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Drehgestelle

[421] Drehgestelle (bogies, trucks; bogies, carelli, sterzi), ein- oder mehrachsige Radgestelle, die an dem darauf lastenden Hauptrahmen des Fahrzeuges derart befestigt sind, daß eine Drehung dieser Radgestelle gegen den Hauptrahmen um eine lotrechte Achse, die sich bei zwei- oder mehrachsigen D. zwischen den Endachsen des D., bei einachsigen D. über der Achse desselben befindet, und die selbst bezüglich des Hauptrahmens entweder fest oder seitlich verschiebbar ist, erfolgen kann.

D. finden Anwendung bei Lokomotiven, Tendern, Personen- und Güterwagen. Bei Lokomotiven mit Tendern befindet sich das D. in der Regel vor den gekuppelten Achsen, bei Tenderlokomotiven vor oder hinter den gekuppelten Achsen; bei Verwendung unter Wagen und Tendern sind – von wenigen Ausführungen von Tendern abgesehen, an denen ein D. und eine festgelagerte Achse vorkommt – stets zwei D. vorhanden.

Bei Lokomotiven haben die D. den Zweck, die Sicherheit und Ruhe des Ganges in der Geraden und in den Krümmungen besonders bei hohen Geschwindigkeiten zu gewährleisten und, ohne Überschreitung des auf den für die Ausübung der Zugkraft nötigen Anzahl der gekuppelten Achsen lastenden zulässigen Gewichtes, die Unterbringung eines der erforderlichen Pferdekraftleistung entsprechend großen und schweren Kessels zu ermöglichen.

Bei Personenwagen sind die D. notwendig zur Erzielung höchster Sicherheit und Ruhe des Ganges, bei Güterwagen zur Beförderung solcher Lasten in einem Wagen, durch die bei Anwendung von nur zwei oder drei Achsen der zulässige Achsdruck überschritten würde.

Die an Lokomotiven, Tendern, an Personen- und Güterwagen verwendeten D. haben in der Regel zwei Achsen. Doch kommen an Personenwagen (schwere Schlafwagen und Luxuswagen) auch dreiachsige D. vor. Drei- und mehrachsige D. finden sich an Güterwagen für Spezialtransporte (schwere Gußstücke, Geschütze u.s.w.). Einachsige Drehgestelle gehören der Vergangenheit an.

Aus der in der Definition der D. gegebenen Beschreibung der Bauart folgt, daß bei Einlauf eines mit einem D. versehenen Fahrzeuges in eine Krümmung, das führende Räderpaar des D. nach Anliegen des Spurkreuzes am äußeren Schienenstrange eine Ablenkung erfährt, durch die der ganze Bau des D. zu einer Verdrehung um die lotrechte Achse (Mittelzapfen, Drehzapfen) gegenüber dem Hauptrahmen gezwungen wird.

Die Räderpaare des D. nehmen daher, da ihre geometrischen Achsen in dieser Position nicht mehr zur Längsachse des Fahrzeuges senkrecht sind, eine radiale oder nahezu radiale Richtung ein, so daß kein Anschneidewinkel eintritt, mithin ein Aufsteigen der Spurkränze (Entgleisen) ausgeschlossen ist.

Auch bei Fahrt in der Geraden erhöht das D. die Sicherheit und Ruhe des Ganges dadurch, daß die selbst bei guter Gleiserhaltung unvermeidlichen Unregelmäßigkeiten in der gegenseitigen Lage der Schienen, die bei steifachsigen Fahrzeugen zu heftigen Seitenstößen gegen die Spurkränze des führenden Räderpaares führen, mithin Entgleisungsgefahr in sich bergen und zu hartem Gange führen, infolge der seitlichen Nachgiebigkeit (Verdrehung) des D. unschädlich gemacht werden.

