Der VW Jetta Hybrid auf dem Rollenmessstand im Empa-Motorenhaus hat bereits eine jahrelange Karriere als Flottenfahrzeug hinter sich. Seit Juli 2020 dient er, festgegurtet in der Testkammer, einem neuen Forschungs-zweck: Er soll Bremsstaub erzeugen, und zwar streng entlang dem normierten WLTP-Fahrzyklus, mit dem auch die Auspuffemissionen ermittelt werden.

Das Interesse an Bremsstaubmessungen ist noch relativ jung: Im Juni 2016 beschloss eine Abteilung der UN-Wirtschaftskommission UNECE namens «Particle Measurement Programme Informal Working Group» (PMP IWG), dass es an der Zeit wäre, ein allgemein nutzbares Testverfahren für Bremsstaub zu entwickeln, mit dem sich Masse und Anzahl der emittierten Partikel zuverlässig feststellen lassen. Seither haben sich einige Forschungsinstitutionen, Fahrzeughersteller und Spezialfirmen für Messgeräte mit dem Thema beschäftigt.

Neue OECD-Studie sorgt für Aufregung

Eine neue Studie der OECD (Non‑ exhaust Particulate Emissions from Road Transport, AN IGNORED ENVIRONMENTAL POLICY CHALLENGE) schlug Ende vergangenen Jahres sogar Alarm: Feinstaub erhöhe das Sterberisiko beträchtlich. Und durch die zunehmende Elektrifizierung könnte sich das Feinstaub-Problem in den Städten noch verschärfen. Denn aufgrund ihrer Akkupakete seien Plug-In-Hybride und reine Elektroautos sehr schwer, was den Reifenverschleiß – und damit die Feinstaub-Emissionen – erhöhe.

Soweit die Theorie. Aber wie will man die Feinstaubbelastungen feststellen, wie die Partikel-Emissionen messen? Das Problem ist nicht ganz einfach zu lösen. Forscher der Empa, der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, im Schweizer Dübendorf haben sich der Thematik angenommen.

Autobremse bläst Partikel in alle Richtungen

Anderes als ein Auspuffrohr, das verlässlich in eine Richtung bläst, verteilt eine rotierende Bremse ihre Partikel in alle Raumrichtungen. Man muss die Partikel also zunächst einfangen und dann durch einen Trichter Richtung Feinstaub-Messgerät fliegen lassen. Bei dem Prozess darf so wenig wie möglich verloren gehen: Weder dürfen leichte Partikel entweichen, noch dürfen schwere Partikel in den Leitungen liegen bleiben.

Zwei weitere Komplikationen kommen dazu: Die Bremse eines Autos steckt an einer rotierenden Antriebswelle, die es für die Messung sorgfältig abzudichten gilt, damit keine Partikel entschwinden. Und eine Bremse braucht Kühlung. Beim fahrenden Auto sorgt der Fahrtwind zusammen mit Ventilationslamellen zwischen den Bremsscheiben für einen kühlenden Luftzug. Eine voll eingeschlossene Bremse auf einem Prüfstand kann dagegen schnell heißlaufen – und würde dann völlig andere Partikel produzieren als im realen Alltagsverkehr. Eine solche Feinstaub-Messung wäre von geringem Wert.

Feinstaub-Tests nur an einem Bauteil

Die Arbeitsgruppe PMP IWG der UNECE löst das Problem durch eine Vereinfachung: Die gewünschten Bremsentests sollen in vollständig geschlossenen Prüfständen ablaufen. Solche Prüfstände gibt es. Sie ähneln großen Schränken, in denen Bremsscheiben und Bremsbeläge aufeinander reiben. Getestet wird also nur ein Bauteil, nicht das ganze Auto.

„Wir versuchen es auf anderem Weg“, sagt Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler, der den Versuchsaufbau an der Empa konzipiert. „Wir wollen während eines Fahrversuchs am Prüfstand alle Emissionen eines Autos gleichzeitig messen. Das hat eine größere Aussagekraft als Daten aus einem isolierten Bremsprüfstand, die dann auf reale Verhältnisse umgerechnet werden müssen.“

Woraus bestehen die Feinstaub-Partikel?

