Titel: Mc Conochie's verbesserte Schienenstühle.
Autor: Mc Conochie, John
Fundstelle: 1853, Band 129, Nr. XVIII. (S. 81–87)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj129/ar129018

XVIII. Verbesserte Schienenstühle, von dem Civilingenieur John Mc Conochie zu Wednesbury.

Aus dem Civil Engineer and Architects' Journal, April 1853, S. 145.

Mit Abbildungen auf Tab. II.

Die zu ergreifenden Mittel, um demjenigen Theil der Eisenbahnen, welcher aus den Schienen und ihren Stühlen besteht, eine größere Dauer zu verleihen, haben in der letzten Zeit ganz besonders die Aufmerksamkeit der Ingenieure auf sich gezogen, indem die Abnutzung dieser Theile nothwendig darauf hinführte. Die Schienen mit doppelten Köpfen wurden auf einigen Bahnen nach fünf- oder sechsjährigem Gebrauch untauglich, so daß ihre Auswechselung nothwendig wurde; die Ursache dieser so baldigen Unbrauchbarkeit ist hauptsächlich die unzweckmäßige Construction der Schienenstühle; dieß beweisen viele tausend Tonnen von Schienen, welche jetzt als altes Eisen zu den Walzwerken zurückkommen, um umgearbeitet zu werden; ihre untere Oberfläche oder Fahrbahn ist noch eben so gut, als wenn sie erst von der Hütte abgeliefert worden wären, allein sie haben an den Stellen, wo sie in den Stühlen befestigt waren, d.h. auf jede 3 Fuß Länge Vertiefungen; die Schienen sind daher so beschädigt, daß sie nicht, wie es anfangs beabsichtigt war, umgedreht werden können. Man ist daher auf die Anwendung von Stühlen hingewiesen, durch welche die Schienen nicht auf die angegebene Weise beschädigt werden können. (Diese Eindrücke sind jedoch auch Folge der sehr weichen Beschaffenheit, namentlich des englischen Puddeleisens. Ehe man diese Erfahrung gemacht hatte, bestanden die Schienen durchgängig aus einerlei Eisen; später nahm man zu den Packeten zum Auswalzen der Schienen, unten und oben oder zu den beiden Fahrbahnen besseres und härteres Eisen, welches schon |82| einmal ausgeschweißt worden war, und legte nur in die Mitte der Packete Rohschienen. Die Redact.)

Der Gegenstand dieser Abhandlung ist ein verbesserter Schienenstuhl, welcher die Beschädigung der Schienen verhindert und ihre Dauer um 25 bis 50 Procent erhöht. In Fig. 3 bis 7 ist dieser verbesserte Schienenstuhl so wie er auf der Liverpool-, Crosby- und Southport-Bahn angewendet wird, abgebildet. Er besteht aus zwei Theilen, dem Körper A und der Einlage B. Der Keil C ist entweder aus Holz oder Eisen gemacht, man gibt aber ersterem den Vorzug. Ein Raum D von ungefähr 1/8 Zoll bleibt zwischen der unteren Oberfläche der Schiene und dem Boden des Stuhls; in der Einlage ist eine Vertiefung E und in dem Stuhlkörper eine Leiste gegossen, welche in einander eingreifen, so daß die Einlage nicht aus dem Stuhle herausgehen kann. Das Gewicht eines Stuhls an den Schienenwechseln beträgt 35 Pfd., während das Gewicht eines zwischen zwei Wechseln liegenden Stuhls im Durchschnitt 26 Pfd. beträgt, folglich nicht mehr als bei den gewöhnlichen Stühlen. Sollen die Schienen aus den Stühlen genommen werden, so verfährt man auf folgende Weise: der Schließkeil C wird herausgeschlagen, wo man dann die Schiene sammt der Einlage senkrecht aus dem Stuhl heben kann, so daß das Umwenden der Schienen eben so leicht ist, wie bei den gewöhnlichen Stühlen. Bei diesen letzteren hängt die Befestigung der Schienen gänzlich von dem hölzernen Keil ab, wogegen bei dem verbesserten Stuhl die Schiene durch die Einlage mit befestigt wird, wodurch das Einlegen, das Herausnehmen und das Umlegen der Schienen sehr erleichtert wird. Es kann ein Zug über eine solche Schiene gehen, nachdem sie bloß eingelegt worden ist, ohne daß die weitere Befestigung mit dem Keil vorgenommen wurde, was die verhältnißmäßig geringe Wichtigkeit der Keile bei dieser Stuhlform im Gegensatz zu der gewöhnlichen hinlänglich nachweist. Bei der letzteren erheischen die Keile eine fortwährende Ueberwachung und ein stetes Nachziehen, wodurch auch viel Material verbraucht wird; bei den verbesserten Stühlen dienen die hölzernen Keile lediglich zur sicherern Befestigung der Schienen in den Stühlen.

