Titel: Petersen, über die Fabrication der Eisenbahnschienen und das zu denselben verwendete Eisen.
Autor: Petersen, C.
Fundstelle: 1859, Band 151, Nr. IX. (S. 27–34)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj151/ar151009

IX. Ueber die Fabrication der Eisenbahnschienen und das zu denselben verwendete Eisen; von C. Petersen, Ingenieur zu Eschweiler-Aue.

Aus der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1858, Bd. II S. 256.

Mit Abbildungen.

Die Eisenbahnschienen müssen vornehmlich zwei Einwirkungen widerstehen, welche an ihre Natur zwei ganz verschiedene Anforderungen machen. Sie müssen nämlich der Reibung widerstehen, welche die Radbandagen der Locomotiven und Eisenbahnwagen bewirken, dann aber auch eine bedeutende Tragfähigkeit besitzen, um das Gewicht der Maschinen und Wagen aushalten zu können. Letztere Eigenschaft muß außerdem eine große Sicherheit darbieten, weil bei dem Betrieb nicht eine ruhige Belastung der Schienen anzunehmen ist, sondern auch starke Stöße vorkommen, welchen die Schienen Widerstand leisten müssen.

Aus diesen verschiedenen Einwirkungen folgt, daß das zu den Schienen verwendete Eisen hart und zähe seyn muß.

Von den zwei verschiedenen Eisensorten, welche durch den Frischproceß dargestellt werden, zeichnet sich das körnige Eisen durch größeren Härtegrad aus, während das Eisen von sehniger Structur weicher, zäher und elastischer ist.

Abgesehen von anderen Erfordernissen empfiehlt sich daher das körnige Eisen für den Kopf der Eisenbahnschienen. Sein größerer Härtegrad ist mehr geeignet, den Abnutzungen durch die Reibung der Radbandagen zu widerstehen, und seine körnige Textur scheint sich außerdem noch besonders dazu zu empfehlen. Die Abnutzung der Schienenköpfe wird nämlich viel weniger durch die gewöhnliche rollende Reibung der Räder bewirkt, als durch die gleitende Reibung, welche in den Curven und beim Bremsen der Eisenbahnräder stattfindet. Der körnige Kopf der Schiene wird dadurch mehr abgefeilt; die Abnutzung wird einfach durch Abreiben |28| kleiner Theilchen bewirkt, ohne Zerstörung des Kopfes und ohne größere Schäden hervorzurufen.

Nehmen wir aber an, der Kopf der Schiene bestehe aus Eisen von sehniger faseriger Structur, so würde durch die gleitende Reibung mehr ein Ausfasern desselben bewirkt.

Der Fuß der Eisenbahnschienen ist einer directen Abnutzung wie der Kopf nicht ausgesetzt. Eine sehnige Structur des Fußes wird sich schon deßhalb empfehlen, weil bei Belastungen der Schiene, also beim Befahren der Eisenbahn, der Fuß hauptsächlich auf Ausdehnung in Anspruch genommen wird, welcher sehniges Eisen einen viel größeren Widerstand leistet als körniges. Schienenproben, welche durch directe Belastung sowohl als mit dem Fallklotz vorgenommen wurden, haben gezeigt, daß der sehnige Fuß einer Schiene sich zwar bog, aber dem Bruche noch lange Widerstand leistete, selbst wenn der Kopf der Schiene schon gebrochen war.

Die Zähigkeit des sehnigen Eisens bietet daher sowohl für einfache Belastungen als besonders für vorkommende Stöße eine große Sicherheit, wie auch in der Praxis Schienenbrüche sehr selten sind. Eine Garantie hiergegen wird wohl immer in einem zähen sehnigen Fuße der Schiene zu suchen seyn.

Da es sich hier bloß darum handelt, im Allgemeinen die Anforderungen festzustellen, welche an das zur Schienenfabrication verwendete Eisen gestellt werden, so mögen diese kurzen Bemerkungen genügen.

Aus denselben geht hervor, daß der Kopf, welcher der directen Einwirkung der Reibung widerstehen muß, hart seyn soll, wozu sich körniges Eisen empfiehlt, während Eisen von sehniger Structur für den Fuß anzurathen ist, weil es größere Zähigkeit und Elasticität besitzt und dadurch gegen Brüche größere Sicherheit bietet. Diese beiden Anforderungen werden heute fast von allen Eisenbahnen gestellt, indem die Bedingungshefte den Eisenfabrikanten vorschreiben, Eisenbahnschienen zu liefern, deren Kopf körnig, deren Steg und Fuß aber von sehniger, faseriger Structur ist.

