Drag Brake

  • Drag Brake, elektronische Bremse eines ESC. Erklärt wird hier das physikalische Funktionsprinzip einer Drag Brake, nicht die Art wie durch das ESC eine Drag Brake bewerkstelligt wird.

    Drag Brake heiß übersetzt "Bremse ziehen" - wird jedoch auch oft frei übersetzt mit Widerstands-Bremse. Dabei ist nicht ein elektrischer Widerstand gemeint, sondern der Widerstand der einer Bewegung entgegenwirkt, das könnte der Luftwiderstand sein (Bremsklappen beim Flugzeug) oder auch die Reibung von mechanischen Bremsen.


    Wenn im Bereich Scaler und Crawler von einer Drag Brake gesprochen wird, so ist die Bremswirkung gemeint, die über ein ESC (übs.: Electronic Speed Control) auf das Fahrzeug ausgeübt wird.

    Es gibt unterschiedliche Verfahren der Drag Brake, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll. Das Resultat ist jedoch immer gleich, die Nutzung der Lorentzkraft.


    Wirkungs-Prinzip der Drag Brake:

    Ein Elektromotor kann generell auch als Generator genutzt werden, dieser Umstand und die daraus resultierend auftretenden Lorentz'schen Kräfte sind eigentlich unerwünschte negative Auswirkungen bei der Stromerzeugung, doch wie alles zwei Seiten hat, haben auch diese negativen Auswirkungen zwei Seiten. Diese werden aber nicht nur in der elektrischen Mobilität genutzt.


    Steht ein stromdurchflossener Leiter (z.B. Kupferdraht) quer oder schräg zu den Feldlinien eines ihm umgebenden Magnetfeldes, so wirkt eine Kraft (Lorentzkraft) auf den Leiter, die dazu führt, das sich der Leiter bewegt. Diese Kraftauswirkung nutzen wir mittels Elektromotoren als Antrieb. Dabei ist es in erster Linie egal ob es sich um einen Brushed Motor oder Brushless Motor handelt. Elektrische Energie wird in mechanische Energie umgewandelt. Bei einem Generator wird die Bewegung des Leiters in einem Magnetfeld dazu genutzt um Strom zu induzieren, ergo wird eine mechanischen Bewegung in elektrische Energie umgewandelt.

    Wenn die Drehrichtung des Motors und Generators gleich sind, ist die Polarität des fließenden Stromes entgegengesetzt. Um einen Leiter, in dem ein Strom fließt, wird ein Magnetfeld induziert, dessen Polarität abhängig von der Polarität des Stromes ist. Das bedeutet, das eine umgekehrte Polarität des fließenden Stromes auch gleichzeitig eine umgekehrte Polarität des induzierten Magnetfeldes bedeutet - und umgekehrt.


    Bei einem Elektromotor wirkt sich eine Änderung der Polarität des angeschlossenen Stromes sichtbar auf die Drehrichtung des Motors aus. Sprich, wird mit einem ESC die Polarität des Stromes am Motor umgepolt, fährt das RC Auto vorwärts oder rückwärts, weil sich die Magnetfelder um die Motorwicklung umkehren. Diesen Umstand könnten wir nutzen um die Fahrzeuge abzubremsen, denn wenn sich das Fahrzeug vorwärts bewegt und wir die Rückwärtsfunktion aktivieren, wird in der Motorwicklung ein Magnetfeld induziert das der bisherigen Drehbewegung des Motors entgegen wirkt und den Motor abbremst und tatsächlich wurde das früher bei mechanischen Fahrtenreglern so gemacht und wird bei günstigen ESC ebenso bewerkstelligt.

    Jedoch hat diese einfache Methode zwei gravierende Nachteile, zu einem ist die elektrische Belastung des Motors sehr hoch und zum anderen wird sich das Fahrzeug rückwärts bewegen, sobald die Vorwärtsbewegung vollkommen gestoppt ist. Ein Halten am Hang wäre also praktisch nicht möglich (nur mit einer sehr feinfühligen Finger-Motorik kombiniert mit einem scharfen Blick für Bewegungen).


    Elektronische Fahrtenregler mit integrierter Drag Brake nutzen die unterschiedliche Polarität des Stromes bei gleicher Drehrichtung von Motor und Generator. Wird der sich drehende Motor als Generator geschaltet, wird keine elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt, sondern umgekehrt die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt, Dabei polt sich auch die Polarität des im Leiter/Motorwicklung fließenden Stromes um und somit auch die um die Motorwicklung induzierten Magnetfelder. Das Magnetfeld das im Generator Prinzip induziert wird, wirkt der bisherigen Drehbewegung entgegen und bremst den Motor ab.

    Bei günstigen ESC wird der Motor kurz geschlossen, es kann in der Motorwicklung ein Strom fließen, der im Generator Prinzip vom drehenden Motor erzeugt wird. Ist das ESC aufwendiger konzipiert, wird mit dem erzeugten Strom im Generator Prinzip der Fahr-Akku zurück geladen.

    Erst wenn keine Drehbewegung mehr vorhanden ist und somit kein Strom mehr erzeugt wird, der die Drehbewegung des Motors hemmt, wird umgekehrt polarisierter Strom genutzt um den Motor an der Weiterbewegung (Hanglage) zu hindern.


    Zu beachten ist, das bei einer aktivierten Drag Brake die Rückwärts-Fahrfunktion erst dann aktiviert wird, wenn der Steuerhebel nach dem Abbrems-Vorgang erneut aus der "Null-Position" in die Rückwärts Funktion bewegt wird.

    Manche Drag Brake Funktionen werden je nach ESC alleine schon durch das "vom Gas-Gehen" aktiviert.


    Eine Drag Brake ist also eine Widerstands-Bremse, die die Lorentzkraft von stromdurchflossenen Leitern in umgebenden Magnetfeldern nutzt, um die aktuelle Drehbewegung eines Elektro-Motors zu hemmen. Bei verschiedenen ESC werden unterschiedliche Verfahren eingesetzt oder kombiniert.


    Bekannt ist dieses Prinzip auch bei den Wirbelstrombremsen von Fahrzeugen die nicht mit einem Elektro-Motor angetrieben werden. Der Vorteil liegt auf der Hand, es gibt prinzipiell keinen mechanischen Verschleiß. Nachteilig ist, das bei abnehmender Geschwindigkeit die Bremswirkung entsprechend geringer wird und die Wirbelstrombremse als solches sich bei den Bremsvorgängen erwärmt und vor Überhitzung und einer somit folgenden Zerstörung geschützt werden muss.

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