Wirbelstrombremse
Wirbelstrombremsen werden in Fachkreisen Hysteresebremsen genannt. Bewegt sich eine Metallplatte in einem Magnetfeld, werden in ihr Wirbelströme induziert. Die Ströme erzeugen selbst wieder ein Magnetfeld, das dem äußeren entgegengesetzt ist. Der elektrische Widerstand der Metallplatte bildet für die Wirbelströme einen ohmschen Verbraucher, wodurch die Bewegungsenergie in Wärme umgesetzt wird. Die Magnetisierbarkeit der Metallplatte spielt keine Rolle, allein ihre elektrische Leitfähigkeit.
Steuerung
Die Stärke der Bremswirkung ist von mehreren Parametern abhängig:
- Leitfähigkeit: Eine Kupferscheibe wird stärker als eine Stahlscheibe gebremst, da die induzierten Ströme wegen der geringeren Leitfähigkeit von Stahl kleiner sind.
- Richtung und Stärke des Magnetfeldes: Die größte Bremswirkung wird erzielt, wenn das Magnetfeld die bewegliche Scheibe senkrecht durchsetzt.
- Oberfläche der Scheibe: Wenn die Oberfläche sehr klein wird, reduziert dies die Bremswirkung. Scheiben mit kammförmigen Nuten verlieren ihre Bremswirkung, da sich die ringförmigen Wirbelströme nicht mehr großräumig ausbilden können.
- Geschwindigkeit: Eine besondere Eigenschaft ist die Abhängigkeit der Bremswirkung von der Relativgeschwindigkeit zwischen Feld und leitender Scheibe.
Bremst man eine rotierende Scheibe durch ein statisches Magnetfeld (z.B. Permanentmagnet), so wird die Scheibe immer langsamer, kommt aber theoretisch nie zum Stillstand, die Wirbelstrombremse eignet sich daher nicht als Feststellbremse. Umgekehrt bietet dieser Effekt ein natürliches ABS. Diese Eigenart lässt sich durch ein veränderliches Magnetfeld beeinflussen, dann lässt sich sogar Bewegung erzeugen, wie z.B. beim Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer.
Anwendungen
Schienenfahrzeuge
Die Wirbelstrombremse ist eine Neuentwicklung für die ICE-3-Züge, die ebenso wie bei der Magnetschienenbremse Elektromagnete benutzt. Im Gegensatz zu ersteren wird hier das Magnetfeld längs und nicht quer zur Schiene erzeugt. Der eiserne Kern des Elektromagneten setzt nicht auf, sondern wird durch Anbindung an die Radsatzlager etwa 7 mm oberhalb der Schienenoberkante gehalten. Problematisch ist dabei der Skineffekt der durch die hohen Frequenzen den Wirbelstrom an die Außenränder des Schienenquerschnitts zwingt. Das soll in der Entwicklungszeit zum Ausglühen der Schienenoberfläche geführt haben. Bei der Wirbelstrombremse wird die abzuführende Bremsenergie in den Schienen in Wärme umgewandelt.
Fitnessgeräte
Die Wirbelstrombremse im Fitnessbereich: Bei Trainingsgeräten, speziell bei hochwertigen Ergometern erfolgt die Laststeuerung durch elektrisch stellbare Wirbelstrombremsen. Durch Einsatz von Mikroprozessoren lassen sich diese Bremsen vielfältig nach den verschiedensten Parametern regeln.
Fahrgeschäfte
In den immer schneller und höher werdenden Achterbahnen und Freefall-Towern werden zunehmend Wirbelstrombremsen eingesetzt.
Nutzfahrzeuge
Der Vorteil der verschleißlosen Dauerbremse wird auch im Nutzfahrzeugbereich ausgenutzt. So werden viele Fahrzeuge (Bus und LKW), bereits ab Werk oder auch nachträglich mit solchen Dauerbremsen ausgestattet. Hersteller gibt es einige: Voith, Telma, Knorr. Als Alternative zur Wirbelstrombremse werden oft auch Retarder eingebaut, welche nach dem hydraulischen Prinzip arbeiten. Von einigen Herstellern sind auch Bestrebungen im Gange um Alternator (Lichtmaschine), Starter (Anlasser) und Wirbelstrombremse in einem Aggregat zusammen zu fassen.