Titel: Amberger, über Anwendung des Elektromagnetismus beim Eisenbahnbetrieb.
Autor: Amberger,
Nickles, I.
Cassal,
Fundstelle: 1851, Band 121, Nr. I. (S. 1–9)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj121/ar121001

I. Anwendung des Elektromagnetismus beim Eisenbahnbetrieb und beim Uebertragen der Bewegung; von Amberger, I. Nickles und Cassal.

Aus dem Moniteur industriel, 1851, Nr. 1548 und 1552.

Erste Abhandlung.

Die HHrn. Amberger, Nickles und Cassal glauben die magnetische Attraction mit Nutzen anwenden zu können:

1) zur Erzeugung der Adhärenz der Locomotivenräder auf Eisenbahnen;

2) zur Construction von Bremsen auf Eisenbahnen;

3) zur Transmission der Bewegung, um die Getriebe zu entbehren.

Adhärenz. — Der Zweck der Anwendung des Elektromagnetismus zur Erzeugung von Abhärenz, besteht darin, eine unbegränzte Kraft, die magnetische Adhärenz, einer begrenzten Kraft, der durch Gewichte erzeugten Adhärenz, zu substituiren; nach Belieben die erzeugte Additionaladhärenz hervorrufen oder zerstören zu können; diese Adhärenz mit den Erfordernissen der Praxis in Einklang bringen und die Herstellungs- und Betriebskosten der Schienenwege bedeutend vermindern zu können.

In der Praxis nimmt man an, daß die durch das Gewicht erzeugte Adhärenz im Mittel der zehnte Theil dieses Gewichts ist, so daß bei 10,000 Kilogrammen, welche auf zwei in Bewegung befindliche Triebräder drücken, die Adhärenz durch 1000 Kilogramme ausgedrückt wird, d. h. daß dann diese Räder einem Widerstand von 1000 Kilogrammen das Gleichgewicht halten können.

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Es ist somit klar, daß die Gränze der durch Gewichte erzeugten Adhärenz bald erreicht ist, weil das Gewicht immer das Zehnfache der erzeugten Adhärenz seyn muß.

Bei dem elektro-magnetischen System wirkt die Ursache, welche die Adhärenz erzeugt, unmittelbar auf den Berührungspunkt des Rades mit der Schiene. Das Rad selbst hat nichts zu tragen und seine Magnetisirung, wie weit sie auch gesteigert wurde, trägt zur Abnützung des Rades und der Schiene nichts bei.

Bei dem gegenwärtigen System ist die Locomotive genöthigt die Ueberladung, durch welche man ihre Adhärenz erzeugt, von einem Ende der Bahn bis an das andere zu ziehen.

Die magnetische Adhärenz erfordert hingegen nicht einen Gramm mehr Kraftaufwand, sie kann ferner jeden Augenblick, d. h. sobald man sie nicht mehr nöthig hat, aufgehoben werden; zu diesem Behufe braucht man nur die galvanische Communication zu unterbrechen.

Daraus folgt, daß man diese Adhärenz nach Belieben vermindern, auf den dritten oder vierten Theil reduciren oder verdoppeln kann, je nach dem zu besiegenden Widerstande.

Bei den gegenwärtigen Locomotiven verhält sich die Sache anders; dieselben erfordern einen Dampf-Ueberschuß, um die Eisenmassen zu ziehen, womit sie wegen der Adhärenz belastet sind.

Wenn Rampen befahren werden, geht nicht nur ein Theil dieser Belastung für die Adhärenz verloren, sondern sie ist auch schädlich; denn die Gewichte wirken in der Richtung der Schwere. Der Magnetismus hingegen wirkt immer senkrecht auf die Ebene der Schiene; welche Lage und Neigung auch diese Ebene haben mag, die Adhärenz der magnetisirten Räder bleibt stets dieselbe.

Eine überladene Locomotive nützt sich ab und macht die Schienen bald untauglich; überdieß werden die Maschinentheile selbst verdorben. Der Magnetismus hingegen übt keine nachtheilige Wirkung auf das Eisen aus. Aus dem Obigen ersah man schon, daß die Ursache, welche die natürliche Adhärenz erzeugt, d. h. die Gewichte, einen Mehraufwand an Dampf erheischt, während die Ursache, welche die magnetische Adhärenz erzeugt, die Elektricität, nichts wiegt.

Bremsen. — Die gegenwärtig gebräuchlichen Bremsen üben ihre ganze Wirkung nur auf die Räder aus; unter ihrem Einfluß gleiten die Räder, nützen sich sehr schnell ab, und werden durch die erlittene Reibung polygonartig.

