Wenn wir mit den verschleisslosen Bremsen beginnen, dann aus dem einfachen Grund, weil diese in der Natur nicht so selten anzutreffen ist, als man meinen könnte. Gerade in diesem Bereich wollen wir in das Thema eintreten. Dazu komme ich zu einem sehr einfachen Fahrzeug. Es ist das Fahrrad. Vielleicht benutzen Sie dieses um zur Arbeit zu kommen, oder aber sie fahren damit einfach zum Vergnügen durch das Land.

So lange es eben ist, ist die Angelegenheit noch sehr entspannend, das Fahrrad bewegt sich nahezu von alleine. Eine natürliche Bremswirkung ist jedoch bereits vorhanden, denn dem sich bewe-genden Objekt stellt sich die Luft entgegen.

Das bemerken Sie, wenn sie auf ebenem Grund gegen den Wind fahren müssen. Daher wirkt die normale Atemluft bereits als Bremse. Diesen nor-malen Effekt nennt man Luftwiderstand.

Kommt nun eine Steigung, muss dazu auch noch der Hangabtrieb überwunden werden. Sie müssen nun kräftiger in die Pedalen treten. Sobald sie damit aufhören, wirkt die Schwerkraft und zieht das Fahrrad nach unten.

Wir haben eine natürliche Abbremsung erhalten, die jedoch nur in einer Fahrrichtung funktioniert und auch sonst viele Mängel hat, denn die Kraft wirkt so lange, bis wir unten angekommen sind.

In einem Fahrzeug kann man nun aber diesen Hangabtrieb nutzen. Man verringert die Zugkraft und so tritt eine Verzögerung auf, die ohne weitere Massnahmen zur Verminderung der Geschwindig-keit führt.

Was die Natur mit ihren Effekten abbremst, müssen wir nicht mit technischen Massnahmen ausgleichen. Mit anderen Worten, wir können in dem Fall gratis bremsen, was natürlich ein grosser Vorteil im Betrieb ist.

Sollten Sie sich fragen, was denn der Hangabtrieb hier zu suchen hat, dann kann ich erwähnen, dass bei den Zügen auf der Gotthardstrecke bei Bergfahrt der Hangabtrieb so stark war, dass diese ohne Probleme so stark verzögerten, dass sie die durch die Signale vorgegebenen Bremswege ohne Schwierigkeiten einhalten konnten. Auf der Talfahrt wirkt der Hangabtrieb auch als zusätzliche Beschleunigung und daher müssen andere Systeme benutzt werden.

Eigentlich sind die Anwendungen der Bremsen nicht von der Art des Antriebes abhängig. Eine Ausnahme bilden da die verschleisslosen Bremsen. Der Grund liegt in der Tatsache, dass hier verschiedene Lösungen umgesetzt werden konnten. Bedingt durch die zeitliche Abfolge beginne ich bei den Formen der Antriebe mit den alten Dampfmaschinen. Bereits bei diesen gab es eine Lösung für verschleisslose Bremsen und sie wurde angewendet.

Wir erinnern uns, dass bei der Dampfmaschine ein Zylinder verwendet wird. Bei diesem werden durch die Steuerung auf beiden Seiten eines Kolbens Dampf zugeführt. Dieser sorgte für den Antrieb.

Was wäre nun, wenn man im durch die Bewegung kleiner werdenden Raum statt den Dampf auszustossen, diesen dort belässt und verdichtet. Der Lauf des Kolben würde so gehemmt werden, was einer Bremsung gleich kommt.

Bei der Gegendruckbremse arbeitete die Dampfmaschine gegen einen Widerstand im Zylinder. So wird deren Lauf gehemmt und die Lokomotive beginnt zu verzögern. Nach der Umsteuerung wurde dann der Dampf in die Umwelt entlassen.

Man musste nur die Ansteuerung des Zylinders umstellen und daher gab es Anpassungen bei den Stellungen der Steuerung, die bei den entsprechenden Modellen auf Brem-sen gestellt wurde.

