Schweisstechnisches Hanbuch Schienenfahrzeugbau Leseprobe

DVSMediaGmbH

Büttemeier Kaßner Strothmann

Schweißtechnisches

Handbuch

Schienenfahrzeugbau

Auslegung, Konstruktion,

Fertigung und

Qualitätssicherung


Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;

detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über htttp://dnb.d-nb.de abrufbar.

Autoren dieses Fachbuches sind:

Kapitel 1, Kapitel 2, Kapitel 5 und Kapitel 9: Dipl.-Ing. Horst Büttemeier

Kapitel 3: Dipl.-Ing. Horst Büttemeier und Dipl.-Ing. Martin Strothmann

Kapitel 4: Dr.-Ing. Manfred Kaßner

Kapitel 6, Kapitel 7 und Kapitel 8: Dipl.-Ing. Martin Strothmann

Kapitel 10: Dipl.-Ing. Horst Büttemeier, Dr.-Ing. Manfred Kaßner und

Dipl.-Ing. Martin Strothmann

Fachbuchreihe Schweißtechnik

Band 148

ISBN 978-3-87155-200-7

Alle Rechte vorbehalten.

DVS Media GmbH, Düsseldorf 2010

Herstellung: Service-Druck Kleinherne GmbH & Co. KG, Neuss


Vorwort

Die Sicherheit der Fahrzeuge im Eisenbahnverkehr wird maßgeblich durch die Qualität der

Konstruktion sowie durch die Güte der Herstellungs- und Instandhaltungsprozesse bestimmt. Dies

gilt in besonderem Maße für die Fügeverbindungen. Das wichtigste Fügeverfahren ist seit vielen

Jahren das Schweißen. Vor mehr als siebzig Jahren wurden bereits die ersten verbindlichen

Regeln für das Schweißen erarbeitet. Heute umfassen sie unter anderem:

– Vorgaben für die konstruktive Gestaltung und Festigkeitsberechnung der Schweißverbindungen,

– die Zulassung der Schweißbetriebe mit geprüften Schweißern sowie ausgebildeten und

erfahrenen Schweißaufsichtspersonen,

– die Verwendung schweißgeeigneter Werkstoffe und auf den jeweiligen Grundwerkstoff

abgestimmte und zugelassene Schweißzusätze,

– Vorgaben für die Fertigung, Ausführung, Güteanforderung und Prüfung der Schweißverbindung.

Die hierfür maßgebenden Regeln sind in nationalen und internationalen Normen bzw. Richtlinien

festgelegt. Dies betrifft insbesondere die europäische Normenreihe EN 15085, die für das

Schweißen im Schienenfahrzeugbau vor wenigen Jahren eingeführt wurde. Dieses Fachbuch gibt

einen umfassenden Überblick der derzeit maßgebenden Vorschriften, Richtlinien und Merkblätter

für das Schweißen im Schienenfahrzeugbau. Darüber hinaus wird über Grundlagen und Hintergrundwissen

zur schweißtechnischen Normung in diesem Industriebereich informiert und es

werden viele Anwendungshinweise gegeben. Im Einzelnen beziehen sich diese Informationen auf

– gesetzliche Grundlagen und normative Regelwerke sowie die mitgeltenden DVS-Richtlinien

und -Merkblätter für das Schweißen im Schienenfahrzeugbau,

– Festigkeitsauslegung und Gestaltung der Schweißverbindungen,

– Auswahlkriterien für die metallischen Werkstoffe und die Schweißzusätze,

– Anforderungen an die Schweißbetriebe, einschließlich deren Qualifizierung bzw. Zulassung

sowie auf die innerbetriebliche Stellung und die Aufgaben der Schweißaufsicht,

– Anforderungen an die Fertigung und Instandsetzung von Schienenfahrzeugen,

– Anforderungen an die Schweißnahtgüte und deren Nachweis.

Zu Beginn wird kurz über die geschichtliche Entwicklung der Normung für das Schweißen im

Schienenfahrzeugbau berichtet.

Mit der Herausgabe dieses Handbuchs Schienenfahrzeugbau erscheint ebenfalls beim Beuth

Verlag und bei DVS Media das DIN-DVS-Normenhandbuch „Schweißen im Schienenfahrzeugbau“,

welches die hier angesprochenen Fachgrundnormen und Fachnormen sowie viele der

Anwenderregelwerke im Wortlaut enthält.

