Aufbau des Kastens

Endlich kommen wir zum Aufbau des Kastens. Wie wir erfahren haben, kann sich ein Kasten je nach Bauart deutlich unterschieden. Daher werden wir diese Unterschiede in zwei getrennten Kapiteln ansehen. So soll die Angelegenheit für Sie etwas überschaulicher werden. Das schlimmste, was uns passieren kann, ist, wenn wir uns in Wald der Kasten verlaufen und so den Weg zur Lokomotive nicht mehr finden.

Dabei behandeln wir hier nur den Kasten einer Lokomotive und nicht die Vorbauten. Vorbauten wurden oder werden meistens nach dem gleichen Prinzip, wie der Kasten gebaut, so dass sie dessen Merkmale tragen und mit dem Kasten auch gleich erwähnt werden. Bei den Vorbauten verzichtete man einfach auf ein Dach, weil es eben keine Kasten sind. Sie können Sich daher merken, ein Kasten hat immer ein Dach, das ihn abschliesst.

Kasten können auf unterschiedliche Weise aufgebaut werden. Grundsätzlich unterscheidet man aber zwei Formen, denn je nach Kasten wird die Lokomotive anders aufgebaut. Diese beiden Varianten der Kasten unterteilt man in selbsttragende Modelle und eben solche, die das nicht tun. Eisenbahner sind nicht oft einfallsreich, so dass man diese etwas holprige Unterscheidung wählte. Damit sind wir schon sehr nahe bei der ersten Aufteilung, nur verlief diese leider nicht so geradlinig, wie man das meinen könnte.

Wie mehr Zeit wollen wir damit nicht mehr verlieren. Deshalb beginnen wir beim Kasten der ersten Lokomotiven. Genau ich spreche von den Lokomotiven, die eigentlich gar keinen Kasten haben sollten. Das ist eine Eigenart dieser mit Rahmen aufgebauten Lokomotiven. Der Rahmen erübrigt eigentlich schon einen Kasten. Letztlich ist es nur mit Hilfe des Rahmes möglich eine Lokomotive so zu bauen. Der Kasten wird  deshalb hier nicht selbsttragend gebaut.

 

Der Kasten bei der Rahmenlokomotive

Bei Lokomotiven, die mit Rahmen gebaut werden, übernimmt dieser die grössten Kräfte. Der Kasten der Lokomotive kann, wie das bei Dampflokomotiven meistens getan wurde, der Kasten weggelassen werden. Bei Lokomotiven mit Kasten führte man diesen nur sehr leicht aus. Er konnte daher nicht zur Übertragung der Kräfte herangezogen werden. Die Bauweise erinnerte eigentlich an eine Kartonschachtel, die aus Blech gefaltet wurde.

Natürlich verwendete man dazu nicht Karton, denn dieser widersteht dem Wasser des Regens nicht so gut. Daher wurden als Hauptwerkstoffe Bleche aus Stahl verwendet. Damit man diese Bleche montieren konnte, baute man darunter ein Gerüst. Dieses Gerüst bestand anfänglich aus einfachen Holzlatten. Später wurden Stahlträger verwendet. Wo es sehr leicht werden musste, verwendete für Teile des Kastens man spezielle Planen aus Stoff, die vor der Nässe schützten.

Wer mit solchen leichten und wenig stabilen Materialien baut, kann nicht erwarten, dass der Kasten mehr als den Fahrtwind überstehen kann. Daher durften die Zugkräfte bei den Lokomotiven nicht über den Kasten übertragen werden. Das übernahmen der Rahmen oder bei den Gelenklokomotiven das Gelenk zwischen den Laufwerken. Entscheidend war, dass dieser Kasten möglichst leicht wurde und er nicht in die Kraftübertragung der Lokomotive eingebunden wurde.

Klingt etwas komisch ich weiss, aber wir können das mit den modernen Transportmitteln verdeutlichen.

Stellen Sie sich vor, ein Container wird auf einen LKW oder einen Wagen verladen. Die Kräfte des Transportes werden vom Fahrzeug übernommen.

Die Kiste, die sich Container nennt, ist nur aufgesetzt und übt keinerlei Zugkräfte aus. Daher kann der Kasten dieser Lokomotiven mit einem Container verglichen werden.

Sie hätten etwas mehr erwartet? Ich muss Sie enttäuschen. Es kamen bei solchen Lokomotiven nur leichte Metallprofile, die mit Blechen verbunden wurden, zur Anwendung.

Wenn es besonders leicht werden musste, gab es Holzleisten. Klingt sehr einfach und das war der Kasten auch. Mehr kann ich nicht bieten.