Die einzelnen Vorschriften, welche den Fabrikanten über die Bearbeitung des Eisens und die Zusammensetzung der Packete gemacht werden, sind fast so verschieden wie die Schienenprofile, deren fast jede Eisenbahn ein anderes hat.

Um mit einigen Worten zu zeigen, auf welche Weise die Hüttenwerke Schienen mit körnigem Kopfe und sehnigem Fuß herstellen, nehme ich eine Fabricationsweise an, wie sie sehr häufig befolgt wird, um obigen Anforderungen zu genügen.

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Eine stereotype Bestimmung fast aller Bedingungshefte ist die, daß Kopf und Fuß der Schienen aus geschweißtem Eisen bestehen sollen; die Packete haben daher geschweißte Deckplatten von der Breite der Packete, denen sich gewöhnlich noch 1 bis 1 1/2'' quadratische geschweißte Stäbe anschließen. Zwischen diesen geschweißten Platten, welche den Kopf und den Fuß bilden sollen, befinden sich Stäbe aus gewöhnlichem Luppeneisen. Durch Anwendung von geschweißtem Eisen für Kopf und Fuß der Schiene soll für beide Theile, welche am meisten beansprucht sind, reines, schlackenfreies und gut bearbeitetes Material erzielt werden, während für den weniger beanspruchten Steg Luppeneisen genügend ist. Das Luppeneisen enthält bekanntlich noch viele Schlacken und ist weniger fest, da es nur einer Bearbeitung unterworfen ist.

Textabbildung Bd. 151, S. 29

Da es sich darum handelt, Schienen mit körnigem Kopf und sehnigem Steg und Fuß zu fabriciren, so wird natürlich zur Anfertigung der Kopfplatten körniges Luppeneisen verwendet, während die Platine für den Fuß aus sehnigem Luppeneisen gebildet wird.

Betrachten wir nun ein Packet für eine Schiene, so sehen wir, daß es aus folgenden Eisensorten zusammengesetzt ist:

Textabbildung Bd. 151, S. 29

Das so zusammengesetzte Packet wird in dem Schweißofen zur Schweißhitze gebracht und zur Schiene ausgewalzt.

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Einige Eisenbahnen lassen die Packete unter dem Dampfhammer schmieden und erst nach einer zweiten Schweißhitze auswalzen. Die Anwendung des Hammers ist ohne Frage ein ausgezeichnetes Mittel, um eine in allen Theilen gut geschweißte Schiene zu erhalten. Die gehämmerten Schienen werden daher auch in neuester Zeit immer mehr verlangt, und aller Wahrscheinlichkeit nach wird dieser Fabricationsweise eine große Zukunft blühen.

Die größte Schwierigkeit der heutigen Schienenfabrication besteht darin, aus diesen Packeten, welche aus ungleichartigem und verschieden bearbeitetem Eisen bestehen, Schienen zu walzen, welche in allen Theilen vollkommen geschweißt sind.

Um diese Schwierigkeit einzusehen, darf man nur ins Auge fassen, daß diese Eisensorten bei sehr verschiedenen Temperaturen ihre Schweißhitze erhalten. Sehniges Eisen verlangt bekanntlich eine viel höhere Temperatur zur Schweißhitze als körniges Eisen. Letzteres muß außerdem im Schweißofen sehr sorgfältig behandelt werden, da sich seine Qualität bei zu großer Hitze bedeutend vermindert. Abgesehen davon, daß die resp. Schweißhitzen des körnigen und sehnigen Eisens bei verschiedenen Temperaturgraden eintreten und dadurch der Schweißung praktische Schwierigkeiten in den Weg gelegt werden, erlangt aber auch Eisen von derselben Natur bei verschiedenen Temperaturgraden die Schweißhitze, wenn es verschieden bearbeitet ist. Dieß ist der Fall bei Luppeneisen und geschweißtem Eisen.

