Titel: Versuche mit Mac Connell'schen Hohlachsen für Eisenbahnwagen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1856, Band 141, Nr. XLII. (S. 165–171)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj141/ar141042

XLII. Versuche mit Mac Connell'schen Hohlachsen für Eisenbahnwagen.

Aus der Zeitschrift des österreichischen Ingenieur-Vereins, 1856, Nr. 4.

Unter den vielen seit Jahren bekannt gewordenen Bestrebungen, durch eine verbesserte Erzeugung und Form die Widerstandsfähigkeit der Eisenbahnwagen-Achsen möglichst zu erhöhen und dadurch die so gefährlichen und kostspieligen Achsenbrüche möglichst zu vermindern, verdient die mit großem Erfolge begleitete Achsen-Erzeugung des Ingenieurs Mac Connell zu Wolwerton, Director der Locomotion der North-Western Eisenbahn-Compagnie, besonders hervorgehoben zu werden. Hr. J. E. Mac Connell richtete sein Augenmerk ausschließlich auf die bekannten Vortheile der Röhrenform bei Achsen; er ließ sich durch frühere in derselben Richtung unternommene, aber mißlungene Versuche nicht beirren, und brachte es endlich dahin, eine sehr vollkommene Erzeugungsmethode für diese so zweckmäßige Achsenform ausfindig zu machen.

Diese neue Erzeugungsmethode der Hohlachsen – welche im polytechn. Journal, 1854, Bd. CXXXI S. 108 beschrieben wurde – besteht der Hauptsache nach darin, daß die Packete aus segmentförmig geordneten Eisenstäben von eigentümlicher und ganz gleichmäßiger Form zu einem Cylinder mit circa anderthalbfachem Durchmesser, als die fertige Achse erhalten soll, zusammengepaßt und geschweißt werden; wonach sie alsdann mittelst Walzen über feststehende Kerne ihre genaue Form erhalten. Die Verjüngung der Achsenzapfen wird endlich durch Schablonen unter dem Hammer hervorgebracht. Durch dieses Verfahren wird, unter Voraussetzung einer vollständigen Schweißung, ein sehr dichtes, gut durchgearbeitetes und gleichförmiges Material erzielt.

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Die Resultate der mit diesen so erzeugten Mac Connell'schen Hohlachsen früher in England und später auch in Oesterreich angestellten Versuche sind so günstig ausgefallen, daß sie zu der Annahme berechtigen, es sey durch diese Achsen, unter der Voraussetzung einer fortgesetzt guten und fehlerlosen Erzeugung, so ziemlich das Maximum jener Leistung erreicht, welche überhaupt von Achsen bei Anwendung von Schmiedeisen erwartet werden dürfe.

Die im December 1854 in Oesterreich vorgenommenen Erprobungen wurden von Seite des k. k. Ministeriums für Handel, Gewerbe und öffentliche Bauten angeordnet und in der Maschinenfabrik der Wien-Raaber Eisenbahn-Gesellschaft in Wien zur Ausführung gebracht. Sie hatten hauptsächlich zum Zweck, den Torsionswiderstand der Hohlachsen kennen zu lernen und nebst einer Controle der früher in England gemachten Versuche auch genaue Vergleiche zwischen Hohlachsen und vollen Achsen von gleichen äußeren Dimensionen zu erhalten, da eine größere Widerstandsfähigkeit bei gleichem Gewichte sich von selbst versteht.

Die Achsen wurden von Hrn. Eduard Schmidt, Miteigenthümer des Mac Connell'schen Privilegiums auf Hohlachsen, beigestellt und waren von der Patent shaft and axle tree Company zu Birmingham erzeugt. Bei den Versuchen, deren Resultate hier einfach mitgetheilt werden, waren zugegen Hr. Hofrath Ritter v. Francesconi, Hr. k. k. technische Rath Wilhelm Engerth, Hr. k. k. Inspector Karl Meißner, Hr. Maschinen-Fabrikdirector John Haswell, Hr. Maschinendirector Felsenstein, Hr. Eduard Schmidt, Miteigenthümer des Privilegiums auf Hohlachsen, und der Verfasser.

Die Versuche wurden auf dreierlei verschiedene Arten vorgenommen. Zuerst wurden die an beiden Enden unterlegten Achsen in ihrer hohlliegenden Mitte durch wiederholtes Auffallen eines schweren Rammklotzes einseitig gebogen. Alsdann wurde eine Biegung der über einem Amboße frei vorstehenden abgedrehten Achsenzapfen durch feste Hammerschläge mit schweren Schmiedhämmern auf ihre äußersten Enden hervorgebracht, und endlich wurde mittelst Hebel und Gewichte der Torsionswiderstand der Achsen bis zur Ueberschreitung der Elasticitätsgränze gemessen.

