Lokomotivrahmen

Der Lokomotivrahmen ist das hauptsächlich tragende Bauteil von Lokomotiven aus der Zeit des Anfanges des Lokomotivbaues bis zur Konstruktionsform des selbsttragenden Lokomotivkastens. Er ist der Träger für die Antriebs- und Hilfseinheiten sowie die Aufbauten. Er ruht mit der Last aller an ihm befestigten Bauteilen auf dem Laufwerk und überträgt die Zugkräfte. Der Lokomotivrahmen wird im Alltag besonders durch die Pufferstöße und die Zug- oder Druckkraft belastet, eine nicht zu unterschätzende Belastung entsteht beim Anheben der Lokomotiven oder des einfachen Rahmens durch Verbiegung. Durch den Sinuslauf tritt eine Belastung auf Diagonalsteifigkeit auf.

Klassifikation des Rahmens

Klassifikation nach dem Verwendungszweck

Rahmen der Fk 262 im Dampflokwerk Meiningen

Unterteilt werden Lokomotivrahmen für die Verwendung für die verschiedenen Konstruktionsarten der Lokomotiven. Es wird zwischen Rahmen für Rahmenlokomotiven oder Rahmen für Drehgestelllokomotiven unterschieden. Die Rahmen für die Rahmenlokomotiven werden unterteilt in Innenrahmen und Außenrahmen. Die Mehrheit der Lokomotivkonstruktionen für Dampflokomotiven besaßen Innenrahmen. Für diese Konstruktion sprach die bessere Möglichkeit der Rahmenwangenversteifung und verschiedene andere betriebliche oder konstruktive Gründe, wie die bessere Erkennung von eventuellen Radschäden oder, bei Dampflokomotiven, der Wegfall der beim Außenrahmen benötigten Achskurbeln, den sogenannten Hallschen Kurbeln. Bekannte Vertreter von Außenrahmenlokomotiven sind die Sächsische I K, die ČSD-Baureihe 324.3 oder die MAV-Baureihen 220 und 377. Bei Elektrolokomotiven waren die Außenrahmen häufiger. Innenrahmen besaßen mehrheitlich die Stangenlokomotiven. Die Einzelachslokomotiven besaßen und besitzen als Drehgestellkonstruktion Außenrahmen zur besseren Unterbringung des Einzelachsantriebs. Eine Ausnahme bildete hier die DR-Baureihe E 16 mit dem Buchli-Antrieb. Bei Diesellokomotiven besaßen die Rahmenlokomotiven bevorzugt Innenrahmen.

Drehgestelllokomotiven besitzen hingegen Brückenrahmen, bei denen zu der Rahmenkonstruktion noch die Halterung für den Drehzapfen zur Führung der Drehgestelle kommt. Die Rahmen für die Drehgestelle waren vorrangig als Außenrahmen ausgebildet. Ausnahmen waren hier frühere Konstruktionen der DB wie die V 80 und die V 200.

Klassifikation nach der Konstruktion

typische Bauform des Barrenrahmens bei der DR-Baureihe 01

Blechrahmen der SBB E 3/3 im Dampflokwerk Meiningen

Blechrahmen der DR-Baureihe E 19
Quelle Messerschmidt Lokomotivtechnik im Bild

Nach der Konstruktion wird zwischen Barren-, Blech- und Stahlgussrahmen unterschieden. Im Dampflokomotivbau wurde in der Zeit bis 1945 vorwiegend der Barrenrahmen verwendet, die Blechrahmen waren mehr für Lokomotiven untergeordneter Bedeutung. Bei Diesel- und Elektrolokomotiven sowie den Dampflokomotiven nach 1945 wurden vorrangig Blechrahmen verwendet. Besonders in Kombination mit der Schweißtechnik war diese Konstruktion leicht und billig herzustellen. Der Stahlgussrahmen wurde bei einigen Dampflokomotiven von Privatbahnen in den USA verwendet. Bekannt sind z. B. die Reihe J der Norfolk and Western Railway.