Geschweißtes Eisen schweißt bei höherer Temperatur als Luppeneisen; ersteres erkaltet aber auch wiederum schneller als letzteres, welches noch mehr Schlacke enthält und in dieser Schlackenschicht gleichsam eingehüllt gegen zu schnelles Erkalten geschützt wird.

Aus diesen Andeutungen geht hinlänglich hervor, daß die Schweißung der Schienen mit körnigem Kopfe und sehnigem Steg und Fuß besonders bei Anwendung von geschweißten Kopfplatten große Schwierigkeit bietet. Wenn es nun auch durch Uebung und Erfahrung vielfach gelingt, durch diese Fabricationsweise gute Schienen herzustellen, so entstanden doch durch die Erfahrungen der Eisenbahnen gerechte Zweifel gegen diese Fabricationsmethode, besonders gegen die Anwendung der bis heute als unentbehrlich angesehenen geschweißten Kopfplatten.

Bei Schienen mit geschweißten Kopfplatten hat man nämlich vielfach die Erfahrung gemacht, daß nach längerer oder kürzerer Betriebszeit in Folge der Reibung und der darüber rollenden und gleitenden Last die Kopfplatte sich vollständig ablöste. Dieser Fehler ist die Folge von unvollkommener Schweißung.

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In Folge von solchen unangenehmen Erfahrungen und mit Hinblick auf die Schwierigkeiten, welche die Anwendung von geschweißten Deckplatten der Schweißung bietet, sind schon vielfach Vorschläge zur Abänderung der jetzt allgemein befolgten Fabricationsmethode gemacht worden. Ein solcher Vorschlag ging schon im Jahre 1851 von Hrn. Baurath Weishaupt aus.

Hr. Weishaupt stellte nämlich im Jahre 1851 im Auftrag des preußischen Ministeriums Untersuchungen an über die Tragfähigkeit verschiedener Eisenbahnschienen und gelangte in Folge der bei diesen Versuchen gemachten Beobachtungen zu folgendem Schluß über die üblichen Fabricationsmethoden.6)

Eine vollkommene Schweißung in den Schienen scheine nicht erreichbar, selbst nicht, wenn die Packete unter dem Hammer geschmiedet werden, so lange das zur Bildung der Packete verwendete Eisen von heterogener Beschaffenheit ist. Die Schweißbarkeit der Rohschienen und der geschweißten Deckplatten sey theils wegen ihres verschiedenen Kohlegehaltes, theils wegen ihrer relativen Schlackenmenge und der verschiedenen Dichtigkeit zu wenig übereinstimmend, als daß aller Mühe und Sorgfalt ungeachtet stets der richtige Zeitpunkt zu treffen wäre, wo Jedes bereit ist mit dem andern Eins zu werden. Nur Schienen aus durchweg gleichartigem und gleichbearbeitetem Material dürften die nöthige Garantie einer guten, das Ganze zu einer homogenen Masse vereinenden Schweißung geben. Hr. Weishaupt schlägt daher vor, Schienen von feinkörniger Structur zu machen, deren Packete bloß aus Luppeneisen gebildet werden. Um schlackenfreies und gut bearbeitetes Luppeneisen zu erhalten, sollen die Luppen unter dem Hammer gezängt werden. Die Packete werden nach einer ersten Schweißhitze unter dem Dampfhammer geschmiedet und nach einer zweiten Schweißhitze ausgewalzt. Um ein Packet zu erhalten, welches aus gleichmäßig bearbeitetem Material besteht, würden also die bisher für unentbehrlich gehaltenen geschweißten Kopfplatten verschwinden, das Packet würde bloß aus Luppeneisen zusammengesetzt werden.

Die Zusammensetzung aus körnigem und sehnigem Eisen müßte ebenfalls aufgegeben werden, um bloß gleichartiges Material anzuwenden. Hr. Weishaupt schlägt daher Schienen von durchweg feinkörniger Structur vor. Alle Schwierigkeiten, welche die Packete mit Anwendung von geschweißten Deckplatten einer vollkommenen Schweißung |32| entgegensetzen, würden daher bei dieser Fabricationsweise wegfallen. Es ist mir nicht bekannt, ob diese Fabricationsmethode irgendwo adoptirt wurde. Ohne praktische Erfahrung läßt sich aber nicht sagen, ob sie die Mängel der früheren beseitigt, ohne andere Fehler nach sich zu ziehen. Dieselben Vorschläge wurden neuerdings gemacht in den Annales des mines 1857: Couche, des chemins de fer d'Allemagne.