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Die magnetische Bremse (Elektro-Bremse) wirkt nur auf die Schiene; eine einfache Bewegung mit der Hand gestattet dem Locomotivenführer dieselbe in oder außer Thätigkeit zu setzen. — Während der Nacht können die galvanischen Batterien zur Erzeugung von Licht, Signalen u. s. w. verwendet werden.

Transmission der Bewegung. — Anstatt der Getriebe, Frictionsriemen oder Kegel, welche zur Uebertragung der Bewegung gebräuchlich sind, schlagen Amberger, Nickles und Cassal vor, magnetisirte Rollen anzuwenden. Dadurch würde erreicht: 1) eine große Vereinfachung; 2) Regelmäßigkeit der Transmission; 3) ein augenblickliches Unterbrechen.

Diese Substituirung dürfte bei der Transmission der Bewegung auf Schrauben-Dampfschiffen von besonderem Nutzen seyn; denn die Ungleichheit der Widerstände, welche die Schraube im Wasser erleidet, veranlaßt eine rasche Abnutzung der Getriebe.

Zweite Abhandlung.

Der Gedanke: die Adhärenz der Räder bei den Locomotiven zu steigern, beschäftigt schon seit mehreren Jahren die Mechaniker; daß dieselben ihren Zweck, wenigstens in den Fällen wo die Eisenbahnzüge über sehr steile Rampen zu fördern sind, nur unvollständig erreichten, rührt vielleicht daher, daß sie sich zu ausschließlich auf ihre Wissenschaft: die Mechanik, beschränkten.

Bei den Untersuchungen, welche wir hier kurz beschreiben wollen, haben wir ein rein physikalisches Agens, den Elektromagnetismus, angewendet, durch welchen wir in Stand gesetzt wurden die Adhärenz zu steigern. Die Idee dieser Anwendung verdankt man Hrn. I. Nickles, welcher von den HHrn. Amberger und Cassal über die Hülfsmittel befragt wurde, welche die Physik zur Lösung des Problems der Adhärenz an die Hand geben dürfte. Der erste Versuch, welchen wir zu diesem Ende anstellten, überzeugte uns alsbald von der Möglichkeit dieser Anwendung.

Der Apparat, welcher zu diesem Versuch diente, bestand aus einem eisernen Rahmen auf vier gekuppelten Rädern, welche man durch ein bestimmtes Gewicht, das nach Art des Dampfs auf sie wirkte, in drehende Bewegung versetzte.

Ein anderes Gewicht, welches an dem hinteren Ende des Wagens mittelst einer Schnur befestigt war, repräsentirte den Widerstand oder |4| den Wagentrain. Diesen Wagen stellten wir auf eine Eisenbahn, welcher wir eine beliebige Neigung geben konnten.

Der erste Versuch wurde bei einer Steigung von 80 Millimetern per Meter angestellt; der Apparat war im Gleichgewichte, und als man die Treibgewichte sich selbst überließ, wirkten sie auf die Räder, aber ohne dieselben vorwärts schreiten zu machen; die Räder drehten sich um sich selbst, ohne von der Stelle zu kommen; nun wurde ein hufeisenförmiger Elektromagnet in Anwendung gebracht, indem man ihn über den Weg aufrecht so hinstellte, daß seine Pole um die ganze Schienenweite von einander entfernt waren.

Die Pole dieses Magnets waren ungefähr 4 Millimeter von der Schiene entfernt, auf welche sie wirken sollten; kaum hatte man die galvanische Kette geschlossen[Fehldruck], als das Wägelchen, eben noch im Gleichgewicht, wie ein Pfeil dahin fuhr und über die Rampe in einem Augenblick hinauf lief.

Nun war die Aufgabe, die Abhärenz der Räder einer Locomotive zu steigern, ohne das materielle Gewicht derselben zu vergrößern, im Kleinen gelöst; aber es war dieß doch erst ein interessanter physikalischer Versuch, ohne unmittelbaren Nutzen.

Das uneigennützige Anerbieten eines Mannes, welcher in Eisenbahnfragen competent ist, gestattete uns die Anwendung im Großen zu versuchen. Ohne auf die zahlreichen Versuche einzugehen, die wir in dieser Beziehung anstellen mußten, begnügen wir uns hier das Verfahren zu beschreiben, bei dem wir zunächst stehen blieben, und das nach der Ansicht aller Sachverständigen so einfach ist, daß es unmittelbar bei Locomotiven angewendet und auch ungeübten Händen übertragen werden kann.

