Titel: Engerth, über die Veränderung der Textur des Eisens.
Autor: Engerth, W.
Fundstelle: 1851, Band 121, Nr. II. (S. 10–15)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj121/ar121002

II. Ueber die Veränderung der Textur des Eisens, welches bei stattfindender Torsion zugleich Stößen ausgesetzt ist; von W. Engerth.

Aus der Zeitschrift des österr. Ingenieur-Vereins, 1851 Nr. 5.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

Obgleich bereits vielfältig durch die gewonnene Erfahrung nachgewiesen wurde, daß sich die Textur des Eisens unter gewissen chemischen und ebenso rein mechanischen Einwirkungen verändere; obgleich es eine bekannte Thatsache ist, daß Roststäbe, sowie Trageisen, welche einer hohen Temperatur ausgesetzt sind, nach langem Gebrauche in ihrer Textur sich ändern, daß Eisenbahnachsen, bei stattgehabten Brüchen, oft eine Textur zeigen, welche sie unmöglich gleich Anfangs haben konnten; und obgleich endlich selbst direct angestellte Versuche mit Eisenstäben die Möglichkeit nachwiesen, die Textur des Eisens auf mechanischem Wege zu verändern: so ist es doch bis jetzt nicht gelungen, die Ansichten über die Ursachen einer solchen Texturveränderung zu vereinigen, vielmehr ist diese sogar von mehreren Seiten ganz in Abrede gestellt worden, und auch diese Behauptung wurde durch Versuche belegt. So ist es bekannt, daß man einen Eisenstab unter verschiedenen Umständen so brechen kann, daß er im Bruche ein mehr oder weniger feinkörniges oder langfaseriges Gefüge zeigt, je nachdem der Stab eingedreht und kurz abgebrochen, oder bei vorhergegangenem Biegen abgebrochen oder abgedreht wurde. Diese Thatsache aber, daß man durch die Art des Bruches eine verschieden aussehende Textur desselben erzielen kann, und welche man als Beweis angeführt, daß das Gefüge des Eisens nicht verändert wird, und diese beobachtete Texturveränderung bei stattgehabten Brüchen nur von der Art derselben abhängt, kann die oben angeführten Erfahrungen nicht entkräftigen, welche sich übrigens täglich wiederholen und unbezweifelt eine Texturveränderung während des Gebrauches des Eisens nachweisen.

Es ist eine sehr unangenehme Erfahrung, welche sowohl auf der nördlichen als südlichen k. k. Staatsbahn gemacht wurde, daß sich die bekanntlich sehr stark gehaltenen Achsen von dem besten kärnthnerischen Eisen seit der Eröffnung der Bahnen durch mehrere Jahre bei den neuen Betriebsmitteln vollkommen gut hielten, und daß während der ersten 5 Jahre gar kein Achsenbruch vorkam, während jetzt nach einem einmal |11| vorgekommenen Achsenbruche in kurzen Zwischenzeiten diese sich erneuern. Offenbar kann dafür keine andere Ursache stattfinden, als daß die guten Achsen durch den mehrjährigen Gebrauch schlechter geworden sind, wenn es auch bis jetzt noch nicht gelungen ist, die eigentliche Ursache und den stattfindenden Vorgang bei der Veränderung der Achsen genau aufzufinden und entweder die Mittel zur Verhütung der Brüche oder die Kennzeichen für ihre fernere Unbrauchbarkeit angeben zu können.

In dieser Beziehung können nur genaue Beobachtungen und Versuche einen Fingerzeig geben, und jede Bekanntmachung derselben die Lösung dieser höchst wichtigen aber eben so schwierigen Aufgabe erleichtern. Hr. Karl Kohn hat nun eine Reihe von Versuchen ausgeführt, welche er die Güte hatte mir mitzutheilen, die ich für so wichtig halte, und durch welche sich derselbe ein solches Verdienst in dem Anstreben zur Lösung der angezogenen Frage erworben hat, daß ich nicht umhin kann, dieselben seinem Wunsche gemäß zur öffentlichen Kenntniß zu bringen.

