Titel: Ueber Saxby's Methode, das Eisen durch Magnetismus zu prüfen.
Autor: Paget, Frederick Arthur
Fundstelle: 1868, Band 187, Nr. X. (S. 43–48)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj187/ar187010

X. Ueber Saxby's Methode, das Eisen durch Magnetismus auf Unterbrechung seiner Continuität durch Poren, Adern etc. zu prüfen; von F. A. Paget.

Im Auszuge aus dem Engineer, November 1867, S. 463, nebst Anmerkung des Referenten.

Bekanntlich ist es mit sehr großen Schwierigkeiten verbunden, in einer gegossenen Eisen- oder Stahlmasse, Stellen, an welchen die Dichte und Gleichartigkeit plötzlich sich ändert, also Poren, Adern u. dgl. zu entdecken, und es ist überhaupt die Aufgabe, die Homogenität eines Gußstückes in genauer Weise zu untersuchen, bis jetzt noch nicht sicher gelöst. Daß die gleichen Schwierigkeiten beim gehämmerten und gewalzten Eisen in bedeutendem Maaße hervortreten, zeigen die eisernen Constructionstheile schwerer Maschinen u.s.w., sowie nicht minder die Panzerplatten durch die eigenthümlichen Aenderungen, welche sie erfahren können, wenn sie von Projectilen getroffen oder durchbohrt werden; auf diese Umstände ist namentlich erst in der letzten Zeit in diesem Journale aufmerksam gemacht worden.13) Das einzige Mittel, welches man bis jetzt bei Constructionstheilen von prismatischer oder cylindrischer Form u. dgl. anwendet, besteht in der Untersuchung der Festigkeit des Stückes in dem Sinne, in welchem es bei der Anwendung belastet wird oder Druck erfährt; daß dieses Verfahren in manchen Fällen gar nicht benutzt werden kann, und namentlich da, wo die sogen. Stoßfestigkeit in Anspruch genommen wird und der Widerstand durch die Einwirkung von sogen. momentanen oder Stoß-Explosionskräften u.s.w. an allen Stellen der gleiche seyn soll, zu gar keinem praktischen Resultate führen würde, ist ohnehin bekannt. „Eine einfache Methode – sagt unsere Quelle – durch welche die Unterbrechung der Continuität in Constructionstheilen sicher entdeckt werden kann, würde daher von sehr großer Wichtigkeit seyn. Eine solche Methode hat unzweifelhaft S. M. Saxby, der im Laufe des Jahres mit den bezüglichen Experimenten in den königlichen Schiffswerften unter Genehmigung der Admiralität sich beschäftigte, entdeckt. Die Untersuchungen sind zwar noch nicht vollendet, das Verfahren wird auch vermuthlich noch weiterer Vervollkommnung bedürfen, dasselbe gestattet aber die Möglichkeit, die mechanischen Fehler im Schmiedeeisen, im Gußeisen, sowie im Stahl aufzufinden.“

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Das von Saxby angewendete Verfahren beruht auf bekannten Principien: auf dem sogen. Magnetismus der Lage. Wird ein weicher Eisenstab in die Richtung der magnetischen Inclination versetzt, so nimmt er bekanntlich magnetische Polarität an, und zwar wird sein unteres Ende nord-, sein oberes südpolarisch; diese temporäre magnetische Vertheilung verschwindet und wird gerade die entgegengesetzte, wenn man ihn umkehrt und wieder parallel zur Inclinationsnadel bringt, es wird nämlich wieder das abwärtsgeneigte Ende nord-, das andere südpolarisch. In dieser Lage wird der durch Influenz vom Erdmagnetismus erzeugte temporäre Magnet am stärksten; wird der Stab in verticale Lage gebracht, so nimmt er eine ähnliche magnetische Vertheilung an, wie vorher, aber sein magnetisches Moment wird geringer seyn, da in dieser Lage bloß die verticale Seitenkraft der erdmagnetischen zur Thätigkeit kommt. Ebenso kann der Stab in jeder anderen Lage temporär magnetisch werden durch alleinige Einwirkung der erdmagnetischen Kraft; wird derselbe in einer zur Inclinationsnadel senkrecht stehenden Ebene (den sogen. magnet. Aequator), also so angebracht, daß er die Ost-Westrichtung annimmt, so wird er wieder lediglich von der Vertical-Intensität des Erdmagnetismus afficirt, so daß also der südliche Magnetismus an dem oberen Theile längs des ganzen Stabes, der nördliche an dem unteren sich anhäufen muß, während um seine Achse herum längs seiner ganzen Länge die indifferente Stelle eintreten müßte, an welcher gar keine magnetische Außenwirkung stattfindet.

