Titel: Ueber die Eigenschaften und Verarbeitung des Stabeisens.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1850, Band 116, Nr. LIV. (S. 269–283)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj116/ar116054

LIV. Erfahrungen über die Eigenschaften, die Darstellung und die Verarbeitung des Stabeisens.

In den Jahren 1842 bis 1844 wurde bei Mühlheim eine Kettenbrücke über die Ruhr gebaut. Sie hat drei Oeffnungen, von denen die mittlere 300 Fuß, die beiden Seitenöffnungen jede 90 Fuß im Lichten Weite haben. Die Sehne des mittleren Kettenbogens (nach der Ausführung gemessen) beträgt 311 1/2 Fuß, seine Pfeilhöhe 22,3; die Rückhaltketten sind, so weit sie über die Seitenöffnungen treffen, als Tragketten benutzt. – Die Breite der Bahn von der Brücke beträgt 24 Fuß.

Die Ausführung des Baues wurde Hrn. Ingenieur Malberg übertragen. In der vierten Lieferung der Verhandlungen des Vereins zur Beförderung des Gewerbfleißes in Preußen,“ vom Jahr 1849 hat er die Fabrication der Ketten zu dieser Brücke mit Hülfe einer Tafel beschrieben, und in der fünften Lieferung die bei der Fabrication dieser Ketten gemachten Erfahrungen und angestellten Versuche, in einem 44 Quartseiten umfassenden Aufsatze mit vielen eingedruckten Holzschnitten bekannt gemacht. Dieselben haben ein großes allgemeines Interesse, indem sie einerseits über die Vor- und Nachtheile der dabei angewandten Manipulation ein helleres Licht verbreiten, anderntheils für die Ausführung von diesen und ähnlichen Constructionen aus Schmiedeisen, manchen Fingerzeig geben. Die Redaction des polytechn. Journals theilt daher einen gedrängten Auszug daraus mit.31)

In den bei dem Bau der Brücke festgestellten Grundsätzen war gesagt worden, daß im Allgemeinen nur rheinisches oder siegen'sches Eisen, welches von anerkannter Güte ist, oder aus alten kleinen Eisenabgängen geschweißtes, sogenanntes Ramaßeisen verwendet werden solle. Als Probe für das Ketteneisen wurde bestimmt, daß die Stäbe das 6malige Herabfallen eines 18 Pfd. schweren Bärs von 6' Höhe, oder sechs kräftige Schläge mit einem ebenso schweren Hammer, ohne Veränderung |270| und Längenausdehnung, aushalten sollten. Ferner war auch bestimmt, daß zu sämmtlichen Kettenstäben nur im Herde mit Holzkohlen gefrischtes und durchaus kein Puddeleisen angewendet werden solle. Endlich dürften auch die Verbreiterungen der Stäbe, sowohl an den Enden (Augen), als in den Mitten (Lappen der Kuppelglieder) woran die Tragstangen hängen, nur aus massivem Eisen geschmiedet, und weder durch Aufstauchen, noch durch Umlegen hervorgebracht werden.

Als nun das zu der Kettenbrücke erforderliche Eisen in Submission gegeben werden sollte, sprachen sich die Concurrenten bei derselben gegen die Bedingung, daß bloß Herdfrischeisen angewendet werden solle, aus. Das in diesem zweifelhaften Falle eingeholte Gutachten des königl. rheinischen Ober-Bergamts zu Bonn, erstattet von dem geh. Bergrathe Althans, sprach sich dahin aus, daß sich ein allgemeines Urtheil über die größere Vorzüglichkeit des Frischfeuer- oder Puddlingsprocesses zur Darstellung eines guten, jeder Anforderung an Zähigkeit und Haltbarkeit entsprechenden Stabeisens nicht wohl abgeben lasse, weil es bei dem einen, wie bei dem andern nächst guter Qualität des zum Verfrischen angewendeten Roheisens und richtiger der Beschaffenheit dieses Materials entsprechenden Behandlungsweise, sehr wesentlich auf die Geschicklichkeit des Arbeiters und auf gehörige Beaufsichtigung ankomme.

Es sey jedoch kein Grund vorhanden anzunehmen, daß der Puddlingsproceß ein Stabeisen von niedriger Qualität liefere, als das vom Verfrischen im Herde erfolgende Stabeisen, vielmehr sey das Frischen in Flammöfen bei Steinkohlen als ein vollkommenerer Proceß zu erachten, mittelst dessen bei gehöriger Behandlungsweise ein in allen Theilen gleichartigeres Schmiedeisen erzielt werden könne, als beim Frischen im Herde, so wie auch durch das Auswalzen der Luppen und das Schweißen und Auswalzen der Rohschienen das Eisen seiner Länge nach sehr haltbar werde und in starken und langen Stäben im Allgemeinen in diesem Zustande rücksichtlich seiner absoluten Festigkeit dem geschmiedeten Eisen vorzuziehen seyn würde, dessen Gefüge mehr geeignet sey, eine nach allen Richtungen gleiche Cohäsion zu zeigen.

