Druckluftbremse

Mit der Druckluftbremse kommen wir zu einem System für die Regelung der Bremsen, das mit Hilfe von Druckluft arbeitet. Speziell dabei ist, dass eines davon durchaus auch auf der Strasse bei den LKW verwendet worden war. Nur schon die weltweite Verbreitung dieser Bremse zeigt, wie gut sie aufgebaut worden ist. Hinzu kommt, dass sie seit der Entwicklung kaum mehr grundlegend verändert werden musste.

Im Zusammenhang mit den Druckluftbremsen wird oft auch von der Bremseinrichtung gesprochen. Damit sind die dazu erforderlichen Bauteile gemeint, aber auch die mechanischen Teile, die wir bereits kennen gelernt haben.

Um nun aber das System mit den Druckluftbremsen bes-ser verstehen zu können, müssen wir die damit verbun-denen Bremseinrichtungen kennen lernen. Dabei kommt zuerst etwas Geschichte.

Wenn wir uns mit den Druckluftbremsen befassen, dann kommen wir nicht um George Westinghouse herum. Geboren wurde Westinghouse am 06. Oktober 1846 in Central Bridge im Bundesstaat New York.

Er war Erfinder, Ingenieur und Grossindustrieller. Neben der hier vorgestellten Druckluftbremse, sind viele an-dere Bereiche der modernen Eisenbahn mit Westing-house verbunden. Am 12. März 1914 verstarbt Westing-house in New York.

Die Bremse von Westinghouse stand in direkter Kon-kurrenz zur Vakuumbremse. Der Vorteil der Lösung mit Druckluft war, dass sie aus zwei unterschiedlichen Systemen bestand und daher sehr vielseitig war. Dank der verwendeten Druckluft konnten höhere Kräfte erzeugt werden. In der Folge davon konnten kleinere Bauteile benutzt werden, was zu einer deutlich leichteren Bauweise führte. Das war ein Grund für den Erfolg.

Die Doppelbremse von Westinghouse bestand aus zwei getrennt arbeitenden Systemen. Eine direkt wirkende, als Regulierbremse bezeichnete Lösung wurde mit einer indirekten Bremse kombiniert. Diese wurde nach dem Erfinder benannt und sie war der grosse Vorteil dieser Druckluftbremsen. Im weiteren Verlauf wird in erster Linie mit diesen Bremseinrichtungen gearbeitet werden und nur schon das zeigt die Wichtigkeit.

Die Westinghousebremse, also die in-direkt wirkende Version war so gut, dass sie nicht nur bei den Eisenbahnen verwendet wurde. Das Prinzip kam auch auf der Strasse zum Einsatz und diesen Teil müssen wir kurz ansehen.

Das macht diese Druckluftbremse zu einem Thema, das nicht nur einen Fachbereich interessiert. Bei der Strasse war die Westinghousebremse jedoch nur bei LKW und dort bei den Anhängern vorhanden.

Die Anhängerbremse der LKW arbei-tete nach dem gleichen Prinzip, wie die bei den Bahnen verbaute Westing-housebremse. Dabei wurden sogar die gleichen Drücke verwendet.

Ein verlorener Anhänger bremste da-her automatisch ab und bildete keine Gefahr. Zudem war es mit dieser Bremse leicht möglich auch rückwärts zu fahren. Ein Punkt, der gerade bei LKW von grosser Bedeutung war, da diese oft an Laderampen anfahren müssen.

Im Gegensatz zu den Bahnen wurde die Westinghousebremse bei den LKW durch die Hochdruckbremse abgelöst. Das Prinzip blieb das gleiche, nur wurden die Luftdrücke angepasst und daher deutlich höher angesetzt. Das erlaubte besser Bremskräfte, denn bei der Strasse kann wegen den Rädern aus Gummi mehr Kraft auf den rauen Asphalt übertragen werden. Bei schweren Fahrzeugen kann das Wichtig sein.

Es stellt sich damit natürlich die Frage, warum Bahnen nicht auch auf diese Lösung setzen. Das Problem hier ist, dass die übertragbaren Kräfte zwischen dem Rad aus Stahl und der Schiene nicht so hoch waren. Die Vorteile der Hochdruckbremse konnten daher schlicht nicht genutzt werden. Wir jedoch müssen uns nun die Doppelbremse von Westinghouse genauer ansehen und dabei beginne ich mit der etwas einfacheren Lösung.

