Kuppelradsatz

Treibradsatz, Achse als Kurbelwelle für den 3. Zylinder ausgebildet.

Ein Radsatz (engl. wheelset) bei Schienenfahrzeugen besteht aus der Radsatzwelle und den beiden Radscheiben, je nach Einsatzfall sind auf der Welle auch noch Bremsscheiben und/oder Zahnräder für den Antrieb montiert. Radsätze übertragen zum einen das Gewicht des Fahrzeugs auf die Fahrbahn bzw. die Schienen und führen zum anderen das Fahrzeug auf dem Gleis.

Man unterscheidet Triebradsatz und Laufradsatz. Ein Triebradsatz überträgt Beschleunigungskräfte auf die Schienen. Ein Laufradsatz, der frei von Antriebskräften ist, dient der möglichen Erhöhung des Zugfahrzeuggewichtes und der Stabilisierung. Im Unterschied zu einer Achse kann die Radsatzwelle also auch ein Drehmoment übertragen.

Aufbau

Aufbau eines Radsatzes

Die beiden Radscheiben sind mit der Radsatzwelle in der Regel starr verbunden (bezüglich des Drehwinkels), sie können sich gegenüber der Welle und gegeneinander nicht drehen. Hierdurch und durch die kegelförmige bzw. gehöhlte Ausbildung der Laufflächen (Neigung 1:40, 1:20 oder kontinuierlich zunehmend) wird der Sinuslauf ermöglicht, der das Fahrzeug in der Spur hält aber auch bei hohen Geschwindigkeiten zu instabilem Lauf führen kann.

Zur Fixierung der Räder werden sie zumeist auf die Welle aufgepresst, wobei teilweise die Radnabe auf 250 °C erwärmt wird (Pressfügen). Lediglich in einigen Ausnahmefällen sind die Radscheiben nicht fest mit der Radsatzwelle verbunden. Bei Radsätzen mit verstellbarer Spurweite lassen sich die Radscheiben auf der Radsatzwelle verschieben, eine Verdrehung gegeneinander wird jedoch verhindert.

Losradfahrwerke werden erst in jüngster Zeit entwickelt; wegen der fehlenden rotatorischen Verbindung führen sie nicht zum Sinus- oder Wellenlauf, da die Spurführung alleine durch Geometrieseitenkräfte erfolgt. Verwendet werden sie u.a. beim Talgo (als Einzelrad-Einzelfahrwerk) und bei verschiedenen Straßenbahnen, hier vor allem wegen der Möglichkeit zur Niederflurbauweise durch die fehlende Radsatzwelle und der positiven Bogenlaufeigenschaften auch bei kleinen Radien.

Die Radsatzlager befinden sich in der Regel außerhalb der Radscheiben (Außenlagerung). Unter anderem bei Personenwagen in Amerika, Straßenbahnen und Metrotriebzügen können sie auch innerhalb der Radscheiben liegen, wodurch sich durch die geringere Kragweite ein günstigerer Kraftfluss einstellt. Die Treibachsen von Dampflokomotiven haben ebenfalls eine Innenlagerung, da die Treibstangen außen vor den Rädern angeordnet sind. Auch andere Triebfahrzeuge besitzen zur Übertragung der Antriebskräfte zusätzliche, am Radsatz angebrachte Elemente wie Zapfen an den Radscheiben, eine gekröpfte Achswelle bei Dampflokomotiven oder zusätzliche Wellensitze für das Zahnrad des Antriebs bei Elektrolokomotiven und Zahnradlokomotiven. Moderne Fahrzeuge, die anstelle direkt auf die Radlaufflächen einwirkender Bremsklötze mit Scheibenbremsen ausgestattet sind, haben zusätzliche Bremsscheiben. Diese sind entweder an den Radscheiben oder auf eigenen Sitzen auf der Radsatzwelle angebracht.

Radsatz mit Bremsscheiben (SBB-Eurocity-Wagen)

Laufradsatz (links) und Dreifach-Kuppelradsatz vor dem Bahnhof Saarbrücken

Betrieb

Der Radsatz unterliegt hohen Beanspruchungen im Betrieb. Die Radsatzwelle wird durch das auf die Lager einwirkende Gewicht auf Biegung beansprucht. Weil sich der Radsatz beim Rollen des Fahrzeuges dreht, ist die Biegelast eine Wechselbeanspruchung. Die Radscheiben müssen Kräfte von Spurführung und Antrieb bzw. Bremse übernehmen. Bei Klotzbremsen kommt eine zusätzliche Belastung durch Erwärmung und Verschleiß der Laufflächen hinzu. Auch Scheibenbremsen leiten eine Wärmelast ein.

Die zwischen Rad und Schiene bzw. Bremsklotz entstehende Reibung trägt Material ab, wodurch die Laufflächen ihre Form, Oberfläche und ihren Durchmesser verändern oder Flachstellen erhalten. Vor allem die Oberflächenveränderungen (Aufrauhungen) führen zu einer verstärkten Lärmbelastung, weshalb man bei Güterwagen, die Klotzbremsen auch heute noch in großer Zahl verwenden, dazu übergeht sogenannte Flüsterbremsen einzusetzen. Hier besteht der Bremsklotz nicht wie sonst üblich aus Grauguss, sondern aus einem Kunststoff-Metall-Gemisch.

Wartung

Aus diesem Grund müssen Radsatzwelle und Radscheibe regelmäßig nachgemessen und auf Risse abgesucht werden. Die Rissprüfung erfolgt heute mit einer Ultraschallprüfung, Wirbelstromprüfung oder Magnetpulverprüfung. Früher konnten nur visuelle Prüfungen durchgeführt werden. Daher hatten Dampfloks rote Räder, in deren Farbe Risse leichter zu erkennen waren. Bei Güterwagen werden die Radscheiben zur Prüfung mit einem Hammer angeschlagen. Aus dem Abprall des Hammers und dem Klang der Radscheibe kann auf das Vorhandensein von Rissen geschlossen werden. Die Laufflächen werden bearbeitet; bei Erreichen des sogenannten Betriebsgrenzmaßes werden Radreifen bzw. Radscheibe ausgetauscht.

Normen

• DIN EN 13103 "Bahnanwendungen - Radsätze und Drehgestelle - Laufradsatzwellen - Konstruktions- und Berechnungsrichtlinie; Deutsche Fassung prEN 13103:2006 (Norm-Entwurf).

Diese Norm ist anwendbar für Radsatzwellen für Rollendes Material, das für den Einsatz unter üblichen Betriebsbedingungen, wie sie in Europa herrschen, vorgesehen ist. Das zuständige nationale Arbeitsgremium beim DIN ist innerhalb des NA 087 Normenausschuss Fahrweg und Schienenfahrzeuge (FSF) der Unterausschuß NA 087-00-02 AA Fahrwerke.

• Die Kennzeichnung der Radsatzfolge eines Fahrzeugs ist in DIN 30052 festgelegt.

Siehe auch

• Äquivalente Konizität