Die Scheibenbremse gilt seit Jahrzehnten als Stand der Technik. Doch Bremsstaubemissionen, Rekuperation und der Wunsch nach wartungsfreien Fahrzeugen verändern die Anforderungen grundlegend. Während nasslaufende Lamellenbremsen in Traktoren und Arbeitsmaschinen etabliert sind, werden sie nun auch für Pkw und weitere Mobilitätsanwendungen zu einer vielversprechenden Alternative.
Welche neuen Anforderungen gelten für moderne Fahrzeugbremsen?
Über Jahrzehnte war die offene Scheibenbremse das dominierende Bremskonzept für Straßenfahrzeuge. Sie vereint hohe Bremsleistung, Robustheit und Wirtschaftlichkeit und wurde kontinuierlich weiterentwickelt. Mit der zunehmenden Bedeutung sogenannter Non-Exhaust Emissions (NEE) rücken auch Bremsstaubemissionen stärker in den Fokus von Forschung, Entwicklung und Gesetzgebung. Gleichzeitig verändern die Elektrifizierung des Antriebsstrangs und der Wunsch nach wartungsfreien Fahrzeugen die Anforderungen an moderne Bremssysteme.
Für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor stellen Bremsstaubemissionen den wesentlichen Entwicklungstreiber dar. Mit der Euro-7-Norm werden erstmals Grenzwerte für Partikelemissionen aus Bremsen eingeführt. Diese lassen sich durch den Einsatz bereits bekannter Technologien, wie beispielsweise beschichteter Bremsscheiben oder Trommelbremsen an der Hinterachse, voraussichtlich erfüllen. Langfristig ist jedoch davon auszugehen, dass die Anforderungen weiter steigen werden. Hinzu kommt, dass ultrafeine Partikel (UFP) aufgrund ihrer geringen Größe als besonders gesundheitsschädlich gelten und sich mithilfe der oben genannten technischen Ansätze nicht vollständig vermeiden lassen. Unabhängig von gesetzlichen Vorgaben besteht daher das Ziel, luftgetragene Bremspartikelemissionen möglichst vollständig zu vermeiden.
Bei Elektrofahrzeugen tritt ein weiterer Entwicklungstreiber in den Vordergrund. Durch die Rekuperation übernimmt der Elektromotor einen Großteil der Verzögerung, sodass die mechanischen Bremsen deutlich seltener betätigt werden. Korrodierende Bremsscheiben, ein verändertes Bremsansprechen und zusätzlicher Wartungsaufwand sind die Folge. Gleichzeitig gewinnen automatisierte und autonome Fahrzeuge an Bedeutung, für die wartungsfreie Bremssysteme einen entscheidenden Vorteil darstellen.
Unterschiedliche Fahrzeugkonzepte führen damit zu einer gemeinsamen Fragestellung: Wie wird die Fahrzeugbremse der Zukunft aussehen?
Ein bekanntes Bremsprinzip für neue Anwendungen
Eine vielversprechende Antwort ist die nasslaufende Lamellenbremse. Dabei laufen mehrere Reiblamellen in einem Ölbad innerhalb eines gekapselten Gehäuses. Das Bremsmoment wird – wie bei der Scheibenbremse – durch Reibung übertragen. Die entstehenden Verschleißpartikel verbleiben jedoch im Schmierstoff und gelangen nicht in die Umgebung.
Das Prinzip ist keineswegs neu. In Traktoren, Bau- und Arbeitsmaschinen werden nasslaufende Lamellenbremsen aufgrund ihrer Robustheit und hohen Leistungsdichte seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. Neu ist vielmehr ihre Übertragung auf Pkw, Nutzfahrzeuge, Schienenfahrzeuge sowie neue Mobilitätskonzepte wie autonome People Mover. Entsprechende Konzepte werden inzwischen von verschiedenen Herstellern vorgestellt und verdeutlichen das wachsende Interesse an dieser Technologie.
Neben der vollständigen Vermeidung luftgetragener Bremspartikelemissionen bietet die Beölung der Bremse weitere Vorteile. Die Reibpartner sind dauerhaft vor Korrosion geschützt, der Verschleiß wird deutlich reduziert und die beim Bremsen entstehende Wärme kann gezielt über den Schmierstoff abgeführt werden. Dadurch ist die Bremse nicht mehr auf eine Luftkühlung am Rad angewiesen und kann in den Antriebsstrang oder das Getriebe integriert werden. Dies eröffnet neue Freiheitsgrade bei der aerodynamischen Optimierung am Rad und der Fahrzeugarchitektur sowie zusätzliche Potenziale im Kontext Thermomanagement und Wartungsfreiheit.
Wie unterscheidet sich die nasslaufende Lamellenbremse von alternativen Bremskonzepten?
Zur Reduktion von Bremsstaub werden derzeit unterschiedliche Lösungsansätze verfolgt. Beschichtete Bremsscheiben reduzieren den Verschleiß, Filtersysteme erfassen einen Teil der emittierten Partikel und gekapselte Bremssysteme verhindern deren Austritt.
Die nasslaufende Lamellenbremse verfolgt jedoch einen grundlegend anderen Ansatz. Sie reduziert die Emissionen nicht erst nach ihrer Entstehung, sondern verhindert die Freisetzung luftgetragener Partikel grundsätzlich. Damit ist sie derzeit das einzige bekannte Bremskonzept, das eine vollständige Vermeidung von Bremsstaub – einschließlich ultrafeiner Partikel – mit den hohen Leistungsanforderungen moderner Fahrzeugbremsen verbindet.
Welche technischen Herausforderungen bestehen bis zur Serienanwendung?
Die Übertragung nasser Fahrzeugbremsen auf Straßenfahrzeuge und weitere Mobilitätslösungen bringt vielfältige Entwicklungsbedarfe mit sich. Im geöffneten Zustand muss die Bremse nahezu verlustfrei mitlaufen. Gleichzeitig gilt es, die Beölung so auszulegen, dass sie sowohl geringe Schlepp- und Strömungsverluste als auch eine ausreichende Wärmeabfuhr und damit eine hohe Leistungsdichte ermöglicht. Dies erfordert eine Optimierung von Lamellengeometrie, Nutbild, Ölzufuhr und Bremsengehäuse. Ebenso müssen Reibsystem und Beölung so ausgelegt werden, dass sämtliche Bremsmanöver – von seltenen Komfortbremsungen infolge der Rekuperation über wiederholte Notbremsungen bis hin zu langen Bergabfahrten – sicher beherrscht werden.
Die nasslaufende Lamellenbremse ist damit weit mehr als die Übertragung eines bekannten Konzepts aus der Land- und Baumaschinentechnik. Ihre Weiterentwicklung eröffnet die Möglichkeit, den steigenden Anforderungen an Emissionsfreiheit, Wartungsfreiheit und Effizienz gleichermaßen gerecht zu werden. Damit besitzt sie das Potenzial, sich als Bremskonzept zukünftiger Mobilitätsanwendungen zu etablieren.