Zugleich war in jenem Gutachten erwähnt, daß die Qualität des auf den Hütten im Kreise Schleiden producirten Roheisens nach allen bisherigen Erfahrungen der Qualität des Roheisens von den rheinischen und siegen'schen Hütten ganz gleich zu stellen sey, wie denn auch |271| das daraus sowohl im Frischfeuer als im Puddlingsofen dargestellte Schmiedeisen sich stets als von sehr guter Qualität bewährt habe.

Das Gutachten des Hrn. Althans sprach sich noch speciell dahin aus, daß die Bedingung, daß nur im Herde mit Holzkohlen gefrischtes Eisen zu den Kettengliedern und Bolzen angewendet werden dürfe, keine Sicherheit gäbe, vielmehr bei dieser Methode, welche gewöhnlich unter dem Hammer geschähe, leichter ein Schlackenrest im Querschnitt des Stabes sitzen bleibe, als bei dem Puddlingseisen, welches aus Päcken doppelt geschweißt und zwischen Walzen bearbeitet werde. Hr. Althans belegte diese seine Behauptung durch eine praktische Erfahrung an einem sonst sehr sorgfältig unter dem Hammer gearbeiteten Steuergewichtshebel einer Wassersäulenmaschine, welcher bei 1 1/2 Zoll Durchmesser rund um in einem Querschnitte nur 1 Linie dick haltbares Eisen hatte, in Folge dessen er zerbrach.

Er fügte ferner die Bemerkung hinzu, daß er schon früher die Ueberzeugung von der guten Haltbarkeit des gepuddelten und gewalzten Eisens durch Zerreißungsversuche gewonnen, d.h. dann, wenn es aus guten Urstoffen sorgfältig gemacht und aus Päcken doppelt ausgeschweißt würde, wie er denn auch bei dergleichen zu Alf dargestellten Stäben eine absolute Cohäsion von 60,000 bis 80,000 Pfd. für den Quadratzoll gefunden habe und manche Stücke sich vor dem Zerreißen 1/4 bis 1/2 der Länge gereckt hätten.

Nachdem er fernerhin sich darüber ausgesprochen, daß bei dem Puddlingsproceß alles von dem guten Willen und der Sorgfalt des Arbeiters, so wie von dessen fortwährender Beaufsichtigung abhänge, findet er das Hauptsicherungsmittel in den persönlichen Eigenschaften der Eisenproducenten, welchem man sowohl in der gewissenhaften Besorgung der guten Ausführung durch den vollkommenen Kenner des Geschäfts, als auch in der wirklich dazu zu verwendenden Zeit und Aufmerksamkeit das volle Vertrauen schenken könne. Ohne solche Ueberzeugungen und gehörige Prüfung des Eisens könne der Baumeister keine Verantwortlichkeit übernehmen. Endlich sey die vollkommen gute Qualität des gelieferten Eisens noch nicht genügend, um eine vollkommene Sicherheit zu bekommen, indem die folgende Bearbeitung doch noch die größte Aufmerksamkeit erfordere. Jede Schweißhitze im Schmiedefeuer vermindere die Cohäsion um einen bedeutenden Theil, so daß es oft unter die Hälfte der Cohäsion gebracht werden könne, wenn es im Feuer unachtsam und ungeschickt behandelt würde, weßhalb er alle Schweißstellen stärker machen ließe.

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Bei Vergleichung des im Herde mit Holzkohlen und im Puddlingsofen mit Steinkohlen gefrischten Stabeisens schließt sich Hr. Malberg ganz dem Gutachten des Hrn. Althans an und hat die Ueberzeugung, daß Stabeisen im Puddlingsofen, und unter Walzen erzeugt, wenigstens eine ebenso große, wenn nicht eine größere absolute Festigkeit besitzt, als im Herde gefrischtes und unter dem Hammer behandeltes, vorausgesetzt, daß beide Arten gleich sorgfältig hergestellt und nur die reine Eisenfaser unter Ausschluß von Fehlstellen berücksichtigt wird. Es ist indessen sehr häufig der Fall, daß das unter dem Hammer behandelte in seinem Innern in Folge von darin gebliebener Schlacke unganz ist, ein Fehler, den man äußerlich nicht immer bemerkt, und der selbst bei der größten Gewissenhaftigkeit des Arbeiters nicht immer vermieden werden kann. Beim Auswalzen des Stabeisens gleich nach dem Frischen im Puddlingsofen und bei einem hohen Hitzgrade, wo die Schlacke noch sehr flüssig ist, kann dasselbe weniger leicht vorkommen, da dann die Schlacke vollständig ausgepreßt wird, wenn nur die Walze auf die gehörige Dünnheit der Eisenstange gestellt wird. In dieser Beziehung hat das gewalzte Eisen daher directe Vorzüge vor dem unter dem Hammer behandelten, aber auch noch in anderer, wozu auch gehört, daß das Korn des Eisens in der Richtung der später bei Kettenbrücken stattfindenden Belastung verlängert wird.