Diese letztere Lage nun ist es, welche Saxby vorzugsweise den zu untersuchenden Stäben gibt, um die Stellen innerhalb eines solchen Stabes zu entdecken, wo die Homogenität unterbrochen wird. Saxby geht nämlich, wie wir nach den Mittheilungen in der vorliegenden Quelle vermuthen, von der Ansicht aus, daß, wenn man z.B. einen cylindrischen und vollkommen homogenen Stab aus weichem Eisen in die genannte Ost-Westrichtung bringt, die magnetische Vertheilung in der Art entstehen müsse, daß in allen Molecülen, die in einer und derselben Verticalen liegen, der Magnetismus so angeordnet sey, wie in einer gleichartig magnetisirten idealen Linie, die der Achse eines Stabmagneten angehört; vermöge dieser Annahme müßte also in einem jeden Querschnitte des Stabes der verticale Durchmesser und jede zu diesem parallele Sehne einen vollkommen homogenen Magneten repräsentiren, dessen Nordpol am unteren, der Südpol am oberen Ende sich befindet, während der Indifferenzpunkt in der Mitte seyn müßte. Wenn man daher eine Compaßnadel genau in die Ebene versetzen könnte, welche mit der indifferenten Fläche des temporären Stabmagneten zusammenfällt, so müßte diese Nadel, wenn ihre Achse parallel zur Längenachse des Stabes von |45| einem Ende des letzteren bis zum anderen fortgeführt wird, beständig ihre Lage unverändert beibehalten, da dieselbe von Kräften afficirt wird, deren Gesammtwirkung in jedem einzelnen Querschnitte gegen die Nadel sich aufheben würde. Von dieser Hypothese ausgehend, nimmt nun Saxby an, daß, wenn im Verlaufe einer derartigen Untersuchung die Probenadel ihre Lage ändert, d.h. nicht mehr rechtwinkelig gegen die Achse des Stabes liegt, in dem betreffenden Querschnitte eine Unterbrechung der Continuität stattfinden müsse, und daß sich die fehlerhafte Stelle durch wiederholte Versuche u. dgl. aus der Größe und dem Sinne der Ablenkung u.s.w. mit Bestimmtheit angeben lasse. – Unsere Quelle führt nun eine große Anzahl von Beispielen auf, in welchen sich die Methode sicher bewährt haben soll, die jedoch einzeln hier aufzuzählen zu unnöthigen Weitläufigkeiten führen würde. Es wurden unter Anderem cylindrische Stäbe aus verschiedenen Sorten weichen Eisens von verschiedenem Durchmesser in Gegenwart einer gemischten Commission, bei der auch die Schmiede der „Royal Dockyards“ waren, der Untersuchung unterworfen; Saxby zeigte mittelst seiner Prüfungsnadeln die von ihm aufgefundenen fehlerhaften Stellen an, und als der Stab an einer solchen Stelle abgebrochen oder durchsägt worden war, entdeckte man an der Bruchfläche entweder eine eigenthümliche Structur oder Krystallbildungen u. dgl. Ferner wurden eigens zu diesem Zwecke ohne Wissen Saxby's, Stäbe aus weichem Eisen angefertigt und dabei Stücke aus anderen Eisensorten eingeschweißt; bei anderen Stäben wurden Stahlprismen, wieder bei anderen magnetisirtes Eisen beim Schweißen eingesetzt u.s.w. In allen diesen und vielen anderen Fällen konnte Saxby jedesmal die Stelle, wo die Homogenität sich änderte, aus den Ablenkungen und zuweilen sogleich aus den Oscillationen der Prüfungsnadeln den Mitgliedern der Commission angeben.

Unsere Quelle erörtert nun die bedeutenden Vortheile, welche Saxby's Entdeckung zur Folge haben werde, wie man unter Anwendung derselben auf die Elasticitäts- und Festigkeitsverhältnisse der eisernen Constructionstheile von vornherein mit Sicherheit schließen könne, wie man die Fehler beim Schweißen und Bearbeiten des Eisens aufzusuchen und zu beseitigen im Stande sey, wie man die physikalischen Eigenschaften eines jeden Querschnittes, sowie nicht minder die chemische Constitution einer Eisensorte zu beherrschen im Stande sey, wenn die Untersuchungsmethode ihre Vollkommenheit erlangt haben werde.

