mini|hochkant=1.5|Vorderer Treibradsatz einer Dreizylinder­dampf­loko­mo­tive mit Zweiachsantrieb. An den Außenseiten befinden sich die Kurbelzapfen für die Kuppelstangen. Die Achswelle ist als Treibachse für den Innenzylinder gekröpft (in der Fach­sprache daher eine „Kropfachse“). Die in die Räder ein­gegossenen Gegenmassen sollen die Unwuchten der umlaufenden – und teilweise der hin- und hergehenden Massen des Triebwerkes ausgleichen.

Eisenbahnräder sind die Räder von Eisenbahnfahrzeugen und Teil des Radsatzes und haben verschiedene Bauformen. Sie waren ursprünglich Speichen­räder, später Scheibenräder, sowie bereifte - und Vollräder, oder gummigefederte – und in einigen Fällen luftbereifte Räder. Nach der Funktion wird auch zwischen angetriebenen Treibrädern und nur tragenden Laufrädern unterschieden. In der Regel sitzen die Radscheiben eines Radsatzes verdrehfest auf der Achswelle, es gibt jedoch auch Losradsätze mit unabhängig auf der feststehenden Achse gelagerten Rädern und einzeln gelagerte Halb- oder Stummel­achsen. Bei einem Spurwechselradsatz für Regelfahrzeuge sind die Radscheiben auf der Achswelle verdrehfest seitlich verschieb- und verriegelbar.

Die Entwicklung des Rad-Schiene-Systems hat dazu geführt, die Laufflächen der Räder konisch zu profilieren. Dies bewirkt den selbstzentrierenden Sinuslauf im Gleis, gesichert durch den Spurkranz.

Speichenräder

Erste Eisenbahnräder waren durch die Kutschenbau-Tradition beeinflusst oft als hölzerne Speichenräder ausgeführt. Von der 1830 gebauten amerikanischen Lokomotive John Bull ist folgende Ursprungsausführung der Treibräder bekannt: die Radnaben bestanden aus Gusseisen, die Speichen und Felgen aus hartem Robinienholz, die dreiviertel Zoll dicken Radreifen wiederum aus Schmiedeeisen.

Die großen Treibräder moderner Dampflokomotiven wurden später zwar durchgehend aus Stahlguss gefertigt, jedoch zur Masseersparnis weiterhin als Speichenräder ausgeführt. Die ersten elektrischen Vollbahnlokomotiven liefen ebenfalls auf Speichenrädern. Bei einigen Bauarten von Einzelachsantrieben mit gefedert gelagerten, leistungsstarken Motoren waren die Speichenräder auch eine funktionelle Notwendigkeit. Hier führten Ausleger vom Großrad auf einer Hohlwelle durch die Speichen hindurch auf die Außenseite der Räder, wo sie über Federelemente (stählerne Topffedern/„Federtopfantrieb“ oder Gummisegmente/„Gummisegmentfederantrieb“) mit dem Radkörper verbunden waren.

Farbanstrich

Die Räder können einen Farbanstrich haben, der aber die Laufflächen und die Seitenflächen des Radreifens (dort, wo bei Güterwagen die Gleisbremsen wirken) auslässt. Neben dem Korrosionsschutz erfüllt der Farbanstrich auch die Funktion, thermische Überbeanspruchungen sowie Risse erkennbar zu machen.

Bei einer thermischen Überbeanspruchung durch einen Heißläufer oder eine dauernd angelegte Bremse verbrennt die Farbe unter deutlicher Rauchentwicklung. Im abgekühlten Zustand zeigen sich danach sichtbare Abblätterungen der Farbe.

Eine geeignete Farbgebung des Rades kann helfen, Schäden durch Risse rechtzeitig zu erkennen. Bei Speichenrädern deutscher Dampflokomotiven wurde eine rote Farbe gewählt, in der Haarrisse in den Speichen gut erkennbar waren, da die dunklen Fettrückstände, welche sich in den Rissen sammelten, sich deutlich vom hellen Rot absetzten. Eine noch hellere Farbe wäre ungeeignet gewesen, um einen glänzenden frischen Bruch zu erkennen.

Bei bereiften Rädern werden je vier Farbmarkierungen angebracht, die anzeigen, ob sich der Radreifen auf dem Radkörper verdreht hat. Bei der Rhätischen Bahn hingegen erfüllt der schwarz-weiße Anstrich die Aufgabe, blockierende Räder zu erkennen. Bei dieser Bahn besteht auf Grund der vergleichsweise langsam reagierenden Saugluftbremse ohne Möglichkeit, einen Gleitschutz vorzusehen, im Zusammenhang mit den Höhenunterschieden der befahrenen Strecken sowie im Winter bei Schnee und Eis, eine besonders große Gefahr, dass die Radsätze blockieren.