Die Verfasser danken der DB AG, SIEMENS AG in Krefeld, hier besonders Herrn Oppitz,

VOITH TURBO Lokomotivtechnik GmbH & Co. KG in Kiel, hier besonders Herrn Raabe, und

ALSTOM Transport Deutschland GmbH in Salzgitter, hier besonders den Herren Rosenthal,

Wittwer und Wanzke, sowie Herrn Dr. Strothmann aus Wolfenbüttel für die Unterstützung. Des

Weiteren danken sie DVS Media in Düsseldorf für die Veröffentlichung und den Herren

Dr. Behnisch und Knittel für die vielen Hinweise bei der Manuskriptbearbeitung.

Lübbecke, Goslar und Wolfenbüttel, im September 2010

Horst Büttemeier, Dr. Manfred Kaßner und Martin Strothmann


Geleitwort

Eisenbahnverkehrsunternehmen operieren heute weit über nationale und teilweise auch über

europäische Grenzen hinweg. Mit den Entscheidungen zur Öffnung der Verkehrsmärkte für

Güterverkehre und in Zukunft auch für Personenverkehre hat der europäische Gesetzgeber

begleitend die hierzu notwendigen technischen und betrieblichen Harmonisierungsaktivitäten für

einen barrierefreien Netzzugang und damit für einen freien Wettbewerb auf den Weg gebracht.

Das Ziel ist die Durchsetzung einheitlicher Sicherheits- und Qualitätsanforderungen und damit

auch eine Niveauangleichung für das Betreiben interoperabler und betriebssicherer Fahrzeugflotten

in Europa. Neben der Einführung und inhaltlichen Umsetzung der zur Erreichung dieser

Ziele erforderlichen Rechtsnormen der EU, insbesondere der technischen Harmonisierungsrichtlinien

zur Interoperabilität und der Richtlinie zur Eisenbahnsicherheit, ist ein sehr komplexes

technisches Regelwerk im Sinne von harmonisierten anerkannten Regeln der Technik zu entwickeln

und in Kraft zu setzen. Dies betrifft sowohl die Entwicklung, Herstellung und Erprobung

als auch die Angleichungsprozesse von Schienenfahrzeugen und Bahntechnik. Die Inhalte und die

Verfahren werden in europäischen Arbeitsgruppen unter Leitung der ERA (European Rail

Agency), mit Beteiligung der europäischen Verbände der Verkehrsunternehmen, der Bahnindustrie

und der nationalen Sicherheitsbehörden, erarbeitet und aktualisiert. Entsprechende

Normungsaufträge werden an die europäischen Normungsgremien CEN/CENELEC erteilt.

Wir erleben gegenwärtig unmittelbar das Umschalten von nationalen auf europäische Prozesse.

Das vorliegende Fachbuch spiegelt diesen Übergangsprozess für das Spezialgebiet „Schweißtechnik

Schienenfahrzeuge“ wider; inhaltlich deutlich erkennbar an den zunehmend anzuwendenden

europäisch harmonisierten technischen Regeln.

Ausgehend von der notwendigen einführenden Erläuterung der einschlägigen Rechtsgrundlagen

wird das für den Anwender aktuelle technische Regelwerk vorgestellt. Die spezifischen

Anforderungen des Fachgebietes Schweißtechnik bis zur Inbetriebnahme von Schienenfahrzeugen

(Auslegung, Konstruktion, Herstellung einschließlich Qualitätssicherung) und nach der Inbetriebnahme

(Instandsetzung) werden aufgezeigt. Sehr hilfreich und anschaulich für Leser und

Anwender sind die verwendeten typischen Beispiele aus der Betriebspraxis. Auch die Spezialgebiete

und die technischen Anforderungen tangierender Rechtsbereiche werden sehr gut

aufbereitet, zum Beispiel die besonderen Sicherheitsanforderungen aus dem Gefahrgutrecht

(Tanks für Eisenbahnkesselwagen) sowie die Anforderungen an Ladegutbehälter und an sonstige

Druck- bzw. Bremsluftbehälter.

Das Fachbuch „Schweißtechnisches Handbuch Schienenfahrzeugbau“ präsentiert sich als

umfassendes Grundlagenwerk für Hersteller und Instandhalter von Schienenfahrzeugen und deren

Komponenten. Die hier verantwortlichen Ingenieure finden mit dem Fachbuch die komplexen

Grundlagen und Zusammenhänge für eine nachhaltig erfolgreiche Produktentwicklung und damit

für den Erfolg auf dem Schienenfahrzeugmarkt.

