Verschleisslose Bremsen

Bei den meisten Unglücken, oder in den Filmen, versagt die Bremse auf der Fahrt. Besonders beliebt und im Fall von Modane auch wirklich so, werden die Bremsen überlastet und fallen aus. Die Bremsen werden heiss, und funktionieren plötzlich nicht mehr. Die Wirkung fällt aus und die unkontrollierte Fahrt ins Tal beginnt. Irgendwann wird jedoch die Fliehkraft zu gross und der Zug entgleist. Ein Horrorszenario der Superlative entsteht.

Die Bremse wird verschliessen und kann dann nicht mehr funktionieren. Beim erwähnten Film fliegen glühende Bremsklötze weg und dann gibt es keine Möglichkeit mehr, den Zug zum Anhalten zu bringen. Doch das funktioniert nur im Film so, denn es gibt immer wieder Bremsen, die nicht ausfallen können. Der Grund liegt in der Tatsache, dass es sich um natürliche Bremsen handelt. Bremsen, die jedes Kind kennt. Hier kommen auch die verschleisslosen Bremsen zur Erwähnung, die technisch funktionieren.

Verschleisslose Bremsen sind Bremsen, die wirken, ohne dass ein Bauteil abgenützt wird und sich plötzlich in Luft auflöst. Verschleisslose Bremsen haben also Vorteile und die sollten wir bei der Eisenbahn auch nutzen. Selbst auf der Strasse gibt es Fahrzeuge, die solche Bremsen sehr erfolgreich nutzen. Grundsätzlich gibt es fünf einzelne Bauarten von verschleisslosen Bremsen. Doch schauen wir uns mal diese fünf verschleisslosen Bremsen an:

 

Der Hangabtrieb

Es ist die natürlichste aller Bremsen. Ich spreche dabei vom Handabtrieb. Diese Kraft, die beim Unglück von Modane dafür sorgte, dass der Zug immer schneller wurde, soll eine Bremse sein? Ich behaupte ja und erst noch eine, die ohne jeglichen Verschleiss arbeitet. Sie ist zudem so sicher, dass sie nicht ausfallen kann, daher ist der Hangabtrieb eine hervorragende Bremse, die auch als Notfallbremse verwendet wird.

Wer schon mal versucht hat, ein Fahrrad den Hang hinauf zuschieben, hat bemerkt, dass das Fahrrad lieber in die andere Richtung ging. Manche Schussfahrt mit den Skiern im Winter endete damit, dass Sie durch eine Steigung abgebremst wurden und nun dafür sorgen müssen, dass Sie den Schwung in der Loipe mitnehmen können. Die Natur bremst Sie mächtig ein. Sie werden also auf natürliche weise abgebremst und mussten nicht viel daran machen.

Der Grund für diese Bremswirkung findet sich in der Schwerkraft. Die Schwerkraft sorgt dafür, dass sich alles auf der Erde immer zum tiefsten Punkt hin bewegen will. Der Apfel fällt vom Tisch auf den Boden.

Genau diese Kraft nutzen wir nun um eine Bremse zu verwirklichen. Das klingt abenteuerlicher, als es ist und Sie werden schnell feststellen, dass wir die sicherste Bremse überhaupt kennen lernen. Doch auch sie hat Nachteile.

Die Schwerkraft sorgt dafür, dass wir in einer Steigung mehr Kraft aufwenden müssen, als das in der Ebene der Fall ist.

Wenn wir nun beim Fahrrad nicht mehr schieben, zieht das Fahrrad nach dem Tal. Es folgt der Schwerkraft und diese zieht das Fahrrad nach unten.

Wir haben also nur die Kraft, die das Fahrrad hoch schob, entfernt. Die Bewegung nach oben wurde automatische gestoppt und das Fahrrad wollte wieder ins Tal rollen.

Genau diesen Effekt, den man Hangabtrieb nennt, wollen wir nun für eine Bremse nutzen. Schalten wir die Zugkraft aus, verzögert sich unser Fahrzeug, ohne dass wir etwas machen müssen. Die Bewegungsenergie verpufft zusehends und die Schwerkraft gewinnt an überhand. Wir benötigen keine technischen Hilfsmittel um die Verzögerung zu erhalten. Damit haben wir eine verschleisslose Bremse, die immer funktioniert.

Bei gewissen steilen Strassen, werden absichtlich Gegensteigungen eingebaut, um Fahrzeuge mit defekten Bremsen darin anzuhalten. Besonders in Abschnitten mit langen steilen Gefällen sind solche Bauten bei Strassen zu sehen. Sie haben sie vermutlich schon gesehen, denn die Strasse, die ohne ersichtlichen Grund abzweigte war so eine Gegensteigung. Die Bremse funktioniert dabei wie die auf der Loipe mit Hilfe der Schwerkraft.