Die beim Einlauf in eine Krümmung und während des Laufes in der Krümmung am äußeren Spurkranze des führenden Räderpaares des D. auftretende, auf Verdrehung des D. gegen den Hauptrahmen wirkende Kraft muß so groß werden, daß nicht allein die Reibung im Drehzapfen und in den Auflagpfannen, sondern auch die Reibung oder der Widerstand, den das im Drehgestellrahmen gelagerte hintere Räderpaar, das die dem ersten Räderpaar entgegengesetzte Bewegung quer zur Schiene zu machen hat, überwunden wird.

Hieraus folgt, daß die D. besonders bei Lokomotiven, im Gegensatze zu Adamsachsen (s.d.) und Deichselgestellen (s.d.) schon durch ihre Bauart eine Dämpfung gegen allzu große Beweglichkeit besitzen, so daß besondere Rückstellvorrichtungen (selbst bei größten Geschwindigkeiten) zur Rückführung der Verdrehung entbehrlich sind.

Der Mittelzapfen, um den die Verdrehung des D. eintritt, gleichgültig, ob er als Zapfen (Abb. 274 und 277) oder Halbkugel (Abb. 275) oder Pfanne (Abb. 276 und Tafel IX) ausgebildet[421] ist, ist bei neueren Ausführungen immer im Hauptrahmen festgelagert. Das dem D. angehörende, den Mittelzapfen umgreifende Gelenk ist entweder im Rahmen des D. festgelagert (Abb. 274 und 277) oder in diesem seitlich verschiebbar (Abb. 275, 276 und Tafel IX).

Diese seitliche Verschiebbarkeit des D. ist bei Lokomotiven nötig, wenn das Verhältnis von Gesamtradstand zum kleinsten in Betracht kommenden Krümmungshalbmesser rund 1 : 30 überschreitet. Sie werden fast immer angewendet bei Personenwagen zur Erreichung[422] weichsten Laufes, bedingt jedoch besondere Rückstellvorrichtungen.

Grundsätzlich haben Lokomotiv-, Tender- und Wagen-D. gleichen Bedingungen zu entsprechen: die Unterschiede in der Durchbildung der Einzelteile sind daher nur begründet in den bei diesen Fahrzeuggattungen naturgemäß vorhandenen verschiedenen Raumverhältnissen zur Unterbringung der D. und in der dem Verwendungszwecke entsprechenden Ausgestaltung der Hauptrahmen dieser Fahrzeuge.

Drehgestelle für Lokomotiven.

Abb. 274 gibt ein D, mit festem Mittelzapfen. Der Mittelzapfen ist zwischen zwei Querverbindungen der Hauptrahmen gelagert und trägt eine Kugel, die Bewegungen des D. nach allen Richtungen erlaubt. Die seitlichen Auflager bestehen aus zwei mit dem Hauptrahmen verbundenen Halbkugeln, die sich auf zwei in Pfannen am Drehgestellrahmen gleitende Sockel stützen. Diese Ausführung der seitlichen Auflager erlaubt dem ganzen Gestelle auch eine Drehung um eine ideelle Achse senkrecht zur Gleisrichtung durch die Stützpunkte der Halbkugeln, so daß dieses D. keines Ausgleichhebels (s.d.) zwischen den Federn der beiden Räderpaare bedarf.

Ein D. mit halbkugelartig ausgestaltetem Mittelzapfen und seitlicher Verschiebbarkeit ist in Abb. 275 dargestellt. Der kugelartige Mittelzapfen ist an den innerhalb der Hauptrahmen gelagerten Zylindern befestigt. Die Kugelpfanne, in die der Mittelzapfen eingreift, ist mit schräggestellten Pendeln in Querverbindungen des Drehgestellrahmens eingehängt; bei Verschiebung des D. aus der Mittellage wirken diese Pendel als Rückstellvorrichtung.

