Das Drehgestell

Dampflokomotive Elektrolokomotive Diesellokomotive

Wie soll ich hier mit den Worten beginnen? Willkommen in der grossen Welt der Drehgestelle. Das wäre vermutlich der beste Weg, die Drehgestelle zu beginnen. Der Grund ist simpel, denn heute werden eigentlich ausnahmslos nur noch Drehgestelle verwendet. Dabei war eine lange Zeit der Entwicklung nötig. In dieser Zeit wurden die Drehgestelle immer mehr verbessert, aber der grundsätzliche Aufbau blieb gleich.

Drehgestelle sind bewegliche Rahmen, die sich gegenüber dem Aufbau bewegen können. So einfach könnte man diese Bauteile umschreiben und so einfach ist es eigentlich auch. Dabei spielt es keine Rolle, ob man darin Lauf- oder Triebachsen montiert, ein Drehgestell bildet immer einen eigenen Rahmen, der in einem Hauptrahmen beweglich befestigt ist. Daher lohnt es sich, wenn wir uns etwas intensiver mit den Drehgestellen befassen und das machen wir geschichtlich.

Der Drehgestellrahmen bildet das Grundgerüst eines Drehgestells. Im Aufbau unterscheidet sich der Drehgestellrahmen je nach seiner Bauweise. Jedoch verwendete man hier auch die bei den Barrenrahmen bekannten Bauteile und frühe Drehgestellrahmen sahen sogar ähnlich aus. Daher können wir einfach sagen, dass der Drehgestellrahmen der Barrenrahmen der Drehgestelle ist.

Natürlich entwickelten sich die Drehgestellrahmen im Laufe der Jahre weiter, so dass die Bauweise mit einem verkleinerten Barrenrahmen verschwand. Neue Konstruktionen kamen hinzu. Jedoch ist geblieben, dass der Drehgestellrahmen die darin montierten Achsen hält. Zudem bildet es bei einigen Drehgestellen auch die Verbindung zum Hauptrahmen der Lokomotive oder des Fahrzeuges, denn Drehgestelle gibt es auch bei Wagen.

Man kannte Drehgestelle schon sehr früh, denn bereits bei den Kutschen und Karren verwendete man Drehgestelle, nannte sie aber noch nicht so. Die Rede ist von der vordersten Achse der Kutsche.

Diese wurde drehbar am Fahrzeug montiert, damit dieses überhaupt einen Bogen fahren konnte. Man nannte dieses frühe Drehgestell noch Lenkachse, was eigentlich ein anderer Name für ein Drehgestell war.

Sie werden überrascht sein, dass man diese Lenkachsen sogar an den ersten Lokomotiven verwendete.

Wie sich diese dort zeigten, erfahren Sie später. Die Strasse beweist eigentlich ganz gut den Sinn eines Drehgestells. Ein Drehgestell oder eben eine Lenkachse, erlaubt es einem Teil der Achsen, sich in den Kurven gegenüber dem Fahrzeug zu drehen. Dadurch kann ein Anhänger auf der Strasse um die Kurve fahren und bei der Eisenbahn kann sich ein Teil des Laufwerks radial einstellen. Genau das und nichts anderes ist der Zweck eines Drehgestells.

Der Vorteil von Drehgestellen ist ganz klar die Verkürzung des festen Radstandes. Dieser wird bei mit Drehgestellen ausgerüsteten Fahrzeugen auf mehr als die Hälfte der ursprünglichen Länge gekürzt. Diese Tatsache sorgte dafür, dass die Drehgestelle bei der Eisenbahn den grossen Durchbruch schafften. In gewissen Ländern kommen nur noch Fahrzeuge mit Drehgestellen zur Anwendung. Ob diese nun angetrieben werden oder nicht, ist nebensächlich.

Ein Nachteil bieten die Drehgestelle jedoch auch. Gerade durch die kurze Bauweise und die drehbare Montage sind sie sehr anfällig auf schlingernde Bewegungen. Diese Bewegungen entstehen bei der Eisenbahn auf der Fahrt und sie werden durch die Räder hervorgerufen. Erinnern Sie sich noch an das spezielle Profil der Lauffläche? Genau diese Lauffläche sorgt beim Drehgestell für ein unruhiges Laufverhalten.

Bei einem langen Fahrzeug mit Barrenrahmen verhindert die Massenträgheit des Materials ein aufschaukeln dieser Bewegung. Diese Trägheit fehlt beim leichteren und viel kürzeren Drehgestell, so dass es zu schaukeln beginnt. Dadurch schlägt es an den Seiten an und es kommt zu einem sehr unruhigen Fahrverhalten. Daher musste man diesen Effekt eindämmen und das ging anfänglich nur sehr schwer und auch nur bei Laufachsen.

Eine erste Lösung war, dass man die Geschwindigkeit der Fahrzeuge reduzierte. Jedoch wurden die Leistungen immer mehr erhöht und man musste bei den Dampflokomotiven eine Lösung finden, die das Fahrzeug etwas beweglicher machte. Das ging nur mit einem Drehgestell. Die Geschwindigkeit sank, konnte aber erhöht werden, wenn das Drehgestelle mit einer voraus laufenden Laufachse ergänzt wurde.

Mit zunehmenden Geschwindigkeiten und dem Verzicht auf Laufachsen, konnte man mit diesen Lösungen nicht mehr arbeiten. Daher versuchte man es mit langen und schweren Konstruktionen. Diese sollten eine etwas höhere Massenträgheit bringen. Die Erfolge konnten zwar erreicht werden, jedoch verlor man einen grossen Vorteil der Drehgestelle, denn die kurze Konstruktion hatte auch grosse Vorteile beim Verschleiss.