Ein Nachteil gibt es bei dieser Bremse jedoch. Sie funktioniert nur in einer Richtung. Sobald in der Gegensteigung der Schwung durch die Schwerkraft abgebaut wurde, gewinnt die Schwerkraft an Überhang. Das Fahrzeug rollt so hin und her, bis es an der tiefsten Stelle zum Stehen kommt. Vergessen Sie beim Stillstand das Fahrzeug zu sichern, wirkt die Bremse plötzlich als Beschleunigung in anderer Richtung und die Höllenfahrt geht in die andere Richtung wieder los.

Höre ich, Einwände? Das sei doch Blödsinn, wo soll da der Nutzen sein? Doch, diese natürliche Bremse kommt bei der Eisenbahn überall auf der Welt zur Anwendung. Die Strasse nutzt diese Bremse und selbst Sie nutzen diese Bremse ohne sich darüber auch nur den kleinsten Gedanken zu machen. Wir nutzen den Hangabtrieb automatisch als Bremse, weil es sich damit so einfach abbremsen lässt. Doch bleiben wir bei der Eisenbahn.

Kleine Veränderungen der Geschwindigkeit werden nur dadurch erzeugt, dass die Zugkraft reduziert wird und die Schwerkraft zur Verzögerung genutzt wird. Man kann die Fahrt so verzögern, ohne dass man die eingebauten Bremsen nutzen muss. Man lässt es rollen und lässt die Schwerkraft die Arbeit machen. Solche Bremsmanöver sind oft der Fall. Die entsprechende Fahrweise wird dem Personal sogar geschult, so dass der Hangabtrieb sehr oft als Bremse genutzt wird.

In steilen Steigungen genügt es, wenn man keine Zugkraft mehr ausübt, um auf ein Signal hin zu bremsen. Eine Bremsung mit dem Hangabtrieb reicht jetzt sogar aus, um den Zielpunkt zu erreichen. Man muss dann nur noch verhindern, dass man zurück rollt. Der Vorteil dieser Bremse ist der Verschleiss, den es nicht gibt. Doch wir haben auch technische Lösungen für verschleisslose Bremsen. Diese wollen wir uns nun ansehen.

 

Die Motorbremse

Beim Hangabtrieb nutzten wir die Schwerkraft um eine Bremsung zu erhalten. Jetzt kommen wir zur technischen Lösung und dabei zu einer Bremse, die verschleisslos funktioniert und die sogar fast noch besser ist, als die natürliche Bremswirkung der Schwerkraft. Es ist die Bremse des Motors. Dabei gibt es aber unterschiedliche Lösungen, die wir uns ansehen müssen. Daher heisse ich Sie in der Welt der Motorbremsen herzlich willkommen.

Doch bevor wir diese Bremse etwas genauer ansehen, muss ich erwähnen, dass diese Bremse ausgerechnet bei der Eisenbahn kaum angewendet wird. Trotzdem werde ich sie hier erwähnen, denn sie ist eine gute Bremse, die überall im Strassenverkehr eingesetzt wird. Der Grund für das Fehlen bei der Eisenbahn, werden wir später erfahren, denn zuerst will ich die Bremse vorstellen und da gibt es zwei Lösungen.

Mit dem Motor bremsen: Fahren Sie Auto? Ja, dann haben Sie sicher schon bemerkt, dass Ihr Fahrzeug sofort verzögert, wenn Sie das Gaspedal loslassen. Sie haben sich vermutlich schon oft gefragt, warum das so ist. Die Lösung finden wir beim Verbrennungsmotor, denn dieser hat gute Eigenschaften, die als Bremse genutzt werden können. Daher schauen wir schnell in den Motor hinein und betrachten den Innenraum aus der Sicht der Bremse.

Der Motor arbeitet mit verschiedenen Takten. Diese lernten Sie bei der Vorstellung des Dieselmotors kennen. Im zweiten Takt wird dabei die Luft verdichtet um anschliessend im dritten Takt zu verbrennen. Wenn wir nun das Gas wegnehmen, reduziert sich die Kraft, die im dritten Takt erzeugt werden kann. Die Antriebswelle wird nur noch mit dem Schwung bewegt. Geben wir mehr Gas, beschleunigen wir diese Welle und wir werden schneller.