Solche Stühle sind auch schon Monate lang ohne Keile geblieben, indem die Einlage den Keil theilweise ersetzte. Dieser Vorzug der neuen Stühle gegen die gewöhnlichen ist sehr zu beachten; denn wenn die Keile bei den letztern vergessen worden sind, sich losgezogen haben oder herausfallen, so geräth der über solche Schienen gehende Zug in Gefahr; dagegen veranlaßt bei den neuen Stühlen das Weglassen der Keile durchaus keine Gefahr, mit Ausnahme außerordentlicher Umstände, wenn z.B. der Unterbau |83| nachließe. – Daß diese verbesserte Stuhlform die Stabilität der Bahn und de Steifigkeit der Schienen wesentlich erhöht, wurde durch Versuche erwiesen.

Der Hauptvortheil der verbesserten Stühle besteht darin, daß sie die untere Fahrbahn der Schienen gegen Beschädigung sichern, während die obere Fahrbahn oder der obere Kopf benutzt wird.

Die Dauerhaftigkeit der Schienen hängt großentheils von der Festigkeit und Stetigkeit ihrer Befestigung ab, was einer von den Vortheilen dieses Stuhls ist, indem das Niederdrücken der Schiene die Befestigung derselben im Stuhl um so dichter und geschlossener macht. Die gewöhnlichen Stühle gewähren dagegen nur eine unvollkommene Befestigung, und man hat daher auf manchen Bahnen die doppelköpfigen Schienen aufgegeben, ungeachtet der vielen Vortheile, welche sie in Verbindung mit Querschwellen gewähren.

Die gewöhnliche Befestigung wird hauptsächlich durch die abwechselnd aufsteigende und niedergehende Bewegung, sowie durch den Seitendruck mittelst der Biegung der Schienen zwischen den Unterlagen, lose und zerstört. Bei den verbesserten Stühlen verhindert die vereinigte Wirkung des Schließkeils und des Einlagestücks diese Beschädigungen wenigstens größtentheils, wie Versuche ergaben im Verhältniß von 50 zu 100 Proc. gegen die gewöhnliche Befestigung.

Bei den gewöhnlichen Stühlen ist die Tendenz der Schiene sich zu biegen und die dadurch veranlaßte Verminderung ihrer Dauer sehr wesentlich; denn selbst wenn der untere Kopf keine Eindrücke bekommen hat, so kann man die umgewendeten Schienen doch erst wieder benutzen, nachdem sie gerade gerichtet worden sind; durch die Biegung wird auch der Faden oder Nerv des Eisens gestört u.s.w. Bei den verbesserten Stühlen werden aber die Schienen weit weniger gebogen, da die Stühle den Schienen eine weit größere Steifigkeit verleihen.

