Titel: Röhrig, über die Fabrication der Eisenbahnschienen in England und Wales.
Autor: Röhrig, E.
Fundstelle: 1854, Band 131, Nr. XXV. (S. 100–108)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj131/ar131025

XXV. Ueber die Fabrication der Eisenbahnschienen in England und Wales; vom Bergbau-Ingenieur Röhrig in Taff-Vale.

Aus dem Notizblatt des hannoverschen Architekten- und Ingenieur-Vereins, 1853, Bd. III S. 23.

Mit Abbildungen auf Tab. II.

Nach den auf Erfahrung gestützten Annahmen der meisten Eisenbahn-Ingenieure sind Härte, Zähigkeit, vorzügliche Schweißung und Homogenität die Eigenschaften, welche gute Schienen besitzen sollen,16) und auf diese Erfahrung gründet sich folgende Beurtheilung der genannten Schienenfabrication.

I. Zusammensetzung der Schienenpackete. (Piles.)

Der Erfolg von schlechten Schienen ist hauptsächlich in einer Verkennung der höchsten Wichtigkeit begründet, welche die Zusammensetzung der Packete in der That besitzt, denn durch alle, auch noch so verbesserten, nachfolgenden Operationen des Schweißens, Walzens und resp. Hämmerns, wird man nie im Stande seyn, einen Fehler zu corrigiren, der in der Packetirung begangen wurde.

Es ist besonders Zweierlei dabei zu beobachten: die Form der Packete und die Wahl des Eisens.

A. Die Form der Packete.

Zwei verschiedene Formen sind in England und Wales charakteristisch.

a) Hohe Packete, welche in den Taff-Vale-, Ebbro-Vale-, Tredegar-, Blaina- und andern Eisenwerken in Anwendung sind. – Ihre gewöhnliche Anordnung zeigt Fig. 7. – Sie sind von 8 bis 9 Zoll breit, von 9 bis 10 Zoll hoch und ihre Länge variirt mit dem Gewichte der Schienen. Für Schienen von 71 Pfd. pro Yard und 18 Fuß Länge ist das gezeichnete Packet 35 Zoll lang.

Die schraffirten Platten sind Eisen Nr. 2.

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Man calculirt das Gewicht eines Packets, indem man dem Gewichte der fertigen Schiene 1/4 desselben zusetzt. Dieses Viertel ist für den Verlust beim Schweißen und für die abzuschneidenden rauhen Enden bestimmt. So war das Gewicht eines Packets für die 18füßigen hohen hannoverschen Schienen, deren Durchschnittsgewicht = 71 Pfd. pro Yard ist, zu 426 + 106 = 532 Pfd. berechnet, doch es betrug in der Wirklichkeit von 550 bis 554 Pfd. Für das Erlangen von durchweg guten Schienen zur bestimmten Länge ist ein solches Mehrgewicht sehr wünschenswerth, da bei diesem Zweck zu mancherlei Uebelstände in der praktischen Ausführung zu überwinden sind. Aus der nachfolgenden Mittheilung der Entstehungsweise des Eisens wird zu abstrahiren seyn, daß dasselbe nicht stets von gleicher Qualität seyn kann, und mit solcher Verschiedenheit variirt der Abgang beim Schweißen der Packete um ein Beträchtliches. Ferner sind die Schweißöfen häufigen Unregelmäßigkeiten unterworfen; ein Wechsel in der Qualität der Kohlen verändert den Eisenabgang, und endlich hat wohl den bedeutendsten Einfluß die Qualität der Arbeiter (ballers), von deren Geschicklichkeit und Sorgfalt das Meiste abhängig ist.

b) Niedrige Packete, die in den meisten Eisenwerken Stoffordshire's und nur noch wenigen in Wales zur Schienenfabrication angewandt werden. Ihre allgemeine Construction zeigt Fig. 8. Sie sind von 7 bis 8 Zoll hoch, von 6 bis 7 Zoll breit und in der Länge verschieden, wie die hohen Packete.

Beide Arten von Packeten haben ihre Vorzüge und Nachtheile.

