Keil-Bremse

Keilbremse soll Bremsentechnik revolutionieren

Der Keil, eines der ältesten Werkzeuge der Menschheit, soll als Hightech-Modul künftig Autos bremsen. Schon in der Frühzeit des Wagenbaus hat sich das Keilprinzip als Fahrzeugbremse bewährt: Wollten Kutscher ihren Wagen stoppen, rammten sie einen Keil zwischen Radkasten und Rad – bis es letztlich blockierte. „Wir werden die Bremsenlandschaft mit einem elektronischen Keilsystem revolutionieren“, verspricht Bernd Gombert, Erfinder der Keilbremse und Chef des Unternehmens eStop, das die Superbremse entwickelt. Seine eBrake ist eine „elektronische Bremse“ mit Selbstverstärkung, die ohne hydraulische Bremsleitungen auskommt.

Bis zur Serienreife elektronischer Bremssysteme ist es aber noch ein weiter Weg: Solche Bremssysteme sind nicht neu und ihre Zuverlässigkeit noch nicht gewährleistet. „Selbst mit einem leistungsfähigen Bordnetz und sicheren Steuerstrukturen ist die Entwicklung keine Revolution, sondern eher eine Evolution“, meint Bernhard Schmittner, bei Continental Teves für Zukunftsentwicklungen verantwortlich.

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Elektro-mechanische Bremse mit Zukunft?

Elektro-mechanische Bremse von Conti

So hat schon DaimlerChrysler im viel gerühmten Technologieträger „E-Klasse“ eine elektrohydraulische Bremse (EHB) als „revolutionären Durchbruch“ präsentiert. Unter der Bezeichnung SBC (Sensotronic-Brake-Control) wurde sie halbelektronisch geregelt, konnte im Störungsfall auf einen hydraulischen Kreis zu greifen. Mittlerweile hat sie sich zum Flop entwickelt: Weltweit mussten etwa 680.000 Fahrzeuge in die Werkstätten – wegen möglicher Elektronik-Probleme am Bremsen-Steuergerät.

Auch eine elektro-mechanische Bremse (EMB) blieb bisher auf der Strecke. Für den Notfall hat eine EMB keine hydraulische Rückfallebene, sondern zwei elektronische Regelsysteme, die ein äußerst leistungsfähiges Bordnetz erfordern. Bremsenentwickler Schmittner geht davon aus, „dass dafür ein sicheres 42-Volt-Bordnetz nicht kurzfristig verfügbar ist“. So findet eine by-wire -Steuerung bisher auch nur als elektrische Parkbremse (EPB) Anwendung, zum Beispiel im Audi A6. Dort löst sie die herkömmliche Handbremse ab, die per Seilzug auf die Hinterräder wirkt.

Die Zukunft gehört nach Ansicht der Experten von Continental Teves einem Hybridsystem, das die Vorteile der EMB mit der bekannten Hydraulik kombiniert. Hybridbremsen-Projektleiter Bernhard Schmittner rechnet aber „frühestens in der nächsten Fahrzeuggeneration“ damit, was Modelljahr 2012 bedeutet. An der Vorderachse regelt dann ein herkömmliches Hydraulik-Bremssystem, an der Hinterachse ein vollelektronisches mit integrierter Parkbremse. Es ist sogar mit dem derzeitigen 12-Volt-Bordnetz machbar. Mehr Spannung soll auch die Keilbremse nicht benötigen.

Keilbremse als Impulsgeber für Brake-by-wire-Systeme?

Doch weitere Details der Keilbremse bleiben geheim, erste Fahrzeuge mit eBrake wurden aber schon auf Teststrecken gesichtet. So viel ist aber bekannt. An Stelle des herkömmlichen Bremszylinders sitzt ein keilförmiger Bremsbelag, der beim Abbremsen von einem Elektromotor in den Winkel zwischen Sattel und Bremsscheibe gedrückt wird. Ab einem fest definierten Punkt zieht die Kraft der rotierenden Bremsscheibe den Keil in den Spalt. Damit er nicht wie zur Kutschenzeit – blockiert, hält ihn eine komplizierte Steuer- und Regelelektronik im Gleichgewicht. Solche Systeme mit so genannter Bremsenselbstverstärkung erfordern noch erheblichen Entwicklungsaufwand.

