Dynamische Bremsen

Letzte Woche haben wir gesehen, wie eine mechanische Bremse ein rotierendes Rad stoppte, indem sie seine mechanische Energie, dh kinetische Energie, in Wärmeenergie umwandelte. Diese Woche werden wir sehen, wie eine dynamische Bremse funktioniert.

Höchstwahrscheinlich haben Sie beim letzten Fahren in einem Aufzug direkt von einem dynamischen Bremssystem profitiert. Um jedoch das Grundprinzip des dynamischen Bremssystems eines Aufzugs zu verstehen, werfen wir zunächst einen Blick auf das elektrische Bremssystem in Abbildung 1 unten.

Abbildung 1 – Ein einfaches elektrisches Bremssystem

Hier besteht die Bremse aus einem elektrischen Generator, der über einen offenen Schalter mit einer elektrischen Komponente verbunden ist, die als Widerstand bezeichnet wird. Das Gewicht ist an einem Kabel befestigt, das um eine Riemenscheibe auf der Generatorwelle gewickelt ist. Wenn das Gewicht frei fällt, wickelt sich das Kabel auf der Riemenscheibe ab, wodurch die Riemenscheibe die Generatorwelle dreht.

Im Gegensatz zur mechanischen Bremse der letzten Woche, deren Verwendung viel Aufwand erforderte, erfordert ein dynamisches Bremssystem nur sehr wenig. Sie müssen lediglich einen Schalter schließen (siehe Abbildung 2 unten). Wenn der Schalter geschlossen ist, wird ein Stromkreis erzeugt, in dem der Widerstand mit dem Generator verbunden ist. Der Widerstand macht das, was sein Name andeutet: Er widersteht (aber stoppt nicht) dem elektrischen Strom, der vom Generator durch ihn fließt. Während elektrischer Strom durch den Widerstand fließt, um zum Generator zurückzukehren, erwärmt sich der Widerstand wie eine elektrische Heizung. Diese Wärme wird an die kühlere Umgebungsluft abgegeben. Gleichzeitig beginnt das Gewicht beim Abstieg abzunehmen. Aber wie geht das?

Das elektrische Bremssystem kann als Energieumwandlungsprozess betrachtet werden. Wir beginnen mit der kinetischen oder Bewegungsenergie des Gewichts im freien Fall. Diese kinetische Energie wird vom Kabel auf den elektrischen Generator übertragen, der die Generatorwelle beim Abwickeln des Kabels dreht. Elektrische Generatoren sind Maschinen, die kinetische Energie in elektrische Energie umwandeln. Diese Energie wandert vom elektrischen Generator über Drähte und einen geschlossenen Schalter zum Widerstand. Dabei wandelt der Widerstand elektrische Energie in Wärmeenergie um. Die kinetische Energie wird also aus dem Gewicht extrahiert, das durch den Umwandlungsprozess fällt, und verlässt den Prozess als Wärme. Wenn dem fallenden Gewicht die kinetische Energie entzogen wird, verlangsamt es sich.

Abbildung 2 – Anwendung der elektrischen Bremse

Okay, jetzt kommen wir zurück zu den dynamischen Bremsen an Aufzügen. Ein Aufzug ist über ein Kabel mit einem Hebezeug verbunden, das von einem Elektromotor angetrieben wird. Wenn es Zeit ist, auf der gewünschten Etage anzuhalten, trennt das automatische Steuersystem den Elektromotor des Aufzugs von seiner Stromquelle und verwandelt den Motor in einen Generator. Der Generator wird dann automatisch an einen Widerstand angeschlossen, wie er in der elektrischen Bremse oben gezeigt ist. Die kinetische Energie des fahrenden Aufzugs wird vom Generator in elektrische Energie umgewandelt. Der Widerstand wandelt elektrische Energie in Wärmeenergie um, die dann an die Umgebung abgegeben wird. Der Aufzug verlangsamt sich dabei, weil ihm kinetische Energie geraubt wird. Wenn die dynamische Bremse die Aufzugsgeschwindigkeit ausreichend reduziert, wird eine mechanische Bremse eingeführt, die den Aufzug vollständig stoppt. Dieser doppelte Prozess dient dazu, den Verschleiß mechanischer Bremsteile zu verringern und die Lebensdauer des gesamten Systems zu verlängern.

Nächstes Mal werden wir alles zusammenfügen und zeigen, wie die mechanischen und dynamischen Bremsen einer Diesellok zusammenarbeiten.

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