Da bekanntlich bei den Eisenbahn-Achsen durch die conische Form der Radreife eine fortwährende Torsion stattfindet, welche an den Schienenstößen, Unebenheiten und bei andern Umständen mit Stößen verbunden ist, so beabsichtigte Hr. Kohn zu untersuchen, welchen Einfluß die Torsion vereint mit Stößen auf die Texturveränderung des Eisens übe. In dieser Absicht wurde das Mühleisen einer Dampfmühle auf die in der Zeichnung Fig. 24 und 25 angedeutete Weise benützt.

In ein Hängelager b und das liegende Lager a wurde eine Welle B, von 21 bis 22 Linien Dicke, von bestem steyrischen Rundeisen eingelegt, welche an dem unteren Ende rechtwinkelig umgebogen, in das Lager a festgeschraubt, am oberen Ende aber über dem Halslager um einen rechten Winkel entgegengesetzt, umgebogen und in ein flaches Schlageisen c ausgeschmiedet wurde, welches sich an einen auf der Mühlspindel A befindlichen Dreischlag A′ anlegte.

Die Stellung der eingespannten Welle B zur Spindel A ist aus der horizontalen Projection Fig. 25 ersichtlich; es war nämlich die Welle so eingespannt, daß sie immer durch das Aufliegen des Schlageisens c auf dem Dreischlage A′ um einen Winkel von ungefähr 14 Grad verdreht war, und daß bei einer Umdrehung der Mahlspindel durch den Daumen des Dreischlages eine weitere Verdrehung bis auf 24 Grade eintrat, welche, wie man sieht, immer größer war, als die zulässig erkannte Torsion bei Schmiedeisen ist. Wenn daher die Spindel sich nach der Richtung des Pfeiles drehte, so wurde bei jeder Umdrehung durch den Daumen des Dreischlages und das auf demselben aufliegenden Schlageisen die Welle B, welche am unteren Ende bei a fest war, |12| um den Winkel von 10 Graden weiter verdreht und erlitt beim Abfallen des Schlageisens von dem Daumen eine Erschütterung, und die Verdrehung, verbunden mit einem Stoße, fand bei jeder Umdrehung, da drei Daumen vorhanden waren, auch dreimal statt.

Die Dimensionen der Anordnung sind aus der Zeichnung ersichtlich. Gleichzeitig wurde mit der Spindel ein Zählapparat so in Verbindung gebracht, daß man zu beliebigen Zeiten die Anzahl der Verdrehungen und Stöße zählen konnte.

Auf die eben beschriebene Weise wurden nun mehrere solcher Wellen B angefertiget und nacheinanderfolgend durch verschiedene Zeiten zum Versuche gebracht, von welchem hier die Resultate angeführt werden:

I. Nach einstündiger Einwirkung des Dreischlages, d. i. bei 10800 Umläufen oder 32400 Schlägen, wurde die Welle B herausgenommen und in der Mitte bei M mittelst einer hydraulischen Presse abgebrochen, wobei an der Textur des Eisens keine Veränderung wahrzunehmen war. Ebenso konnte an dem ebenfalls abgebrochenen Schlageisen c keine Veränderung des Gefüges erkannt werden.

II. Nach vierstündiger Einwirkung des Dreischlages eines neuerdings eingespannten Rundeisens, d. i. nach 129600 Torsionen, war an dem wieder mittelst einer hydraulischen Presse erzeugten Bruche in M mit freiem Auge ebenfalls noch keine Texturveränderung wahrzunehmen, unterm Mikroskop jedoch erschienen die Fasern sehr unterbrochen und als ein Aggregat von sehr kurzen Nadeln.

III. Nachdem ein neu eingelegtes Rundeisen neuerdings während 12 Stunden, d. i. 388800mal der Torsion ausgesetzt und sonach wieder in der Mitte gebrochen wurde, war bereits mit freiem Auge eine Texturveränderung und ein gröberes Korn sichtbar. Der Bruch des Schlageisens c zeigte keine Veränderung der Textur.