Aufwendige schwere Aufbauten sucht man hier vergebens, denn die schweren Teile waren im Laufwerk. Doch sehen wir uns nun deren Konstruktion genauer an.

Die Kasten wurden aus einzelnen Blechen und Profilen gefertigt. Natürlich hätte man auch ein ganzes Blech verwenden können. Jedoch mussten die Teile bei der Konstruktion des Kastens von den Arbeitern bewegt werden können. Auch wollte man, dass man den Kasten später für den Unterhalt an einigen Stellen öffnen konnte. Daher mussten diese einzelnen Bleche miteinander verbunden werden. Je besser und leichter diese Verbindung war, desto leichter wurde der Kasten.

Die Nietverbindungen: Verbunden wurden die einzelnen Bleche und Profile mit einfachen Nieten. Diese Nietverbindungen waren damals die einzige Möglichkeit die Teile des Kastens fest miteinander zu verbinden. Zudem konnten die Nieten auch gelöst werden, was Arbeiten im Kasten erleichterte. Diese Nietverbindungen waren schwer, da die Bleche entweder übereinander gelegt, oder mit einem Nietenband verbunden werden mussten.

Dieses Nietenband war ein Metallstreifen, der über die beiden Kanten der Bleche gelegt wurde. Mit Hilfe der Nieten wurde dieser Streifen am Profil auf der anderen Seite der Bleche verbunden. Dadurch wurden die beiden Bleche eingeklemmt und so fixiert. Der Vorteil der Nietenbänder war die schnelle und einfache Montage. Zudem mussten die Bleche nicht durch Löcher geschwächt werden. Trotzdem wurde zusätzliches Material benötigt.

Nieten wurden kalt oder heiss eingebaut und gepresst. Nach dem Einbau waren die Nieten fest und konnten nicht mehr gelöst werden. Daher ersetzte man die Nieten an den Stellen, wo die Bauteile oft gelöst werden mussten, durch Schrauben. Der Aufbau der Verbindung war damit jedoch mit dem bei Nieten identisch. Trotzdem blieb die Verbindung nur kraftschlüssig. Fehlerhafte Nieten führten dazu, dass sich die Bleche lösten.

Sie können sich denken, dass man bei einem so aufgebauten Kasten keine Zugkräfte übertragen kann. Die geklemmten Bleche hätten bei der Ausübung von Zugkraft, die Haftung verloren und sich daher gelöst. Deshalb konnten so nur Kasten entstehen, die nicht selbsttragend waren. Damit haben wir eigentlich den Grund für diese sehr Kasten kennen gelernt. Die Nieten reichten nicht aus um Zugkräfte zu übertragen.

Diese Art der Verbindung wurde bei den Dampflokomotiven und den ersten elektrischen Lokomotiven noch angewendet. Diese Verbindung hatte jedoch Nachteile, die hier nur kurz erwähnt werden sollten. Da für die Nieten doppelte Bleche nötig wurden, benötigte man zusätzliches Material, was unnötiges Gewicht darstellte. Die Niete selber war auch nicht gerade leicht, was ebenfalls Gewicht auftrug.

Die Nieten verwendete man, obwohl man über die Nachteile dieser Verbindung informiert war. Man hatte damals jedoch keine andere Lösung, wie man die einzelnen Bleche kraftschlüssig miteinander verbinden kann. So musste man notgedrungen zu den Nietverbindungen greifen. Diese Lösung verschwand aber schnell, als man eine neue Möglichkeit hatte, einzelne Bleche fest miteinander zu verbinden. Das Ziel waren immer möglichst leichte Kasten.

Die Schweissverbindungen: Eine andere Möglichkeit, Bleche miteinander zu verbinden, bot sich mit der aufkommenden Schweisstechnik. Bei der Schweissung verbindet man die einzelnen Bleche mit Hilfe von grosser Hitze miteinander. Die im Bereich der Verbindung entstehenden hohen Temperaturen bringen das Metall in diesem Bereich zum Schmelzen. Damit werden die einzelnen Bleche fest miteinander verbunden.

Bei der Verbindung fehlendes Material wird mit einem Schweissdraht ausgefüllt. Das Material des Schweissdrahtes wurde in die Naht eingegeben und so das Material ergänzt. Schweissverbindungen waren leichter und stabiler, als die bisher verwendeten Nietverbindungen. Trotzdem dauerte es überraschend lange, bis die Schweisstechnik auch im Bau von Kasten einzug gehalten hat. Der Nachteil war hier die nicht mehr lösbare Verbindung.

