Titel: Casey, über die Adhäsion der Räder der Locomotiven.
Autor: Casey, W. R.
Fundstelle: 1840, Band 75, Nr. LXXII. (S. 423–429)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj075/ar075072

LXXII. Ueber die Adhäsion der Räder der Locomotiven. Von Hrn. W. R. Casey, Civilingenieur in den Vereinigten Staaten.

Aus dem Civil Engineers and Architects Journal. Jan. 1840, S. 18.

Man bedarf für den Personentransport nur sehr selten kräftiger Locomotiven, und was den Waarentransport betrifft, so beträgt dieser auf keiner der mir bekannten Eisenbahnen der Vereinigten Staaten jährlich 100,000 Tonnen, ja nach Gerstner kann man auf jede der Bahnen im Durchschnitt nur 15,000 Tonnen rechnen. Dessen ungeachtet kann man annehmen, daß der Gütertransport in kurzer Zeit in solchem Maaße zunehmen wird, daß man daraus abnehmen kann, in wiefern unsere Eisenbahnen für einen solchen geeignet sind. Ich für meinen Theil stehe jezt schon nicht an zu behaupten, daß unter allen unseren Bahnen keine ist, welche so gebaut wäre und so unterhalten würde, daß sie sich auch nur einigermaßen für einen größeren Gütertransport eignete. Die Eisenbahn von Reading wird wohl zuerst die Kraft des neuen Communicationssystems zu zeigen haben, und wirklich dürfte auch unter unseren Bahnen keine seyn, an der das Urtheil günstiger ausfallen muß; denn es kommen an ihr in der Richtung, in welcher der Verkehr am größten ist, keine Steigungen vor, so daß die gewöhnliche, 8 oder 9 Tonnen wiegende Maschine mit Leichtigkeit eine Last von 150 bis zu 200 Tonnen fortzuschaffen vermag. Da wo Gefälle von 40 bis 60 Fuß in der engl. Meile zu überwinden sind, reichen Maschinen von diesem Gewichte nicht aus, und kräftige, mithin schwerere Maschinen erheischen einen festeren und mithin kostspieligeren Ueberbau.

Aus diesen Betrachtungen ergibt sich ganz natürlich die Frage, ob sich die Kraft der Maschine nicht ohne Vermehrung ihres Gewichtes erhöhen läßt, und was es eigentlich ist, was der Kraft der Locomotiven Schranken sezt. Bekanntlich ist dieß die Reibung, oder wie man zu sagen Pflegt, die Adhäsion des Rades an der Schiene, welche alle guten, in den lezten 4 bis 5 Jahren gebauten Maschinen zu überwinden im Stande waren. So sonderbar es auch scheinen mag, so ward dieser höchst wichtige Gegenstand bisher doch noch nicht durch Versuche ins Reine gebracht; denn man nahm bei allen Berechnungen die Reibungen vom Eisen auf Eisen, welche in den |424| Handbüchern der Mechanik zu 1/4 der Schwere angegeben wird, als das Maximum an, obwohl aus vielen vollkommen constatirten Leistungen hervorgeht, daß das Verhältniß der Adhäsion zur Schwere ein ganz anderes gewesen seyn mußte. In einer im Jahre 1838 erschienenen Broschüre sagen die HHrn. Knight und Latrobe, indem sie von einer Leistung der Locomotive Stonington, bei der die Adhäsion 1/4,5 ihrer Schwere betrug, sprechen, daß dieses Resultat, welches die bisherigen Annahmen bedeutend übersteigt, wahrscheinlich dem Umstande zugeschrieben werden muß, daß sich ein Theil des Gewichtes des Munitionswagens auf die Maschine übertrug. Allein lange vor dem Erscheinen dieser Broschüre konnte man an den Maschinen, welche die HHrn. Baldwin und Norris für die Philadelphia- und Columbia-Eisenbahn erbauten, Beobachtungen anstellen, welche noch weit über das eben angegebene Resultat hinausreichten.