IV. Nach einer während 120 Stunden, d. i. 3888000mal stattgehabten Torsion wurde die Welle wieder, und zwar nicht nur in der Mitte, sondern auch an mehreren anderen Stellen gebrochen und zeigte an allen Bruchstellen bis zum Fuße a eine merkliche Texturveränderung. In der Mitte bei M war diese am auffallendsten, der Bruch war grobkörnig wie von minder gutem böhmischen Eisen, und die Texturveränderung nahm gegen das Ende a ab. An dem abgebrochenen Schlageisen war noch keine Veränderung wahrzunehmen.

V. Nachdem die Welle während 720 Stunden 23,328,000 Schlägen ausgesetzt war, war die Textur im ganzen Stabe in der unter IV angeführten Vertheilung verändert. In der mittleren Bruchstelle war das |13| Gefüge grobkrystallinisch, jedoch noch wenig schuppig. Das abgebrochene Schlageisen zeigte, wie beim Versuche IV, keine Texturveränderung.

VI. Nach 10 Monaten, während welcher Zeit die Welle 78,732,000 mal der Torsion und den Stößen ausgesetzt war, zeigte die bei jedem Versuche mittelst einer hydraulischen Presse erzeugte Bruchfläche eine bedeutende Texturveränderung. Das Gefüge der Bruchfläche in der Mitte der Stange war auffallend breitschuppig, wie bei gebrochenem Zink; bei den Bruchstellen des Schlageisens jedoch war auch dießmal die Texturveränderung nur unbedeutend und gleich der eines Eisens von feinem Korn.

VII. Nach 13 Monaten stattgehabter Einwirkung der Torsion, bei 128,304,000 Schlägen, war der Bruch der Welle so wie beim Versuche VI. Der Bruch des Schlageisens zeigte ein mehr grobkörniges Gefüge.

Ein solcher Bruch nach Versuch VII ist in Fig. 26 in natürlicher Größe gezeichnet, wornach man zwar keine vollkommene Vorstellung von dem Gefüge des Eisens erhält, jedoch ungefähr die Größe der Krystalle entnehmen kann. Die Texturveränderung ist so bedeutend, die Krystalle so scharf und begränzt, daß es ganz das Aussehen von Schmiedeisen verloren hat.

Aus diesen Versuchen geht deutlich hervor, welchen großen Einfluß die Torsion auf die Texturveränderung des Eisens übt, und aus der geringen Texturveränderung des Schlageisens c, daß der Einfluß von Schlägen, welche senkrecht auf die Längenrichtung stattfinden, von sehr geringem Einflusse ist.

Hr. Kohn untersuchte auch die Brüche von Claviersaiten und die Spindel von der Hemmung einer alten Uhr, welche ein mit obigen Versuchen ganz übereinstimmendes Resultat ergaben. Er untersuchte nämlich unterm Mikroskop den Bruch einer bei einem Fortepiano jahrelang benutzt gewesenen Saite an der Stelle des aufschlagenden Hammers und an dem auf dem Stimmnagel aufgewundenen Drahte, und fand keinen Unterschied, obgleich die Saite viele millionenmale durch den auf die Längenrichtung auffallenden Hammer vibrirte. Währenddem bei der Untersuchung einer ungehärteten Lappenspindel bei einer alten Uhr, bei welcher angenommen werden konnte, daß in einem Zeitraum von 10 Jahren dieselbe mindestens gegen 550,000,000 Torsionen erlitten hat, der in der Mitte der Spindel unterm Mikroskop beobachtete Bruch ein Gefüge zeigte, ähnlich dem von aufeinander gelagerten Silberplättchen, wornach sich schließen ließe, daß selbst eine so geringe Torsion mit Stößen, als sie bei der Hemmung einer Uhr ist, in der Länge der Zeit eine Texturveränderung zu bewirken vermag.