Damit man die kurzen Drehgestelle stabilisieren konnte, baute man Schlingerdämpfer zwischen dem Drehgestell und dem Fahrzeug ein. Diese Schlingerdämpfer hatten die Aufgabe zu verhindern, dass sich das Drehgestell ungehemmt drehen konnte. Dadurch konnten diese Schlingerbewegungen im Gleis reduziert werden. Das Laufverhalten der Drehgestelle besserte sich und man konnte nun auch hohe Zugkräfte über die Drehgestelle übertragen. Der Durchbruch war geschafft.

Die Schlingerdämpfer werden bei den Fahrzeugen oft in der Längsrichtung eingebaut. Werden die Schlingerdämpfer jedoch quer zur Fahrrichtung eingebaut, nennt man diese auch Querdämpfer.

Die Funktion ist jedoch identisch, denn auch der Querdämpfer verhindert, dass sich das Drehgestell frei im Gleis bewegen kann.

Nur so wurden mit den Drehgestellen auch die hohen Geschwindigkeiten möglich und es kam zum Durchbruch bei den Drehgestellen.

Der Aufbau dieser Schlingerdämpfer, die in der Kurzform oft nur Dämpfer genannt werden, ist unterschiedlich.

Ein Dämpfer reduziert, wie es der Name schon sagt, Schwingungen, wie hier die Schlingerbewegungen. Dazu kann man zwei unterschiedliche Lösungen wählen, die wir uns nun schnell ansehen wollen. Beide Lösungen führen jedoch dazu, dass sich das Bauteil oder eben das Drehgestell frei bewegen kann.

Bei den mechanischen Dämpfern wird künstlich eine Reibung erzeugt. Diese Reibung hemmt das bewegliche Teil. Bei Drehgestellen verwendet man oft diese mechanischen Dämpfer. Die Reibung verhindert, dass sich das Drehgestell frei drehen kann. Diese Reibung sorgt zum Beispiel auch dafür, dass bei Ihnen zu Hause die Türe offen stehen bleibt. Ohne diese natürliche Reibung, würde sie sich beim kleinsten Luftzug schliessen. Künstlich erzeugt, spricht man von einem mechanischen Dämpfer.

Die zweite Lösung sind Dämpfer, die mit Flüssigkeiten oder Gasen arbeiten. Solche Dämpfer werden sehr oft angewendet, wenn eine hohe Anzahl von Schwingungen gedämpft werden muss. Daher werden diese Dämpfer bei schnell fahrenden Drehgestellen verwendet. Die Dämpfung erfolgt hier durch die Kraft, die benötigt wird um die Luft oder die Flüssigkeit zu pressen. Das Prinzip erkläre ich am besten an einem Dämpfer, der eigentlich gar keiner ist.

Ihr Fahrrad hat doch eine Pumpe um die Reifen zu füllen. Diese Pumpe ist vielleicht am Rahmen montiert worden und sieht aus, wie ein Rohr. Wenn Sie nun diese Pumpe nehmen und den Ausgang zuhalten, erkennen Sie, dass Sie mehr Kraft aufbringen müssen, wenn sie mehr Weg mit der Pumpe zurücklegen. Genau so funktionieren pneumatische Dämpfer. Bei hydraulischen Dämpfern lässt das Loch, das Sie nun zugehalten haben, ein bisschen Flüssigkeit durch.

Alle Drehgestelle verfügen über solche Dämpfer. Sehr oft werden mechanische Dämpfer verwendet, da diese sehr einfach funktionieren. Die hydraulischen oder pneumatischen Dämpfer kommen bei hohen Geschwindigkeiten als Schlingerdämpfer zur Anwendung, da sie schnellere Schwingungen besser abfangen können. Daher wird bei modernen Drehgestellen oft auf hydraulische Schlingerdämpfer zurückgegriffen.

Bevor wir uns nun die Drehgestelle genauer betrachten, müssen wir vier grundlegende Arten davon unterscheiden. Diese unterteilen sich wiederum in verschiedene Bauformen und Konstruktionen. So entsteht eine gigantische Anzahl von Drehgestellen. Diese in nur vier Bereiche zu unterteilen geht fast nicht, muss aber gemacht werden. Sie werden schnell erkennen, dass es eigentlich eine logische Unterteilung geworden ist. Beginnen werde ich mit der weitaus häufigsten Form der Drehgestelle.

 

Das Laufdrehgestell

Ich wage mich einmal aus dem Fenster und behaupte, dass wir mit den Laufdrehgestellen die grösste Familie der Drehgestelle kennen lernen werden. Gut, so gewagt war es nicht, denn die Familie der Laufdrehgestelle ist so gross, dass man die meisten davon einfach nur Drehgestelle nennt. Warum das so ist, ist klar, denn das Fahrzeug hat nur Laufdrehgestelle erhalten und dann kann man sich die Unterscheidung sparen.

Die Laufdrehgestelle sind die einfachste Form der Drehgestelle und kommen bei der Eisenbahn am häufigsten vor. Sehr viele Güterwagen und nahezu sämtliche Reisezugwagen besitzen solche Laufdrehgestelle und sie werden dort sehr erfolgreich angewendet. Obwohl wir hier auf einer Seite der Lokomotiven sind, müssen wir diese Drehgestelle auch hinzunehmen, denn sie kommen schliesslich auch bei Triebzügen zur Anwendung und diese gehören zu den Triebfahrzeugen.

Wer nicht gerne lange Worte verwendet, spricht oft von einem Laufgestell. Damit meint er die Laufdrehgestelle, die nun zu unserem Thema werden, denn wir werden einige Konstruktionen dieser Laufdrehgestelle etwas genauer ansehen, denn in Lauf der Jahre gab es hier sehr viele unterschiedliche Konstruktionen. Beschränken werden wir uns aber auf die Laufdrehgestelle von Lokomotiven und einigen Triebzügen.