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Die vom Verfasser vorgeführten Erörterungen würden sicherlich ihrer ganzen Ausdehnung nach als richtig aufgenommen werden dürfen, |46| wenn die Voraussetzungen, von welchen Saxby ausging, als physikalisch begründet angesehen werden dürften. Letzterer geht nämlich stillschweigend unter Anderem von folgenden Annahmen aus: 1) Jeder Stab aus weichem Eisen besitze für sich keinen permanenten Magnetismus, sondern werde erst durch Influenz (Induction oder Vertheilung), durch Einwirkung eines permanenten Magneten oder unter dem Einflüsse des Erdmagnetismus in den temporär magnetischen Zustand verwandelt. 2) Wenn ein vollkommen homogener Eisenstab in die äquatoriale Lage gebracht wird, so werde derselbe vollkommen gleichartig magnetisirt, so daß in jedem Querschnitte genau im horizontalen Durchmesser oder in der horizontalen Mittellinie nur unmagnetisch wirkende Partikel sich befinden, während alle Partikel, welche gleichweit von dieser Mittellinie entfernt sind und auf einer und derselben Seite liegen, gleich stark magnetisch seyen und die symmetrisch gegen die Mittellinie lagernden Molecüle gleiche Polarität in entgegengesetztem Sinne haben. – Was nun zunächst diese letztere Voraussetzung betrifft, so muß, ganz abgesehen davon, daß es mit sehr bedeutenden Schwierigkeiten verbunden seyn mag, eine Compaßnadel so anzuordnen, daß dieselbe genau in der Halbirungsebene des Stabes fortgeführt werde, und daß ferner bei der großen Annäherung der Nadel an den Stab nicht selbst wieder eine magnetische Influenz in letzterem zu Stande kommen kann etc., welche zu Täuschungen Veranlassung geben könnte, dieselbe (gelinde gesagt) als ungenau bezeichnet werden. Die Erfahrungen, welche in dieser Beziehung bekannt geworden sind, und nicht minder die exacten Untersuchungen hierüber, zeigen nämlich, daß eine derartige Vertheilung des Influenzmagnetismus im weichen Eisen, wie sie von Saxby vorausgesetzt wird, in der Wirklichkeit äußerst selten vorkomme, und deßhalb eine ideale genannt werden dürfte. Wenn man einen als vollkommen homogen sich darstellenden Querschnitt eines solchen temporären Magnetes, z.B. die Grundfläche, nämlich eine der beiden Endflächen desselben in exacter Weise untersucht, so kann man, ohne daß irgend eine Stelle dieser Fläche eine Ungleichartigkeit erkennen läßt, wahrnehmen, daß eine ganz gleichartige Vertheilung des Magnetismus in einem solchen offen liegenden Querschnitte nicht stattfindet; daß es überhaupt schwierig ist, das Gesetz der Vertheilung des Magnetismus in einem solchen Querschnitte präcis darzustellen, ist ohnehin bekannt. Daß dieser Umstand bei der Untersuchung, wie sie von Saxby benutzt wird, zu Täuschungen Veranlassung geben kann, können wir nicht in Zweifel ziehen; noch größere Täuschungen kann aber der erste der vorher berührten Umstände veranlassen. Es gibt nämlich keine Eisensorte, welche nicht schon entweder von Natur aus oder in Folge ihrer |47| Behandlung u.s.w. in geringerem oder höherem Grade permanent magnetisch ist, und es kann sogar als ausgemacht angesehen werden, daß ein Eisenstab in Folge der influenzirenden Wirkung des Erdmagnetismus unter Einwirkung der sogen. Atmosphärilien u.s.w. bis zu einer gewissen Grenze einen immer höheren Grad von permanentem Magnetismus annehmen und behalten kann. Dieser permanente Magnetismus hängt zuweilen von der Art und Weise der Bearbeitung des Eisens, von der Behandlung desselben u.s.w. ab,14) und es dürfte daher gewagt werden, hier auszusprechen, daß die homogen scheinenden Eisenstäbe, mit denen Saxby experimentirte, weit stärker in der gewöhnlichen oder längs einer anderen Richtung als permanente Magnete angesehen werden konnten, als dieselben in dem vorher angegebenen Sinne temporär magnetisirt waren. Der Anblick einiger der Abbildungen in unserer Quelle läßt unmittelbar erkennen, daß z.B. ein Eisenstab von 12 Zoll Länge und 5/8 Zoll Durchmesser, welcher einer derartigen Untersuchung unterworfen wurde, ein permanenter Magnet schon vorher war, und ebenso jeder der übrigen, welche Saxby der Untersuchung unterstellte. Unserem Einwurfe gegen die Sicherheit des Saxby'schen Verfahrens könnte allerdings einmal der Umstand entgegengehalten werden, daß bei den in Rede stehenden Versuchen gerade an solchen Stellen, wo die Probenadel anomale Erscheinungen zeigte, der Stab beim Trennen an einem solchen Querschnitte auch jedesmal eine Heterogenität an der Bruchfläche erkennen ließ. Nach unserer Ueberzeugung dürfte aber hieraus nicht die Folgerung gezogen werden, daß an allen anderen Stellen des Stabes, wo die Probenadel ihre Richtung nicht änderte, derselbe als vollkommen homogen und fehlerfrei betrachtet werden konnte; man hätte vielmehr durch Controlversuche nachweisen müssen, daß die Beschaffenheit mehrerer solcher tadelfrei scheinenden Querschnitte an ihrer Bruchfläche auch wirklich dieses Verhalten zeige. Von derartigen Gegenversuchen aber ist in unserer Quelle nicht die Rede, und sie scheinen daher auch nicht angestellt worden zu seyn. Es könnte ferner die Einwendung gemacht werden, daß an vielen Stellen mancher der untersuchten Stäbe die Nadel ihre Richtung nicht änderte, |48| und daß deßhalb auch diese Stäbe keinen permanenten Magnetismus hatten, die anomalen Erscheinungen der Prüfungsnadel an anderen Stellen deßhalb der Heterogenität des Stabes allein zugeschrieben werden mühten. Wenn man aber die Schwierigkeiten erwägt, welche bei allen exacten magnetischen Untersuchungen auftreten, so muß man erkennen, daß sich nur durch ganz präcise Methoden und unter Anwendung von sehr empfindlich angeordneten eigentlichen magnetischen Meßapparaten richtige Aufschlüsse über die wahre Vertheilung des Magnetismus in einem Eisenstabe erlangen lassen, für welche eine gewöhnliche Compaßnadel nicht bloß viel zu unempfindlich ist, sondern vielmehr zu Täuschungen führen kann.

