche mehr

bei über 2 fachen Lochdurchmesser wird die Kühloberfläche dann weniger (und natürlich auch das Volumen vom Reibring)

Lochdurchmesser unterhalb der Scheibendicke verlieren auch zunehmend an Kühloberfläche da die Löcher sehr klein sind, allerdings bleibt dafür das Reibringvolumen höher

das Optimum der Kühloberfläche liegt also bei Lochdurchmesser = Scheibendicke, mit der Anzahl und Verteilung der Löcher kann man die Kühlfläche dann noch weiter hoch treiben und optimieren

unbegrenzt kann man die Anzahl der optimalen Löcher aber auch nicht erhöhen da ja zugleich die Kühlmasse (Volumen) vom Reibring und die Kontaktfläche zum Bremsbelag geringer werden, und auch die mechanische Stabilität darf nicht zu stark geschwächt werden

hab dazu noch einige Daten berechnet (Oberflächen und Volumen mit Löcher) die % Angaben in Klammer sind in Bezug zu den Daten der BrakeStuff Punch 2,3mm

BrakeStuff Punch 2,3mm
Volumen Reibring 15980 mm³
Oberfläche Reibring 26850 mm²
zusätzliche Kühlfläche 24,9% (% Anteil etwas geringer da der Reibring deutlich breiter ist als bei der Intend)
Loch ca. 2,2mm Durchmesser

Intend aero 2,25mm
Volumen Reibring 14536 mm³ (-9% , schmaler Reibring)
Oberfläche Reibring 24032 mm² (-10,5%)
zusätzliche Kühlfläche 26,7%
Loch ca. 1,8mm Durchmesser

BrakeStuff E-Bike 2,3mm
Volumen Reibring 17551 mm³ (+9,8% extra breiter Reibring)
Oberfläche Reibring 21780 mm² (-18,9%)
zusätzliche Kühlfläche -1,1% (minus)
Loch ca. 4,9mm Durchmesser

BrakeStuff XT design 2,15mm
Volumen Reibring 16022 mm³ (+0,2%)
Oberfläche Reibring 21466 mm² (-20,1%)
zusätzliche Kühlfläche 0,7%
Loch ca. 4,15mm Durchmesser

Galfer Wave 2mm (wegen der Wellenform nur grobe Berechnung der Mittelwerte möglich)
Volumen Reibring 10970 mm³ (-31,4% schmaler Reibring, sehr große Löcher, wenig Volumen)
Oberfläche Reibring 15607 mm² (-41,9%)
zusätzliche Kühlfläche -18% (minus)
Loch ca. 10 mm Durchmesser (auf Kreis umgerechnet da andere Form)

man sieht an den Daten sehr gut warum z.B. die Galfer Wave in meinem Gelände überfordert ist


Lg Tirolbiker63
 
Tirolbiker63 schrieb:
ich hab das mal mit Excel simuliert (mit Formeln für Zylinderberechnung)

das Optimum liegt exakt bei Scheibendicke = Lochdurchmesser, also um 2,2-2,4mm bei einer 2,3mm dicken Scheibe

hier wird am Meisten zusätzliche Kühloberfläche erzeugt da die zusätzliche innere Mantelfläche vom Loch in Relation zu den verlorenen zwei Lochkreisflächen am grössten ist

bei 2 fachen Lochdurchmesser zur Scheibendicke gibt es bereits keine zusätzliche Kühloberfläche mehr

bei über 2 fachen Lochdurchmesser wird die Kühloberfläche dann weniger (und natürlich auch das Volumen vom Reibring)

Lochdurchmesser unterhalb der Scheibendicke verlieren auch zunehmend an Kühloberfläche da die Löcher sehr klein sind, allerdings bleibt dafür das Reibringvolumen höher

das Optimum der Kühloberfläche liegt also bei Lochdurchmesser = Scheibendicke, mit der Anzahl und Verteilung der Löcher kann man die Kühlfläche dann noch weiter hoch treiben und optimieren

unbegrenzt kann man die Anzahl der optimalen Löcher aber auch nicht erhöhen da ja zugleich die Kühlmasse (Volumen) vom Reibring und die Kontaktfläche zum Bremsbelag geringer werden, und auch die mechanische Stabilität darf nicht zu stark geschwächt werden

hab dazu noch einige Daten berechnet (Oberflächen und Volumen mit Löcher) die % Angaben in Klammer sind in Bezug zu den Daten der BrakeStuff Punch 2,3mm

