Ph 10

Umwelt und Technik

Energierückgewinnung beim Bremsen


(Rekuperation)

Ein Spiegelgalvanomter ist ein sehr empfindliches Drehspulinstrument, bei dem die im Feld eines Hufeisenmagneten befindliche Drehspule zwischen zwei vertikal verlaufenden Drähten aufgehängt ist. Zum Nachweis der Spulendrehung verwendet man einen "Lichtzeiger" mit dem man einen auf den Draht geklebten Spiegel beleuchtet.
Dreht sich die Spule, so werden die Drähte verdrillt (dadurch entsteht ein rücktreibendes Moment) und der Spiegel und mit ihm der reflektierte Lichtstrahl werden gedreht.

Lenkt man die Spule durch kurzzeitiges Anlegen einer kleinen Spannung aus, so schwingt diese schwach gedämpft hin und her.

Schließt man während der Schwingung die Spule kurz, so kommt sie sehr schnell zum Stillstand. Gehen Sie mit dem Mauszeiger über die Zeichnung.

 

Aufgabe:
Erklären Sie, wie es im rechten Fall zur starken Dämpfung des Galvanometers kommt.

 

Widerstandsbremsung
Den beim Galvanometer beobachteten Bremseffekt macht man sich bei elektrischen Bahnen zu Nutze. Fährt eine Bahn lange Steigungen bergab oder muss sie bei einer Station anhalten, so betreibt man den Elektromotor als Generator und schaltet anstelle der Spannungsquelle einen Widerstand an das Gerät. Aufgrund des nun fließenden Induktionsstroms kommt es zur Abbremsung der Spule. Da diese über ein Getriebe mit den Rädern verbunden ist, kann damit auch der Zug abgebremst werden. Diese "elektrische" Bremsung hatte den Vorteil, dass die mechanischen Druckluftbremsen des Zuges geschont werden konnten. Allerdings wurde die potenzielle Energie bzw. die kinetische Energie des Zuges nur in "nutzlose" innere Energie umgewandelt.

Netzbremsung
Neuerdings verheizt man die vom generatorisch betriebenen Elektromotor gelieferte Energie nicht mehr an Widerständen, sondern speist sie durch geeignete elektrische Anlagen (Thyristoren) in das Bahnnetz ein. Auf diese Weise kann ca. 40% - 70% der mechanischen Energie in wieder verwertbare elektrische Energie umgewandelt werden.

Ausblick
Man denkt inzwischen auch daran, die beim Abbremsen von Autos freiwerdende Energie zu nutzen. Die heute benutzten Lichtmaschinen und die Speichermedien (Bleiakkus) sind im Wirkungsgrad noch zu schlecht, als dass sich die Nutzung lohnt. Es werden jedoch in den Labors zur Zeit leistungsfähigere Generatoren und Speichermedien (z.B. Hochleistungskondensatoren: Ultracap) entwickelt, so dass sich wohl bald auch die Energierückgewinnung beim Automobil lohnen dürfte.