Seit einiger Zeit bricht sich eine Fabricationsmethode Bahn, welche in einer Hinsicht obigen Verbesserungsvorschlägen nachkommt, indem sie Packete aus gleich bearbeitetem Material (Luppeneisen) anwendet, ohne aber der Gleichartigkeit (Homogeneität), welche Hr. Weishaupt außerdem verlangt, Rechnung zu tragen. In England und Belgien wurden nämlich in neuerer Zeit auf mehreren Eisenhütten Schienen gewalzt aus Packeten, welche ganz aus Luppeneisen bestanden (mit Ausnahme von 2 Stäben für den Fuß). Die Resultate waren, was die Fabrication betrifft, sehr günstig, indem Schienen erzielt wurden, welche in ihrem Aeußern allen Anforderungen entsprechen, welche an gut geschweißte Schienen gestellt werden können. In Deutschland wird in kurzem diese Fabrication vollständig ins Leben treten, indem die Gesellschaft Phönix contractlich eine sehr bedeutende Quantität Schienen für die Köln-Mindener Eisenbahn liefern wird, welche nach dieser von der Gesellschaft Phönix vorgeschlagenen Methode fabricirt werden. Für die Fabrication dieser Schienen sind im allgemeinen folgende Bedingungen festgesetzt:

Der Kopf der Schiene soll aus feinkörnigem, Steg und Fuß dagegen aus sehnigem Eisen bestehen.

Das körnige Luppeneisen, welches für den Kopf bestimmt ist, muß unter gußeisernen 10,000 Pfund schweren Aufwerfhämmern gezängt werden, um möglichst reines, schlackenfreies Material zu erhalten. Die Packete müssen schweißwarm unter einem 60 Ctr. schweren Dampfhammer geschmiedet und in einer zweiten Schweißhitze ausgewalzt werden.

Ein Packet für solche Schienen wird ganz aus Luppeneisen bestehen, mit Ausnahme von einigen geschweißten Stäben für den Fuß:

Textabbildung Bd. 151, S. 32

Soll Luppeneisen mit Erfolg die Stelle des geschweißten Eisens vertreten, so muß natürlich bei der Bearbeitung desselben die größte Sorgfalt angewendet werden, damit reines, schlackenfreies, gutes Material erhalten wird.

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Zu diesem Zweck muß sowohl der chemische Proceß im Puddelofen als die spätere mechanische Bearbeitung sorgfältig ausgeführt werden. Ist das Roheisen von einer Qualität, welche sich für körniges Eisen eignet, sorgfältig gepuddelt, so besteht die Hauptaufgabe der mechanischen Bearbeitung darin, die Luppe gut zu zängen, damit die Schlacke ausgepreßt und die schwammige poröse Masse zu einem möglichst reinen, dichten und gleichartigen Material vereinigt werde. Von allen Maschinen welche zum Zängen der Luppen angewendet werden, verdient der Hammer ohne Frage den Vorzug, und ist der Aufwerfhammer dem Dampfhammer vorzuziehen. Die Wirkung von schweren Aufwerfhämmern ist von Anfang an so kräftig, daß schlecht gemachte und schlecht gefrischte Luppen auseinander fliegen. Diese Bearbeitung ist daher zugleich eine Probe für die Qualität des Eisens. Mit Recht wird daher bei dieser Fabrication der Aufwerfhammer zum Zängen der Luppen angewendet.

Nach dem Zängen werden die Luppen wie gewöhnlich zu flachen Stäben ausgewalzt. Auch hier werden an die Fabrication strenge Forderungen gestellt, welche die Fabrikanten aber schon in eigenem Interesse befolgen werden. Die für den Schienenkopf bestimmten Luppenstäbe müssen nämlich auch äußerlich schön und möglichst scharfkantig ausgewalzt seyn, damit der Kopf der fertigen Schiene glatt und frei von Schiefern werde.