Mit dieser oft auch als Staudruckbremse bezeichneten Lösung wurde im Zylinder jedoch nicht Dampf genommen, dieser hatte einen zu hohen Druck und hätte bei einer Verdichtung die Zylinder sprengen können.

Um die Verzögerung mit der Gegendruckbremse zu bekommen musste anders gearbeitet werden. Dabei war das im Tender mitgeführte Wasser ein weiterer Kandidat. Das Problem hier war die Auskühlung der Zylinder.

Wurde jedoch das heisse Kesselwasser in den Zylinder gelassen, konnte mit dieser Bremse gearbeitet werden. Das in den Zylinder gefüllte Wasser verdampfte wegen dem Druckabfall und verlor viel vom vorhandenen Druck. Dieser wurde nun durch den Kolben erhöht und der Lauf der Dampfmaschine behindert. Vor der Umsteuerung wurde der Dampf ganz normal ins Blasrohr gelassen und er gelangte so über den Kamin ins Freie.

Die Gegendruckbremse hatte eine ansehnliche Leistung und damit konnte auch die Anhängelast verzögert werden. Der Nachteil dabei war, dass nicht angehalten werden konnte. Daher wurde die Staudruckbremse nur verwendet, wenn lange Gefäl-le befahren werden mussten.

Dabei funktioniert diese Bremse optimal bei Lös-ungen, die mit zwei Dampfmaschinen arbeiten. Bei mehr Maschinen konnten gerade im Verbund nur geringe Kräfte erzeugt werden.

Eingebaut wurde diese Gegendruckbremse bei den ersten Dampflokomotiven der Gotthardbahn. Sie funktionierte ausgesprochen gut und dort machte man auch die Erfahrungen mit den Lösungen im Verbund. Sie sehen, man hatte 1882 durchaus grossen Respekt vor den langen Gefällen, denn gerade die Leventina sollte für jede Bremse eine Herausforderung sein. Die Gegendruckbremse war eine wirksame und gute Lösung.

Bei Bergbahnen mit Zahnstangen, sind Gegendruckbremsen auch heute noch bei den Dampflokomotiven vorhanden. Sie funktionieren gut und zeigen, dass man auch bei den Bahnen der Dampfzeit darauf bedacht war, möglichst ohne Verschleiss die Geschwindigkeit zu halten. Da in diesem Betrieb kaum ein Auspuffschlag vorhanden ist, meint man die Dampflokomotive sei während dem Betrieb der Bremse im Leerlauf unterwegs.

Wenn wir nun bei der Gegendruckbremse mit dem alternativen Begriff arbeiten, dann haben wir auch eine Lösung erhalten, die als gute Überleitung auf die Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren dient. Wobei dort die Staudruckbremse jedoch nur bei den schweren LKW verwendet wurde. Bei den Bahnen in der Schweiz kam sie jedoch nur bei Dampfmaschinen zur Anwendung und daher wurde sie auch in diesem Bereich vorgestellt.

Bei Verbrennungsmotoren wird die Bewegung mit einem Zylinder erzeugt. Damit kommt die Lösung mit der Staudruckbremse in den Fokus. Jedoch wird die Bremsung nun nicht mit erzeugten Dampf hergestellt. Vielmehr wurde bei dieser Lösung der Abfluss der Abgase behindert und so der Motor verzögert. Da nun ein leicht anderes Prinzip vorhanden ist, wird in diesem Bereich auch nicht oft von Staudruckbremse gesprochen.

Motorbremsen arbeiten nach dem Prinzip der Stau-druckbremse. Im Gegensatz zur Dampfmaschine wird hier nicht direkt mit den Zylindern gearbeitet. Diese Lösung baut man im Abgasrohr ein. Mit einer Klappe wird dieses verschlossen.

So können die Abgase nicht mehr ungehindert ent-weichen. In der Folge wurde der Lauf des Kolbens gehemmt und der Motor verzögert. Durch die Lös-ung konnten gute Bremswirkungen erreicht wer-den.