Während der durchschnittliche Querschnitt der niedrigen Packete etwa 42 Zoll beträgt, ist der der hohen 80, also nahe das Doppelte, und hierin ist der Hauptvorzug der hohen Packete begründet. – Der Querschnitt der hohen hannoverschen Schienen z.B. beträgt 7,18 Quadratzoll, zu dem die 80 Quadratzoll durch die Walzen zusammengepreßt werden, und es ist evident, daß unter sonst gleichen Umständen jedenfalls ein dichteres und festeres Eisen mit sicherer Gewähr vollkommener Schweißung der Erfolg seyn muß, als durch eine solche Reduction von 42 Quadratzoll.

Durch die Zeichnungen ist angegeben, daß das hohe Packet am oberen, den Kopf der Schiene bildenden Theile, zwei Eisenplatten enthält, während bei den niedrigen Packeten eine Platte diesen Theil bildet, und ist diese Verschiedenheit unbedingt ein Vorzug der letzteren, indem dadurch die Schweißnaht auf dem Kopfe der Schiene vermieden wird. Bei den hannoverschen Schienen zeigt sich nun noch ein anderer, und lediglich durch das Profil dieser Schiene bedingter Nachtheil der Anordnung der Packete; es entstand an der untern Kante des Schienenkopfes eine Ruth |102| (Fig. 9) durch das Oeffnen der Verbindungsstöße von den Platten a und b, die durch die Walzen an diesen Theil des Kopfes gelegt werden. – Dieser Nachtheil veranlaßte die Anwendung von zwei Winkeleisen, Fig. 11 statt der vier Platten a, a, b, b, Fig. 10, wodurch dieser Fehler vollkommen aufgehoben wurde, und auch die Qualität der Schiene im Allgemeinen gewann.

B. Die Wahl des Eisens.

Man unterscheidet:

a) Eisen Nr. 1 (Rohschienen, engl. Puddlebars, franz. Milbars.)

Dieses besteht aus den Stäben, welche aus der unter dem Hammer, Squeezer, oder in andern Apparaten gezängten Luppe in derselben Hitze noch ausgewalzt werden. Diese Stäbe sind von 3 bis 5 Zoll breit, von 3/4 bis 1 Zoll dick und je nach der Größe der Luppe verschieden lang. Sie sind von rauher Oberfläche, an den Kanten gerissen und niemals ein vollkommen gleichartiges Eisen; der Bruch zeigt gewöhnlich matten dunkeln Faden mit eingesprengten körnigen Partien. Namentlich ist diese Eisenqualität in Wales eine geringe, da die billigen Schienenpreise verursacht haben, daß, zur größeren Beeinträchtigung der Qualität, fast nur auf Erzeugung großer Quantitäten hingestrebt wird. Und das Meiste wird hier schon bei der Erzeugung des Roheisens versehen.

Die jetzige fast allgemeine Anwendung des heißen Windes – etwa 19/20 der ganzen Eisenproduction Großbritanniens wird mit solchem erzeugt – gestattet es der Hohofenbeschickung Puddel- und andere eisenreiche Schlacken in beträchtlicher Quantität zuzusetzen, welche indeß durch ihre Zusammensetzung und ihren gewöhnlich großen Schwefel- und Phosphorgehalt die Qualität des erzeugten Roheisens wesentlich beeinträchtigen. Aus solch unreinem, häufig kalt- und rothbrüchigem Eisen kann dann am Ende nur ein mittelmäßiges Schmiedeisen erfolgen, wie ebenfalls der Vortheil solcher Fabrication ein zum Theil imaginärer ist, da der Gewinn des ersten Processes durch die nachfolgenden Operationen des Puddelns und verschiedenen Schweißens zum größten Theil wieder verloren geht, indem der Verlust dann dabei ein um so größerer ist.