Erste Versuchsart unter dem Rammklotze. Die Hohlachse war vollkommen gerade und cylindrisch, ihr äußerer Durchmesser betrug 4 Zoll 3 Linien, sie hatte eine Fleischstärke von 11 Linien und wog 183 Pfund. Sie wurde auf zwei gußeiserne Walzen horizontal der Art aufgelegt, daß die Entfernung der Auflagepunkte von einander 4 Fuß 3 Zoll betrug und das Achsenmittel gleichzeitig genau in die Mitte der Auflagepunkte fiel. Hierauf wurde auf die Mitte der Achse ein Rammklotz von |167| 1310 Pfd. Schwere 20mal hinter einander von einer Höhe von 3 Fuß und zweimal von einer Höhe von 6 Fuß auffallen gelassen. Die Durchbiegung der Achse auf 6 Fuß Länge war nach den ersten 10 Schlägen 10 Zoll 10 Linien und der Querschnitt der Achsenmitte war um 1 1/2 Lin. oval geworden. Nach 22 Schlägen war die Durchbiegung 12 Zoll 10 1/2 Linien; die Oberfläche der Achse war durchaus fehlerfrei geblieben.

Zum Vergleiche diene das Verhalten einer unter gleichen Verhältnissen schon früher erprobten und zur besten Gattung gehörigen vollen Achse aus steierischem Eisen, mit 4 Zoll 6 Linien Durchmesser im Haufen und 3 Zoll 7 1/2 Linien Durchmesser in der Mitte. Ihr Gewicht betrug 252 Pfund. Die Entfernung der Auflagpunkte betrug gleichfalls 4 Fuß 3 Zoll und der Rammklotz war derselbe, der bei obigem Versuche angewendet worden ist. Er wurde jedoch nur 7mal von einer Höhe von 3 Fuß, 13mal von einer Höhe von 2 Fuß und 2mal von einer Höhe von 6 Fuß herabfallen gelassen. Nach den 22 Schlägen war die Einbiegung in der Mitte 23 Zoll 11 Linien. Die Oberfläche der Achse war durchaus fehlerfrei geblieben.

Zweite Versuchsart unter den Schmiedhämmern. Eine zweite Hohlachse, welche der zuerst erprobten in allen Dimensionen genau gleich war, und deren abgedrehte Achsenzapfen eine Länge von 7 Zoll 9 Linien und einen Durchmesser von 2 Zoll 10 1/2 Linien hatten, wurde so auf einen Amboß gelegt und der Art in horizontaler Lage erhalten, daß ein Achsenzapfen seiner ganzen Länge nach frei vorstand. Auf das äußerste Ende dieses Achsenzapfens wurden nun feste Streiche mit 26- bis 28pfündigen Schmiedhämmern gegeben und von Zeit zu Zeit die Lage der Achse umgekehrt. Die äußere Oeffnung des Zapfens der Hohlachse wurde mit einem kurzen eisernen Pfropfen versehen, um ein Zusammendrücken dieses Endes zu vermeiden.

Die Resultate dieses Versuchs waren folgende:

Lage der Achse. Anzahl der
Hammerschläge.
Biegung des Achsenzapfens. Anmerkung.
Erste Lage. 101 Um eine Linie gebogen.
Umgekehrte Lage. 100 bis auf 3''' entgegenges. gebogen.
Erste Lage. 100 wurde wieder gerade.
Erste Lage. 100 um 2 1/2 Linien gebogen.
Umgekehrte Lage. 100 um 1''' entgegengesetzt gebogen.
Umgekehrte Lage. 100 bis auf 3 1/2''' vermehrt.
Erste Lage. 100 um 1 1/2''' entgegengesetzt gebogen.
Erste Lage. 100 blieb unverändert. Die Oberfläche des Achsenzapfens
Erste Lage. 100 bis auf 3 1/2''' vermehrt. blieb durchaus fehlerfrei.
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Zum Vergleiche diene wieder das Verhalten zweier der besten schon früher probirten vollen Achsen von Rosthorn und Dickmann zu Prevali in Kärnthen und von der Kirkstall Forge aus England. Die Achse von Prevali mit abgedrehten Achsenzapfen von 7 Zoll 9 Linien Länge und 3 Zoll Durchmesser gab folgende Resultate:

Lage der Achse. Anzahl der
Hammerschläge.
Biegung des Achsenzapfens. Anmerkung.
Erste Lage. 100 um 3 Linien gebogen.
Erste Lage 100 um 7 Linien gebogen.
Umgekehrte Lage. 100 beinahe wieder gerade gebogen.
Umgekehrte Lage. 100 wieder ganz gerade gebogen.
Erste Lage. 200 um 3 1/2 Linien gebogen. Die Oberfläche des Achsenzapfens
Umgekehrte Lage. 200 beinahe wieder gerade gebogen blieb durchaus fehlerfrei.

