17 August 2021
Die Idee ist einfach, aber genial: Die beim Bremsen entstehende kinetische Energie wird aufgefangen und für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt. Elektrifiziertes Bremsen, bekannt als regeneratives Bremsen, tut genau das. Es speichert die verschwendete Bremsenergie und nutzt sie für den Antrieb des Fahrzeugs. In diesem Blog werfen wir einen genaueren Blick auf die Funktionsweise dieses effizienten Systems.
Das Standard-Bremssystem verwendet eine Reibungsbremse. Wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt, drückt Hydraulikflüssigkeit die Bremsbeläge gegen die die Bremsscheibe, und die dadurch verursachte Reibung verlangsamt das Fahrzeug. Bei diesem Vorgang entsteht Wärme - und das ist verschwendete Energie.
Bei einem modernen Benzin- oder Dieselmotor wird eine regenerative Bremse zum Aufladen der Fahrzeugbatterie verwendet. Dadurch können kleinere Effizienzsteigerungen erzielt werden, da die Energie zum Laden der Fahrzeugbatterie nicht vom Verbrennungsmotor über die Lichtmaschine erfolgen muss. Mit der gewonnenen Energie können dann Verbraucher wie Klimaanlage, Ölpumpe, Wasserpumpe und co. angetrieben werden. Bei Elektroautos oder Hybridelektrofahrzeugen spielt das regenerative Bremssystem jedoch eine größere Rolle bei der Aufladung der Traktionsbatterie.
Der Elektromotor in einem Elektro-/Hybridfahrzeug ändert seine Wirkrichtung, je nachdem, ob der Fahrer Gas gibt oder bremst. Wenn der Fuß vom Gas- auf das Bremspedal wechselt, ändert der Motor seine Wirkrichtung und speist die Bremsenergie in die Batterie ein, indem er als Generator fungiert.
Die verschiedenen Automarken verfügen über unterschiedlich starke regenerative Bremsen, die bei einigen Systemen vom Fahrer eingestellt werden können (Tesla hat diese Funktion inzwischen abgeschafft). Alle Modelle verfügen nach wie vor über hydraulische Bremsen, die neben dem elektrischen Bremssystem arbeiten. In manchen Situationen hat die hydraulische Bremse Vorrang vor der regenerativen Bremse, zum Beispiel bei einer Gefahrenbremsung.
Es gibt ein großes Potenzial für die Energiespeicherung beim Bremsen. Bremsenhersteller Brembo behauptet, dass ein Formel-1-Auto Temperaturen von bis zu 1000 °C erzeugen kann (das ist ein ziemlich extremes Fahrbeispiel, und die meisten von uns werden hoffentlich nie solche Bremskräfte erleben, aber es zeigt deutlich, wie viel Energie beim Bremsen frei wird).
Die beim Abbremsen aufgefangene Energie wird gespeichert, und Hybrid-Elektrofahrzeuge nutzen diese Energie, um ihre Batterien während der Fahrt aufzuladen. Ein rein elektrisches Fahrzeug muss immer noch zusätzlich geladen werden, um die richtige Energiemenge zu erhalten. Das regenerative Bremssystem trägt dazu bei, die Batterie zusätzlich aufzuladen.
Natürlich hat der Fahrstil einen erheblichen Einfluss auf die Energierückgewinnung, genauso wie auf den Kraftstoffverbrauch eines Autos mit Verbrennungsmotor. Wenn nur wenig gebremst wird, wenn der Fahrer eine konstante Geschwindigkeit beibehält oder mit niedriger Geschwindigkeit fährt, wird weniger Bremskraft erzeugt, die gespeichert werden kann.
Fahrer, die neu mit Elektrofahrzeugen unterwegs sind, müssen ihren Fahrstil anpassen und bewusster mit dem Bremsen umgehen. Frühes Bremsen mit langsamem Aufbau der Bremskraft ist für die Energieeffizienz besser als ein scharfer Tritt auf das Bremspedal in letzter Minute (bei dem die Hydraulikbremse wahrscheinlich ohnehin einspringt). Beim Umstieg auf ein elektrisches Fahrzeug geht es nicht nur um Kraftstoffeinsparung und Emissionsreduzierung, sondern auch darum, wie das Auto seine eigene Energie erzeugen kann.
Es gibt noch eine weitere Auswirkung des regenerativen Bremsens auf Elektrofahrzeuge, nämlich die Rückkehr zu Trommelbremssystemen. Es gab einen Trend hin zu Scheibenbremsen, aber bei Elektrofahrzeugen werden die Bremssysteme viel weniger benutzt (wegen der Rückgewinnung der Bremsenergie) und die Reibungsbremsen werden nur in Notfällen oder ganz am Ende des Bremszyklus benutzt. Viele Elektrofahrzeuge werden vorne mit Scheibenbremsen und hinten mit Trommelbremsen ausgestattet. Das generative Bremsen führt auch zu einem Rostproblem bei den Scheiben, da sie nicht mehr so häufig benutzt werden, so dass Trommelbremssysteme eine geeignetere Lösung darstellen, da weniger Bremskomponenten freigelegt werden. Dies hat den großen Vorteil, dass sie weniger Wartung benötigen und eine Möglichkeit bieten, zusätzlich etwas Geld zu sparen.
Regeneratives Bremsen wird nicht nur in Fahrzeugen eingesetzt. Elektrische Züge speisen zurückgewonnene Energie in Oberleitungen ein und der ReGen-Aufzug von Otis nutzt Energieeffizienztechnologien, um Strom in das Gebäude zurückzuspeisen.
Die Automobilindustrie steht vor der Herausforderung, die Effizienz von regenerativen Bremssystemen in einer Reihe von Fahrzeugen zu maximieren. Ein großes, leistungsstarkes Fahrzeug erzeugt natürlich mehr kinetische Energie und ist daher besser in der Lage, seine eigene Batterie aufzuladen; wir wollen jedoch nicht alle mit riesigen und schweren Fahrzeugen durch unsere Städte fahren. Jedes elektrifizierte Bremssystem trägt dazu bei, uns gemeinsam einer energieeffizienteren Zukunft näher zu bringen: Wir sind gespannt, was die nächste Generation der Bremsen bringt.
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