Entwicklung -Bremsen wir in Zukunft elektrisch?

Bei bisher bekannten Bremsen wird die Bremskraft mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch erzeugt. Eine elektromechanische Bremse (EMB) hingegen benötigt keine Hydraulik und auch keine Pneumatik.

Die Bremskraft wird direkt an den Rädern erzeugt. Bei diesem System gibt es keine Bremsleitungen und -schläuche, die rosten oder spröde werden könnten. Sie sind durch elektrische Kabel ersetzt. Weiterhin muss keine Bremsflüssigkeit getauscht und entsorgt werden.

Das EMB-Modul besteht nur aus einem kleinen Elektromotor und einem Getriebemechanismus, der die Beläge an die Scheibe andrückt. Der Motor treibt eine Kurvenscheibe an. Diese sorgt dafür, dass sich die Bremsbeläge am Anfang, wenn die Kraft noch gering ist, sehr schnell bewegen und dann am Schluss eine hohe Kraft entsteht. Aus dieser nicht-linearen Übersetzung resultiert eine enorm hohe Betätigungsgeschwindigkeit und Bremskraft. Neben der Mechanik ist die Steuerungselektronik ein zentrales Element. Durch exakte Berechnung der Bremsenparameter wird zu jedem Zeitpunkt für die gewünschte Bremswirkung die erforderliche Position des Elektromotors bestimmt. Die Steuerung erfolgt ohne den Umweg über Ventile, wie es bei druckgesteuerten Systemen der Fall ist. Laut GreenBrakes wirkt sich diese vereinfachte Steuerung auch positiv auf ABS-, EPS- und andere Fahrassistenzsysteme aus. Jedes Rad kann am Punkt der optimalen Radhaftung bremsen. In Summe führt das zu einem deutlich kürzeren Anhalteweg.

Wird nicht gebremst, hebt der Elektromotor die Beläge aktiv von der Bremsscheibe ab. Darin liegt ein bisher ungeahntes Einsparungspotenzial. Denn bei GreenBrakes gibt es kein Restschleifen! Dadurch reduziert sich einerseits die Bildung von Feinstaub und andererseits der Treibstoffverbrauch. Experten behaupten, dass sich durch den Wegfall dieser Restschleifmomente die Batteriereichweite bei Elektrofahrzeugen um bis zu 20 % erhöhen lässt. Zudem schöpfen die genau steuerbaren GreenBrakes das Batterieladepotenzial durch maximales regeneratives Bremsen optimal aus.

Das Herz und Hirn dieser EMB ist der Oststeirer Michael Putz. Nach rund zehn Jahren Entwicklungszeit steht er mit seinem Team vor der Serienreife. Dazu hat der Unternehmer gemeinsam mit Marcel Alper im September 2018 die Firma GreenBrakes mit Sitz in Hartberg gegründet. Dort werden die Prototypen entwickelt und getestet. Bei CAD, Fertigung von Prototypen, Planung und Herstellung von Elektronik nimmt sich Putz Spezialisten zur Hilfe.

Die Unternehmer entwickeln auf Grundlage ihrer Patente verschiedene Prototypen. Gebaut sollen diese aber von Partnerbetrieben werden. Der Fokus der Unternehmer liegt neben dem Automobil- und Nutzfahrzeugbereich auch auf landwirtschaftlichen Fahrzeugen, Maschinen und Anhängern. Besonders interessant könnte dieses neue Bremssystem für elektrifizierte Fahrzeuge, wie z.B. Hof-, Teleskop-, Radlader oder Stapler, am Hof und im Stall sein.

Ein kanadischer Bremsenhersteller hat ein erstes Funktionsmodell von GreenBrakes abgenommen und die Überleitung in die Serienproduktion gestartet. Schon 2020 will dieser einen amerikanischen Achsenhersteller mit der ersten Kleinserie beliefern. Diese erste serienreife Bremse ist für Anhängergewichte bis über zwölf Tonnen geeignet. Dasselbe Modell könnte man laut Michael Putz auch als Vorderradbremse in einem SUV-Pkw einbauen. Die Markteinführung soll über die Anhängerhersteller starten, da die Zulassungen rascher erfolgen als für den Pkw-Bereich. Die GreenBrakes-EMB ist grundsätzlich so konzipiert, dass man damit die heute bei Pkw weit verbreiteten elektrischen Parkbremsen ersetzen könnte.

