Wirbelstrombremse

Die Wirbelstrombremse ist eine verschleißfreie Bremse, die vor allem bei schnellen Fahrzeugen wir dem ICE (Intercity-Express), dem LKW oder der Achterbahn verwendet wird.

Prinzip der Wirbelstrombremse:

Diese funktioniert, indem man zwischen die Pole eines starken Magneten eine gegenwirkende Kraft schiebt, welche dessen Wirkung verringert und das Fahrzeug zum bremsen bringt.

Verwendung im Alltag:

In Achterbahnen und auch bei Freifall-Türmen werden auch Wirbelstrombremsen eingesetzt. Diese benötigen keinen Strom, was sicher ein Vorteil dieser Bremse ist, da diese im Falle eines Stromausfalles auch funktionieren würden. Sie haben eine eher „sanft“ einsetzende Bremswirkung als andere Bremsen. Die Metallschwerter, die bei der Bremsung beteiligt sind, sind seitlich unterhalb des Fahrzeugs angebracht. Die Schwerter bewegen sich zwischen montierten „Permanentmagneten“ hindurch oder werden auch teilweise weg geklappt, wodurch der Wagen besser weiterfahren kann und auch langsamer wird.

Bei hohen Geschwindigkeiten passiert dies andersrum. Das heißt, die Schwerter werden an den Schienen angebracht und die „ Permanentmagneten“ an dem Fahrzeug.

Von den hohen Anschaffungskosten mal abgesehen, hat die Magnetmontage noch einen weiteren Vorteil.Es werden sehr viel weniger Magnete an den Wagen und den Schienen befestigt, als Bremsen benötigt werden würden. Die Wirbelstrombremse hilft auch den Achterbahnzug bei einem Fehlstart rückwärts rollen zu lassen.

[1] -> Auf dem Bild kann man sehr gut die Hufeisenförmigen Magnete erkennen, welche in dem unten durchgeführten Experiment veranschaulicht wurden (siehe Link Youtube).

Versuch:

Protokoll:

Materialien: Hufeisenmagnet,zwei Aluplatten (eine großflächge und eine parallel gerillte), Befestigung, Stange

Aufbau: Eine Stange befindet sich so an einem Halter, dass sich an dieser eine Platte drehen kann. Die Stange wird so an dem Halter befestigt, dass diese sich ebenfalls drehen kann. Der Hufeisenmagnet wird in den anderen Halter geklemmt, sodass der eine Pol sich oben und der Andere sich unten befindet. Der Halter befindet sich gegenüber des anderen Halters mit der Aluplatte.

Durchführung: Nun drehen wir die Stange an, damit sich die Aluplatte dreht. Dann lenken wir den Hufeisenmagnet so, dass sich die Platte zwischen dem Nord- und dem Südpol befindet.

Hier findest du Videos zum veranschaulichen des Versuches:

und

Beobachtung: Wir beobachten, dass die Aluplatte ihre Geschwindigkeit ändert. Sie wird langsamer. Das kann man mehrmals ausprobieren, doch jedes Mal, wenn sich die Platte zwischen dem Hufeisenmagnet befindet, verlangsamt sich die Platte.

Auswertung: Bei den Versuchen merkt man deutlich, dass die Platte ohne Rillen schneller stoppt als die mit Rillen. Das liegt daran, dass Wirbelströme kreisförmig weitergeleitet werden und bei einer Platte mit gebrochener Oberfläche, wegen den Rillen kleinere Kreise entstehen, die länger brauchen bis sie vollständig gestoppt werden. Bei der großflächigen Platte hingegen haben die Wirbelströme mehr Platz zum ausbreiten und weiterleiten, dadurch wird sie so wesentlich schneller abgebremst.

Alles in Kürze: Der Wirbelstrom der zum Stoppen der Platte herbei führt, entsteht dort wo der Magnet über die Platte "greift". Durch das Entstehen dieses Widerstandes verlangsamt sich die Platte und bleibt schließlich stehen. Bei der Platte mit den Rillen braucht dieser Vorgang länger, da die Rillen immer wieder "Kurzschlüsse" geben, die es schwer für den Wirbelstrom machen sich zu bilden und die Platte zu stoppen.