Site-Info: Editorial > Coaster Basics > Achterbahntypen: Seite 5

Achterbahntypen: Antriebe

Die höchsten Lifthügel der Welt: Der 95 Meter hohe Intimidator 305 (links) und der 97 Meter hohe Kettenlift von Steel Dragon 2000 in Japan (rechts)

Die klassische Antriebsart einer Achterbahn basiert auf einem Lifthügel. Seit Beginn der Achterbahn-Ära wird der Zug einen aufsteigende Schienenrampe hinaufbefördert, um von dessen höchstem Punkt aus seine Graviationsfahrt zu beginnen. Der Wagenverbund absolviert den kompletten Parcours ausschließlich durch die initial auf dem Lifthügel erworbene potentielle Energie. Jeder Höhenmeter, den der Zug mitsamt seiner Passagierbeladung während dem Anstieg gewinnt, wird auf der Talfahrt in kinetische Energie, auch Bewegungsenergie, umgewandelt.

Mitte der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts entwickelte der deutsche Anton Schwarzkopf das Konzept des Katapultcoasters. Wie ein Düsenjet auf einem Flugzeugträger wird der Zug auf gerader Strecke von null auf seine Höchstgeschwindigkeit beschleunigt. Der Antrieb ist außerhalb des Zuges angebracht. Heutige Katapultcoaster setzen auf verschiedene Wirkprinzipien: So werden verschleißarme aber energiehungrige lineare Magnetantriebe, Megawatt-starke Hydraulikwinden, Luftdruckzylinder oder klassische Schwungscheiben wie auch elektrische oder hydraulische Reibräder eingesetzt. Der Lifthügel zur Energiezufuhr ist heute zwar immer noch die häufigste Wahl, jedoch nicht mehr zwingend von Nöten. Auf diesen können auch die klassischen Powered Coaster verzichten, deren mit Elektromotoren ausgestatteten Züge die meist flach gehaltene Strecke absolvieren.

Lifthügel - Antriebe

Der Kettenantrieb ist die klassische Variante der Wagenförderung den Lifthügel hinauf

Mit dem Lifthügel wird die Auffahrt einer Achterbahn bezeichnet, auf welcher der Zug mittels einer Antriebsmechanik hinaufbefördert wird. Im Grenzfall steigt die Rampe vertikal in die Höhe oder der Wagen befindet sich mitsamt Schiene in einer Transporteinheit und wird wie in einem Fahrstuhl angehoben. Der Zug erhält mit jeden zusätzlichen Höhenmeter ein größeres initiales Energiepotential, welches anschließend in der dem Lifthügel folgenden Gravitationsfahrt in Bewegungsenergie umgesetzt wird.

Die Schienengeometrie im Lifthügel kann verschiedene Ausprägungen besitzen: Die mit konstantem Winkel ansteigende, geradlinig geführte Auffahrt ist die häufigste geometrische Ausgestaltung. Die Schiene kann jedoch auch spiralförmig um ein Zentrum geführt sein. Obwohl der Lift klassischerweise unmittelbar hinter der Station am Anfang der Fahrt angeordnet ist, führen örtliche Gegebenheiten hin und wieder zu einer Platzierung mitten auf oder gar am Ende der Strecke.

Der Chain Dog greift formschlüssig um einen beliebigen Kettenbolzen - im gezeigten Beispiel würde die Kette von links nach rechts den Chain Dog mitsamt angebrachtem Zug zur Liftkuppe fördern; dort überholt der Zug durch die eintretende Gravitationsbeschleunigung die Kette und löst sich automatisch aus der formschlüssigen Bindung

Der weltweit höchste Lifthügel wurde im japanischen Nagashima Spaland auf der Stahlachterbahn Steel Dragon 2000 realisiert und erreicht einen Strukturhöhe von 97 Metern. Die Aurfwärts-Förderung wird durch zwei unabhängige Kettenantriebe verwirklicht, die jeweils einen gleich langen Teil der Auffahrt abdecken.

Neben der stählernen Kette als Fördermittel finden verschiedene Antriebsmechanismen auf Achterbahnen Verwendung. Die nachfolgende Aufzählung beschreibt sämtliche vorkommenden Techniken.

m

Kettenantrieb

Der Kettenantrieb fördert den Zug mit einer umlaufenden Förderkette den Lifthügel hinauf. An den beiden Enden des Kettenantriebes lenken Zahnräder, die sogenannten Umlenkräder, die Förderkette um 180° um. Eines der beiden Zahnräder wird über ein Getriebe durch einen Elektro-, Diesel- oder Hydraulikmotor angetrieben.

