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Bremse (Eisenbahn)

Bremsen bei der Eisenbahn und bei Bahnen allgemein haben grob betrachtet ähnliche Wirkprinzipien wie die gemeinhin bekannten Bremsenarten, sind aber systematisch anders aufgebaut. Die Erfordernisse für den heutigen Betrieb führen zu anderen technischen Systemen.

Inhaltsverzeichnis

Erste Entwicklungen

In der allerersten Frühzeit bestanden Bremsen der Eisenbahn aus Hebeln, die auf hölzerne Bremsklötze wirkten. Gebremst wurde nur an den Wagen und am Schlepptender der Lokomotive. Später wurde wie bei Straßenfahrzeugen mit Kurbeltrieben und Bremsklötzen gebremst. Bereits damals wurde nicht nur an der Lokomotive, sondern auch an mehreren oder auch allen Wagen eines Zuges durch Bremser von Hand nach Pfeifsignalen der Lok gebremst. Die Wagen mit Bremse hatten damals meist ein hochgesetztes Bremserhäuschen an einem Wagenende.

Um den Reisenden die Möglichkeit zu geben, das Lokomotivpersonal zum Anhalten des Zuges zu bewegen, wurde mit der Kommunikationsleine eine durch den ganzen Zug verlaufende Klingelleine installiert, die bei einer Betätigung an der Lok eine Glocke betätigte.

Einen ersten wirklich erfolgversprechenden Versuch zu einer durchgehenden Bremse stellt die Heberleinbremse dar. Dabei wird die Drehung der Achsen ausgenutzt, um die Bremsklötze anzudrücken. Um die Bremsen zu lösen, muss der Lokführer über eine Winde ein Seil spannen, das über die Dächer des gesamten Zuges geführt ist. Reißt dieses Seil, so wird der Zug automatisch gebremst. Damit erfüllt die Heberleinbremse auch heute noch die grundlegende Anforderung an eine Zugbremse.

Eine im Wirkprinzip zur Heberleinbremse ähnliche, aber in konstruktiven Details stark variierende Bremsbauart einer mechanischen Seilbremse ist die Görlitzer Gewichtsbremse. Hierbei sind Gewichte über Hebel mit den Bremsklötzen verbunden. Durch Heben oder Senken der Gewichte über das durchlaufende Seil lässt sich die Bremskraft regeln.

Ab Mitte der 1870er Jahre entwickelte man die Saugluftbremse. Sie kam auf beinahe allen Arten von Bahnen (Bergbahnen, Regelspur- und Schmalspurbahnen sowie Straßenbahnen) zum Einsatz. Bei dieser wird durch einen Unterdruck in einer durchgehenden Saugleitung die mit Federn vorgespannte Bremse gelöst. Durch Verringerung des Unterdrucks im Bremszylinder konnte die Bremsleistung reguliert werden. Bei einer Zugtrennung sprachen die Bremsen in beiden Zugteilen automatisch an. Der größte Nachteil, der die weitere Verwendung verhinderte, waren die großen Saugzylinder in den Wagen und der hohe Dampfverbrauch der Injektorvakuumpumpe. Einige Bahnen, vor allem kleine Bahnen oder Schmalspurbahnen verwenden diese Vakuumbremse immer noch (z.B. Schmalspurbahnen in Sachsen) oder wie lange Jahre die Rhätische Bahn (RhB) in der Schweiz.

Um den Nachteil der großen Bremszylinder bei Saugluftbremsen zu umgehen, waren Dampflokomotiven und deren Tender oft mit einer Dampfbremse ausgestattet, bei der ein Dampfzylinder direkt auf das Bremsgestänge wirkte.

In den Zeiten der Dampflok wurde vor allem bei Bergbahnen gelegentlich die bergab leer mitlaufende Kolbendampfmaschine mit gedrosselten Zylinder-Schließventilen als Bremse eingesetzt. Eine Bauart ist die Riggenbach-Gegendruck-Bremse nach Niklaus Riggenbach.

Heutige Betriebserfordernisse

Laut der Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung (EBO) müssen Eisenbahnen mit einer Höchstgeschwindigkeit von mehr als 50 km/h mit einer durchgehenden und selbsttätigen Bremse ausgestattet sein. Durchgehend bedeutet, dass die Bremsen aller Fahrzeuge eines Zuges zentral von einer Stelle aus bedient werden können. Als selbsttätig gilt eine Bremse, wenn bei einer Trennung der Bremsleitung der Zug oder beide Zugteile automatisch bis zum Stillstand abbremsen. Weitere Betriebsanforderungen sind:

Eine Besonderheit von Eisenbahnzügen ist es, dass am Ende eines Zuges eine angemessene Bremskraft vorhanden sein muss, um ein Stauchen oder Zerren des Zuges zu vermeiden und einen Stillstand des Zuges bei einer Zugtrennung sicherzustellen.