BrakeStuff Punch 2,3mm
Volumen Reibring 15980 mm³
Oberfläche Reibring 26850 mm²
zusätzliche Kühlfläche 24,9% (% Anteil etwas geringer da der Reibring deutlich breiter ist als bei der Intend)
Loch ca. 2,2mm Durchmesser

Intend aero 2,25mm
Volumen Reibring 14536 mm³ (-9% , schmaler Reibring)
Oberfläche Reibring 24032 mm² (-10,5%)
zusätzliche Kühlfläche 26,7%
Loch ca. 1,8mm Durchmesser

BrakeStuff E-Bike 2,3mm
Volumen Reibring 17551 mm³ (+9,8% extra breiter Reibring)
Oberfläche Reibring 21780 mm² (-18,9%)
zusätzliche Kühlfläche -1,1% (minus)
Loch ca. 4,9mm Durchmesser

BrakeStuff XT design 2,15mm
Volumen Reibring 16022 mm³ (+0,2%)
Oberfläche Reibring 21466 mm² (-20,1%)
zusätzliche Kühlfläche 0,7%
Loch ca. 4,15mm Durchmesser

Galfer Wave 2mm (wegen der Wellenform nur grobe Berechnung der Mittelwerte möglich)
Volumen Reibring 10970 mm³ (-31,4% schmaler Reibring, sehr große Löcher, wenig Volumen)
Oberfläche Reibring 15607 mm² (-41,9%)
zusätzliche Kühlfläche -18% (minus)
Loch ca. 10 mm Durchmesser (auf Kreis umgerechnet da andere Form)

man sieht an den Daten sehr gut warum z.B. die Galfer Wave in meinem Gelände überfordert ist


Lg Tirolbiker63
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Passt, hatte ich auch ausgerechnet.
Intend Aero und BrakeStuff Punch sind die Scheiben mit den größten Reserven. Da hat eine 180mm Scheibe so viel Standvermögen wie eine 200mm Scheibe der Konkurrenz.
Die Frage ist halt was man für seine Touren und sein Fahrverhalten braucht. Meistens ist dann eben die einfachste 200mm Scheibe ausreichend😉.
 
DOKK_Mustang schrieb:
Die Frage ist halt was man für seine Touren und sein Fahrverhalten braucht. Meistens ist dann eben die einfachste 200mm Scheibe ausreichend😉.
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in meinem Revier geht es in alle Richtungen ziemlich steil hoch, da sind diese Reserven sehr nützlich

außer den Reserven bei der Überhitzung sind aber auch noch andere Kriterien wichtig für mich
z.B. Bremsgeräusche, Vibrationen (Rubbeln), Quietschen, Verschleiß der Scheibe, Verschleiß der Beläge, Schonung vom Bremssattel und Bremsflüssigkeit, Steifigkeit (klingeln)

in einigen Punkten hat meine vorherige TS HD keine Chance (die TS HD war aber auch sehr gut)

Lg Tirolbiker63
 
Danke für die Berechnungen, @Tirolbiker63 !

Mir waren diese Größenordnungen nicht bewusst:

Eine Punchdisc 2.3 mit 140mm Durchmesser hat soviel Kühlfläche wie eine 220mm Galfer Wave !

(Edit: Werte aus den 203er Scheiben abgeleitet: Galfer +10% - Punchdisk -30%)

ohne Worte…
 
Zuletzt bearbeitet:
Aber trotzdem wird die 220er Galfer besser funktionieren als die 140er Punchdisc. Einfach weil die 140er viel weniger Bremskraft generiert und daher viel öfters benutz werden muss.

