Die Anatomie des Druckluftbremssystems eines Lastkraftwagens

Das Folgende wurde im Air Brake Book von CCJ, 11. Auflage, veröffentlicht, gesponsert von SilverbackHD. Das Air Brake Book von CCJ ist eine ergänzende Branchenressource, dank unserer Partnerschaft mit SilverbackHD, dem Technology and Maintenance Council und der Commercial Vehicle Safety Alliance. Das gesamte Air Brake Book können Sie hier herunterladen.

Druckluftbremsen funktionieren anders als hydraulische Bremssysteme, die in Pkw und leichten Nutzfahrzeugen zu finden sind. Alle Druckluftbremssysteme unterscheiden sich je nach Herstellerdesign und anwendungsspezifischen Optionen etwas. In diesem Kapitel werden die drei grundlegenden Systeme von Druckluftbremsen detailliert beschrieben, mit denen Sie vertraut sein sollten, bevor Sie Wartungs- oder Austauscharbeiten durchführen.

Das Versorgungssystem liefert Druckluft, die seine Komponenten betätigt, und ist in vielerlei Hinsicht das Herzstück des Druckluftbremssystems.SilverbackHDDas Versorgungssystem liefert Druckluft, die seine Komponenten betätigt, und ist in vielerlei Hinsicht das Herzstück des Druckluftbremssystems. Ein motorbetriebener Luftkompressor versorgt einen Regler mit Luft, der die Kompressorleistung steuert, indem er bei Bedarf Luft in das System pumpt oder entlädt, wenn das System den richtigen Druck hat – normalerweise zwischen 100 und 120 psi bei den meisten Fahrzeugen.

Der Fahrer des Fahrzeugs kann den Luftsystemdruck über ein am Armaturenbrett montiertes Manometer überwachen. Wenn der Druck im System unter 60 psi fällt, muss ein Schalter im System einschalten und ein elektronisches Signal an ein Armaturenbrettlicht oder einen Summer im Fahrerhaus senden und den Fahrer auf ein Problem aufmerksam machen.

Die Luft im System wird in Luftbehältern (normalerweise drei oder mehr pro Traktor) gespeichert, bis sie benötigt wird. Rückschlagventile verhindern, dass Druckluft durch den Kompressor zurückströmt, während dieser nicht läuft, um sicherzustellen, dass die Luft dort ankommt, wo sie benötigt wird. Sollte das System mit zu viel Luft unter Überdruck stehen (Pop-off-Funktion oder Sicherheitsventile), öffnen sich die Ventile, damit die Luft entweichen kann, bevor Luftleitungen, Behälter oder andere Systemkomponenten beschädigt werden.

Der Luftbehälter, der dem Kompressor am nächsten liegt, wird oft als Versorgungstank (manchmal auch als „Nasstank“ bezeichnet) bezeichnet, da dort die Luftfeuchtigkeit in den größten Mengen kondensiert. Feuchtigkeit ist der größte Feind jedes Druckluftbremssystems, und es muss große Sorgfalt darauf verwendet werden, sicherzustellen, dass die Luft eines Fahrzeugs möglichst sauber und trocken durch das Bremssystem zirkuliert. Zu diesem Zweck sind die Behälter entweder mit automatischen oder manuell betätigten Ablassventilen ausgestattet, die das Ablassen von Wasser aus dem System ermöglichen.

Lufttrockner kondensieren dann und entfernen das nicht aus dem System abgelassene Wasser, indem sie Luft durch einen Kanister mit Trockenmittel drücken. Vor Lufttrocknern wurde bei kaltem Wetter manchmal Alkohol in das Luftsystem injiziert, um zu verhindern, dass Wasser gefriert und die Luftleitungen verstopft. Von dieser Praxis wird jedoch dringend abgeraten. Alkohol zerfrisst Gummikomponenten wie Dichtungen.

Die Anschaffungskosten für Druckluft-Scheibenbremsen sind höher, aber die Lebenszykluskosten und der Wiederverkaufswert können dies auf lange Sicht wettmachen.SilverbackHDLuft in den Behältern muss zu den verschiedenen Komponenten im System geleitet werden, bevor eine Bremswirkung stattfinden kann. Das Steuersystem besteht aus einer Reihe pneumatischer Ventile, die genau das tun – sie leiten und steuern die Luft, während sie durch das System strömt, um sicherzustellen, dass sie dorthin gelangt, wo sie benötigt wird. Diese Ventile befinden sich normalerweise in einer gemeinsamen Gehäuseeinheit am Fahrzeug, der Einfachheit halber werden wir sie hier jedoch einzeln betrachten.

