Titel: Fabrication der Locomotiven-Radreifen und Spurkränze mit doppelter Textur.
Autor: Courtheour, A.
Fundstelle: 1851, Band 120, Nr. LXXV. (S. 330–338)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj120/ar120075

LXXV. Die Fabrication der Locomotiven-Radreifen und Spurkränze mit doppelter Textur; von Hrn. A. Courtheour, Betriebsbeamten der Puddel- und Walzwerke von Michiels und Comp. zu Eschweiler-Aue bei Aachen.

Aus dem Bulletin du Musée de l'Industrie de la Belgique, Februar 1851, S. 65.

Die Reifen und Spurkränze der Locomotiven (tyres) müssen nicht allein dem Zerbrechen einen großen Widerstand entgegensetzen, sondern |331| die bedeutende Reibung der Räder auf den Schienen beansprucht auch eine große Härte.

Um ihnen diese doppelte Eigenschaft zu geben, muß die rollende Fläche aus einem festen und harten Eisen von seinkörnigem Bruch, und aus einem festen und weichen Eisen mit fadigem oder nervigem Bruch bestehen.

Letzterer kann durch das gewöhnliche Verfahren beim Puddeln leicht dargestellt werden, was aber durchaus nicht mit jenem der Fall ist.

Seit langer Zeit hat man vergebens nach einer Methode gesucht, durch welche man ein solches Eisen regelmäßig darzustellen vermag. Man hat die verschiedenen Arten des Puddelprocesses seit dessen Entstehen: das Wasserpuddeln, das Puddeln auf Sandherden, das Schlackenpuddeln in Luft- und in Wasseröfen, versucht; man hat Sand, man hat das Schafhäutl'sche Pulver zugeschlagen, entweder beim Einsetzen des Roheisens, oder während des Einschmelzens desselben, in dem Verhältniß von 1 bis 1½ Procent.

Die Resultate dieser verschiedenen Versuche waren ungenügend; man erhielt einen fadigen Bruch mit eingemengten großen Körnern, die sich zerpulverten; ferner blasiges und wenig schweißbares Eisen und nur zufällig die verlangte Qualität.

Man setzte auch Zinn beim Einschmelzen zu; 1 Procent gibt ein sehr hartes Eisen mit stahlartiger Textur. Jedoch taugte dasselbe zur Anfertigung von Reifen nicht, weil es schwierig schweißte, sich nicht bearbeiten ließ, und außerordentlich spröde war.

Wir haben daher keine Methode, um regelmäßig mit unsern Materialien ein Eisen darzustellen, welches zu der rollenden Oberfläche der Locomotiven-Radreifen vollkommen geeignet ist.

Seit 11 Jahren habe ich daher zahlreiche Versuche angestellt, um in den Puddelöfen festes und hartes Eisen mit stahlartigem Bruch darzustellen, eine Eisensorte die nicht allein zu Radreifen für Locomotiven, sondern überall zur Wagenarbeit und als Materialeisen zur Drahtzieherei sehr gesucht ist.

Ich habe Kochsalz, Salpeter, Potasche in verschiedenen Verhältnissen, und endlich auch das Schafhäutl'sche Pulver zugesetzt, nie aber einen regelmäßigen Erfolg davon gehabt.

Dagegen war ich bei meinen Versuchen glücklicher, als ich eine Mischung von atmosphärischer Luft und Wasserdampf anwandte, |332| welche 1834 der Ingenieur Gueniveau vorgeschlagen hatte. Durch fortgesetzte Anwendung dieser Frisch-Agentien gelangte ich zu Resultaten, welche meines Erachtens einen wirklichen Fortschritt beim Puddelfrischen bezeichnen. Aus diesem Grunde mache ich auch im Folgenden mein Verfahren bekannt, welches auf die größtmögliche Reinigung des Eisens, zuvörderst durch das Frischen und dann durch die Hämmer, begründet ist.