In der Zeit bis 1945 wurden die Rahmen bevorzugt in den Einzelteilen vernietet und verschraubt gefertigt. Die Schweißung kam erst nach 1945 in großem Umfang auf. Mit dem Übergang der Lokomotivkonstruktionen zur selbsttragenden Konstruktion hat sich die Frage nach der Rahmenkonstruktion erübrigt.

Vermessung der Rahmen nach der Herstellung und der Instandsetzung

Erstmals nach der Herstellung und nach der Aufarbeitung bei jeder Hauptuntersuchung müssen die Lokomotivrahmen vermessen werden. Dies geschah in der Dampflokzeit noch durch herkömmliche mechanische Messverfahren. Die Rahmen für Diesel- und Elektrolokomotiven und für die Dampflokomotiven mit Rollenlagerung in den Treibstangen verlangen noch größere Messgenauigkeit, so dass sich hier die optisch-mechanischen Messverfahren zur Rahmenvermessung erforderlich machen.

Zum Vermessen wird der Rahmen auf höhenverstellbare Böcke gestellt und in Waage gebracht. Dabei muss sichergestellt werden, dass er bei abgenommenen Achsgabelstegen nicht durchhängen kann. Zur Vermessung waren bestimmte Urmaße zu kontrollieren und im Rahmenmessblatt zu dokumentieren. Besonders wichtig waren hier bei den Dampflokomotiven

• der Zylinderdurchmesser,
• Achslagerführungs- und Gleitplattenabmessungen,
• Lage der Achsgabelstege in Form von Höhe und Breite,
• Abstand der Treibachsmitte zur Zylindermitte in Längsrichtung,
• Abstand der Rahmenmitte bis zur Zylindermitte in Querrichtung,
• seitliche Abweichung der Zylindermitte in Höhe der Treibachse,

für diese Maße gab es Nennmaße und Toleranzen, die unbedingt eingehalten werden mussten. Bei Diesellokomotiven waren besonders bei Stangenlokomotiven die Blindwellenlagerung, der waagerechte Abstand der Gleitbacken im Achslagerausschnitt, die Stichmaße von der Blindwellenlagermitte bis zur ersten Achslagermitte und der Achsmitten untereinander, der äußere Abstand der Achslagergleitbacken von der Rahmenmitte aus wichtig. Die Achslagermitten konnten mit Körnermessschrauben, die bei den Achslagerführungen im Rahmen eingeschraubt waren, ermittelt werden. Hier wurden durch Zirkelanschlag und Messkörner die waagerechten und senkrechten Mittenebenen der Achsen in Abhängigkeit von der Mitte des Blindwellenlagers und der Stichmaße festgelegt werden. Sie dienten als Ausgangs- und Bezugspunkt bei allen Rahmenvermessungen.

Prüfung der Rahmen auf Belastbarkeit

Schon bei der Herstellung wurde jeder Lokomotivrahmen verschiedenen Belastungsproben unterzogen; so wurde nach dem Zusammenbau des fertiggebauten Wagenkastens des EM 475.0 der gesamte Kasten ohne Drehgestelle mit einer senkrechten Belastung von 30 t und einer waagerechten Belastung von 70 t beaufschlagt, und danach der Wagenkasten auf eventuelle Verformungen und Verbeulungen begutachtet. Andere Prüfungen wurden im Rahmen der Fahrzeugzulassung durchgeführt; so wurde am Rahmen der DB-Baureihe 151 in einer Versuchsanstalt mehrere Probebelastungen mit einer maximalen Druckkraft von 200 t geprüft, wobei keine bleibenden Verformungen festzustellen waren. Der gesamte Lokkasten der HGe 4/4 II wurde einschließlich mitverschweißten Brückenrahmen mit einer zentralen Druckkraft von 100 t geprüft. Selbstverständlich spiegelten solche Prüfungen noch nicht den realen Eisenbahnbetrieb wider.