Hiermit hängt denn auch die Art des Zängens der in den Puddelöfen erzeugten Luppen zusammen, welches in manchen Werken unter 3 bis 5 tons schweren Stirnhämmern, in andern unter Squeezers geschieht. Die Anwendung von Hämmern ergibt unbedingt ein besseres Resultat, indem die im Eisen befindlichen Schlacken reiner ausgepreßt werden und dadurch ein dichteres und zäheres Eisen erfolgt. Jenes „Schlackeneisen“ |103| nun würde die Anwendung von Hämmern gar nicht vertragen, und so wendet man in Wales fast allgemein die subtilern Squeezers an.

Man wird selten in der Beurtheilung der Eisenqualität irren, wenn man die Art des Luppenzängens als Maaßstab annimmt, und nach diesem ergibt sich denn auch die höhere Qualität des Staffordshire-Eisens, da dort Hämmer angewandt werden.

Zängewalzen haben eine nur sehr beschränkte Anwendung und stehen den Squeezers im Erfolge noch nach, wie gleichfalls die zum Theil zu Seraing und in einigen deutschen Werken angewandten Luppenmühlen.

b) Eisen Nr. 2 (engl. Iron Nr. 2, Rough down; franz. Corrogés.)

Das sind Stäbe, die aus Eisen Nr. 1 dadurch entstanden, daß man letzteres packetirte und in Schweißhitze zu verschiedenen Dimensionen auswalzte. – Dieses Eisen hat schon scharfe Kanten, glatte Oberfläche und zeigt auf dem Bruche hellgrauen Faden.

Eisen Nr. 3 nennt man dasjenige, welches durch Auswalzen des Eisens Nr. 2 entsteht; durch ein neues Walzen des Eisens Nr. 3 erhält man Eisen Nr. 4 und so fort.

Dieses Eisen wird für das Packetiren durch Scheren auf die gewählte Länge abgeschnitten, und werden verschiedene in England und Wales angewandte Scheren-Constructionen, wie gleichfalls die hier zum Luppen-Zängen benutzten Maschinen durch meine Abhandlung über Puddelei mitgetheilt werden.

Die gewöhnliche Zusammensetzung der Schienenpackete besteht nun aus 3/4 Eisen Nr. 1 und 1/4 Eisen Nr. 2, 3 oder 4, und, wie schon aus den Zeichnungen zu ersehen, sind diese Eisensorten so angeordnet, daß die bessere Eisenqualität zur Umhüllung der geringen dient. Die einzelnen Stäbe müssen gerade seyn, um ein dichtes Packetiren zu gestatten, und die umhüllenden dürfen keine Brüche und Risse haben, sondern sind von glatter Oberfläche zu wählen, da ein nur geringer Riß in einem solchen Stabe durch das Auswalzen des Packets bedeutend vergrößert wird und die Schiene häufig unbrauchbar macht.

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Die aus den beschriebenen Packeten erfolgten Schienen werden die vorerwähnten Normal-Eigenschaften im folgenden Grade besitzen:

1. Härte.

Die Schienen sollen den unmittelbaren Einwirkungen der darauf bewegten Last widerstehen und sich gegen Formveränderungen aller Art kräftig wehren.

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Bei den in Wales sowohl aus niedrigen als aus hohen Packeten erzeugten Schienen, die mit grobkörnigem krystallinischem Gefüge große Härte verbinden, werden Verdrückungen nicht in dem Grade zu befürchten seyn, als bei den weichen Schienen Staffordshire's und von andern Eisendistricten Englands, und die Wales-Schienen würden diese Eigenschaft in bedeutend höherem Grade besitzen, wenn es möglich wäre, dieselben aus Eisen Nr. 1 ohne alle Umhüllung einer weicheren Eisensorte herzustellen. Doch leider ist das bei der jetzt hier allgemein üblichen und vorhin näher beschriebenen Methode der Eisenerzeugung nicht möglich, da die Qualität des so erzeugten Eisens Nr. 1 nicht geeignet ist, Schienen mit glatter Oberfläche herzustellen, und um es ausführbar zu machen, würde vor allen Dingen ein ganz veränderter Hohofenbetrieb einzurichten seyn, durch den ein so reines Roheisen erlangt werden kann, welches durch den Puddelproceß ein Eisen Nr. 1 von obiger Bedingung ergibt. Später wird ein noch großer Nachtheil der Combination zweier Eisensorten nachgewiesen werden, und deßhalb habe ich keinen Zweifel, daß man in nicht langer Zeit den bessern Weg betreten wird.