Ofen. — Ich puddle in einem Ofen, dessen hohle Seitenwände durch einen hindurchgehenden Wasserstrom abgekühlt werden. Man braucht sie auf diese Weise nicht durch Kalkstein und andere der Reinheit des Eisens oft nachtheilige Substanzen gegen das Verbrennen zu schützen, wie wenn nur ein Luftstrom hindurchgeht. — (Man kann jedoch statt des Kalksteins reine und weiche Erze und strengflüssige Schlacken zur Bekleidung der Wände des Luftpuddelofens anwenden. Red.).

Zu beiden Seiten der Arbeitsthür ist der Ofen mit einer Düse versehen, um Wasserdampf und Luft auf das zu verfrischende Eisen zu führen. Sonst hat der Ofen dieselbe Einrichtung wie andere Puddelöfen.

Der Frischproceß. — Ich verpuddle mit Kohks oder Holzkohlen erblasenes graues Roheisen zu festem Stabeisen. Nachdem es niedergeschmolzen ist, werden mittelst einer eigens dazu eingerichteten Schaufel für jede Charge, je nach der Beschaffenheit des Roheisens, 3 bis 8 Kilogr. Braunstein (Mangansuperoxyd) in den Ofen eingetragen.

Es ist sehr nothwendig das flüssige Metall fortwährend und hauptsächlich im Augenblick des Zusetzens von Braunstein stark umzurühren. Nachdem der Zusatz gemacht worden, in derselben Periode und wenn die Masse gehörig aufgebrochen ist, lasse ich Wasserdämpfe von ungefähr vier Atmosphären Spannung einströmen. Der Dampf wird in einem Apparate erhitzt, wobei er atmosphärische Luft mit einzieht, welche sich mit dem Dampfe vermischt und erhitzt und sich alsdann als Strom über das zu verfrischende Roheisen verbreitet.

Bei meinen Versuchen erhitzte ich den Dampf in einem besondern Herde; allein beim Betriebe eines Puddelofens auf hartes Eisen könnte man im untern Theile der Seitenwände des Ofens zweckmäßig eingerichtete Röhren anbringen, in denen sich der Dampf und mit ihm eingeführte atmosphärische Luft erhitzen würden. Bei einer solchen Einrichtung |333| brauchte man nur den obern Theil der Seitenwände des Ofens durch einen Wasserstrom abzukühlen, weil bloß dieser leiden könnte.

Die Temperatur der Luft und des Dampfes muß nach der Beschaffenheit des Roheisens und nach dem Gange des Puddelns gewählt werden. Das Auge eines geschickten Puddlers ist hinreichend, um den Temperaturgrad zu bestimmen und gehörig zu reguliren. Während des Einströmens der Mischung von Dampf und Luft muß man sich befleißigen, die zu verfrischende Masse von allen Seiten ihrer Einwirkung auszusetzen und die Arbeit mit der größtmöglichen Energie auszuführen, um ein gehörig gereinigtes, gleichartiges Eisen zu erlangen und um den Proceß möglichst haushälterisch auszuführen.

Sobald das Eisen frischt oder zu schweißen anfängt, wird das Einleiten von Wasserdampf unterbrochen. Nun vollende ich meine Arbeit in dieser Periode, indem ich das Metall so aufbreche und theile, daß es allenthalben der Schweißhitze ausgesetzt wird. — Aus dem auf diese Weise vorbereiteten Eisen bilde ich durch Vereinigung (Zusammenballen) der Theile meine Luppen. Sie werden klein gemacht, damit sie der Hammer desto besser durcharbeiten kann.— Damit ist die Arbeit des Puddlers beendigt; er zieht seine Luppen aus dem Ofen, sie fallen auf einen vor die Thür gestellten Wagen, auf welchem sie zu dem Hammer geführt werden.

Das Zängen. — Dieser erste mit den Luppen vorzunehmende mechanische Proceß hat den Zweck, durch deren Erschütterung mittelst der Schläge des Hammers alle Unreinigkeiten, welche sie enthalten können, auf die oxydirte Oberfläche zurückzuführen; ferner die zwischen den Eisentheilchen befindlichen Schlacken auszudrücken und jene genauer mit einander zu vereinigen. Soll diese Arbeit gut gelingen, so muß sie mit großer Schnelligkeit und während die Luppen noch die höchste Temperatur haben, ausgeführt werden. Die gezängten Luppen bilden parallelepipedische Massen von 2½–4 Zoll Dicke, je nachdem die Temperatur des Stücks gestattet dasselbe mehr oder weniger dünn auszubreiten.