Dadurch, dass bei diesem Bremssystem viele Komponenten wegfallen, kann es einfacher und schneller montiert werden. Außerdem verringert sich der Serviceaufwand. Die Fahrzeugbauer schätzen vor allem den sehr geringen Platzbedarf. Die Vorteile der EMB gegenüber druckgesteuerten Bremsen sind unter Experten längst bekannt. Forscher der Fahrzeugindustrie sehen in der EMB-Technologie von allen derzeitigen Fahrzeugtrends das größte Potenzial.

Im Wesentlichen ist diese EMB auch mit allen bisher bekannten Funktionen von druckgesteuerten Bremsen wie z.B. ABS (Antiblockiersystem), ASR (Antischlupfregelung), ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) oder EBV (Elektronische Bremskraftverteilung) kompatibel.

Die EMB hat auch bei der Erfüllung neuer Sicherheitsstandards für landwirtschaftliche Fahrzeuge laut EU-Verordnung 2015/68 einige Vorteile:

• einfache Anbindung an die Signale der Zugmaschine,

• gute Nachrüstbarkeit von Anhängern,

• Stabilitätskontrolle schwerer Gespanne (Schlingerkontrolle und Streckbremse),

• leicht und schnell an Kundenbedürfnisse anpassbar.

Darüber hinaus bietet sie ein großes Potenzial für weitere Zusatzfunktionen. Kosten wird dieses System trotz der Einfachheit ähnlich viel wie die bisherigen Systeme. Schuld daran ist der hohe Entwicklungsaufwand. Bei den Gesamtbetriebskosten sind jedoch deutliche Einsparungen zu erwarten.

Können elektrische Bremssysteme die bewährten Hydraulik- und Druckluftsysteme in Zukunft ersetzen? Pionier Michael Putz, Technischer Leiter der GreenBrakes GmbH im Interview

Um wie viel schneller reagiert Ihre Bremse im Vergleich zu einer konventionellen?

Michael Putz: Mit unserer elektromechanischen Bremse (EMB) können wir die Reaktionszeit am Rad mindestens um die Hälfte reduzieren. Bei heutigen Pkws erreicht man etwa 220 Millisekunden am Rad. Man kann das System auch so auslegen, dass man unter 100 Millisekunden kommt. 50–70 Millisekunden haben wir schon demonstriert.

Wie sicher ist Ihre EMB?

Sicherer als jede andere Bremse! Es gibt viel weniger Teile, die Probleme bereiten könnten. Meistens werden bei einem Fahrzeug oder Anhänger vier Räder gebremst. Wenn bei unserem System eine Einheit ausfällt, bremsen noch immer drei Räder. Fällt bei einem druckgesteuerten Bremssystem die Hydraulik oder Pneumatik aus, sind davon alle vier Räder betroffen bzw. kann nur mehr ein Bremskreis verwendet werden. Das Fahrzeug lässt sich mit der vom Gesetzgeber vorgesehenen Hilfsbremse oder einer Federspeicherbremse, die über Federkraft schlagartig geschlossen wird, zum Stillstand bringen.

In der Landwirtschaft gibt es wenig Erfahrung mit Teilscheibenbremsen. Wie wollen Sie da Fuß fassen?

Wir werden nicht im ersten Schritt die funktionierenden, bewährten Bremsen ablösen. Wer einen Traktor mit Druckluft fährt, für den macht es auch Sinn, einen Anhänger mit Druckluftbremse anzuschaffen. Das sind nicht unsere typischen Anwendungsbeispiele. Dort, wo sich druckgesteuerte Systeme schwertun, da wollen wir starten. Bei gezogenen Geräten oder Fahrzeugen, wo eine deutlich aufwändigere Druckluftanlage schwer unterzubringen ist oder die Nachrüstung ein erheblicher Kostenfaktor ist. Oder wo inkompatible Systeme – Druckluft und Hydraulik – zusammenkommen.

