Achterbahnfahrwerk

Eine Achterbahn-Räderanordnung in seitlicher Aufsicht. Die Underfriction-Räder sind unten. Die drei Radsätze klammern sich um die Schiene.

Schematische Darstellung einer Holzachterbahn Schiene mit Fahrwerk
1: Laufrad, 2: Sidefriction Wheel, 3: Upstop Wheel, 4: Schiene mit Metallauflagen (rot), 5: Wagen

Ein Achterbahnfahrwerk hat die Aufgabe, eine Achterbahn auf den Schienen rollen zu lassen und dabei sicher auf der Spur zu halten.

Räder

Das Fahrwerk einer modernen Achterbahn besteht üblicherweise aus drei Radpaaren pro Achse, den Laufrädern, den Sidefriction-Wheels und den Underfriction-Wheels. Bei den meisten Stahlachterbahnen sind die Räder jeweils doppelt ausgelegt. Heute sind die Räder meist aus Metall mit einer Kunststoffauflage für die Lauffläche gefertigt. Bei Holzachterbahnen kommen in der Regel Metallräder ohne Kunststofflauffläche zum Einsatz.

Laufräder

Die Laufräder sind die Räder, mit denen die Bahn die meiste Zeit auf der Schiene rollt. Frühe Achterbahnen hatten ausschließlich Laufräder sie ähnelten Eisenbahnrädern. Üblicherweise sind die Laufräder die größten da sie in Tälern durch die auftretenden Kräfte das Analog des mehrfachen Zuggewichtes tragen.

Sidefriction-Wheels

ein Side friction roller coaster, Scenic Railway in Melbourne

Um das Entgleisen der Züge auf kurvigen Strecken zu vermeiden wurden in den achtziger Jahren des 19. Jahrhunderts die seitlich angebrachten Sidefriction-Wheels entwickelt. Damit ausgerüstete Holzachterbahnen, die sogenannten Side friction roller coaster hatten seitlich der Laufschienen angebrachte Führungsbretter, an denen die seitlichen Räder liefen. Die Bahnen fuhren dadurch in einer Art Trog. Bei Holzachterbahnen greifen die Sidefriction-Wheels üblicherweise von innen an die Schiene (siehe Grafik). Bei Stahlachterbahnen gibt es sowohl Varianten bei denen die Räder von Außen an die Stahlschiene greifen, als auch solche bei denen sie innen montiert sind.

Underfriction-Wheels

Die Underfriction-Wheels (auch Up-Lift- oder Up-Stop-Wheels genannt) sind so am Zug befestigt, dass sie von unten an die Schiene greifen. Dadurch kann der Zug bei negativen G-Kräften nicht von den Schienen abheben. Das Design wurde 1919 von John Miller patentiert.^[1] Heute gibt es nur noch wenige Bahnen die ausschließlich Sidefriction-Wheels und keine Underfriction-Wheels haben. In dem Fall ist die Fahrt entweder so geplant oder ein Mitarbeiter sorgt als Bremser dafür, dass die Geschwindigkeit nicht so hoch wird, dass die Bahn entgleisen könnte.

Bei einigen einfachen Achterbahnmodellen sind Side- und Underfriction-Wheels kombiniert zu Rädern die seitlich schräg an die Schiene greifen. Bei anderen (zum Beispiel beim Big Apple greifen die Laufräder konkav um die Schiene und das Herausspringen nach oben wird durch einfache Metallbolzen verhindert.

Rahmen

Drehgestell-Lenkung

Die Rädersets der inneren und äußeren Schiene, von denen hier nur je 2 Laufräder dargestellt sind, sind fix miteinander verbunden. Diese verbindende Achse (B) liegt auf einer Linie mit dem Mittelpunkt der Kurve die die beiden Schienen beschreiben, die Achse verläuft radial zur Kurve und rechtwinkelig zur Schiene. Diese Achse ist drehbar mit dem Wagen verbunden, wie ein Drehgestell mit einem Eisenbahnwaggon. Die Verbindung zwischen vorderer und hinterer Achse ist auf einer Seite mit einem Kugelgelenk, und auf der anderen Seite mit einem "Scharnier", wie bei einer Knicklenkung, versehen. Das Scharnier beschränkt die Bewegung der Verbindungsstange auf eine Ebene, das Kugelgelenk nicht. Dadurch sind auch dreidimensionale Torsionen im Wagen bzw. auf der Achterbahn möglich. ^[2]

Die Waggons können mit Kugelgelenken zu einem Zug gekuppelt werden wie in der Zeichnung oder ein Waggon wird an den anderen angebaut. Die zweiachsigen Waggons können natürlich auch allein fahren. Diese Bauweise ist gut geeignet für niedrige Geschwindigkeiten und enge Kurven.