Mit Motoren, die über eine grössere Leistung funk-tionieren, konnte die Motorbremse jedoch nicht mehr wirksam arbeiten. Die Kraft der ausgestos-senen Abgase war so gross, dass die Klappe auf-gedrückt wurde.

Damit fiel die Bremskraft aus, was nicht gewünscht war. Umgekehrt konnte bei geringer Leistung ein Motor mit der Bremse «abgewürgt» werden. Daher wurden diese Motorbremsen mit einer weiteren Lösung ergänzt.

Mit Getriebebremsen kann auch eine verschleisslose Bremse erzeugt werden. Dabei werden jedoch in den meisten Fällen schaltbare Lösungen verwendet. Bei Getrieben an Verbrennungsmotoren ist eine natürliche Hemmung vorhanden. Diese wird mit unterschiedlichen Gängen ausgeglichen. Nur wenn Sie hochschalten, können Sie auch schneller fahren. Wichtig auf der Flucht vor dem Auto mit blauen Lichtern.

Durch die Wahl der passenden Ganges kann mit dem Motor eine Hemmung erreicht werden, mit der man die Talfahrt ohne weitere Bremsen bewältigen kann. Jedoch muss dazu das Tempo verringert werden und daher ist auch diese Lösung bei schweren Fahrzeugen nicht optimal. Um diese trotzdem mit geringem Verschleiss zu verzögern, wurde mit einer weiteren Bremse gearbeitet und die war so gut, dass sie auch bei der Eisenbahn verbaut wird.

Die Wirbelstrombremse ist eine gelungene Lösung, denn sie kann sowohl bei einer rotierenden Welle, als auch bei linearen Situationen verbaut werden. Wichtig dabei ist nur, dass das sich bewegende Teil aus Stahl ist.

Die Bremse funktioniert nur in diesem Fall, denn es wird mit Magnetfeldern gearbeitet und diese sorgen letztlich für die Verzögerung. Bei Kunststoffen, oder anderen Materialen können diese nicht erzeugt werden.

Bei dieser Bremse wird das Magnetfeld mit Hilfe elektrischer Energie erzeugt. Durch die Bewegung des Metalls gegenüber dem Magnetfeld, werden in diesem die Feldlinien des Magnete so verschoben, dass sie verwirbelt werden.

Dieser Effekt mit den magnetischen Strömen ergänzt, ergibt dann die Wirbelstrombremse. Doch was sorgt nun für die Verzögerung, denn verwirbelte Magnet-felder sind schön, aber damit bremsen?

Klar, denn die Wirbel sorgen dafür, dass die Schiene, oder die Welle verzögert werden. Die Feldlinien streben immer einen geordneten Zustand an und daher wurden die davoneilenden Magnetfelder mit aller Kraft wieder zum Magnet gezogen. Je nach Stärke des Magnetfeldes, konnten so hohe Bremskräfte erreicht werden. Daher gab es auch regulierbare Lösungen bei den Wirbelstrombremsen und das war bisher nur schwer möglich.

Bei hydrodynamischen Bremsen wird nach dem Prinzip der Wirbelstrombremse gearbeitet. In dem Fall werden jedoch Flüssigkeiten so gegen die rotierenden Teilen gepresst, dass diese verzögert wird. Um jedoch den Druck in der Flüssigkeit, aufbauen zu können, muss die Antriebsleistung vorhanden sein. Damit sind die hydrodynamischen Bremsen nicht so wirtschaftlich, sie werden aber trotzdem oft angewendet.

Bei elektrischen Antrieben wurde für die verschleisslose Bremse sogar ein eigener Begriff eingeführt. Bei diesen Systemen sprich man von einer elektrischen Bremse und wie es der Name schon vermuten lässt, man verzögert mit elektrischer Energie. Erzeugt wird diese durch spezielle Schaltungen in den Motoren. Diese können vom Aufbau her durchaus auch als Generatoren arbeiten und diesen Effekt nutzt man.