 

Die Regulierbremse

Die von Westinghouse entwickelte Regulierbremse ist mittlerweile verschwunden. Sie wurde bei den mit Druckluftbremsen versehenen Fahrzeugen eingebaut. Sie war, wie es der Name Regulierbremse schon sagt, dazu vorgesehen die Geschwindigkeit in Gefällen einzuhalten. Eine Lösung, die bei der von Hardy vertriebenen Vakuumbremse nicht vorhanden war. Die Geschwindigkeit wurde damit reguliert und so passte der Namen.

Mittlerweile ist der Begriff Regulierbremse verschwun-den. Neu wird in diesem Bereich von den direkten Bremse gesprochen und das ist auch die Weise, wie diese Bremse wirkt.

Von einem Ventil wird Druckluft durch eine Leitung zu den Bremszylindern geführt, die dann dafür sorgten, dass sich das Bremsgestänge so bewegte, dass die mechanischen Bremsen angezogen wurden. Dank der feinfühligen Einstellung war sie gut für die Regulierung.

Mit den Verbesserungen bei den indirekten Bremsen konnte auf die Regulierbremse verzichtet werden. Sie wurde bei den Wagen nicht mehr eingebaut und konnte daher auch nicht mehr benutzt werden.

Ein Nachteil ergab sich damit jedoch nicht, denn mit dem Verzicht kamen neue Möglichkeiten, die vorher nicht vorhanden waren, denn nun konnte das Trieb-fahrzeug unabhängig von den Wagen gebremst werden und das war sehr gut.

Um den Vorteil der nur noch auf die Lokomotive wir-kenden direkten Bremse zu nutzen, wurde sie in Ran-gierbremse umgetauft.

Da nun nicht mehr auf die maximalen Kräfte bei den Wagen geachtet werden musste, konnte der Luftdruck bei der Rangierbremse leicht erhöht werden.

So hatte sie eine bessere Bremswirkung, was nun wichtiger war, denn für den dem Namen nach geltenden Einsatz wurde die Last nicht immer gebremst.

Mit der nur auf den Triebfahrzeugen wirkenden Rangierbremse konnte auch ein guter Teil der Last verzögert werden. Da diese nun aber von der Lokomotive unabhängig bremsen konnten, war es leichter möglich das Triebfahrzeug gegen die Last zu verschieben. Mit den modernen Lösungen wurde auch der Begriff Rangierbremse aufgegeben und von einer direkten Bremse gesprochen. Wobei auch die veraltete Regulierbremse dazu gehörte.

Mit der Umwandlung in eine Ran-gierbremse wurde die ursprüngliche Regulierbremse zu einer Zusatzbrem-se.

Der Begriff umschreibt eigentlich nur, dass die direkte Bremse nicht als hauptsächliche Lösung verwendet wird.

Möglich wurde das, weil die an-schliessend vorgestellte automatische Bremse immer wichtiger geworden war. Ich persönlich finde die Zusatz-bremse ausgesprochen passend, weil es zutreffend ist.

Ebenso eine Zusatzbremse ist die direkt auf den Bremszylinder wirkende Schleuderbremse.

Diese arbeitet mit einem deutlich geringeren Druck in der Leitung und erzeugt damit nur eine bescheidene Bremskraft. Der Effekt entspricht dabei dem bereits kennen gelernten Putzklotz. Hier werden dazu einfach die normalen Bremsen des Triebfahrzeuges benutzt. Eine direkte Bremse, die so nicht vorgesehen war.

Kommen wir zum Abschluss der direkten Bremsen zu den bei den Bahnen verwendeten Anhängerbremse. Zum Einsatz kommt diese Bremse jedoch nur bei Triebfahrzeugen, die über eine direkte Bremse verfügen und die nicht mit der Westinghousebremse versehen wurden. Die Anhängerbremse erlaubt die Bremsung der Wagen mit der Rangierbremse. Der Wagen wird dabei über die Hauptleitung gesteuert.

Dank der Anhängerbremse war es kleinen Traktoren auch möglich, die Wagen mit der Druckluft zu bremsen. Damit haben wir nun aber eine Lösung erhalten, die eigentlich nur die Rangierbremse in eine automatische Bremse umwandelte und damit wir auch diese Bremse kennen lernen, müssen wir die Welt der direkten Bremsen verlassen und uns nun dieser zweiten von Westinghouse entwickelten Druckluftbremse zuwenden.