Gesetzt es bliebe auch noch Schlacke in dem durch das erste Auswalzen erzeugten Bramen, der etwa 3/4 bis 4/4 Zoll Stärke und 6 Zoll Breite hat, so wird dieses bei dem Durchsehen und Probiren, was jedoch nicht zu unterlassen ist, leicht bemerkt und das fehlerhafte Stück ausgeschossen, oder es vertheilt sich, selbst wenn dieß nicht der Fall wäre, der Fehler beim Doubliren zu 6 bis 10 Stück auf eben diese Zahl und kann nach dem zweiten Auswalzen nur 1/6 bis 1/10 des frühern betragen. Daß derselbe Fehler sich bei allen 6 oder 10 Stücken an derselben Stelle zeigen sollte, möchte wohl außer den Gränzen der Wahrscheinlichkeit liegen. Beim Ausschmieden unter dem Hammer bleibt dagegen der Fehler an derselben Stelle, kann möglicher Weise sich gar nicht vertheilen, oder aber niemals durch Strecken auf das Minimum des beim Auswalzen möglichen vermindert werden. Dagegen erhält das Stabeisen unter dem Hammer eine Eigenschaft, die ihm das Walzen nicht in gleichem Maaße mittheilt, nämlich eben Zähigkeit, Härte und Dichtigkeit, welche aber für Kettenglieder nicht so sehr erforderlich, obwohl für solche Stücke die einer starken Reibung oder Abnutzung ausgesetzt sind, z.B. Radeisen, Radachsen, Kolbenstangen etc. (auch |273| Eisenbahnschienen, welche unter dem Hammer erzeugt würden), sehr erwünscht ist. Ein directer Nachtheil der Anwendung des Walzeisens zu Kettengliedern liegt in der Form der letztern. Diese haben nämlich in den Augen eine größere Breite als im Schafte. Diese größere Breite kann bei den jetzigen Walzeinrichtungen gar nicht, übrigens nur durch schwierige Vorrichtungen erzielt werden; man ist daher genöthigt, die Augen und den Schaft jedes für sich allein herzustellen und dann alle drei Theile zusammenzuschweißen. Nach allen Erfahrungen findet aber in den Schweißstellen eine Schwächung der absoluten Festigkeit statt – ein Uebelstand, dessen Abhülfe allerdings sehr in Erwägung gezogen zu werden verdient, und der durch keine Procedur vollständig neutralisirt und nur durch sorgfältige gewissenhafte Behandlung im Schweißen selbst vermindert werden kann. Unter dem Hammer würden allerdings die Kettenglieder aus einem Stücke, ohne Schweißung in transversaler Richtung, hergestellt werden können und in dieser Beziehung das Schmieden der Kettenglieder gegen das Walzen einen bedeutenden Vorzug verdienen. Dieser Vorzug wird jedoch durch die größere Wahrscheinlichkeit unganzer Stellen im Schmiedeisen gegen, Walzeisen theilweise compensirt und es bleibt, da die deutschen Eisenwerke sich damals wohl schwerlich zum Schmieden der an 10' langen und 6 Quadratzoll im Querschnitt haltenden Kettenglieder verstanden haben würden (denn jetzt ist dieß kein Hinderniß mehr), auch mit der Lendersdorfer Hütte bereits auf Walzeisen contrahirt ist, nichts anderes übrig, als die Anwendung des letztern. Unter diesen Umständen ist daher die Bedingung eines guten Zusammenschweißens, die strenge Einhaltung der vorgeschriebenen Dimensionen in der Schweißstelle und eine scharfe Probe der Kettenglieder unerläßlich und möchte, wenn dieses beobachtet wird, das Walzeisen für die Kettenbrücke Beruhigung genug für deren Sicherheit geben, um so mehr als die Lendersdorfer Hütte bei ihrer Darstellungsweise mit der größten Sorgfalt verfährt.

Die 9 bis 9 1/2 Fuß langen Hauptglieder, von Mitte zu Mitte des Bolzenlochs gemessen, wurden aus drei Stücken zusammengeschweißt. Die Augen hatten hierbei eine Länge von 1 Fuß, so daß für den mittlern Theil oder Schaft eine Länge von 7 bis 7 1/2' nöthig war. Vor dem Zusammenschweißen wurden die Schäfte etwas gerichtet, und dann die Enden bei Rothglühwärme aufgestaucht. Beim Stauchen bediente man sich eines Schwunghammers, der an der Decke der Schmiede mittelst einer eisernen Stange aufgehängt war. Die am Ende stark rothglühend gemachten Stäbe wurden dabei so auf einen Amboß gelegt, |274| daß das Ende etwas vorstand. Handhämmer vollendeten die Form, wodurch auch die durch Stauchen verkürzten und aus einander gequetschten Fasern oder Nerven wieder gestreckt wurden. Das Stauchen der Augen erfolgt in ähnlicher Art.

