Drehgestell

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Schematische Darstellung eines Drehgestells
Triebdrehgestell des ICE-1

Ein Drehgestell ist ein Laufwerk eines Schienenfahrzeuges, bei dem zwei oder mehr Radsätze gefedert in einem Rahmen gelagert werden, der sich im Gleisbogen gegenüber dem Wagenkasten verdrehen kann. Diese sogenannte doppelte Drehschemellenkung ermöglicht die Konstruktion längerer Fahrzeuge oder engerer Kurven.

Eine Federung des Drehgestells gegen den Wagenkasten verbessert den Fahrkomfort. Bei hoher Geschwindigkeit kommt der Steifigkeit der Primärfederung und der Dämpfung der Drehbewegung eine hohe Bedeutung für die Stabilität des Sinuslaufs zu.

Ausführung[Bearbeiten]

Die Fixpunkte, von denen her ein Drehgestell betrachtet werden muss, sind die Achslager. Für außengelagerte Güterwagendrehgestelle ist ihr Querabstand, um Radsätze und Gestelle kompatibel zu halten, mittlerweile von der UIC auf genau zwei Meter genormt. Außengelagert heißt dabei, dass die Achslager und die Rahmenteile sich außerhalb der Radscheiben befinden; bei innengelagerten Drehgestellen befinden sie sich zwischen ihnen.

Rahmen und Federung[Bearbeiten]

Güterwagendrehgestelle werden meist einstufig gefedert, Personenwagen- und Lokomotivdrehgestelle zweistufig, also sowohl zwischen den Radsätzen und dem Drehgestell (Primärfederung) als auch zwischen dem Drehgestell und dem Wagenkasten (Sekundärfederung).

Auf den Achslagern sitzen die Primärfedern auf. Dies sind klassischerweise Blattfedern, mittlerweile sind jedoch Drehgestelle vor allem mit Schraubenfedern oder (Metall-) Gummifedern ausgestattet. Im einfachsten Falle (Güterwagen) hängt man nun mit Schaken einen aus Seitenwangen und einem (H-Rahmen) oder mehreren Querträgern bestehenden Rahmen an den Federn auf und montiert in die Mitte des Ganzen eine gegebenenfalls zusätzlich gefederte Drehpfanne, auf die sich der Fahrzeughauptrahmen mit einem Drehzapfen abstützt.

Die Sekundärfederung bei Personenwagen besteht im Allgemeinen aus Schraubenfedern oder Luftfedern, bei Lokomotivdrehgestellen aus Schraubenfedern. Entsprechend dem Stand der Technik wurden in beiden Fällen anfangs Blattfedern eingesetzt.

Drehgestelle können jedoch weit komplizierter werden. Statt der einfachen Schakenaufhängungen sind auch andere Anlenkungen der Radsätze möglich, zum Beispiel über ungefähr dreieckige Achslenker (untere äußere Ecke: Achslager; untere innere Ecke: Exzenterbolzen im Drehgestellrahmen; obere Ecke: Ansatz der Feder), so dass die vertikalen Bewegungen der Radsätze horizontal angeordnete Schraubenfedern zusammendrücken. Bei schraubengefederten Drehgestellen gibt es die Flexicoil-Bauweise, bei der ein Block von Schraubenfedern nicht nur vertikal einfedert, sondern auch (durch Krümmung der Federn) seitliche Bewegungen aufnimmt.

Zur Verbesserung der Laufeigenschaften können Drehgestelle eine Wiege erhalten. Dabei nimmt dann ein an seinen Enden beweglich und durch die Sekundärfedern abgefedert mit dem Drehgestellrahmen verbundener Querträger die Wagenkastenkräfte auf. Typischerweise ruht der Wagenkasten dabei außen auf Gleitplatten, so dass Drehzapfen und -pfanne nur noch die Längskräfte übertragen und kein Gewicht mehr zu tragen haben.

Die Schwingungen zwischen den verschiedenen Drehgestellteilen werden bei simplen Bauformen durch die Reibung zwischen den Lagen der Blattfedern oder in den Schakengehängen mehr oder weniger gut gedämpft. Modernere Drehgestellbauarten sind mit Schwingungsdämpfern für die Primärfederung, für die Schwingung der Wiege und für seitliche Wankbewegungen des Wagenkastens ausgestattet.