Der Zug hakt üblicherweise direkt mittels eines Mitnehmerhakens, dem Chain Dog, in die Kette ein. Dazu legt sich der Chain Dog formschlüssig um einen beliebigen Kettenbolzen (siehe Bild rechts). Andere Systeme verwenden einen in den Kettentrieb integrierten Mitnehmerschlitten, in den der Zug ebenfalls mittels des Chain Dog einhakt oder der an einer starren Funktionsfläche am Stahlunterbau des Zuges angreift. Erreicht der Schwerpunkt des Zuges die Kuppe, so überholt der Zug durch die eintretende Gravitationsbeschleunigung die Kette und löst sich automatisch aus der formschlüssigen Bindung. Der Kettenantrieb ist der am häufigsten angewandte Antriebsmechanismus eines Lifthügels.

Funktionell sehr ähnlich ist der Kabellift, bei dem statt einer Kette ein Stahlseil umläft. Dieser ist quasi der Vorgänger des Kettenantriebs und heute nur noch bei Scenic Railways anzutreffen. Anstatt des Chain Dogs stellt ein Greifmechanismus den Kontakt des Zuges zum Stahlseil her.

Reibradlifte können auf geraden oder kurvigen Auffahrten zum Einsatz kommen

Reibradantrieb

Zwei einander gegenüber angeordnete Reibräder bilden einen definierten Spalt, in den ein unterhalb des Fahrzeuges angebrachter länglicher Balken eingreift

Der Reibradantrieb fördert den Zug über Reibräder den Lifthügel hinauf. Die Räder greifen an einer unterhalb des Zuges angebrachten Funktionsfläche an. Diese besitzt üblicherweise eine Schwert- oder Balken-förmige Geometrie, welche kraftschlüssig durch einen definierten Spalt von paarweise einander gegenüber angeordneten Reibrädern getrieben wird.

Die Reibräder bestehen aus luftgefüllten oder Vollgummireifen und werden durch Elektro- oder Hydraulikmotoren angetrieben. Dazu besitzt jedes Reibrad einen eigenen Motor mit Getriebe oder die Reibräder werden über einen zentralen Motor mittels Kardanwelle oder Riementriebe angetrieben.

Reibradantriebe sind durch ihren Kraftschluss sehr anfällig bei nasser Witterung. Wasser verringert den Reibwert zwischen Rädern und Funktionsfläche und begrenzt dadurch die maximal übertragbare Kraft. Im Extremfall rutscht die Funktionsfläche über die Reibräder, sodass überhaupt kein Vortrieb stattfindet.

Der Reibradantrieb wird vor allem bei Familienachterbahnen mit leichten Zügen oder Lifthügeln mit geringer Steigung oder kleinen Höhenunterschieden eingesetzt, so zum Beispiel beim Oki Doki Coaster der niederländischen Firma Vekoma im Bobbejaanland. Jedoch besitzen auch die großen, transportablen Achterbahnen Alpina Bahn und Olympia Looping aus Platzgründen einen Reibradantrieb, um den Transport über eine geschwungene 180°-Kurve zum Hochpunkt der Anlage zu gewährleisten.

m

Seilwindenantrieb

Der Seilwindenantrieb fördert den Zug durch einen an einem Stahlseil befestigten Mitnehmerschlitten den Lifthügel hinauf. Das Zugmittel wird über Umlenkrollen über die Liftkuppe geführt und schließlich auf einer Seiltrommel aufgewickelt. Ein Elektromotor nebst nachgeschaltetem Getriebe oder ein Hydraulikmotor versetzt diese in Rotation.

Der Zug greift formschlüssig durch einem am Fahrzeug angebrachten Haken, der ähnlich wie der Chain Dog beim Kettenlift ausgebildet ist, in den Mitnehmerschlitten ein. Andere Designs ermöglichen die Kraftübertragung vom Seil auf den Zug durch eine Klauenkulisse oder eine Exzenterkupplung.

Links: Der 50° steile Lift des Intimidators 305 wird mittels Hochleistungsseilwinde mit 30 Stundenkilometern bewältigt - Mitte: Das Catch Car wird vom Seil über die Hügelkuppe gezogen - Rechts: Die Seilwinde beim Intamin Megacoaster Goliath im Six Flags Holland

Der Seilwindenantrieb ermöglicht hohe Vortriebs-Geschwindigkeiten von bis zu 40 Stundenkilometern. Der moderne Seilwindenantrieb wurde erstmals von der niederländischen Firma Vekoma beim Shuttle Coaster Boomerang im Jahre 1984 verwirklicht. Weiterhin findet er bei Vekoma Verwendung auf den Achterbahnprodukten Giant Inverted Boomerang und Big Air. Beide Anlagen gehören zur Gattung der Shuttle Coaster.