Viele landwirtschaftliche Fahrzeuge sind oft nur in einem begrenzten Zeitraum im Einsatz. Sind lange Standzeiten für die EMB ein Problem?

Nein, es ist sogar deutlich geringer als bei herkömmlichen Bremsen. Durch das aktive Abheben der Beläge kann die Scheibe immer im vollen Umfang vollkommen abtrocknen. Es wird also keine Feuchtigkeit gespeichert und es gibt keine sichtbaren „eingestempelten“ Bremsbelege. Auch Trommelbremsen können rosten.

Wie ist die EMB zu warten und zu reparieren?

Mit viel geringerem Zeitaufwand und Kosten: Es gibt keine Bremsflüssigkeit und keine notwendige Überprüfung der Drucksysteme. Bremsbelege sind natürlich weiterhin zu tauschen. Aber weniger oft, da sie aktiv abheben und daher weniger verschleißen. Die Lebensdauer der Bremsbeläge verlängert sich um 5–10 %.

Benötigt man für diese elektrische Bremse ein spezielles Fachwissen?

„Jein“! Ob ein EMB-Modul funktioniert oder nicht, lässt sich sehr einfach und schnell diagnostizieren: Man tauscht einfach das vermeintlich defekte Modul mit einem anderen Radmodul oder einem Ersatzteil-Modul. Auch bei bisherigen Bremssystemen gibt es Komponenten, die gekapselt sind und die nur der Fachmann reparieren kann und darf. Ein hydraulischer Ventilblock einer Pkw-Bremse wird z.B. nur als komplettes Teil ausgetauscht. Bei der EMB ist ein Komponententausch einfacher und preisgünstiger. Natürlich kann man auch Diagnosesysteme verwenden.

In der Landwirtschaft haben wir es häufig mit sich ändernden Lastenzuständen zu tun. Zudem sind die Fahrzeuge oft in steilem Gelände unterwegs. Lässt sich die Bremskraftregelung automatisch regeln, ein Gespann gestreckt halten oder blockierende Bremsen bei Bergabfahrt verhindern?

Alles, was heute machbar ist, kann man mit der EMB genauso machen. Wir haben da nicht weniger Möglichkeiten, sondern mehr. Zudem lassen sich diese von Ihnen genannten Funktionen und andere Bremsassistenten viel einfacher darstellen. Bei unserer EMB sind immer Raddrehzahlsensoren verbaut. Diese erkennen blitzschnell ob Radschlupf entsteht oder dieser Richtung Vollbremsung zunimmt. Darauf lässt sich die optimale Bremskraft für jedes Rad ableiten und regeln. Für unser System spricht die gute Steuerbarkeit. Sie geht sehr schnell und regelt die optimale Bremskraft für jedes Rad individuell.

Mitentscheidend für eine erfolgreiche Markteinführung ist auch immer der Preis. Wie schätzen Sie die preisliche Situation gegenüber den bewährten Drucksystemen ein?

Wenn es um die einfachsten Bremssysteme geht, tun wir uns preislich schwer. Vergleicht man einen Anhänger mit einer einfachen Druckluftbremse, sind wir teurer. Aber sobald das System durch zusätzliche Funktionalitäten wie z.B. ABS, ESC und andere Fahrassistenzsysteme komplizierter wird, sind wir sofort günstiger. Bei den Nutzfahrzeugen spielen Gewicht, Bauraum, Antriebsleistung und Preis des Kompressors eine wesentliche Rolle. Hat ein Traktor noch keine Druckluftanlage aufgebaut, sind wir durch unsere geringeren Montagekosten absolut konkurrenzfähig.

Das Interview führte Johannes Paar.

• Firmenstandort: Ökopark Hartberg in Österreich

• gegründet im September 2018

• das Kernteam von drei Mitarbeitern hat jahre-lange Erfahrung in der Entwicklung von EMBs

• GreenBrakes kooperiert mit Spezialisten in den Bereichen Software, CAD und Fertigung