Der Dual-Control-Fußwert ist der Hauptantrieb im System. Es handelt sich tatsächlich um zwei Ventile, die gleichzeitig als Reaktion auf die Eingabe des Fußes des Fahrers auf das Bremspedal arbeiten. Zwei Ventile sind erforderlich, da sich die Luft im System nach dem Verlassen des Vorratsbehälters in zwei separate und geschützte Bremskreise aufteilt, die zwischen dem Primär- und dem Sekundärbehälter aufgeteilt sind. Diese Ersatzluftquelle ermöglicht es dem Fahrer, das Fahrzeug im Falle eines Systemausfalls vollständig zum Stillstand zu bringen.

Wenn der Fahrer auf das Bremspedal tritt, strömt Luft aus dem Primärbehälter durch den Primärteil des Dual-Control-Fußventils, um die Hinterachsbremsen zu betätigen. Gleichzeitig strömt Luft aus dem Sekundärbehälter durch den Sekundärteil des Dual-Control-Fußventils, um die Vorderachsbremsen zu betätigen. Ein Zweiwege-Rückschlagventil erfasst den Luftdruck sowohl im Primär- als auch im Sekundärluftsystem und ermöglicht es dem System mit dem höchsten Druck, die Anhängerbremsen (falls vorhanden) zu betätigen. Primärluft kann dem Anhänger auch manuell über ein Handventil zugeführt werden, das sich normalerweise in der Nähe des Lenkrads des Fahrzeugs befindet. Darüber hinaus betätigt das Zweiwege-Rückschlagventil den Bremslichtschalter des Fahrzeugs und stellt so sicher, dass die Bremsleuchten im Falle eines Stromausfalls aktiviert werden.

Aber es braucht Zeit, um Luft durch ein Bremssystem zu bekommen, um ein Fahrzeug anzuhalten oder zu verlangsamen. An Anhängern und Hinterachsen von Langradschleppern werden Relaisventile eingesetzt, um eine schnellere Reaktionszeit des Systems zu gewährleisten. Diese Relaisventile werden direkt mit Systemdruck versorgt und nutzen die Luft vom Dual-Control-Fußventil als Signal, um den Luftstrom schnell zu den von ihnen bedienten Bremsen zu leiten. Wenn das Fahrzeug mit einem Antiblockiersystem (ABS) ausgestattet ist, werden ABS-Ventile mit Relaisventilen an einem Anhänger kombiniert, um den Antiblockiermechanismus mit modulierter Luft zu versorgen.

Der Förderdruck der Relaisventile wird durch ihre jeweilige Öffnungsdruckeinstellung beeinflusst. Der Öffnungsdruck ist die Menge an Luftdruck, die am Eingang des Fußventils erforderlich ist, bevor das Relaisventil Luftdruck an die von diesem Ventil gesteuerten Bremsen sendet. Der Öffnungsdruck ist ein wichtiges Element des Bremszeitpunkts und der Bremsbalance. Sie wird für jede Achse des Fahrzeugs dadurch bestimmt, wie stark die vom Ventil versorgte Achse belastet ist, wie groß die Bremsen sind und wie aggressiv die Beläge dieser Bremsen sind.

Ein Ventil, das bei einem zu niedrigen Druck für eine bestimmte Achse öffnet, kann dazu führen, dass die Bremsen dieser Achse mit einem niedrigeren Steuerdruck arbeiten, während dies bei den anderen Achsen nicht der Fall ist, und kann zu einem erheblichen Bremsungleichgewicht führen. Ebenso kann ein Ventil, das bei zu hohem Druck reißt, aus den gleichen Gründen zu einem Bremsungleichgewicht führen. Aufgrund von Inkompatibilitäts- und Verschleißproblemen haben OEMs und Komponentenhersteller über den Technology & Maintenance Council, die Society of Automotive Engineers und andere Branchenorganisationen hart daran gearbeitet, die Ventilrisseigenschaften zu standardisieren. (Weitere Informationen finden Sie in der SAE-Empfehlung J1505 für Bremsausgleichsverfahren und in J1860 für empfohlene Komponentenkennzeichnungsverfahren.)

Sobald ein angehaltener Lkw fahrbereit ist, würde der gesamte Rückflug durch das System zu einer spürbaren Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, an dem der Fahrer seinen Fuß vom Bremspedal nimmt, und dem Zeitpunkt, an dem die Bremsen gelöst werden, führen. Um dieses Problem zu bekämpfen, stoßen Schnelllöseventile in der Nähe der von ihnen bedienten Bremsen schnell Luft aus dem System aus und ermöglichen schnelle Bremslösezeiten.