Die Kunden und Fahrgäste erwarten von der Schienenfahrzeugindustrie und den Eisenbahnen

intelligente und zuverlässige Angebote. Die Entwicklung, Herstellung und der Einsatz attraktiver

und sicherer Fahrzeuge sowie sicherer Bahntechnik werden dabei unterstellt. Gerade das gegenüber

anderen Wettbewerbern sehr hohe Sicherheitsniveau und die Zuverlässigkeit des Verkehrsträgers

Eisenbahn ist für die Kunden ein wichtiges Entscheidungskriterium.

Das vorliegende Fachbuch trägt diesem Anspruch Rechnung und schließt eine Lücke. Es wird den

Herstellern und auch den Betreibern bzw. Instandhaltern von Schienenfahrzeugen und deren


Komponenten als sehr gutes Kompendium für das Spezialgebiet „Schweißtechnik Schienenfahrzeuge“

helfen, ihrer Verantwortung bei Herstellung, Bereitstellung und beim Betrieb sicherer

Fahrzeuge mit einer hohen Verfügbarkeit gerecht zu werden.

Bonn, im September 2010

Dr.-Ing. Andreas Thomasch

Abteilungspräsident Eisenbahn-Bundesamt

Leiter der Abteilung Fahrzeuge und Betrieb


1 Bedeutung der Schweißtechnik für den Schienenfahrzeugbau

1.1 Die Anfänge des Schweißens

Die Schweißtechnik fand ihren erfolgreichen Eingang im Schienenfahrzeugbau Deutschlands um

1920 beim Instandsetzen von Dampflokomotivteilen der damaligen Deutschen Reichsbahn.

Bild 1-1 zeigt als ein frühes Musterbeispiel eine Museums-Dampflokomotive der BR 050 vor dem

Werk DB Fahrzeuginstandhaltung in Meiningen. Erste praktische und erfolgreiche Erfahrungen

waren sogar um 1916 beim Warmschweißen an Gusseisen-Dampfzylindern und Sammelkästen

gemacht worden.

Bild 1-1. Dampflokomotive der BR 050 vor dem Werk DB Fahrzeuginstandhaltung in Meiningen.

Die Einführung des Schweißens im Schienenfahrzeugbau war geprägt von einigen zukunftsweisenden

Entscheidungen des damaligen Reichbahn-Zentralamtes (RZA) in Berlin, so unter

anderem:

– Als erstes wurde am 01.04.1923 die Versuchs- und Lehrwerkstatt für Schweißerei in Wittenberge

eingerichtet, die spätere Schweißtechnische Versuchsanstalt (SVA).

– Ebenfalls im Jahre 1923 erfolgte bei den Dampflokomotiven die Umstellung der kupfernen

Feuerbüchse von der Nietkonstruktion auf die Schweißkonstruktion.

– Neben der Entwicklung der Schweißtechnik im Schienenfahrzeugbau wurde von Anfang an

auch ein besonderes Augenmerk auf die Ausbildung des Schweißpersonals gelegt. Bereits im

Dezember 1924 wurden in Wittenberge die ersten Gas-Stahlschweißer und ein Lichtbogen-

Graugussschweißer ausgebildet. 1931 folgte der erste Lehrgang für schweißtechnische

Aufsichtspersonen mit einem Lehrgang für „Werkschweißingenieure“.

– Eng verbunden mit dem Einsatz des Schweißens im Schienenfahrzeugbau ist auch die

Entwicklung des schweißtechnischen Regelwerks in Deutschland. Das RZA in Berlin hatte

1


ereits 1933 die erste Dienstvorschrift für geschweißte Fahrzeuge, die DV 952 „Vorschrift für

geschweißte Fahrzeuge“ (abgekürzt „Vogefa“) herausgegeben.

Die weitere Nutzung des Schweißens in vielen Bereichen des Schienenfahrzeugbaus zu einem

modernen leistungsfähigen Fertigungsverfahren sowohl für den Neubau wie auch für die

Instandsetzung ist ohne die Pionierleistungen des RZA in Berlin und der SVA in Wittenberge

nicht denkbar. Dank dieser beiden Schlüsselstellen wurden in den zwanziger und dreißiger Jahren

entscheidende Weichen für die weitere Entwicklung der Schweißtechnik beim von Lokomotiven

und Waggons gestellt.

