Hydraulische Bremssysteme für die Mobilität der Zukunft – Radbremsen werden nachhaltiger

Wie auch immer die Architektur des Bremssystems der Zukunft aussehen wird – jedes Auto wird weiterhin Radbremsen benötigen. Die Notwendigkeit des Abbremsens, der Notbremsung, der Stabilisierung, des Stillstandsmanagements und des ausfallsicheren Betriebs machen Radbremsen unverzichtbar. Darüber hinaus müssen die Bremsen aber auch zu geringeren CO₂- und Staubemissionen beitragen. Die Elektrifizierung wird auch eine Wiederbelebung der Trommelbremse mit sich bringen. Bremssättel hingegen werden auch für die spezifischen Randbedingungen der Elektrifizierung und für bestimmte Fahrzeugtypen optimiert. Die Brems-Hardware ist ebenso in Bewegung wie Software und Architektur.

Die Bremssystemarchitektur verändert sich

Automatisiertes Fahren (AD) und Elektrifizierung stellen die Bremsen vor neue Herausforderungen – ebenso wie die Notwendigkeit von mehr Nachhaltigkeit und geringeren Reibungsverlusten durch Restwiderstand. Hydraulik kann langfristig optional werden – je nach Strategie der einzelnen Fahrzeughersteller. Zudem bietet die elektromechanische Bremsbetätigung mehr Freiheit bei der Definition der Fahrzeugarchitektur. Beide Grundtypen der Radbremse, die Scheibenbremse und die Trommelbremse, bieten Potenzial für künftige Anforderungen. Ganz gleich, ob mit hydraulischer oder elektromechanischer Betätigung. Continental entwickelt Radbremslösungen für neue Fahrzeugarchitekturen und neue Umweltanforderungen an Bremsen.

Die Notwendigkeit des Abbremsens, der Notbremsung, der Stabilisierung, des Stillstandsmanagements und des ausfallsicheren Betriebs machen Radbremsen unverzichtbar

Elektromechanische Betätigung

Radbremsen, die von Elektromotoren betätigt werden, erleichtern die Verbesserung. So bieten sie an der Hinterachse eine ideale Lösung für regeneratives Bremsen, unabhängig von Bremspedalgefühl und hydraulischer Druckmodulation. Continental entwickelt elektromechanische Betätigungen sowohl für Bremssättel als auch Trommelbremsen: den e-Bremssattel und die e-Trommel. Die Intelligenz zur Steuerung des elektrischen Betätigungsmotors kann in die Radbremse integriert werden Sie Teil des kommenden Trends zur Desintegration und Verteilung des Bremssystems.

Der „Green Caliper“ ist ein FA-Bremssattel mit fortschrittlichen Funktionen zur Verbesserung des Restwiderstands (ARE-Rückzugselement) und der Möglichkeit, Gleitschienen mit einer speziellen Oberflächenbehandlung für geringe Reibung zu verwenden. Die Belagfläche ist unter Berücksichtigung der Rekuperation reduziert, und das Gewicht des Bremssattels ist optimiert. Eine weitere Gewichtsoptimierung ist durch Reduzierung der Belagstärke für BEV möglich.

Grünes Bremsen und Nachhaltigkeit – Bremssättel

Staub, der durch Bremsen entsteht (Scheiben-/Trommel- und Bremsbelag sowie Bremsbackenabrieb), ist eine weitere Herausforderung für die Automobilindustrie. In Zukunft sollen die Feinstaubemissionen dieser Art von Staub reduziert werden, um die Gesamtpartikelemissionen des Fahrzeugs zu senken. Bei Bremssätteln ist einer der aktuellen Ansätze das Auftragen einer Hartbeschichtung auf die Bremsscheibe, was den Abrieb reduziert. Diese Lösung ist jedoch kostenintensiv, da die Beschichtung teuer ist. Dennoch sind Bremssättel eine attraktive Wahl, insbesondere an der Vorderachse und für Fahrzeuge mit einer größeren Masse. Da Scheiben mit Bremssätteln aufgrund ihrer offenen Bauweise die Wärme sehr gut ableiten, eignen sie sich perfekt, um eine sehr hohe Bremskraft zu liefern und ein Fahrzeug mit viel kinetischer Energie abzubremsen. Dies spiegelt sich in der Kompetenz von Continental wider, Bremssättel für hartbeschichtete Scheiben zu entwickeln, die die Partikelemissionen dieses Bremstyps reduzieren. Um auch die Restreibung der Bremsbacken zu verringern, die nach dem Bremsvorgang in Kontakt mit der Scheibe bleiben, ist ein Bremssatteldesign mit einem größeren Luftspalt zwischen Scheibe und Belag sowie eine Lösung zum aktiven Zurückziehen der Bremsbeläge erhältlich.

Downsizing ist ein weiterer Innovationsweg, den Continental mit Bremssätteln verfolgt. Das Potenzial für weiteres Downsizing ergibt sich aus der Elektrifizierung: In einem Elektrofahrzeug, das mit einem Brake-by-wire-System wie der MK C1 oder der zukünftigen MK C2 ausgestattet ist, können bis zu 80 % aller Bremsereignisse bei normalem Fahrbetrieb mit regenerativem Bremsen abgedeckt werden. Unter der Annahme, dass Bremsaktionen konsequent mit regenerativem Bremsen gestartet werden, kann dieser Prozentsatz auf bis zu 95 % steigen. Mit anderen Worten, in einem Elektrofahrzeug mit einer optimierten Regenerativbremsstrategie werden die Radbremsen kaum zur Abbremsung eingesetzt. Diese Änderung kann genutzt werden, um die Bremssättel zu verkleinern, was (radgefederte Masse) spart und zur Fahrzeugeffizienz beiträgt. Da der seltene Einsatz eines Bremssattels durch Korrosion der Bremsscheiben und weniger aggressive Bremsbelagsoberflächen zu Problemen führen kann, arbeitet Continental auch an Lösungen, um einen Bremssattel trotz längerer Stillstandszeiten voll einsatzfähig zu halten.