Wenn wir nun das Gas wieder wegnehmen, fällt die Beschleunigung im dritten Takt nahezu aus. Dadurch gewinnt die Kraft, die benötigt wird, um die Luft zu verdichten, überhand. Der Motor verliert an Schwung und die Welle wird verzögert. Die daran angeschlossene Antriebswelle verzögert dadurch das Fahrzeug, welches nun langsamer wird. Wir haben eine Bremse im Motor eingebaut, die wir nicht einmal beeinflussen können.

Die Bremswirkung fällt jedoch relativ schwach aus, denn der Motor hat genug Schwung, dass er nicht vollständig still stehen kann. Die Bremswirkung ist daher sehr bescheiden. Sie können diese Bremswirkung jedoch verstärken. Dazu wählen Sie im Getriebe einfach einen tieferen Gang. Die Kraft wird nun besser übertragen und die Verzögerung erhöht. Die Bremsung wird damit verstärkt, so dass wir sie nutzen können.

Mit dieser einfachen Motorbremse können wir bei der Wahl des richtigen Ganges durchaus auch steile Strassen befahren, ohne dass wir eine weitere Bremse benötigen würden. Jedoch reicht dabei die Kraft des Motors gerade einmal aus, um Ihren Wagen zu bremsen. Zudem muss die Geschwindigkeit deutlich reduziert werden, denn nur so steht genug Kraft für die Verzögerung zur Verfügung. Doch man kann diese Motorbremse noch verbessern.

Die Staudruckbremse: Bei der vorher vorgestellten Version der Motorbremse haben wir einfach die Beschleunigung der Kurbelwelle weggenommen. Dadurch wurde der Motor durch die Verdichtung der Luft verzögert. Damit man jedoch eine bessere Bremswirkung erreicht, muss man künstlich dafür sorgen, dass man mehr Bremskraft erhält. Diese künstlich erstellte Motorbremse wird Staudruckbremse genannt.

Die Staudruckbremse nutzt man einen weiteren Teil des Motors aus. Wir erhalten dadurch eine verstärkte Motorbremse. Solche Staudruckbremsen werden im Strassenverkehr durchaus angewendet. Schwerere Fahrzeuge, wie LKW, werden mit einer Staudruckbremse ausgerüstet und so eine verschleisslose Bremse eingebaut. Dabei funktioniert diese Staudruckbremse nach einem einfachen Prinzip, das wir uns nun ansehen werden.

Die aus dem Verbrennungsraum austretenden Abgase werden in ein Rohr entlassen und gelangen gesammelt ins Freie. Wenn es nun aber in diesem Rohr einen Stau gibt, können die Abgase nicht mehr ungehindert entweichen. Sie stauen sich zurück und bremsen dadurch die Kurbelwelle zusätzlich ab. Der Grund ist ja klar, denn der Motor benötigt mehr Kraft um die Abgase auszustossen. Diesen Effekt nutzt man bei der Staudruckbremse, denn die verschliesst das Abgasrohr.

Im Abgasrohr wird bei der Staudruckbremse eine Klappe montiert. Diese Klappe versperrt den Abgasen den Weg, so dass dahinter ein Überdruck entsteht und so die Drehzahl des Motors zusätzlich verringert wird. Der Druck der Abgase drückt die Klappe jedoch auf, so dass immer wieder Abgase entweichen können und es zu keinem gefährlichen Überdruck kommt. Daher hört man die Staudruckbremse deutlich am Geräusch der Abgase.

Auch diese Bremse hat Nachteile. Sie funktioniert nicht mehr, wenn die Verbindung zwischen Motor und Getriebe unterbrochen wird. Die Kraft des rollenden Fahrzeuges fällt dabei weg. Das Fahrzeug kann nun ungehindert rollen, während die Kraft der Staudruckbremse nun dazu ausreicht um den Motor zum Stillstand zu bringen. Das heisst, der Motor stellt ab und das Fahrzeug wird wieder schneller. Wir haben nun ein ernstes Problem, denn wir haben einen totalen Ausfall.

Die Staudruckbremse kann bei hohen Leistungen, wie sie zum Beispiel bei einer Diesellokomotive vorkommen, gar nicht verwendet werden. Die Leistung des Motors ist so gross, dass die Klappe der Staudruckbremse verbogen wird. Die Bremse fällt aus. Somit kommt die Staudruckbremse bei der Eisenbahn im Gegensatz zur Strasse nicht zur Anwendung. Wobei bei kleineren Traktoren diese Effekte durchaus auch genutzt werden können. Sie reichen jedoch nicht aus, um als Bremse zu gelten.