Im J. 1836 zogen Maschinen von nicht mehr als 8 Tonnen Schwere, welche von Hrn. Norris gebaut worden, auf ebener Bahn Lasten von 400 Tonnen, was, wenn das auf die Treibräder kommende Gewicht richtig angegeben ist, eine Adhäsion gibt, die mehr dann den dritten Theil des Gewichtes beträgt. Dieß ist aber noch nicht Alles; denn seither haben Maschinen aus der Werkstätte des Hrn. Baldwin auf ebener Bahn Lasten von mehr dann 700 Tonnen gezogen. Nimmt man nun die auf eine Tonne erforderliche Zugkraft zu 10 Pfd. an, so gibt dieß eine Kraft von 7000 Pfdn.; und da es bekannt ist, daß an den Baldwin'schen Maschinen erster Classe ein Gewicht von 12,120 Pfd. auf die Treibräder trifft, so mußte die Adhäsion 1/1,73 des Gewichtes betragen, wenn das Gewicht nicht die 12,120 Pfd. übersteigen sollte, oder 1/2,3, wenn man 4000 Pfd. für den Munitionswagen hinzuschlägt.

Nach Abzug von Allem, was füglich abgezogen werden kann, scheint es, daß man die Adhäsion viel zu gering angeschlagen hat; dessen ungeachtet und obwohl die Kraft der Locomotiven hiedurch allein auf ihren dermaligen Stand beschränkt bleibt, wüßte ich nicht, daß man zur Ermittelung dieses wichtigen Gesezes je directe Versuche angestellt hätte. In der im J. 1831 erschienenen Ausgabe von Wood's Werk über die Eisenbahnen wird die Adhäsion als ein Zwölftel angenommen. Knight sezte sie später auf ein Achtel oder auf die Hälfte der Reibung des Eisens auf Eisen, ein Werth, der nicht durch Versuche bestimmt, sondern lediglich aus der Last abgeleitet wurde, fest; und noch später in der angeführten Broschüre |425| nahm er sie gar zu 1/4,55 an. Während ich dieses schrieb, kam mir Rennie's Abhandlung über die Reibung im V. Bde. des Journal of the Franklin Institute zu Gesicht, worin gezeigt ist, daß, wenn die mit einander in Berührung stehenden Oberflächen dieselben bleiben, mit der Gewichtszunahme auch das Verhältniß der Reibung steigt. Die höchsten der bei 11 Versuchen angewendeten Gewichte waren 1,66 und 5 Cntr. auf den Quadratzoll, und bei diesem Druke waren die Verhältnisse des Gewichtes zur Adhäsion wie 4 und wie 2,44 zu 1. Die Resultate dieser Versuche sind übrigens sehr unregelmäßig; und obschon in dem eben angeführten Falle das Verhältniß beinahe wie die Quadratwurzeln der Gewichte wechselt, so wirft sich doch kein solches Gesez für die Zunahme heraus, daß sich hienach mit einiger Sicherheit eine Tabelle anfertigen ließe. Auf der nächstfolgenden Seite sagt Hr. Rennie, daß bei einer Belastung von 6,5 Cntr. auf den Quadratzoll, Guß- und Schmiedeisen sich an einander abreiben, und daß sich die Reibung zu dem Gewichte verhält wie 1 zu 2,3. Da nun das auf jedes der Treibräder treffende Gewicht gewöhnlich 2 1/2 Tonne beträgt; da die Reibung von Schmiedeisen auf Schmiedeisen größer ist als jene von Schmiedeisen auf Gußeisen; da diese Differenz in der Reibung durch den Parallelismus der Fasern des Radreifens und der Schiene auf die möglich größte Höhe gebracht wird; und die mit einander in Berührung stehenden Oberflächen kaum den vierten Theil eines Quadratzolls betragen können, so folgt hieraus, daß die Kraft, welche erforderlich ist, um die Maschine in Gang zu sezen, wenn der auf eine Oberfläche von viel weniger als einen Quadratzoll wirkende Druk 2 1/2 Tonnen beträgt, mehr dann 1/2,30 des aufliegenden Gewichtes seyn muß. Auf derselben Seite sagt Hr. Rennie, daß sich gehärteter Stahl bei einem Druke von 10 Tonnen auf den Quadratzoll abreibt, wobei er jedoch das Verhältniß der Kraft zu dem Gewicht nicht angibt.

