Prinzip der Wirbelstrombremse

Das Prinzip der Wirbelstrombremse

Bewegt man eine Metallplatte durch ein magnetisches Feld, dann wird in dieser Platte ein Strom induziert. Dieser Stromfluss ist wie ein Wirbel in sich geschlossen – daher die Bezeichnung Wirbelstrom.

Jeder fließende Strom erzeugt aber sein eigenes Magnetfeld. Die beiden Magnetfelder (das primäre äußere und das in der Metallplatte induzierte sekundäre) treten in Wechselwirkung. Dabei entstehen Kräfte, die der Bewegungsrichtung der Metallplatte entgegen wirken. Die Bewegung der Platte wird gebremst.

Das Bild zeigt die Wirbelströme, die durch zwei Magnete in einer Metallplatte erzeugt werden (Computer-Simulation).

Computersimulation: Wirbelströme in einer Metallplatte
Computersimulation: Wirbelströme in einer Metallplatte

In der Skizze ist ein typischer Schulversuch zur Demonstration der bremsenden Wirkung eines Magnetfeldes auf eine Metallplatte dargestellt.

Schulversuch zur Wirbelstrombremse
Schulversuch zur Wirbelstrombremse

Die bremsende Kraft hängt ab von der Bewegungsgeschwindigkeit (also von der Eintrittsgeschwindigkeit eines Fahrzeugs in die Bremse) – und vom Material, aus dem die sich bewegende Bremsfinne besteht. Wie die Grafik unten zeigt, wächst die Bremskraft mit zunehmender Geschwindigkeit schnell an, nimmt aber auch wieder ab, wenn die Geschwindigkeit der Metallplatte zu hoch wird.

Was passiert mit der Bewegungsenergie des Fahrzeugs? Genau. Die Bremsfinne erwärmt sich.

Das Metall der Bremsfinne stellt nämlich den fließenden Wirbelströmen seinen spezifischen elektrischen Widerstand entgegen; das Metall erwärmt sich. Diesen Effekt kennen Sie vielleicht von Induktionsöfen, eher aber vermutlich als ‚Eisenverlust‘ von Transformatoren.

Zusammenhang der Bremskraft und der Bewegungsgeschwindigkeit z.B. eines Fahrzeugs.
Zusammenhang der Bremskraft und der Bewegungsgeschwindigkeit z.B. eines Fahrzeugs.