Bei US-amerikanischen Bahnen sind heute Farbanstriche an Radscheiben generell verboten.

Boxpok-Räder mini|01 0503 (DR-Baureihe 01.5) mit Boxpok-Rädern

Eine Alternative zum Speichenrad ist die von der US-amerikanischen General Steel Castings Corporation (Granite, Illinois) patentierte „Boxpok“-Bauweise (= : „boxed spoke“ = „verpackte Speiche“), bei der sich das hohle Rad aus Speichen mit U-förmigem Querschnitt mit annähernd ovalen seitlichen Aussparungen unterschiedlicher Größe zusammensetzt.steamlocomotive.com: Steam Locomotive Driver Wheel Types (englisch), abgerufen am 25. April 2020. Sie sind bei gegebener Belastung leichter als „echte“ Speichenräder.

mini|Boxpok-Räder der Lokomotive SNCF 141 R 1199

Dem Boxpok-Rad ähnlich waren das Baldwin-Scheibenrad der Baldwin Locomotive Works (Pennsylvania) und das durch die vom Art-déco-Industriedesigner Henry Dreyfuss gestalteten Hudson-Stromlinienlokomotiven der New York Central-Baureihe J-3a bekannte Scullin-Doppelscheibenrad der amerikanischen Scullin Steel Co. (St. Louis, Missouri). Das in Großbritannien von Oliver Bulleid und Firth Brown entwickelte Bulleid Firth Brown-Rad (BFB-Rad) ist nicht hohl, sondern die Radscheibe hat einen trapezförmig-gewellten Querschnitt.https://locoyard.files.wordpress.com/2012/08/2008-ropley-35005-canadian-pacific-bulleid-firth-brown-wheel.jpg?w=1200

In Europa gab es Boxpok-Räder besonders nach dem Zweiten Weltkrieg, etwa bei den Lokomotiven der sowjetischen Baureihe П36 (P36) und den als Wiederaufbauhilfe in großer Anzahl aus den USA und Kanada nach Frankreich gelieferten Mikado-Universallokomotiven der Reihe 141 R. Als einzige deutsche Dampflokomotiven waren acht Schnellzugmaschinen der DR-Baureihe 01.5 zeitweise mit Boxpok-Rädern ausgerüstetFoto der DR 01 0503-1 mit Boxpok-Rädern, die sich jedoch wegen Fertigungsfehlern nicht bewährten und wieder durch neugegossene, verstärkte Speichenradsätze ersetzt wurden.

Radreifen

Bereifte Räder bestehen aus einem Radkörper und einem diesen umschließenden Radreifen. Diese Komponenten bestehen je aus einer anderen, für ihren Zweck besser geeigneten Stahllegierung, die vor der Montage noch getrennt bearbeitet werden können (zum Beispiel Schmieden der Radreifen). Dieses Konstruktionsprinzip bot und hat auch heute noch teilweise Vorteile gegenüber

einem homogenen Graugusskörper (bruchanfällig am Umfang), einem homogenen Stahlgusskörper (im 19. Jahrhundert noch nicht wirtschaftlich herzustellen) oder einem homogenen Drehkörper (im 19. Jahrhundert noch nicht wirtschaftlich herzustellen) oder einem homogenen Schmiedekörper (im 19. Jahrhundert noch nicht wirtschaftlich herzustellen)

mini|Radreifen-Logo von Krupp

1852/1853 erfand Alfred Krupp in Essen den nahtlos gewalzten Radreifen: Ein geschmiedetes, längliches Stück Stahl wurde mittig gespalten, ringförmig auseinandergetrieben, gereckt und gewalzt. Krupp verkaufte für Jahrzehnte seine Radreifen an die meisten nordamerikanischen Eisenbahnen und begründete damit den Erfolg des späteren Kruppschen Industrieimperiums. Die drei Ringe des Kruppschen Firmensymbols erinnern daran. Zur selben Zeit gelang es Jacob Mayer in Bochum, Radreifen direkt als Stahlformguss herzustellen.Die große Chronik Weltgeschichte. Band 13: Industrialisierung und nationaler Aufbruch 1849–1871. Wissen Media Verlag GmbH, Gütersloh/München 2008, ISBN 978-3-577-09073-5, S. 72 online. Bis zum Anfang des 20. Jahrhunderts konkurrierten beide Verfahren, letztendlich sind Krupps aus dem Block geformte Radreifen jedoch wirtschaftlicher herzustellen und haben aufgrund der stärkeren Umformung des Stahls die besseren Materialeigenschaften. Bevor Krupp und Mayer die einteiligen Radreifen erfanden, wurden Stäbe rundgebogen und geschweißt – was bei den erforderlichen harten Stahlsorten zu häufigen Brüchen an der Schweißstelle führte – oder aus dünnerem Stabmaterial spiralartig gewickelt und dann geschmiedet.Moritz Pollitzer

