Bremsen [2]

Bremsen, Vorrichtungen, die benutzt werden, durch Erzeugung eines Bewegungswiderstandes bei Maschinen, besonders Hebemaschinen und Fahrzeugen, die Geschwindigkeit der Bewegung zu mindern, innerhalb gewisser Grenzen zu halten, die Maschinen zum Stillstand zu bringen oder sie im Zustande der Ruhe zu erhalten. Der Bewegungswiderstand ist meist ein Reibungswiderstand, in wenigen Fällen ein Luft- oder Flüssigkeitswiderstand.

Bei Hebemaschinen sollen die B. hauptsächlich beim Senken der Last, ebenso bei bergab fahrenden Fahrzeugen das Überschreiten einer gewissen zulässigen Geschwindigkeit verhindern. Man benutzt B. ferner, um die in einer Maschine nach Abstellung der Betriebskraft vorhandene lebendige Kraft rasch zu vernichten und damit möglichst schnell den Stillstand zu bewirken. Dieser Fall liegt vor bei Aufzügen und Kranen, bei denen die auf oder nieder gehende Last rasch und genau an bestimmter Stelle angehalten werden soll, ferner bei jedem Fahrzeug, das auf kurze Strecke zum Stehen gebracht werden soll.

Hinsichtlich der den Reibungswiderstand erzeugenden Konstruktionsteile unterscheidet man:

1) Backenbremsen (Klotzbremsen). Auf der zu bremsenden Welle a (Fig. 1, S. 384) sitzt die fast durchweg gußeiserne Bremsscheibe (Bremsrad) b, an deren zylindrischem Umfang der Bremsbacken (Bremsklotz) c aus Holz, Gußeisen oder Stahlguß angepreßt wird, etwa durch einen um den Festpunkt d drehbaren Hebel e, an dessen Handgriff man eine Kraft K in der Pfeilrichtung ausübt. Durch mehr oder weniger starkes Anpressen des Bremsbackens an die Bremsscheibe wird deren Rotation verhindert oder verlangsamt.

Fig. 1. Backenbremse.

Die Bremswirkung wird erheblich gesteigert, wenn man den Umfang der Bremsscheibe mit einer oder mehreren keilförmigen Nuten versieht, in die ein entsprechend profilierter Bremsbacken eingreift.

2) Kegelbremsen. Ein Rad mit hohlkegelförmig ausgebildetem Kranz ist fest mit der zu bremsenden Welle verbunden, während ein lose auf der Welle sitzender Vollkegel auf derselben verschoben werden kann, aber gegen Drehung geschützt ist. Bremswirkung wird erzielt durch Einpressen des Vollkegels in den Hohlkegel.

3) Lamellenbremsen (zuerst von Weston benutzt). Eine Anzahl ebener, flacher Scheiben (Lamellen) ist mit der zu bremsenden Welle umdrehbar verbunden, aber in Richtung der Welle verschiebbar. Zwischen diese Scheiben greifen andre Scheiben ein, die ebenfalls achsial verschiebbar, aber in einem Gehäuse undrehbar gelagert sind, das seinerseits wieder gegen Drehung gesichert sein muß. Durch Zusammenpressen der Scheiben wird ein Bremswiderstand erzeugt.

4) Bandbremsen (Gurtbremsen). Um die Bremsscheibe ist ein biegsames Stahlband (Bremsband) gelegt, das angezogen oder gelüftet werden kann. Bei einer bestimmten Anordnung, der Differentialbremse von Napier (Fig. 2), greifen beide Bremsbandenden a₁ und a₂ an einem Hebel b derart an, daß die Spannung in dem auslaufenden Bremsbandende a₁ die Wirkung der auf den Hebel ausgeübten Kraft K unterstützt. Die Bremsscheibe dreht sich in der Pfeilrichtung. Durch geeignete Konstruktion kann bei der Differentialbremse der erforderliche Bremshebeldruck K beliebig klein gehalten werden. Das Bremsband wird bisweilen mit Holzklötzen oder Leder besetzt. Eine Reihe von die Scheibe umgebenden Bremsklötzen wird auch oft kettenähnlich durch Gelenke verbunden (Gliederbremse).

Fig. 2. Differentialbremse von Napier.

Das Spannen der B., d. h. das Anpressen des Bremsbackens, des Bremsbandes etc., kann außer durch Hebel auch durch eine Schraubenspindel, durch Exzentriks u. dgl., oder durch eine Verbindung mehrerer solcher Konstruktionsteile vermittelt werden.

