Wie funktioniert das regenerative Bremsen?

  • Wie funktionieren die Bremsen in Pkw und Lkw?
  • Wie funktionieren regenerative Bremsen?
  • Grenzen des regenerativen Bremsens
  • Kapazitives Bremsen und herkömmliche Motoren
  • Welche Autos nutzen regeneratives Bremsen?

Die Bremstechnologie hat sich in den letzten hundert Jahren nicht viel verändert, aber das regenerative Bremsen stellt eine radikale Veränderung in der Art und Weise dar, wie wir über das Bremsen denken. Anstatt Fahrzeuge mit brachialer Gewalt zu stoppen, indem ein Bauteil wie eine Bremsscheibe oder -trommel physisch festgehalten oder gedrückt wird, nutzt diese Technologie geschickt die Funktionsweise von Hybrid- und reinen Elektroautos, um jedes Mal, wenn das Fahrzeug langsamer wird, tatsächlich etwas Energie zurückzugewinnen.

Wie funktionieren die Bremsen in Autos und LKWs?

Die Fortschritte in der Bremstechnologie waren im Laufe der Jahre eher iterativ als innovativ, wie zum Beispiel der Übergang von Trommelbremsen zu Scheibenbremsen. Auch bei den physikalischen Materialien, aus denen die Bremsbeläge hergestellt werden, gab es erhebliche Fortschritte. Das Ergebnis sind Reibmaterialien, die länger halten, weniger Staub erzeugen und weniger anfällig für Geräusche sind. Technologien wie das Antiblockiersystem haben die Bremstechnik auch sicherer gemacht, aber das zugrundeliegende Prinzip der Umwandlung von kinetischer Energie in Wärme hat sich nicht geändert.

Herkömmliche Bremsen funktionieren gut, sind aber von Natur aus enorm verschwenderisch. Jedes Mal, wenn Sie das Bremspedal betätigen, quetschen Sie die Räder mit der Kraft von Tausenden von Pfund Hydraulikdruck. Der präzise Mechanismus besteht aus scheibenförmigen Metallrotoren, die zwischen jedem Reifen und jeder Radnabe eingebettet sind und zwischen organischen, metallischen oder keramischen Bremsbelägen gepresst werden.

Weniger effiziente Bremstrommeln und Bremsbacken werden bei älteren Fahrzeugen und an den hinteren Bremsen einiger leichter Lkw verwendet. In beiden Fällen verlangsamt sich das Fahrzeug aufgrund der enormen Reibung, die zwischen Belägen und Scheiben bzw. Schuhen und Trommeln entsteht. Diese Reibung wandelt im Wesentlichen kinetische Energie in thermische Energie (und manchmal eine Menge Lärm) um, und Ihr Auto wird dadurch langsamer.

Das Problem bei herkömmlichen Bremsen ist, dass der Motor eine Menge Kraftstoff verbrauchen musste, um diese kinetische Energie aufzubauen, und sie im Wesentlichen verschwendet wird, wenn die Bremsen sie in Wärme umwandeln.

Die Grundidee des regenerativen Bremsens besteht darin, dass eine Reihe von Technologien es ermöglichen, einen Teil der kinetischen Energie zurückzugewinnen, in Strom umzuwandeln und wieder zu verwenden.

Wie funktioniert das regenerative Bremsen?

Die gebräuchlichste Form der regenerativen Bremstechnik nutzt einen Elektromotor als Generator, weshalb regeneratives Bremsen häufig in Hybrid- und Elektrofahrzeugen zu finden ist.

Im Normalbetrieb bezieht der Elektromotor Strom aus der Batterie und nutzt diesen, um das Fahrzeug zu bewegen. Wenn das Bremspedal betätigt wird, ist der Elektromotor in der Lage, diesen Prozess umzukehren und zu einem Generator zu werden, der von den sich drehenden Rädern angetrieben wird und Strom an die Batterie zurückgibt.

Da das regenerative Bremsen die Batterie effektiv auflädt, ohne dass bei einem Elektrofahrzeug ein Ladegerät angeschlossen oder bei einem Hybridfahrzeug die Lichtmaschine verwendet werden muss, wird die Gesamteffizienz des Fahrzeugs erhöht. Das bedeutet mehr Kilometer zwischen den Ladevorgängen oder dem Tanken.