Die Staudruckbremse wird auch Gegendruckbremse genannt. Sie kann neben der vorher beschriebenen Lösung mit Motoren, auch bei Dampfmaschinen verwendet werden. Hier wird statt Dampf, heisses Wasser in den Zylinder geführt. Dabei erfolgt das jedoch auf der entgegen liegender Seite, so dass der bewegenden Kolbenstange ein Gegendruck durch das verdampfte Wasser entgegengesetzt wird.

Dadurch wird der Kolben verlangsamt und der Dampf verdichtet. Das Fahrzeug wird dadurch gebremst. Diese Bremse stellt jedoch für den Zylinder eine grosse Belastung dar, so dass diese Gegendruckbremsen nur eingebaut wurden, wenn sie gefordert waren. Die meisten Dampflokomotiven hatten daher keine verschleisslose Bremse. Jedoch hätte die Möglichkeit bestanden, denn die Gegendruckbremse funktionierte recht gut und sie war bei Fahrten in Zahnstangen vorgeschrieben.

 

Die Wirbelstrombremse

Nachdem wir uns bisher mit den verschleisslosen Bremsen befasst haben, die kaum ausfallen können, kommen wir nun zu verschleisslosen Bremsen, die durchaus bei einem Defekt nicht mehr funktionieren. Diese Gefahr ist jedoch gering, da die Bremsen sehr gut funktionieren und kaum Probleme verursachen, trotzdem kann es zu Ausfällen kommen. Doch sehen wir uns die Wirbelstrombremse an, dann sehen Sie schnell, wo das Problem liegen kann.

Die Funktionsweise der Wirbelstrombremse besteht darin, dass eine Scheibe aus Weicheisen an Magneten vorbeigezogen wird. Dabei kommt es zu keiner Berührung des Magneten mit der Scheibe aus Weich-eisen.

Durch das Magnetfeld entstehen in der Scheibe soge-nannte Wirbelströme. Diese Wirbelströme erzeugen nun in der Scheibe ein Magnetfeld. Die beiden Magnetfelder ziehen sich nun an und verzögern so die sich beweg-ende Scheibe.

Mit Wirbelstrombremsen können sehr hohe Bremskräfte erzeugt werden. Ein damit ausgerüstetes Fahrzeug kann die steilsten Gefälle ohne die normale Bremse zu benutzen, befahren.

Die Wirbelstrombremse hat im flachen Gelände eine so gute Wirkung, dass sie eine normale Bremsung erzeugt. Im Strassenverkehr wäre das gefährlich, darum werden bei der Betätigung der Wirbelstrombremse die Bremslichter des Fahrzeugs aktiviert.

Werden nun elektrische betätigte Magnete verwendet, erhalten wir eine Wirbelstrombremse, die geschaltet werden kann. Bei Wirbelstrombremsen mit dauernd aktiven Magneten, entsteht eine dauernd wirksame Bremse, die nicht gelöst werden kann. Sie sehen, es gibt durchaus unterschiedliche Bauformen der Wirbelstrombremse. Wir wollen diese nun etwas genauer ansehen. Dabei unterscheide ich zwei Bautypen.

Rotierende Wirbelstrombremse: Bei Strassenfahrzeugen werden rotierende Bauformen verwendet. Hier werden die Magnete bei einer Scheibe montiert. Diese Scheibe ist mit der rotierenden Welle verbunden. Die aktivierte Wirbelstrombremse verhindert, dass die Scheibe ungehindert drehen kann. Verwendet werden hier neben elektrischen Magneten, auch permanente Magnete. Wir nutzen die Wirbelstrombremse daher um eine Drehung zu verzögern.

Steht die Welle bei aktivierter Wirbelstrombremse still, ist eigentlich keine Bremswirkung mehr vorhanden. Beginnt sich die Schiebe nun zu drehen, wird die Wirbelstrombremse automatisch aktiviert und verzögert die Welle wieder. Diesen Nutzen macht man sich an vielen Stellen zu nutzen, denn die Wirbelstrombremse wird häufiger verwendet, als Sie meinen. Daher blicken wir auf einige Lösungen und erkennen so den Nutzen der Wirbelstrombremse.

Rotierende Wirbelstrombremsen verwendet man, wie ich schon erwähnt habe, bei schweren Fahrzeugen im Strassenverkehr. Dabei verwendet man hier elektrische Magnete, die dafür sorgen, dass die Bremse aktiviert oder ausgeschaltet werden kann. Die Wirbelstrombremse verzögert dabei so gut, dass nahezu normale Bremsungen erreicht werden. Beim LKW werden daher die Bremslichter, als Warnung für nachfolgende Fahrzeuge, aktiviert.