Die Drehgestelle von Wagen betrachten wir schnell anhand des Bildes von einem Drehgestell eines Güterwagens. Im Aufbau entspricht es dem Drehgestell, das wir kennen gelernt haben.

Die Achsen sind in einem Rahmen gelagert. Dieser Rahmen ist gegenüber dem Fahrzeug drehbar, so dass es ein Drehgestellrahmen ist. Die beiden darin montierten Achsen sind Laufachsen.

Mehr will ich hier nicht erwähnen, denn es gibt eine schier unendliche Anzahl solcher Laufdrehgestelle.

Jedoch können wir mit den Drehgestellen bei Wagen deren Befestigung im Hauptrahmen behandeln.

Das Drehgestell muss schliesslich soweit befestigt werden, dass es sich nicht vom Fahrzeug lösen kann.

Wie das erfolgt, hängt tatsächlich von der Konstruktion ab. Jedoch gibt es eine Lösung, die sehr oft bei den Wagen angewendet wird und die es auch bei Lokomotiven gibt, denn es ist der Drehzapfen.

Der Drehzapfen ist eine einfache Lösung um das Drehgestell in einem Fahrzeug zu montieren. Er verhindert, dass das Drehgestell sowohl in Längsrichtung, als auch in Querrichtung ausscheren kann. Damit der Drehzapfen das optimal übernehmen kann, ist er meistens in der Mitte des Drehgestells montiert worden. Nur damit hat der Drehzapfen noch nicht alle Aufgaben übernommen, denn er muss dem Drehgestell auch einige Bewegungen erlauben.

So muss sich das Drehgestell frei drehen können. Die notwendige Dämpfung gegen Schlingerbewegungen wird nicht im Drehzapfen ausgeführt, denn der muss neben dieser Bewegung auch das Kippen des Drehgestells in allen Richtungen zulassen. Im Fahrzeug oder im Drehgestell wird der Drehzapfen daher in speziellen Aufnahmen gelagert. Somit lässt der Drehzapfen alle Bewegungen mit Ausnahme jener in Längs- und Querrichtung zu.

Der Drehzapfen besorgte deshalb nur den fixen Drehpunkt eines Drehgestells. Er gehört immer noch zu den besten Befestigungen eines Laufdrehgestells. In den meisten Fällen wird der Drehzapfen am Kasten montiert und greift in das Drehgestell. Der Grund liegt im benötigten Platz. Würde man es umgekehrt aufbauen, müssen der Boden der Wagen um den Drehzapfen erhöht gestaltet werden.

Bevor wir zu den bei Lokomotiven verwendeten Laufdrehgestellen kommen, beginnen wir die Betrachtung der Laufdrehgestelle mit einem Drehgestell, das bei Triebzügen verwendet wird. Dieses Drehgestell ist etwas speziell und zeichnet sich durch die Tatsache aus, dass es sich nicht unter einem Fahrzeug befindet. Da es sich meistens um ein reines Laufdrehgestell handelt, werden wir es hier kennen lernen. Das heisst aber nicht, dass es nur so sein kann.

Das Jakobsdrehgestell: Bei einem Jakobsdrehgestell wird das Drehgestell zwischen zwei Fahrzeugen montiert. Diese beiden Fahrzeuge stützen sich immer auf einer Seite des Drehgestells ab. Somit besitzt dieses Drehgestell statt einem, zwei Drehpunkte. Diese Drehpunkte können mit einem Drehzapfen ausgerüstet sein, was aber nicht immer gemacht wird. Das Drehgestell verhindert jedoch, dass man die Fahrzeuge trennen kann.

Erfunden wurde das Drehgestell, auf dem sich zwei Wagen abstützen, von Wilhelm Jakobs. Der Deutsche wurde am 10. Februar 1858 in Diezenkausen geboren.

Nach der Übernahme der Leitung der Waggonfabrik in Rastatt, entwickelte Wilhelm Jakobs einen gelenkigen Wagenzug, dessen Wagen sich jeweils ein Drehgestell teilten und liess ihn patentieren.

Dieses Drehgestell wurde in der Folge nach dem Erfinder benannt. Wilhelm Jakobs starb am 3. Februar 1942 in Bonn.

Der Vorteil des Jakobsdrehgestells liegt bei der Reduktion der benötigten Laufwerke und damit beim Gewicht. Zudem bietet ein mit Jakobsdrehgestellen ausgerüsteter Zug gut Eigenschaften bei Entgleisungen. Durch die Konstruktion wird verhindert, dass die Fahrzeuge seitlich zu weit ausscheren können. Der Zug bleibt daher trotz der fehlenden Führung in der Gleisachse und kann nicht quer gestellt werden. Der Beweis wurde mit einem TGV erbracht, der bei 300 km/h entgleist war.

Bei den Nachteilen dieses Drehgestells gibt es eigentlich nur einen Punkt. Die mit einem Jakobsdrehgestell verbundenen Wagen können nicht getrennt werden. Will man die Fahrzeuge trotzdem trennen, besitzt ein Fahrzeug kein Laufwerk mehr und muss provisorisch abgestützt werden. Daher werden solche Drehgestelle sehr oft bei Triebzügen verwendet, da diese betrieblich nicht verändert werden und so der Nachteil nicht so ins Gewicht fällt.

Jakobsdrehgestelle können natürlich auch bei Wagen aller Gattungen verwendet werden. Die hier erwähnten Triebzüge besitzen teilweise jedoch auch normale Drehgestelle. Man kann eine Variante nicht ausschliessen, da alle Kombinationen möglich sind. Wenn wir nun aber zu den Lokomotiven gehen, stellen wir fest, dass diese Drehgestelle dort nicht verwendet wurden oder werden. Jedoch würde nichts dagegen sprechen.

