Titel: Kupelwieser, über Herstellung und Erprobung von Eisen und Stahl.
Autor: Kupelwieser, Franz
Fundstelle: 1883, Band 250 (S. 37–46)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj250/ar250016

Ueber die neueren Fabrikationsmethoden für Eisen und Stahl, sowie über die Qualitätseigenschaften und Erprobung dieser Materialien; von Franz Kupelwieser.

Wenn man von einzelnen wenigen Fällen, weiche jedoch ohne Einfluſs auf die Groſsindustrie sind, absehen will, gehören die seit langer Zeit und auch gegenwärtig noch allgemein in Anwendung stehenden Fabrikationsmethoden für Eisen und Stahl den indirekten Prozessen an, da die Eisenerze auf Roheisen verschmolzen werden und dieses unter Anwendung eines Oxydationsprozesses, bei welchem die im Roheisen enthaltenen fremden Stoffe soviel als möglich abgeschieden werden, in weiches Eisen oder Stahl übergeführt wird, je nachdem gleichzeitig eine vollkommenere oder minder vollkommene Abscheidung des Kohlenstoffes erreicht wird.

Da im Roheisen stets eine gröſsere Menge von fremden Stoffen, welche aus den Erzen, ja selbst aus dem Brennmateriale entnommen sind, enthalten ist, so werden die Eigenschaften der Fabrikate des Eisens und Stahles abhängig sein von der Reinheit des verwendeten Roheisens und von der mehr oder minder vollkommenen Abscheidung der im Roheisen enthaltenen fremden Stoffe. Es werden dieselben aber auch davon abhängig sein, ob das erzeugte Eisen oder der Stahl nach, Vollendung des Frischprozesses in Form einer schwammigen Luppe oder in vollkommen geschmolzenem Zustande erhalten wird. Je weniger Verunreinigungen im Roheisen enthalten sind, desto rascher, desto vollständiger wird die Abscheidung der fremden Stoffe gelingen, desto unvollkommenere Frischprozesse können in Anwendung gebracht werden, um noch ein den Anforderungen der Industrie entsprechendes Product zu erhalten.

Die mehr oder minder vollkommene Abscheidung der Verunreinigungen wird abhängig sein von dem in Anwendung stehenden Oxydationsprozesse, sowie von der Durchführung desselben. Ob das Schluſsproduct nach Vollendung des Oxydationsprozesses in Form einer schwammigen Luppe oder in vollkommen flüssigem Zustande erhalten wird, hangt einzig und allein von der Schluſstemperatur des Prozesses ab.

Bei Anwendung der Herd- und Flammofen-Frischprozesse wird das Eisen, da die Schluſstemperatur nicht genügend hoch ist, um die an und für sich streng flüssigen Eisenmassen zu schmelzen, in Form von lockeren, schwammigen, von Schlacke durchdrungenen Massen erhalten, welche nur durch eine energische mechanische Bearbeitung bei entsprechend hoher Temperatur von der Schlacke annäherungsweise befreit werden können. Daſs die zwischen den Eisentheilchen zurückbleibenden Schlackenpartien nachträglich nur unvollkommen entfernt, die Eisentheilchen einander nie vollkommen genähert, noch schwieriger zu |38| einem vollkommenen einheitlichen Ganzen vereinigt werden können, bedarf wohl kaum einer weiteren Erörterung. Die unter Anwendung der älteren Frischprozesse erzeugten Eisen- und Stahlsorten verdanken ihre häufig mindere Qualität, gleiche Abscheidung der fremden Bestandtheile vorausgesetzt, hauptsächlich diesem Uebelstande.

Dieser eben erwähnte Uebelstand ist bei den Producten des Herd-Frischprozesses in weniger empfindlicher Weise zu finden, weil das gefrischte gegarte Eisen vor der Form im Focus des Feuers tropfenweise niedergeschmolzen wird, so daſs, wenn die Eisentropfen in dem Räume unter der Form auch wieder erstarren, die Trennung der Schlacke vom Eisen doch vollkommener als beim Puddelprozesse erfolgen kann. In diesem Umstände ist neben der Anwendung des vegetabilischen Brennstoffes beim Frischprozesse vorzüglich der Grund zu suchen, warum bei Anwendung desselben Roheisens das Herd-Frischeisen von besserer Qualität als das Puddeleisen sein kann.

Durch den auf diese Frischprozesse folgenden Schweiſsprozeſs können die den erhaltenen Fabrikaten aus den oben angeführten Gründen anhaftenden Fehler theilweise beseitigt werden, indem die Eisenmasse nochmals erhitzt, die in demselben enthaltenen Schlacken theilweise ausgesaigert, theilweise durch eine erneuerte mechanische Bearbeitung bei erhöhter Temperatur unter Hämmern und Walzwerken u. dgl. ausgepreist, die einzelnen Eisentheilchen einander genähert und zusammengeschweiſst werden. Der Erfolg wird ein um so vollkommenerer sein, je leicht- und dünnflüssiger die Schlacken, je kleiner die Luppen sind, je heiſser dieselben zur mechanischen Bearbeitung kommen und je besser dieselbe ist.