Die Wirbelstrombremse der LKW hat einen Nachteil, denn sie wird beim Stillstand zerstört, da die Kühlung der stark belasteten Spulen nicht mehr klappt. So muss gesichert werden, dass sich das Fahrzeug immer bewegt und die Bremse immer durch den Fahrwind gekühlt wird. Wirbelstrombremsen werden daher kurz vor dem Stillstand ausgeschaltet. Das heisst, man kann damit nicht bis zum Stillstand bremsen. Das muss aber nicht sein, denn es geht auch anders.

Rotierende Wirbelstrombremsen verwendet man auch bei Sportgeräten. Dort wirkt die Bremse als zusätzlicher Widerstand. Die Bremse wirkt dabei mit Magneten, die so geschaltet werden, dass die Kraft der Wirbelstrombremse immer höher wird. Sie müssen sich daher auf dem Sportgerät immer mehr anstrengen und machen so etwas für Ihre Fitness. Wenn sie nicht mehr treten und das Rad steht, ist die Wirbelstrombremse nicht aktiv und muss daher weder ein- noch ausgeschaltet werden.

Lineare Wirbelstrombremse: Der Aufbau bei den linearen Wirbelstrombremsen lässt zwei unterschiedliche Bauarten zu. So können sich die Magnete oder die Schiene aus Eisen bewegen. Bei allen linearen Wirbelstrombremsen wird die Verzögerung durch die sich verschiebenden Magnetfelder erzeugt. Dabei kommen wir zu den Wirbelstrombremsen, die bei der Eisenbahn verwendet werden. Doch zuerst wenden wir uns der Bauweise mit festen Magneten zu.

Die Magnete bei der fest magnetisierten Wirbelstrombremse bewegen sich nicht, daher kann die Wirbelstrombremse beim Stillstand auch nicht zerstört werden. Die Kühlung der Magnete erfolgt in jedem Fall immer auf die gleiche Weise. Damit erhalten wir eine Bremse, die sehr zuverlässig funktioniert und die keinem Verschleiss unterliegt. Deshalb werden solche Wirbelstrombremsen an Orten verwendet, wo eine sichere Bremse erforderlich ist.

Finden werden Sie solche Bremsen in Vergnügungsparks. Dort wird diese Wirbelstrombremse bei den Bahnen verwendet, die hohe Geschwindigkeiten haben. Dazu gehören zum Beispiel die Achterbahnen auf der ganzen Welt. Dort werden die Wagen aus Metall nach der wilden Fahrt abgebremst und so langsam in die Umsteigehalle, oder eine Kurve geführt. Die Bremsung erfolgt hier mit einer linearen Wirbelstrombremse. Dabei werden die Magnete an der Fahrbahn montiert und der Wagen bildet die Platte aus Weicheisen.

Bei den Eisenbahnen kommen umgekehrt aufgebaute Wirbelstrombremsen zur Anwendung. Hier werden die Magnete über eine Platte aus Weicheisen gezogen. Diese Platte stellen die Schienen dar. Die Magnete sind am Fahrzeug montiert worden und werden elektrisch aktiviert. Dabei kommt es jedoch zu keinem Kontakt mit den Schienen, sondern man arbeitet nur mit den Magnetfeldern der Wirbelstrombremse.

Durch die Fahrt werden die Magnete über die Schienen gezogen und verzögern so den Zug. Hier werden also nicht die Scheibe, sondern die Magnete abgebremst. Die Funktion ist jedoch identisch. Man darf die Wirbelstrombremse der Eisenbahnen jedoch nicht mit den Magnetschienenbremsen verwechseln, denn die funktionieren etwas anders und sind nicht verschleisslos. Wegen der Magnetschienenbremse sind Wirbelstrombremsen bei der Eisenbahn nur schwer zu erkennen.

 

Hydraulisch-dynamische Bremse

Die Funktionsweise der hydraulisch-dynamischen Bremse unterscheidet sich nicht so gross von der Wirbelstrombremse wie man auf den ersten Blick meinen könnte. Während man sich bei der Wirbelstrombremse elektrische Magnetfelder zu Nutze macht, benutzt man hier Flüssigkeiten. Der Effekt ist letztlich identisch, denn die rotierende Welle wird verzögert und so das Fahrzeug abgebremst. Wir haben daher eine verschleisslose Bremse erhalten.

Auch diese Bremse besteht aus einer drehenden Scheibe. Diese Scheibe besitzt aber Lamellen, die mit Öl oder Wasser durchströmt werden. Die Scheiben der Wirbelstrombremsen haben zwar auch solche Lamellen, die dienen aber zur Kühlung und nicht zur eigentlichen Bremsung. Die Flüssigkeit, die durch die Lamellen gepresst wird, stellt der Scheibe einen Widerstand entgegen, so wird die Scheibe abgebremst.