Die Geseze der Reibung finden übrigens nur so lange Anwendung, als keine Abreibung Statt findet; und in den fraglichen Fällen ist der Druk oft so groß, daß sich selbst gehärteter Stahl abreibt. Immer berechtigen aber diese Versuche und die Leistungen der Maschinen der HHrn. Baldwin und Norris zu dem Schlusse, daß die Adhäsion wenigstens zweimal so groß ist, als sie von den HHrn. Knight und Latrobe angenommen wird, obwohl man sie bereits von diesen höher angegeben findet, als irgend anderswo.

Die interessantesten Leistungen von Locomotiven, wovon ich noch je hörte, sind im Juniushefte 1839 des Franklin Institute angegeben. |426| Eine achträdrige, von den HHrn. Eastwick und Harrison gebaute Maschine zog nämlich beim Abfahren und bei einer Steigung von 27 Fuß in der engl. Meile eine Last von 265 Tonnen; später überwand sie mit gleicher Last sogar eine Steigung von 35 Fuß in der engl. Meile. Dieß ereignete sich auf einer sehr schlechten Bahnstreke zwischen Broad-Street und Schnylkill-Bridge, wo die Zugkraft auf ebener Bahn 10 Pfd. per Tonne und die von der Maschine ausgeübte Gesammtkraft 6660 Pfd. betragen haben mußte. Diese Maschine hatte 4 Treibräder, auf welche ein Gewicht von 18,059 Pfd. kam. Es geht also hieraus hervor, daß die Adhäsion selbst mit verkuppelten Rädern den dritten Theil des Gewichtes betrug. Das an den Baldwin'schen Maschinen erster Classe auf die Treibräder treffende Gewicht ist um ein Drittheil größer als jenes, welches auf einem Paare der Treibräder der Maschinen der HHrn. Eastwick und Harrison lastet. Jede plözliche Erschütterung, durch welche bei dem gewöhnlichen Baue der Maschine mehr als die Hälfte ihres Gewichtes auf eines der Räder geworfen werden würde, wird bei diesen Maschinen auf zwei Räder vertheilt werden. Es unterliegt keinem Zweifel, daß eine Maschine, an der das gewöhnliche Gewicht nur auf zwei Treibrädern lastet, eine nachtheiligere Wirkung auf die Bahn ausüben muß, als eine Maschine, an der dem von den HHrn. Eastwick und Harrison eingeschlagenen Bauplane gemäß das Doppelte dieses Gewichtes auf vier Treibräder vertheilt ist. In lezterem Falle zieht die Maschine mit Leichtigkeit eine Last von 100 Tonnen Netto über eine Rampe, deren Gefäll 60 Fuß in der engl. Meile beträgt, hinan; und bei diesem Gefälle braucht die Bahn keinen stärkeren Ueberbau zu bekommen, als er für die leichtesten Maschinen der HHrn. Baldwin und Norris an Bahnen erforderlich ist, deren Gefäll 20 bis 30 Fuß in der engl. Meile beträgt, selbst wenn mit Anthracit geheizt wird.

Die HHrn. Knight und Latrobe erwähnen in ihren oben angeführten interessanten Abhandlungen, „daß die Camden- und Amboy-Compagnie dermalen mit dem Baue einer achträderigen Maschine, die zwei Cylinder von 18 Zoll Durchmesser und 3 Fuß Kolbenhub bekommen und im Ganzen 18 Tonnen wägen soll, beschäftigt ist;“„daß die an allen den 8 Rädern Statt findende Adhäsion mittelst Zahnrädern etc. in Wirksamkeit gesezt werden soll;“„daß diese Maschine bestimmt ist, Waarenzüge mit mäßigen Geschwindigkeiten weiter zu schaffen, bisher aber nur als ein Versuch zu betrachten sey.“ – Wir begreifen nicht, wie diese sonst so scharfen Beobachter mit Gleichgültigkeit über ein Factum hinweggehen konnten, welches zu den interessantesten der in ihren Broschüren aufgestellten Thatsachen gehört, und |427| welches, selbst wenn es keinen vollen Erfolg hätte, doch von weit wichtigeren Folgen seyn dürfte, als alle übrigen in Amerika gemachten Verbesserungen an den Locomotiven und Eisenbahnen zusammengenommen. Zur Erläuterung muß ich bei dieser Gelegenheit beifügen, daß ich unter allen den Ingenieurs und Maschinisten, mit denen ich in den lezten zwei oder drei Jahren über diesen Gegenstand gesprochen habe, keine zwei fand, die ihm die Aufmerksamkeit schenkten, welche er meiner Ansicht nach in so hohem Grade verdient. Einer dieser Herren, Hr. R. H. Campbell in Philadelphia, zeigte mir übrigens schon vor drei Jahren eine achträderige Maschine mit vier Treibrädern, die er damals zum Behuft der Heizung mit Anthracit baute, und welche nicht nur der Maschine der HHrn. Eastwick und Harrison außerordentlich ähnlich war, sondern auch die bereits erwähnten dieser Maschine zugeschriebenen Vortheile gewähren mußte.