Bei vielen Hebemaschinen ist die Bremse mit einem Sperrwerke verbunden. Die Bremsscheibe a (Fig. 3) sitzt drehbar auf der zu bremsenden Welle. Neben ihr ist ein mit der Welle fest verbundenes Sperrrad b angeordnet, in das eine Sperrklinke c eingreift, deren Drehzapfen d an der Bremsscheibe befestigt ist. Durch das Gewicht e wird die Bremse gespannt erhalten. Beim Aufwinden der Last kann sich die Welle mit Sperrrad in Pfeilrichtung 1 ungehindert drehen. Der Rücktrieb der freischwebenden Last kuppelt das Sperrrad durch die Klinke mit der festgespannten Bremsscheibe. Das Lastsenken erfolgt in Pfeilrichtung 2 durch Lösen der Bremse, indem das Belastungsgewicht angehoben wird. Eine derartige Anordnung wird als Lösungs- oder Lüftungsbremse oder Sperrbremse (von Reuleaux angegeben, von E. Becker in Berlin eingeführt) bezeichnet.

Fig. 3. Sperrbremse.

Die Betätigung der B. geschieht von Hand, durch Dampfdruck (bei Fördermaschinen), Elektrizität (bei elektrisch betriebenen Hebemaschinen), Luftdruck (bei Fahrzeugen) etc. Fig. 4 zeigt eine elektromagnetische (Lösungs-) Bremse. Wird durch die Wickelung des Elektromagnets a ein Strom geschickt, dann wird der mit dem Bremshebel b verbundene Anker c angezogen und die Bremse dadurch gelöst. Es sind hier beispielsweise zwei Bremsbacken d₁ und d₂ benutzt, um einen einseitigen Druck auf die Welle zu vermeiden.

Fig. 4. Elekromagnetische Lösungsbremse.

Die vorstehend behandelten B. können als gesteuerte B. bezeichnet werden im Gegensatze zu den selbsttätigen B., bei denen durch selbsttätige Kräfte der Bremswiderstand geregelt sowie ein- und ausgerückt wird. Die selbsttätigen B. zerfallen in drei Gruppen:

Fig. 5. Schleuderbremse von Becker.

1) Schleuderbremsen, durch Zentrifugalkraft wirkend. Bei der Konstruktion von E. Becker ist mit der zu bremsenden Welle C (Fig. 5) eine Scheibe A fest verbunden, die drei Zapfen Z trägt, um welche die sichelförmigen Bremsklötze K schwingen. Durch die Schienen S sind die Bremsklötze mit einem Ringe R verbunden, wodurch dieselben unter sich ausbalanciert werden. Eine Feder F ist bestrebt, den Ring R so zu drehen, daß die Bremsklötze von dem Kranze B eines feststehenden Gehäuses abgezogen werden. Bei einer gewissen Umdrehungszahl der Welle werden die Bremsklötze infolge der Zentrifugalkraft gegen den ruhenden Kranz B gepreßt, so daß eine Bremsung entsteht. Die Schleuderbremsen bieten beim Lastsenken einen selbsttätigen Schutz gegen das Überschreiten einer bestimmten Geschwindigkeit und finden in vielen Konstruktionen als Sicherheitsvorrichtung Anwendung.

2) Lastdruckbremsen (Senksperrbremsen), bei denen der selbsttätige Bremswiderstand durch die Last beim Rücklauf erzeugt wird. Dieser Gedanke ist zuerst von Weston in seiner Klemmbremse zum Ausdruck gebracht. Die Drucklagerbremse von E. Becker und andre ähnliche Konstruktionen (von Lüders, Maxim etc.) werden bei Flaschenzügen (s. Flaschenzug), Laufkatzen und kleinen, gedrängt gebauten Winden benutzt. Während des Lastsenkens ist bei diesen Konstruktionen der Bremswiderstand zu überwinden, und sie erscheinen daher für häufig benutzte und vor allem für schwere Krane wirtschaftlich nicht günstig, da hierbei die zum Lastsenken aufzuwendende Arbeitsleistung des Motors ins Gewicht fällt. Zahlreiche andre, oft recht komplizierte Konstruktionen (unter andern von der Vereinigten Maschinenfabrik Augsburg und Maschinenbaugesellschaft Nürnberg) suchen diesen Übelstand zu vermeiden und haben sich mehr oder weniger gut bewährt. – Bei elektrisch betriebenen Kranen wird oft eine elektrische Senkbremsung angewendet. Man schaltet den Motor zu diesem Zwecke von dem Leitungsnetz ab und läßt ihn unter dem Einfluß der sinkenden Last als Generator auf vorgeschaltete, regelbare Widerstände arbeiten. In dieser Richtung ist eine eigenartige Schaltweise der Elektrizitäts-Aktiengesellschaft vormals Schuckert u. Komp. in Nürnberg bemerkenswert.