1.2 Bedeutung für den Bau von Schienenfahrzeugen

Wie bereits erwähnt, begann die schweißtechnische Entwicklung im Schienenfahrzeugbau mit

Instandsetzungsschweißen an Dampflokomotiven. 1923 wurden die Nietnähte bei der kupfernen

Feuerbüchse durch V-förmige Stumpfschweißnähte ersetzt. Als Schweißverfahren wurde das

Gasschmelzschweißen eingesetzt. 1926 wurde das mechanisierte Spurkranzauftragschweißen an

Lokomotiv- und Wagenradreifen eingeführt, welches Heute aus Sicherheitsgründen nicht mehr

zugelassen ist.

Da das Festigkeitsverhalten von Schweißverbindungen noch relativ unbekannt war, wurden 1928

erste Untersuchungen an Schweißverbindungen am Baustahl St 52 durchgeführt. Die Ergebnisse

sind später in das Regelwerk der Deutschen Reichsbahn (u. a. in die Dienstvorschrift DV 952)

aufgenommen worden.

Bild 1-2. Lichtbogenhandschweißen eines stählernen

Kessels.

2

Bild 1-3. Einschweißen der Rohre in die Stahlfeuerbüchse.


1932 wurden erste erfolgreiche Anwendungen mit dem warmfesten Stahl „IZ I“ als Ersatz für die

kupferne Feuerbüchse gemacht. Ab 1935 wurde dann die Stahlfeuerbüchse serienmäßig bei

Dampflokomotiven der Baureihe 01 aus dem warmfesten Stahl IZ II (unlegierter Stahl mit einer

Mindestzugfestigkeit von 340 N/mm² und einer Mindestbruchdehnung von 25 %) hergestellt.

Als Schweißverfahren wurde das Lichtbogenhandschweißen eingesetzt. Beispiele dieser Anwendungen

zeigen die Bilder 1-2 bis 1-4.

Bild 1-4. Ansicht des vollständig

geschweißten stählernen

Lokomotivkessels.

Die einwandfreie Ausführung der Schweißverbindungen wurde auch schon in den dreißiger Jahren

anhand von Röntgenaufnahmen fortlaufend geprüft, so dass etwaige Unregelmäßigkeiten in den

Schweißnähten rechtzeitig erkannt und beseitigt werden konnten, Bilder 1-5 und 1-6 [1-1].

Bild 1-5. Röntgenprüfung der Schweißnaht

einer Lokomotivfeuerbüchse mit damaligen

aufwändigen Gerätschaften.

Bild 1-6. Historische Röntgenaufnahmen von der Schweißnaht einer Stahlfeuerbüchse aus den dreißiger

Jahren.

3


1.3 Entwicklung der Schweißtechnik am Beispiel des Elektrolokomotivbaus

Schon zu Anfang der dreißiger Jahre nahm das Verbindungsschweißen an tragenden Bauteilen im

Schienenfahrzeugneubau immer mehr an Bedeutung zu. In einem sehr umfangreichen Beitrag geht

M. Reiter, ehemals Bundesbahn-Zentralamt in München, auf die Entwicklung der Schweißtechnik

im Schienenfahrzeugbau, insbesondere am Beispiel des Elektrolokomotivbaus, näher ein [1-2].

Teile seiner Ausführungen sind nachstehend wiedergegeben:

Grundsätzliche konstruktive Gesichtspunkte des Elektrolokomotivbaus

„Bis zur Einführung der Schweißtechnik wurde vorwiegend die Nietverbindung angewendet.

Zunächst bildete für längere Zeit das aus der Nietung übernommene Walzprofil das einzige

Bauelement. Es ließ sich nur selten schweißtechnisch einwandfrei verbinden und anordnen. Später

wandte sich die schweißtechnische Gestaltung der völlig formungebundenen Verwendung des

Bleches bis zur reinen Blechkonstruktion zu, wie sie zum Beispiel beim Stahlrohbau der E 44-

Lokomotive erstmals angewendet wird. Außerdem standen dem Konstrukteur als weitere

Bauelemente Abkant- und Pressprofile zur Verfügung. Nach einiger Zeit haben sich für eine

schweißgerechte Fahrzeugkonstruktion folgende Gesichtspunkte als maßgebend herausgebildet

und gut bewährt:

1. Die höchstmögliche Festigkeit ist bei größter Wirtschaftlichkeit anzustreben. Jedoch ist die

Wirtschaftlichkeit der Sicherheit des Fahrzeuges unterzuordnen.

2. Für die Dauerfestigkeit eines geschweißten Fahrzeuges ist es wichtig, dass die Einzelteile mit

ihren Verbindungen und Anschlüssen stets mit Rücksicht auf einen möglichst glatten Kraftlinienfluss

angeordnet werden.

