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Aachen/Düsseldorf: Clevere Bremse arbeitet sehr fein und sehr exakt

Aachen/Düsseldorf : Clevere Bremse arbeitet sehr fein und sehr exakt

Etwa zwei Minuten dauert es, bis in einem 500 Meter langen Güterzug der Bremsbefehl per Druckluft auch den letzten Waggon erreicht hat. Zudem lässt sich die Bremswirkung nicht sehr genau dosieren.

Jeder Bahnreisende weiß, dass der Zug meist nur mit einem unangenehmen Ruck zum Stillstand kommt. Schuld daran ist aber nicht der Lokführer, sondern die konventionelle Technik, die relativ träge und nicht sehr feinfühlig arbeitet.

Was der Reisende nicht spürt: Die pneumatische Bremstechnik weist ein hohes Gewicht auf, nimmt durch die Kompressoren in den Triebwagen sowie die Versorgungs- und Steuerleitungen im gesamten Zug ein großen Raum ein.

All diese Nachteile müssen nicht sein. Die neuartige selbstverstärkende hydraulische Bremse SHB, die Christian Stammen vom Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen (IFAS) an der RWTH Aachen erfunden hat und zusammen mit seinem Kollegen Dipl.-Ing. Matthias Liermann entwickelt, gleicht einer Eier legenden Wollmilchsau, denn sie vereint eine Reihe auf den ersten Blick vielleicht nicht miteinander zu vereinender Vorteile in sich.

Der Dr.-Ingenieur fasst die Vorteile seiner für mehrere Patente angemeldeten Idee zusammen: „Unsere selbstverstärkende elektrohydraulische Lösung wird leichter, platz- und energiesparender sein als bisherige pneumatische Systeme und sich durch besondere Feinfühligkeit und Exaktheit auszeichnen.”

Und das Wissenschaftszentrum Nordrhein-Westfalen und der Industrie-Club Düsseldorf sind von der Idee des 30-jährigen Forschers auch in diesem frühen Stadium schon so angetan, dass der gebürtige Neusser gestern Abend in Düsseldorf mit dem Wissenschaftspreis 2007 zum Thema Mobilität ausgezeichnet wurde, dotiert mit 20 000 Euro.

Neuer Gedankenansatz

Anerkennung und Unterstützung wird dem Preisträger aber auch von anderer Seite zuteil. Seine autarke Fahrzeugkomponente wird zum einen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Projektpaket „Einzelrad-Antriebs-Brems-Modul” gefördert.

Zum anderen ist schon klar, dass der erste im Fahrzeug einsetzbare Prototyp mit einem namhaften Industrieunternehmen entwickelt wird. „So etwa in ein bis anderthalb Jahren,” steckt Stammen den Zeitrahmen ab, „bis dahin forschen wir am ersten stationären Versuchsaufbau im IFAS-Institut.”

Der neue Gedankenansatz bei der SHB-Bremse ist, einzig die Abstützkraft der Bremse gegenüber dem Fahrwerk als hydraulische Energiequelle für die Bremskraft zu nutzen. Wirkt eine Reibkraft am Bremsbelag, drückt diese den Kolben eines Abstützzylinders auf die Druckflüssigkeit.

Das Ansteigen des Drucks wiederum wirkt über ein geöffnetes Ventil geregelt auf den Bremskolben, der dadurch für einen stärkeren Reibkontakt sorgt. „Das hydraulische Prinzip der Selbstverstärkung kommt bisher nicht zum Einsatz, weil es ungeregelt nicht zu beherrschen ist”, erklärt Stammen seinen Fortschritt. Die Pumpe zur Druckversorgung ist nicht mehr nötig, Rohre und Schläuche fallen weg. Ein weiterer grundlegender Vorteil ist es, dass nicht wie bei konventionellen Bremsen der Anpressdruck auf die Bremsbeläge geregelt wird, sondern die erreichte Bremswirkung.

Damit ist die Bremse unabhängig von wechselnden Reibwerten zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag, wie sie dem Autofahrer zum Beispiel bei feuchtem Wetter oder verschlissenen Belägen offenbar werden. Die Wirkung der selbstverstärkenden Bremse ist von diesem Schwankungen unabhängig und somit feinfühlig einzusetzen.

Der Energiebedarf beläuft sich bei der Bremsung auf maximal 20 Watt zur Ansteuerung eines Ventils und einem Watt für den Steuerrechner mit Sensoren, laut Preisträger „vergleichbar mit einer einzelnen Glühlampe in einer Pkw-Bremsleuchte”. Bemerkenswert: Ene pneumatische Bremse braucht rund 500 Watt.

Und wenn die Stromversorgung einmal ausfallen sollte, greift die Rückfallebene für die Regelung auf hydraulisch-mechanischer Basis ein. „Wir arbeiten wie im Flugzeugbau mit doppeltem Boden”, erklärt der RWTH-Forscher, der sein System längerfristig auch in Straßenbahnen, Aufzügen und Autos arbeiten sieht: Energieeffizienz, Komfort und Sicherheit sind überall gewünscht.