Wie wir somit gesehen, beträgt die Adhäsion an einer achträderigen Maschine mit vier verkuppelten Rädern den dritten Theil des auf die Treibräder treffenden Gewichtes. Nehmen wir nun an, daß an der 18 Tonnen wiegenden Maschine der HHrn. Stevens die Adhäsion nur ein Viertheil des Gewichtes beträgt, so haben wir eine Maschine, die auf ebener Bahn 1000 Tonnen zu ziehen vermag, ohne daß der Ueberbau durch sie mehr Schaden leidet, als durch die gewöhnlichen 8 und 9 Tonnen wiegenden Maschinen der Bahnen von Philadelphia, Baltimore, New-York, Lowell etc. Eine achträderige 10 Tonnen wiegende Maschine, welche vermöge der Adhäsion ihres ganzen gleichmäßig auf 8 Räder vertheilten Gewichtes wirkt, wird bei einer Steigung von 60 Fuß in der engl. Meile eine Last von 90 Tonnen Netto ziehen, und man wird keinen Anlaß haben, dieses Gewicht zu vermindern, indem nur 1 1/4 Tonnen, oder so viel auf jedes Rad treffen, als auf das Rad eines befrachteten gewöhnlichen Personenwagens trifft.

Die rasche Zerstörung der hölzernen Riegel ist bekanntlich weniger der Verwesung des Holzes, welche daraus erwächst, daß es den äußeren Einflüssen ausgesezt ist, zuzuschreiben, sondern vielmehr der Quetschung, welche von den Treibrädern der Locomotiven ausgeübt wird, und welche die seitliche Cohäsion der Holzfasern zerstört, so daß Wasser, die große zerstörende Kraft, eindringen kann. Dessen ungeachtet kommt die Unterhaltung der hölzernen Balken an der Bahn zwischen Utica und Schenectady nicht höher zu stehen als die Unterhaltung der besten Bahnen um Boston: nämlich auf jährlich 300 bis 350 Dollars per engl. Meile, wobei jedoch in beiden Fällen die Erneuerung des Eisenwerkes nicht mitgerechnet ist. Wenn eine Maschine von 10 Tonnen dem Ueberbaue nicht mehr Schaden zufügt, als ein |428| gewöhnlicher Personenwagen, so kann man füglich annehmen, daß diese Verbesserung allein die Reparaturen des gewöhnlichen Ueberbaues unter jene herabdrüken wird, die an der besten der amerikanischen Bahnen Statt finden. Dabei ist aber noch gar nicht in Anschlag gebracht, was durch Benüzung der Kyan'schen oder irgend einer anderen auf den Schuz des Holzes abzielenden Methode gewonnen werden kann.