Eine andere Abänderung der verbesserten Stühle ist in Fig. 8 dargestellt. Sie hat eine größere Tragfläche für die Schiene als die anderen Modificationen und verstärkt daher die Schienen mehr als letztere auf den Wechseln. Dieser Stuhl unterscheidet sich von dem vorher beschriebenen hauptsächlich dadurch, daß er zwei Einlagen statt einer hat, welche durch schmiedeiserne Keile befestigt werden; sind die Keile gelöst, so kann die Schiene in senkrechter Richtung aus dem Stuhl genommen werden.

Die Resultate einiger Versuche, welche früher mit den Schienen auf der Ostbahn (in England) von Hrn. James Samuel angestellt wurden, indem er Blattgold zwischen die Schiene und den Stuhl legte, ergaben, |84| daß die Contactfläche zwischen der Schiene und einem gewöhnlichen Stuhle 1 1/2 Quadratzoll beträgt. Dieß ist freilich nur eine sehr oberflächliche Berechnung, nehmen wir sie aber als eine Näherung an, so gibt sie ein Resultat von mindestens 6 zu 1 zu Gunsten der verbesserten Stühle; denn da die beiden Stuhlwangen auf 12 Zoll Länge gleichförmig mit einander verbunden sind, und da die Breite ihrer Berührung mit dem Nacken der Schiene zu 3/4 Zoll angenommen werden kann, so beträgt die ganze tragende Oberfläche 9 Quadratzoll, während sie bei den gewöhnlichen Stühlen auf 1 1/2 Quadratzoll beschränkt ist. Wenn wir daher das Gewicht von einem Locomotivtriebrade, welches sich mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 40 engl. (6 bis 8 deutschen) Meilen in der Stunde bewegt, gleich einer Kraft von 9 Tonnen oder von 180 Cntr. annehmen, so ergäbe dieß einen Druck von 6 Tonnen auf den Quadratzoll der Schiene, welche mit dem Fuß des gewöhnlichen Stuhls in Berührung steht; bei den verbesserten Stühlen betrüge dieser Druck aber nur 1 1/4 Tonne auf den Quadratzoll des Schienenstuhlfußes oder der untern Seite der Schiene, so daß, wenn der erstere Druck hinreichend ist, um in die Schiene einzuschneiden, der letztere wahrscheinlich gar keinen Nachtheil veranlassen wird.

Man hat gegen diese Stühle eingewendet, daß die Backen den Schienenkopf angreifen werden. Es würde dieß der Fall seyn, wenn die Backen in eine Kante ausliefen, statt daß sie nach derselben Curve abgerundet sind, wie die untere Seite des Schienenkopfs, womit sie in Berührung kommen.

Die Hauptvortheile der verbesserten Stühle sind nachstehende:

1) Der untere Schienenkopf bleibt gegen Beschädigungen geschützt, während der obere als Bahn benutzt wird.

2) Die Einlage, oder die lose Wange bildet eine selbstwirkende Befestigung.

3) Die verbesserten Stühle geben den Schienen eine viel größere Steifheit, senkrecht und seitlich.

4) Wegen der Länge der Stuhlbacken sind die nicht unterstützten Theile der Schienen kürzer, als bei der gewöhnlichen Einrichtung.

5) Da diese Stühle die Schienen auf den Wechseln sich zu senken oder zu heben verhindern, so daß auf diesen Wechseln keine Absätze entstehen, so werden dadurch die Locomotiven und Wagen weniger erschüttert und bleiben daher länger in brauchbarem Zustande.

6) Die Keile erfordern eine weit geringere Ueberwachung, da ihr Zweck nicht im Tragen der Schiene wie bei den gewöhnlichen Stühlen, sondern nur darin besteht, das Heben der Schienen in den Stühlen zu verhindern.

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7) Man erreicht diese Vortheile durch geringe Mehrkosten bei der ersten Anschaffung der verbesserten Stühle.

Die Ingenieure, welche die verbesserten Stühle angenommen haben, bestätigen die hier aufgezählten Vortheile als durch die Praxis bewährt.