Es gab zwei verschiedene Lösungen um die Materialien zu verbinden. Bei der ersten Lösung erwärmt man das Metall mit Hilfe einer Flamme. Diese Flamme erzeugte man aus Sauerstoff und Acetylengas. Das fehlende Material wurde dabei mit separat verwendeten Schweissstäben zugeführt. Diese Fertigung entwickelte sich aus der bekannten Löttechnik heraus, denn man verwendet die gleichen Anlagen, wie beim Hartlöten.

Die zweite und erst später entwickelte Lösung war die Elektrizität. Als wir diese Elektrizität kennen lernten, erfuhren wir, dass in einem Lichtbogen hohe Energie entsteht. Diese Energie im Lichtbogen ist so hoch, dass man damit Metall zum Schmelzen bringt. Das fehlende Material wird hier mit der Elektrode oder mit den bekannten Schweissstäben zugeführt. Entscheidend ist hier jedoch die hohe Hitze, die im Lichtbogen entsteht.

Erst die Fortschritte bei der elektrischen Schweisstechnik, verhalfen dieser Konstruktion zum Erfolg. Der Vorteil bei der elektrischen Version war, dass die Energie immer und gleich bleibend zugeführt werden konnte. Die Schweissungen wurden schneller ausgeführt, was die Kosten für die Fertigung senkte. Erst jetzt verschwanden die Nietverbindungen zunehmend und es kam nur noch die elektrische Schweisstechnik zur Anwendung.

Es bleibt hier einfach bei einem Gehäuse, das die darin eingebauten Bauteile schützte. Sie liegen deshalb nicht mal falsch, wenn sie diese Kasten mit einem Container vergleichen, denn viel mehr war es nicht. Gut, eine Lokomotive hatte Fenster, warum der Container nicht? Wichtig war aber, dass sich diese Kasten für Rahmen- und Gelenklokomotiven nicht grundlegend veränderten, sie wurden leichter, aber nicht kräftiger.

Diese uralte Konstruktionsmethode mit Rahmen und Nieten oder Schweissnähten bezeichnet man gerne als Altbaulokomotive. Der Grund ist simpel und einfach, denn man wendete hier eine Konstruktion an, die seit Beginn der Eisenbahn verwendet wurde. Daher baute man solche Lokomotiven nach einem alten Muster, was zur Bezeichnung der Altbaulokomotive führte. Wobei der Begriff natürlich auch in anderen Bereichen verwendet wird.

Diese Altbaulokomotiven gehören definitiv der Vergangenheit an, denn heute werden die Kasten ganz anders aufgebaut. Zwar wurden die Kasten damit schwerer, aber da man nun auf andere Bauteile wie den Rahmen verzichten konnte, wurde das fertige Fahrzeug extrem leicht. Man konnte auf die zur Verteilung der Gewichte benötigten Laufachsen verzichten und optimale Lokomotiven mit hohen Leistungen bauen.

 

Der Kasten beim Drehgestell

Mit der Einführung der elektrischen Schweisstechnik, konnte man ganz andere Kasten konstruieren. Diese Kasten hatten den Vorteil, dass sie einen Teil oder die ganze Zugkraft, die im Fahrzeug erzeugt wurde, übertragen konnten. Damit konnte man auf den bisherigen Rahmen verzichten, was trotz dem kräftiger gebauten Kasten zu Einsparungen beim Gewicht führte. Die Fahrzeuge wurden insgesamt leichter.

Wie bei den Gelenklokomotiven stellte man hier den Kasten auf die Drehgestelle. Nur wurden die Drehgestelle nicht mehr direkt miteinander verbunden. Die Elemente zur Übertragung der Zugkräfte wurden am Kasten angebracht. Der Kasten besass daher die Zug- und Stossvorrichtunge, die bisher am Drehgestell oder am Rahmen montiert wurden. Das war der entscheidende Unterschied bei diesem Kasten.

Bei der Konstruktion dieser Kasten gab es jedoch zwei Lösungen, die wir näher betrachten müssen, denn wichtig war eigentlich nur, dass die Konstruktion in die Übertragung der Zugkräfte hineingezogen wurde. Die Drehgestelle ruhten daher unter dem Fahrzeug und waren mit diesem Kasten verbunden. Zwar führte man später wieder gekuppelte Drehgestelle ein, diese Kupplung diente jedoch nur der Verbesserung der Fahreigenschaften. Am Kasten änderte sich nichts mehr.