Die Lamellen der hydraulisch-dynamischen Bremse können jedoch verstellt werden. Durch das verstellen der Lamellen erhöht sich der Widerstand des Wassers oder des Öls, das durch diese Lamellen strömt. Die Scheibe benötigt nun für die Drehung mehr Kraft, weil sie ja einen hohen Widerstand zu überwinden hat. Die Scheibe wird an der freien Drehung gehindert und dadurch abgebremst. Wir erreichen dadurch recht gute Bremswirkungen.

Jedoch wird durch die Kraft, die Flüssigkeit erwärmt. Dadurch muss man die Flüssigkeit wieder abkühlen um keine Überhitzung zu erhalten. Damit benötigen wir eine künstliche oder eine natürliche Kühlung. Jedoch stellt die Kühlung von Flüssigkeiten kein grosses Problem dar, so dass diese hydraulisch-dynamischen Bremsen sehr zuverlässig funktionieren und es selten zu Ausfällen dieser Bremse kommt.

Diese Bremse kommt im Strassenverkehr bei den schweren LKW zur Anwendung. Dort bietet sie gegenüber der Wirbelstrombremse den Vorteil, dass sie etwas leichter ist. Die Flüssigkeit, die hier zur Bremsung benötigt wird, stammt vom Kreislauf mit dem Kühlwasser. Dieser ist bereits vorhanden und man kann die dort schon verwendeten Kühler benutzen. Die Bremskraft im Strassenverkehr ist mit jener der Wirbelstrombremse vergleichbar.

Bei der Eisenbahn werden hydraulisch-dynamischen Bremse ebenfalls verwendet. Hier kommen diese Bremsen jedoch nur bei Lokomotiven und Triebwagen vor, die eine entsprechende hydraulische Kraftübertragung besitzen. Die dieselelektrischen Lokomotiven verwenden die Lösungen der elektrischen Lokomotiven, die wir gleich anschliessend kennen lernen werden. Daher behandeln wir hier die verschleisslosen Bremsen der meisten Diesellokomotiven.

Bei Diesellokomotiven hat die hydraulisch-dynamischen Bremse bei den Antrieben mit hydraulischen Getrieben, wie zum Beispiel die Am 843, eine grosse Verbreitung gefunden, da sie sehr leistungsfähig und einfach im Aufbau ist. Man verwendet hier die Bauteile des Antriebs, denn diese können mit kleinen Änderungen zur Bremsung benutzt werden. Die Flüssigkeit ist daher spezielles für hydraulische Anwendungen bestimmtes Öl, das durch die Lamellen der Getriebe gepresst wird.

 

Die elektrische Bremse

Mit der elektrischen Bremse kommen wir zur letzten Bremse, die verschleisslos funktioniert. Dabei ist es die Bremse, die im Aufbau sehr aufwendig ist und die nur verwendet werden kann, wenn man Elektrizität verwendet. Dabei verwendet man die Motoren, die zum Antrieb benutzt werden. Zur Einleitung verwende ich aber ein Prinzip zur Erzeugung von Elektrizität, das jedoch die elektrische Bremse gut erklärt.

Sie hätten, wenn ich gleich damit begonnen hätte, alles vermutet, nur nicht das Prinzip der elektrischen Bremse. Sie sind doch sicher schon einmal in der Nacht Fahrrad gefahren. Damit man Sie auf der Strasse erkennen konnte, mussten Sie Licht machen. Wie geschah das? Genau, Sie legten den Dynamo ans vordere Rad und schon begann die Glühbirne zu leuchten. Zumindest tut sie das, wenn Sie fahren. Im Stillstand passiert nichts.

Bemerkten Sie dabei, dass Sie mit angelegtem Dynamo schwerer treten mussten, als ohne? Irgendetwas, genauer der Dynamo, hat einen erhöhten Widerstand erzeugt. Das Rad wird so gebremst. Das System Dynamo – Glühbirne nun als elektrische Bremse zu bezeichnen ist natürlich Blödsinn, denn im Dynamo wird Strom erzeugt, der die Glühbirne zum Leuchten bringt. Wir erzeugen elektrische Energie um Licht zu gewinnen. Doch nun zur elektrischen Bremse.

Die elektrische Bremse funktioniert einfach ausgedrückt so: Ein Dynamo erzeugt durch die Drehung des Rades einen elektrischen Strom, der einem Verbraucher zugeführt wird. Gut, der Dynamo ist nun natürlich der Fahrmotor. Es sieht sehr ähnlich aus und funktioniert sogar auch ähnlich, nur nutzen wir den Strom der elektrischen Bremse nicht um eine Glühbirne zu beleuchten. Sehen wir uns deshalb die beiden möglichen Lösungen doch genauer an.