Darauf erhitzte man ein Auge und einen Schaft, jedes in einem besondern Schmiedefeuer, und schweißte sie auf einander. Man bediente sich dabei der Handhämmer, weil man dabei weit rascher und sorgfältiger verfahren kann als mit Reckhämmern. Es muß hier ganz besonders bemerkt werden, daß Schweißstellen immer schwache Stellen im Eisen sind, und daß, da die Zähigkeit bei sorgloser Arbeit wohl um die Hälfte gegen aus einem Stück gearbeitete Theile abnehmen kann, man dieselben vermeiden sollte, wo es irgend angeht.

Durch Ueberbrechen über die Amboßkante zeigte das Ketteneisen ein sehniges Gefüge und eine große Widerstandsfähigkeit. Um über das Verhalten des Eisens in der Rothglühhitze (Rothbruch) zu urtheilen, dienten die zusammengeschweißten Kettenglieder, welche keine Spur davontrugen. Um den Kaltbruch zu untersuchen, wurde ein 6'' breiter und 5/6'' dicker Stab unter einem Schwanzhammer kalt gehämmert, so daß er um 1''' in der Dicke schwächer wurde. Es war keine Spur von Kantenrissen daran vorhanden und beim Hin- und Herbiegen durch Hammerschläge in dem gußeisernen Probirständer zeigte sich, daß er nur wenig von seiner Zähigkeit und Elasticität verloren hatte.

In Beziehung auf das Schweißen ist noch ganz besonders zu bemerken, daß die zusammenschweißenden Enden stark gestaucht werden müssen, damit das Eisen nach der Schweißung in der darauf folgenden gelinden Rothwärme wieder länger ausgereckt werden kann, wodurch die in der Schweißhitze verschwundene Cohäsion, d.h. gute faserige Textur, so gut als möglich wieder gegeben wird.

Bei einigen vorläufig gemachten Kettengliederproben ergab sich, daß bei den behufs des Zusammenschweißens vorgenommenen Proceduren das Eisen verdorben, und dessen faserige Textur in der Regel 2'' vor der Schweißstelle mehr oder weniger in eine körnige verwandelt worden war. Es konnte nur noch der Zweifel obwalten, ob dieses durch das Zusammenschweißen selbst oder das diesem vorangehende Stauchen, welches gerade in dieser Ausdehnung stattfindet, bewirkt werbe. Um hierüber ins Klare zu kommen, wurden einige gestauchte Enden übergebrochen, die jedoch sämmtlich ein faseriges Gefüge, wie das ursprüngliche des Walzeisens zeigten.

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Der Einfluß der Schweißhitze mußte demnach allein die nachtheilige Wirkung hervorbringen. Das Eisen leidet gewöhnlich an der Stelle am meisten, wo es nach der Schweißhitze wenig oder gar keine Hammerschläge bekommt, wodurch das krystallisirte Korn wieder platt gedrückt und gereckt werden würde.

In Folge dieser Erfahrung wurde bei der weitern Fabrication der Grad des Stauchens und Ausreckens möglichst vergrößert. Bei den Proben in der Maschine wurden die Hammerschläge stark geführt, damit bei großer Sprödigkeit diese sich durch in die Augen fallende Fehler des Stabes kund gebe.

Um zu einer nähern Aufklärung darüber zu gelangen, ob die Annahme der Elasticitätsgränze zu 3/5 oder 2/3 der absoluten Festigkeit zu rechnen sey, wurden zwei Versuche angestellt, bei denen sich die absolute Festigkeit auf den rheinischen Quadratzoll ergab zu (31421 . 16)/9 = 55859 Pfd.; und die Elasticitätsgränze auf den Quadratzoll hiernach bei (18749 . 16)/9 = 33331 Pfd. liegt.

Nach dem ersten Versuche liegt die Elasticitätsgränze bei 25949/54230 = 0,48, nach dem zweiten Versuche bei 33331/55859 = 0,6 (nahe) der absoluten Festigkeit.

Wir theilen hier noch die Elasticitätsgränze mit, die von andern Physikern und Technikern erlangt worden ist. Sie liegt nach Versuchen von:

Tredgold bei 0,3

Duleau bei 0,33 bis 0,66.

Lagerhjelm bei 0,360 – 0,438.

Navier bei 0,490 – 0,896, im Mittel 0,667.

Telford bei 0,741.

Brown bei 0,600.

Traitteur bei 0,652.

Barbé bei 0,603 der absoluten Festigkeit.

Da es von Wichtigkeit und Interesse war, die absolute Festigkeit der Kettenglieder sowohl in den Schweißstellen, als auch in den Schäften näher kennen zu lernen, so wurden zu diesem Behuf mehrere Versuche angestellt, von denen wir hier die Resultate mittheilen wollen.