Die Achse von der Kirkstall Forge mit abgedrehten Achsenzapfen von 6 Zoll 6 Linien Länge und 3 Zoll Durchmesser gab folgende Resultate:

Lage der Achse. Anzahl der
Hammerschläge.
Biegung des Achsenzapfens. Anmerkung.
Erste Lage. 100 um 3 1/2 Linien gebogen.
Erste Lage. 100 bis auf 8 Linien vermehrt.
Umgekehrte Lage. 200 um 1/2''' entgegengesetzt gebogen.
Erste Lage. 200 bis auf 3''' entgegenges. gebogen. Die Oberfläche des Achsenzapfens
Umgekehrte Lage. 200 um 1/2''' entgegengesetzt gebogen. blieb durchaus fehlerfrei.

Dritte Versuchsart durch Torsion. Die Vorrichtung zur Erprobung des Torsionswiderstandes der Achsen bestand darin, daß jede derselben sammt ihren aufgepreßten Rädern der Reihe nach zwischen die Spitzen einer in der Maschinenfabrik der Wien-Raaber Eisenbahn-Gesellschaft befindlichen großen doppelten Räderdrehbank gespannt und durch Mitnehmer mit den beiden ausgelösten und frei in ihren Lagern beweglichen Planscheiben der Art in Verbindung gesetzt wurde, daß jede Bewegung der einen Planscheibe bei vollkommen festem Stande der anderen unmittelbar auf die Achse eine Torsion ausüben mußte. Zur Erzielung des vollkommen festen Standes der einen Planscheibe, und somit auch des einen Achsenendes, wurde an diese Planscheibe ein langer schmiedeiserner |169| Hebel angeschraubt, an dessen Ende außerordentlich schwere Gußstücke befestigt waren, die auf der Erde auflagen. Behufs der Hervorbringung der nothwendigen und stets genau bekannten Kraft zur Drehung der gegenüberliegenden Planscheibe und somit auch des gegenüberliegenden Achsenendes wurde an dieser Planscheibe gleichfalls ein langer schmiedeiserner Hebel, welcher jedoch dem an der festgestellten Planscheibe befindlichen entgegengesetzt gerichtet war, gut befestigt und an dessen Ende Gewichte gehängt. Die auf die zu erprobende Achse stattfindende Wirkung dieses 22 Fuß 1 3/4 Zoll langen, beinahe horizontal liegenden Hebels sammt den angehängten Gewichten konnte zu jeder Zeit durch das Aufziehen desselben mittelst eines Hebzeuges nach Belieben wieder aufgehoben werden. Zur genauen Untersuchung des Maaßes, um welches sich eine Achse gedreht habe, wurde an jedem äußersten Ende derselben dicht an den Radnaben ein gespitzter Eisenstab mittelst Schraubzwingen parallel zur Achse befestigt, so daß sich die beiden Spitzen der Stäbe in der Mitte der Achse in geringer Höhe über derselben genau gegenüber standen. Jede seitwärtige Abweichung der Spitze des einen Stabes von jener des anderen wurde nun von Fall zu Fall genau gemessen und gleichzeitig auch die Entfernungen der Spitzen vom Centrum der Achse gehörig beobachtet.

Erste Probe mit der Hohlachse. Die Hohlachse war von denselben Dimensionen wie die beiden schon früher probirten, sie hatte 4 Zoll 3 Linien äußeren Durchmesser mit 11 Linien Fleischstärke und hatte zwischen den aufgepreßten Rädern genau 4 Fuß 2 Zoll 9 Linien Länge. Ihr Gewicht betrug gleichfalls 183 Pfund. Der früher mittelst des Hebzeuges gehaltene Hebel wurde allein, ohne besondere Belastung mittelst Gewichte, niedergesenkt und frei in beinahe horizontaler Lage schwebend erhalten. Die Abweichung der Spitzen von einander betrug hierbei 1/2 Millimeter. Die Entfernung der den Meßapparat bildenden Spitzen vom Centrum der Achse betrug 3 Zoll 8 1/2 Linien. Da die Achse einen Radius von 2 Zoll 1 1/2 Linien und der Hebel eine Länge von 22 Fuß 1 Zoll 9 Linien hatte, so war das Hebelverhältniß wie 1 zu 125,06. Der Druck des Hebelendes in horizontaler Lage, auf einer Waage abgewogen, betrug 490 Pfd. als Wirkung seines eigenen Gewichtes. Die Torsion der Achse war daher bei diesem Versuche mit 61,279 Pfd. in Anspruch genommen.

Nach Aufhebung des Druckes durch Aufziehen des Hebels bis zur früheren Höhe ging die Drehung von 1/2 Millimeter im Radius von 3 Zoll 8 1/2 Linien wieder vollständig zurück.

