Titel: Styffe, über die Elasticität etc. des Eisens und Stahles.
Autor: Styffe, Knut
Fundstelle: 1867, Band 185, Nr. LXXXI. (S. 282–284)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj185/ar185081

LXXXI. Ueber die Elasticität, Dehnbarkeit und absolute Festigkeit des Eisens und Stahles; von Knut Styffe.

(Schluß von S. 214 des vorhergehenden Heftes.)

II. Ausdehnungsversuche in der Kälte und Wärme.

Diese beziehen sich auf die Abhängigkeit der absoluten Festigkeit, Dehnbarkeit der Lage und des Elasticitätsmoduls von der Temperatur. Der verwendete Apparat ist auch hier der oben beschriebene gewesen; um den Versuchsstäben die gewünschte Temperatur, bei welcher das Zerreißen und eine bleibende Verlängerung erfolgen sollte, ertheilen zu können, wurden sie in ein enges Messingrohr, ähnlich wie bei der Bestimmung des Elasticitätsmoduls eingebracht und mit einer Flüssigkeit umgeben, welche für die Versuche in der Kälte Weingeist, für jene in der Wärme Paraffin war, und durch eine kleine Pumpvorrichtung in beständiger Circulation erhalten wurde. Die Abkühlung des Weingeistes (= 30° und darüber) geschah mittelst des Kälteapparates von Carré, die Erwärmung des Paraffins durch Gasflammen.

Da die Stäbe nothwendig aus dem Rohre hervorragen mußten, und die hervorragenden Theile eine niedrigere, beziehungsweise höhere Temperatur haben konnten, so wurden sie in ihrem mittleren Theile bei Zerreißungsversuchen auf wenige Zolle, bei Elasticitätsversuchen auf beiläufig |283| 4 Fuß abgefeilt, und es mußten in Folge dieser Verschwächung des Querschnittes die bleibenden Verlängerungen oder der Bruch sich nur auf diesen Theil beschränken.

Da es der Raum nicht gestattet, die Resultate dieser Untersuchungen in tabellarischer Form zu geben, so mögen sie nur in Kürze erwähnt werden. Die Ergebnisse dieser Versuche waren:

1) Die absolute Festigkeit des Eisens und Stahles ist in der Kälte ungefähr ebenso groß wie bei der Temperatur von 15° C.

2) Die absolute Festigkeit des Stahles ist bei einer Temperatur zwischen 100 und 200° C. ungefähr dieselbe, in der Regel etwas kleiner, des Eisens hingegen stets größer (bis zu 20 Proc.) als bei 15° C.

3) Die Dehnbarkeit des Eisens und Stahles ist bei niedriger Temperatur nicht sehr verschieden, bei 130–160° C. hingegen ist sie bei Stahl wenig, bei Eisen jedoch wesentlich geringer.

4) Die Elasticitätsgrenze des Eisens und Stahles liegt bei niedriger Temperatur stets höher (8–12 Proc.) bei ungefähr 140° C., jedoch wenigstens bei dem Eisen entschieden niedriger (bis 10 Proc.) als bei 15° C.

5) Der Elasticitätsmodul des Stahles sowohl als des Eisens nimmt mit sinkender Temperatur zu und mit steigender ab; die Zu- oder Abnahme beträgt jedoch für jeden Grad Cels. selten mehr als 0,05 Proc.

