Mikrofluidik

Magnetventil sorgt für maximale Bremseffizienz

| Autor / Redakteur: Hartmut Hammer / Sven Prawitz

Die Airback-Bremstechnologie wurde 2015 vorgestellt und ist inzwischen für eine Vielzahl von Bremsvarianten ausgelegt.
Die Airback-Bremstechnologie wurde 2015 vorgestellt und ist inzwischen für eine Vielzahl von Bremsvarianten ausgelegt. (Bild: Lee)

Blitzschnell zupacken und beim Beschleunigen möglichst keine Reibung erzeugen – so lauten die Anforderungen an Bremsen. Das Unternehmen Airback hat ein Bremssystem entwickelt, das beide Fälle abdecken soll.

Die Reduzierung von Emissionen und eine höhere Energieeffizienz stehen ganz oben auf der Agenda der Automobilindustrie. Auf der anderen Seite ist auch die wesentliche Funktion des Bremsens für die Gesamtperformance des Fahrzeugs entscheidend. Dementsprechend sind eine maximale Bremseffizienz, eine optimale Rekuperation und Wiederverwendung der beim Bremsen gewonnenen Energie wichtige aktuelle Arbeitsschwerpunkte für Entwicklungsingenieure. Eine Basisinnovation für diesen Bereich könnte die Bremsentechnik der in England ansässigen Airback Ltd. werden: Das Unternehmen hat ein Konzept entwickelt, das den Reibungswiderstand zwischen Bremsbelägen und Bremsscheiben bei einer inaktiven Bremse stark reduzieren und dennoch die gewünschte Bremswirkung verbessern soll.

Das System nutzt Vakuum, Über- und Unterdruck

Das System nutze dabei Über- und Unterdruck sowie Vakuum, um einerseits einen winzigen Spalt zwischen Bremsbelag und Scheibe herzustellen. Im Gegensatz dazu könne der Bremsbelag vorab an die Bremsscheibe angelegt werden, um die Bremswirkung zu verbessern. Dabei ist eine hohe Zuverlässigkeit für den Erfolg des Bremssystems von entscheidender Rolle: Airback setzt auf das Dreiwege-HDI-Magnetventil von Lee, einem Spezialisten für mikrohydraulische Komponenten.

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Die Airback-Technik ist als Zusatzsystem zur bestehenden Bremsanlage konzipiert. Der schmale Spalt zwischen Bremsbelag und Scheibe entstehe, indem Airback beim Beschleunigen des Fahrzeugs einen Unterdruck im hydraulischen System erzeugt, der den Bremsbelag von der Bremsscheibe quasi „wegzieht“ und so die Reibung an den Bremsscheiben weitestgehend eliminiert.

Entsprechend werde beim Betätigen des Bremspedals wieder blitzschnell ein definierter Überdruck im Bremssystem erzeugt, damit die Bremsbeläge bereits an die Scheibe angelegt sind, bevor der eigentliche Bremsimpuls aus der Bremsanlage kommt. Das hat laut Airback nicht nur eine schneller einsetzende Bremswirkung zur Folge, sondern auch einen geringeren Pedalweg des Bremspedals.

Zwei mögliche Effektvarianten

Diesen Effekt kann Airback eigenen Angaben zufolge auf zweierlei Weisen erzeugen: elektronisch gesteuert (für Automobile im Straßenverkehr) und beschleunigungsgesteuert (für den Motorsport). Beide Varianten nutzen laut Airback die Druckdifferenz zwischen dem Hauptzylinder und der Atmosphäre, um die Bremskolben zu steuern.

Der variabel einstellbare Luftdruck im Airback-System bewirke direkt einen Effekt auf das Druckniveau im hydraulischen System und somit auf die Lage der Bremsbeläge. Um Leckage im Hauptzylinder zu verhindern, trenne eine flexible Membran die Luft- und Bremsflüssigkeitssysteme.

Vorkonfiguriertes hydraulisches System

Wird bei der beschleunigungsgesteuerten Variante der Beschleunigungswunsch zurückgenommen, soll ein kleiner Kompressor im Hauptzylinder von Airback blitzschnell den Luft-Überdruck erhöhen und – durch den Druckausgleich per Membran – das hydraulische System „gebrauchsfertig“ vorkonfigurieren. Sobald die eigentliche Bremsfunktion des hydraulischen Systems einsetzt, werde der Kompressor kurz ausgeschaltet, um jegliche störenden Einflüsse auf den eigentlichen Bremsregelvorgang auszuschließen.

Beim elektronisch gesteuerten System werde bei Loslassen des Fahrpedals für einige Zehntelsekunden (diese Zeitspanne lässt sich individuell einstellen) aus einem kleinen Behälter ein Druckluftpuls zugeführt, der bewirken soll, dass die Bremsbeläge in ihre ursprüngliche Position direkt anliegend an der Bremsscheibe zurückkehren.

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Miniaturverdichter und Dreiwege-Magnetventil

Das Airback-System basiert auf Miniaturverdichtern und dem fließwiderstandsoptimierten Dreiwege-Magnetventil von Lee. Dieses vereint nach Herstellerangaben eine hohe Durchflussrate und die Energieeffizienz eines selbstverriegelnden Magnetventils und passe somit sehr gut zu einem System wie Airback, bei dem diese Eigenschaften im Verbund mit einem minimalen Bauraumbedarf und einer hohen Zuverlässigkeit gefragt sind. Denn das Magnetventil halte selbst nach einem extrem kurzen – mindestens zehn Millisekunden – Spannungsimpuls durch das Selbstverriegelungsprinzip seinen Durchflusszustand so lange, bis ein weiterer kurzzeitiger Spannungsimpuls mit umgekehrter Polarität die Durchflussrichtung ändert. Abgesehen von den kurzen Spannungsimpulsen werde bei gleichbleibendem Strömungszustand keine Energie benötigt – was besonders bei den noch reichweitensensiblen Elektrofahrzeugen ein wichtiger Faktor ist.

Trevor Mennie, Entwickler des Airback-Systems: „Die Leistungsfähigkeit, die hundertprozentige Zuverlässigkeit, das geringe Gewicht und die Kompaktheit des magnetisch verriegelten Ventils von Lee entsprachen perfekt unseren Vorstellungen. Um ehrlich zu sein, gab es auf dem Markt zu diesem Produkt nur sehr wenig Alternativen, die unseren Anforderungen entsprachen. Sobald wir das Dreiwege-Ventil von Lee spezifiziert hatten, mussten wir an unserer Entscheidung nicht mehr zweifeln. Lee Products bietet qualitativ hochwertige Produkte, die durch erstklassigen Produktsupport ergänzt werden.“

Weniger Bremspedalweg oder geringere Reibung

Airback entfaltet eigenen Angaben zufolge für jede Art von Scheibenbremssystem (zum Beispiel mit glatten, gelochten, geschlitzten, beschichteten oder Keramik/Karbon-Bremsscheiben sowie Fest- und Schwimmsattel) eine ähnliche Wirkung. Beide Systemvarianten verhalten sich bei Ausfällen (etwa der Stromversorgung) neutral zum eigentlichen Bremssystem und dessen Bremsleistung, was umfangreiche Fahrversuche bestätigt haben. Airback könne sowohl für einen reduzierten Bremspedalweg (mehr Sicherheit) oder eine geringere Reibung bei nichtaktivierter Bremse (mehr Wirtschaftlichkeit) ausgelegt werden.

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