Druckluftbremse der Eisenbahn

Mit der Druckluftbremse bremst der Lokführer von der Lokomotive aus alle Fahrzeuge eines Zuges zugleich. Eine dampfgetriebene Pumpe presst Luft in einen Behälter, und eine Leitung, die den ganzen Zug entlangläuft, führt sie zum Bremszylinder jedes Wagens. In der selbsttätigen Form hat jeder Wagen seinen eigenen Behälter und ein Steuerventil, das die Bremsen anlegt, sobald der Druck in der Leitung sinkt, auch wenn ein Schlauch platzt oder der Zug reißt. Samuel Cunliffe Lister ließ sich 1848 in England eine Eisenbahnbremse mit Druckluft patentieren. Mit dem Patent von George Westinghouse vom 13. April 1869 wurde die Druckluftbremse praxistauglich, seine selbsttätige Bremse folgte wenige Jahre später.

Was es ist

Ein Zug ist schwer, und seine Räder haften nur wenig auf den Schienen, deshalb braucht er einen langen Weg zum Anhalten. Bis in die 1870er-Jahre wurden die meisten Züge in Nordamerika von Hand gebremst: Bremser drehten am Ende jedes Wagens ein Handrad, um die Bremsklötze an die Räder zu drücken, auf Pfeifsignale des Lokführers hin, und bei Güterzügen taten sie das auf den Dächern der fahrenden Wagen. Eine durchgehende Bremse erledigt dieselbe Arbeit an allen Fahrzeugen zugleich und wird von einer Stelle aus bedient.

Die Druckluftbremse nutzt dafür Druckluft. Auf der Lokomotive füllt eine dampfgetriebene Pumpe einen Hauptluftbehälter, und der Lokführer bedient die Bremsen mit einem Ventil. Eine Hauptluftleitung läuft unter jedem Wagen von einem Ende des Zuges zum anderen und ist zwischen den Wagen durch biegsame Schläuche aus Gummi verbunden. Jeder Wagen trägt einen Bremszylinder, dessen Kolben über ein Gestänge aus Hebeln und Stangen gusseiserne Bremsklötze an die Laufflächen der Räder drückt. Bei der heute gebräuchlichen selbsttätigen Bremse hat jeder Wagen außerdem einen eigenen Luftvorrat, den Hilfsluftbehälter, und ein Steuerventil, das Leitung, Behälter und Zylinder verbindet.

Wie es funktioniert

Die erste Bremse von Westinghouse, später nicht selbsttätige oder direkte Bremse genannt, schickte Luft in die Leitung, um zu bremsen. Öffnete der Lokführer sein Ventil, strömte Luft aus dem Hauptbehälter durch die Leitung in alle Bremszylinder und schob die Kolben hinaus. Zum Lösen sperrte er den Behälter ab und ließ die Luft aus der Leitung entweichen, und Federn drückten die Kolben zurück. Die Luft brauchte Zeit, um die letzten Wagen eines langen Zuges zu erreichen, und platzte ein Schlauch, entwich sie, und der Zug hatte keine Bremse mehr. In den Schlauchkupplungen saßen Ventile, die sich von selbst schlossen, wenn die Wagen auseinanderkamen, sodass schon angelegte Bremsen angelegt blieben. Riss der Zug bei gelöster Bremse, hatten die von der Lokomotive getrennten Wagen keine Luft zum Bremsen.

Luft, die hinter den Kolben strömt, schiebt die Stange hinaus; lässt man sie ab, drückt die Feder sie zurück.

Die selbsttätige Bremse arbeitet umgekehrt: Die Luft hält die Bremsen gelöst. Während der Fahrt bleiben die Hauptluftleitung und alle Hilfsluftbehälter mit Betriebsdruck gefüllt. Das Steuerventil jedes Wagens hat einen Kolben, auf dessen einer Seite der Druck der Leitung wirkt und auf der anderen der Druck des Hilfsluftbehälters. Solange beide gleich sind, lässt das Ventil langsam Luft aus der Leitung in den Behälter nachströmen und hält den Bremszylinder zur Außenluft hin offen, sodass die Bremsen gelöst bleiben.

Zum Bremsen lässt der Lokführer etwas Luft aus der Hauptluftleitung ab. Auf der Leitungsseite jedes Steuerventils sinkt der Druck unter den Druck im Behälter, und der Kolben bewegt sich zur Leitung hin. Dabei schließt er den Weg von der Leitung, schließt den Auslass des Zylinders und öffnet einen Weg vom Behälter zum Zylinder. Die auf dem Wagen gespeicherte Luft strömt in seinen eigenen Bremszylinder, und die Klötze pressen sich an die Räder. Ein kleiner Druckabfall ergibt eine leichte Bremsung, ein größerer eine kräftigere. Zum Lösen füllt der Lokführer die Leitung wieder auf. Der Druck auf der Leitungsseite steigt über den Behälterdruck, der Kolben geht zurück, der Zylinder entleert sich ins Freie, und der Behälter füllt sich wieder.

