Generatorische Bremse

Bei einer elektromotorischen Bremse, oder auch elektrischen Generatorbremse wird der Antriebsmotor beim Abbremsen als Generator verwendet.

Hauptvorteile dieser Bremsart sind

• mögliche Nutzung (z. B. Heizung) oder Rückspeisung der Energie (Rekuperation)
• geringerer Verschleiß der immer ebenfalls vorhandenen mechanischen Bremsen

Nutzbremsschaltung mit Thyristorschalter

Bei einfachen Widerstandsbremsen wird der vom Generator erzeugte Strom über elektrische Widerstände nur in Wärme umgewandelt. Bei modernen Generatorbremsen wird Energie zurück in das Stromnetz (Schienenfahrzeuge), bzw. einen Energiespeicher (Elektroautos oder Starter-/Bordnetzbatterie) gespeist. Dieser Vorgang wird auch Rekuperation genannt, die entsprechenden Bremsen auch als Rekuperationsbremsen bezeichnet.

Schienenverkehr

Zum motorischen Bremsen an elektrischen und dieselelektrischen Triebfahrzeugen wird der Elektromotor in den Generatorbetrieb umgeschaltet. Die dabei erzeugte „Abfallenergie“ wird teilweise in Akkumulatoren für Hilfsbetriebe gesammelt oder in Bremswiderständen in Wärme umgesetzt. Elektrische Lokomotiven verfügten zur Wärmeableitung über voluminöse „Bremslüfter“ oder Bremswiderstände mit Fahrtwindkühlung auf dem Dach. Bei Zahnrad-Bergbahnen und Straßenbahnen wird der „Bremsstrom“ im Winter in die Heizkörper in den Personenabteilen geleitet.

Die Bremsstromrückspeisung (Nutzbremsung) von elektrischen Neubaufahrzeugen der Deutschen Bahn und anderer Bahnen beruht auf den Möglichkeiten der Traktionsstromrichter. Die Bremsenergie wird wieder hochtransformiert und in die elektrische Fahrleitung zurückgespeist. Bei Gleichstrombahnen (z. B. Straßenbahn) ist zur Rückspeisung zwar kein netzgeführter Umrichter erforderlich, jedoch ist die Aufnahmefähigkeit des befahrenen Oberleitungsabschnittes nur dann gegeben, wenn mindestens einer der folgenden Fälle zutrifft:

• andere Bahnen fahren auf dem gleichen Abschnitt
• das Unterwerk ist rückspeisefähig (aktive Gleichrichtung / Betrieb in vier statt zwei Quadranten der speisenden Wechselspannung)
• an der Strecke sind Kondensatoren-Stationen (Anlagen mit Doppelschicht-Kondensatoren) zur Zwischenspeicherung vorhanden

Daher müssen die Bahnen die Aufnahmefähigkeit des Netzes prüfen und verfügen auch über die Möglichkeit einer Widerstandsbremsung und/oder führen gegebenenfalls selbst Kondensatoren zur Zwischenspeicherung mit.

Anders ist dies bei dem Versuchstriebwagen Alstom Coradia LIREX gelöst. Dieser Zug speist in der Dieselversion die Bremsenergie in einen Schwungradspeicher ein. Zur Anfahrt wird die Energie aus dem Speicher wieder zurückgeführt. Es gibt auch Gyroantriebe ohne Dieselmotor, diese laden den Schwungradspeicher an den Endstellen auf; sie sind ebenfalls zur Nutzbremsung in der Lage.

Bei dem noch recht jungen und wenig erprobten Konzept der Solarbahn ist die Rückführung der Bremsenergie in den Energiespeicher, z. B. einen Akkumulator oder Kondensator unabdingbare Voraussetzung, die relativ geringe Leistung aktueller Solarzellen für einen alltagstauglichen Betrieb effektiv genug nutzen zu können.

2007 deckte die Deutsche Bahn acht Prozent ihres gesamten Strombedarfs für den Eisenbahnbetrieb durch rückgespeiste Bremsenergie.^[1]

Kraftfahrzeuge

Bei Straßenfahrzeugen kann die Elektromotorische Bremse nur bei Elektro-, Hybridfahrzeugen und Fahrzeugen mit Gyroantrieb Einsatz finden, da nur diese elektrische Antriebsmotoren besitzen. Die Bremsleistung und das Maß der Rekuperation ist abhängig von der Leistung der elektrischen Maschinen, der Speicherleistung und der freien Kapazität der Energiespeicher.

Elektrofahrzeuge und Fahrzeuge mit Hybridantrieb nutzen elektromotorisches Bremsen zur Ladung des Fahrzeugakkumulators. Bekannte Hybridfahrzeuge sind der Prius von Toyota sowie der Civic IMA von Honda. Seit 2007 verfügen die BMW 1er mit Handschaltgetriebe über eine Rekuperation zur Aufladung der Starter-/Bordnetzbatterie. 3er und 5er Reihe folgten wenige Monate später. Teilweise werden zusätzlich zum Akkumulator Doppelschichtkondensatoren mitgeführt, die in der Lage sind, wesentlich größere Spitzenleistungen abzugeben bzw. aufzunehmen.

Beim Gyroantrieb (z. B. Gyrobusse) wird die Antriebsenergie in einem Schwungradspeicher mitgeführt, der über einen Generator die Fahrzeugmotoren antreibt. Elektromotorisches Bremsen ist durch Generatorbetrieb der Fahrmotoren und Motorbetrieb des Schwungrad-Generators möglich. Fahrzeuge mit Gyroantrieb besitzen nur geringe Reichweiten. Das Konzept bietet sich daher u. a. bei Bussen an; diese können ihre Schwungmasse an den Endstellen mit einem Stromanschluss laden.

Oft arbeitet die Elektromotorische Bremse mit der Elektrohydraulischen Bremse zusammen.

Einzelnachweis

1. ↑ Wie funktioniert eigentlich... die Rückgewinnung von Bremsenergie?. In: DB Welt, Ausgabe Januar 2009, S. 15