Kopplungsstange

Eine Kuppelstange ist eine Stahlstange, die die Antriebsräder einer Lokomotive mechanisch verbindet und zwingt sie, synchron zu drehen. Bei einer Dampflokomotive sind die Antriebsräder die großen Räder, die direkt durch die hin- und hergehende Bewegung der Kolben und Pleuelstangen angetrieben werden. Ohne Kuppelstangen würde jedes Rad unabhängig durchdrehen; mit ihnen bewegen sich alle angetriebenen Räder als eine starre Einheit und vervielfachen die verfügbare Zugkraft zum Ziehen des Zuges.

Kuppelstangen laufen horizontal zwischen Rädern auf den gegenüberliegenden Seiten des Lokomotivrahmens. Eine typische Hauptstrecken-Dampflokomotive könnte drei oder vier Radpaare gekuppelt haben, die durch eine Reihe von Stangen von vorne nach hinten verbunden sind. Die Stangen sind an Kurbelzapfen oder Nasen befestigt, die in die Radnaben eingearbeitet sind. Wo Räder versetzt sind (um 90 Grad versetzt zueinander), winkelt sich die Kuppelstange leicht ab, um die Geometrie auszugleichen.

Die Stange selbst ist ein geschmiedeter Stahlstab, verjüngt oder gleichmäßig im Querschnitt, typischerweise 2 bis 4 Zoll Durchmesser je nach Lokomotivbaureihe. Sie muss enorme Biege- und Schubspannungen während der Beschleunigung und des Bremsens aufnehmen, besonders an den Zapfengelenken, wo sich Spannungen konzentrieren. Verschleiß an den Zapfenlöchern ist unvermeidlich; die meisten Lokomotiven hatten Unterlegplatten oder Buchsen, um eine Nachstellung zu ermöglichen, wenn die Spiele größer wurden. Eine gerissene Kuppelstange oder ein gebrochener Zapfen war ein ernsthafter Schaden, der die Lokomotive aus dem Verkehr nahm.

Varianten und thermische Belastung

Gelenklokomotiven (Verbunddampflokomotiven mit separaten Zylindersätzen, die vordere und hintere Radsätze antreiben) nutzen eine zusätzliche Hauptkuppelstange oder Gelenkstange, die die vorderen und hinteren Rahmen selbst miteinander verbindet. Dieselektrische Lokomotiven haben überhaupt keine Kuppelstangen, weil jede Achse unabhängig von ihrem eigenen Elektromotor angetrieben wird und so die mechanische Verbindung vollständig entfällt.

Dampflokomotiven, die in allen Klimazonen fuhren, hatten bei kaltem Wetter Probleme mit Kuppelstangen. Gusseiserne Buchsen zogen sich ungleichmäßig zusammen, Zapfen blieben stecken und die Stangen selbst konnten an Spannungskonzentrationen reißen. Thermische Wechselbelastung und heftige Stoßlasten durch plötzliches Öffnen der Regelung machten Brüche im Winterbetrieb häufig. Inspektoren lernten, nach Rissen zu suchen, die von den Zapfenlöchern ausgingen, besonders auf der Zugseite der Stange.

Die Kuppelstange ist im Grunde eine mechanische Erfindung, die aus der Physik des Dampflokomotivbetriebs entstand. Sie blieb fast ein Jahrhundert lang notwendig, weil es keine leichte elektrische Alternative gab, die die intermittierenden Stoßlasten bewältigen konnte. Ihre Konstruktionsprinzipien: geschmiedeter Stahl, großzügige Zapfendurchmesser, verjüngte Querschnitte zur Reduzierung von Spannungskonzentrationen, wurden zu Designstandards, die die Maschinen in der gesamten Schwerindustrie beeinflussten.