Vielmehr verwendete man Laufdrehgestelle, die spezielle Aufgaben zu erfüllen hatten. Die Hauptlast einer Lokomotive soll auf die Triebachsen abgestützt werden. Diese Lasten werden zur Übertragung der Zugkräfte benötigt. Wenn man nun bei Lokomotiven Laufdrehgestelle verwendet, reduziert sich die Last auf den Triebachsen. Daher versuchte man Laufdrehgestelle bei Lokomotiven zu vermeiden.

Den Begriff Laufdrehgestell verwendet man daher nur bei Lokomotiven, wo man damit eine Unterscheidung zu den später noch erwähnten Drehgestellen mit Triebachsen machen will. Trotzdem gab es Laufdrehgestelle auch bei Lokomotiven. Sie dienten dort zur Anpassung der zulässigen Achslasten und zur Führung der Fahrzeuge. Daher versuchte man diese Laufdrehgestelle so leicht wie möglich zu gestalten.

Bei den Lokomotiven kam hier eigentlich nur eine Bauart zur Anwendung. Diese Drehgestelle werden wir anschliessend ansehen. Warum man nicht zu mehr Varianten von Laufdrehgestellen gegriffen hat, hängt von der Beschaffung der Lokomotiven und den damit verbundenen Ideen und Lösungen ab. Die hier erwähnte Version eines Laufachsdrehgestells für Lokomotiven, gab es aber bei einigen Modellen in der Schweiz.

Das Bisseldrehgestell: Das Laufdrehgestell nach Bissel wurde mit einem Drehzapfen im Rahmen der Lokomotive gelagert und war daher in Längsrichtung nicht verschiebbar. Die Achsen im Drehgestell waren bei Bissel immer innen gelagert worden. Damit konnte das Gewicht reduziert werden, was bei Lokomotiven besonders wichtig war. Damit das Drehgestell in den Kurven seitlich abweichen konnte, wurde der Drehzapfen seitlich verschiebbar ausgeführt.

Im Zusammenhang mit dem Bisseldrehgestell wird oft auch von einem Bissellaufgestell gesprochen. Der Begriff leitete sich durch die später noch vorgestellte Bissellaufachse ab.

Man erachtete das Drehgestell nicht bei allen Fachleuten als vollwertig, da es seitlich verschiebbar war und nicht über einen fixen Drehpunkt verfügte. Dadurch konnte sich das Drehgestell aber um den Drehzapfen drehen und sich seitlich verschieben.

Bei den Lokomotiven in der Schweiz gab es nur die vom Amerikaner Bissel entwickelten Laufdrehgestelle. Bissel entwickelte neben diesem Laufdrehgestell auch die nach ihm benannte und später noch vorgestellte Laufachse.

Trotzdem finden sich kaum verlässliche persönliche Daten über diesen Amerikaner, der vielen Lokomotiven ein Stützbein gab und so grossartige Entwicklungsarbeit für die Eisenbahn leistete.

Die Abstützung eines Teils der Lokomotive musste über Gleitplatten auf dieses Drehgestell geleitet werden. Dabei verwendete man bei allen mit einem Bisseldrehgestell ausgerüsteten Lokomotiven diese Drehgestelle zur Reduktion der Achslast auf den Triebachsen. Die Verbesserung der Spurführung für die Lokomotiven erreichte man mit einzelnen Achsen, die wir später genauer kennen lernen werden.

Auch wenn wir hier von den Bisseldrehgestellen sprechen, gab es viel verschiedene Formen für Laufdrehgestelle. Selbst bei Lokomotiven in der Schweiz kamen diese zur Anwendung. Jedoch wurden diese Drehgestelle oft nach üblichen Grundsätzen aufgebaut. Bei den eigentlichen Laufdrehgestellen von Lokomotiven kam in der Schweiz ausschliesslich das Bisseldrehgestell zur Anwendung. Jedoch verschwand es schnell wieder, da man höhere Achslasten zugelassen hatte.

Damit beenden wir jedoch die Laufdrehgestelle. Wir haben erkannt, dass man diese Drehgestelle sehr oft bei Wagen benutzt, und dass Lokomotiven selten mit Laufdrehgestellen ausgerüstet wurden. Das Gewicht der Lokomotive wollte man zum grössten Teil auf den Triebachsen abstützen. Je mehr Triebachsen jedoch benötigt wurden, desto länger wurden die Rahmen, so dass man sich mit angetriebenen Drehgestellen befassen musste. Daher kommen wir zu den Triebdrehgestellen.

 

Das Triebdrehgestell

Wenn Laufdrehgestelle schon recht oft verwendet wurden, kann man das bei den Triebdrehgestellen und bei modernen Fahrzeugen auch sagen. Heute werden ausschliesslich Lokomotiven und Triebwagen mit Triebdrehgestellen gebaut. Deutlicher kann man den Vorteil dieser Drehgestelle nicht erklären. Nur, das Problem war, die Entwicklung dieser Drehgestelle dauerte lange und so gab es im Verlauf der Geschichte viele Varianten, die man nicht vergessen darf.

Weil Eisenbahner überall auf der Welt Abkürzungen über alles lieben, bezeichnen sie Triebdrehgestelle oft auch als Triebgestell.

Wobei hier die neusten Entwicklungen eine Unterscheidung zulassen, denn man verbaut Triebgestelle oft auch in kurzen Fahrzeugen.

Dort üben diese Drehgestelle keine Drehbewegung aus, so dass eigentlich Drehgestell nicht korrekt ist, daher kann man sie als Triebgestell bezeichnen.