3. Neben der zweckmäßigen Anordnung der einzelnen Bauteile, entsprechend dem Kräftefluss, ist

bei der Schweißverbindung wegen der Gussstruktur der Naht auf richtige Formgebung zu

achten.

4. Auf der Unterseite von Zuggurten, die hohen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt sind, sind

keine Kehlnähte quer zur Spannungsrichtung anzuordnen, da die Unterbrechung der Walzfaser

und die Ablenkung der Kraftlinien zusammen mit den Schrumpfspannungen und den örtlichen

Einbrandkerben sehr leicht zu Anrissen führen können.

5. Besonderes Augenmerk ist auf die Lage der Schweißnähte zu richten. Metallurgisch gesehen

besteht eine Schmelzschweißverbindung aus einem Gussgefüge, das in der Regel zwei Walzstrukturen

verbindet. Die Walzfaser wird also durch die Gussstruktur unterbrochen. Mag die

Schmelzschweißnaht auch einwandfrei und mit den besten Zusatzdrähten ausgeführt sein, man

wird sie stets als das, was sie in Wirklichkeit ist, nämlich als Fremdkörper zwischen zwei

gewalzten Werkstoffen, metallurgisch als Stahlguss, betrachten müssen. Deshalb ist es Grundbedingung,

Schweißnähte nicht an Stellen höherer Beanspruchung anzuordnen, das heißt

gefährliche Querschnitte nicht in die Schweißnaht, sondern in die Walzfaser zu legen. Bei den

üblichen Fahrzeugkonstruktionen ist es immer möglich, diese Forderung zu erfüllen, sofern der

Konstrukteur die Vorteile der Schweißtechnik bei der Auswahl der Trägerquerschnitte

auszunutzen weiß.

6. Dem Konstrukteur stehen als wichtigste Bauelemente das Walzprofil und das formungebundene

Blech zur Verfügung. Die grundsätzliche Bauform ist bereits von vornherein durch den Grund-

4


iss des Fahrzeuges, die aufzunehmenden Belastungen und die Angriffspunkte der Kräfte

bestimmt. Hauptaufgabe des Konstrukteurs ist es, den Kräfteverlauf möglichst flüssig zu

gestalten. Die Blechbauweise gestattet, mit Hilfe der Schweißtechnik jeden erforderlichen

Trägerquerschnitt herzustellen. Der Querschnitt kann in der Formgebung den örtlichen

Beanspruchungen angepasst werden. Es ist ohne Weiteres möglich, die Bauhöhe oder die Gurtbreite

je nach dem Biegungsmoment zu verändern und damit den Werkstoff bei entsprechender

Bemessung der Einzelteile (Stege und Gurte) weitgehend auszunutzen. Andererseits erfordert

die Blechbauweise umfangreiche Schweißarbeiten, die erhebliche Schrumpfungen und Verziehungen

bewirken. Diese Nachteile können besonders beim Stahlleichtbau, wirtschaftlich

gesehen, ausschlaggebend sein. Deshalb muss geprüft werden, welches Bauelement – geschweißter

Blechträger oder Profil – im jeweiligen Fall am zweckmäßigsten zu wählen ist.

7. Beim Entwurf eines geschweißten Fahrgestelles muss neben der Beachtung der konstruktiven

Gesichtspunkte auch eine möglichst einfache Herstellung in der Werkstatt angestrebt werden,

dazu ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Konstrukteur und Fertigung erforderlich.

Geschweißte elektrische Lokomotiven der Baureihe E 44

Die erste elektrische Lokomotive mit ganz geschweißtem Fahrgestell wurde etwa 1930 zunächst

versuchsweise in Dienst gestellt. Der Beginn der Konstruktionsarbeiten dürfte bis in das Jahr 1928

zurückreichen.