Notwendigkeit einer Wiege: Die Laufeigenschaften werden durch viele Faktoren beeinflusst. Eine Wiege ist nicht gerade der wichtigste Einflussfaktor, z.B. dadurch, dass mit der Verwendung einer Wiege nicht etwa eine weitere Federstufe dazwischen kommt. Und ob die Ausdrehung des Drehgestells bedämpft ist oder nicht, hängt auch nicht primär an der Wiege. Wichtiger anzumerken ist, dass eine Wiege sinnvoll dann eingesetzt wird, wenn die Ausdrehwinkel des Drehgestells (Enge Bogenradien U- und Straßenbahnen) so groß werden, dass die Sekundärfederung (Luftfeder, Schraubenfeder, Flexicoil, Gummi-Metall-(Chevron)-Federn) den Drehweg nicht mehr mitmachen können.

Achszahl[Bearbeiten]

Der größte Teil aller heute eingesetzten Drehgestelle ist zweiachsig. Es gibt jedoch auch einachsige (beispielsweise bei den Triebwagen der ČSD-Baureihe M 152.0) und dreiachsige Drehgestelle, vor allem bei Lokomotiven und Güterwagen für schwere Ladegüter. Auch schwere Schlaf-, Speise- und Salonwagen wurden zur Einhaltung der zulässigen Achslasten mit dreiachsigen Drehgestellen ausgerüstet. Bei diesen ist der mittlere Radsatz in der Regel seitenverschiebbar angeordnet und wird im Bogen mechanisch nach außen gedrückt.

Für besonders schwere Lasten, vor allem für Tiefladewagen, sind Drehgestelle auch mit vier oder mehr, teilweise sogar bis zu sieben Radsätzen gebaut worden. Man spricht allerdings dann besser von Unterwagen: Es handelt sich nicht mehr um bloße Laufwerke, sondern quasi komplett ausgerüstete vielachsige Wagen, auf die eine Ladebrücke aufgelegt wird.

Einzelraddrehgestelle[Bearbeiten]

Prinzipiell sind auch Einzelradfahrwerke, die keine konventionellen Radsätze, sondern frei auf Achsen rotierende Radscheiben haben, als Drehgestelle anzusehen, solange diese Achsen drehgestellmäßig gelagert sind. Die Laufphysik von Einzelradradfahrwerken ist jedoch ganz anders als die herkömmlicher Radsatzdrehgestelle. Durch die fehlende Verbindung der rechten und linken Seite der Räder können diese mit unterschiedlichen Drehzahlen laufen und beim Bogenlauf werden keine Schlupfkräfte in Längsrichtung erzeugt, weshalb kein Wellen- bzw. Sinuslauf entsteht.

Beispiele[Bearbeiten]

Einteilung[Bearbeiten]

Drehgestell Württemberger Bauart von 1845
Unterschied zwischen hoch und tief liegendem Drehzapfen

Kaum eine andere Schienenfahrzeugkomponente kennt so viele verschiedene Bauformen und Ausführungen wie Drehgestelle. Neben der Achsanzahl kann man zwischen Drehgestellen für Lokomotiven, Güter- und Reisezugwagen unterscheiden, die beispielsweise in Belastbarkeit, Geschwindigkeit und Komfort sehr unterschiedlichen konstruktiven Anforderungen genügen müssen. Weitere Unterscheidungsmerkmale:

Nach Lauf- und Triebdrehgestellen[Bearbeiten]

Drehgestelle können Laufachsen oder Triebachsen enthalten, gegebenenfalls (bei Triebfahrzeugen mit Elektroantrieb oder elektrischer Kraftübertragung) mit Fahrmotoren oder mit mehr oder minder großen Fahrgetrieben bei Kraftübertragung über Gelenkwelle. Man spricht bei Gestellen mit mindestens einer angetriebenen Achse von Triebdrehgestellen, ansonsten von Laufdrehgestellen. Enthalten Triebdrehgestelle zusätzlich noch die Antriebseinheit, werden sie als Maschinentriebdrehgestell bezeichnet.