Die Widerstandsbremse: Ich habe Sie in der Einleitung nun schon zur elektrischen Widerstandsbremse geführt. Der Dynamo ist hier aber der Fahrmotor und die Glühbirne sind spezielle gestaltete Widerstände. Dieses System funktioniert also genau so, wie Ihr Dynamo mit Glühbirne. Der Aufbau der elektrischen Widerstandsbremse ist damit eigentlich schon erklärt, doch gehen wir etwas mehr ins Detail. So erkennen wir die wenigen Unterschiede.

Der rollende Zug lässt den Fahrmotor drehen, da er über das Getriebe mit den Achsen verbunden ist. Der elektrische Motor besteht nun aus zwei Teilen, dem Stator, das Teil im Gehäuse und dem Rotor, der sich dreht. Grundsätzlich passiert hier noch nichts und der Motor dreht leer mit. Gibt man nun dem Rotor elektrische Spannung, wird durch die Drehung des Rotors im Stator ein elektrisches Feld, einfacher ein elektrischer Strom, erzeugt. Wir haben das Prinzip des Kraftwerkes.

Dieser im Fahrmotor erzeugte elektrische Strom kann nun genutzt werden. Hier unterscheidet sich nun die Widerstandsbremse, von der anschliessend vorgestellten Nutzstrombremse. Bei beiden Bremsen wir durch die Fahrmotoren ein elektrischer Strom erzeugt. Nur in der Nutzung dieses Stromes unterscheiden sich diese Bremsen jedoch, so dass wir bei der Widerstandsbremse zum elektrischen Widerstand kommen.

Um nun diese elektrische Energie, die im Fahrmotor entsteht, zu vernichten, könnte man eine Glühbirne, wie bei Ihrem Fahrrad, nehmen. Nur eine Glühbirne ist natürlich nicht gut geeignet, deshalb verwendet man spezielle Widerstände, die Bremswiderstände genannt werden. Die Funktion ist grundsätzlich gleich wie bei der Glühbirne, denn wie die Glühbirne durch den Strom erwärmt wird, werden diese Bremswiderstände ebenfalls warm und verbrauchen dadurch elektrischen Strom.

Die Leistung der elektrischen Bremse wird in erster Linie durch die Anzahl der Widerstände bestimmt. Werden diese Bremswiderstände jedoch gekühlt, kann bei gleicher Anzahl Widerstände eine höhere Leistung erzeugt werden. Würde man nun die Bremswiderstände mit zu hohem Strom belasten, würden diese glühen, wir hätten dann eine Glühbirne und so das Prinzip beim Fahrrad, nur dass wir es nun Widerstandsbremse nennen.

Widerstandsbremsen werden meistens bei Lokomotiven verwendet, die zwar elektrische Motoren haben, die aber keine Verbindung zur Fahrleitung aufweisen. Das können zum Beispiel Diesellokomotiven sein. Jedoch kann es auch sein, dass die elektrische Bremse unabhängig von der Fahrleitung funktionieren muss. Dann verwendet man Widerstandsbremsen, da diese beim entsprechenden Aufbau ohne Fahrleitung funktioniert.

Die Nutzstrombremse: Man kann die Widerstände der Widerstandsbremse durch eine andere Schaltung ersetzen und so den Fahrmotor mit der Fahrleitung verbinden. Über die Fahrleitung können wir einen anderen Verbraucher anschliessen. Dieser Verbraucher ist nun aber kein Widerstand mehr, sondern eine andere Lokomotive, die mit dieser Energie beschleunigt, oder einfach nur fährt. Wir nutzen damit nun den Strom der elektrischen Bremse.

Die Nutzstrombremse wird eigentlich fachlich korrekt mit einem Fremdwort benannt und daher als Rekuperationsbremse bezeichnet. Die Rekuperation ist ein Fremdwort für die Rückspeisung in die Fahrleitung. Man geht hier davon aus, dass die Energie ins Netz gespeist wird und so im Kraftwerk genutzt werden könnte. Bleiben wir jedoch bei der deutschen Bezeichnung und sprechen von der Nutzstrombremse.

Die kurz als Nutzbremse bezeichnete Nutzstrombremse, benötigt einen etwas umfangreicheren Aufbau, als die Widerstandsbremse. Besonders die Spannung, die erzeugt wird, muss mit der Fahrleitung übereinstimmen und diese muss auch in der Lage sein, Spannungen ab einem anderen Ort, als dem Kraftwerk aufzunehmen. Daher sind Nutzstrombremsen bei Bahnen mit Wechselstrom sehr gut vertreten. Jedoch funktionieren solche elektrischen Bremsen auch unter den anderen Stromsystemen.