Die Firma Intamin setzt seit dem Jahre 2000 eine Weiterentwicklung des Seilwindenantriebes ein, bei der ein Rückzugseil den Seiltrieb schließt. Eine Spannsystem am Fuße des Lifthügels hält den geschlossenen Seiltrum in konstanter Vorspannung. Erstmalig wurde der Seilwindenantrieb auf dem Gigacoaster Millennium Force eingesetzt und kommt seitdem auf allen Mega-, Mega Lite- und Gigacoastern aus dem Hause Intamin zum Einsatz und ermöglicht Geschwindigkeiten von 30 kmh. Damit gehört der Seilwindenantrieb neben dem LSM zu den schnellsten Antriebssystemen für Lifthügel.

Der Trommelantrieb am Beispiel von Volare im Wiener Prater

Trommelantrieb

Beim Trommelantrieb ist die Liftschiene spiralförmig aufwärts ansteigend um eine zentrale Stahlstruktur gewunden, welche um ihre senkrechte Mittelachse rotiert. Diese offene, sich ständig drehende Mitnehmerstruktur besitzt die gleiche Höhe wie der höchste Punkt des Lifts. Ein oder mehrere nach oben durchgehende Stahlprofile sind senkrecht an der Außenseite der Trommel befestigt. Jeder Zug weist seitlich einen zum Mittelpunkt des Trommelantriebes gerichteten Mitnehmer auf. Das Stahlprofil erfasst den Mitnehmer und schiebt durch die ständige Drehung der Trommel den Zug die Schienenspirale nach oben.

Der Trommelantrieb ist bei Achterbahnen der deutschen Firma Mack Rides oder bei den Bahnen vom Typ Flying Coaster des italienischen Unternehmens Zamperla zu finden. Das Liftsystem ist platzsparend und vermag mehrere Züge oder Wagen gleichzeitig zu fördern. Bei der Indoor-Achterbahn Eurosat im Europa Park können gleichzeitig bis zu vier Züge den 25,5 Meter hohen Spirallift emporklettern. Die Fahrzeit im Lift beträgt rund 130 Sekunden - fast das doppelte der eigentlichen Gravitationsfahrt.

Links: Der Eigenantrieb eines (inzwischen geschlossenen) Loopingcoasters im französischen Parc Saint Paul - Rechts: Der Spirallift des Jet Star Coasters von Schwarzkopf

Eigenantrieb im Fahrzeug

Auf flachen Liftstrecken erklimmen die Züge durch einen Eigenantrieb im Fahrzeug die Lifthügelrampe. Dabei wird der Antrieb nur auf der Liftrampe bestromt. Dieses System wurde zum Beispiel von der deutschen Firma Schwarzkopf beim Jetstar Coaster eingesetzt. Die Liftstrecke ist dabei vornehmlich als Spirale ausgeprägt.

Beim Achterbahnexoten Looping der franzöischen Firma Soquet, welcher bis zum Jahre 2006 im französischen Parc Saint Paul betrieben wurde, beschleunigt der am letzten Wagen angebrachte Eigenantrieb den Zug direkt in den Vertikallooping. Von dessen Scheitel an verläuft die Fahrt durch Gravitation weiter.

LSM / LIM

LSM Lift bei Maverick im amerikanischen Cedar Point

Die Firma Intamin setzt als einziges Unternehmen den berührungslosen LSM und LIM Antrieb für die Förderung auf Lifthügeln ein. Bislang wurden drei Anlagen realisiert. California Screamin' in Disney's California Adventure war die erste Anlage mit berührungslosen LIM Antrieben, bei der drei am Zug angebrachte Aluminiumschwerter in die Luftspalte der an der Schiene angebrachten LIM Module eingreifen. Die elektrischen Kupferspulen in den Modulen erzeugen in den Schwertern ein Magnetfeld, welches mit dem der Spulen interagiert und sich voneiander abstossen. Der somit erzeugte Schub ist ausreichend, um den Zug auf der 30 Grad steilen Rampe emporzuschieben.