Ein Problem was mir jetzt bei den Formula Monolitic aufgefallen ist. Wenn die Scheiben mit 2,3mm Dicke nicht penibel plan sind, schleift es. Also einmal eine krumme Scheibe, kriegt man die fast nie mehr schleiffrei. Zumindest bei den XT 8120 Bremsen. Zumal die Bremsen mit einem dickeren Bleedblock befüllt werden müssen weil die dicken 2,3er Scheiben sonst nicht passen.
 
Das geht ganz schnell. Einmal ein Ast im Laufrad reicht da. Oder wie mir passiert, ausgebautes Rad fällt um und landet mit der Scheibe auf dem Werkzeug. Blöder Zufall, aber ich behandel das Rad auch nicht wie ein rohes Ei.
Jetzt hab ich eine Monolitic die etwas eiert. Nur minimal, aber es schleift. Und das Eiern aus der Scheibe zu bekommen, ist halt eine Geduldsaufgabe für Affen.
 
ob das mit einer dünneren scheibe wirklich besser ist?
ich meine die verbiegt sich ja auch leichter.

ich fahr ja die trp scheiben, die sind recht günstig. im zweifel tausch ich die einfach aus.
 
Jurgen_M schrieb:
Eine Punchdisc 2.3 mit 140mm Durchmesser hat soviel Kühlfläche wie eine 220mm Galfer Wave !

ohne Worte…
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das war jetzt schon etwas übertrieben ;) (hab nur 203er Scheiben gemessen)

ich kann nur 203er Scheiben vergleichen, die 203er Wave mit 2mm ist allerdings viel zu leicht (um 160g) da ist ein grosser Unterschied zu den massiveren Scheiben (sieht man auch optisch)

Lg Tirolbiker63

IMG_20230207_151106_edit_309135451920537.jpg
 
Die Messungen von @Tirolbiker63 haben mich zu einer weiteren Überlegung inspiriert:

um welche Temperatur erwärmt sich die Scheibe PRO UMDREHUNG maximal, also bei einer Extrembremsung?

Beispiel: Bei einem Stoppie auf Asphalt lasten ca. 100 kg Systemgewicht auf dem Vorderrad und werden mit rund 1g gebremst.
Die Kraft auf das Vorderrad ist also 100*10 = 1000 N
pro Umdrehung legt das Vorderrad ca. 2,5m zurück.
Pro Umdrehung wird also eine Energie von 2500 Nm in die Bremse eingeleitet.

Diese Energie teilt sich zwischen Bremsscheibe und Sattel auf.
Das Verhältnis wird durch den Wärmewiderstand des Bremsbelags und der Temperaturdifferenz zwischen Sattel und Bremsscheibe bestimmt.

Ich gehe jetzt mal vom Idealfall aus: die Energie geht komplett in die Bremsscheibe.
das ist schliesslich das, was wir uns alle wünschen - passiert in der Praxis spätestens, wenn der Sattel so heiss wie die Scheibe wird.

Im Fall der 203 2.3 Punchdisk hat der Reibring ein Volumen von 16 cm^3 entspricht 125 g.

Stahl hat eine Wärmekapazität von 500 Nm/kg.

Ergibt:

eine 2.3 203 Punchdisk erwärmt sich um 40 Grad Celsius je Umdrehung.
die 203 Leichtbauscheibe, deren Reibring nur 11 cm^3 / 86 g hat erwärmt sich bei jeder Umdrehung um 60 Grad

Die Masse des Reibrings ist also ähnlich wichtig wie seine Kühlfläche!
Leichtbau UND Bremse geht nicht. Entweder oder.
 
Jurgen_M schrieb:
Die Messungen von @Tirolbiker63 haben mich zu einer weiteren Überlegung inspiriert:

um welche Temperatur erwärmt sich die Scheibe PRO UMDREHUNG maximal, also bei einer Extrembremsung?

Beispiel: Bei einem Stoppie auf Asphalt lasten ca. 100 kg Systemgewicht auf dem Vorderrad und werden mit rund 1g gebremst.
Die Kraft auf das Vorderrad ist also 100*10 = 1000 N
pro Umdrehung legt das Vorderrad ca. 2,5m zurück.
Pro Umdrehung wird also eine Energie von 2500 Nm in die Bremse eingeleitet.