Das Ausschweißen. — In diesem Zustande werden nun die Luppenstücke in den Schweißofen gebracht, schweißwarm gemacht und kommen zum zweitenmal unter den Hammer, wodurch die Reinigung und die Cohäsion des Eisens vollständiger gemacht werden. Man erhält nun Platten von 8–10 Zoll Breite, je nach den anzufertigenden Reifen und 1–1½ Zoll Dicke. Um ein recht reines Eisen zu |334| erlangen, ist es oft nothwendig, daß die Platten noch ein zweitesmal ausgeschweißt werden. — Der Verlauf der Arbeit deutet diese Nothwendigkeit an.

Fabrication des Reifeisens. — Bildung der Packete. — Sollen nun Locomotivreife oder Spurkränze mit doppelter Textur angefertigt werden, so macht man zwei Packete, das eine für die rollende Oberfläche, das andere für die entgegengesetzte Seite.

Das erste Packet wird aus 6–10 ausgeschmiedeten Platten zusammengelegt, in den zu diesem Zweck erbauten Schweißofen gebracht, ausgeschweißt und in einer oder zwei Hitzen unter dem Hammer zu den verlangten Dimensionen ausgeschmiedet.

Das zweite Packet wird aus Eisen gemacht, welches auf gewöhnliche Weise erlangt worden ist. Dasselbe ist mehr oder weniger dick, je nachdem die fadige Schicht dicker oder dünner seyn soll.

Erfordert es das Gewicht der zu fabricirenden Reifen, so muß man diese Packete aus zwei ursprünglichen Packeten zusammensetzen, die alsdann ausgeschweißt und zu den verlangten Dimensionen ausgeschmiedet werden. Man verreinigt sie hierauf zu Packeten für das Reifeisen; dabei bedarf man einer Hitze mehr.

Reifen. — Es werden nun die so vorbereiteten beiden Schienen oder Stäbe aufeinander gelegt, in einem Schweißofen schweißwarm gemacht, und in einer oder zwei Hitzen bis zu solchen Dimensionen ausgeschmiedet, daß man sie zwischen die Walzen bringen kann.

Nun wird das Stück schweißwarm gemacht und zwischen die Reifen- oder Spurkranzstreckwalzen gebracht. — Darauf kommt das ausgestreckte Stück wieder in den Schweißofen zurück und wird nun zwischen den Schichtwalzen vollendet.

Dieß ist das Verfahren, bei welchem die Möglichkeit vorhanden ist aus dem Material, wie es das Michiel'sche Werk darbietet, Locomotiven-Radreife zu fabriciren, welche mit dem Eisen von Low Moor in Yorkshire den Vergleich aushalten.

Bemerkungen über die Fabrication des Reifeisens mit doppelter Textur.

Für diejenigen welche die Genauigkeit meiner Versuche und die bei der Erzeugung solchen Eisens erforderlichen Vorsichtsmaaßregeln prüfen wollen, theile ich, damit sich die verlangten Resultate herausstellen, die folgenden Bemerkungen mit.

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Der Puddelproceß. — 1) Nach jeder Charge muß der Herd gereinigt werden; man muß durch einige Dampfstrahlen und mit Hülfe der Werkzeuge die Schlacken gegen die Seitenwände stoßen, um sie gegen die directen Angriffe der Wärme zu schützen und zu gleicher Zeit dem Herde eine höhere Temperatur zu ertheilen. Es muß endlich viel Wasser in den Ofen gegossen werden, um die Sohle zu verglasen und um sie vom Schwefel zu reinigen, welcher dort vorhanden seyn könnte.

