Nagyjából a múlt század közepétől kezdtek áttérni a városi (közúti) vasutak üzemében a sűrített levegős fékberendezésekről a villamosfékek használatára. Ma ezek gyakorlatilag már kizárólagosak: a motorkocsikon villamos ellenállásfék, az újabb típusokon rekuperációs hajtóműfék található, az esetlegesen a vonatba sorozott – nem hajtott – pótkocsik fékezésére pedig ún. szolenoidfék, valamint sínfék szolgál (ezek természetesen a motorkocsik fékezésére is alkalmasak).
A szolenoidok olyan fékmágnesek, melyek gerjesztés hatására a féktuskók (vagy fékpofák) által fejtenek ki súrlódásos fékezőerőt. A szolenoid fékhenger működése hasonló a levegős fékhengeréhez, azonban a mágneses erő miatt azzal ellentétes értelmű, így ezt a körülményt a fékhenger elhelyezésénél (a rudazathoz történő bekötésnél) figyelembe kell venni. A szolenoid fékhengert az ellenállásfékre átkapcsolt motorok árama gerjeszti: az acélburkolattal ellátott elektromágneses tekercs az acélmagra behúzó erőt gyakorol. A húzóerő közel azonos arányban változik az áramerősséggel. Villamosfékezés esetén a fékezőerő a motor(ok) fordulatszámának csökkenésével együtt csökken, kis sebességnél (4–5 km/h) már gyakorlatilag teljesen hatástalan, így a jármű megállásig történő fékezésére és rögzítésére kizárólag a villamos fék nem alkalmas. (A problémáról a rögzítő- és sínfékek kapcsán már esett szó.)
Az UV-szerelvényekbe sorozott EP és FP sorozatú pótkocsikat szolenoidfékkel fékezik. A képen a BKV nosztalgiaflottájának egyik darabja, a 6010-es pályaszámú jármű látszik. A kocsi a nosztalgiaüzemben 2012. november 25-én, a budapesti villamosközlekedés 125. évfordulója okán szervezett villamosparádén debütált a Nagykörúton
(fotó: Óvári Péter)
(fotó: Óvári Péter)
A villamos ellenállásfékezés működési elve (erősen leegyszerűsítve) az, hogy menet közben a jármű vontatómotorjait – mint generátorokat – a mozgási energia hajtja, így ezek áramot termelnek, mellyel a járművet fékezni lehet. A fékezőáram erőssége természetesen a motoráram erősségétől függ (az „alacsony fordulat – alacsony motoráram – alacsony fékezőáram” dilemmája az előző bekezdésben került említésre). Logikus az is, hogy állandó fékezőerőhöz állandó fékezőáram szükséges, azonban ez csak a lejtőn történő, sebességtartó fékezés esetében képzelhető el.
Nyári zivatar Bécsben. A Zentralfriedhof felől a Burggasse felé tartó E1-es villamos áramszedője mögött kaptak helyet a fékellenállások. Az esőben jól látható a forró felületre érkező csapadék, illetve a már gőzzé vált eső. A bécsi (és a miskolci) E1-es kocsik villamos ellenállásfékezéssel rendelkeznek
A fékezés során termelt villamos többletenergia hasznosítására több megoldás lehetséges. A legegyszerűbb és legkisebb hatásfokú újrahasznosítás ellenállások alkalmazásával történik. Ez praktikusan azt jelenti, hogy a fékezésre nem használt villamos energiát ellenállások közbeiktatásával „elfűtjük”. Könnyen belátható, hogy a valamilyen hatásfokú visszatáplálás az előzőnél lényegesen kedvezőbb lenne, itt azonban a „valamilyen hatásfokú” visszatáplálással sokáig – elektrotechnikai – problémák voltak. Noha hasonló szerkezetekkel már az 1930-as években folytak (budapesti) kísérletek, ezek korán félbeszakadtak. 1945 után az elsődleges cél a forgalom újbóli felvétele, illetve az akkor is már 30–40 éves járművek utasszállításra való alkalmassá tétele volt.
A hálózatba történő visszatápláláson alapuló fékezéssel a nagyvasúton is kísérleteztek (a szaggatós üzemű tirisztoros járművek esetében ez már évtizedekkel ezelőtt meg is valósult), manapság pedig már szinten minden korszerű nagy- és városi vasúti jármű alkalmas az elektrodinamikus fékezésre (mely egyúttal üzemi fékként is funkcionál). Ezzel megoldható a fékezés során termelődő, ténylegesen fékezésre nem használt mozgási energiának a hálózatba történő, igen jó hatásfokú visszatáplálása. A visszatáplált energiát vagy az azonos hálózatban haladó járművek használják fel, vagy áramátalakítók segítéségével a tápláló hálózatba juttatható vissza.
A Hannoverből használtan beszerzett TW6000-es villamosok (jelenleg az 1500–1609 pályaszámtartományban szerepelnek a kocsik a BKV állományában) visszatápláló fékezésre is alkalmasak
Az ellenállás-fékezés kivitelezésére többféle megoldás ismert, ezekkel most csak alig jobban, mint említés szintjén ismerkedünk meg. A keresztmezős villamos fékkapcsolás többmotoros vasúti járművek esetében alkalmazható. A menet- és fékhelyzet közötti kapcsolások során egy kapcsolókészülék önműködően elvégzi a szükséges átkapcsolásokat (lekapcsolja a vontatómotorokat a hálózatról, létrehozza a keresztkapcsolást, megcseréli a mágnestekercsek pólusait). A keresztkapcsolásra azért van szükség, hogy elkerüljük az olyan helyzetet, hogy az egyik motor vontat, a másik fékez (pl. hirtelen fékezéskor fellépő kerékcsúszás miatt).
A körkapcsolásos villamos fékezést a keresztmezős fékkapcsolás bonyolultsága miatt dolgozták ki (ilyen található pl. a Ganz csuklós kocsikon is). Egyes típusokon (pl. a már említett ICS és a Tatra T5C5) a fékáramkör gyorsabb felgerjedése érdekében akkumulátorról táplált előgerjesztést is alkalmaznak.
A Ganz csuklós kocsikon körkapcsolású villamos fékezést alkalmaznak
(fotók: Halász Péter)
(fotók: Halász Péter)
A villamos elven működő fékek között – utolsóként – említést kell tennünk az ellenáramú fékezésről is. Ez akkor következik be, ha a haladó jármű menetirányváltóját a haladás irányához képest ellentétes irányba állítjuk. Ekkor a vontatómotorok forgórészében megfordul az áramirány, a kerekek fékeződnek, megállnak, majd ellentétes irányba kezdenek forogni. Minthogy ez a beavatkozás meglehetősen drasztikus módszer (ráadásul magasabb sebességnél sem kifejezetten hatékony), csak elkerülhetetlen esetben, vészhelyzetekben lehet igénybe venni.
Nánási Zoltán
Sorozatunk további részei ide kattintva olvashatók.