Wer bremst, verliert

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Bei jeder Bremsung geht Energie verloren. Hybridautos können bisher nur einen geringen Teil davon zurückgewinnen. Wie lässt sich der Anteil erhöhen?

Mit seiner aerodynamischen Verkleidung aus Glasfaser-Kunststoff und markigen Breitreifen sieht der Zweisitzer schon auf den ersten Blick schnell aus. Schaut man unter die Abdeckung am Heck, bestätigt sich der Eindruck: Zwei bullige Elektromotoren mit jeweils 82 Kilowatt Leistung versprechen einen zügigen Vortrieb.

Mitentwickler Caspar Lovell, Doktorand am Laborbereich Fahrzeugtechnik der Hochschule Osnabrück, widmet sich derzeit allerdings weniger der Beschleunigung als vielmehr der Verzögerung des E-Roadsters. Der Wagen hat nämlich keine Bremsen an der Hinterachse. Ihre Aufgabe sollen die E-Motoren übernehmen – und dabei möglichst viel Energie zurückgewinnen.

Bereits heute bremsen sämtliche Hybridautos zumindest teilweise elektrisch. Tritt ihr Fahrer aufs Bremspedal, werden die Elektromotoren zu Generatoren, verzögern das Fahrzeug und laden dabei die Batterien auf. Erst wenn die Batterien voll sind oder der Fahrer sehr stark in die Eisen geht, kommen herkömmliche hydraulische Bremsen ins Spiel.

Die aktuelle Version des Toyota Prius beispielsweise kann bis zu 60 Kilowatt aus einer Bremsung herausholen. Im Stadtverkehr gewinnt sie damit auf 100 Kilometern eine Energiemenge, die rund einem Liter Benzin entspricht. Dabei wäre, zumindest theoretisch, sehr viel mehr drin: Ein 1,5 Tonnen schweres Auto wie der Prius kann bei einer Vollbremsung rund 330 Kilowatt erzeugen. Die verbleibenden 270 Kilowatt werden von konventionellen Scheibenbremsen in Reibungswärme verwandelt. "Wir verschenken heute also bei jeder Bremsung Energie", sagt Dirk Breuer, Pressesprecher Technik von Toyota Deutschland. "Die würden wir gern in die Batterie zurückspeisen, wenn es denn machbar wäre."

Genau daran arbeitet Lovell. Dabei muss er eine ganze Reihe von Herausforderungen meistern. Ein Nadelöhr ist die Batterie. Würde eine Vollbremsung komplett in elektrische Energie umgesetzt, würden die entstehenden gewaltigen Ladeströme die Batterie zerstören. Und auch die Elektromotoren müssten so ausgelegt werden, dass sie mehrere Hundert Kilowatt Bremsenergie aufnehmen können, was sie groß und schwer macht. Lovell will herausfinden, wo der beste Kompromiss zwischen technischem Aufwand und Energieeffizienz liegt.

Da trifft es sich gut, dass er und seine Kollegen bereits für ein vorangegangenes Projekt eine geeignete Forschungsplattform gebaut haben – eben jenen windschnittigen Elektro-Sportwagen. Seine Besonderheit ist ein neu entwickeltes Fahrwerk, bei dem die E-Motoren unmittelbar an den Rädern sitzen und ihre Kraft an Getriebe direkt in den Radnaben übertragen. Die Konstruktion kommt ohne Differenzialgetriebe und lange Antriebswellen aus und spart dadurch Platz und Gewicht. Ein Radnabenmotor wäre zwar noch kompakter, hätte dafür aber auch eine weitaus größere ungefederte Masse.

Autohersteller zeigten bereits großes Interesse an dieser Lösung. Inwieweit Lovell es nun schafft, beim Verzögern auf die hydraulische Bremse zu verzichten, dürften sie mit ähnlicher Aufmerksamkeit verfolgen. Der kräftige Heckantrieb des Versuchsfahrzeugs ermöglicht es, bei einer Vollbremsung – zumindest an der Hinterachse – die gesamte Bewegungsenergie elektrisch aufzunehmen. Derzeit simuliert Lovell am Rechner, ob eine Bremsung, die ausschließlich über den Heckantrieb erfolgt, die Fahrsicherheit gefährden könnte.

An der Vorderachse arbeitet weiterhin eine herkömmliche hydraulische Bremsanlage. Ganz ohne wird es wohl auch in Zukunft nicht gehen. Die europäische Richtlinie ECE R13H schreibt nämlich zwei voneinander unabhängige Bremskreisläufe vor. Für eine Elektrobremse würde das bedeuten, dass es ein komplettes zweites Batteriesystem geben müsste – ein unverhältnismäßiger Aufwand. Um bei solchen rechtlichen Fragen auf der sicheren Seite zu sein, lässt sich Lovell von Christian Kolf, Prüfingenieur beim TÜV Nord in Essen, unterstützen.