Hierauf wurde das Ende des Hebels mit 100 Pfd. belastet, wodurch die Torsion mit 73,785 Pfd. in Anspruch genommen wurde. Die Drehung |170| betrug hierbei 1 Millimeter und ging nach Aufhebung des Druckes wieder vollständig zurück.

Das Ende des Hebels wurde nunmehr mit 200 Pfd. belastet, was einer Torsionswirkung von 86,291 Pfd. auf die Achse entspricht. Die Drehung betrug hierbei 2 Millimeter und ging abermals nach Aufhebung des Gewichtes wieder vollständig zurück.

Endlich wurde durch Anhängung von 300 Pfd. am Ende des Hebels die Torsion auf die Achsen-Peripherie auf 98,797 Pfd. gebracht. Hierbei zeigte sich eine Drehung von 8 Millimetern, welche nach Aufhebung des Druckes jedoch bloß um 2 Millimeter zurück ging, so daß demnach 6 Millimeter bleibende Drehung der Achse verblieb. Die Elasticitätsgränze war somit überschritten.

Zweite Probe mit einer gewöhnlichen in der Mitte verjüngten Wagenachse von Prevali. Diese volle Achse hatte 4 Zoll 1 Linie Durchmesser bei den Radnaben, sie war jedoch in der Mitte bis auf 3 Zoll 7 Linien verjüngt. Zwischen den Radnaben maß sie 4 Fuß 4 Zoll und 3 Linien und war 224 Pfd. schwer. Der Hebel allein wurde ohne weitere Belastung niedergelassen. Die Abweichung der Spitzen von einander betrug hierbei 2 Millimeter. Die Entfernung der dieses Maaß zeigenden Spitzen vom Centrum der Achse betrug 3 Zoll 2 1/2 Linien. Da die Achse einen Radius von 2 Zoll 1/2 Linie an ihren Enden hat, so beträgt das Hebelverhältniß 1 zu 130,16 und mithin die Wirkung des Hebels allein auf die Achse 63,778 Pfd. als Torsion an der Peripherie. Nach Aufhebung des Druckes ging die Drehung der Achse wieder vollständig zurück.

Bei einer ferneren Belastung des Hebels mit 100 Pfd., wodurch die Torsion mit 76,794 Pfd. in Anspruch genommen wurde, betrug die Drehung beim Radius des Spitzenabstandes von 3 Zoll 2 1/2 Linien 15 Millimeter, die jedoch nach Aufhebung des Druckes nur um 5 Millimeter zurückgingen, so daß demnach eine bleibende Drehung der Achse von 10 Millimet. verblieb und somit die Elasticitätsgränze erreicht war.

Dritte Probe mit einer vollen cylindrischen Achse von Prevali. Diese Achse war genau wie die Hohlachse zwischen den Radnaben in einer Länge von 4 Fuß 2 Zoll und 9 Linien aufgepreßt; ihr Durchmesser betrug 4 Zoll 3 1/4 Linien und ihr Gewicht 263 Pfd. Der Hebel allein wurde ohne weitere Belastung niedergelassen. Die Abweichung der Spitzen von einander betrug hierbei nur 1/4 Millimeter, welche Abweichung nach Aufhebung des Druckes wieder vollständig verschwand. Die Entfernung der dieses Maaß zeigenden Spitzen vom Centrum der Achse betrug 3 Zoll 6 1/2 Linien. Da die Achse einen Halbmesser von 2 Zoll 1 5/8 Linien |171| hatte, so betrug das Hebelverhältniß 1 zu 124,45 und die mit dem Hebel allein an der Achsen-Peripherie bewirkte Torsion 60980 Pfd.

Bei der Belastung des Hebels mit 100 Pfd., welches einer Torsion von 73,425 Pfd. gleichkommt, betrug die Abweichung der Spitzen 1/2 Millimeter, welche Drehung nach Aufhebung des Druckes wieder zurückging.

Bei einer Belastung des Hebels mit 200 Pfd., wodurch die Torsion mit 85,870 Pfd. in Anspruch genommen wurde, betrug die Abweichung der Spitzen von einander 1 1/4 Millimeter, die jedoch abermals nach Aufhebung des Druckes vollständig verschwand.

Nachdem endlich durch Anhängung von 300 Pfd. am Ende des Hebels die Torsion an der Achsen-Peripherie bis zu 98,315 Pfd. in Anspruch genommen wurde, zeigte sich die Abweichung der Spitzen mit 5 Millimeter, welche nach Aufhebung des Druckes nur um 1 3/4 Millimeter zurückging, so daß demnach 3 1/4 Millimeter bleibende Drehung der Achse und somit Ueberschreitung der Elasticitätsgränze stattgefunden hatte.

Wien, am 1. November 1855.

Wolf Bender, Oberingenieur.

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