3) Flügelwerkbremsen verwerten den Widerstand, den rotierende Flügel in der Luft oder in einer Flüssigkeit erleiden, oder den Kapselräderwerke bieten, die eine konstante Flüssigkeitsmenge in stetem Kreislauf durch eine enge Durchgangsöffnung treiben.

Bremsen an Fahrzeugen. Bei gewöhnlichen Straßenfuhrwerken kommt außer dem Hemmschuh, der am Fahrzeuge gehalten und unter ein Rad gelegt wird, so daß dasselbe stillstehend von dem auf der Fahrstraße entlang gleitenden Schuh getragen wird, meist die einfache, auf die nicht lenkbaren Hinterräder wirkende Backenbremse zur Anwendung, die vom Kutschersitz aus mittels Handkurbel und Schraubenspindel oder Stellhebel in und außer Tätigkeit gesetzt wird. Bei bessern Ausführungen wird an Stelle der Backen wohl ein Stahlband benutzt, das um eine auf der Radachse festsitzende Scheibe gelegt ist.

Bei Straßenbahnfahrzeugen mit Pferdebespannung findet sich meist die auf beide Seiten der Räder wirkende Backenbremse, die vom Führerstand aus mittels Bremskurbel oder Hebel bedient wird. Außerdem kommen Schlittenbremsen vor, bei denen die Bremsbacken durch Kniehebel, Ketten, Stangen u. dgl. auf die Fahrschienen gepreßt werden, die jedoch den Nachteil besitzen, daß bei ihrer Benutzung der Wagen angehoben und unter Umständen zu weit von den Schienen abgehoben wird. Gepreßte Luft wird in der Regel nur verwendet, wenn sie als Triebkraft für den Wagen dient. Bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen wird der elektrische Strom häufig gleichzeitig als Mittel zum Bremsen nutzbar gemacht. Diese sind motorische, wenn z. B. mit Kurzschluß des Motors die Triebachse festgehalten wird. Zu den bessern elektrischen B. gehören die magnetischen B. Bei der Konstruktion von Schuckert u. Komp. in Nürnberg dienen die auf eine fest mit der Radachse verbundene Scheibe wirkenden, wagerecht verschiebbaren Bremsbacken gleichzeitig als Polschuhe. Der Strom bewirkt dann eine Verschiebung der Backen gegen die Bremsscheibe, während zum Abziehen der Backen nach Unterbrechung des Stromes eine Feder vorgesehen ist. Die meisten heute üblichen elektromagnetischen B. benutzen den Gedanken von Sperry: für die Bremswirkung die Entstehung von Wirbelströmen in einer auf der Wagenachse festsitzenden Bremsscheibe zu verwenden. Die Bremsscheibe wird bei der Drehung der Wagenachse vor einem durch Gleichstrom erregten Wechselmagnetfelde vorbeibewegt, und durch die Einwirkung des ruhenden und durch Foucaultströme erzeugten Magnetfeldes auseinander tritt eine hemmende Wirkung der aneinander vorbeigeführten Massen ein. Wesentlich wirksamer als Achsenscheibenbremsen sind die magnetischen Schienenbremsen. Schließlich sind auch Bremskonstruktionen bekannt geworden, bei denen zur Vereinigung der Vorteile der magnetischen Bremse mit denen der mechanischen ein Elektromagnet auf das gewöhnliche Bremsgestänge einwirkt.