Neben den üblichen Massnahmen, die wir schon bei den Laufdrehgestellen kennen gelernt haben, kommen bei Triebdrehgestelle neue Punkte hinzu, die beachtet werden müssen. Gerade diese Problempunkte waren der Grund, dass Triebdrehgestelle viele Jahre später eingeführt wurden, als die Laufdrehgestelle. Erste Versuche mit Triebdrehgestellen gab es zwar, aber die funktionierten sehr schlecht, so dass man wieder zu der alten Bauweise zurückgriff.

Gerade ein Triebdrehgestell kann durch die übertragenen Zugkräfte ins Schlingern geraten. Das führt zu einem schlechten Laufverhalten und reduziert die übertragbare Zugkraft massiv. Daher muss diese Bewegung auch hier gedämpft und so verhindert werden. Oft verwendet man dazu einfache mechanische Dämpfer. Jedoch ist gerade die Übertragung der Zugkraft das grösste Problem der Triebdrehgestelle.

Um das zu erkennen, müssen wir zuerst in die Welt der Zugkraftübertragung ausweichen. Diese Zugkraft, die in den Triebachsen erzeugt wird, muss auf die Schienen übertragen werden. Genau hier beginnen jedoch die Probleme eines Triebdrehgestelles. Denn die Kraftübertragung auf die Schienen hat zur Folge, dass ein Drehmoment um die Querachse entsteht. Sie kennen das, denn wenn Sie zu viel Gas geben, hebt sich das vordere Rad bei Ihrem Motorrad.

Die Haftreibung: Die in den Triebachsen erzeugte Zugkraft wird mit Hilfe der Haftreibung auf die Schienen übertragen. Diese Reibung entsteht durch das Rad auf den Schienen und kann unterschiedlich hoch sein. Hier hilft Ihnen sicher ein bekanntes Beispiel weiter. Mit Ihren Schuhen stehen Sie in der steilen Auffahrt gut auf dem Boden. Wenn es vereist ist, rutschen Sie aber ab, weil der Reibwert auf dem Eis geringer ist, als sonst.

Mit einem Fremdwort benannt, wird die Haftreibung zur Adhäsion. Diese Adhäsion oder Haftreibung entsteht durch den Druck des Rades auf den Schienen und durch kleine Unebenheiten. Auf der vereisten Strasse rutschen Sie aus, aber auf dem Kiesweg nicht, weil die raue Oberfläche dort einen besseren Halt bietet. Die Adhäsion ist daher grösser und Sie können die Steigung ohne Probleme meistern.

Befindet sich die Adhäsion bei null, kann keine Kraft übertragen werden. Das haben Sie vermutlich schon mit Ihrem Wagen erlebt. Im Winter wenn Schnee und Eis auf der Strasse liegen, drehen die Räder schneller durch als im Sommer. Der Adhäsionswert ist daher auf Schnee und Eis geringer. Damit haben auch die Eisenbahnen zu kämpfen und besonders bei den Drehgestellen kann das wegen dem übertragenen Drehmoment zu Problemen führen.

Damit man in etwa berechnen kann, welche Zugkraft übertragen werden kann, wurde das Adhäsionsgewicht bestimmt. Dieses Gewicht gibt an, welcher Teil des Fahrzeugs auf die Triebachsen drückt. Dies war nicht bei allen Achsen identisch, denn man konnte die schweren Bauteile nicht überall montieren. Es kann aber gesagt werden, dass Triebachsen weit höhere Achslasten erhielten, als die Laufdrehgestelle, die das Adhäsionsgewicht reduzierten.

Dadurch war es mit Hilfe der Werte für die Adhäsion möglich die maximale Zugkraft zu berechnen. Besonders bei Lokomotiven mit Laufdrehgestellen war dieser Wert wichtig, da ein Teil des Gewichts auf dem nicht angetriebenen Drehgestell lastete. Jedoch wird das Problem mit dem Adhäsionsgewicht bei Triebdrehgestellen sogar noch grösser. Besonders dann, wenn jede Triebachse einen eigenen Antrieb hat, denn nun spielt das Drehmoment mit.

Durch die im Triebdrehgestell erzeugte Zugkraft beginnt das in einem Drehzapfen gehaltene Drehgestell zu kippen. Dieser Effekt ist nötig um Kuppen oder Senken zu befahren. Beim Ausüben von Zugkraft bewirkt jedoch das Drehmoment, dass die Achsen vor dem Drehzapfen entlastet werden. Dadurch sinkt auf dieser Achse das Adhäsionsgewicht. Der Antrieb kann nicht so viel Kraft auf diese Achse bringen. Daher wiesen Lokomotiven mit Triebdrehgestellen ein unterschiedliches Verhalten auf.

Besonders ein gutes Adhäsionsverhalten war daher bei Lokomotiven mit Triebdrehgestellen gefragt. Damit wurde durch den Betreiber der Lokomotive ein Wert vorgegeben, der bei der Konstruktion einzuhalten war. Gerade Lokomotiven mit angetriebenen Drehgestellen liefen oft Gefahr, dass durch die auftreten Kräfte und das Drehmoment, das Drehgestell im vorderen Bereich entlastet wurde. So entstand ein schlechtes Adhäsionsverhalten.

Dieses Problem konnte man lange Jahre nicht vollends in den Griff bekommen. Deshalb verwendete man bei Lokomotiven mit einzeln angetriebenen Achsen lange Zeit kaum Triebdrehgestelle. Vielmehr wurden die Achsen bei Triebdrehgestellen mit Triebstangen verbunden, so wirkten sich das Drehmoment und die Entlastung der vorderen Achse nicht so gravierend aus, als bei einzeln angetriebenen Triebachsen.

Beginnen wir bei den einzelnen Triebdrehgestellen mit den Drehgestellen, die man bei Dampflokomotiven verwendete. Es ist nicht so, dass man bei Dampflokomotiven ausschliesslich auf die Bauweise mit Barrenrahmen setzte. Es gab durchaus Dampflokomotiven die über Drehgestelle verfügten und die wir näher ansehen sollten. Der Grund ist simpel, denn die modernen Triebdrehgestelle entwickelten sich überraschenderweise daraus und aus den Erfahrungen damit.