Gestaucht wird ein Zug, wenn der hintere Zugteil ungebremst gegen den vorderen, bereits gebremsten Zugteil geschoben wird und so den Zug zusammendrückt. Dies tritt insbesondere bei langen Zügen mit Druckluftbremsen auf, deren Bremse zentral von einem Führerstand aus gesteuert wird. Der vom Führerstand ausgelöste Luftdruckunterschied wandert mit einer endlichen Geschwindigkeit nach hinten durch den Zugverband, so dass Fahrzeuge nahe am Triebfahrzeug früher einbremsen als Fahrzeuge nahe am Zugende.

Eine Zerrung im Zug entsteht, wenn der hintere Zugteil früher bremst als der ungebremste vordere Zugteil oder noch bremst, während der vordere Zugteil nicht mehr bremst. In diesem Fall können die auftretenden Kräfte in Längsrichtung des Zuges größer sein, als die Zug- und Stoßeinrichtungen aufnehmen können. Die Folge ist, dass ein Zug zerreißen, oder im Sinne der EBO getrennt werden kann und so eine Gefahr für nachfolgende Züge darstellt.

Auf Strecken mit großen Steigungen kann es notwendig sein, dass besonders schwere Züge (beispielsweise Kohle- oder Erzzüge) mit zusätzlichen Lokomotiven geschoben werden müssen. Dies wird mit Hilfe so genannter Schiebelokomotiven bewerkstelligt, die zwar zusätzliche Antriebsleistungen bringen, aber nicht unbedingt zur Bremswirkung beitragen. Eine zusätzliche Bremswirkung hängt davon ab, ob die Schiebelokomotive an die Hauptluftleitung gekuppelt ist. Sofern die Schiebelokomotive gekuppelt ist, trägt sie zur Bremsleistung des Zuges bei.

Das Druckluft-Bremssystem ist laut EBA in Deutschland vorgeschrieben:

Weiterhin wurden unabhängige dynamische Bremsen entwickelt, die die Druckluftbremse in ihrer Wirkung unterstützen. Die dynamischen Bremsen werden in elektrisch und hydraulisch unterschieden, wobei der Antrieb der Triebfahrzeuge eine konstruktive Rolle spielt. In elektrischen Antrieben können nur elektrische Bremsen eingebaut werden, während in Verbrennungsantrieben hydraulische Bremsen vorhanden sein können. Neuerdings finden sich bei Eisenbahnfahrzeugen auch sogenannte Retarder - eine Variante der hydraulischen Bremse für antriebslose Achsen. Von historischem Interesse sind die Riggenbach-Gegendruckbremsen bei Dampflokomotiven

Es gibt prinzipiell zwei verschiedene Möglichkeiten, Schienenfahrzeuge mit Hilfe von Wirbelströmen zu bremsen. Bei der einen wird die Schiene als Elektromagnet verwendet und die Ströme in den Rädern des Zuges induziert, bei der anderen werden durch Elektromagneten auf der Unterseite des Zuges in der Schiene Ströme erzeugt, deren Magnetfelder Wechselwirkungen mit denen der Elektromagneten eingehen (siehe oben) und so das Fahrzeug bremsen. Die zweite Variante kommt beim ICE 3 der Deutschen Bahn zum Einsatz. Die Vorteile bei diesem Bremssystem sind, dass die Wirbelstrombremsen unabhängig vom Rad-Schiene-Kraftschluss und damit witterungsunabhängig sind (sogenannte haftwertunabhängige Bremse) und dass sie ihre Bremskraft berührungslos und sehr genau steuerbar auf den Schienenkopf leiten, was einen verschleißfreien Betrieb ermöglicht. Damit verbunden besteht zudem die Möglichkeit, den Zug auf langen Gefällstrecken sicher zu kontrollieren, da – im Gegensatz zu Klotz-, Scheiben- oder Magnetschienenbremsen – eine Überhitzung der Bremse nicht zu befürchten ist. Jedoch kann auf diese Bremssysteme nicht gänzlich verzichtet werden, da die Bremskraft der Wirbelstrombremse geschwindigkeitsabhängig ist und das Fahrzeug mit ihr allein nicht rechtzeitig zum Stehen gebracht werden kann. Weitere Probleme bringen die starken Induktionsströme, die die Schienen aufheizen und den Betreiber dazu zwingen, die Temperatur der Schienen zu überwachen, um eine Verschiebung in der Gleislage durch übermäßige Erhitzung zu verhindern, sowie die entstehenden starken Magnetfelder, die die Signale am Streckenrand stören können.

Mechanische Bremse

Diese wird auch Handbremse genannt. Sie wirkt direkt (mechanisch) auf die Bremsklötze eines Wagens. Sie bringt die Bremskraft unabhängig von der pneumatischen Bremse auf, und ist somit geeignet damit Fahrzeuge, die abgestellt sind, zu sichern.

Man unterscheidet zwei Bauformen: die Feststellbremse und die Handbremse. Wobei jede Handbremse auch eine Feststellbremse ist, aber nicht umgekehrt.

Die Handbremse ist zum Anhalten eines Wagens geeignet. Sie ist meistens als Spindelbremse ausgeführt und wird von einer Bremsplattform bedient. Dieses Bremsgewicht ist bei Güterwagen schwarz eingerahmt.