Um jene Combination mit allen ihren Nachtheilen und namentlich auch ein Lamelliren der Schienen beim Gebrauch derselben zu vermeiden, sind versuchsweise einige Schienen im hiesigen Eisenwerke aus Packeten wie in Fig. 12 gewalzt worden, die zur Prüfung dieser Methode an Stellen der hannoverschen Eisenbahn liegen, an denen sie einer besonders starken Abnutzung ausgesetzt sind. Nur mit großer Schwierigkeit waren diese Schienen ohne große Brüche auf der Oberfläche zu erzeugen, und von zwölf solchen Schienen waren kaum vier werth dem Versuche unterworfen zu werden; der Fuß der Schiene aber war ohne Anwendung der Umhüllung gar nicht herzustellen.

Ein größerer ähnlicher Versuch ist im Jahr 1847 in Staffordshire gemacht worden. Für die Oxford-Worcester-Wolverhampton-Eisenbahn wurden in dem der Chillington Comp. gehörigen Liebook Eisenwerke bei Bilston Eisenbahnschienen aus Packeten gewalzt, wie Fig. 13 darstellt. Alles Eisen in denselben ist Nr. 1. Nachdem zwei solcher Packete in Schweißhitze durch zwei Walzenspuren gegangen waren, wurden sie zusammengelegt und mit neu gegebener Schweißhitze zur fertigen Schiene ausgewalzt.

Fast überall hat die rasche Abnutzung und Verdrückung des Schienenkopfes, besonders der auf den Bahnhöfen liegenden Schienen, auf die Nothwendigkeit hingewiesen, der Erzeugung dieses ganz besondere Sorgfalt zu widmen, und dadurch ist Veranlassung gegeben zu sehr verschiedenen Verfahren in der Schienenfabrication, die zum Theil patentirt sind, und |105| die alle auf den gemeinsamen Zweck hinauslaufen: den Kopf der Schiene aus hartem körnigem Eisen zu bilden. Dieses Erforderniß ist erkannt worden von den Directionen der hannoverschen, bayerischen, Aachen-Düsseldorfer, Berlin-Frankfurter und andern Eisenbahnen.

Von den in England ausgeführten Patent-Verfahren ist das Thorneycroft'sche vorzugsweise zu erwähnen.

Die Schienenpackete (Bradley Iron Works bei Wolverhampton) haben die Zusammensetzung und Dimensionen wie Fig. 14 angibt.

Das Holzkohleneisen zur Bildung des Schienenkopfes wird aus sogenannten Scrap-Iron-Abfällen aller Art Walzeisen, und namentlich von Blechen, also einem ausgezeichneten Material, dadurch hergestellt, daß man dieses in Feuern, deren Form und Dimensionen ähnlich den deutschen Frischfeuern ist, mit Holzkohlen niederschmelzt. Die so erzeugte Luppe wird, unter einem zwei tons schweren Dampfhammer gezängt und in einem Schweißofen von Neuem erhitzt, zu etwa 2 1/2 Fuß Länge, 5 Zoll Breite und 3 Zoll Dicke ausgereckt, darnach im Schweißofen wieder erwärmt und dann unter demselben Hammer in die für das Schienenpacket passenden Dimensionen gebracht. Das Eisen Nr. 1 wird mit größerer als in Wales üblichen Sorgfalt erzeugt. Die Fabrikanten behaupten, nur Roheisen zum Verpuddeln zu verwenden, welches ohne Zusatz von Puddel-Schlacken und mit kaltem Winde erzeugt sey. Das Roheisen, welches ich in den Puddelöfen verarbeiten sah, war ein graues feinkörniges Eisen, das noch mit 1/3 verfeinertem Eisen versetzt wurde, und die erzeugten Luppen wurden unter einem schweren Stirnhammer gezängt. Das Eisen Nr. 2 wird auf die vorhin erwähnte Weise erzeugt. Die Packete werden in einer Schweißhitze ausgewalzt.