Ein ähnliches Anwendungsprinzip kommt mit dem LSM Motor auf Atlantis Adventure in der koreanischen Lotte World und Maverick im amerikanischen Cedar Point zum Einsatz. Der dort eingesetzte LSM Stator ist identisch zum Funktionsprinzip der LIMs, jedoch bringt der Zug bereits ein Magnetfeld in Form von Permanentmagneten mit, die unterhalb des Fahrzeuges um einen in der Fahrtrichtung ausgerichteten Luftspalt angeordnet sind. Der LSM Motor muss somit kein Magnetfeld mehr im Läufer des Fahrzeuges induzieren und erreicht damit deutlich höhere Wirkungsgerade. Auf Maverick werden die dreigliedrigen Züge sogar mit bis zu 28 Stundenkilometer den 35 Grad steilen Lift per LSM emporgeschoben.

Hydraulik-Katapultantrieb mit Seilwinde

Links: Der Hydraulikantrieb von KingdaKa drückt ein Ölvolumen mit 300bar, dem 300-fachen Luftdruck, über armdicke Schläuche durch rund 50 Hydraulikmotoren, welche eine Seilwinde antreiben - Im Vordergrund ist einer von zwei Öltanks zu sehen, links und rechts des Bildes die Stickstofftanks mit nachgeschalteten Öl-Kolbenspeichern - rechts: Die 200 Meter lange Launchstrecke führt auf einen 139 Meter hohen Turm

Das patentierte Katapultsystem der Firma Intamin setzt auf eine hydraulisch betriebene Seilwinde, welche zwei Zugseile aufwickelt, an deren Enden sich ein Mitnehmerschlitten befindet. In diesen klinkt der Zug kurz vor dem Start automatisch mittels eines Hakens ein. Rotiert die Winde, so werden die beiden Zugseile aufgewickelt und der Zug über die Launch-Strecke bewegt. Dabei werden Initialbeschleunigungen von bis zu 2.5g realisiert. Ist die Höchstgeschwindigkeit erreicht, schaltet der Antrieb ab und der Schlitten mitsamt der Winde werden durch fest an der Schiene installierte Wirbelstrombremsen abgebremst. Gleichzeitig löst sich der Zug automatisch vom Schlitten und startet seine Gravitationsfahrt.

Die hydraulische Antriebsmechanik ist üblicherweise am Ende der Launchstrecke in einem abgeschlossenen Gebäude platziert. Dort wird das Hydrauliköl zwischen den Startsequenzen mittels Pumpen aus einem drucklosen Tank in einen Kolbenspeicher gefördert. Dieser ist mit nachgeschalteten, ständig unter Hochdruck stehenden Stickstoffbehältern verbunden. Stickstoff kann im Gegensatz zu Öl sehr gut komprimiert werden und nimmt dabei hohe Drücke an. Im ausgeschalteten Zustand der Anlage liegt der Stickstoffdruck im vorgespannten Kolbenspeicher bei etwa 250bar. Die Pumpe fördert stetig Öl in den Kolbenspeicher. Das Ölvolumen im Kolbenspeicher wird dadurch vergrößert und das Stickstoffvolumen verkleinert, woraufhin der Druck im System stetig steigt .

Bei Erreichen des Maximaldrucks, etwa 300 bar, wird die Förderung der Pumpen eingestellt. Durch Öffnen der Ventile am Druckspeicher drückt der schlagartig expandierende Stickstoff das Öl aus dem Kolbenspeicher, wobei es regelrecht durch die Motoren schießt, welche über ein Getriebe die Seilwinde antreiben. Eine aufwändige Ventilmechanik regelt den Öldurchfluss der Motoren, um äußere Einflüsse wie auch das unterschiedliche Beladungsgewicht des Zuges auszugleichen.

Ein drittes Stahlseil, welches vom Catch Car mittels einer auf der Höhe der Station befindlichen Umlenkrolle zur Winde zurückgeführt wird, garantiert eine stetige Vorspannung des Seilsystems. Die beim Anlaufen gegen Last entstehende zusätzliche Seildehnung wird durch einen linearen Kolbenzylinder an der Umlenkrolle kompensiert. Zusätzlich sorgt das dritte Seil für einen garantierten Rücktransport des Schlittens zum Ausgangspunkt. Entsprechend ist die Wickelrichtung des dritten Seils auf der Winde gegenüber den beiden Zugseilen umgekehrt. Während die beiden Zugseile beim Katapultstart aufgewickelt werden, wird das Spannseil abgewickelt.