Bei den oben beschriebenen Versuchen hatten wir mit Magneten operirt, welche aus einer gewissen Entfernung auf die Schienen wirkten, und dadurch eine Kraft erzeugten, welche mit der beim Eisenbahnbetrieb zur Erzeugung der Adhärenz gebräuchlichen Belastung vergleichbar ist. Dieser magnetische Druck hatte vor dem durch Gewichte hervorgebrachten den unbestreitbaren Vortheil, daß er in demselben Augenblicke beseitigt werden konnte, wo er nicht mehr nöthig war; er erforderte aber einen Mehraufwand von Dampfkraft, so lange er in Thätigkeit war, denn es ist unzweifelhaft, daß die so erzeugte Adhärenz nur ungefähr den zehnten Theil der Kraft betrug, deren unsere Magnete auf eine Entfernung von vier Millimetern fähig waren.

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Diese Betrachtung, verbunden mit dem großen Kraftverluste, welchen die Elektromagnete erleiden, wenn sie aus einer Entfernung auf das Eisen wirken, veranlaßte uns auf Mittel zu sinnen, um im Berührungspunkte die magnetische Kraft zu concentriren, von welcher wir bisher einen so beträchtlichen Theil verloren hatten.

Um diese neue Aufgabe zu lösen, mußte man die seitherige Form der Magnete verlassen, und solche herstellen, bei denen bloß die Spulen fest sind; kurz, es handelte sich darum Elektromagnete mit beweglichen Polen zu construiren.

Wir verfahren dabei auf folgende Weise: An dem unteren Theile jedes Triebrades bringen wir eine isolirte Kupferdrahtspule an: das Gehäuse dieser Spule ist von Messing; es wird an den Locomotivenrahmen befestigt und so angebracht, daß das Rad sich frei innerhalb desselben bewegen kann, ohne es zu berühren. Die Spule ist länglich und besteht aus ungefähr 250 Metern Kupferdraht; sie ist mit der andern Spule des Räderpaares gerade so verbunden wie die Spulen eines gewöhnlichen Elektromagneten.

Die zwei, durch die Achse verbundenen Räder haben demnach jedes einen verschiedenen Pol, so daß man sagen kann, unser Verfahren Adhärenz zu erzeugen, bestehe darin, die Locomotive in einen Elektromagneten zu verwandeln.

Da die Felgen der Räder 13 Centimeter breit sind, so erhalten wir eine magnetisirte Fläche von einer Ausdehnung, wie solche sich in unsern physikalischen Cabinetten nicht leicht finden dürfte. Die ganze Wirkung concentrirt sich indeß auf denjenigen Theil der Oberfläche, welcher sich innerhalb der galvanischen Kette befindet; über den Spulen nimmt der Magnetismus schnell ab, und er wird Null, ehe man noch die Seite des Rades erreicht hat, welche dem Berührungspunkte diametral entgegengesetzt ist.

Mit sechzehn Säulen von prismatischen Kohlen, welche wir auf Locomotivenräder von 1,10 Meter Durchmesser bei einer Steigung von 200 Millimeter per Meter einwirken ließen, erzielten wir bei zwei nicht belasteten Rädern eine Magnetisirung welche 450 Kilogramme Adhärenz erzeugte, was im Mittel einer Belastung von 4500 Kilogr. entspricht.

In so großem Maaßstab angestellte Versuche haben uns Resultate geliefert, welche wir der Akademie der Wissenschaften mittheilen wollen.

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Die Rotationsgeschwindigkeit, wie groß sie auch seyn mag, schadet der Magnetisirung nicht, was auch begreiflich ist, wenn man die große Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Elektricität und ihre fast augenblicklich wirkende magnetisirende Kraft berücksichtigt.

Auf einer horizontalen, trockenen und vollkommen polirten Ebene von Eisen verhält sich die Kraft welche erforderlich ist, um einen Elektromagneten von der Stelle zu schieben, zu derjenigen Kraft welche nöthig ist, um ihn in verticaler Richtung loszureißen, nahezu wie das Fortschieben einer nicht magnetisirten Eisenmasse auf dieser Ebene sich zum Gewichte dieser Masse verhält.

Auf schiefen Ebenen ist dieß nicht mehr der Fall; während der Gleitungscoefficient der Eisenmasse abnimmt, bis er bei gewisser Lage Null wird, bleibt der Gleitungscoefficient für die Ueberwindung der magnetischen Kraft derselbe; und dieß ist auch leicht einzusehen, da die Resultante der Kräfte, welche ein Magnet auf die Eisenplatte ausübt, senkrecht zu dieser Fläche ist, während die Masse, welche nur durch ihr Gewicht wirkt, ihre Wirkung in der Richtung der Schwerkraft äußert.