Zu meiner Ansicht ließ der Fabrikant mehrere so erzeugte Schienen zerbrechen, und durch die verschiedene Eisenstructur des Bruches, Fig. 15, konnte ich deutlich erkennen, daß das Holzkohleneisen etwa 5/8 Zoll des Kopfes bedeckte.

Das Stirling'sche Patent, welches darin besteht, daß man zur Erzielung eines sehr harten krystallinischen Eisens das Roheisen mit einem Zusatz von Galmei (Zink) oder Zinn im Puddelofen verarbeitet, wird nur wenig ausgeübt.

Offenbar werden die so verbesserten Schienen der Abnutzung und Verdrückung bei weitem kräftiger widerstehen, als die auf gewöhnlichem Wege erzeugten; doch ich glaube, es könnte für noch größere Haltbarkeit der Schienen ein Bedeutendes geschehen durch eine Verbesserung der jetzt allgemein gebräuchlichen Bremsen, wodurch die Schienen, wie die Locomotivräder in der That auf zu starke Weise angegriffen werden. Sollte |106| es nicht möglich seyn, eine andere und bessere Art Bremsen, etwa ähnlich wie der auf geneigten Ebenen gebräuchlichen, anzuwenden? Indeß maße ich mir über das „Wie“ keine Ansicht an, wohl aber bin ich überzeugt, daß eine bessere Bremsung möglich ist, und erkenne, welch' unendlichen Vortheil eine solche Verbesserung für die Haltbarkeit der Schienen im Gefolge haben muß, wie dadurch gleichfalls viele Eisenbahn-Unglücksfälle vermieden werden würden.

2. Zähigkeit.

In Bezug auf diese möchten alle Schienen sich deßhalb einander gleich seyn, da am Ende jede Schiene für ihren Zweck hinreichend construirt seyn wird, um einen Bruch höchst unwahrscheinlich, wenn nicht gar unmöglich zu machen.

Charakteristisch für die in Wales in sehr großen Quantitäten fabricirten amerikanischen Schienen ist die Leichtigkeit derselben, indem deren Durchschnittsgewicht zwischen 50 und 60 Pfd. pro Yard liegt. Bedeutend stärker sind im Allgemeinen die für englische Eisenbahnen angewandten Schienen.

pro Yard.
So beträgt z.B. das Gewicht der Schienen:
für die London- und North-Western Bahn 80 Pfd.
„ London-Birmingham Bahn 83 „
„ Taff-Vale Eisenbahn 84 „
„ Great-Western Eisenbahn 100 „

Zur Prüfung der Zähigkeit der 4 1/2 Zoll hohen im hiesigen Werke gewalzten hannoverschen Schienen ließ ich ein 600 Pfd. schweres Gewicht von 16 Fuß Höhe auf die Schiene fallen, während deren Stützpunkte 3 1/2 Fuß von einander lagen. Die Schienen wurden dadurch zu 2 Fuß durchgebogen, ohne den geringsten Riß oder Bruch zu bekommen. Eine 3 1/2 Zoll hohe, hier gewalzte amerikanische Schiene wurde demselben Versuche unterworfen und ergab, mit Ausnahme einer stärkeren Durchbiegung, denselben Erfolg. Einige von den zu Ebbro-Vale gewalzten 3 13/16 Zoll hohen hannoverschen Schienen prüfte ich auf dieselbe Weise und verstärkte dann die Probe so, daß ich ein 1 ton schweres Gewicht von 23 Fuß Höhe auf die Schienen, deren Unterstützungspunkte ebenfalls 3 1/2 Fuß von einander lagen, fallen ließ. Es erfolgte eine Durchbiegung von 25 Zoll und die Schienen blieben vollkommen frei von Brüchen und Rissen.

Diese Versuche sind hinreichend, um die Sicherheit der Wales-Schienen gegen einen Bruch beim Gebrauche derselben zu constatiren, und |107| um so weniger dürfte ein solcher bei den in englischen Werken fabricirten Schienen zu befürchten seyn.