Gemeinsam mit dem Ingenieur Daniel Schreiber hat Dimopoulos Eggenschwiler eine Empa-Variante des Tests entwickelt, die nun mit ihren Ergebnissen den Vergleich mit anderen internationalen Arbeitsgruppen bestehen muss. Bei der Empa steht ein ganzes reales Auto auf dem Prüfstand, der eingangs erwähnte VW Jetta Hybrid. Die Bremse des rechten Vorderrads wurde mit einem speziell konstruierten Metallgehäuse umhüllt. Ein Druckluftschlauch fördert von der Wagenfront her große Mengen Kühlluft in die Blechhülle, zugleich ist die Luft das Transportmedium für die abgeriebenen Bremspartikel. Diese werden neben dem Schweller des Wagens in eine etwa ein Meter lange Röhre gelenkt und landen nach kurzer Flugzeit in einem 13-stufigen Kaskadenimpaktor, einem speziellen Messgerät, das Partikel nach Größe sortiert. Nach dem Test können die Partikelfraktionen gewogen chemisch analysiert und, je nach Bedarf, auch im Elektronenmikroskop etwa auf ihre Morphologie untersucht werden.

„In Vorversuchen haben wir bereits festgestellt, aus welchen Bestandteilen die Partikel bestehen“, sagt Dimopoulos Eggenschwiler. „Es ist vor allem Eisenoxid, das hauptsächlich von der Bremsscheibe stammt, sowie eine Reihe von Elementen wie Aluminium, Magnesium, Kalzium, Kalium und Titan, die von den Bremsbelägen herkommen.“ Neben großen, schweren Partikeln sind auch kleinere dabei, die durchaus eingeatmet und in die Lunge gelangen können.

Bremsen Elektroautos anders?

Nachdem das Messverfahren nun stabil läuft, wird der VW Jetta zunächst im gesetzlich vorgeschriebenen WLTP-Zyklus betrieben und dabei seine Bremspartikel in die Zählmaschine liefern. Danach sind weitere Versuchsreihen geplant. „Wir wollen zum Beispiel herausfinden, ob Hybrid- und Elektroautos anders bremsen als Autos mit herkömmlichem Antrieb und dadurch auch andere Emissionen verursachen“, erläutert der Projektleiter. Hybrid- wie Elektroautos können auch mit Hilfe ihres Elektromotors bremsen – und dabei Energie zurückgewinnen. Sie müssen aufgrund der Rekuperation die mechanischen Bremsen seltener einsetzen, sollten also dadurch eigentlich weniger Feinstaub freisetzen. „Mit den Messwerten wird es möglich sein, die Betriebsphasen kommender Fahrzeuggenerationen zu optimieren und die Bremsstaubemissionen besser zu kontrollieren als heute.“

Wie sich der angeblich höhere Reifenabrieb der Elektroautos in die Problematik einfügt, wird dann im nächsten Schritt zu untersuchen sein.

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16 Kommentare

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    Interessant, dass das Thema gerade jetzt mit EMobilität in Zusammenhang gestellt wird, wo die Hersteller der grössten Dreckschleudern langsam realisieren, dass sie ernsthafte Konkurrenz bekommen.

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    Diesen Beitrag Edison anzukreiden, ist auch nicht gerecht. Sind doch die Messungen wohl real. Aber ich habe den Eindruck, wessen Brot ich eß, dessen Lied ich sing. Ich fahre seit 2006 Elektro und habe da so meine Erfahrungen gemacht, die mich nie im Traum zu einem Verbrenner zurückleiten. Dazu gehört auch die Erkenntnis, dass ein E-Auto einfach sauberer ist, als dargestellt. Meine hinteren Bremsklötze waren bei 135.000 km noch aus Japan und nur die Werkstatt hatte Bammel wegen TÜV und Optik. Funktion war aber in Ordnung. Also neben den bereits dargestellten Vorteilen möchte ich noch hinzufügen, dass Verbrennerautos noch mehr Emissionsquellen von Feinstaub haben, wie Keilriemen oder Kupplungsscheiben. Die Reifen halten genauso lang, da sehe ich keinen Unterschied. Damit diese Farce einen Sinn hat, sollte Edison später das Ergebnis veröffentlichen. Und dann vielleicht auch einmal darstellen, was nach der Rohölzeit für Bewegung sorgen soll. Danke.