Achsschenkel-Lenkung

Alle vier Rädersets sind in horizontaler Ebene drehbar am Chassis angeordnet wie bei Kraftfahrzeugachsen zur Achsschenkellenkung. Das Chassis selber ist nur in Torsionsrichtung drehbar, sonst sind die Drehpunkte der Rädersets starr zueinander fixiert. Die Achsen (B) liegen nicht radial zur Schienenkurve und stehen nicht im rechten Winkel zum jeweiligen Schienenstück. Daraus ergeben sich kleine Differenzen in der Spurweite die ausgeglichen werden müssen. ^[3]

Waggons können auch hier allein fahren, aneinandergehängt oder wie in der Zeichnung aneinandergebaut werden. Diese Bauweise ist gut geeignet für hohe Geschwindigkeiten und weite Kurven.

Beispiele und Varianten

Drehgestellbauart

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  Wave

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  Muskrat Scrambler

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  Project X

Die oben abgebildeten Achterbahnwaggons nach dem Drehgestellprinzip haben je zwei bewegliche Achsen, zu sehen besonders an der Wave und Muskrat Scrambler Bahn.

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  Crush's Coaster

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  Spinning Racer

Spinning Coasters wie oben im Bild sind oft eine Variante der Drehgestellbauart, die schematisch so aufgebaut sind:

Die Vertikalachse um die sich die Gondel dreht ist nicht auf einem Scharnier einer der beiden Achsen montiert, denn die beiden Achsen sind beide nach Art eines Kugelgelenks mit dem Mittelteil verbunden und damit symmetrisch. Dass der Mittelträger nicht umkippt sind auf seinen 2 Auslegern auf einer horizontalen Achse bewegliche Auflieger befestigt. Diese wiederum liegen auf zusätzlichen Rollen der Achsen auf. Fährt der Waggon in eine Torsionslage, liegt er genau im Mittel der beiden Achsen, also nicht so schräg nach links geneigt wie die Vorderachse und nicht so schräg nach rechts wie die Hinterachse, zum Beispiel.

Im Crush's Coaster und Spinning Racer hat der Auflieger eine trapezförmige Form, und die unterschiedlichen Neigungen ist am Spinning Racer gut zu sehen. Im einleitenden Bild der Radaufhängung ganz oben ist das zusätzliche Rad und die Aufliegefläche des Aufliegers auch gut zu sehen. Es ist, anders als in der Zeichnung, ganz aussen.

Achsschenkel-Lenkung

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  Velocity

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  Swamp Thing

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  Wicked Twister

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  Jimmy Neutron's Atomic Flyer

In den Inverted Coasters, zB. an dem Wicked Twister, sieht man im Detail die drehbaren Rädersets besonders gut. Sie sind beweglich wie ein Einkaufswagenrad in etwa. Der Rahmen eines mittleren Waggons ist auf einer Seite fix mit der Achse verbunden und auf der anderen Seite kugelgelenkig mit dem nächsten Waggon, direkt mit Kugelgelenk wie im Swamp Thing oder mit Kardangelenk und Axiallager wie im Jimmy Neutron's Atomic Flyer. Der Wicked Twister nimmt wie man sieht die starke Torsion gut auf, die Achterbahnbauart verträgt auch enge Kuppen aber keine engen ebenen Kurven. Um das 'Flattern' der Lenkung zu reduzieren können die Rädersets auch durch eine Stange im Trapez verbunden werden, wie es die Achsschenkellenkung vorsieht. ^[4]

Einzelnachweise

1. ↑ US-Patent 1,319,888 (28. Oktober 1919) „John Miller Pleasure railway structure“
2. ↑ Roller Coaster Steering, englische Diskussion im CoasterBuzz Forum, Beitrag von RideMan / Dave Althoff, Jr. vom August 10, 2011, 6:34PM. "If you are doing beam steering, as Arrow does, you have to rotate the entire axle to follow the curve."
3. ↑ Roller Coaster Steering (wie oben). "In the Ackermann-style steering assembly used by Gravitykraft, the wheel carrier pivots relative to the axle (or in fact there doesn't even need to be an actual axle, but that's another issue)."
4. ↑ Zur Lenktrapezstange: gesehen auf einem Bild einer 'Motorrad-Achterbahn' und auf Gravity Group's test train -- a closer look von HoliBlogger auf Youtube, Sekunde 0.50