Folgende Versuche mit diesen Stühlen wurden von Hrn. Marshall angestellt:

Erster Versuch.

Die Schienen, womit diese Versuche angestellt wurden, hatten denselben Querschnitt, wie die auf der Liverpool-, Crosby- und Southport-Eisenbahn angewendeten, sie waren nämlich 5 Zoll hoch, im Kopf 2 1/2 Zoll und in der Mitte 5/8 Zoll dick, und wogen 72 Pfd. per Yard. Nachdem eine solche Schiene in den verbesserten Stühlen gelegt war, ließ man den Druck einer hydraulischen Ramme so lange darauf wirken, bis die Einlage durch die Biegung der Schiene zersprang; nachdem die Schiene herausgenommen war, betrug die bleibende Durchbiegung auf der Länge von drei Fußen zwischen den Mitten der Auflagen 5/8 Zoll; der Druck, durch welchen die Einlage zersprang, belief sich auf fast 40 Tonnen. Während die Schiene sich bog, war die Bewegung der Schiefern auf der Oberfläche der Schiene sehr augenfällig.

Zweiter Versuch.

Der Druck wurde auf einen Wechselstuhl und auf zwei Zwischenstühle angewendet. Derselbe Versuch wurde dann mit gewöhnlichen Stühlen gemacht, und zum Messen der Biegung in jedem Fall eine Linie hindurchgezogen. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:


Druck in Tonnen.
Biegung mit verbesserten
Stühlen, in Zollen.
Biegung mit gewöhnlichen
Stühlen, in Zollen.
15
20
31 0,01 (ungefähr) 0,02 (ungef.)
40 0,07 0,12
50 0,12 0,16
60 0,14 0,19
70 0,16 0,25

Bei einem Druck von 40 Tonnen zerbrach einer von den äußeren Stühlen mitten durch den Fuß, allein es wurde ein anderer eingelegt und der Versuch ohne Unterbrechung fortgesetzt; das erlangte Resultat ist das oben mitgetheilte. Die Seitenbiegung war bei den verbesserten Stühlen um |86| die Hälfte geringer als bei den gewöhnlichen. Diese Resultate waren gegen alles Erwarten genügend und beweisen die Vorzüge der neuen Stühle vor den gewöhnlichen, da sie den Schienen eine größere Steifheit verleihen, so daß dieselben ein größeres Gewicht zu tragen vermögen. Dieß erklärt sich dadurch, daß die verbesserten Stühle die Schienen fester halten, als die gewöhnlichen; der Seitendruck der Einlagen bewirkt nämlich, daß die Schienen in ihren Stühlen im Verhältniß des angewendeten Drucks festgehalten werden, während bei der gewöhnlichen Einrichtung der Stühle durch den Druck die Schienen in den Stühlen gelockert werden.

Es ist eine bekannte Thatsache, daß wenn von zwei ganz gleichen Bindebalken der eine an beiden Enden, dicht in den Wänden eines Gebäudes befestigt wird, der andere aber so angebracht wird, daß seine Enden nur in der Mauer aufliegen, der letztere von einem Gewicht zerbrochen werden kann, welches der andere ohne Beschädigung zu tragen vermag. Aus derselben Ursache verleihen die neuen Stühle den Schienen eine größere Steifheit und verhindern eine solche Seiten- und senkrechte Biegung, wie sie bei den gewöhnlichen Stühlen stattfindet. – Der Zweck eines letzten Versuchs war die Untersuchung der Festigkeit der Stühle. Die Schiene wurde in einen Zwischenstuhl gelegt und der Druck darauf angewendet. Bei einem Druck von 60 Tonnen zerbrach die Schiene in der Mitte des Stuhls und es brachen zugleich die Enden des Keils ab, ohne daß jedoch der Stuhl weiter beschädigt wurde.