Die Feststellbremse ist zum Sichern eines stillstehenden Wagens geeignet. Sie kann als Handrad oder als Federspeicherbremse ausgeführt sein. Dieses Bremsgewicht ist bei Güterwagen rot eingerahmt.

Pneumatische Bremsarten und Umstelleinrichtungen

Man unterscheidet die Bremsarten nach der Bremswirkung, die sie aufbringen können, und der Ansprechzeit. Die G- und P-Bremsen funktionieren ohne Stromversorgung, weshalb diese für den Güterverkehr in Frage kommen. Die R-Bremse benötigt einen Gleitschutz, der in älteren Fahrzeugen mechanisch, in modernen Fahrzeugen elektronisch gesteuert wird, um ein Blockieren der Räder zu vermeiden; nur diese kann mechanisch erheblich mehr als 100% Bremsgewicht aufbringen, weil sie oberhalb 55 km/h die Bremskraft verstärkt.

Eine Umstellung zwischen den Bremsarten erfolgt üblicherweise von Hand. Hierbei muss bei jedem Fahrzeug des Zuges getrennt die erforderliche Bremsart eingestellt werden. Die zugehörigen Umstellhebel sind bei Wagen an der Außenseite angebracht und zur leichteren Auffindbarkeit gelb eingefärbt. Bei Triebfahrzeugen sind die Umstellhebel innerhalb des Fahrzeuges angeordnet.

Bei sehr langen Güterzügen kann eine Mischung aus G- und P-gebremsten Wagen erfolgen, um ein Stauchen des Wagenzuges zu verhindern. Die Bremsen der in Fahrtrichtung vorderen Fahrzeuge sind in Bremsstellung G, so dass deren Bremse langsam anspricht. Die Bremsen der weiter hinten angeordneten Fahrzeuge sind hingegen in Bremsstellung P, sprechen somit schneller an, als die der vorderen Fahrzeuge. Wegen des bei einer Bremsung mit endlicher Geschwindigkeit (290 m/s) nach hinten durch den Zugverband wandernden Luftdruckunterschiedes setzt jedoch die Bremsung bei den hinteren Fahrzeugen erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung ein. Das Zusammenspiel aus zeitlich verzögertem Einsetzen der Bremse dafür aber schnellerer Ansprechzeit verteilt die Bremskraft gleichmäßig im Zugverband.

Daneben gibt es noch die lastabhängie Regelung der Bremskraft. Diese wird bei Güterwagen sowie bei modernen Personenwagen mit großen Lastunterschieden zwischen den Zuständen leer und beladen/besetzt (z.B Doppelstockwagen) verwendet. Man unterscheidet hier zwischen automatischer Lastabbremsung und manueller Lastabbremsung. Bei der manuellen Lastabbremsung befindet sich auf der Wagenlängsseite ein roter Umstellhebel. Die automatische Lastabbremsung gibt es in unterschiedlichen Ausführungen, mit mechanischer oder pneumatischer Übertragung, sowie linearer oder schrittweiser Verstärkung.

An der Wagenlängsseite ist immer die Bremsausrüstung des Bahnwagens angeschrieben.

Beispiel "Frein O - GP - A": Hier handelt es sich um ein Oerlikonbremsventil mit den Stellungen G und P sowie einer automatischen Lastabbremseinrichtung.

Elektrische Bremse

Elektrische Bremsen sind elektrisch wirkende Bremsen, die vor allem von Bahnfahrzeugen verwendet werden. Zur Anwendung kommen:

Hierbei wird die Bremskraft entweder durch Generatorbetrieb von elektrischen Fahrmotoren (Elektromotorische Bremse) oder durch elektromagnetische Wechselwirkung mit der Schiene (Magnetschienenbremse, Wirbelstrombremse) erzeugt.

Elektrische Bremsen werden meist als Zusatzbremse im Hochgeschwindigkeitsverkehr und an Triebfahrzeugen eingebaut. Üblicherweise ist dabei eine Druckluftbremse das Hauptbremssystem, weil diese im Gegensatz zur elektrischen Bremse eine Abbremsung bis zum Stillstand und auch ein Arretieren des inaktiven abgestellten Fahrzeugs ermöglichen.

Elektrische Bremsen können an elektrisch (Elektrolokomotive, Elektro-Triebzug) und an dieselelektrisch betriebenen Triebfahrzeugen eingesetzt werden. Bei dieselhydraulisch betriebenen Triebfahrzeugen ist jedoch für eine elektrische Bremse prinzipiell nicht genügend elektrische Energie vorhanden. Des Weiteren fehlt bei dieselhydraulisch betriebenen Triebfahrzeugen für eine elektromotorische Bremse auch der elektrische Fahrmotor für einen Generatorbetrieb.

Eine der ersten Anwendungen der elektrischen Magnetschienenbremse gab es 1933 bei dem dieselelektrisch angetriebenen Schnelltriebwagen Fliegender Hamburger.

Siehe auch