So geht also auf geneigten Eisenbahnen ein Theil der zur Erzeugung der Adhärenz bestimmten Belastung nicht nur für diese verloren, sondern ist auch insofern von ungünstigem Einfluß, als sie, der Wirkung der Schwere gehorchend, den Train abwärts zu ziehen strebt; die magnetische Adhärenz hingegen ist unabhängig von der Neigung der Bahn.

Atmosphärische Einflüsse, Nebel u. s. w. welche der durch Belastung hervorgebrachten Adhärenz so nachtheilig sind, haben keinen bemerkbaren Einfluß auf die magnetische Adhärenz; letztere bleibt sich gleich, die Schienen mögen naß oder trocken seyn.

Endlich erfordert eine Locomotive mit magnetisirten Rädern nicht mehr Zugkraft, als eine Locomotive deren Räder im normalen Zustande sind. Ferner werden durch erstere die Schienen weniger verdorben als durch eine gewöhnliche Locomotive, denn sie zieht die Schienen an sich, während sie dieselben durch ihr eigenes Gewicht zugleich an ihrem Platze erhält; eine Locomotive mit nicht magnetisirten Rädern hingegen drückt auf die Schienen mit ihrem ganzen Gewichte, und es ist in diesem Falle nichts vorhanden was die Wirkungen dieses Druckes neutralisiren würde.

Die galvanische Batterie, welche uns zur Magnetisirung dient, kann während der Fahrt noch in anderer Weise nützlich verwendet |7| werden. So kann sie als Elektro-Bremse dienen, welche den Vorzug hat, daß sie ausschließlich auf die Schienen wirkt, während die jetzt gebräuchlichen Bremsen ihre ganze Wirkung auf die Räder ausüben, indem sie deren Rotationsgeschwindigkeit vermindern, sie sogar manchmal zum Stillstehen bringen, was eine ungleichförmige Abnützung dieser Räder und als unmittelbare Folge eine polygonale Form derselben veranlaßt.

Um die Elektrobremse in Thätigkeit zu setzen, braucht man nicht mehr Zeit und Mühe, als um die magnetische Adhärenz zu bewirken; beides kann nach dem Ermessen des Locomotivenführers mittelst einer Kurbel bezweckt werden, die er rechts oder links je nach der beabsichtigten Wirkung dreht.

Endlich können bei Nacht die verfügbaren Batterien zur Erzeugung von Licht und zu Signalen verwendet werden.

Transmission der Bewegung.

Man hat zahlreiche Versuche angestellt um in gewissen Fällen die Zahnräder zum Uebertragen der Bewegung durch ungezahnte Räder oder Reibungskegel zu ersetzen; letztere werden häufig angewendet, sind aber ungenügend, wenn die zu übertragende Kraft beträchtlich ist.

Die Versuche, welche man mit eisernen stark an einander gedrückten Scheiben oder Rollen anstellte, mußten wegen des bei dieser Uebertragungsart stattfindenden enormen Kraftverlustes, gleichfalls aufgegeben werden.

Wendet man nun auf diese Scheiben die Methode des Magnetisirens an, welche wir für die Räder der Locomotiven benutzen, so erzielt man eine beträchtliche Adhärenz zwischen diesen Scheiben, die man noch beliebig steigern kann, indem man die Pole vervielfältigt und jeder Scheibe die Elektricität mittheilt, welche derjenigen der Berührungsscheibe entgegengesetzt ist; kurz, indem man Elektromagnete mit kreisförmigen Schenkeln macht, welche in einer festen Spule beweglich sind, und auf sie die entgegengesetzten Pole einwirken läßt.

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Zusatz. Beschreibung des Patents, welches sich I. P. P. Amberger, Civilingenieur in Paris, am 3. April 1851 für England ertheilen ließ.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

Um den Elektromagnetismus als Bremse oder Geschwindigkeits-Regulator für Eisenbahnzwecke zu benutzen, bringt Hr. Amberger seine „Clektro-Bremsen“ an der Locomotive oder den Wagen in solcher Lage an, daß wenn man den elektrischen Strom auf die Bremsen wirken läßt, sie auf die Bahnschienen niedergedrückt werden und so die Reibung der gewöhnlichen Bremsen hervorbringen.