Da bei den Lokomotiven mit Drehgestellen die Kupplung oder der durchgehende Rahmen fehlte, musste man den Kasten leicht anders aufbauen. Man reduzierte daher die Teile, die in die Übertragung der Kräfte einbezogen wurden. Die anderen Bereiche, die nicht dazu benötigt wurden, baute man weiterhin leicht. Man hatte einen speziellen Fluss der Kräfte im Kasten geschaffen. Deutlich zeigt das die erste Konstruktion, die wir uns nun ansehen.

Die Lokomotivbrücke: Mögen Sie sich noch an die Brücken bei der Infrastruktur erinnern? Solche Brücken konstruierte man bei den neuen Kasten auch. Dabei wurde mit der Brücke jedoch kein Bach überquert, sondern die Brücke diente der Übertragung der Zugkräfte. Diese Zugkräfte wurden daher in dieser Brücke übertragen. Ähnlich, wie die Abstützkräfte bei einer Brücke auf die Widerlager geleitet wurden, leitete man nun die Zugkräfte zu den Zugvorrichtungen.

Eigentlich stellt die Lokomotivbrücke kein ganzer Kasten mehr dar. Die Bauteile beschränken sich nur noch auf den Teil, wo die Zugkräfte übertragen wurden. Dabei trägt diese Brücke die weiteren Aufbauten, was bildlich einer tragenden Brücke entspricht. Es handelt sich um eine moderne Konstruktion, da die Zug- und Stossvorrichtungen an dieser Lokomotivbrücke montiert wurden. Die Drehgestelle stützen daher nur die Brücke.

Auf dem Bild erkennen Sie eine Lokomotive, die mit einer Lokomotivbrücke versehen ist. Man kann das gut an den schmalen und niederen Vorbauten erkennen.

Die Zug- und Stossvorrichtungen sind an der Brücke montiert worden. Die ganze Konstruktion steht auf den beiden Drehgestellen, die zwar mit dem Kasten, aber nicht mit den Zug- und Stossvorrichtungen verbunden wird. Die Kraft fliesst über die Lokomotivbrücke.

Gerade Diesellokomotiven, die nur über einen einzigen Führerstand verfügen, arbeiten mit einer Lokomotivbrücke, da man so leichte und nur niedere Vorbauten schaffen kann.

Die Zugkräfte bleiben in der Brücke und daher müssen die Vorbauten keine Zugkräfte übertragen. Diese Bauform wird daher häufig bei Lokomotiven, die im Rangierdienst verwendet werden, angewendet. Der Grund ist simpel, denn die Lokomotivbrücke erlaubte Vorbauten.

Grundsätzlich entwickelte sich die modern erscheinende Lokomotivbrücke unabhängig von der Fertigungsmethode, so dass es durchaus auch genietete Modelle von Lokomotivbrücken gibt. Sie können die Lokomotivbrücken leicht an den daran montierten Zug- und Stossvorrichtungen erkennen. Der Kasten, so wie wir ihn uns vorstellen, gibt es eigentlich nicht mehr, auch wenn man das bei gewissen Lokomotiven meinen kann.

Das Konstruktionsprinzip mit der Lokomotivbrücke beschränkt sich nicht nur auf die oben erwähnten Lokomotiven. Man kann schnell fahrende und modern wirkende Lokomotiven mit Lokomotivbrücken bauen. Entscheidend ist bei diesen Lokomotiven jedoch die Tatsache, dass man auf der Brücke Aufbauten in Form von Hauben montiert. Das ermöglicht einen guten Zugang zu den Bauteilen in diesem Kasten.

Diese Lösung wurde bei den Lokomotiven, die für die deutsche Bundesbahn gebaut wurden, angewendet. Darunter befanden sich durchaus bekannte Baureihen, wie eine BR 103. Die Lokomotivbrücke ist eine Fertigungsmethode, die auch beim modernen Fahrzeugbau angewendet wird. Wobei man sich nun meistens auf Lokomotiven mit einem zentralen Führerhaus und beidseitigen Vorbauten beschränkt. Viele amerikanische Lokomotiven sind so gebaut worden und besitzen daher eine Lokomotivbrücke.

Beim Bau von elektrischen Lokomotiven mit zwei Führerständen beschritt man in Europa jedoch einen anderen Weg. Mit dem erfolgreichen Einsatz von elektrischen Schweissgeräten war der Bau von geschweissten Kasten kein Problem mehr. Es lag deshalb auf der Hand, dass man diesen Kasten so gestaltete, dass es sich selber tragen konnte. Er benötigte also keine Hilfskonstruktionen und auch keine Lokomotivbrücke mehr.