Weil die Bremsen durch einen Druckabfall angelegt werden, hält alles den Zug an, was Luft aus der Hauptluftleitung entweichen lässt: das Ventil des Lokführers, ein geplatzter Schlauch oder zwei Zughälften, die sich voneinander lösen.

So geht’s

Ein Modell mit einem Luftballon und einem Gummiband zeigt das Prinzip der selbsttätigen Bremse: Der Luftdruck hält die Bremse gelöst, und wenn er verloren geht, greift sie. Im Modell legt ein Gummiband die Bremse an, im echten Zug ist es die auf jedem Wagen gespeicherte Luft. Man braucht einen Schuhkarton, einen Schraubdeckel von etwa 8 cm Durchmesser, einen Bleistift, ein Holzstäbchen, ein kleines Holzklötzchen, eine Reißzwecke, einen Radiergummi, ein kräftiges Gummiband, einen kleinen Luftballon, etwa 50 cm dünnen Kunststoffschlauch, eine 60-ml-Kunststoffspritze, eine Klammer, ein paar Kartonstücke, Klebstoff und Klebeband.

Luft im Ballon hebt die Bremse ab; lässt man die Luft heraus, legt das Gummiband sie wieder an.

Einen kleinen Pfosten aus gefalteter Pappe nahe einem Ende auf den Kartonboden kleben. Den Bleistift durch eine Stirnwand des Kartons, durch die Mitte des Deckels und in den Pfosten stecken, sodass sich der Deckel im Karton frei dreht. Das Klötzchen neben dem Deckel auf den Kartonboden kleben und das Holzstäbchen mit der Reißzwecke oben auf dem Klötzchen befestigen, sodass es kippen kann. Den Radiergummi unter ein Ende des Stäbchens kleben, sodass er auf dem Deckelrand aufliegt, und das Gummiband zwischen diesem Ende und dem Kartonboden spannen, damit es den Radiergummi auf den Rand zieht. Den Schlauch mit Klebeband fest in den Hals des Ballons kleben, den Ballon zwischen Reißzwecke und Radiergummi unter das Stäbchen legen, auf einen kleinen Kartonstapel, sodass er das Stäbchen leer gerade berührt, und den Schlauch aus dem Karton zur Spritze führen. Den Deckel mit dem Finger andrehen: Die Bremse hält ihn an. Die Spritze drücken, bis der Ballon sich bläht und den Radiergummi vom Rand hebt, dann den Schlauch mit der Klammer schließen. Jetzt dreht sich der Deckel frei. Die Spritze vom Ende des abgeklemmten Schlauchs abziehen, dann die Klammer öffnen, als wäre ein Schlauch geplatzt: Der Ballon leert sich, und das Gummiband bremst den Deckel.

Geschichte und Entwicklung

Vor der Druckluftbremse drehten Bremser auf den Wagendächern an jedem Wagen ein Handrad, um ihn zu bremsen.

In England ließ sich Samuel Cunliffe Lister aus Bradford 1848 eine Eisenbahnbremse patentieren, die mit Druckluft arbeitete. Von den Achsen eines Wagens angetriebene Pumpen pressten Luft in eine Kammer unter dem Rahmen, und der Zugführer ließ über Ventile diese Luft auf einen Kolben wirken, dessen Stange die Bremsklötze an die Räder drückte. Das Patent von George Westinghouse auf die direkte Druckluftbremse, Nummer 88.929, wurde am 13. April 1869 erteilt, und seine Bremse setzte sich bei den Bahnen durch. Die Pennsylvania Railroad erprobte die Bremse und beschloss 1870, ihre Personenzüge damit auszurüsten, andere Bahnen folgten. Danach gab Westinghouse jedem Wagen seinen eigenen Luftvorrat: Seine selbsttätige Bremse von Anfang der 1870er-Jahre fügte jedem Wagen einen Hilfsluftbehälter und ein Steuerventil hinzu, sodass ein gerissener Zug sich selbst bremste.

Personenzüge übernahmen die Bremse zuerst, Güterzüge erst viel später. In den Vereinigten Staaten verpflichtete der Safety Appliance Act vom 2. März 1893 die Bahnen des zwischenstaatlichen Verkehrs, vom 1. Januar 1898 an Lokomotiven mit kraftbetätigter Treibradbremse einzusetzen und Züge mit so vielen kraftgebremsten Wagen, dass der Lokführer ihre Geschwindigkeit regeln konnte, ohne dass Bremser Handbremsen bedienten. Diese Frist wurde später um zwei Jahre verlängert, bis 1900. Dasselbe Gesetz schrieb selbsttätige Kupplungen an den Wagen des zwischenstaatlichen Verkehrs vor.