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Von neun angestellten Versuchen geben die folgenden Aufschluß über den Betrag der absoluten Festigkeit in den Schweißstellen, und zwar beträgt dieselbe

für den Quadratzoll. für ein Kettenglied.
nach Versuch 1, 35574 Pfd. 211380 Pfd.
2, 43080 – 211440 –
4, 40833 – 200429 –
6, 34270 – 177037 –
7, 42418 – 208143 –
8, 43750 – 214750 –
9, 46393 – 245672 –
–––––––––––––––––––––––––––––––––––
im Mittel = 40902 Pfd. 209836 Pfd.

Diese Werthe sind jedoch nur unter der Voraussetzung richtig, daß die absolute Festigkeit des Eisens überall dieselbe ist. Dieses ist aber nicht wahrscheinlich. Es muß vielmehr dieselbe in dem mittlern Theile, welcher zuerst und zwar in der saftigen Schweißhitze geschweißt wird, verhältnißmäßig größer seyn als in den Kanten und Ecken, welche einestheils wegen der geringern Eisendicke im Feuer mehr durch Ueberhitzung leiden, anderntheils die Hammerschläge später, wo die Abkühlung schon in etwas stattgefunden hat, bekommen.

Genauere und wahrscheinlich noch etwas niedrigere Werthe lassen sich nur durch das Zerreißen von Stäben, welche ihre ganze Breite in den Schweißstellen behalten haben, erzielen. Indessen können die erhaltenen Werthe dazu dienen, um zu ermitteln, wie die absolute Festigkeit in den Schweißstellen selbst wechselt, wenn Versuche mit dem Zerreißen der ganzen Stäbe vorliegen.

Aus den Versuchen 3 und 5 geht hervor, daß eine vorsichtig gemachte Schweißhitze dem Eisen nicht schadet. Der Versuch mit dem bis zur Schweißhitze erhitzten Kettengliede hat sogar einen größern Werth für die absolute Festigkeit gegeben, als derjenige mit dem gar nicht erhitzten. Die Differenz ist jedoch nur gering, und man ist nicht berechtigt anzunehmen, die Schweißhitze habe die absolute Festigkeit vergrößert. Ebenso wenig ist man aber auch berechtigt anzunehmen, daß die Stäbe durch das Zusammenschweißen aus zwei Stücken in der Schweißhitze gar nicht leiden. Denn hierbei kommt es wesentlich noch darauf an, daß die zusammenzuschweißenden Stücke überall gleiche Stärke haben, was bei den Kettengliedern, wo die in Rede stehenden Stücke durch das Stauchen etwas dünn auslaufende Kanten bekommen, nicht der Fall ist.

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Dieselben Versuche geben Rechenschaft über den numerischen Werth der Stärke der Kettenglieder in den Schäften, und zwar beträgt derselbe:

für den Quadratzoll für ein Kettenglied.
nach 3, 51960 Pfd. 290530 Pfd.
– 5, 49031 – 265994 –
––––––––––––––––– ––––––––––––––––
im Mittel = 50500 Pfd. 278262 Pfd.

Die Vergleichung dieser mit den Werthen für die absolute Festigkeit in den Schweißstellen gibt zum Nachtheil der letztern einen Betrag von (50500 – 40900)10/50500 = 19 Procent.

Zur Bestimmung der absoluten Festigkeit der Kettenglieder und ihrer Elasticitätsgränze wurde von Hrn. Malberg noch eine andere Reihe von neun Versuchen mit großer Sorgfalt angestellt, aus denen sich die nachstehenden Folgerungen ziehen lassen.

Was zunächst die Stärke der Kettenglieder in den Schweißstellen betrifft, so können dafür die Versuche 1, 2, 3, 4, 7 und 8, bei welchen das Zerreißen der Glieder in den Schweißstellen statt hatte, maßgebend seyn.

Es fand sich das Zerreißungsgewicht

pr. Kettenglied.
nach Versuch 1, 202042 Pfd.
2, 207657 –
3, 196029 –
4, 179869 –
7, 186324 –
8, 197155 –
––––––––––––––––––––––––––––––––––––
woraus im Mittel 194846 – das Zerreißungsgewicht.

Vergleichen wir diesen Werth mit dem aus den vorhergehenden Versuchen gezogenen, wonach bei partieller Zerreißung der mittlere Werth 209836 Pfd. für das Zerreißungsgewicht gefunden wurde, so ergibt sich:

1) daß die absolute Festigkeit in der Mitte der Schweißstelle auf 3 Zoll Breite verhältnißmäßig größer ist, als an den beiden zusammen 3 Zoll Breite haltenden Kanten, wie dieß auch schon früher als wahrscheinlich angedeutet wurde;

2) daß sich die absolute Festigkeit des mittlern 3'' breiten Theils |278| der Schweißstelle zu der der ganzen Schweißstelle verhält wie 210 : 195 = 42 : 39 nahe.

Vergleichen wir ferner den obigen Werth von 194846 Pfd. mit dem für die absolute Festigkeit in den Schäften gefundenen von 278262 Pfd. pr. Glied, so ergibt sich zum Nachtheil der Schweißstellen ein Mittelwerth von (278262 – 194846)100/278262 = nahe 30 Proc.