Welche Spannung von den Fahrmotoren erzeugt wird, hängt davon ab, wie der dazu erforderliche Erregerstrom beschaffen ist. Mit diesem können die elektrischen Bremsen auch reguliert werden.

Das macht sie ausgesprochen wirtschaftlich und dabei erst noch zuverlässig. Damit jedoch die Bremswirkung erfol-gen kann, muss am Motor eine Belastung vorhanden sein. Nur so kann ein Stromfluss entstehen und der Motor mit Magnetfeldern verzögert werden.

Bei der Lösung, wo die Ströme der elektrischen Bremse dazu genutzt werden, andere Fahrzeuge anzutreiben nennt man Nutzstrombremse. Das lange Wort wird oft mit Nutzbremse abgekürzt.

Die von den Motoren erzeugten Ströme treiben einen anderen Motor an und können so genutzt werden. Im Zusammenhang mit den Nutzstrombremsen wird oft auch von Rekuperationsbremse gesprochen. Das Fremdwort Rekuperation umschreibt den gleichen Effekt.

Bei der Nutzbremsung wird der von den Motoren erzeugte und als Bremsstrom bezeichnete Strom in der Regel in die Fahrleitung abgegeben.

Dabei muss die erzeugte Spannung zu jener der Fahr-leitung passen und diese muss die benötigten Verbraucher auch anbieten können. Fehlen diese, kann die Nutzstrombremse nicht mehr benutzt werden. In kleinen Netzen und bei wenig Betrieb kann das durchaus vorkommen.

Bei der Widerstandbremse ist das Problem mit dem Nutzer in der Fahrleitung nicht mehr vorhanden. Hier kann die Spannung sogar frei gewählt werden, denn die von den Motoren erzeugte Energie wird in normalen Widerständen in Wärme umgewandelt. Der Name kommt daher von den hier benötigten und oft auf dem Dach montierten Widerständen. Da die Energie in Wärme umgewandelt wird, ist diese Bremse nicht so wirtschaftlich.

Der als Bremswiderstand bezeichnete Widerstand beschränkt die Leistung dieser elektrischen Bremse. Je mehr davon vorhanden sind, desto mehr Wärme kann erzeugt werden.

Gerade bei den Bremswiderständen wird daher auf eine optimale Anordnung geachtet. Zudem müssen diese Widerstände gekühlt werden, da sie sonst ver-brennen können. Oft wird dazu der Fahrtwind ge-nommen und daher konnte nicht angehalten werden.

Bei allen elektrischen Bremsen ist das Problem vor-handen, dass damit nicht bis zum Stillstand gebremst werden kann. Das ist jedoch bei sehr wenigen verschleisslosen Bremsen der Fall.

Jedoch werden solche Bremsen oft dort angewen-det, wo eine längere Zeit verzögert werden muss. Damit sind wir wieder beim Hangabtrieb, der nun auch noch verzögert werden muss. Daher sind verschleisslose Bremsen wirklich sehr sinnvoll.

Egal, wie diese Bremsen angesteuert werden, gilt zu sagen, dass die Lösungen bei den Dampfmaschinen und bei den Verbrennungsmotoren im Aufbau sehr leicht sind. Eine drehbare Klappe im Auspuff kann ohne grossen Aufwand erstellt werden. Hinzu kommt, dass diese Lösungen im Laufe der Jahre nicht mehr verbessert wurden. Die Gegendruckbremse wurde bei ersten Problemen einfach aufgegeben und nicht nach einer neuen Lösung gesucht.

Anders ist das bei den elektrischen Bremsen. Diese sollten immer höhere Leistungen erbringen. Besonders die Nutzstrombremsen zeigten, dass sie extrem wirtschaftlich betrieben werden können. Da wirkten auch nicht die Widerstände beschränkend, sondern es war ein Problem bei der Erregung der Fahrmotoren. Ein Thema, das so spannend ist, dass wir uns diesem nicht verschliessen können, denn nun wird es richtig erregend.