Die automatische Bremse

Wenn ich nun von der automatischen Bremse spreche, dann ist das der heute für dieses System von Westinghouse verwendete Begriff. Es handelt sich um die indirekte Bremse. Bei dieser wird die Bremsung eingeleitet, wenn sich in einer als Hauptleitung bezeichneten Leitung der Luftdruck reduziert. Damit die Druckluft gehalten werden kann, muss die Leitung geschlossen und über ein Ventil befüllt werden.

Wenn wir den Vergleich mit der Va-kuumbremse anstellen, dann bietet diese Bremse den grossen Vorteil, dass der Wert bei der Druckluft höher angesetzt werden kann.

Das sorgt für eine geringere Grösse und damit zu einer Reduktion des Ge-wichts.

Auch die Tatsache, dass mit der Lösung schnell wirksame Bremsen verwirklicht werden konnten, führt zur grossen Verbreitung.

Die automatische Bremse kommt so-wohl bei der Eisenbahn, als auch bei LKW zur Anwendung.

Eine Bremsung und somit die Ver-zögerung des Fahrzeuges wird mit dem verminderten Druck in der Hauptleitung eingeleitet. Damit diese Bremsung eingeleitet wird, muss der Luftdruck um einem minimalen Wert von 0.4 bar abgesenkt werden. Dabei reicht das alleine aber noch nicht, denn die Zeit um diese Absenkung zu erhalten ist ebenfalls wichtig und das wird mit der Geschwindigkeit gemessen.

Für die Geschwindigkeit mit der eine Bremse am letzten Fahrzeug anspricht, wird Durchschlagsgeschwindigkeit genannt. Bei einer Bremsung ist sie wichtig, denn je schneller das letzte Fahrzeug auf den Abfall des Luftdruckes reagiert, desto kürzer wird der Weg bis zum Stillstand. Wir haben diese schon bei der Vakuumbremse kennen und nun wird es Zeit, dass wir diesen Wert auch bei der Druckluftbremse genauer ansehen.

Bedingt durch die Abmessungen der Hauptleitung kann eine Geschwindigkeit von 90 bis 180 m/s erreicht werden. Um die Durchschlagsgeschwindigkeit zu erhöhen reagieren auf diesen Druckabfall Bauteile, die dafür sorgen, dass nicht die ganze Luft durch die Hauptleitung strömen muss. Damit kann die Geschwindigkeit auf einen Wert von 250 bis 280 m/s gesteigert werden. Wir haben damit einen Wert, mit dem wir nicht viel anfangen können.

Die maximale Durchschlagsgeschwindigkeit entspricht ungefähr der Geschwindigkeit des Schalls. Bei einem langen Zug kann das mehrere Sekunden dauern. Sie sehen, dass wir mit der Druckluftbremse eine eher langsam wirkende Lösung bekommen haben. Mit diesen Werten ist es jedoch möglich, die längsten Züge zu führen, denn der Ausgleich von Verlusten in der Hauptleitung funktioniert bei der Druckluftbremse deutlich besser.

Die automatische Bremse wird mit diesen Werten zu einer Sicherheitsbremse. Mit diesem Begriff werden Bremssysteme benannt, die auch bei gelösten Verbindungen sicher wirken. Die entleerte Hauptleitung bewirkt die Bremsung und so kommt die Last zum Stillstand. Sicherheitsbremsen garantieren diesen Effekt. Jedoch kann bei keinem pneumatischen Bremssystem eine vollständige Sicherheit vermittelt werden.

Um die als Sicherheitsbremse wirkende automatische Bremse abschliessen zu können. Benötigen wir noch eine Ergänzung zu den üblichen Bremsen. Dabei soll ein Fahrzeug in der Regel nicht gebremst werden. Jedoch soll die Schnellbremsung umgesetzt werden. Damit ist zwar die Sicherheitsbremse vorhanden, aber das Fahrzeug ist nicht gebremst. Eine Funktion, die verhindert, dass das letzte Fahrzeug nicht bremst.

Die Nachbremse ist eigentlich ein Ventil, dass auf die Veränderung der Hauptleitung nicht reagiert. Sinkt dort jedoch der Luftdruck unter einen Wert von 2.5 bar, wird die Bremse des Fahrzeuges aktiviert. Bei einem Anstieg über diesen Wert, löst sich die Nachbremse wieder. Nachbremsen sind bei Traktoren, aber auch bei einzelnen Lokomotiven eingebaut worden und sie schonen die Bauteile, bieten aber die Sicherheitsbremse.