Vergleichen wir endlich denselben Werth mit den Belastungen, welchen die Glieder in der Brücke ausgesetzt werden, so ergibt sich

1) für die Belastung durch die eigene Construction der Brücke, welche für jedes Kettenglied 56700 Pfd. beträgt, eine 194846/56700 = 3,436fache Sicherheit;

2) für die Maximalleistung der Brücke, wenn der Quadratfuß Brückenbahn mit 72 Pfd. beschwert wird, eine 194846/97500 = 2fache Sicherheit.

Die Annahme der extraordinären Belastung von 72 Pfd. auf den Quadratfuß, welche sich darauf gründet, daß auf eine Fläche von 6 Fuß im Quadrat 24 Menschen verschiedenen Alters, jeder durchschnittlich 108 Pfd. an Gewicht, zusammengedrängt werden können, ist diejenige, welche in der Regel in England für dergl. und ähnliche Constructionen gemacht wird.

In Frankreich wird die größte extraordinäre Belastung nur zu 45 Pfd. auf den Quadratfuß gerechnet, eine Annahme, die auf das Gewicht des rottenweise marschirenden Militärs gegründet und von der dortigen Regierung officiell bestimmt ist. Bei derselben würde ein jeder Stab einer Spannung von 87140 Pfd. ausgesetzt, mithin eine 194846/87140 = 2,236fache Sicherheit der Construction verhanden seyn.

Will man nun noch die Stärke der Schweißstellen, auf den Quadratzoll Querschnittsfläche berechnet, aus den genannten Versuchen herleiten, so ergibt sich als mittleres Resultat 34926 Pfd.

Beträgt nun die absolute Festigkeit im Schafte nach den obigen Versuchen im Mittel 50500 Pfd., so sind die Schweißstellen |279| (50500 – 34926)/50500 . 100 =30 4/5 schwächer als das volle Eisen ohne Schweißung.

Wollte man in den Schweißstellen eine gleiche Stärke wie in dem übrigen Theile der Schäfte haben, so müßte man die erstern um etwa 30 Proc. im Querschnitt größer machen als die letztern. Da nun der Schaft etwa 5 Quadratzoll Querschnitt hat, so würden die Schweißstellen etwa 6,5 Quadratzoll Querschnitt, d. i. etwa 6 1/2 Zoll Breite und 1 Zoll Dicke erhalten müssen. Diese Dimensionen ließen sich bei den Abmessungen der Stäbe von 6,05'' mit 5/6 Zoll durch Stauchen deßhalb nicht vollständig erreichen, weil man das Ausstrecken der Schweißstelle, ohne in einen andern Nachtheil zu verfallen, nicht aufgeben durfte. Man suchte jedoch bei der Fabrication möglichst einen Querschnitt von 6 Quadratzoll einzuhalten.

Was nun die Qualität des Eisens in den Schweißstellen betrifft, so hatte dieselbe, wie dieß auch schon aus anderweitigen Versuchen bekannt ist, mehr oder weniger gelitten, indem die sehnige Structur des Eisens mehr oder weniger in eine krystallinisch-körnige übergegangen war. Außerdem hatte, wie dieß die erste Versuchreihe ergibt, die Schweißung häufig nicht vollständig stattgefunden, was zunächst in der großen Ausdehnung der zusammenzuschweißenden Flächen von 6 Zoll Breite und der verhältnißmäßig zu dieser Breite nur geringen (wenn gleich auch durch das Stauchen etwas vergrößerten) Dicke von 5/6 Zoll seinen Grund haben mag, indem es sehr schwierig ist zu verhüten, daß nicht ein Theil (auf dem nur wenig warmen Amboß) früher erkaltet, als der andere, und bevor an allen Stellen eine vollkommene Schweißung unter den Hammerschlägen stattgefunden hat. Eben diese große Ausdehnung der Schweißstellen und die lange zum Zusammenschweißen erforderliche Zeit verleiten den Schmied zu leicht, das Eisen vor dem Schweißen zu stark zu erhitzen, um nur für die ganze Fläche lange genug Schweißhitze zu behalten; dadurch entsteht aber der zuerst erwähnte Uebelstand, daß das Eisen seine sehnige Structur verliert und in die krystallinisch-körnige übergeht, welche letztere immer einen Mangel an Cohäsionskraft mit sich bringt. Beide Uebelstände, die zu geringe und die zu starke Schweißhitze, sind die Scylla und Charybdis, in deren eine oder andere der Schmied gar zu leicht geräth, und es gehört eine außerordentliche Geschicklichkeit und Aufmerksamkeit dazu, sie zu vermeiden und das richtige Mittel zu halten. Dieser Geschicklichkeit kommt wieder der Umstand zum Nachtheil, daß |280| wenn das Eisen bei den vorhergegangenen Fabricationsprocessen nicht durchaus gleichartig ausgefallen, wenn es bei diesen mehr oder weniger warm behandelt worden, es eine geringere oder größere Schweißhitze erfordert, um gut und vollkommen zu schweißen, abgesehen von der oft sehr variirenden Qualität der Schmiedekohlen, wornach stets die Behandlung des Eisens zu modificiren ist, und die nicht selten alle und jede Schweißung unmöglich macht, wie es denn auch hier vorgekommen ist, daß man das Schweißen wegen schlechter Qualität der Kohlen auf einige Tage einstellen mußte, bis man sich nämlich erst wieder andere Kohlen verschafft hatte.