Viel angewendet sind in England die D. mit flacher Pfanne (Bauart Adams) und seitlicher Verschiebbarkeit (Abb. 276). Die Rückstellung erfolgt durch Blattfedern. Da die Last des ober dem D. liegenden Maschinenteiles sich auf eine flache Pfanne stützt, sind, um Überlastungen der einzelnen Räder des D. bei Gleisunregelmäßigkeiten und besonders beim Kurvenauslauf zu vermeiden, die Räder jeder Drehgestellseite durch einen Ausgleichhebel mit gemeinschaftlicher Feder verbunden.

Das D. von Helmholtz (Abb. 277) vereinigt eine Laufachse und eine der gekuppelten Achsen derart zu einem kurvenbeweglichen Untergestell, daß die radial vor sich gehende Verstellung der Laufachse eine parallele entgegengesetzte Verschiebung der Kuppelachse bedingt. Eine mit dem Lagerkasten der Laufachse verbundene Deichsel hat[423] ihren Drehpunkt um einen mit dem Hauptrahmen verbundenen Zapfen. Am Ende der Deichsel befindet sich ein Kugelzapfen, der universalgelenkig mit dem Lagerkasten der Kuppelachse verbunden ist. Die Übertragung der Last vom Hauptrahmen auf die Laufachse erfolgt meistens durch Pendelstützen. Dieses D., das einen größeren Teil des Lokomotivgewichtes als Adhäsionsgewicht nutzbar macht, findet viel Anwendung bei Schmalspurlokomotiven und in neuerer Zeit auch bei den größten Vollbahnlokomotiven, wenn mindestens[424] drei gekuppelte Achsen zur Erzielung der nötigen Zugkraft erforderlich sind. Eine Abart dieses D. ist das in neuerer Zeit in Italien bei vielen 1. C.-, 1. C. 1.- und 1 D.- sowie 1. C. 2.-Lokomotiven angewendete D. von Zara, auch Carello italiana genannt.

Die D. der Lokomotiven werden in der Regel mit Innenrahmen ausgeführt, wenige Ausnahmen abgesehen, wie französische Nordbahn und französische Midibahn. Über weitere geringfügige Unterschiede in den Einzelheiten sowie in der Anordnung der D. gegenüber den gekuppelten Achsen s. Lokomotive.

Drehgestelle für Wagen.

Taf. IX zeigt ein zweiachsiges D. für Personenwagen der österr. Staatsbahnen und das Schema eines solchen D. Die außerhalb der Räder liegenden Rahmen sind (nach Bauart Fox) als Preßblechrahmen ausgeführt. Auch die Querverbindungen und Kopfstücke sind (zur Vermeidung schwerer Winkeleisenarmierung) als Preßstücke ausgestaltet. Über jedem Achslager ist eine Tragfeder e angebracht; zur Erhöhung der Weichheit des Ganges sind die Federschrauben nicht mit Bolzen fest mit dem Rahmen des D. verbunden, sondern in vertikaler Richtung durch eingeschaltete Spiralfedern d nachgiebig gemacht. Die Drehung des Gestelles erfolgt um einen in einer starken Querverbindung der Hauptrahmen gelagerten Pfanne, die die Last auf eine zwischen die mittlere Querverbindung des D. gelagerte sogenannte[425] Wiege a überträgt. Diese Wiege besteht aus zwei aus Preßblech hergestellten Querträgern, zwischen denen jederseits drei senkrecht zur Längsachse des Wagens angeordnete sog. Kutschenfedern (im Schema der vereinfachten Darstellung halber als Spiralfedern gezeichnet) sich befinden. Der untere Querträger der Wiege ist durch schräggestellte Pendel b an den mittleren Querverbindungen c des D. aufgehängt: der Rahmen des D. kann sich also gegenüber der mit dem Hauptrahmen durch den Mittelzapfen verbundenen Wiege seitlich verschieben, so daß die seitlichen Stöße beim Einlaufe in Krümmungen durch die Rückstellkraft der schräg stehenden Pendel aufgenommen und gemildert werden. Die Neigung der Pendel ist derart zu wählen, daß der Schnittpunkt A ihrer Verlängerung etwa 4 m über Schienenoberkante zu liegen kommt; es wird auf diese Weise erreicht, daß die Schwingungen des Wagens um diesen Punkt erfolgen. Die Übertragung der Last des Wagenkastens auf das D. erfolgt nicht allein durch den pfannenartig ausgestalteten Mittelzapfen, sondern auch durch die seitlich am oberen Wiegenbalken angebrachten Auflager.