Bis etwa 2010 wurde die Hydraulik überall dort eingesetzt, wo Geschwindigkeiten fern der 100 km/h erreicht werden mussten. Der Vorteil des Hydraulikmotors liegt in der hohen Kraftdichte und der Möglichkeit, Energie im Hydrauliksystem zwischenzuspeichern, um die Anschlussleistung der Anlagen gering zu halten. Mit der stetigen Weiterentwicklung der LSM-Motoren in Kombination mit immer kostengünstigeren Energiespeichermethoden wird der LSM die Hydrauliktechnik in Zukunft verdrängen. Die letzte Hochgeschwindigkeitsachterbahn mit Hydraulikantrieb ist die weltweit schnellste Achterbahn Formula Rossa in der Ferrari World in Abu Dhabi. Dabei wird innerhalb von viereinhalb Sekunden eine Höchstgeschwindigkeit von 240km/h erreicht. Hydraulikantriebe mit ähnlichem Funktionsprinzip werden auch von der Firma Vekoma auf Familienachterbahnen eingesetzt.

LIM/LSM-Katapultantrieb

Links: Ein rund ein Meter langes LIM-Modul von California Screamin', welches drei am Fahrzeug installierte Kupferschwerter aufnehmen kann - rechts: die Launchstrecke mit LIM-Modulen, Anschlussboxen und einem Zug in der Beschleunigungsphase

LIM - Linear Induktions Motor

Der Lineare Induktions Motor, kurz LIM, entstammt in seiner Funktionsweise dem Wechselstrommotor. Der einzige Unterschied liegt darin, dass statt einer rotatorischen eine lineare Bewegung erzeugt wird. An der Schiene sind dazu über die gesamte Katapultstrecke Motormodule mit elektrischen Spulen - den Statoren - montiert, die um einen etwa 20 Millimeter breiten linearen Luftspalt gruppiert sind. Der Motor besitzt dabei eine Länge von etwa einem Meter. Am Zug befindet sich ein Kupfer- oder Aluminiumschwert - der Läufer -, welches vom LIM berührungslos durch den Spalt gezogen wird.

Das Funktionsprinzip des Antriebs folgt dabei dem Gesetz der Induktion. Eine angelegte Wechselspannung erzeugt in den Spulen des Linearmotors ein wanderndes Magnetfeld mit ständigem Wechsel der Polarität zwischen nord und süd. Das Wanderfeld bewegt sich entlang der Katapultsrecke, seine Fortbewegungsgeschwindigkeit wird durch die Frequenz des angelegten Stroms bestimmt. Das im Stator angelegte magnetische Wanderfeld induziert im "Läufer" eine elektrische Spannung, die die freien Elektronen im Schwert in Bewegung versetzt. Dieser Elektronenfluss erzeugt wiederum ein Magnetfeld. Beide Magnetfelder interagieren miteinander, ungleiche Pole ziehen sich an, gleiche Pole stoßen sich ab.

Durch die Wechselwirkung der beiden Magnetfelder entsteht eine Kraftkomponente in Richtung des Wanderfeldes, welche den Achterbahnzug in Bewegung setzt. Die erste mittels LIM beschleunigte Achterbahn wurde 1996 vom amerikanischen Achterbahnhersteller Premier Rides in Zusammenarbeit mit der englischen Firma Force Engineering verwirklicht. Flight of Fear findet sich im Kings Island Freizeitpark in den USA.

Die acht Tonnen schweren Züge werden mittels 112 auf einer rund 60 Meter langen Katapultstrecke paarweise installierter LIM-Module auf maximal 87 km/h beschleunigt. Dabei wird eine durchschnittliche Beschleunigung von 0.75g erreicht. Für diesen speziellen Kick benötigt die Loopingbahn während des Abschusses stolze 3,6 Megawatt Antriebsleistung, rund das 15-fache eines herkömmlichen Liftantriebes.

LSM - Linear Synchron Motor

Links: Blue Fire im Europa Park ist ein LSM Coaster der neueren Generation - Rechts: Das Wandermagnetfeld der parallel angeordneten Statoren interagiert mit einem Magnetfeld im Luftspalt unterhalb der Fahrzeuge, welches durch starke Permanentmagnete alternierender Polarirät links und rechts des Luftspalts aufgebaut wird

Um die Nachteile der LIM-Antriebe, insbesondere ihren schlechten Wirkungsgrad und den in Folge hohen Strombedarf, zu minimieren, wurde 1997 im Hause Intamin in Zusammenarbeit mit der Müncher Unternehmen Intrasys die LSM-Technik achterbahnfähig gemacht. Der Prototyp Superman the Escape entstand im Six Flags Magic Mountain in Kalifornien und beschleunigt auf 160 Stundenkilometer. Heute beliefert Intrasys als Systemlieferant Achterbahnhersteller wie Mack, Bolliger&Mabillard, Gerstlauer oder Premier Rides. Ublicherweise erreicht der LSM-Antrieb Maximalbeschleunigungen von bis zu 1g, zum Beispiel bei Blue Fire im Europa Park. In Kombination mit leichten Wagen und langen Magnetbalken wurden sogar Beschleunigungen von bis zu 1.8g wie beim Fluch von Novgorod im Hansa Park realisiert.