Die Mallet-Bauweise: Um bei Dampflokomotiven mehr Triebachsen bei vergleichbarer Kurvengängigkeit zu erreichen, musste eine Lösung mit einem Drehgestell gefunden werden. Besonders bei schmalspurigen Bahnen war das wichtig, aber auch normalspurige Bahnen bekamen bei mehr als fünf Triebachsen Probleme in engen Kurven. Die Lösung fand man schliesslich bei den Triebdrehgestellen nach Mallet.

Bei der Bauweise nach Mallet wird ein Teil der Triebachsen in einem eigenen Rahmen gelagert und dieser drehbar am Hauptrahmen der Lokomotive montiert. Die restlichen Triebachsen wurden hingegen im Rahmen gelagert und waren somit konventioneller Bauart mit Barrenrahmen.

In den meisten Fällen teilten sich die Triebachsen gleichmässig auf die beiden Einbauorte auf. Der Grund lag bei dem im Verbund arbeitenden Dampfmaschinen.

Diese ersten Triebdrehgestelle für Dampflokomotiven wurden vom Schweizer Jules T. Anatole Mallet entworfen und bei Lokomotiven nach seiner Konstruktion eingebaut. Mallet wurde am 23. Mai 1837 in Lancy bei Genève geboren und wurde durch die nach ihm benannte Malletkonstruktion von Dampflokomotiven bekannt. Jules T. Anatole Mallet starb am 10. Oktober 1919 in Paris. Hinterlassen hat er die Grundlagen für die grössten Dampflokomotiven der Welt.

Die Bauweise nach Mallet hatte mit diversen Problemen zu kämpfen. Durch die Konstruktion waren die vorderen im Drehgestell gelagerten Triebachsen anfällig auf Schleudern. Dieser Effekt trat besonders bei steileren Bergfahrten auf, wo sich das Gewicht bei Dampflokomotiven nach hinten gegen die Feuerbüchse verlagerte. Zudem gab es immer wieder Probleme mit den Leitungen, die für das Drehgestell flexibel gestaltet werden mussten.

Nachdem Mallet im Ausland die ersten Erfolge verbuchen konnte, kamen auch in der Schweiz Lokomotiven nach Bauart Mallet in Betrieb. Diese Insgesamt 49 Lokomotiven kamen bei verschiedensten Bahnen in Verkehr. Diese werden in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt werden. Dass dabei die erste abgelieferte Maschine gleich die grösste sein sollte, war nur Aufgrund der Bahngesellschaften so und darf keineswegs zum Verdacht eines grösseren Problems der Bauart abgeleitet werden.

 

Gesellschaft Baujahr Baureihe Anzahl Bemerkungen
GB 1890 Ed 2x 3/3 1 Zu klein geratener Kessel
SCB 1891 Ed 2x 2/2 16 1 Maschine erhalten
LD - RhB 1891 G 2x 2/2 2 Umbau zu G 2/3 + 2/2
SC – CJ 1892 G 2x 2/2 4  
YSteC 1892 G 2x 2/2 3  
RhB 1896 G 2/2 + 2/3 4  
SCB 1897 D 2x 2/2 12  
RhB 1902 G 2/3 + 2/2 6 Ab 1922 YSteC
YSteC 1917 G 2x 3/3 1  

 

Wie Sie feststellen können, hat die Lokomotive bei Gebirgsbahnen mit engen Radien und grossen Steigungen schnell Einzug gehalten. Ausser der SCB Ed 2x 2/2 hat es von diesen Maschinen keine bis in die jetzige Zeit geschafft. Die frühe Elektrifikation der Strecken in der Schweiz verhinderte weitere Lokomotiven nach Mallet. Die Lokomotiven Bauart Mallet verschwanden daher in der Schweiz überraschend schnell von der Bildfläche.

Das heisst aber nicht, dass die Technik und die Bauart Mallet nicht funktioniert hätte. Die grössten und schwersten amerikanischen Dampflokomotiven wurden nach der Mallet-Bauweise erstellt und leisteten dort ausgezeichnete Arbeit. Die Maschinen kennen vermutlich die meisten von Ihnen. Wem sind Bezeichnung wie Challanger oder Big Boy nicht geläufig? Nur damit Sie sich die Grösse etwas vorstellen können, ein paar technische Angaben zu den beiden Maschinen:

 

  Challanger Big Boy
Gewicht: 486.2 t 548.3 t
Länge: 37‘160 mm 40‘500 mm
Achsfolge: 4-6-6-4 4-8-8-4
Bauart: Mallet Mallet
Zugkraft: 433.8 kN 602 kN

 

Zum Vergleich, die grösste je in der Schweiz gebaute Lokomotive hatte ein Dienstgewicht von 244 Tonnen und war gerade einmal halb so schwer, wie die kleinere Challanger. Die Anfahrzugkraft des Bog Boy übersteigt die 2012 am Gotthard zulässige Zugkraft um 50 kN. Diese beiden Lokomotiven zeigen deutlich auf, wie sich die Bauart Mallet in der Schweiz hätte entwickeln können, wenn man nicht so früh auf elektrische Lokomotiven umgestellt hätte. Doch es gibt noch eine Bauart mit Drehgestellen, die in der Schweiz jedoch nie verwendet wurde.

Die Garatt-Bauweise: Bei der Garatt-Bauweise wurden im Gegensatz zu Mallet, sämtliche Triebachsen in Drehgestellen montiert. Es gab somit keine, in einem festen Rahmen montierten Triebachsen mehr. Der Kessel wurde auf einer Lokomotivbrücke zwischen den beiden Drehgestellen angeordnet. Beschwert wurden die Drehgestelle der Lokomotiven mit den Wasserkästen und dem Kohlenfach der Lokomotive. Diese Lokomotiven waren sehr gelenkig und übertrafen hier sogar die Bauweise Mallet.