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Eine sehr interessante Beobachtung, welche mit den von Hrn. Kohn gemachten Versuchen ganz übereinstimmt, wurde von Hrn. Haswell, Director der Wien-Gloggnitzer Maschinenfabrik, an der Welle eines Schwanzhammers gemacht. Bei dem von der Dampfmaschine betriebenen gewöhnlichen Schwanzhammer ist nach kurzem Gebrauche von nicht 3 Monaten die Daumenwelle, welche an einer Seite mit dem Getriebe, und in der Mitte mit der Daumentrommel versehen war, plötzlich abgebrochen, und der Bruch zeigte ein äußerst grobkörniges Gefüge. Der Bruch wurde der schlechten Qualität des Eisens zugeschrieben, und eine neue Daumenwelle von zähem Neuberger Eisen (eine Locomotivachse) angefertiget. Nach Verlauf von ungefähr 4 Monaten jedoch brach auch diese Achse und der Bruch war wieder auffallend stark krystallinisch, in welchem nach der Versicherung des Hrn. Haswell Krystalle bis ¼ Zoll groß vorkamen. Durch diese Beobachtung veranlaßt, wurde eine neue Welle von Gußeisen eingelegt, welche nun gut aushielt. Bei dieser kurzen Welle, welche in zwei Lagern lag, und durch den Schlag der Daumen auf den Prellring einerseits, und die auf das Getriebe übertragene Betriebskraft bei jedem Daumenschlag eine Torsion und zugleich einen Stoß erhielt, geschah offenbar dasselbe, was bei den unter I bis VII angeführten Versuchen bewirkt wurde, und der wiederholt stattgehabte Bruch bestätiget, daß bei wiederholter Torsion und Stößen das Gefüge des Eisens verändert wird.

Eben so wichtig und besonders bemerkenswerth sind aber die Versuche, welche Hr. Kohn mit dem auf die oben angeführte Weise veränderten Schmiedeisen machte. Es wurden nämlich diese Eisenstücke vorsichtig ausgeglüht und neuerdings gebrochen, die Textur des Eisens aber unverändert gefunden, ja selbst ein Ueberschmieden des Eisens konnte das grobe Korn nicht mehr entfernen. Nach dem Ausstrecken des Eisens zeigte die Bruchfläche immer wieder das grobe Korn, und nur bei Anwendung der Schweißhitze konnte eine günstigere Veränderung der Textur erzielt werden. — Daraus würde aber zu folgern seyn, daß, wenn die Achsenbrüche bei Eisenbahnen wirklich in Folge der stattfindenden Torsion verbunden mit Stößen eintreten, auch das als Mittel zur wieder brauchbaren Herstellung älterer Achsen angerathene Ausglühen derselben fruchtlos sey.

Um zu untersuchen, ob sich die von Hrn. Kohn ausgesprochene Ansicht über die Ursache des Schlechterwerdens der Eisenbahnachsen bestätige, habe ich eine im Betriebe, wie gewöhnlich an der Radnabe gebrochene Eisenbahnwagenachse, sowohl in der Mitte, als in der Nähe |15| des Zapfens gebrochen. Der Bruch war zwar etwas grobkörniger als er bei den neuen Achsen beobachtet wird, beim Abdrehen zeigte sich das Eisen ziemlich hart und spröde, auch wurde der Bruch verhältnißmäßig leicht erreicht; doch waren diese beobachteten Umstände keineswegs der Art, um auf eine solche Texturveränderung schließen zu können, welche allein einen Bruch veranlaßt haben sollte.

Da aber leider die Dauer der Verwendung dieser Achse nicht mehr ermittelt werden konnte, und sich auch aus einem vereinzelt angestellten Versuche kein richtiger Schluß ziehen läßt, so beabsichtige ich die Forschung in dieser Richtung forzusetzen, und werde nicht ermangeln, die Resultate seiner Zeit mitzutheilen.

Wien, am 13. März 1851.

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