Ganz gleich aber werden beide Sorten Schienen in Bezug auf Elasticität seyn, da die Structur des Eisens einen nur unmerkbaren Einfluß auf dieselbe ausübt und lediglich das Schienenprofil für dieselbe bestimmend ist. Die in Wales gewalzten 3 13/16 Zoll und 4 1/2 Zoll hohen hannoverschen Schienen prüfte ich in Bezug auf diese Eigenschaft, indem ich ein Gewicht von 8 tons auf denselben ruhen ließ, während sie wieder bei 3 1/2 Fuß Entfernung unterstützt waren. Die niedrigen so wenig als die hohen Schienen erlitten eine bleibende Durchbiegung und bei Steigung der Belastung zu 15 tons wurde bei den hohen Schienen eine solche zu 5/16 Zoll erhalten.

3. Vorzügliche Schweißung.

Diese ist unbedingt der Cardinalpunkt in der Schienenfabrication, und um so betrübender ist es, daß die vorbeschriebene Packetirung nicht geeignet ist, eine vollkommene Erfüllung desselben dadurch erreichen zu können.

Wenn im Allgemeinen ein Packetiren schon immer den Erfolg des vollkommenen Schweißens zweifelhaft macht, indem die, die einzelnen Stäbe umhüllenden Oxyde und die in denselben oft in zu großer Menge enthaltenen Schlackentheile einer vollkommenen Schweißung entgegenwirken – beim Ansäuern polirter Profilflächen ist sehr häufig eine Trennung der verschiedenen Lamellen durch dazwischen gelagerte Schlacke zu erkennen –: so ist eine solche Verbindung zweier Eisensorten von verschiedener Dichtigkeit und Zusammensetzung mit noch größerem Nachtheil verbunden, indem die Schweißbarkeit beider Sorten nicht übereinstimmend ist. Im Allgemeinen schweißt fadiges Eisen schwerer und bei höherer Temperatur als körniges, und die Schweißbarkeit des Eisens Nr. 1 tritt gewöhnlich früher ein als die des Eisens Nr. 2 und noch bedeutend früher als die vom Eisen Nr. 3 oder Nr. 4.

In Bezug auf Erzeugung von Quantität sind nun allerdings die Packete die besten, welche im Innern ein Eisen enthalten, das bei niedriger Temperatur geschweißt werden kann, und dessen Außenseite einen höhern Hitzgrad erfordert, da bei gleichem Eisen das Aeußere geschmolzen und verbrannt seyn wird, ehe das Innere des Packets zur Schweißhitze gekommen ist; aber sehr häufig ist die Schweißbarkeit der angewandten Eisensorten zu verschieden, vorzüglich bei Anwendung von Eisen Nr. 4, den zu Platinen ausgewalzten rauhen Schienenden, und dabei ist es |108| sehr schwer, stets den richtigen Zeitpunkt zu treffen, bei dem eine Vereinigung beider möglich ist. Durch diese Combination geschieht dann das häufige Abtrennen der Deckplatte vom Kerne nach längerem oder kürzerem Gebrauche der Schiene, und dieses ist der größere Nachtheil, auf den vorhin hingewiesen wurde. Natürlich schließt diese Combination auch die vorgeschriebene Homogenität aus.

Durch Anwendung von hohen Packeten, welche durchweg doppelte Schweißung einschließt, sollte nun allerdings ein besseres Resultat erzielt werden, als die niedrigen stets nur einmal geschweißten Packete ergeben können, doch die Erfahrung ergibt leider, daß auch durch die zweifache Schweißung dem Uebelstande, welchen die Verbindung von zwei Eisensorten begründet, nicht abgeholfen wird, und somit werden wir von Neuem auf die schon ausgesprochene Ansicht zurückgeführt:

„nur eine Eisensorte für Bildung der Packete zu verwenden.“

|100|

Vergl. Th. Weishaupt's Untersuchungen über die Tragfähigkeit verschiedener Eisenbahnschienen, Berlin 1852.

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