Die von Herbert William Garatt entwickelten Lokomotiven wurden hauptsächlich für Afrika gebaut, da dort deren Vorteil ausgenutzt werden konnte. Garatt wurde am 8. Juni 1864 in London geboren. Nach den Erfolgen von Mallet entwickelte der Engländer eine gelenkige Lokomotive für Schmalspurbahnen und für die Bahnen in Afrika. Garatt starb am 25. September 1913 in Richmond und hat uns diese aussergewöhnlichen Dampflokomotiven hinterlassen.

Der Vorteil der Garatt-Lokomotiven waren die grossen Wasserkästen, die zum Beschweren der Triebdrehgestelle benötigt wurden. Daher konnte die Lokomotive nach Garatt sehr viel Wasser aufnehmen. In trocknen Regionen, wo lange Distanzen ohne die Möglichkeit Wasser aufzunehmen, zurückgelegt werden, ist das ein grosser Vorteil. Daher konnten sich diese Lokomotiven in Afrika durchsetzen und erreichten dort ansprechende Eckdaten.

Lokomotiven nach dem Stil von Garatt gab es bis in die Neuzeit in der Schweiz nicht. Die einzige Maschine dieser Bauart, die bei einer Baumschulbahn eingesetzt werden soll, stammt aus Afrika. Jedoch bietet diese Konstruktion eine gute Möglichkeit auf die ersten elektrischen Lokomotiven der Schweiz überleiten zu können. Denn die bei den Schweizerischen Bundesbahnen SBB angeschafften Lokomotiven arbeiteten mit Drehgestellen.

Die Gelenklokomotiven: Die Gelenklokomotiven der Schweizerischen Bundesbahnen SBB hatten ebenfalls Triebdrehgestelle erhalten. Diese schienen bei elektrischen Lokomotiven besser zu funktionieren, als das bei den Dampflokomotiven der Fall war. Die elektrischen Lokomotiven waren einfach auf Drehgestelle gestellt worden, die miteinander verbunden wurden. Damit haben wir nun den Weg durch die Triebdrehgestelle elektrischer Lokomotiven.

Wie die Dampflokomotiven hatten die Gelenklokomotiven einen Stangenantrieb. Damit konnte man dem Kippeffekt der Drehgestelle entgegenwirken, was den Lokomotiven eine gute Ausnützung der Adhäsion verschaffte. Der Nachteil der Bauart Mallet wurde ausgeglichen, weil ausschliesslich Drehgestelle verwendet wurden. Damit entsprachen diese Lokomotiven eher der Bauart Garatt.

Mit den aufkommenden Antrieben auf einzelne Achsen, zeigten diese Drehgestelle jedoch Probleme auf. Die in einem Drehgestell führende Achse wurde entlastet und begann durchzudrehen. Die Ausnutzung der Adhäsion entsprach daher nicht mehr den Vorgaben. Man kehrte vorübergehend wieder zur Bauart mit starrem Barrenrahmen zurück. Jedoch blieb die Entwicklung nicht stehen, so dass die Triebdrehgestelle verbessert werden konnten.

Wollte man bei den Triebdrehgestellen den durch das Drehmoment hervorgerufenen Kippeffekt verhindern, musste man die Kraft im Drehgestell anders ansetzen. So stellte man fest, dass tiefer montierte Drehzapfen eine Verbesserung der Adhäsion zur Folge hatte. Mit dem Angriffspunkt der Zugkraft unter dem Kipppunkt des Drehgestells kam man schliesslich zur Lösung des Problems. Die Triebdrehgestelle begannen ihren Siegeszug durch die Welt der Eisenbahn.

Die Tiefzugvorrichtung: Die Tiefzugvorrichtung nutzt das Drehmoment im Drehgestell bei damit ausgerüsteten Triebdrehgestellen dazu, um die Zugkraft besser auf die Schienen übertragen zu können. Dank dieser Vorrichtung wird die Kraft, die auf den Zug übertragen wird, nicht mehr über, sondern unterhalb des Kipppunktes abgenommen. Dadurch wird die vordere Triebachse durch den Kippeffekt auf das Gleis gepresst, was die Adhäsion verbessert.

Mit Hilfe der Tiefzugvorrichtung wurde nun der Angriffspunkt der Kraft unter die Triebachsen verschoben. Je näher beim Gleis dieser Punkt ist, desto besser arbeitet die Tiefzugvorrichtung und desto besser ist die Ausnutzung der Adhäsion.

Die Kräfte bewirkten nun, dass das Drehgestell nicht mehr nach vorne wegfahren und sich um den Drehzapfen bewegen kann. Die erste Achse wird statt entlastet, belastet.

Zur Übertragung der Zugkraft auf den Kasten, konnte nun aber kein Drehzapfen mehr verwendet werden. Die Kräfte mussten vom tief liegenden Angriffspunkt auf den Kasten dieser Lokomotiven übertragen werden.

Es musste daher eine neue Lösung für die Kraftübertragung gefunden werden und die fand man bei Stangen, die vom Drehpunkt unter den Drehgestell an den Kasten führen. Dadurch konnte man bei diesen Drehgestellen auf den bisher benötigten Drehzapfen verzichten.

Diese Stangen, die zur Übertragung der Zugkraft genutzt werden, nannte man Zugstangen. Diese Zugstangen sorgten dafür, dass die Kraft vom Drehgestell mit Zugkräften in den Kasten übertragen wurde. Dadurch konnte das Drehgestell sich immer noch ungehindert drehen und so dem Gleis folgen. Der Kippeffekt wurde umgangen und so die Ausnützung der Adhäsion verbessert. Damit hatte man eine unabhängige Kraftübertragung erhalten.