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  3. Avatar

    Ich finden den Titel des Berichts unglücklich gewählt. Ihr von Edison seid doch eh sehr Elektroauto-pro eingestellt – warum dann so einen irreführenden Titel wählen?

    Feinstaub: Verschärfen Elektroautos das Problem?

    Die meisten Menschen haben keine Zeit zum Lesen oder sind zu faul den ganzen Artikel zu lesen. Sie merken sich nur „Elektroautos“ „verschärfen Problem“.

    Und in den nächsten „Online-Stammtischdiskussionen“ oder Facebook-Postings werden diese dann gleich als Argumente hinaus geballert – und alle Leute glauben es.

    Vielleicht werden durch den Titel mehr Leute den Bericht anklicken, aber vielleicht ist auch das Risiko größer, damit Bashing gegen Elektroautos zu fördern!?

    Jenseits von den ganzen Studien und Statistiken, deren Ausgang je nach Auftraggeber anders ausgehen, sollten wir doch auch alle unseren Hausverstand benutzen:

    • Elektroautos haben den geringsten Bremsscheiben u. Bremsbelägen-Verschleiß von allen Fahrzeugen überhaupt. Manche E-Autos bremsen sogar bis zum Stillstand (One-Pedal-Driving) nur mit der Motorbremse. Also kann da kein Feinstaub abgegeben werden. Mein ZOE hat nach 4 Jahren und fast 75.000 km Bremsscheiben gehabt, die fast wie neu ausgesehen haben.

    • Dass Elektroautos mehr Reifenabrieb haben wie Benzinfahrzeuge, weil die Akkus schwerer sind, ist bei den Haaren herbei gezogen und ein völliger Blödsinn. Ja – die Akkus sind schwer, dafür ist der E-Motor 5 mal kleiner wie ein Diesel oder V6-Benzinmotor, es braucht kein schweres Getriebe und es werden auch nicht 80 kg Benzin herumgefahren. Bsp. Der E-Golf wiegt gerade mal 20 kg mehr wie der normale Golf. Und ein schwerer Range Rover wiegt sogar deutlich mehr als ein Model X.
    Da erscheint mir das Argument mit den vielen Lastwechseln durch das Schalten bei Verbrennern deutlich logischer.

    •Selbst, wenn die Feinstaubfilter in Auspuffen besser geworden sind, kein Filter ist 100% und, wenn die Auspuffe älter sind, lässt auch die Feinstaubfilterung nach. Außerdem fahren auch noch genug alte Autos ohne Partikelfilter herum. Von dem her muss man nicht so tun, als ob ein Verbrenner nur mehr durch die Reifen und Bremsen Feinstaub erzeugt.

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    • Franz W. Rother

      Ok, die Head nimmt Vorurteile auf – die eigentlich durch die Forschung in der Schweiz widerlegt werden soll. Wir hoffen aber, dass unsere Leser schlauer sind als die Konsumenten der Zeitung mit den großen Buchstaben – und das Stück zu Ende lesen

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        Ich bin spektisch, dass die Empa etwas widerlegen will. Die Truppe ist in der Vergangenheit immer wieder als Verbrenner Supporter aufgefallen. Aber warten wir es ab.

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    „Ihr Kommentar wartet auf Moderation.“
    Das ist wahrscheinlich ein „Dreckfuhler“ und soll „Moderation“ heissen.
    Erscheint solange der Beitrag noch nicht freigegeben ist.

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    • Franz W. Rother

      Danke für den Hinweis. Sollte eigentlich längst korrigiert sein

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    Das hat schon seine Richtigkeit. Wenn wir Elektrofahrer nicht auf die Bremse treten müssen, gibt es auch keinen Bremsstaub. Das wird sogar die Schweizer EMPA noch feststellen, die hier gleich um die Ecke vor sich hinwerkelt.
    Und weil die elektronische Regelung viel sorgsamer eingreift und nicht ständig lustige Lastwechsel beim Schalten erzeugt, ist auch der Reifenabrieb geringer (Quelle: Mikko Liukkula, Entwicklungsmanager von Nokian Tyres).
    Weniger Lärm, weniger Bremsstaub, weniger Reifenabrieb, keine Emissionen aus dem Auspuff mit den sieben Wohlgerüchen des Orients als da sind: Stickoxide NOx, teilverbrannte Kohlenwasserstoffe CxHy, andere flüchtige organische Substanzen wie das krebserregende Benzol, Kohlenmonoxid CO, Schwefeldioxid SO2, Feinstaubpartikel aller Grössen und natürlich das klimaschädliche Kohlendioxid.
    Alles gute Gründe mit der bisherigen Technologie so schnell wie möglich aufzuhören. Am besten wäre ein Stopp der Zulassungen im Jahr 2025. Das ist dann 14 Jahre nach der Zulassung des ersten massentauglichen Elektrofahrzeuges – dem Nissan Leaf.