2). Man schreitet dann zur Charge, welche höchstens aus 200 Kilogr. Roheisen und aus 30 Kilogr. Schlacken besteht, die beim Hammer aufgelesen und gewaschen worden sind. Man muß sich aber hüten, den beim Walzwerk fallenden Hammerschlag und die Brocken zuzuschlagen, denn sie veranlassen fehlerhafte Stellen, d. h. Schiefern und Flecke in der Textur bei den Reifen, welche sich beim Abdrehen herausstellen.

3). Der Braunstein muß rein seyn und trocken eingetragen werden und zwar sobald das Roheisen eingeschmolzen ist und ein erstes Umrühren erlitten hat. Man gibt ihn von vier zu vier oder von sechs zu sechs Minuten in kleinen Portionen auf, je nach dem Verlauf der Arbeit.

Zuviel Braunstein auf einmal oder hintereinander eingetragen, veranlaßt Blasen und Schiefern; oder das Eisen ist zu grobkörnig, wie verbrannt. Setzt man zu wenig zu, so wird das Eisen minder hart.

Die Menge des beim Betriebe zuzusetzenden Braunsteins ist nach der Beschaffenheit des Roheisens verschieden. Man bestimmt das erforderliche Quantum Braunstein für ein gegebenes Roheisen, nachdem man fünf oder sechs Chargen davon gemacht und es gehörig ausprobirt hat.

4). Die Bildung der Luppen durch Agglomeration, d. h. durch Zusammenballen der Eisentheilchen, verleiht dem Eisen eine gleichförmigere Textur als nach dem allgemein befolgten Verfahren.

5). Der Rost muß stets gehörig mit Brennmaterial angefüllt seyn. Ein zu niedriges Feuer veranlaßt zu starken Eisenabbrand und gestattet keine Regulirung der Temperatur des Herdes nach den Bedürfnissen des Processes. Man muß zum Feuern Steinkohlen erster Qualität nehmen. Eine zu geringe Hitze veranlaßt einen mangelhaften Proceß.

Das Zängen und Schmieden. — Diese Arbeiten dürfen nur bei einer hohen Temperatur des Eisens, in welcher allein die Eisentheilchen |336| sich so einander nähern können wie es zu einer gleichartigen Textur nothwendig ist, ausgeführt werden.

A. Wenn man eine zu kalt gewordene Luppe zu zängen fortfährt, so wird deren Beschaffenheit dadurch verändert; die Erfahrung lehrt, daß wenn sich die Temperatur einer Luppe so vermindert hat, daß die noch darin enthaltene Schlacke nicht mehr herausfließt, man dieselbe nicht weiter zängen darf, sondern in den Ofen zurückbringen muß, damit sie die erforderliche Wärme wieder erhält und die Reinigung fortgesetzt werden kann.

B. Die Temperatur, in welcher man die Packete und die Stücke zu Reifeisen ausschmiedet, kann auch die Beschaffenheit der Producte verändern.

Wirkt der Hammer auf ein Eisen, welches den gehörigen Hitzegrad nicht hat, so werden seine Theilchen von einander getrennt, so daß Reifen, die aus solchem Eisen verfertigt worden sind, auf der Drehbank oft Schiefern und Flecke zeigen und verworfen werden müssen. — Ist das Eisen zu heiß, so bringt der Hammer die Theilchen aus ihrer Lage und verändert die Qualität gänzlich.

Reinlichkeit der Arbeit. — Die Reinheit der Arbeitsstücke hat einen großen Einfluß auf die Güte der Producte, und man muß daher alle möglichen Mittel anwenden, um die Stücke in diesem Zustande zu erhalten, von der Luppe welche aus dem Ofen kommt, bis zu dem Reife welcher in die Vollendungskaliber gelangt. Man vermeidet durch diese Reinlichkeit Flecke, zuweilen auch Schiefern, und sie ist einer guten Schweißung sehr dienlich. Man muß zu dem Ende auch alle Stücke von dem darauf haftenden Oxyde reinigen.