Für Eisenbahnfahrzeuge kommen in der Hauptsache Backen- oder Klotzbremsen in Frage. Bei Güterzügen wird allgemein die Spindel- oder Handbremse benutzt, bei Personenzügen sind jetzt allgemein »durchgehende« B. in Gebrauch, d. h. Vorrichtungen, durch welche die B. sämtlicher Fahrzeuge eines Zuges von einer Stelle desselben (unter gewöhnlichen Verhältnissen vom Lokomotivführer) aus zu gemeinsamer Wirkung gebracht werden. Von diesen letztern haben nur die selbstwirkenden Bedeutung erlangt, die sich bei Beschädigung der Verbindungsleitung und der damit zusammenhängenden Teile selbtätig anstellen. Hierzu ist erforderlich, daß das Verbindungsmittel sich bei gelöster Bremse in Spannung befindet und an jedem Fahrzeug eine wirkungsbereite Kraftquelle vorhanden ist. Mit der Selbstwirkung ist der Vorteil verknüpft, daß durch Verminderung der Spannung des Übertragungsmittels die B. von jeder Stelle des Zuges aus in Tätigkeit gesetzt werden können. Als Verbindungsmittel und Kraftquelle sind Luftdruck, Luftleere, Seile, Wagengewicht, Federdruck, elektrischer Strom, besondere Gewichte, die lebendige Kraft des Zuges zur Anwendung gekommen, von denen sich Luft als am geeignetsten erwiesen hat. Luftbremsen (Luftdruck- und Luftsaugebremsen) können Ein- oder Zweikammerbremsen sein. Bei erstern ist in gelöstem Zustande der Bremse auf beiden Seiten des durch den Luftdruck verschiebbaren und mit dem Bremsgestänge in Verbindung befindlichen Kolbens des unter jedem Fahrzeug angebrachten Bremszylinders Druck nicht vorhanden, beim Anstellen der Bremse dagegen tritt ein Druckunterschied dadurch ein, daß auf einer Seite bei Luftdruckbremsen gepreßte Luft eingelassen, bei Luftsaugebremsen Luft abgesaugt wird, so daß der Kolben durch den auf der betreffenden Seite entstehenden Überdruck gleichzeitig mit dem an die Kolbenstange angeschlossenen Bremsgestänge eine Verschiebung erfährt, infolgedessen die Bremse angezogen wird. Bei den Zweikammerbremsen befindet sich im gelösten Zustand auf beiden Seiten des Bremszylinderkolbens gepreßte Luft bei Luftdruckbremsen oder verdünnte Luft bei Luftsaugebremsen, und zum Anstellen wird auf einer Kolbenseite Luft ausgelassen, bez. die Luftverdünnung aufgehoben. Nach dem Zweikammersystem gebaute Luftdruck- und Luftsaugebremsen sind demgemäß an sich selbsttätig, dieselben nach dem Einkammersystem gebauten werden dieses jedoch erst durch die Einschaltung besonderer Steuerventile (Funktionsventile) u. s. w. Einkammerbremsen sind die in großem Umfange zur Einführung gekommenen Westinghouse-B. Die erste nach dem Zweikammersystem eingerichtete Luftdruckbremse stellte Steel her, dem später Carpenter, Schleifer, Wenger folgten. Die Luftsaugebremsen von Smith u. Hardy sind nicht selbstwirkende Einkammerbremsen, während die Luftsaugebremsen von Sanders, Clayton, Körting als Zweikammerbremsen selbsttätig sind. Die zuerst eingeführte direkt wirkende, nicht selbsttätige Luftdruckbremse von Westinghouse wurde zu einer selbsttätigen durch die Anbringung eines Hilfsluftbehälters (außer dem durch eine besondere Luftpumpe zu füllenden Hauptluftbehälter an der Lokomotive) unter jedem mit der Bremsvorrichtung versehenen Fahrzeug und Einschaltung eines Steuerventils zwischen Hilfsbehälter und Bremszylinder, das beim Auslassen der Luft aus der Hauptrohrleitung selbsttätig seine Stellung ändert und dadurch einerseits die Hauptluftleitung vom Hilfsbehälter absperrt, anderseits den Hilfsbehälter in Verbindung mit dem Bremszylinder bringt, beim Wiedereinlassen von Luft aus dem Hauptluftbehälter in die Hauptleitung dagegen seine frühere Stellung wieder einnimmt und dabei die Verbindung zwischen Hilfsbehälter und Bremszylinder aufhebt, die Verbindung zwischen Hilfsbehälter und Hauptleitung wieder herstellt und den Bremszylinder mit der äußern Luft in Verbindung bringt. Im erstern Falle werden die B. angestellt, im letztern gelöst. Das Steuerventil (Fig. 6) besteht aus einem Schieber e mit Kolben f, von denen ersterer e den Zutritt der Luft aus dem Hilfsbehälter i in den Bremszylinder b und den Austritt der Luft aus dem letztern durch das Rohr l in die freie Luft regelt, während der letztere f durch den Druckunterschied in der Leitung und dem Hilfsbehälter die Bewegung des Schiebers bewirkt und dabei durch Öffnen und Schließen des Kanals k die Verbindung zwischen Hauptleitung h und Hilfsbehälter i unterbricht, bez. wieder herstellt.