Selbsttragender Kasten: Der Name sagt es eigentlich schon, der Kasten bei dieser Fertigungsmethode trägt sich selber. Damit wir die Konstruktion dieses Kastens etwas besser verstehen können, müssen wir auf der vorhin beschriebenen Lokomotivbrücke aufbauen, denn diese ist bei den selbsttragenden Kasten eigentlich immer noch vorhanden, man erkennt sie bloss nicht mehr.

Man erkannte, dass man die Lokomotivbrücke etwas schwächer bauen konnte. Die dabei von der Brücke nicht übernommen Kräfte, führte man in den restlichen Kasten ab. Das führte dazu, dass der Kasten bei der selbsttragenden Konstruktion einen massiven Untergurt bekommt. Dieser überträgt den grössten Teil der Zugkräfte und die eigenen im Kasten auftretenden Kräfte. Jedoch reicht dieses Bauteil nicht aus, um alle Kräfte zu übertragen, es ist zu schwach.

Ein Teil der Kräfte wird in den Wänden des Kastens übertragen. So müssen diese Wände mit dem Untergurt fest verbunden werden. Das war bei den hohen Kräften, die beherrscht werden mussten, nur mit der Schweisstechnik möglich. Nur die neuartigen Schweissverbindungen konnten die Kräfte übertragen, ohne dass es zu Schäden kam. Der Kasten konnte sich nun selber tragen, was ihm seinen ungewöhnlichen Namen gab.

Wie das mit der Kraftübertragung im Kasten gemeint ist, können Sie auf dem Bild erkennen. Die beiden Lokomotiven wurden mit einem selbsttragenden Kasten ausgeführt.

Grundsätzlich sollte es daher zwischen den beiden Modellen keinen Unterschied geben. Das ist so, nur ist eine Lokomotive länger und hat somit ein grösseres Eigengewicht. Zudem werden grössere Zugkräfte übertragen. Deshalb musste der Kasten kräftiger ausgeführt werden.

Das führte dazu, dass man bei der längeren Lokomotive grössere Kräfte in den Seitenwänden hatte. Daher musste man bei diesen Lokomotiven die Fenster etwas tiefer montieren.

Sie können das auf dem Bild ganz gut erkennen. Die Fenster bei der längeren Lokomotive sind nur tiefer, damit der Kasten die Kräfte bei der selbsttragenden Konstruktion oben besser übernehmen kann. Deutlicher kann man einen selbsttragenden Kasten nicht aufzeigen.

Damit haben wir eigentlich die grundsätzliche Konstruktion der Kasten abgeschlossen. Wir können nun zu den einzelnen Bauteilen weiter gehen. Doch bevor wir dazu kommen, wollen wir in einer Zusammenfassung die gemachten Erkenntnisse noch einmal direkt vergleichen. So sollte es Ihnen in Zukunft leicht möglich sein die unterschiedlichen Konstruktionen der Kasten bei Lokomotiven zu erkennen.

Ältere Lokomotiven wurden mit einem Rahmen oder mit Drehgestellen, die mit einer Kupplung versehen waren, gebaut. Bei diesen Lokomotiven kommen leichte Kasten zu Anwendung. Diese Kasten können keine Zugkräfte übertragen. Das führt dazu, dass man bei diesen Kasten die Zug- und Stossvorrichtungen an dem Rahmen oder an den Drehgestellen montieren musste. Damit erkennt man diese Lokomotiven an den Puffern, die nicht direkt am Kasten montiert wurden.

Moderne Lokomotiven besitzen entweder eine Lokomotivbrücke oder einen selbsttragenden Kasten. Hier wurden die Zug- und Stossvorrichtungen am Kasten montiert. Der Katen wird daher in die Übertragung der Zugkräfte einbezogen. Lokomotiven mit einer Lokomotivbrücke, besitzen nur darauf montierte Abdeckhauben. Wobei diese Hauben meisten als Vorbauten ausgeführt werden. Die selbsttragenden Kasten besitzen weder Vorbauten noch Hauben.

All diese Feststellung können Sie anwenden. Wobei Sie sicherlich irgendwo eine Lokomotive finden werden, die nicht diesen Feststellungen folgt. Nur, wie ist das mit den Regeln. Eine Regel wird durch die Ausnahmen definiert. Die meisten Lokomotiven können Sie in diese Gruppen einstufen. Fehler machen können Sie eigentlich nicht gross, Sie müssen sich nur darauf achten, wo die Zug- und Stossvorrichtungen montiert wurden.

 

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