Ein LSM unterscheidet sich vom LIM in einem einzigen Detail: Beim Läufer wird statt einer Kupfer- oder Aluminiumplatte ein Magnetbalken mit alternierender Polarität eingesetzt. Der Stator taucht in einen etwa 40 Millimeter breiten Luftspalt ein, der beidseitig von Permanentmagneten gebildet wird. Die Asynchron- wird dabei zur Synchronmaschine: Statt dass ein Magnetfeld im Läufermedium vom elektromagnetischen Wanderfeld der Statoren induziert wird, interagiert das Magnetfeld der Permanentmagnete direkt mit dem elektrisch erzeugten Wanderfeld im Stator. Das Fahrzeug reitet wie ein Surfbrett auf der elektromagnetischen Welle des Statormagnetfeldes.

Der Wirkungsgrad des LSM ist mit 60 bis 80 Prozent fast doppelt so hoch wie die des LIM, obwohl die Magnete am Fahrzeug die zu beschleunigende Masse vergrößern. Dies ist auf das permanente Magnetfeld im Läufer zurückzuführen. Beim LIM wird das benötigte elektromagnetische Reaktionsfeld in der Aluminium- oder Kupferplatte über das Statorfeld erzeugt. Dabei entstehen in der Platte hohe elektrische Wirbelströme, welche in Form von Verlustwärme eine Verringerung des Wirkungsgrades bedeuten.

Pneumatik-Katapultantrieb

Antriebsschema Air Launch des S&S Thrust Air 2000

Der patentierte Pneumatikantrieb kommt ausschließlich bei Katapultachterbahnen des amerikanischen Herstellers S&S zum Einsatz. Von einer Luftnummer kann man allerdings nicht sprechen: Er bietet mit bis zu 4.25g das höchste jemals realisierte Beschleunigungsvermögen einer Katapultachterbahn.

Parallel zur Katapultstrecke verläuft ein Luftdruckzylinder, der durch einen Kolben in zwei Kammern unterteilt ist. Am Kolben ist ein Seiltrieb befestigt, welcher an den luftdichten Enden des Luftdruckzylinders um zwei Umlenkrollen geführt ist. Der Antriebstrum des Seiltriebs führt durch den Zylinder. Er ist im Bereich der Fahrstrecke angeordnet und dort an einem Mitnehmerschlitten befestigt, der mit dem Zug über einen Mitnehmerhaken in Kontakt steht. Das für den Katapultstart des Zuges notwendige Energiepotential wird vor jedem Start stetig aufgebaut, indem Hochleistungskompressoren die Umgebungsluft komprimieren und in Zwischentanks fördern. In den Tanks besitzt die komprimierte Luft ein Druckniveau von etwa 10 bar, dem Zehnfachen des Atmosphärendrucks. Im Wirkmedium Luft ist Energie gespeichert. Die Luft wird durch das Öffnen von Ventilen schlagartig in den Luftdruckzylinder geleitet und die Energie über die Seilmechanik auf den Zug übertragen.

Strömt die komprimierte Luft aus den Tanks in die eine Kammer des Zylinders, so liegt am Kolben ein Druckpotential vor. Dieses entlädt sich schlagartig in einer Kraft, die den Kolben durch den Antriebszylinder drückt. Über den Seiltrieb wird der Mitnehmerschlitten mitsamt des Zuges mitgerissen. Durch das Entlangschnellen des Kolbens im Zylinder expandiert die Hochdruckkammer, deren Druckpotential durch das stetige Nachströmen der komprimierten Luft aus dem Zwischentanks nahezu erhalten bleibt. Somit fällt die Initialbeschleunigung nur langsam ab. Die Niederdruckkammer wird stetig komprimiert, wodurch sich darin ein weiteres Druckpotential aufbaut. Wird dieses größer als das Druckpotential in der expandierenden Kammer, so federt der Kolben mitsamt dem Mitnehmerschlitten zurück. Der Zug löst sich dabei automatisch vom Mitnehmerschlitten. Das Antriebssystem pendelt einige Male hin und her und wird dabei immer langsamer. Dieser Selbstausgleich wird durch Auslassventile, über welche die komprimierte Luft zusätzlich abgelassen wird, verstärkt. Eine externe Bremsmechanik ist nicht von Nöten.