Ueber die Fehler des Schweißens und die in deren Folge stattfindende Art des Zerreißens bemerkt Hr. Malberg als Resultat seiner Beobachtungen folgendes, wobei die durch zu geringe Schweißhitze entstehenden zuerst berücksichtigt worden sind. Beide Enden der zusammengeschweißten Stäbe sind unter einem sehr spitzen Winkel abgeschrägt, und so über einander gelegt, um eine möglichst lange Verbindungsfläche zu erlangen. Da wo sich die zugeschärfte Spitze des einen Stücks auf die stumpfe des andern auflegt, ist beim Schweißen die erstere, weil sie am dünnsten, auch zuerst erkaltet, und hat, wenn die Schläge nicht gut und rasch trafen, nicht vollständig geschweißt. Ist auch die Schweißung auf der oberen Seite, auf welche die Hammerschläge zuerst fallen, gerathen, und dieß ist in der Regel der Fall, so ist dennoch nicht selten die untere Schärfe, welche auf dem durch sein Wärmeleitungsvermögen abkühlenden Amboß ruht, nach dem Umwenden des Stabes so sehr erkaltet, daß die Schweißhitze vorüber ist, und die Schweißung kann durch die Hammerschläge nur etwas unter der Schärfe anfangen. Unter den Hammerschlägen wird aber diese Schärfe noch so auf den unterliegenden Theil festgeschlagen, daß man, obschon keine wirkliche Vereinigung stattgefunden, doch keine Fuge bemerken kann (der Schmied sagt: die Schweißstelle wird zugeschlagen). In der That hat der Stab dann nur eine Cohäsionsfläche, die in einer Querrichtung geht, und von der Ausdehnung derselben hängt die Stärke der Schweißstellen ab. Der Riß erfolgt in der Regel in dieser Querrichtung, d.h. senkrecht in der Länge des Stabes. Seltener ist, daß die beiden auf einander geschweißten schrägen Flächen in ihrer ganzen Ausdehnung von einander gerissen werden. Dieses ist aber dann der Fall, wenn die Schweißflächen nicht gut gereinigt waren, und wenn die Schweißhitze zu gering war, wo dann, wie der Schmied sagt, die Schweiße nur klebt.

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Endlich kommt auch der Fall vor, daß die hohe Kante des Stabes nicht gut geschweißt war, was auch leicht eintritt, da die Hämmerschläge zuerst auf die flachen Seiten und zuletzt, wenn die Schweißhitze schon etwas niedriger ist, auf die hohe Kante geführt werden. Das Zerreißen fängt dann auch auf der hohen Kante an und gibt sich leicht dadurch zu erkennen, daß die Stücke, weil dann der Zug nicht mehr in der Richtung der Achse des Kettengliedes gleichmäßig erfolgt, auf die Seite stiegen.

Der Fehler der zu starken Schweißhitze ist bereits vorher erwähnt und das krystallinische Gefüge als Folge derselben angegeben. In diesem Falle erfolgt das Zerreißen in der Regel neben der Schweißstelle, wohin wenig oder gar keine Hammerschläge getroffen haben, während die Schweißstelle selbst durch die Hammerschläge theilweise ihre sehnige Structur wieder erlangt und sich verbessert hat.

Um beurtheilen zu können, mit welcher Sicherheit die Fehlerhaftigkeit der Schweißstellen durch die Kaltmeißelprobe zu erkennen ist, hat Hr. Malberg zwei Versuche angestellt mit Stäben, deren Schweißstellen sich bei jener Probe als mangelhaft herausstellten. Nach denselben beträgt das Zerreißungsgewicht der Stäbe beziehlich 158095 Pfd. und 164494 Pfd., welchen Werthen eine absolute Festigkeit von beziehlich 28353 Pfd. und 29447 Pfd. auf den Quadratzoll Querschnitt in der Schweißstelle entspricht. Diese und ähnlich sich zeigende Stäbe wurden zwar ausgeschlossen, indessen könnten möglicherweise noch dergl. unter den probirten vorhanden seyn. Dieses vorausgesetzt, würde sich, wenn man obige beide Werthe noch bei einigen der obigen Versuche in Anschlag bringt, eine mittlere Stärke der Ketten in den Schweißstellen pr. Glied von 186420 Pfd. pr. Quadratzoll von 33545 Pfd. ergeben.