Am Armaturenbrett montierte Luftventile im Fahrerhaus steuern den Luftdruck zu den Feststellbremsen. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um Federdruckbremsen, die durch abfallenden Luftdruck im Bremssystem stufenweise betätigt werden. Wenn umgekehrt Luft durch Drücken des Armaturenbrettsteuerventils (Parksteuerventil) zugeführt wird, werden die Bremsen im Bereich von 60 bis 70 psi vollständig gelöst. Dies bietet eine ausfallsichere Funktion für den Fall, dass die gesamte Luft verloren geht; Das Fahrzeug kann weiterhin geparkt und als Teil eines Notbremssystems verwendet werden.

Das Traktorschutzventil hält den Luftdruck in den Leitungen aufrecht, die Luft zum Anhänger transportieren, wenn einer hinter dem Fahrzeug gezogen wird. „Gladhands“ – Schnellkupplungen am Heck des Traktors – versorgen den Anhänger mit Luft. Im Notfall – sei es ein erhebliches Leck in den Luftleitungen oder ein Abreißen des Anhängers – schließt das Traktorschutzventil automatisch, um den Luftdruck im Traktorkreislauf aufrechtzuerhalten. Das Ventil funktioniert auch in Verbindung mit dem am Armaturenbrett montierten Anhänger-Feststellbremsventil, um die Luftzufuhr zum Anhängerkreislauf abzusperren, bevor der Anhänger vom Traktor abgekoppelt wird.

Das Anhänger-Federbremsventil – manchmal auch Multifunktionsventil genannt – löst die Feststellbremsen des Anhängers und steuert das Aufladen der Anhänger-Betriebsbehälter. Es funktioniert auch mit einem integrierten Rückschlagventil, um einen defekten Behälter zu isolieren, der andernfalls ein automatisches Anziehen der Feststellbremsen ermöglichen würde, unabhängig davon, ob sie benötigt werden oder nicht.

Ein Trommelbremsradende müsste durch eine Druckluftscheibenbremse mit Bremskammer, Nabe und Rotorachse ersetzt werden.SilverbackHDDie oben genannten Systeme existieren und arbeiten zusammen, um die richtige Menge an kontrolliertem Luftdruck bereitzustellen, um die Grundbremsen des Fahrzeugs zu betätigen Betriebsbremsen. Wenn die Bremsen eines mit Druckluftbremsen ausgestatteten Fahrzeugs betätigt werden, wird Luftdruck in die Bremskammern an jedem Radende geleitet. Die Bremskammer selbst besteht aus mehreren miteinander verbundenen Komponenten, darunter einem Druckgehäuse, einer Membran und einer Stößelstange.

Während das System Luftdruck auf die Membran ausübt, fährt die Stößelstange auf der anderen Seite der Membran nach außen. Die Kraft, die diese Stößelstange bei ihrer Auswärtsbewegung ausübt, ergibt sich aus dem angelegten Luftdruck in psi in Kombination mit der Fläche der Membran in Quadratzoll.

Wenn beispielsweise einer Druckkammer mit einer 16-Quadratzoll-Membran ein Luftdruck von 100 psi zugeführt wird, beträgt die an der Stößelstange erzeugte Kraft 1.600 Pfund. Nach der gleichen Formel erzeugt die Anwendung von Luftdruck von 100 psi in einer Kammer mit einer 30-Quadratzoll-Membran eine Stößelkraft von 3.000 Pfund. Natürlich ist es wichtig, sicherzustellen, dass die Bremskammern richtig aufeinander abgestimmt sind, um schwerwiegende Probleme mit dem Bremsungleichgewicht zu vermeiden.

Bei einem S-Nocken-Bremssystem ist die Stößelstange mit einem Hebel verbunden, der Bremseinsteller (auch Gestängesteller genannt) genannt wird. Bei Betätigung durch Luftdruck in der Bremskammer drückt die Stößelstange den Bremseinsteller nach außen. Der Bremseinsteller ist mit einer Welle verbunden, die senkrecht zu der von ihr und der Stößelstange gebildeten Ebene verläuft. Wenn sich die Stößelstange nach außen ausdehnt, bewirkt dies, dass der Bremseinsteller die Welle dreht. Wenn sich die Welle dreht, dreht sie eine S-förmige Nocke, die sich zwischen den Bremsbacken befindet. Durch diese Aktion werden die Bremsbacken auseinandergedrückt und gegen den inneren Teil der Bremstrommel gedrückt, wodurch die erforderliche Reibung entsteht, um das Fahrzeug zu verlangsamen. Die erzeugte Reibung hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere von der Größe der Bremsbacken, dem Reibungskoeffizienten (Aggressivität) des Bremsbelagmaterials sowie der Masse und Wärmeableitung der Trommel.