Powered Coaster

Powered Coaster befahren mit Elektromotoren ausgestattet niedrige Streckenzüge ohne den sonst obligatorischen Lifthügel

Als Powered Coaster werden Achterbahnen bezeichnet, bei denen der Zug mittels eines eigenen Antrieb dauerhaft angetrieben wird. Diese Bahnen kommen somit ohne einen Lifthill oder andere Beschleunigungsantriebe von außen aus. Meist werden als Antrieb Drehstrommotoren eingesetzt, die über Schleifschienen unterhalb des Zuges an den Gleisen mit Strom versorgt werden. Entweder werden die Laufräder des Zuges angetrieben oder es gibt zwischen den Schienen eine zusätzliche Lauffläche für spezielle Antriebsräder, die Reibräder. Die Geschwindigkeit kann stufenlos geregelt werden. Zudem wird der Antrieb auch zur Bremsung des Zuges verwendet. Powered Coaster wurden von der Firma Schwarzkopf gebaut. Heute fertigen beispielsweise noch die Firmen Mack und Zamperla derartige Achterbahnen.

Reibrad-Katapultantrieb

Mittels in der Schiene eingebauter Reibräder wird der Zug beschleunigt, wobei Katapultstarts aus dem Stand heraus oder mit bestehender Initialgeschwindigkeit möglich sind. Dabei werden Beschleunigungen von bis zu 0.5g realisiert. Die Reibräder werden entweder über einen leistungsstarken Elektromotor oder mittels eines Energiespeichers mit nachgeschalteten Hydraulikmotoren angetrieben. Die Realisierung eines Katapultstartes mit Reibrädern ist die kostengünstigste Variante für Launch-Antriebe und wird häufig bei Familienachterbahnen eingesetzt. Die Liechtensteiner Firma Intamin hat bislang vier Reibrad-Katapultantriebe realisiert. Eine mit Elektromotoren realisierte Anlage findet sich im Indoor Spinning Coaster Comet Express in der südkoreanischen Lotte World. Der Prototyp mit Hydraulikaggregat, ist war bis 2015 im Shinagawa Prince Hotel in Tokyo im Einsatz: Die Indoor Achterbahn beschleunigte aus der Station heraus auf etwa 40 Stundenkilometer, legte sich in eine 180° Steilkurve und wurde schließlich von einer zweiten Reibradgruppe in den Vertikallooping geschleudert. Die Speichereinheit mit Stickstoffbehältern, Hydrauliktank und Ventilgruppen ist ähnlich wie bei den hydraulischen Seilwindenantrieben aufgebaut. Anlagen mit identischem Antrieb wurden an der Goldküste Australiens als Motorbike- und Jetski-Coaster realisiert.

Reibradlaunch mit Elektromotoren auf Intamins Juvelen Launch Coaster im dänischen Djurs Sommerland

Die Weiterentwicklung Juvelen setzt auf die gleichen Antriebsräder, jedoch wurden die Hydraulik- durch Elektromotoren ersetzt. Der Clou liegt in der Energiespeicherung: Um die Anschlußleistung und somit die Stromspitzen so gering wie möglich zu halten, speichern die 40 Motoren der einen Katapultstrecke einen beträchtlichen Teil der Energie, welche die andere Katapultstrecke benötigt, um den vollbeladenen, sieben Tonnen schweren Zug zu beschleunigen. Kurz vor dem Start des Zuges drehen die 40 Reibradelemente des zweiten Launches auf über 100km/h Geschwindigkeit auf. Die 25 Kilogramm schweren Reibräder werden zur Schwungmasse. Durch die Rotation der Räder wird Energie gespeichert, welche über ein intelligentes Rückspeisesystem beim Hochfahren den 40 anderen Reibrädern der ersten Katapultstrecke zur Verfügung gestellt wird - der Motor wird zum Generator, eine Art großzügigem Dynamo. Während der Zug von null auf 65 km/h beschleunigt wird, speisen die 40 Schwungmassen die Elektromotoren der initialen Katapulstrecke und werden dabei automatisch abgebremst. Ein stationäres Schwungrad mit gleichem Funktionsprinzip unterstützt dabei die 40 "Mini"-Generatoren. Ein Umrichter im Elektroraum sorgt für die Verteilung der gespeicherten Energie. Statt einem Megawatt Leistung für die Beschleunigung des Zuges wird nur die Hälfte an Spitzenleistung vom Stromnetz angefordert. Für Parkbetreiber ein durchaus wichtiger Kostenfaktor, denn sie bezahlen üblicherweise ihren Strom anhand der benötigten Spitzenleistung.