Alternativ zu den Zugstangen, kann man auch Druckstangen verwenden. Der Effekt ist der gleiche und man kann mit weniger Material arbeiten, was das Gewicht der Lokomotive verringert. Jedoch werden hier die Stangen auf Druckkräfte belastet, das kann dazu führen, dass diese bei Überlastung gebogen werden und so das Drehgestell an der freien Drehung hindern. Bei mit Zugkräften belasteten Bauteilen bestand diese Gefahr jedoch nicht.

Tiefzugvorrichtung und die Zug- und Druckstangen gehören zu modernen Lokomotiven, die mit Triebdrehgestellen ausgerüstet werden. Ohne diese Einrichtungen ist es schlicht nicht möglich, die heute üblichen hohen Leistungen auf die Schienen zu bringen. Diese Bauteile verhalfen letztlich den Triebdrehgestellen zum grossen Durchbruch. Erst so modifiziert konnten die Lokomotiven mit Drehgestellen besser funktionieren, als die Rahmenlokomotiven.

Die Querkupplung: Ein weiteres grosses Problem bei den Triebdrehgestellen war, dass sie einen etwas ruppigen Kurvenlauf hatten. Diesem Problem begegnete man anfänglich mit führenden Laufachsen. Diese Laufachsen werden Sie noch kennen lernen, denn hier behandeln wir nun die Lösung für dieses Problem, das lange Zeit schnell fahrende Lokomotiven ohne Laufachsen verhinderte. Die Lösung hiess Querkupplung.

Der ruppige Lauf der Drehgestelle rührte von den Führungskräften der ersten Triebachse in der Kurve her. Diese Achse wurde gegen die äussere Schiene gedrückt und lief nun an dieser. Das führte zu hohen Kräften, die auf den Spurkranz wirkten. Durch gab es Schläge auf die erste Triebachse, was zu einem eckig wirkenden Kurvenlauf führte. Wollte man das verbessern, musste die erste Achse in diesem Punkt entlastet werden.

Um diese Führungskräfte zu verringern, montierte man zwischen die Drehgestelle eine Kupplung, die Querkupplung genannt wurde. Diese Querkupplung sorgte nun dafür, dass sich das erste Drehgestell durch den sich verändernden Winkel des Kastens und das hintere Drehgestell in die Kurve stellte. Die erste Triebachse wurde so entlastet und lief ruhiger und runder um die Kurve. Der Verschleiss konnte verringert werden.

Wie gut so eine Querkupplung arbeitet, erkläre ich am besten an einem Beispiel. Dazu wähle ich die Lokomotive Re 6/6 der schweizerischen Bundesbahnen SBB. Diese Lokomotive verfügt über drei Drehgestelle. Auch diese Lokomotive musste mit einer Querkupplung zwischen den beiden äusseren Drehgestellen ausgerüstet werden. Zusätzlich nahm man auch das mittlere Drehgestell der Lokomotive in die Querkupplung.

Befährt diese Lokomotive nun eine Kurve, wird die Querkupplung aktiviert. Der sich verändernde Winkel zum Kasten hat den Effekt, dass die Querkupplung das führende Drehgestell in die Kurve zieht.

Dabei wird das hintere Drehgestell gegen die äussere Schiene gedrückt. Die überschüssige Kraft führt dazu, dass das mittlere Drehgestell rechtwinklig zum Kasten nach aussen gedrückt wird. Damit erhält die Lokomotive einen hervorragenden Kurvenlauf.

Der Vorteil dieser Querkupplung lässt sich am besten aus den Vorschriften für die Lokomotive Re 6/6 herauslesen. Diese mit einer Querkupplung versehene Maschine hat darin klare Regeln, was zu tun ist, wenn diese Querkupplung einmal bricht.

Statt mit schweren Zügen und maximal 140 km/h darf die Lokomotive in einem solchen Fall nur noch alleine und mit 60 km/h zum nächsten Unterhaltsort fahren. Deutlicher kann man die Vorteile der Querkupplung wohl nicht aufführen.

Wie gut die Tiefzugvorrichtung und die Querkupplung funktionieren zeigt klar die Tatsache, dass solche Drehgestelle keinen Drehzapfen mehr haben.

Gerade bei Lokomotiven mit mehr als zwei Drehgestellen in einem Kasten, wie das zum Beispiel bei der Re 6/6 der Fall ist, kann so das mittlere Drehgestell seitlich verschoben werden. Auch der ideelle Drehpunkt der Lokomotive verschiebt sich so gegen die Innenseite der Lokomotive.

Damit haben wir die Geschichte zu den Triebdrehgestellen abgeschlossen, denn eine umfassende Weiterentwicklung dieser Massnahmen wird sich schwer verwirklichen lassen, denn die hervorragenden Eigenschaften lassen erkennen, dass man die Probleme, die man bei der Bauart Mallet noch hatte, gelöst werden konnten. Man benötigt heute keine Laufachsen mehr, die die Fahrt bei hohen Geschwindigkeiten beruhigen.

Vielleicht haben Sie sich bei den Lokomotiven nach Mallet schon gefragt, warum ich von Triebdrehgestellen spreche und trotzdem Lokomotiven mit einzelnen Laufachsen aufliste und erwähne. Die Laufachsen sind ja schliesslich auch in diesen Drehgestellen enthalten. Daher muss ich nun zugestehen, dass man auch kombinierte Drehgestelle bauen kann. Deshalb wird es nun Zeit, wenn wir uns um diese speziellen Drehgestelle kümmern.

Mit den kombinierten Drehgestellen machen wir jedoch auf einer neuen Seite weiter.

 

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