Die technische Entwicklung der Achterbahn

Die Achterbahn:

Geschichte der technischen Entwicklung

Facharbeit

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 3

2 Hauptteil 4

2.1 Lifthügel 4

2.2 Launched Antrieb 5

2.3 Radsystem 6

2.4 Bremsfunktion 6

2.5 Beschleunigungskraft 8

2.6 Der Looping 9

2.7 Sicherheitsbügel 10

3 Schlussteil 11

4 Literaturverzeichnis 12

1 Einleitung

Achterbahnen haben die Menschen schon immer fasziniert. Der „Kick“ der inneren Überwindung und das Gefühl, Adrenalin auszuschütten, machten Neugierde auf immer waghalsigere Versuche. Schon im 16 Jahrhundert wurden die ersten Vorläufer der Achterbahn gebaut, nämlich Holzkonstruktionen die mit Eis überdeckt als Rutsche mit Schlitten befahren wurden [Planet-Wissen, Achterbahn].

Doch mittlerweile gehen die Achterbahnen weit über das hinaus, was man einmal für möglich gehalten hätte. In der technischen Entwicklung ist man im wahrsten Sinne des Wortes über sich hinaus gewachsen, denn es gibt Achterbahnen von einer Höhe bis zu 128 Metern, wie beispielsweise die „Top Thrill Dragster“ im Cedar Point in Ohio in den Vereinigten Staaten von Amerika.

Die Historie dieser technischen Entwicklung behandelt diese Facharbeit, mit Beispielen aus Physik und Technik , die in Elementen der Achterbahnen bestehen und eine grundlegende Basis für ihre Konstruktion darstellen. Das Thema Achterbahn ist vielseitig und weckt Interesse. In der Konstruktion sind Elemente von Statik und Statistik (Berechnungen) sowie Machienenbau (Getriebe o. Sicherheitsbremsen) enthalten.

Dies bedeutet, dass viele technische Bereiche zum Einsatz kommen. Im Hauptteil werden verschiedene Basiselemente der Konstruktion einer Achterbahn behandelt. Zum einen der Antrieb, der entweder mit Lifthügel zum „First Drop“ leitet, oder ohne Auffahrt sondern direkt per Abschuss in die verschiedenen Fahrelemente führt. Zudem wird geklärt, wie der Zug bewegt wird und wie er auf den Schienen bleibt, wie also die Räder aufgebaut sind und wie sie funktionieren.

Außerdem wird geklärt, welche Sicherheitsvorkehrungen die Achterbahn besitzt, von der Blockbremse zu den Sicherheitsbügeln. Anschließend wird der Looping beschrieben und erklärt, wie er aufgebaut und befahrbar ist. Etwas unpassend zu den anderen Themen, aber doch elementar: Die Beschleunigungskräfte, auch g-Kräfte genannt. Sie liefern den „Kick“, der unter anderem dafür sorgt, dass wir Adrenalin ausstoßen, und damit für das Vergnügen, die Kassen der Freizeitparks gefüllt werden.

2 Hauptteil

Es folgt nun die detailierte Darstellung der in der Einleitung angesprochenen Aspekte.

2.1 Lifthügel

Es gibt verschiedene Arten, die Achterbahn zu beschleunigen, doch die klassischte Art ist, sie mit einem Lift hochzuziehen. Dadurch kann sie genug Geschwindigkeit entwickeln, um bis zum Ende der Strecke zu kommen, denn der komplette Streckenabschnitt dazwischen wird durch die Schwerkraft und die Energ.....[Volltext lesen]

Abbildung: Catchcar,

Im Jahre 1976 entwickelte Anton Schwarzkopf das erste Katapultstartsytem mit einem tonnenschweren Gewicht, dass fallen gelassen wurde. Auch hier wurde klassisch ein Caddy am Seil befestigt und durch das herabfallende Gewicht über eine Rolle abgewickelt. Auch bei den Abschussachterbahnen gibt es verschiedene Antriebsmöglichkeiten.