Der bis zum Jahre 2015 einzige B&M Launch Coaster setzt ebenfalls auf einen Reibradantrieb, auch wenn die Schweizer Ingenieure den Katapulantrieb beim "grünen" Hulk-Loopingmonster im amerikanischen Islands of Adventure Themenpark nicht selbst verantworteten. Die stark aufwärts steigende Abschussrampe wurde vom Sublieferanten Reliance mit einem Powerpaket aus 220 elektrischen Wechselstrommotoren ausgestattet. Jeder der 18 Kilowatt starken Motoren setzt seine Leistung über ein nachgeschaltetes Getriebe direkt auf Reibräder um, welche paarweise an der Unterseite der Fahrzeuge für den ungeheuren Vorschub sorgen. Damit die Antriebskraft problemlos übertragen werden kann, werden die Motoren mit mehreren hundert Kilogramm gegen die Reibflächen am Fahrzeug gepresst. Um die Geschwindigkeit kontinuierlich ansteigen zu lassen, sind alle Motoren mit leistungsstarken Frequenzumrichtern ausgestattet. Eine Steuerung erhöht kontinuierlich die Frequenz des Wechselstroms und beschleunigt somit die Motoren von null auf 65 Stundenkilometer innerhalb von zwei Sekunden. Als Energiespeichersystem werden vier Schwungradgeneratoren eingesetzt. Elektromotoren treiben in den Pausen zwischen zwei Abschuss-Zyklen fünf Tonnen schwere Schwungräder an, welche wie ein überdimensionaler Dynamo den benötigten Strom an das Katapultsystem liefern. Insgesamt werden pro Abschuss kurzfristig acht Megawatt Antriebsleistung freigegeben.

Schwungrad-Katapultantrieb

Die Rutschkupplung des Schwungrad-Katapulantriebes in Lebensgröße

Der Shuttle Loop der legendären deutschen Achterbahnschmiede Schwarzkopf war Ende der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts die weltweit erste Katapultachterbahn: Innerhalb von knapp vier Sekunden beschleunigt der Zug auf 85 Stundenkilometer. Die Katapultachterbahnen nutzen dazu ein Kontergewicht, welches innerhalb einer Stahlröhre aus einer Höhe von rund 20 Metern fallen gelassen wird und über einen Seiltrieb den tonnenschweren Zug auf der horizontalen Strecke beschleunigt. Von dieser Bauform sind heutzutage weltweit noch zwei Bahnen in Betrieb. Spätere Anlagen nutzen als Energiespeicher ein Schwungrad anstatt des Fallgewichts.

Antriebsschema des Schwungrad-Katapultantriebes

Für den katapultartigen Powerstart setzte Schwarzkopf auf eine recht simple Mechanik: Der Zug wird mittels eines Seiltriebs, welcher über zwei Seilscheiben mit einem Durchmesser von rund zwei Metern geführt wird, gleichmäßig beschleunigt. Am Zugseil befindet sich ein fest arretierter Mitnehmer, der sogenannte Pusher, der während der Beschleunigungsphase mit dem Zug in Eingriff steht. Vor dem Start greift dieser formschlüssig in eine am letzten Wagen angebrachte Vorrichtung ein.

Um die für die Beschleunigung kurzzeitig erforderliche hohe Antriebsleistung nicht direkt mit einem Elektromotor aufbringen zu müssen, verwendete Schwarzkopf das Prinzip der Energiespeicherung mittels einer rotierenden Masse. Das mehrere Tonnen schwere Schwungrad wird im Zeitintervall des Be- und Entladens über einen Keilriemen mittels eines Elektromotors auf die für den Startvorgang benötigte Drehzahl gebracht. Die dabei gespeicherte kinetische Energie wird anschließend über eine Reibkupplung auf die Seilscheibe in der Antriebsstation geschaltet.

Nach dem Beschleunigungsvorgang wird die Reibkupplung gelöst und der E-Motor kann seine Arbeit wieder verrichten. Dies geschieht in einer Stunde bis zu 20 mal. Die im Schwungrad gespeicherte Energie beschleunigt den Zug mit durchschnittlich 0,7g auf seine Höchstgeschwindigkeit von 85 Stundenkilometern. Dabei wird eine langgezogene Startstrecke von knapp 50 Metern benötigt.

Text: Coastersandmore - jp, Bilder, Skizzen: Archiv, Coastersandmore

Copyrights 2000-2017 - Kontakt zu den Autoren: mail@coastersandmore.de