Bremsbacken – insbesondere ihr Belagmaterial – sind von Natur aus selbstzerstörerisch. Mit anderen Worten: Die Reibung, die durch das Drücken der Bremsbacke gegen die Bremstrommel entsteht, erzeugt Wärme und verschleißt auf natürliche Weise den Bremsbelag, da er das Fahrzeug verlangsamt. Der Bremseinsteller ist mit einem Durchhangnachstellmechanismus ausgestattet, um den ständigen Verschleiß der Bremsbeläge auszugleichen und eine gleichmäßige Bremskraft beim Bremsen zu gewährleisten. Dieses System passt sich, wie der Name schon sagt, automatisch an, wenn der Bremsbelag abgenutzt wird, sodass die Stößelstange nicht immer weiter zurückgelegt werden muss, um Bremsdruck auszuüben. Ohne den Bremseinsteller wäre die Stößelstange bald nicht mehr in der Lage, weit genug nach außen zu reichen, um die Bremsen zu betätigen.

Bremseinsteller haben noch eine weitere wichtige Funktion. Sie sind Kraftvervielfacher – im Wesentlichen Hebel, die die Bremskräfte proportional zu ihrer Länge vervielfachen. Ein 5 1/2 Zoll langer Bremseinsteller wandelt beispielsweise 1.000 Pfund Kraft an der Stößelstange in 5.500 Zoll-Pfund Drehmoment an der Bremsnockenwelle um. Aus diesem Grund sind die Länge des Bremseinstellers und die Größe der Bremskammer die beiden Komponenten, die am häufigsten geändert werden, um den unterschiedlichen Bremsanforderungen des Fahrzeugs gerecht zu werden. Automatische Bremseinsteller (ABA) werden anhand eines „AL-Faktors“ bewertet – dem Produkt aus Kammerfläche (Typ) mal der Länge des ABA.

Das Produkt dieser beiden Werte bezeichnen Ingenieure als „AL-Faktor“ des Bremssystems. Dieser Faktor, multipliziert mit einem Luftdruck von 60 psi, ist der Industriestandard für Bremsberechnungen. Mit dieser Formel erzeugt ein Luftdruck von 60 psi, der auf eine Luftkammer mit einer 16-Quadratzoll-Membran (der „A“-Teil des AL-Faktors) ausgeübt wird, eine Stößelkraft von 960 Pfund. Dies ergibt ein Drehmoment von 3.840 Pfund-Fuß, das auf die Bremsnockenwelle ausgeübt wird, wenn es mit einem 4-Zoll-Bremseinsteller multipliziert wird.

Bremszylinder dienen nicht nur der einfachen Betätigung der Betriebsbremsen im Alltagsverkehr. An den hinteren Traktorachsen und Anhängerachsen betätigen sie zusätzlich die Feststellbremsen. Diese Federspeicherbremsen verwenden eine zweite Kammer mit einer zweiten Membran und einer starken Feder. Ein Fahrer muss die am Armaturenbrett montierten Feststellbremsventile eindrücken, um ein Fahrzeug in den normalen Betrieb zu versetzen. Sobald sich diese Ventile in der „Betriebs“-Position (eingedrückt) befinden, wird Luftdruck auf die Federkammer auf der der Feder gegenüberliegenden Seite der Membran ausgeübt. Der Luftdruck auf die Membran drückt die Feder zusammen und hält die Feststellbremsen an, solange ausreichend Luftdruck im System vorhanden ist. Die Wirkung der Betriebsbremsen im normalen Fahrzeugbetrieb wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Wenn das Fahrzeug geparkt ist, zieht der Fahrer die Armaturenbrettventile heraus. Durch diesen Vorgang wird die Luft entlüftet, die die Federspeicherbremsen zurückhält, sodass sie sich entfalten und das Fahrzeug an Ort und Stelle halten können. FMVSS 121 definiert in der Regel Mindestanforderungen für das Parken von beladenen Fahrzeugen.

Aus Sicherheitsgründen sind die Federspeicherbremsen so konzipiert, dass sie bei einem Luftdruckverlust im Bremssystem automatisch eingreifen. Wenn der Luftdruck aus irgendeinem Grund verloren geht, überwindet die Feststellfederbremse den Halteluftdruck in der sekundären Bremskammer und die Bremsen werden automatisch betätigt, um Notbremskraft bereitzustellen.