Elektronische Bremssysteme liegen derzeit in anderen Unternehmen häufig auf Eis. So verzichtet DaimlerChrysler in der nächsten Generation der E-Klasse auf die einstige Wunderbremse SBC und auch Bosch, Marktführer bei Bremssystemen, fährt die Weiterentwicklung elektronischer Bremsen auf Sparflamme.

Man führe mit eStop Gespräche, heißt es offiziell bei Bosch, nach Insiderinformationen haben die Stuttgarter sogar eine Lizenz an der Keilbremse erworben. Konkurrent Siemens VDO, bisher eher in Entwicklungsgebieten außerhalb des Bremsenbereiches tätig, wittert gar das ganz große Geschäft: Man hat Anfang des Jahres eStop komplett übernommen und die Zahl der Entwicklungs-Ingenieure verdoppelt. 2009 wollen sie voll funktionsfähige Keilbremse realisiert haben.

Elektronische Bremse

Mit der einstigen Kutschenbremse haben elektronische Bremsen, wie die eBrake, aber nichts mehr gemeinsam. Im Gegenteil: Ein hoch kompliziertes Zusammenspiel von Mechanik, Elektronik und Steuertechnik (Mechatronik) eröffnet den Entwicklungsingenieuren völlig neue Wege, spart Bauraum und Materialien. So fehlt der elektronischen Bremse die Bremsflüssigkeit und damit die entsprechenden hydraulischen Leitungen, um darüber den Druck zum Bremsen aufzubauen. Die übliche Schwimmsatteltechnik bleibt aber erhalten, denn an jedem Rad sitzt ein Aktuator, der „by wire“ gesteuert wird: Tritt der Fahrer aufs Bremspedal, löst er „über ein Kabel“ einen elektrischen Impuls aus, der letztlich über einen Elektromotor am Rad die Beläge an der Bremsscheibe zuspannt.

eBrake-Prinzip

Die konventionelle Bremsen-Philosophie geht davon aus, dass die erforderliche Spannkraft um die Bremsbeläge anzulegen, rechtwinklig aufgebracht wird. Neue Ansätze versuchen Steuerungen durch elektrohydraulische oder rein elektromechanische Lösungen zu ersetzen. Hieraus entsteht ein hoher Energiebedarf. Demgegenüber nutzt die eBrake-Lösung die kinetische Fahrzeugenergie um den elektrischen Aktuator zu entlasten. Aus der mechanischen Selbstverstärkung resultiert eine Hilfskraft mit deren Unterstützung die erforderliche Spannkraft aufgebaut wird.

Leistungsbedarf zum Bremsen

Beim Bremsen wird die kinetische Energie, abhängig vom Gewicht und der Höchstgeschwindigkeit, durch Reibung in Wärmeenergie umgewandelt. 90 Prozent dieser Wärmeenergie muss die Bremsscheibe aufnehmen, 10 Prozent der Bremsbelag. Um 1970 einen BMW 2002 ti mit einem Gewicht von 1,3 Tonnen aus 185 km/h abzubremsen, waren 295 Kilowatt erforderlich – zum Umwandeln der kinetischen Energie in Wärme. Um einen aktuellen BMW mit knapp zwei Tonnen aus 250 km/h zu stoppen, muss die kinetische Energie mit 670 Kilowatt Bremsleistung umgewandelt werden.

Das herkömmliche 12-Volt-Bordnetz stößt bei der EMB an seine Grenzen: Techniker des Bremsenherstellers TRW haben ausgerechnet, dass man pro Rad rund drei Kilowatt Leistung benötigt, um ein Fahrzeug von Tempo 100 bis zum Stillstand abzubremsen.