Die auf diese Weise bearbeiteten, für den Kopf bestimmten Luppenstäbe werden nun mit denen, welche Steg und Fuß bilden sollen, zu einem Packet vereinigt, in einem Schweißofen zur Schweißhitze gebracht und unter einem Dampfhammer von 60 Ctr. geschmiedet. In den Schweißofen zurückgebracht, wird dann das Packet in einer zweiten Schweißhitze zur Schiene ausgewalzt. Die Anwendung des Hammers zur Herstellung von Schienen, welche in allen Theilen schlackenfrei und vollkommen geschweißt sind, ist schon oben bei der jetzt üblichen Fabricationsmethode als vorzüglich hervorgehoben. Bei der neuen Methode ist sie um so mehr anzuempfehlen, als die geschweißte Deckplatte, welche, wie oben erwähnt, der vollkommenen Schweißung oft hinderlich war, weggefallen ist. Bei sorgfältiger Arbeit und Behandlung läßt sich nunmehr erwarten, daß durch diese Bearbeitung Schienen von sehr guter Schweißung erlangt werden.

Auf dem Hüttenwerk der Gesellschaft Phönix zu Eschweiler-Aue wurden nach dieser neuen Methode probeweise Schienen gewalzt, welche in jeder Hinsicht gelungen waren. Die Schienen waren sehr schön und glatt gewalzt, vollkommen geschweißt und der Bruch allen Bedingungen entsprechend.

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Ueber diese Fabricationsmethode sind daher alle Zweifel gehoben. Eine längere Betriebszeit kann aber erst endgültig darüber entscheiden, ob die auf diese Weise angefertigten Schienen auch allen Anforderungen entsprechen, welche in Bezug auf Härte an sie gestellt werden.

Ein großer Fortschritt für die Schienenfabrication ist es jedenfalls, daß eine Eisenbahn diese neue Methode annimmt, nachdem sie durch Erfahrung von der Unzulänglichkeit der alten Fabricationsmethode überzeugt worden war. Dieses Vorgehen ist um so mehr anzuerkennen, als ein Fortschritt bloß von den Eisenbahnen ausgehen kann, die Hüttenwerke dagegen, welchen bei freier Concurrenz der Fortschritt naturgemäß wäre, in der Schienenfabrication vollständig gehemmt sind.

Bekanntlich schreiben nämlich die Eisenbahnen den Hüttenwerken vor, welche Eisensorten zu den Schienen verwendet werden sollen, wie die Packete zusammengesetzt und bearbeitet werden müssen. Durch Commissäre wird die Fabrication streng überwacht; schließlich werden die Schienen einzeln durch dieselben abgenommen.

Nachdem die Eisenbahnen auf diese Weise alles gethan haben, um bloß Schienen zu erhalten, welche nach ihrer Methode fabricirt sind, bleibt den Hüttenwerken noch eine Garantie von mehreren Jahren für ihr Fabricat.

Bei der Wichtigkeit der Schienen für den Betrieb der Eisenbahnen mag es auf den ersten Anblick im Interesse der Eisenbahnen zu liegen scheinen, dieser Fabrication eine besondere Aufmerksamkeit zu schenken und sich durch Vorschriften und Ueberwachung gute Schienen zu sichern. Vergleicht man aber mit dieser Bevormundung der Schienenfabrication die Fabrication der für den Betrieb viel wichtigeren Wagenachsen, so sieht man, daß letztere durchaus nicht unter dieser strengen Ueberwachung steht, ohne daß sich die Eisenbahnen hierbei schlechter befinden.

Consequenter Weise sollten die Eisenbahnen darauf sehen durch strenge Abnahme und Prüfung nur gute Schienen zu erhalten, ohne darnach zu fragen, wie sie fabricirt wurden. Eine längere Garantie von Seiten der Hüttenwerke böte den Eisenbahnen hinlängliche Sicherheit für gutes Fabricat.

Um die Freiheit der Schienenfabrication vollständig zu machen und die Schienen wie jedes Handelseisen der freien Concurrenz zu überlassen, würde dann bloß noch fehlen, daß die Annahme eines Profils für alle Eisenbahnen es möglich machte, Schienen als gewöhnlichen Handelsartikel in Vorrath zu machen und auf Lager zu halten. Die freie Concurrenz würde den Eisenbahnen vielleicht bald zu besseren Schienen verhelfen, als die bisher erlangten, deren Fabrication vorgeschrieben war.

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Untersuchungen über die Tragfähigkeit verschiedener Eisenbahnschienen, angestellt im Sommer 1851 von Th. Weishaupt, kgl. Eisenbahn-Baumeister. Berlin 1852.

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