Fig. 34 ist ein Längenaufriß einer mit solchen Bremsen versehenen Locomotive. Die Bremsen bestehen aus rechteckigen Eisenmassen A, welche wie ein Segment eines Radreifens gestaltet und mit einem unten offenen kupfernen Gehäuse B versehen sind; an letzterem werden die Drahtwindungen angebracht. — In Fig. 34 sind zwei Modificationen dieser Anordnung abgebildet. Die am Feuerkasten-Ende der Locomotive angebrachte Bremse, deren kupfernes Gehäuse nebst seinen Drahtwindungen im Durchschnitt gezeichnet ist, hat bei C ein Gelenk, wodurch sie mit dem einen Arm eines doppelten Hebels verbunden ist, welcher auf dem Ende der Hinterachse seinen Drehungsmittelpunkt hat. Der obere Hebelarm reicht ein wenig über die Fußplatte des Locomotivenführers hinauf und drückt gegen das gekrümmte untere Ende eines Handhebels D. Indem der Locomotivenführer letzteren gegen sich zieht, bringt er sogleich die ganze Sohle der Bremse mit der Bahnschiene in Berührung. — Die vordere Bremse ist an einem Arm eines ähnlichen Doppelhebels angebracht und wird durch eine am Locomotivenrahmen befestigte Tragfeder E außer Berührung mit der Bahnschiene gehalten. Wenn man die Batterie auf die Drahtwindungen wirken läßt, so wird die Bremse sogleich ein kräftiger Magnet, dessen Anziehungskraft zur Bahnschiene die schwache Tragfeder überwältigt, so daß er auf die Schiene drücken muß. — Fig. 35 ist der Grundriß des Hinterapparates, aus welchem man die Construction der Bremsen ersieht. Sie sind ganz in der Gewalt des Locomotivenführers, welcher sie ohne fremde Beihülfe nach Belieben in Thätigkeit setzen kann.

Um den Treibrädern eine starke Adhärenz an den Schienen zu ertheilen, gibt Amberger zweierlei Methoden an. Nach der ersten läßt man die Elektromagnete aus einer gewissen Entfernung auf die |9| Schienen wirken, so daß sie die Locomotive an welcher sie angebracht sind, niederzudrücken streben und folglich ein magnetisches Gewicht hervorbringen. Die Wichtigkeit dieser Anordnung leuchtet ein, wenn man den Unterschied zwischen dieser Kraft und dem bloßen todten Gewicht betrachtet; die magnetische Kraft wirkt immer gleich, auf einer Ebene wie auf einer Rampe. Nach der zweiten Methode verwandelt man die Räder selbst in Elektromagnete; es werden nämlich bloß die unteren Theile der Radschienen magnetisirt und die zwei Berührungspunkte jedes Räderpaares mit der Bahnschiene in entgegengesetzte Pole verwandelt. Jeder dieser Punkte wird das Thätigkeitscentrum der magnetisirenden Kraft und alle Theile der Radschiene außerhalb dieser Punkte wirken aus Entfernung auf die Bahnschiene, daher sie durch ihre Anziehung die anfängliche Adhärenz verstärken.

Fig. 36, 37 und 38 sind Details der Anordnung bezüglich der Treibräder der Locomotive Fig. 34, in welcher letzteren Ansicht der Magnet theilweise im Durchschnitt abgebildet ist. Derselbe besteht aus einem kupfernen Gehäuse F, welches den unteren Theil der Radschiene umgibt, die frei in ihm lauft. Das Gehäuse ist an der Achsenbüchse befestigt und besitzt die Kupferdrahtwindung wie in der vorher beschriebenen Anordnung. Fig. 36 ist eine Seitenansicht des Gehäuses mit weggenommener Drahtwindung, und zeigt auch einen Theil der Radschiene. Bei G, G sind Bürsten, welche auf die obere Fläche der Bahnschiene wirken; ihr Zweck ist, unter dem Rad Eisenfeilspäne anzuhäufen, um durch dieselben (wie gegenwärtig mittelst Sand) Abhärenz zu bewirken. Fig. 37 ist ein Grundriß und Fig. 38 ein senkrechter Durchschnitt des Gehäuses, entsprechend dem mit dem Treibrad verbundenen.

Um den Elektromagnetismus als Fortschaffungsmittel zu benutzen, befestigt Amberger Elektromagnete an Stangen, welche mit Kurbeln an den Treibachsen in Verbindung sind; Fig. 39 ist der Seitenaufriß eines solchen Wagens. Die Magnete A sind hier an den Stangen B angebracht, deren beide Enden an Kurbeln auf den Achsen gekuppelt sind. Die Magnete werden abwechselnd in Thätigkeit gesetzt, und da jeder von der unter ihm befindlichen Bahnschiene angezogen wird, so dreht er die Kurbeln und treibt den Wagen fort. (Practical Mechanic's Journal, Mai 1851, S. 37.)

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