Diese Energie teilt sich zwischen Bremsscheibe und Sattel auf.
Das Verhältnis wird durch den Wärmewiderstand des Bremsbelags und der Temperaturdifferenz zwischen Sattel und Bremsscheibe bestimmt.

Ich gehe jetzt mal vom Idealfall aus: die Energie geht komplett in die Bremsscheibe.
das ist schliesslich das, was wir uns alle wünschen - passiert in der Praxis spätestens, wenn der Sattel so heiss wie die Scheibe wird.

Im Fall der 203 2.3 Punchdisk hat der Reibring ein Volumen von 16 cm^3 entspricht 125 g.

Stahl hat eine Wärmekapazität von 500 Nm/kg.

Ergibt:

eine 2.3 203 Punchdisk erwärmt sich um 40 Grad Celsius je Umdrehung.
die 203 Leichtbauscheibe, deren Reibring nur 11 cm^3 / 86 g hat erwärmt sich bei jeder Umdrehung um 60 Grad

Die Masse des Reibrings ist also ähnlich wichtig wie seine Kühlfläche!
Leichtbau UND Bremse geht nicht. Entweder oder.
Zum Vergrößern anklicken....
Du vergisst die Luftkühlung. Bei deinem Stoppue-Beispiel ist sie nicht so wichtig, generell ist die Luftkühlung aber entscheidend und damit eben die Kühloberfläche.
 
DOKK_Mustang schrieb:
Du vergisst die Luftkühlung. Bei deinem Stoppue-Beispiel ist sie nicht so wichtig, generell ist die Luftkühlung aber entscheidend und damit eben die Kühloberfläche.
Zum Vergrößern anklicken....
Die Luftkühlung senkt die Durchschnittstemperatur der Scheibe. Das ist die halbe Miete.
Der Temperatursprung durch fehlende Masse/Wärmekapazität kommt on top!

Beim Reiben zwischen den Bremsbelägen erwärmt sich die Bremsscheibe um die errechneten Temperaturen.
Im Optimalfall kühlt sie sich dann im Verlauf der Umdrehung wieder auf eine Durchschnittstemperatur.
Aber die Temperatursspitzen bleiben. Dummerweise im Bremssattel - wo man sie überhaupt nicht will.
Und dieser Temperatursprung kann bei kleinen, dünnen Scheiben leicht 100 Grad übersteigen…
 
Wieviel der Wärme im Sattel landet, ist aber auch wieder vom Belag abhängig. Bei Sinter deutlich mehr als bei organischen Beläge. Genauso von den Bremskolben und der Masse des Sattels. Hier gibt es so viele Variablen, dass man bei einer solchen Betrachtung jede einzelne Bremse berücksichtigen muss.
Alles rechnen ist hier so ungenau, dass man auch schätzen könnte.
 
ja, das ist alles sehr komplex

ich hatte da schon mal Messungen bei einer steilen Bergstrasse (290Hm) direkt am Bremssattel und an der Belagspange gemacht

die dünnen Scheiben und die leichte Wave hatten da klar Nachteile, die dicken Scheiben und vor allem die Intend (2,25mm) und die BrakeStuff Punch (damals noch die mit 2,15mm) hatten klar Vorteile

derzeit verwende ich die noch dickere BS Punch 2,3mm, diese ist nochmal besser bei extrem langen Abfahrten