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    Im normalen Fahrbetrieb bremsen Elektrofahrzeuge doch in den allermeisten Fällen über Rekuperation und nur die letzten Meter bis zum Stillstand werden von der klassischen Bremse übernommen. Warum sollen sie dann das Feinstaubproblem verschärfen? Eher das Gegenteil ist der Fall.

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    Warum wird der Bremsstaub des E Autos gemessen?
    An meinem Model S mit über 130000km sind noch die ersten Bremsklötze verbaut. Diese halten vermutlich bis 200000km . Bremsstaub ist kein Problem bei E-Auto.
    Aber Bremsstaub und Reifenabrieb kann man bestimmt messen, indem man die Achse ausbaut und vermisst. Warum muss ein ganzes Auto in die Testkammer? Sind da wirklich Ingenieure am Werk?

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    • Franz W. Rother

      Brems- und Reifenstaub soll gemessen werden. Schadet nicht – könnte aber die OECD-Studie widerlegen.

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    Clickbait Überschrift?

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    • Franz W. Rother

      Nein, wieso?

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        Die gestellte Frage wird nicht beantwortet, sondern nur eine Untersuchung vorgestellt, die die Frage erst in den nächsten Schritten untersuchen wird. In der jetzigen Form schafft die Überschrift eine Erwartung, die der Artikel nicht erfüllen kann. Der vermeintliche Inhalt wäre aber interessanter gewesen und somit wird der Artikel öfter geklickt, als wenn er eine angemessene Überschrift gehabt hätte.

        Ziemlich klassischer Clickbait.

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          Die OECD ist eine Organisation mit marktwirtschaftlichen Interessen, merkwürdig also, dass sie sich plötzlich für die Umwelt engagiert. Aber das nur am Rande.
          Die Masse des emittierten Bremsstaubes lässt sich wohl am einfachsten am Realverschleiss der Bremsbeläge und -scheiben und der Reifen erfassen: Gewicht der neuen Teile minus Gewicht der verschlissenen Teile im Verhältnis zu den gefahrenen Kilometern.
          Die Verteilung wird von vielen Faktoren abhängen wie der Aussentemperatur, Temperatur, Zustand und Alter der Verschleißteile, Wind, Regen, Luftfeuchtigkeit…usw. Dazu kommt, dass der einmal erzeugte Feinstaub immer wieder aufgewirbelt wird, da halte ich eine Nachstellung auf Prüfständen für sehr schwierig. Für die chemische und physikalische Konsistens mag das sinnvoll sein.
          Für die Aufteilung aber zwischen Abgasen, Reifen und Bremsen kann man sich auf Wikipedia die Zahlen des Umweltbundesamtes z.B. für den Verkehr ansehen. Danach sollen Feinstaub bei einem Diesel durchschnittlich 69% durch Abgase, 16,7% durch Bremsstaub und 14,3% durch Reifenabrieb entstehen. Da kann ein Fahrzeug-Mehrgewicht von 15-20% mit Auswirkumh auf den Reifenabrieb wohl kaum die Einsparungen bei Abgasen und Bremsen zunichte machen. Zumal die durch hohe Drücke ultrafeinen und lungengängigeren Verbrennungs-Partikel auch gefährlicher sein dürften. Das wird in der ‚Studie‘ aber gar nicht erwähnt und es werden auch keine Zahlen genannt, nur Behauptungen aufgestellt. Ein Schelm, der Böses dabei denkt.

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            Kleiner Nachtrag: Auch nicht erwähnt wird der Feinstaub aus Kupplungen, Keilriemen und anderen mechanischen Teilen, die beim Elektroauto entfallen.

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