Nutzstrombremsen gelten als sehr wirtschaftliche Bremsen und sie kommen heute bei fast allen Triebfahrzeugen mit elektrischem Antrieb zur Anwendung. Man kann schon fast von einer Standardbremse sprechen. Jedoch müssen wir hier auf den Effekt blicken, der mit einer Nutzstrombremse erreicht werden kann, denn diese Bremsen sind heute äusserst effektiv und sehr leistungsfähig. Doch so einfach ist die Nutzbremsung auch wieder nicht.

Die Nutzbremsung, also die Erzeugung von elektrischer Energie auf Lokomotiven ist gar nicht so einfach, wie man meinen könnte. Motoren sind nicht dazu gebaut, um als Generatoren missbraucht zu werden. Die Nutzbremsung liefert daher keine optimale Energie in die Fahrleitung. Fachleute sprechen dabei von einem hohen Anteil Blindleistung. Blindleistung ist elektrische Leistung, die zwar vorhanden ist, aber nicht genutzt werden kann.

So gab es Lieferanten, die von den betroffenen Bahnen den Einsatz von Nutzstrombremsen verboten. Diesen Bahnen blieb nichts anderes übrig, als mit Widerstandsbremsen zu arbeiten. Ähnliches galt für Bahnen, die mit Gleichstrom betrieben werden. Hier kann nur so viel Energie in die Fahrleitung abgegeben werden, wie diese benötigt. Eine Nutzstrombremse fällt deshalb bei Gleichstrom aus, wenn es keine anderen Verbraucher mehr gibt.

Regulierung der elektrischen Bremse: Die elektrische Bremse ist die verschleisslose Bremse, deren Wirkung am einfachsten reguliert werden kann. Zwar können Wirbelstrombremsen und hydraulisch-dynamische Bremsen im Gegensatz zur Motorbremse in wenigen Stufen reguliert werden, sie erreichen jedoch nie die Abstufung der elektrischen Bremse, die in diesem Punkt als äusserst präzise und gut regulierbar gilt.

Elektrische Bremsen werden mit dem Bremsstrom reguliert. Der Bremsstrom ist dabei der elektrische Strom, der von den Fahrmotoren zum Verbraucher fliesst. Das können die Widerstände, aber auch die Fahrleitung sein. Mit Hilfe des Bremsstromes können direkte Rückschlüsse auf die Bremskraft der Bremse gemacht werden. Dabei erfolgt die Regelung sehr feinfühlig, was eine gute Regulierbarkeit ergibt.

Moderne elektrische Bremsen sind in der Lage, die nahezu gleiche Leistung abzugeben, wie die Lokomotive bezieht. Einfach ausgedrückt, bremst die Lokomotive das Gewicht ab, das sie ziehen kann. Keine der anderen verschleisslosen Bremsen ist daher so effektiv, wie die elektrische Bremse. Das führt dazu, dass man deren Leistung bereits künstlich verringern muss. Einen besseren Leistungsausweis, gibt es wohl nicht mehr.

Trotzdem gibt es auch hier Nachteile. Die elektrische Bremse funktioniert nur mit elektrischen Fahrmotoren. In den meisten Fällen ist ihre Funktion zudem von der Fahrleitung abhängig. Somit funktionieren sowohl die Nutzstrombremse, als auch die meisten Widerstandsbremsen nicht mehr, wenn die Fahrleitung ausfällt. Gewisse Strecken dürfen dann nicht mehr befahren werden. Der Zug muss auf dem nächsten Bahnhof anhalten.

Wie halte ich auf dem nächsten Bahnhof an, wenn ich keine verschleisslose Bremse habe? Noch schlimmer, wie halte ich die Geschwindigkeit ein, wenn die verschleisslose Bremse ausfällt und ich mich auf der Talfahrt zum nächsten Bahnhof befinde? Die Ängste aus dem Film werden plötzlich real. Nun kommen aber die mechanischen Bremsen zur Anwendung. Es wird nun Zeit, dass wir diese Bremse etwas genauer ansehen.

 
Zurück Navigation durch das Thema Weiter
  Home Depots im Wandel der Zeit Die Gotthardbahn
News Fachbegriffe Die Lötschbergbahn
Übersicht der Signale Links Geschichte der Alpenbahnen
Die Lokomotivführer Lokführergeschichte Kontakt

Copyright 2015 by Bruno Lämmli Erstfeld: Alle Rechte vorbehalten