Lg Tirolbiker63

niederste Temp. bei den dicken Scheiben mit viel Kühllöcher (Intend Aero 2,25mm und BrakeStuff Punch 2,15mm)
1675859039494.png

schneller starker Anstieg bei den dünnen und leichten Scheiben (Shimano und Galfer Wave)
1675859084954.png
 
habe jetzt auch noch einige Daten von Bremsscheiben berechnet welche im guten Mittelfeld liegen
(z.B. MDR-P und TS HD)

an den Daten sieht man auch gut warum meine vorher verwendete TS HD auch eine sehr gute Hitzeperformance hat, das Volumen nach Abzug der Löcher ist bei der TS HD nach der BrakeStuff E-Bike am höchsten von allen Scheiben, die Kühllöcher sind gemischt groß und ergeben insgesamt eine neutrale Oberflächenvergrösserung von +0,6%

sie hat daher sehr viel Kühlkapazität, aber weniger Kühloberfläche als die Intend Aero und BrakeStuff Punch

breitere Reibringe finde ich auch besser da der Umfang der Scheibe innen abnimmt und somit innen weniger Kühlkapazität vorhanden ist und zusätzlich auch die Kühlluft innen weniger wirken kann, ein etwas breiterer Reibring gleicht das gut aus

Daten (alles 203er Scheiben) mit Korrektur durch die Veränderungen durch die Löcher

BrakeStuff 2,3 mm (Reibring 16mm breit)
Volumen Reibring 15980 mm³
Oberfläche Reibring 26850 mm²
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher +24,9%
Loch Design nicht aggressiv
BrakeStuff 2,15 mm (Reibring 16mm breit)
Volumen Reibring 14938 mm³
Oberfläche Reibring 26005 mm²
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher +21,9%
Loch Design nicht aggressiv
BrakeStuff XT Design 2,15 mm (Reibring 16mm breit)
Volumen Reibring 16022 mm³
Oberfläche Reibring 21466 mm²
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher +0,7%
Loch Design weniger aggressiv
BrakeStuff E-Bike 2,3 mm (Reibring 16,5mm breit)
Volumen Reibring 17551 mm³
Oberfläche Reibring 21780 mm²
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher -1,1%
Loch Design weniger aggressiv
Intend Aero 2,25 mm (Reibring 13,7mm breit)
Volumen Reibring 14536 mm³
Oberfläche Reibring 24032 mm²
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher +26,7%
Loch Design nicht aggressiv
Magura MDR-P 1,95 mm (Reibring 17,5mm breit)
Volumen Reibring 15179 mm³
Oberfläche Reibring 20024 mm²
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher -11,7%
Loch Design aggressiv
Hinweis: Knackgeräusche durch schwimmenden Reibring
Trickstuff HD 2,05 mm (Reibring 15,7mm breit)
Volumen Reibring 17275 mm³
Oberfläche Reibring 21016 mm²
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher +0,6%
Loch Design mittelmässig aggressiv
Galfer Wave 2,00 mm (Reibring ~14mm breit)
Volumen Reibring 10742 mm³
Oberfläche Reibring 15607 mm²
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher -18%
Loch Design sehr aggressiv
Hinweis: Überhitzt sehr schnell bei steilen Abfahrten (extrem wenig Volumen)
Ergänzungen

Hope Vented 3,4 mm (Reibring 15,5mm breit und innen belüftet)
die Berechnung erfolgte mit 2 Scheibenhälften (Dicke 1,2mm), der Luftspalt beträgt 1mm
Löcher 24x4mm, 24x4,5mm, 24x5mm, Reibringbreite 15,5mm

Volumen Reibring 19142 mm³ (2 x 9571 mm³)
Oberfläche Reibring 37172 mm² (2 x 18586 mm²)
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher -5,5%
Loch Design mittelmässig aggressiv
Hinweis: geht nur mit speziellen Bremsanlagen (Hope) da 3,4mm dicke Bremsscheibe
Centerlockscheiben
TRP 2,3mm Centerlock (Reibring ~14,5mm breit)
Volumen Reibring 17625 mm³
Oberfläche Reibring 20477 mm²
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher +2,9%
Loch Design mittelmässig aggressiv
Hinweis: klingelt bei starker Belastung (Vermutlich durch Stahl Alu Nietverbindungen)
Shimano RT70 1,75mm Centerlock (Reibring ~14mm breit)
Volumen Reibring 12578 mm³
Oberfläche Reibring 17456 mm²
Oberflächenvergrösserung durch die Löcher -6,7%
Loch Design aggressiv

Lg Tirolbiker63
 
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