Da das regenerative Bremsen kinetische Energie effektiv in Elektrizität umwandelt, ist es in der Lage, ein Fahrzeug zusätzlich zum Laden der Batterie abzubremsen. Die Wirksamkeit eines regenerativen Bremssystems hat jedoch seine Grenzen. Eines der Hauptprobleme ist, dass das regenerative Bremsen bei niedrigen Geschwindigkeiten nicht so gut funktioniert wie bei hohen Geschwindigkeiten. Wegen dieser inhärenten Einschränkung der regenerativen Bremsung sind die meisten Fahrzeuge auch mit einem traditionellen Zusatzbremssystem ausgestattet.

Genauso wie herkömmliche Lenk-, Brems- und Beschleunigungssteuerungen oft als Backup für Drive-by-Wire-Systeme enthalten sind, können herkömmliche Bremsen als Backup für regeneratives Bremsen dienen. Herkömmliche Systeme können nur im Falle eines Geräteausfalls in Aktion treten, oder sie können in Verbindung mit regenerativem Bremsen die ganze Zeit genutzt werden.

Grenzen des regenerativen Bremsens

Neben dem natürlichen Wirkungsgradabfall des regenerativen Bremsens bei niedrigen Geschwindigkeiten leidet die Technologie auch unter anderen Einschränkungen. Einige der bemerkenswertesten sind:

  • Regeneratives Bremsen funktioniert nur an den angetriebenen Rädern: Wenn ein Elektrofahrzeug nicht über einen Allradantrieb mit einem Motor für jedes Rad verfügt, können die Räder ohne Rotoren nicht vom regenerativen Bremsen profitieren.
  • Probleme bei Notbremsungen: Bei einer Notbremsung reicht die Bremskraft der Rückspeisung oft nicht aus, um das Fahrzeug zu bremsen. Dies ist ein Bereich, in dem traditionelle Bremsen immer noch viel besser abschneiden.
  • Batterie- und Motorbegrenzungen: Die Effizienz eines regenerativen Systems wird durch Faktoren wie die Kapazität des Energiespeichers und die Leistung des Elektromotors begrenzt.
  • Funktioniert nur mit Elektro- und Hybridfahrzeugen: Herkömmliche regenerative Systeme sind mit nicht-elektrischen und Hybridfahrzeugen nicht kompatibel. Da diese Fahrzeuge nicht über einen Elektromotor verfügen, ist die Implementierung von regenerativem Bremsen aufwendig und kompliziert.
  • Einschränkungen der dynamischen Bremsung: Einige regenerative Systeme sind gezwungen, eine zusätzliche „dynamische Bremsung“ zu verwenden, bei der die zurückgewonnene kinetische Energie nicht gespeichert wird.

Kapazitives Bremsen und herkömmliche Verbrennungsmotoren

Da sich regenerative Bremssysteme oft auf ihre Elektromotoren zur Stromerzeugung verlassen, sind sie von Natur aus nicht mit Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren kompatibel. Es gibt jedoch einige alternative regenerative Technologien, die auf traditionelle Verbrennungsmotoren angewendet werden können.

Ein solches System verwendet große Kondensatoren, um Strom zu speichern und schnell wieder abzugeben, der dann durch einen Abspanntransformator geleitet wird. Der 12-Volt-Ausgang wird dann in das Bordnetz des Fahrzeugs eingespeist, wodurch der Motor entlastet wird. Diese Technologie ist derzeit in der Lage, die Kraftstoffeffizienz um bis zu 10 % zu steigern, obwohl sie noch in den Kinderschuhen steckt.

Welche Autos nutzen regeneratives Bremsen?

Die meisten Hybrid- und Elektrofahrzeuge verwenden eine Form des regenerativen Bremssystems. Erstausrüster wie Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota und Tesla sind bei ihren Hybrid- und Elektrofahrzeugen auf den Zug der regenerativen Bremstechnologie aufgesprungen. Nicht-Hybrid-Fahrzeuge, die eine Form von regenerativem Bremsen verwenden, sind viel weniger verbreitet, aber BMW und Mazda waren frühe Anwender dieser Technologie in bestimmten Modellen.

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