Die Erfahrung, daß in strenger Winterkälte eiserne Bestandtheile, insbesondere bei Eisenbahnwägen, leichter brechen, was zu der Annahme einer geringeren Festigkeit bei niedrigen Temperaturen veranlassen könnte, hatte vorzüglich den Anstoß zu diesen Versuchen gegeben; wie aus dem Mitgetheilten hervorgeht, ist diese Vermuthung eine unrichtige, und der Hr. Verfasser meint, daß die Nichtberücksichtigung der äußeren Umstände diese irrthümliche Auffassung verursachte. Die Ursache liegt theils darin, daß einzelne Theile nicht der Zusammenziehung folgen können, und somit an durch Schraubenlöcher u.s.w. verschwächten Stellen reißen, und hauptsächlich aber, daß bei großer Kälte die Elasticität der Unterlagen bedeutend abnimmt, die Stöße daher viel verderblicher wirken. Daß mit abnehmender Temperatur die Elasticität des Bodens, der hölzernen Unterlagen u.s.w. abnimmt, zeigt folgender Versuch: Ein hölzerner Stab von Fichtenholz von 4,3 Fuß Länge und 5 Linien Stärke wurde in Wasser gelegt und nahm bei 50 Proc. Wasser auf; alsdann wurde er mit Gutta-percha umgeben, in den Apparat für Biegungsversuche gebracht, und die Größe der durch dieselbe Belastung hervorgebrachten Einbiegungen bei verschiedenen Temperaturen bestimmt, |284| welches Letztere auf thermoelektrischem Wege geschah. Wird die Größe des Pfeiles bei + 2° A. mit 100 bezeichnet, so betrug sie bei – 2° C. 97,5, bei – 4,6° C. 95 und bei – 17° C. nur 88.

III. Biegungsversuche bei verschiedenen Temperaturen.

Die zu untersuchenden Stäbe wurden in ein Rohr mit oblongem Querschnitt eingeschlossen, durch welches die zwei prismatischen Unterlagen in einer Entfernung von 4 Fuß durchgesteckt waren; in der Mitte des Rohres saß senkrecht auf demselben ein kleines Röhrchen, durch welches ein Stab gesteckt wurde, welcher mit einem das Rohr umfassenden Bügel, an dem die Waagschale hieng, verbunden war, und oben eine kleine Silberscale trug. Die Scale konnte durch einen Waagbalken und Gewichte entlastet werden. Die Messung der Einsenkungen geschah mittelst eines Kathetometers. Der Stab konnte behufs der Versuche in verschiedenen Temperaturen mit der entsprechenden Flüssigkeit umgeben werden, wozu dieselben Vorrichtungen, wie früher beschrieben, dienten. – Da immer nur die Differenz und nicht die absolute Größe der Pfeilhöhen, welche zwei verschiedenen Belastungen entsprachen, abgelesen werden konnte, so diente zur Berechnung des Elasticitätsmoduls die bekannte Formel E = p/d . l₃/bh₃, worin p die Differenz der Belastungen, und d die Pfeilhöhe, l die Länge des Stabes (Entfernung der zwei Unterlagen) und b die Breite, h die Höhe des rechteckigen Stabquerschnittes bezeichnen. – Die in dieser Weise bestimmten Module stimmten mit jenen durch Ausdehnung ermittelten ziemlich befriedigend.

Im Uebrigen lieferten die abgeführten Versuche folgende zum Theil mit dem Früheren übereinstimmende Resultate:

1) Das Eisen erträgt in der Kälte größere, in der Wärme geringere Belastungen als bei + 15° C., bevor es eine meßbare permanente Einbiegung erleidet.

2) Der Elasticitätsmodul des Eisens und Stahles kann für praktische Zwecke bei der Biegung gleich mit jenem bei der Ausdehnung genommen werden. Eine bleibende Einbiegung verringert den Elasticitätsmodul, er wird jedoch durch Erwärmung wieder hergestellt.

3) Das Härten des Stahles setzt dessen Modulus herab, welche Herabsetzung jedoch nie mehr als 3 Proc. betragen hat.

4) Der Elasticitätsmodul des Eisens und Stahles nimmt mit steigender Temperatur ab und mit sinkender zu. Die Größe dieser Ab- und Zunahme beträgt für 1° C. nicht mehr als 0,03 bis höchstens 0,05 Proc.

|Zu S. 284|
Textabbildung Bd. 185, Zu S. 284
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