Ein Vorteil von Radreifen ist, dass bei verschlissenen Rädern nicht die gesamte Radscheibe ausgetauscht werden muss. Es ist also nicht zwingend notwendig, die Pressverbindung zwischen Radscheibe und Achse zu lösen. Da der Radreifen im Durchschnitt über 600 000 Kilometer auf den harten Schienen aus Stahl rollt, muss er selbst aus besonders widerstandsfähigem Stahl und extrem fest am Radkörper befestigt sein. Nachteilig ist die höhere Masse von bereiften Rädern, einmal wegen der erforderlichen Materialmenge für die Passung von Radkörper und Radreifen, für die Stabilität der Presspassung und wegen der Mindeststärke des Radreifens.

Zwischen Radreifen und Radscheibe kann eine Federung aus Gummi (gummigefederter Radsatz) angebracht sein. Das erhöht den Fahrkomfort und hat sich bei Straßen- und Stadtschnellbahnfahrzeugen bewährt. Der Eisenbahnunfall von Eschede zeigte jedoch, dass ein sicherer Einsatz dieser Radsätze nur durch eine sorgfältige Überwachung im Betrieb und einer im Vorhinein erfolgten ausführlichen und kritischen Untersuchung der Belastungsgrenzen sicher erfolgen kann. Dieses wurde bei der Deutschen Bahn in den 1990er Jahren jedoch nicht umgesetzt, was zum schwersten Unfall im deutschen Hochgeschwindigkeitsverkehr geführt hat. Den Beteiligten ist ohne Zweifel ein äußerst fahrlässiges Verhalten im Bezug auf die Einführung dieser gummigefederten Räder vorzuwerfen.

Montage und Demontage

Die Verbindung von stählernen Radreifen mit dem Radkörper geschieht in der Regel durch Aufschrumpfen. Dazu werden die Radreifen mit einem geringfügig kleineren Durchmesser als dem Außendurchmesser des Radkörpers (dem Radkranz) gefertigt. Der Radreifen wird dann soweit erwärmt, dass sein Innendurchmesser durch die Wärmeausdehnung etwas größer ist als der äußere Durchmesser des Radkörpers. In diesem Zustand wird der Radsatz eingesetzt. Der Radreifen zieht sich beim Abkühlen wieder zusammen und umschließt den Radkörper mit einer kraftschlüssigen Verbindung.

An der Außenseite haben Radreifen am inneren Umfang einen Bund, der beim Aufsetzen als Anschlag dient und Verschiebungen nach innen verhindert. Auf der Innenseite ist eine Nut eingedreht, in die ein stählerner Sprengring eingesetzt und verwalzt wird. Er dient als Sicherung, falls sich der Radreifen insbesondere durch eine feste Bremse oder einen Heißläufer lockert. Darüber hinaus gibt es auch Ausführungen, die ohne zusätzliche Sicherungsringnut ausgeführt sind. Diese Radreifen besitzen auf der Innenseite ebenfalls einen Anschlagbund, der das seitliche Auswandern des Radreifens verhindert. Der Anschlagbund der Innenseite ist deutlich kleiner ausgeführt als auf der Außenseite, da er beim Aufschrumpfen des Radreifens nach Erwärmen über den Radkörper gezogen werden können muss.

Zur Demontage wird ein abgefahrener Radreifen aufgeschlitzt, vom Radkörper getrennt und entsorgt. Der Radkörper wird nach einer Prüfung weiterverwendet.

Belastung von Radreifen

Radreifen sind durch ihren Schrumpfsitz ständig auf Zug belastet. Auf den Laufflächen von Radreifen, auf die Klotzbremsen einwirken, treten außer dem Abrieb auch kleine Querrisse auf. Durch die Abrollbewegung verschiebt sich bei hohen Aufstandskräften von zehn Tonnen pro Rad das Material langsam nach außen und führt zu einer Überwalzung am Außenrand. Diese Walzarbeit auf der Lauffläche entspannt aber auch die durch das Bremsen rissbelasteten Flächen, so dass von den kleinen Querrissen keine Bruchgefahr ausgeht. Das ist anders, wenn ein Bremsklotz auf den äußeren Radreifenrändern schleift und Wärme in die Außenkante bringt: Dieser Bereich wird durch die Walzarbeit nicht entspannt, was zu Spannungsrissen von der Außenseite führt. Radreifen werden mit Ultraschall auf diese Rissbildung untersucht. Eine weitere Gefährdung tritt durch die Kerbwirkung von Stempelungen auf.