Ob die von Saxby vorgeschlagene Methode auch bei wirklicher Vervollkommnung derselben zu den angestrebten Resultaten jemals führen werde, läßt sich von vornherein weder bejahen noch verneinen. Jedenfalls müßte man, wenn man dieselbe mit präcisen Apparaten in der exactesten Weise in Anwendung bringen wollte, vorher einen jeden der Eisenstäbe, Eisenplatten u. dgl., bezüglich der Vertheilung des permanenten Magnetismus genau untersuchen, um den Einfluß des letzteren gehörig in Rücksicht bringen zu können.

Was die übrigen Versuche betrifft, welche unsere Quelle erwähnt, und bei denen Stäbe aus verschiedenen Eisensorten u. dgl. in auffallender Weise an einer oder der anderen Stelle heterogen gemacht wurden, so kann man allerdings es nicht in Zweifel stellen, daß in derartigen Fällen, wo eine plötzliche Aenderung der Kontinuität in so beträchtlichem Maaße auftritt, schon eine gewöhnliche Compaßnadel auf anomale Erscheinungen im Stabe selbst allerdings führen kann.

C. K.

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Polytechn. Journal Bd. CLXXXV S. 375; erstes Septemberheft 1867.

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Daß gewalzte Eisenplatten, wie sie im Handel vorkommen, einen hohen Grad von permanentem Magnetismus besitzen können, hat Hr. Prof. v. Lamont in präciser Weise gezeigt. Zwei dünne Eisenplatten, die eben zum Dachdecken verwendet werden sollten, wurden untersucht und dabei gefunden, daß die eine einem 4pfündigen Magnetstabe von Mayerstein gleich kam, die andere wenig dahinter zurückblieb. Die Platten wurden südlich von einer freien Nadel in 12 Fuß Entfernung hingelegt und bezüglich auf den transversalen und longitudinalen Magnetismus untersucht, die sich ungefähr wie 1 zu 4 verhielten. (Handbuch des Magnetismus von Dr. J. Lamont, Leipzig 1867, S. 415; Allgemeine Encyklopädie der Physik Bd. XV §. 87.)

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