Keilbremse xysoll Bremssysteme 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.  

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.

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. Dient die Keilbremse möglicher­weise als Impuls­geber für Brake­­-by-wire-Systeme?

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.

Kurz und Knapp

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.

Leistungsbedarf zum Bremsen

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.

Hochleistungsbremse

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.

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.

Porsche-Bremse erreicht Spitzen-Verzögerung

Porsche hat den Ruf, die besten Bremsen der Welt zu haben. Im neuen 911er-Allrad legten die Weissacher Entwickler noch eins drauf. Erkennt das Regelsystem beispielsweise, dass der Fahrer den Fuß “sehr schnell” vom Gaspedal nimmt, vermutet die Steuerung eine Notbremsung. Dann baut die Hydraulikpumpe Druck auf und legt die Bremsbeläge vorausschauend auf die Bremsscheibe, das so genannte Lüftspiel wird vermieden. Damit soll sich der Anhalteweg aus Tempo 100 um mindestens 35 Zentimeter verkürzen.. Will der Fahrer schnell bremsen, tritt aber zu zögerlich auf die Bremse, gleicht die Hydraulik­pumpe in einem weiteren Schritt zusätzlich den fehlenden Druck aus. Damit erreicht man schnell den ABS-Regelbereich. Gemeinsam mit einer optimalen Reifenwahl und geringen Räder-Trägheitsmomenten lässt sich der Bremsweg aus 100 km/h nach Ansicht  der Porsche-Ingenieure um rund zwei Meter reduzieren. In der Praxis bedeutet dies: ein “optimierter” Wagen steht schon, während ein “normaler” noch mit 24 km/h auf ein Hindernis fährt.