Fig. 6. Westinghouse-Bremse.

Die bei der Stadtbahn in Berlin zur Anwendung gekommene nicht selbsttätige Luftsaugebremse besteht im wesentlichen aus einem unter jedem Bremswagen angebrachten Bremstopf, bei dem eine Biegehaut b (Fig. 7) zwischen den beiden Gehäusehälften eingeklemmt gehalten wird, an die das Bremsgestänge angreift. Der geschlossene Raum a über der Haut steht durch ein Rohr d, das sich ebenso wie die Hauptluftleitung bei der Westinghouse-Bremse unter dem ganzen Zug entlang zieht und an alle Bremstöpfe angeschlossen ist, mit einem Ejektor auf der Lokomotive in Verbindung. Wird durch Anstellung des Ejektors (seitens des Führers) Luft aus der Leitung d und dem Raume a abgesaugt, so drückt die äußere Luft die Biegehaut nach oben und zieht die B. an. Beim Abstellen des Ejektors tritt durch denselben äußere Luft wieder in das Rohr d und den Raum a, und die Biegehaut senkt sich, womit die Bremse gelöst wird.

Fig. 7. Smith-Hardy-Bremse.

Fig. 8. Heberlein-Bremse.

Bei Nebenbahnen fand die selbsttätige Heberlein-Bremse (Reibungsbremse, Fig. 8) mehrfach Anwendung. Auf einer der Radachsen ist eine Reibungsscheibe a festgekeilt, und eine zweite c ist am Wagen pendelnd aufgehängt. Letztere trägt eine Rolle, auf die sich beim Drehen der Scheibe c eine an das Bremsgestänge angeschlossene Kette e aufwickelt. Unbeeinflußt liegt die Scheibe c an der Scheibe a an und wird durch die sich drehende Scheibe a ebenfalls in Umdrehung versetzt, demzufolge die Kette e aufgewickelt und die Bremse angestellt wird. In abgehobenem Zustand wird die Scheibe c durch ein Seil gehalten, das über den ganzen Zug weggeführt ist und an die Stange f angreift. Je nachdem der Lokomotivführer das Seil gespannt hält oder lose durchhängen läßt, sind die B. gelöst oder werden dieselben angezogen.

Die Einführung der durchgehenden B. erfolgte 1875–85. Die ersten Versuche mit derartigen B. in Deutschland fanden 1877 auf der preußischen Staatsbahn in Guntershausen statt.

Von den auf Hauptstrecken zur Einführung gekommenen Luftdruck- und Luftsaugebremsen hat sich keine für längere, insbes. Güterzüge als brauchbar erwiesen, weil die Fortpflanzung des Anziehens und Lösens derselben zu langsam erfolgt und infolgedessen im Zuge Zuckungen und Stöße eintreten, die Veranlassung zu Zugtrennungen geben. Aus amerikanischen Versuchen zu Burlington mit den elektrischen Luftdruckbremsen von Westinghouse und Carpenter sowie der elektrischen Luftsaugebremse von Eames zog der Bremsausschuß den Schluß, daß die beste Bremse für lange Güterzüge eine solche ist, die mittels Luftdruck oder Luftleere wirkt, und deren Steuerventile durch Elektrizität gehandhabt werden. Unmittelbar nach den Versuchen erreichte Westinghouse durch Abänderung seiner Steuerventile in der Weise, daß bei Notbremsungen die Luft nicht nur aus dem Hilfsbehälter, sondern auch aus der Hauptleitung in den Bremszylinder tritt, demzufolge sich die vorn eingeleitete Druckabnahme mit großer Geschwindigkeit nach hinten fortpflanzt, daß die Bremswirkung am Ende eines Zuges mit 50 Wagen nur 2¹/₂-3 Sekunden später eintrat als vorn, so daß auch ohne Anwendung von Elektrizität eine ausreichende stoßfreie Wirkung erzielt wird.

Bei den jetzt in Gebrauch befindlichen Luftdruckbremsen werden vielfach die Stöße im Zuge dadurch zu vermeiden gesucht, daß am Schluß des Zuges an die gewöhnliche Schlauchkuppelung der Rohrleitung ein Auslaßventil angeschlossen wird, das elektrisch geöffnet werden kann, so daß die Luft am Anfang und Ende gleichzeitig austritt und die B. von beiden Enden nach der Mitte des Zuges in Tätigkeit treten.