Eine andere Antriebsmöglichkeit ist z.B. der LIM-Antrieb. Hier wird der Zug unabhängig von einem Caddy mit Elektromagneten die flach unter dem Zug angebracht sind, beschleunigt[Wikipedia, Launched Coaster].

2.3 Radsystem

Die Räder am Zug geben den nötigen Rückhalt, denn ohne die mittlerweile als Standard eingebauten Radsysteme könnten wir die ganzen Überkopfelemente vergessen. Bei Achterbahnen ist es heutzutage üblich, dass sie ein Laufrad, ein Führungsrad und ein Gegenrad besitzen. Das Laufrad überträgt die Last auf die Schiene, das Führungsrad an der Seite überträgt die Querkräfte auf die Schiene und sorgt so dafür, dass der Zug in der Kurve nicht aus der Schiene springt und das Gegenrad verhindert zusätzlich, dass der Zug vorallendingen bei Inversionen aus der Schiene springt [Schützmannsky 2001,S. 98 ]. Ab und zu verwenden Achterbahnbauer noch ein viertes, schräg neben dem Laufrad angebrachtes Radpaar.

Die ersten Achterbahnen fuhren auf Metallschienen und besaßen nur Räder auf den Schienen. Mit den ersten Kurven kamen auch Führungsräder, auch als „Sidefriction Wheels“ bezeichnet. Als die ersten, noch kreisförmigen Loopings, gebaut wurden, besaßen die Züge auch nur Laufräder. Alle Achterbahnen die so gebaut worden sind, wurden aber direkt wieder aus dem Betrieb genommen, da sich zu viele Menschen verletzten. 1912 kam man auf die Idee, unter der Schiene sogenannte „Underfriction Wheels“ einzusetzen und schuf damit eine wichtige Voraussetzung für die nächste Ära im Achterbahnbau [Wikipedia, Achterbahn].

2.4 Bremsfunktion

Ohne die Bremsen wäre Achterbahnfahren eine zu hohe Gefahr. Sie bieten nicht nur Auffahrtschutz und Geschwindigkeitsregulierung, sondern sorgen auch für eine höhere Kapazität. Achterbahnen mit mehr als einem Zug sind in Blockbereiche eingeteilt. Diese werden durch Bremsen gesteuert und kontrolliert. Wenn sich in dem Block vor dem Zug noch ein weiterer Zug befindet, wird der hintere abgebremst und wartet, bi.....

2.5 Beschleunigungskraft

Beschleunigungskräfte machen während der Achterbahnfahrt den wohl größten Reiz aus und spielen eine sehr wichtige Rolle. Auf unserem Planeten gibt es eine Anziehungskraft, die Erdanziehungskraft. Wenn diese Kraft nicht gegeben wäre, würden wir schweben und ein Leben würde uns unmöglich erscheinen. Wenn man von 1g ausgeht ist man der normalen Erdanziehung ausgesetzt.

Wenn man zum Beispiel im Schwimmbad ein 10 Meter-Brett hinunter springt, dann rast man mit 9,81 m/s² auf das Wasser zu. Es besteht also eine Beschleunigungskraft. Üblicherweise bezeichnet man die Beschleunigungskräfte bei einer Achterbahn immer als g-Kraft, denn man teilt die Beschleunigung(a) durch die Erdbeschleunigung(g), daraus folgt der g-Faktor. Man unterscheidet zwischen Vertikalen-und Lateralen g-Kräften, und zusäzlich jeweils zwischen positiven und negativen g-Kräften.

Von positiven g-Kräften spricht man wenn sich die Achterbahn im „Tal“ befindet, dann wird man z.B. um das 3,5- fache der Erdanziehung und seines Körpergewichts in den Sitz gedrückt. Wenn man sich jedoch auf einem „Hügel“ befindet und um z.B das 3,5-fache der Erdanziehung und seines Körpergewichts aus dem Sitz gezogen wird, dann spricht man von negativen g-Kräften.