––––––––––

Bei der Discussion dieser Abhandlung in der Institution of Mechanical Engineers fragte Hr. Mc Connell, welcher Neigungswinkel für den Keil im Stuhl gewählt worden sey. Hr. Mc Conochie erwiederte, daß nach den gemachten Erfahrungen ein Winkel von 45° als der beste zu betrachten sey, um die Belastung in senkrechter und in horizontaler Richtung gleichmäßig zu vertheilen; anfänglich habe man einen spitzeren Winkel versucht und die Stärke des Stuhles durch ein schweres Gewicht ermittelt, welches man so lange auf ihn fallen ließ, bis er zerbrach.

Hr. Stephenson (der Vorsitzende) warf die Frage auf, wie man den Zustand der Stühle gefunden habe, nachdem sie in regelmäßigem Gebrauch waren. Hr. Mc Conochie erwiederte, daß drei oder vier engl. Meilen auf den oben genannten Eisenbahnlinien mit diesen Stühlen versehen worden seyen, und daß man sie fünf Monate benutzt habe. Auch sey der Eingang zu der Liverpool-Station auf der Lancashire- und Yorkshire-Bahn auf einige hundert Yards mit solchen Stühlen versehen worden; |87| es finde dort ein großer Verkehr mit schweren Maschinen statt. Die Bahn sey bei Anwendung der verbesserten Stühle in einem bessern Zustande verblieben als beim Gebrauch der gewöhnlichen Stühle, sie sey ebener und die Stühle seyen durchaus nicht in Unordnung gekommen.

Hr. Mc Connell fragte, ob die Stühle mit Schalenhärtung gegossen worden seyen? Hr. Mc Conochie erwiederte, daß sie in Sandformen gegossen worden und hinlänglich genau werden, ohne Schalenhärtung anzuwenden.

Hr. Cowper fragte, ob es irgend eine Schwierigkeit habe, die Hauptbelastung der Schiene auf eine Seite zu bringen, indem man die Stühle so gösse, daß die beiden Wangen gleiche Höhe hätten. Hr. Mc Conochie antwortete, daß es hinreichend sey, nur die eine Wange zu erhöhen, um den Kopf der Schiene zu tragen, indem der Druck nicht häufig auf die äußern Kanten des Stuhls und des Keils wirke.

Hr. Mc Conochie bemerkte, daß die Stabilität einer Bahn, damit sie ohne Nachtheil von schweren Locomotiven befahren werden könne, ein sehr zu beachtender Umstand sey; die stabilste Maschine verliere diese Eigenschaft auf einer schlecht angelegten und zu leichten Bahn. Hr. Williams sagte, er habe sich beim Befahren desjenigen Theils der Liverpool- und Southport-Bahn, wo die neuen Stühle angewendet werden, von ihrer Stabilität im Vergleich mit den gewöhnlichen Stühlen vollkommen überzeugt. Der Oberbau der Bahn sey leicht und locker, während die Maschinen zu den schwersten ihrer Art gehören, indem die Treibräder mit 13 Tonnen belastet sind.

Hr. Lloyd bemerkte, da auf der Liverpool-, Crosby- und Southport-Linie mit diesen Stühlen vor fünf bis sechs Monaten einige Schienen gelegt worden seyen, bei denen der mittlere Theil nur 1/2 Zoll stark ist, ohne daß der Druck der Stühle irgend eine Beschädigung derselben veranlaßt habe, so sehe er nicht ein, wie Schienen von der gewöhnlichen Stärke in der Mitte, nämlich von 3/4 bis 1 Zoll, durch die neuen Stühle beschädigt werden könnten. Hr. Mc Conochie antwortete, daß er bei Anwendung in der Mitte schwächerer Schienen hauptsächlich den Zweck gehabt habe, ohne Vergrößerung des Gewichts der Schienen, deren Köpfe zu verstärken, und daß die Schienen offenbar dort am stärksten seyn sollten, wo sie am meisten abgenutzt werden.

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