Versuchslokomotive Reihe E 44, Bauart Siemens-Schuckert-Werken (SSW)

Beurteilt man das Fahrgestell dieser Versuchslokomotive, Bild 1-7, nach den aufgeführten

Konstruktionsgrundsätzen, so ist zunächst festzustellen, dass die Nietung vollständig fehlt. Die

Entwicklung ging hier nicht – wie im Wagenbau – über die geschweißte Nietkonstruktion. Der

Konstrukteur hat hier eine den besonderen Bedingungen der Schweißtechnik angepasste, neuartige

Lokomotivkonstruktion geschaffen. Rückschauend lässt sich ohne Übertreibung sagen, dass diese

Konstruktion für die damalige Zeit als ein großes Wagnis und als bahnbrechend bezeichnet werden

kann. Sie ist richtungweisend für den gesamten Schienenfahrzeugbau geworden. Für dieses

Fahrgestell wurde erstmals vorwiegend das Bauelement Blech verwendet. Vorbildlich ist hier

bereits die Abdeckung der Brücke gelöst worden, Bild 1-8. Die konstruktive Forderung, dass bei

geringstem Gewicht überall die größtmögliche gleiche Festigkeit erreicht werden soll, ist

weitgehend erfüllt. Bei der Nietbauart bedingen die Abdeckungen vielfach eine unerwünschte

Gewichtsvermehrung, da sie für die Rechnung nicht voll berücksichtigt werden können. Bei

Schweißkonstruktionen dagegen ist es ohne weiteres möglich, diese Deckbleche zugleich als

Obergurte zu verwenden und in die Rechnung als volltragend einzusetzen.

Bild 1-7. Brückenträger

der Versuchs-Lokomotive,

Bauart Siemens-

Schuckert; Unterseite.

5


Bild 1-8. Querschnitt des Brückenträgers

der E 44-Lokomotive. Das Abdeckblech

dient zugleich als Obergurt.

Nahezu in der gleichen Ausführung wie das Versuchsfahrzeug wurden später 183 Serienlokomotiven

gebaut, die sich später hinsichtlich der Schweißkonstruktion sehr gut bewährt haben.

Es sei noch festgestellt, dass bei allen Lokomotiven die Kehlnähte mit einer einfachen „nackten“

Stabelektrode E 37 geschweißt sind. Bild 1-9 zeigt derartige Kehlnähte in verschiedenen Dicken.

Bemerkenswert ist ferner, dass damals auch öldichte Stumpfnähte mit Nacktdraht geschweißt

wurden. Die geschweißten Querverbindungen in Bild 1-7 wurden bei der Serienmaschine durch

winkelförmige Pressprofile ersetzt. In Bild 1-10 ist der Drehgestellrahmen der Reihenlokomotive

dargestellt.

Bild 1-9. Nacktdraht-Kehlnähte in verschiedenen

Dicken, wie sie bei Fahrgestellen für elektrische

Lokomotiven geschweißt sind.

6

Bild 1-10. Drehgestellrahmen der E 44-Serienlokomotive,

Bauart Siemens-Schuckert, Unterseite.

Versuchslokomotive Reihe E 44, Bauart Berliner Maschinenbau AG (BMAG)

War bei der Fahrgestellkonstruktion der SSW-Versuchslokomotive bereits eine völlige Abkehr

von der Nietung zugunsten der Schweißung festzustellen, so ist beim Brückenträger der BMAG-

Versuchsausführung nur ein allmählicher Übergang von der Nietung zur Schweißung zu erkennen.

Hier sind mehrere Verbindungen zu finden, die große Ähnlichkeit mit der Nietung aufweisen.

Teilweise sind noch beide Verbindungsarten kombiniert worden. Anschließend an die Versuchsausführung

wurde noch eine Serie von vier Lokomotiven gebaut, deren Rahmen bereits wesentliche

schweißtechnische Verbesserungen aufwiesen. Aber auch hier wurde noch vorwiegend das

Bauelement Walzprofil verwendet. Der Brückenträger ist in Bild 1-11 dargestellt.

Bei den Drehgestellen dieser Lokomotivbauart wurde das Schweißen nur in sehr geringem

Umfang angewendet. Lediglich die beiden Kopfträger wurden aus Blechen zusammengeschweißt

und durch Kehlnähte mit den Drehgestellwangen verbunden. Auch die Grundplatten für die

Achslagerführung wurden mit den Wangen bereits verschweißt, statt wie früher verschraubt.

Dagegen wurden die Hauptquerträger noch in Stahlguss ausgeführt und mit den Wangen verschraubt.


Bild 1-11. Brückenträger für E 44-Lokomotive, Bauart Berliner Maschinenbau AG, Unterseite.

Versuchslokomotive Reihe E 44, Bauart Allgemeine Elektrizitätsgesellschaft (AEG)

Diese Lokomotive wurde einige Jahre später nach den beiden vorher beschriebenen Bauarten

entwickelt und gebaut. Der Brückenträger nach Bild 1-12 weist deshalb bereits einige konstruktive

Verbesserungen gegenüber der BMAG-Ausführung auf.