Um bei Entgleisungen, hervorgerufen durch schwere Schäden am Oberbau (Unterwaschungen), falsche Weichenstellung u.s.w. ein Querstellen der D. allenfalls zu verhindern, sind diese mit Ketten am Hauptrahmen verbunden.

Die Abbremsung der Räder des D. erfolgt durch eine achtklötzige Bremse mit Ausgleichgestänge (s. Bremsen); um die freie Beweglichkeit des D. nicht zu behindern, sind die Bremszylinder im Rahmen des D. gelagert.

Die bei den einzelnen Bahnverwaltungen eingeführten zweiachsigen D. moderner Wagen sind von dem in Taf. IX dargestellten grundsätzlich nicht verschieden. An Stelle der fast überall angewendeten Preßblechrahmen kommen auch Rahmen aus Blech, versteift mit Winkeln, oder Rahmen aus Barreneisen (Diamond-Truck) vor.

An Stelle der vier Tragfedern über jedem Lager wird in Amerika fast immer (in Verbindung mit dem Barrenrahmen) ein Ausgleichhebel angebracht, der sich gegen starke Spiralfedern stützt.

Die D. der Güterwagen sind sehr oft ohne Wiege ausgeführt und mit einfacheren Federn (ohne Spiralfeder unter den Federschrauben) versehen.

Zum ersten Male unter einer Lokomotive dürfte das D. Anwendung gefunden haben gelegentlich Umbaues der ursprünglich zweiachsig ausgeführten Lokomotive »Puffing Billy« in eine vierachsige Lokomotive im Jahre 1815. Diese von Hedley, unter Mitwirkung von T. Hackworth und J. Foster für die Wylam-Kohlenwerke 1813 gebaute Lokomotive erhielt, da die Belastung der zwei Achsen für die aus Gußeisen hergestellten Schienen zu groß war, gelegentlich des Umbaues zwei »Bogies« oder »Trucks« – D. – und ist somit auch der Vorläufer der artikulierten Lokomotiven (s.d.).

Die erste, der Definition des D. im engeren Sinne entsprechende Ausführung erfolgte in den Jahren 1832–1833 an einer von R. Stephenson in Newcastle für die amerikanische »Saratoga and Schenectady-Bahn« gebauten Lokomotive.

Von Amerika aus kam dann diese englische Bauart wieder als amerikanische Errungenschaft mit den von Baldwin und Norris für europäische Bahnen gebauten Lokomotiven auf den Kontinent zurück.

Die erste Ausführung unter Personenwagen scheint von Ross Winans, Maschinenmeister der Baltimore-Ohio-Bahn, im Jahre 1834 durchgeführt worden zu sein.

Die in Österreich 1852–1854 entstandenen zwei- und einachsigen D., die in Amerika im Jahre 1857 unter dem Namen Bisselgestelle patentiert wurden und von dort den Weg zurück auf den Kontinent machten, wurden in Amerika im Jahre 1862 von Alba F. Smith insoferne wesentlich verbessert, als an Stelle der sonst verwendeten Keilbahnen zur Rückstellung in die Gerade zum ersten Male Pendel angewendet wurden, in der Form, wie an den Drehgestellen mit seitlicher Verschiebbarkeit des Mittelzapfens (Abb. 275 und Taf. IX).