Es hat sich öfter ereignet, daß man Bahnen einige Zeit nach ihrer Eröffnung mit Pferden befuhr, und daß die Adjustirung, welche den Schienen von den Ingenieurs gegeben worden, hiedurch auch nicht den geringsten Schaden litt. Dagegen hat man an denselben Bahnen, nachdem sie mit denselben Wagen aber mit Maschinen auch nur eine Woche befahren wurden, größere und zahlreichere Unebenheiten entdekt, als durch die Wirkung der Wagen allein im Laufe von 6 und mehr Monaten erzeugt worden wären. Sowohl Holz als Eisen halten ohne den geringsten Nachtheil eine gewisse Gewalt aus; allein eine geringe Steigerung über diese hinaus erzeugt oft schon eine bleibende Senkung oder Biegung. Durch Verminderung des auf eines der Räder treffenden Gewichtes von 2 1/2 auf 1 1/4 Tonne wird die relative Stärke des Ueberbaues nicht bloß verdoppelt, sondern in einem noch weit höheren Maaße gesteigert. Allerdings werden die Dimensionen des Eisens und Holzes, die Holzart, die Anordnung der Theile, die Beschaffenheit des Erdreiches etc. ihren Einfluß auf dieses Maaß üben; allein im Allgemeinen wird dieses Maaß gerade da am höchsten ausfallen, wo es am nothwendigsten ist: nämlich in dem Falle, wo ein leichter Ueberbau in einem nördlichen Klima in Thon eingebettet werden soll.

Die Vertheilung des Gewichtes der Maschine auf 8 Räder anstatt der Uebertragung von 3/5 oder eines noch größeren Antheiles dieses Gewichtes auf zwei Räder, steht mit der Beibehaltung eines wohlfeilen Ueberbaues, wie man ihn selbst mit den dermaligen Maschinen in vielen Gegenden annahm, wo Capital und Mechaniker selten, Holz und Holzknechte dagegen in Ueberfluß sind, im innigsten Verbande. Allerdings wird die größere Biegung der hölzernen Balken einen Verlust an Kraft bedingen; allein auch dieser schon an und für sich nicht sehr bedeutende Verlust wird durch die Vertheilung des Gewichts auf sämmtliche Räder um die Hälfte vermindert werden. Das Einzige, was zu besorgen ist, ist, daß selbst für die leichtesten der nach diesem Principe gebauten Maschinen und sogar bei Gefällen, die 40 bis 60 Fuß in der engl. Meile betragen, nicht leicht ganze oder volle Ladungen aufzubringen seyn dürften.

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Einer meiner Freunde, Hr. E. F. Johnson, hat mir gesagt, daß man die neue Maschine bereits einem Versuche unterworfen habe, und daß sie hiebei ganz gut zu arbeiten schien. Zeit und Erfahrung allein können jedoch deren Kräfte sowohl als deren Mängel zu Tage bringen, und darüber entscheiden, ob sie allgemeine Annahme verdient. Wenn jedoch auch dieser Versuch, was ganz unwahrscheinlich ist, kein günstiges Resultat haben sollte, so bleibt immer noch die achträderige Maschine der HHrn. Eastwick und Harrison, welche auf einer Bahn, die mit 60 Fuß in der engl. Meile hinansteigt, 100 Tonnen Netto zu ziehen vermag, und die dem Ueberbaue weniger Schaden thun wird, als die gewöhnliche 8 oder 9 Tonnen wiegende englische oder amerikanische Maschine.

Mit der Maschine der beiden leztgenannten Herren oder auch mit jener der HHrn. Stevens ließe sich sehr leicht ein höchst interessanter Versuch anstellen. Man hebe nämlich die Räderverkuppelungen auf, lasse die Maschine nur durch die Adhäsion eines einzigen Räderpaares wirken, und bestimme die Maximalladung, welche sie ohne Glitschen der Räder fortzuschaffen vermag. Sodann verkupple man zwei der Räderpaare und wiederhole den Versuch; die Zunahme der Ladung, die sich hiebei zeigen wird, wird das Maaß für den Werth der von den HHrn. Eastwick und Harrison gemachten Verbesserung seyn. Wenn man mit der achträderigen Maschine vier derlei Versuche anstellen würde, so würden sich die Vortheile dieser Bauart der Locomotiven mit ziemlicher Genauigkeit herauswerfen, und wahrscheinlich würde man gehörigen Aufschluß über das bisher zu sehr vernachlässigte Princip des Locomotivbetriebes mittelst der Adhäsion von mehr dann zwei Rädern erhalten. Die Einführung von Maschinen, an denen die Last gleichmäßig auf 8 Räder verweilt wäre, und welche durch die Adhäsion dieser 8 Räder arbeiteten, würde, wie ich glaube, in der Geschichte der Eisenbahnen eine Epoche machen, welche nur hinter jener zurükbliebe, die mit der Anwendung der Dampfkraft auf den Eisenbahnen begann.

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