EP-Bremse

Wenn wir uns die EP-Bremse ansehen, dann sind wir zuerst bei einer Abkürzung angelangt. Diese steht schlicht für elektropneumatische Bremse. Ein schwer lesbares Wort, daher wird der Begriff EP-Bremse verwendet. Diese spezielle Bremse ist eine Ergänzung zu den Lösungen von Westinghouse und sie arbeitet sogar mit diesen, daher wird fachlich oft auch von direkten und indirekten EP-Bremsen gesprochen.

Wie es der Begriff EP-Bremse schon vermittelt, wir haben eine Bremse erhalten, die mit elektrischen Signalen ar-beitet. Diese Signale können zusammen mit den Leitungen für Druckluft, oder auch ohne gesendet werden.

Sofern beide Fahrzeuge über eine eigene Versorgung mit Druckluft verfügen, kann in der Theorie auf die Haupt-leitung verzichtet werden. Da das aber selten der Fall ist, wird die Lösung mit Leitung umgesetzt.

Jedoch ist bei der EP-Bremse, die Datenleitung sehr wichtig. Diese als EP-Leitung bezeichnete Verbindung übermittelt elektrische Signale, die nicht nur der Bremse dienen.

Die genormte EP-Leitung besitzt neun Pole, die über unterschiedlich Kontakte verfügen. Dadurch wird es mög-lich, über diese Kabel auch höhere Ströme zu übertragen. Verbunden wird die EP-Leitung mit einem einfachen Kabel, das so gesteckt wird, dass es sich nicht löst.

Wenn wir nun von dieser EP-Leitung die Leiter für die EP-Bremse nehmen, dann haben wir wirklich nur zwei Leit-ungen belegt. Die Vielseitigkeit der EP-Leitung wird auch in anderen Bereichen genutzt. Der Name stammt einfach noch aus der Zeit, wo damit wirklich nur die EP-Bremsen versorgt wurden und diese müssen wir genauer ansehen, denn mit den nun vorhandenen Signalen, sind andere Möglichkeiten bei den Bremsen vorhanden.

Bei der automatischen Bremse haben wir die Durchschlagsgeschwindigkeit der Hauptleitung angesehen. Diese kann mit der EP-Bremse erhöht werden, denn die Signale sorgen dafür, die die Bremsen der einzelnen Fahrzeuge auf Grund des Signals und nicht wegen dem Druckabfall in der Hauptleitung ansprechen. In der Folge kann der Bremsweg weiter verkürzt werden. Die Durchschlagsgeschwindigkeit der EP-Bremse müssen wir ansehen.

Dabei ist der Hinweis, dass wir diese ansehen, gar nicht so falsch. Wir begeben uns nun in den Bereich des Lichtes. Die Signale werden nahezu mit Lichtgeschwindigkeit übermittelt. Diese beträgt im Vakuum 299 792 458 m/s.

Ein Wert mit dem wir nicht viel anfangen können, aber bei einer maximalen Länge des Zuges von 750 Meter kann die Zeit, die das elektrische Signal der EP-Bremse mit üblichen Methoden nicht gemessen werden.

Das erlaubt kürzere Bremswege. Eine gute Ergänzung der automatischen Bremse und genau in diesem Punkt sind die Nachteile bei der EP-Bremse zu finden. Die Leitung und die Bauteile ergeben ein gewisses Gewicht.

Gerade bei Güterwagen ist das aber ein wichtiger Punkt. Auch wenn mit der EP-Bremse schnellere Züge möglich wären, das Gewicht führt dazu, dass es kaum Güterzüge gibt, die mit der EP-Bremse arbeiten.

Jedoch ergibt sich eine Lösung und nun kommen wir zu den sehr langen Zügen. Bei einer Länge von mehreren Kilometer kann sogar mit der EP-Bremse eine Verzögerung gemessen werden. Das Instrument müsste einfach sehr präzise arbeiten. In dem Fall werden die Lokomotiven im Zug verteilt und mit der EP-Bremse versehen. Das nun von der Spitze kommende elektrische Signal führt dazu, dass auch die hinteren Lokomotiven die Hauptleitung absenken.

Wir haben nun die drei mit Druckluft betriebenen Bremsen kennen gelernt. Es sind das die Regulier- oder Rangierbremse, die automatische Bremse und die EP-Bremse. Alle benötigen jedoch mehr oder weniger Bauteile, denn mit Druckluft kann nicht direkt eine mechanische Bremse erstellt werden. Es müssen Bauteile vorhanden sein und von diesen wollen wir uns die wichtigsten Teile ansehen, denn sie sind das Herzstück.

 

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