Die an vielen Lokomotiven der sächsischen Staatsbahnen ab 1874 ausgeführten einachsigen D., Bauart Nowotny (Bauart gegeben in der Definition), entsprechen nur unvollkommen den an ein D. zu stellenden Anforderungen; sie sind daher nur des historischen Interesses wegen erwähnt. An Wagen kommen noch einachsige D. vor, in ähnlicher Ausführung wie die Nowotny-Gestelle, jedoch durch Diagonalstangen zu gegenseitigem zwangläufigen Einstellen in die Krümmung gezwungen; diese gehören eigentlich zu den Lenkachsen (s.d.).

Dreiachsige D. als Traggestelle sind bei Lokomotiven wohl nur zweimal ausgeführt worden: an den von Norris in Philadelphia 1849 gebauten, in der Gesamtanordnung den Crampton-Lokomotiven ähnlichen Lokomotiven für die Camden-Amboy-Bahn und von der Lokomotivfabrik Krauss & Co. in[426] München (R. v. Helmholtz) im Jahre 1900 bei einer 2. B. 1.-Schnellzuglokomotive für die Pfalzbahn (ausgestellt Paris 1900). Bei dieser Lokomotive ist zwischen den in normaler Weise angeordneten Räderpaaren des D. noch ein drittes Räderpaar angeordnet, das durch eine kleine, am Rahmen des D. gelagerte Dampfmaschine in Bewegung gesetzt, beim Anfahren die Zugkraft erhöht. Nach Erreichung einer gewissen Geschwindigkeit wird die Dampfmaschine abgestellt und dieses mittlere Räderpaar durch entsprechende Mittel so weit von der Schiene abgehoben, daß es in Ruhe bleibt. Diese mittlere Drehgestellachse wurde von der erbauenden Firma zutreffend Vorspannachse genannt. Bei Einschaltung der Vorspannachse entspricht dieser Type die Bezeichnung 3. B. 1.

Eine besondere Art zwei- und mehrachsiger D. bei Lokomotiven sind die an den verschiedenen Bauarten von artikulierten Lokomotiven (Motorgestellokomotiven) vorkommenden, durch Dampfzylinder angetriebenen Untergestelle (Bauart Fairlie, Meyer, Chemins de fer du Nord, Garratt u.s.w., s. artikulierte Lokomotiven und Lokomotive).

Daß die D. als das derzeit vollkommenste Mittel zur Erhöhung der Sicherheit und Ruhe des Laufes gelten, ist auch dadurch anerkannt, daß die T. V. hierüber Vorschreibungen enthalten. Die wichtigsten sind:

§88, Abs. 1: Bei Lokomotiven mit größeren als den im § 87 angegebenen Radständen (Abstand der Endachsen) wird die Anwendung von D. oder einstellbaren Achsen empfohlen.

§88, Abs. 2: Zweiachsige D., deren Drehpunkt zwischen den Drehgestellachsen liegt sowie Verbindungen beweglicher Achsen von ähnlicher Wirkung werden für Lokomotiven der Schnell- und Personenzüge an erster Stelle empfohlen.

§ 118, Abs. 4: Für lange und schwere Wagen sind D. besonders geeignet.

Literatur: Heusinger, Handbuch für spezielle Eisenbahntechnik. II. und III. Bd. 1882. – Rühlmann, Allgemeine Maschinenlehre. III. Bd. 1877. – Congrès international des chemins de fer. Paris 1889. Vol. II. – Eisenbahntechnik der Gegenwart. I. Bd. – Locomotives and Locomotive Building, Origin and Growth of the Rogers Locomotive and Machine Works. 1886. – A. Sinclair, Development of the Locomotive Engine. 1907. – G. A. Sekon, Evolution of the Steam Locomotive. 1899. – Sammlung von Zeichnungen bisher ausgeführter und zur Ausführung vorgeschlagener Drehgestelle für Schnellzugwagen. – Ergänzungsband zu Glasers Annalen für Gewerbe und Bauwesen. 1904.

Gölsdorf.

Abb. 274.

Abb. 275.

Abb. 276.

Abb. 277.

Tafel IX.