Die Packete. — Die Platten welche aus den Luppen gebildet worden sind, und welche die Lagen der Packete bilden, müssen durchaus ganz seyn, um Blasen und sonstige schlecht geschweißte Stellen und Unterbrechungen eines genauen Zusammenhanges zu vermeiden. Auch müssen sie recht gerade seyn, um genau und mit allen ihren Theilen auf einander zu liegen, damit weder Luft noch fremdartige Stoffe dazwischen kommen und die Schweißung verhindern.

Das Schweißen.— Der Schweißproceß ist sehr wichtig; er muß mit großer Geschicklichkeit ausgeführt werden, denn wenn dieß nicht der Fall ist, so kann das Eisen alle guten Eigenschaften, welche es durch die vorhergehenden Processe erlangt hat, wieder einbüßen.

Die Schweißöfen für die Packete zu Reifeisen müssen diesem angemessene Dimensionen haben. Die Feuerbrücke muß hoch genug seyn, |337| damit das Eisen der Flamme nicht unmittelbar ausgesetzt ist. Die Dimensionen müssen solche Verhältnisse haben, daß die auszuschweißenden Stücke eine recht gleichartige Hitze erhalten, denn durch eine ungleichartige wird die Textur körnig.

Das Auswalzen. — Der Druck der Kaliber muß von der Art sey, daß die Eisentheilchen nicht zu sehr gequetscht werden, weßhalb die Uebergänge von einem Kaliber zum andern nicht schroff seyn dürfen.

Die Eisentheilchen müssen unter dem Drucke nachgeben, aber nicht zerrissen werden.

Eschweiler-Aue, am 11 Febr. 1851.

Die Redaction fügt aus dem „Berg- und Hüttenmännischen Jahrbuche der k. k. Montan-Lehranstalt zu Leoben“ (Bd. I, Wien 1851) Folgendes aus einem Aufsatze über denselben Gegenstand von dem bekannten Director jener Anstalt, Hrn. Prof. Tunner, hinzu:

„Der Engländer Thornycroft zu Wolverhamton verfertigt die der Abnutzung ausgesetzten Theile seiner Schienen, Reifen und Achsen aus dichtem Holzkohleneisen, die übrigen Theile aus Puddeleisen. Die so dargestellten Artikel kosten auch 30 Procent mehr, als die nur aus Puddeleisen bestehenden. Obschon sich die in Oesterreich aus Herdfrischeisen fabricirten Eisenbahnschienen wegen ihrer Ungleichheit und Brüchigkeit schlecht bewährt haben, so wurden doch, auf Veranlassung des Ministeriums, zu Neuberg Versuche zur Darstellung eines gleichförmigen Herdfrischeisens gemacht.

„Die nur 100–150 Pfd. schweren Luppen wurden zu einem 1–1½ Zoll dicken Kuchen gezängt und ausgeschmiedet. Darauf warf man denselben noch glühend heiß in kaltes Wasser, zerschlug ihn in faustgroße Stücke und sortirte dieselben nach dem Bruchansehen, wie es auf den steier'schen und kärnthen'schen Hämmern bei Erzeugung des Sensenzeuges geschieht. Der Eisenverlust betrug dabei 4–5 Proc. Die nach dem Bruchansehen unter sich zu gleichen Härtegraden abgetheilten Luppenbrüche wurden auf Holzunterlagen zu Haufenpacketen von je 100 Pfd. zusammengelegt, in Flammenschweißöfen gebracht, und unter einem schweren Hammer zu nahe cubischen Stücken ausgeschmiedet, und zwar so lange, bis sie vollkommen ganz erschienen, und in |338| diesem Zustande sogleich zu Deckschienen für die Packete zu Schienen und zu Reifen und Spurkränzen ausgewalzt. In 1½ Stunden konnten mit einem Schweißofen und Hammer vier Haufenpackete mit einem Abbrande von 15–16 Procent in Deckschienen verwandelt werden. Die Productionskosten sind freilich höher als für gewöhnliches Puddeleisen. Die Proben denen dieß Eisen unterzogen wurde, gaben sehr genügende Resultate.“

Die Versuche damit werden fortgesetzt und Hr. Tunner verspricht einen anderweitigen Bericht darüber.

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