Was nun die Elasticitätsgränzen des Eisens der Kettenglieder betrifft, so liegen dieselben zwischen Belastungen von 24000 und 25090 Pfd. auf den Quadratzoll, also im Mittel bei 23926 Pfd. Die Kettenglieder wurden mit 20680 Pfd. auf den Quadratzoll probirt, und während der Probe mit einem schweren Hammer darauf geschlagen. Obgleich man diese Schläge weglassen könnte, so dürften dieselben zur Beurtheilung der Stärke der Schweißstellen ganz zweckmäßig erscheinen.

Die bei den Versuchen gefundenen Abweichungen mögen wohl daher rühren, daß nicht alle Stäbe bei gleichem Hitzgrade ausgewalzt worden sind. Nach Analogie des Drahtziehens, welches kalt geschieht, |282| ist man nämlich berechtigt zu schließen, daß die Elasticitätsgränze um so höher hinaufgeschraubt wird, je niedriger die Temperatur ist, bei welcher die Streckung (das Walzen) vorgenommen wird. Es findet nämlich dann neben der Streckung (Ausdehnung nach der Länge) gleichzeitig ein stärkeres Verdichten des Eisens statt, was auch durch das größere spec. Gewicht des Drahtes gegen gröbere Eisensorten bewiesen wird. Um die Elasticitätsgränze der Kettenglieder höher hinauf zu prüfen, erscheint es demnach rathsam, die Schienen durch die 2 oder 3 letzten Spuren der Walze nur etwa rothwarm durchgehen zu lassen.

Die Ausdehnung des Eisens innerhalb der Elasticitätsgränze beträgt, nach den angestellten Versuchen, von 1 Linie bis zu 1 1/4 Linien auf 7 3/4 Fuß Länge. Mit Rücksicht auf die bei den übrigen Kettenproben gemachten Beobachtungen läßt sich dieselbe aber im Mittel nicht höher als 1,1 Linien annehmen, was 1,1/(7 3/4 × 144) = 0,000986 der ganzen Länge ausmacht.

Duleau berechnete diese Größe aus der Durchbiegung von Stäben, die senkrecht auf ihre Längenrichtung belastet waren, und fand dieselbe 0,00069, 0,00062, 0,00044 und 0,00117. Der hier gefundene Werth nähert sich mithin dem von Duleau ermittelten höchsten Werthe.

Der Elasticitätsmodul, d.h. das Gewicht, welches nothwendig ist, um eine Eisenstange von einem Quadratzoll Querschnitt und 1 Fuß Länge um 1 Fuß Länge auszudehnen, berechnet sich, wenn man die Elasticitätsgränze von 23956 Pfd. pr. Quadratzoll, und die Ausdehnung von 1,1 Linien auf 7 3/4 Fuß Länge zum Grunde legt, auf (23956 × 7 3/4 × 144)/1,1 = 24300000 Pfd.

Duleau fand im Mittel den Elasticitätsmodul = 29252000 Pfd.; Tredgold = 27398000 Pfd.; Lagerhjelm 29000000 bis 30000000 Pfd.; Vicat für Drähte 26258000 Pfd. Für die Praxis dürfte jedoch derselbe im Mittel zu 25000000 Pfd. anzunehmen seyn.

Die Verlängerung der Kettenstäbe in den Schäften bis zum Augenblicke des Zerreißens (Dehnsamkeit), war bei den verschiedenen Versuchen sehr verschieden, und sie beträgt im Mittel, auf 7 3/4 Fuß Länge, 27,96 Linien, oder 1/40.

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Vergleicht man die Versuche, so ergibt sich, daß diejenigen Stäbe, welche einen krystallinisch-körnigen Bruch hatten, also wahrscheinlich beim Schweißen der größten Hitze ausgesetzt gewesen waren, am weichsten und dehnbarsten waren.

Auch das Vorschreiten der Verlängerung bei der successiv zunehmenden Belastung erscheint unregelmäßig, und dürfte der Grund dafür in der verschiedenartigen Qualität des Eisens zu suchen seyn. Am regelmäßigsten zeigte sich die Zunahme der Verlängerung bei einem der angestellten Versuche, und dürfte, wenn man das Gesetz derselben entwickeln wollte, jener Versuch zum Grunde gelegt werden. Die Abweichungen bei der größern Zahl der Versuche sind aber so bedeutend, daß der Praxis mit der Ermittelung dieses Gesetzes wohl wenig gedient seyn dürfte. Fast bei allen Versuchen stellt sich heraus, daß unmittelbar oder bald nach Ueberschreitung der Elasticitätsgränze eine verhältnißmäßig größere Verlängerung stattfindet.

(Der Schluß folgt im nächsten Heft.)

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Bereits im Jahrgang 1845 (2te Lieferung) der Verhandlungen des preußischen Gewerbvereins theilte Hr. Malberg Bemerkungen „über den krystallinischen Bruch des Schmiedeisens und dessen Ursachen“ mit.

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