Zustande kommen diese Kräfte durch die Trägheit der Masse. Der Körper stellt sich immer auf eine Situation ein, z.B. die Abfahrt, die ihm dann direkt wieder genommen wird, wenn der Zug plötzlich wieder hinauf fährt. Der Körper jedoch, will aufgrund der Trägheit seiner Masse, nach unten, man wird also in den Sitz gepresst. Umgekehrt funktioniert das genauso, man wird dann aus dem Sitz gezogen, was der Sicherheitsbügel jedoch verhindert.

Abbildung: „Airtime“,

Das Gefühl bleibt aber trotzdem, und dieser Moment wir als „Airtime“ bezeichnet. Von Lateralen g-Kräften ist die Rede, wenn es um seitliche Beschleunigung geht. Man nennt die Lateralen g-Kräfte desshalb auch seitliche g-Kräfte. Sie werden jedoch bei einem bestimmten Neigungswinkel mehr oder weniger vertikal.

Wenn man z.B. eine um 90° geneigte Kurve abfährt, sind die lateralen g-Kräfte komplett aufgehoben sie wirken also wieder vertikal [Freizeitparkinfos, Beschleunigungskräfte be.....

Auf den Looping angewendet, bedeutet dies die Abfahrt auf einer Geraden die mittels der Klothoide in einen ovalförmigen Kreis führt.

Abbildung: ovaler Looping,

Je mehr man an Höhe gewinnt, desto enger wird die Spiralform. Oben angekommen spiegelt sich dasselbe genauso noch einmal. So entsteht ein eleganter Looping ohne Gefahren für die körperliche Gesundheit, der mittlerweile hundertfach, in verschiedenen Ausführungen, in Freizeitparks weltweit zu finden ist [Schützmannsky 2001,S.48 ff.].

2.7 Sicherheitsbügel

Sicherheitsbügel könnte man auch einfach als Rückhaltesystem bezeichnen. Die ersten Achterbahnen mit Sicherheitsgurten besaßen einfache Schoßbügel, die dem Fahrgast nur im Notfall zu Nutze kamen. Als jedoch der befahrbare Looping in der Konstruktion war, wurde man vor eine neue Aufgabe gestellt. Man suchte nach einer Lösung für die Fahrten mit hohen Geschwindigkeiten und für die Inversion.

Man kam auf die Idee, Schulterbügel in Einheit mit dem Schoßbügel zu entwickeln. Diese Art von Sicherheitsbügel findet man nun fast immer auf Loopingachterbahnen. Als seltenere Variante kommen Schoß-und Schulterbügel als getrennte Einheiten zum Einsatz, z.B. beim Olympia Looping [Schützmannsky 2001,S. 98 f.].

3 Schlussteil

Wenn man nun die technische Entwicklung der Achterbahnen abschließend insgesamt betrachtet, fällt auf, dass sich vieles auf andere technische Bereiche bezieht. Man hat die Technik über die vielen Jahre immer mehr verbessert, ist damit aber auch immer ein höheres Risiko eingegangen. Doch nur dieses Risiko, das viele Achterbahnbauer immer im Kopf behalten haben, macht die Achterbahne.....

Engel, Fabian: Beschleunigungskräfte bei einer Achterbahnfahrt, Freizeitparkinfos. Online im Internet: URL: [Stand 31.05.2012]

Schützmannsky, K.,(2001): Roller Coaster. Der Achterbahn-Designer Werner Stengel. Heidelberg 2001

Wikimedia Foundation Inc: Achterbahn, Wikipedia. Geändert am 28.05.2012. Online im Internet: URL: [Stand 24.05.2012]

Wikimedia Foundation Inc: Achterbahnelemente, Wikipedia. Geändert am 15.05.2012. Online im Internet: URL: [Stand 24.05.2012]

Wikimedia Foundation Inc: Launched Coaster, Wikipedia. Geändert am 20.02.2012. Online im Internet: UR.....