Bild 1-12. Brückenträger für E 44-Lokomotive, Bauart Allgemeine Elektrizitätsgesellschaft, Unterseite.

Das Drehgestell nach Bild 1-13 ist ganz geschweißt, hierfür wurden bereits umhüllten Stabelektroden

verwendet.

Bild 1-13. Drehgestellrahmen für E 44-Lokomotive, Bauart AEG, Oberseite.

7


Nachdem die erste Entwicklungsstufe durch die Bewährung der Versuchsfahrzeuge im Betrieb

erreicht war, entschloss sich die damalige Deutsche Reichsbahn, elektrische Lokomotiven nur

noch in Schweißkonstruktion zu bauen.“

Nach der Wiedergabe aus dem Beitrag von M. Reiter über den erfolgreichen Entwicklungsweg

vollständig geschweißter Fahrgestelle großer deutscher Elektrolokomotivbauer wird zum Abschluss

eine der legendären bewährten Elektrolokomotiven dargestellt. Bild 1-14 zeigt die E 93,

eine schwere Güterzuglokomotive, bekannt auch als „Deutsches Krokodil“.

Bild 1-14. E 93-Güterzuglokomotive, Bauart AEG.

Bis zum Jahre 1939 hatte in Deutschland der Bau geschweißter Fahrgestelle für elektrische

Lokomotiven einen beachtlichen Stand erreicht. Diese Entwicklung wurde durch den Krieg jäh

unterbrochen.

1.4 Waggonbau der vierziger Jahre – Schalenbauweise erspart

Werkstoff

Große Werkstoffersparnis wurde durch die Schalenbauweise im Waggonbau erzielt, wobei die

Schale als mittragendes Konstruktionsteil herangezogen war. Bei den neu entwickelten D-Zug-

Wagen der Maschinenbau- und Bahnbedarf AG (Firma Orenstein & Koppel) wurden die

Längsträger aus gewalztem U-Profil zusammengesetzt, um lange Schweißnähte zu vermeiden,

Bild 1-15. Die Querträger des Untergestells bestanden aus Profilteilen von 2,5 mm Dicke und 600

mm Höhe. Sie wurden an die Längsträger durch Kehlnähte angeschlossen, wobei der

Längsträgerflansch als Tragelement diente und der in Bild 1-15 angegebene Ausschnitt A genaues

Anpassen der Querträger ermöglichte. Die früher üblichen Längs- und Querverstrebungen waren

durch Wellbleche ersetzt worden. Die Hauptquerträger waren in geschweißter Ausführung

ausgebildet, wobei die Ausbördelung die sicherste Kraftübertragung gewährleistete. Das

„Anpassen“ der Wand wurde durch ein auf dem Längsträger aufgeschweißtes Hutprofil gesichert.

Eine ähnliche Bauweise wurde bei dem Durchgangswagen der Firma Linke-Hofmann angewendet,

wobei die Rungen, die Querträger und die Schürzenstege, an welche die zur Fahrwindablenkung

8


dienende Schürze angeschweißt wurde, mit den Längsträgern durch Schweißnähte verbunden

wurden. Die Wandbleche waren durch Punkt- und Lochschweißungen verbunden. Sie waren

zusammen mit dem Dach als geschlossenes Ganzes angepasst. Gegen das Flattern wurden die

Wandflächen durch rückseitig angeschweißte Profile ausgesteift. Nach Angaben der Firma AEG

wurden die arcatomgeschweißten Waggondachbleche in eine Schweißvorrichtung eingespannt,

und mit geeigneten Spannschlössern wurde ein dichtes Anliegen der Stoßkanten erreicht. Bei

mehreren Einstiegsöffnungen über die Wagenlänge musste in Untergruppen geschweißt werden.

Die Vorzüge des maßgetreuen und wirtschaftlichen Schweißens in Vorrichtungen waren auch in

der Serienfertigung des Waggonbaus erkannt und wurden durch den Einsatz der Drehvorrichtung

genutzt [1-3].

Bild 1-15. Spantenbau an einem Leichtbau-D-

Zugwagen (Bauweise der vierziger Jahre).

Während das Gewicht der Wagen in Holzbauweise 42 bis 44 t betrug, das der genieteten Ganzstahlwagen

sogar 46,5 bis 49 t, gelang es mit Hilfe der Schalenbauweise unter gleichzeitiger

Anwendung des Lichtbogenschweißens das Gewicht der D-Zug-Wagen auf 28 t und das der

vierachsigen Durchgangswagen auf 25,5 t zu verringern. (Siehe auch die Beschreibung der

Differentialbauweise in Abschnitt 8.2.)