In früheren Zeiten existierten für solche statischen Prüfungen in den Werkstätten und Ausbesserungswerken nicht die Prüfungsmöglichkeiten; Prüfungen konnten nur mit Rahmenmodellen durchgeführt werden, wobei diese Prüfungen dem realen Alltagsbetrieb schon sehr nahe kamen. Für die Rahmen der DR-Baureihe 52 wurden statische Versuche, Fahrversuche und Versuche der Dauerfestigkeit von dem Staatlichen Materialprüfungsamt Berlin-Dahlen durchgeführt. Dabei mussten für die Prüfungen auf die Möglichkeit der Prüfmaschinen Rücksicht genommen werden. So wurden für die statischen Versuche Rahmenteile vom Hersteller zur Verfügung gestellt, die alle einen Achsausschnitt umfassten. Diese Rahmenteile wurden in die Zugprüfmaschine eingespannt und mit bis zu 97 t Belastung beaufschlagt. Die Spannungen betrugen hier bis zu 180 N/mm² im Bereich der Achsausschnitte. Für die Fahrversuche wurden die üblichen Fahrversuche des Lokomotiv-Versuchsamt Grunewald mit verwendet. An der zu prüfenden Lok wurden zwölf dynamische Dehnungsmesser an verschiedenen Stellen des Lokomotivrahmens angebaut und die gewonnenen Belastungen auf Oszillogrammen übertragen. Die Fahrversuche wurden bei 100 Versuchsfahrten auf einem 100 m langen Abschnitt auf freier Strecke bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Belastungen durchgeführt.

Die Versuche auf Dauerfestigkeit wurden auf Hochfrequenzpulsatoren durchgeführt. Auf Grund der Größe der Maschinen konnten keine realen Maßabbilde wie beim Zugversuch verwendet werden, es mussten verkleinerte Modelle mit 16 %, 32 % und 57 % der Modellgröße verwendet werden und die erzielten Spannungsresultate doppeltlograrithmisch auf dem Originalmaßstab umgerechnet werden. Bei den Umrechnungen wurden Werte der Betriebsfestigkeit von 170 N/mm² ermittelt. Bei den Versuchen ging eine Rahmenwange eines Modelles nach 443.000 Lastwechseln zu Bruch, Grund war ein Materialfehler.

Aufarbeitung des Rahmens

Die Aufarbeitung des Lokomotivrahmens mussten bei jeder planmäßigen Untersuchung, die im Intervall von ungefähr 1,5 Jahren durchgeführt wurden, und bei außerplanmäßigen Ereignissen wie einer Entgleisung oder einem Auffahrunfall im Ausbesserungswerk durchgeführt werden. Die erforderlichen Arbeitsschritte sind in den Artikeln der Barrenrahmen und Blechrahmen gesondert dokumentiert.

Weblinks

Commons: Lokomotivrahmen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Gegenüberstellung der verschiedenen Rahmenarten bei Dampflokomotiven

Literatur

• Karl-Ernst Maedel, Alfred B. Gottwaldt: Deutsche Dampflokomotiven, Transpress Verlag, Berlin, ISBN 3-344-70912-7
• Manfred Weisbrod, Hans Müller, Wolfgang Petznick: Dampflok-Archiv, Baureihen 01–99, Transpress-Verlag, Berlin 1976
• Wilfried Rettig: Das RAW Görlitz, EK-Verlag, Freiburg, ISBN 978-388255-771-8
• Wolfgang Messerschmidt: Lokomotivtechnik im Bild, Motorbuchverlag, Stuttgart 1991, ISBN 3-613-01384-3
• Staatliches Materialprüfungsamt Berlin-Dahlem: Spannungsmessungen am geschraubten Blechrahmen der Baureihe 52, Berlin 1944