Grünes Bremsen und Nachhaltigkeit – Trommelbremsen

Sobald die Radbremse nicht mehr das Herzstück der Abbremsung ist, wird sie zu einem Ausweichsystem, das nur in Ausnahmesituationen benötigt wird. Dabei können Trommelbremsen eine ihrer besonderen Stärken ausspielen: Da die Trommelbremse ein System ist, das vollständig von einem Gehäuse eingekapselt ist, sind die Mechanik und die Bremsflächen im Inneren gut vor Korrosionseinflüssen wie Regen und Salz geschützt. Außerdem werden die Bremsbacken durch die Kraft einer Feder von der Trommeloberfläche eingefedert, sodass ein Restwiderstand bei der Trommelbremse kein Thema ist.

Drum Brake as innovation

Doch die Trommelbremse hat noch einen weiteren Trumpf zu bieten: Sie verursacht kaum Partikelemissionen. Dank der geschlossenen Bauweise sammelt sich Bremsstaub innerhalb der Bremse an und kann in einem Behälter am Boden der Bremstrommel gesammelt werden. Während des Bremsenwartung wird dieser Behälter durch Saugreinigung entleert. Diese Bremsstaubreduzierung ist mit einem Bremssattel nur schwer zu erreichen. Mit der EPB-Si fertigt und liefert Continental eine patentierte Trommelbremslösung, die besonders gut zu Nachhaltigkeit und grünem Bremsen passt. Sie eliminiert Korrosion, reduziert Bremsstaub – und auch die elektrische Parkbremsfunktion ist in das patentierte Design integriert. Deshalb ist sie im VW ID.3 an der Hinterachse verbaut. In Anbetracht dieser Mischung von Systemeigenschaften ist die Trommelbremse zumindest für die Hinterachse von Elektrofahrzeugen eine attraktive Wahl. Je nach Fahrzeugsegment ist sie auch für die Vorderachse von Fahrzeugen mit geringerer Masse eine attraktive Option.

Die e-DS und e-Si sind elektromechanisch betätigte Bremsen, die die Funktion der Feststell- und Betriebsbremse ohne Bremsflüssigkeit erfüllen. Die e-DS basiert auf dem Duo-Servo-Prinzip der Trommelbremse und bietet ein hohes Bremsmoment für Hinterachsanwendungen oder leichte Vorderachsanwendungen.

Der e-Si basiert auf dem Simplex-Prinzip, das ein einfaches Packaging und ein ausreichendes Bremsmoment für Standard-Hinterachsanwendungen bietet.

Trockene Trommelbremsen

Da die Elektrifizierung von Fahrzeugen rasant voranschreitet, kann der mechanische Teil der Bremsbetätigung – die Hydraulik – durch eine elektrische Ansteuerung ersetzt werden. Die ersten Lösungen für das trockene Bremsen werden wahrscheinlich auf der Hinterachse installiert – wo die Trommelbremse von Natur aus zu Hause ist. Tatsächlich ist die Trommelbremse für diesen Ansatz gut geeignet, weil sie einen Konstruktionsvorteil für die Elektrifizierung bietet: Trommelbremsen benötigen aufgrund ihres Funktionsprinzips weniger Betätigungsleistung, was zu kleinen und leichten Motorgetrieben im Inneren der Bremse führt. (Die Rotation der Trommel bewirkt einen Selbstverstärkungseffekt, indem die beiden Beläge gegen die Trommel gepresst werden.) Trommelbremsen mit elektromechanischer Betätigung eignen sich daher besonders gut für eine effiziente Elektromobilität. Continental widmet sich dieser Anforderung mit der Entwicklung des leichten e-DS, einer Trockentrommelbremse ohne Hydraulik.

Bei dieser völlig neuartigen Duo-Servo-Bremse messen Sensoren das effektive Bremsmoment. Die hohe Regelleistung des Systems sorgt dafür, dass genau die gewünschte Kraft vom kompakten elektrischen Steller und dem Getriebe innerhalb der Trockentrommelbremsen ausgeübt wird. Die Bremskraft ist somit an beiden Rädern perfekt ausbalanciert. Die Elektrifizierung kann also durchaus zu einem Comeback der Trommelbremse führen und dürfte auch den nächsten Schritt zum Trockenbremsen auslösen.

Fazit

Bei Innovationen für die zukünftigen Anforderungen an Nachhaltigkeit und grünes Bremsen bieten sowohl Scheiben-/Sattel- als auch Trommelbremsen spezifisches Potenzial für zukünftige Bremssysteme. Je nach Fahrzeugklasse und Strategie des Automobilherstellers werden beide Arten von Radbremsen benötigt. Aus diesem Grund treibt Continental beide proaktiv voran, um für jeden Fahrzeugtyp den besten Kompromiss zwischen Bremsleistung, Kosten, Nachhaltigkeit, Effizienz und Partikelreduzierung zu bieten. Die Innovation der Radbremsen ist ein unverzichtbarer Bestandteil jedes zukünftigen Bremssystems.