Bremsrekuperation – was ist das eigentlich?

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Bremsrekuperation – ein neuer Begriff in der Autowelt, mit dem mittlerweile inflationär umgegangen wird. Eine andere Bezeichnung dafür ist „Regeneratives Bremsen“. Doch es ist wie so oft: Viele wissen gar nicht, über was sie eigentlich reden. Aus diesem Grund erklärt AT-RS, der Fachanbieter für Bremstechnik, folgend die dahinter stehende Technik. Dabei soll der Fokus auf einer allgemeinverständlichen Darstellung für den automobilinteressierten Laien liegen – „fachchinesische“ Begriffe werden vermieden oder aber separat erläutert.

Bremsrekuperation?

Bremsrekuperation (von lateinisch recuperare = wiedererlangen, wiedergewinnen) bedeutet die Umwandlung der Bewegungsenergie beim Verzögern des Fahrzeugs in eine Energieform, die dem Antrieb wieder zugeführt werden kann. Die meisten Elektrofahrzeuge und Fahrzeuge mit Hybridantrieb nutzen das elektromotorische Bremsen zum Laden der Fahrzeugbatterie, weshalb diese Technik der Energie-Rückgewinnung in den nächsten Jahren weiter an Bedeutung zunehmen wird.

Doch die Rückspeisung von Bewegungsenergie ist mitnichten eine modere Erfindung – neu ist lediglich, dass sie jetzt auch für Automobile verwendet wird. Konkreter: Bei Schienenfahrzeugen und Oberleitungsbussen gibt es eine solche Rückspeisung der Bewegungsenergie schon lange. Bei Automobilen kommt diese Technologie erst jetzt in Schwung, weil sie sich in Kombination mit einem Hybridantrieb besonders anbietet.

Energie durch elektromotorisches Bremsen

Rekuperation bei Mercedes
Rekuperation bei Mercedes

Zum besseren Verständnis des Grundgedankens der Bremsrekuperation folgt ein kleiner Ausflug in die physikalischen Zusammenhänge: Wie allgemein bekannt, wird zum Antrieb eines Fahrzeugs Energie benötigt – diese Aufgabe erfüllt der an Bord mitgeführte Kraftstoff (= chemische Energie). Die durch den verbrannten Kraftstoff erzeugte Energie geht nicht verloren, sondern bleibt in der Bewegung des Fahrzeugs gespeichert (= kinetische Energie). Dabei gilt der physikalische Grundsatz, dass Energie nicht vernichtet, sondern lediglich in eine andere Energieform umgewandelt werden kann.

Anstatt diese gespeicherte Bewegungsenergie durch die Bremse in nutzlose Wärmeenergie (= Reibung der Bremsbeläge auf den Bremsscheiben) umzuwandeln, wird über den elektromotorischen Widerstand eines in den Antrieb integrierten Generators verzögert und damit Strom erzeugt. Das dahinter stehende Prinzip kennt jeder Autofahrer vom Fahrraddynamo, der die Bewegung des Fahrrads durch die Drehbewegung des Dynamoantriebs in Strom für die Beleuchtung umsetzt.

Fahrraddynamo fürs Auto

Prinzip Dynamo
Prinzip Dynamo

Doch was passiert da eigentlich im Innern eines sich drehenden Fahrraddynamos? Ganz einfach: Im Dynamo kreist der von dem Reibrad auf der Felge angetriebene Dauermagnet mit zwei oder drei Polen innerhalb einer Spule, die sich auf einem Blechpaket befindet. Durch das Drehen gegen den elektromotorischen Widerstand wird mittels elektromagnetischer Induktion innerhalb der Spule elektrische Energie erzeugt. Dass der beim Stromerzeugen im Dynamo entstehende Widerstand ziemlich stark ist und das Strampeln in die Pedale gehörig erschwert – auch diese Erfahrung kennt jeder Fahrradfahrer. Exakt diesen Umstand machen sich die Automobilkonstrukteure zunutze.

Um im Bild zu bleiben: Durch die Bewegung des Autos erzeugt der „Dynamo“ Strom, der zwischengespeichert wird. Wird der gespeicherte Strom zum Fahren oder Beschleunigen benötigt, leitet ihn die Regelelektronik wieder zum „Dynamo“ zurück. Der „Dynamo“ fungiert dann als antreibender Elektromotor. Beim Auto sitzt dieser bremsende „Dynamo“ meist in Form eines Spulenrings zwischen Motor und Getriebe. Nebenbei kann mit einem solchen Rekuperations-System die Lichtmaschine eingespart werden, die sonst das 12-Volt-Bordnetz versorgt, ebenso der Anlasser.

Für die aus der Bewegung des Autos zurückgewonnene Energie muss aber nicht unbedingt eine Batterie als Speichermedium dienen. Gleichermaßen können dafür Hochleistungs-Speicherkondensatoren als elektrostatische Energiepuffer zum Einsatz kommen, die den Verbrennungsmotor beim starken Beschleunigen für kurze Zeit unterstützen. Ein weiteres System zur Energiespeicherung kommt aus der Formel 1 und nutzt zur Energiespeicherung ein mit hoher Drehzahl rotierendes Schwungrad.

Wie geht es weiter?

Rekuperation beim Honda Insight
Rekuperation beim Honda Insight

Angesichts der Flut an kommenden Hybridfahrzeugen und der Einsparmöglichkeiten, die sich aus der Bremsrekuperation ergeben, wird sich diese Technologie zügig etablieren. In der Tat ist das „Regenerative Bremsen“ eine wirklich sinnvolle Entwicklung mit echtem Sparpotenzial, und nicht nur eine unnütze weitere technische Spielerei, die dem Autofahrer als Fortschritt verkauft werden soll.

Aber noch ein ganz anderer Aspekt gewinnt an Bedeutung: Durch den elektromotorischen Widerstand bremst der Generator das Fahrzeug ab – erst bei stärkerer Verzögerung schaltet sich die eigentliche Reibungsbremse dazu. So wird durch das elektromotorische Bremsen die Entstehung von Fein- und Bremsstaub erheblich verringert. Dies gilt gerade für den städtischen Bereich, in dem recht häufig, jedoch nicht stark gebremst wird. Es lässt sich somit vermuten, dass die Rekuperations-Systeme helfen werden, die bestehende Feinstaubproblematik in den Städten zu entschärfen.

Fazit

Spannend wird zukünftig sein, inwieweit das elektromotorische Bremsen die Belastung und den Verschleiß einer herkömmlichen Bremsanlage beeinflussen wird. Denn, wie erläutert, ersetzt ein solches Bremsrekuperations-System die auf Reibung aufgebaute Betriebsbremse zumindest bei geringerer Verzögerungsleistung. An dieser Tatsache wird auch AT-RS als großer Fachanbieter für Bremstechnik nicht vorbeikommen.

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