Beim Bau von Güterwagen im zweiten Weltkrieg wurden Gewichtsersparnisse erzielt, die sich bei

Güterzuggepäckwagen auf 25 %, bei gedeckten Güterwagen auf 29 %, bei offenen Güterwagen

auf 29,3 % und bei Kühlwagen auf 34,4 % beliefen. Im Vergleich zu entsprechenden Lokomotiven

älterer Bauart waren bei der Kriegslokomotive 52 einschließlich Tender 26 t an Werkstoffen

eingespart worden. Diese großen Werkstoffeinsparungen bei gleichbleibender oder erhöhter

Leistung der Fahrzeuge waren zwar auch auf bauliche Vereinfachungen zurückzuführen, aber

maßgeblich hatte dazu der Einsatz des Lichtbogenschweißens beigetragen. So wurden beispielsweise

an der Lokomotive 52 die Stangenköpfe für die Treib- und Kuppelstangen im Gesenk

geschmiedet und die Zwischenstücke lichtbogengeschweißt. Ein weiteres Beispiel aus dem Güterwaggonbau,

das den Vorzug der Schweißtechnik unterstreicht: Während früher im Waggonbau als

Längsträger ausnahmslos T-Profile angewendet wurden, waren seit den vierziger Jahren vor-

9


wiegend kastenförmig geschweißte Profile nach Bild 1-16 bevorzugt worden, die neben der

größeren Verdrehfestigkeit den Vorteil hatten, dass sie weniger durch Witterungseinflüsse und

durch Feuchtigkeit des Ladegutes der Korrosion unterworfen waren. Neben diesen Profilen gab es

eine Reihe von geschweißten Sonderprofilen der Stahlhersteller, die sich von der genieteten Form

durch höhere Belastbarkeit auszeichneten [1-4, 1-5].

Bild 1-16. Profile an geschweißten Kohlen-Klappkübelwagen (Bauweisen der vierziger Jahre).

1.5 Einfluss auf die Werkstofftechnik

Auf die Werkstofftechnik wirkte sich die Einführung des Schweißens im Schienenfahrzeugbau wie

im Stahlbau durch Zusatzanforderungen zur Schweißeignung von Stählen aus. Aufgetretene

Schadensfälle, zum Beispiel an der geschweißten Zoo-Eisenbahnbrücke 1936 in Berlin und an der

geschweißten Autobahnbrücke 1938 in Rüdersdorf, führten zur Einführung der Aufschweißbiegeprobe.

Wenig später wurden besonders für Schweißkonstruktionen feinkörnig erschmolzene

Baustähle mit höherer Streckgrenze und guter Schweißeignung entwickelt, so der Baustahl St 52-3

(heute S355J2+N), welcher in der Folgezeit zum Standardwerkstoff für Schienenfahrzeuge aus

Stahl wurde [1-1].

1.6 Stand der Schweißtechnik nach dem 2. Weltkrieg

Während des zweiten Weltkriegs war die Schweißtechnik im Schienenfahrzeugbau hauptsächlich

von der Anpassung an die Kriegswirtschaft geprägt. Nach dem zweiten Weltkrieg wurde die

bisherige Deutsche Reichsbahn aufgeteilt in Deutsche Reichsbahn (DR) der Deutschen

Demokratischen Republik und in Deutsche Bundesbahn (DB) der Bundesrepublik Deutschland.

In den ersten Nachkriegsjahren standen der Wiederaufbau und die Instandhaltung des Fahrzeugbestands

mit den vorhandenen Verfahren bei beiden Bahnen im Vordergrund.

M. Reiter beschreibt die weitere Entwicklung des Elektrolokomotivbaus wie folgt [1-2]:

„1950 hat die Deutsche Bundesbahn fünf neue elektrische Lokomotiven mit geschweißtem

Stahlrohbau in Auftrag gegeben. Diese Lokomotiven zeichneten sich besonders durch eine

Gewichtsreduzierung von 28 % aus. Dies wurde durch Verbesserung des elektrischen Teiles und

durch äußerste Werkstoffausnützung zusammen mit schweißgerechter Gestaltung im Stahlrohbau

(Drehgestelle, Untergestell und Kastenaufbau) erreicht. Im Folgenden werden die Hauptkomponenten

in ihrem konstruktiven Aufbau näher beschrieben.

10

Weitere Magazine dieses Users
Ähnliche Magazine