Aufgrund ihrer unterschiedlichen Aufgaben sind Lauf- und Triebdrehgestelle konstruktiv unterschiedlich gestaltet. So haben Triebdrehgestelle neben ihrer Trag- und Führungsfunktion auch noch die Aufgabe der Kraftübertragung des Vortriebs. Dies bedingt, dass bei diesen eine Tiefanlenkung realisiert werden muss, um die Radsatzlasten gleichmäßig auf die Achsen zu verteilen. An Maschinentriebdrehgestellen muss eine Drehmomentstütze für die Antriebsmaschine vorhanden sein.[1]

Nach Bauform[Bearbeiten]

Drehgestelle werden nach der Bauform ihrer Rahmen wie folgt eingeteilt:

  • Kastenrahmen
  • H-Rahmen
  • O-Rahmen

Sonderbauarten[Bearbeiten]

Jakobs-Drehgestelle[Bearbeiten]

Speziell für längere, fest verbundene Züge oder Gelenktriebwagen wurde das Jakobs-Drehgestell entwickelt. Hierbei stützen sich zwei Wagenkästen zusammen auf ein Drehgestell, wobei das Drehgestell mittig zwischen ihnen sitzt. Bei längeren Zugeinheiten reduziert sich somit die Anzahl der Drehgestelle, jedoch kann die Zugeinheit betrieblich nicht getrennt werden und die Radsatzlast erhöht sich. Dem wird häufig dadurch entgegengewirkt, dass die Wagenkästen kürzer sind als bei Wagen mit konventionellen Drehgestellen.

Maximum-Drehgestelle[Bearbeiten]

Maximumdrehgestell eines Triebwagens Typ 24 der Leipziger Außenbahn AG
Drehgestell eines Nürnberger GT6N/GT8N

Bei Straßenbahn-Triebwagen um 1900, beispielsweise in München, Nürnberg, Augsburg, Berlin und Wien[2] sowie bei der Filderbahn-Gesellschaft, fanden aus antriebstechnischen Gründen Maximum-Drehgestelle Verwendung. Diese besitzen Radsätze mit unterschiedlichen Raddurchmessern. Die Hauptlast des Drehgestells liegt dabei auf dem größeren, angetriebenen Radsatz. Der kleinere Radsatz dient vor allem dem Anlenken bei Kurvenfahrten. Die höhere Belastung des großen Rades durch Fahrmotor und verschobenen Stützpunkt bewirkt, dass man das „Maximum“ an Kraft über eine Achse übertragen kann, und durch das Anlenken können sehr kleine Radien gefahren werden (in München 15 Meter). Damit war es möglich, einen vierachsigen Triebwagen mit einer konventionellen Steuerung und nur zwei Fahrmotoren auszurüsten und trotzdem nicht 50 % der Reibungsmasse für den Antrieb zu verlieren. Einen echten Drehzapfen gibt es bei Maximumdrehgestellen nicht, durch die Form der Gleitstücke liegt der Drehpunkt auf der angetriebenen Achse. Nachteilig sind die schlechteren Laufeigenschaften gegenüber gewöhnlichen Drehgestellen, da die auf die Treibachsen wirkenden Stöße nicht halbiert werden. Außerdem neigt die vorauslaufende Laufachse des hinteren Drehgestelles wegen der geringen Achslast bei schlechter Gleislage zu Entgleisungen und die Antriebsachse beim Bremsen auf schlüpfrigen Schienen zum Gleiten (Blockieren), da sie zwar 50% der Wagenmasse abbremsen muss, aber nur etwa 33% des Adhäsionsgewichtes auf ihr lastet, weshalb es z.B. in Berlin auf steilen Strecken Zulassungsverbote gab. Durch die Weiterentwicklung der Steuerungstechnik und der daraus resultierenden Möglichkeit, vier Fahrmotoren pro Wagen zu verwenden, wurden Maximumdrehgestelle nach dem Ersten Weltkrieg wieder bedeutungslos, blieben aber noch bis weit in die zweite Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts im Einsatz.

Eine vergleichbare Konstruktion wurde noch einmal in den 1990er Jahren bei den Kurzgelenk-Niederflur-Triebwagen GTxN/M/S von AEG bzw. Adtranz verwendet. Auch hier sind im Drehgestell ein Lauf- und ein Treibradpaar angeordnet. Der Auflagerpunkt des Wagenkastens ist wie beim Maximum-Drehgestell zum Treibradpaar hin versetzt, so dass die Treibräder mit rund zwei Drittel der Fahrzeugmasse belastet werden.

Siehe auch[Bearbeiten]

Kombination aus Drehgestell und Einzelradsatz bei einem Triebwagen der ehemaligen Straßenbahn Nyíregyháza

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Drehgestelle – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Feihl, J.: Die Diesellokomotive – Aufbau, Technik, Auslegung, Kapitel 6.2 Triebdrehgestelle und deren Anlenkung, 1997, Transpress-Verlag Stuttgart, ISBN 978-3-613-71060-3
  2. Type T (Wien, 1900−1956) im Stadtverkehr-Austria-Wiki