Da die Fehler dieser Fabrikationsweise ungleich schwerer zu beseitigen sind, wenn die Luppen sehr groſs sind, so wachsen die Schwierigkeiten bei der Fabrikation, wenn es sich darum handelt, sehr groſse Stücke zu erzeugen, und man muſs dann zum Zusammenschweiſsen aus einzelnen kleineren Stücken, zum Packetiren, Zuflucht nehmen. Dadurch verfällt man aber leicht in einen anderen Fehler, der darin besteht, daſs die Schweiſsstellen, selbst wenn die Arbeit des Schweiſsens eine möglichst vollständige war, immer die schwächsten Stellen des geschweiſsten Productes bilden, stets ein etwas weicheres Material zeigen, als die ursprünglich verwendeten Stücke, weshalb das erhaltene Fabrikat nicht gleich in der Textur ist, nicht die gleiche Widerstandsfähigkeit in den einzelnen Theilen besitzt.

Alle diese Uebelstande werden beseitigt, wenn die Schluſstemperatur des betreffenden Prozesses so hoch gehalten wird, daſs man ein flüssiges Schluſsproduct erhält, da in diesem Falle die Trennung der Schlacke vom Eisen vollständig, die Gröſse der zu erzeugenden Stärke beliebig gewählt werden kann und ein Zusammenschweiſsen aus kleineren Stücken ganz entfällt, d.h., daſs man immer aus dem Ganzen zu arbeiten vermag. Ferner ist das schlieſsliche Product in diesem Falle ein ungleich dichteres und homogeneres. Auf diesen Umständen beruht auch vorzüglich das Uebergewicht der neueren Fabrikationsmethoden gegenüber den älteren, der Vorzug des Fluſsmaterials gegenüber dem Schweiſsmateriale.

Zu den Fabrikationsmethoden, welche derartig flüssige Schluſsproducte geben, sind zu zählen: Das Umschmelzen in Tiegeln, das älteste und lange Zeit allein in Anwendung stehende Verfahren, um flüssige Schluſsproducte zu erhalten; es besteht meist nur in einem Umschmelzen von fertig gefrischten Eisen- und Stahlsorten, oder in einem Zusammenschmelzen von Roheisen mit weichem Eisen, seltener mit Erzen und eisenreichen Materialien; diese Arbeiten sind daher meist nur einfache Umschmelz- oder Misch-, in den seltensten Fällen und auch dann nur in untergeordneter Weise Frischprozesse. Dieselben werden der hohen Gestehungskosten halber immer seltener und dann nur bei Erzeugung von Werkzeug-Guſsstahl u. dgl. verwendet.

Die hervorragendste Rolle unter den Frischprozessen der Neuzeit nimmt unbedingt der Wind-Frischprozeß ein. (Dieser Ausdruck ist der allgemeinere, da derselbe sowohl den gewöhnlichen Bessemer-Prozeſs, wie dessen Abänderung, den Entphosphorungs-Prozeſs, umfaſst.)

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Seit Bessemer im J. 1856 mit demselben vor die Öffentlichkeit trat, gewann derselbe von Jahr zu Jahr an Verbreitung, wurde jedoch erst dadurch nahezu allgemein anwendbar, daſs er von Thomas und Gilchrist im J. 1878 so weit ausgebildet wurde, daſs man auch Phosphor haltige Roheisensorten auf gute und ausgezeichnete Fabrikate zu verarbeiten vermag. Er ermöglicht die Abscheidung aller jener Verunreinigungen des Roheisens, welche leichter oxydirbar sind als Eisen. Man kann daher Kohlenstoff, Mangan, Silicium, Phosphor nahezu vollkommen abscheiden, während dies hinsichtlich des Schwefels in weniger vollkommener Weise möglich ist. Kupfer, Nickel, Kobalt u. dgl. können bei diesem Prozesse ebenso wenig als bei den anderen Frischprozessen abgeschieden werden. Da man den Prozeſs in jedem Augenblicke unterbrechen, die Menge des Kohlenstoffes im Schluſsproducte auch durch Zusatz von Spiegeleisen vermehren kann, so ermöglicht derselbe, Producte von beliebiger Härte herzustellen. Da man ferner bei entsprechender Durchführung des Prozesses flüssige Schluſsproducte erhält, so gewährt derselbe gegenüber den älteren Prozessen wesentliche Vortheile.

Der nächst wichtigste Prozeſs, welcher ebenfalls flüssige Schluſsproducte liefert, ist der Martin-Prozeſs, oder wie Einige denselben bezeichnen wollen, der Siemens-Martin-Prozeſs. Derselbe schlägt annäherungsweise den gleichen Weg ein, welcher beim Umschmelzen in Tiegeln in Anwendung steht. Um jedoch billiger erzeugen zu können, werden die Materialien nicht in Tiegeln, sondern auf dem offenen Herde eines Flammofens – eines Gasofens, speciell Siemens-Ofens – eingeschmolzen. Schon dadurch, daſs auf dem Herde eingeschmolzen wird, die Materialien mit den Verbrennungsproducten der Gase, ja sogar mit unzersetzter Luft in Berührung kommen, nähert sich dieser Prozeſs mehr als der Umschmelzprozeſs in Tiegeln den Frischprozessen und kann die oxydirende Wirkung durch Verwendung von Erzen und anderen eisenreichen Zuschlägen, sowie durch Einleitung von Oxydationswind gefördert werden. In dem ersteren Falle nähert sich dieser Prozeſs dem Flammofen-Frischprozesse, unterscheidet sich jedoch von dem Puddelprozesse dadurch, daſs die Schluſstemperatur so hoch gesteigert wird, daſs man flüssige Producte erhält; in dem zweiten Falle schmiegt er sich dem Wind-Frischprozesse an.

Für Massenfabrikation verwendet man in allen jenen Fällen, in welchen man Fluſsmaterial benöthigt, die Producte des Wind-Frischprozesses oder des Martin-Prozesses. Die Frage, welcher dieser beiden Prozesse bessere Producte zu liefern vermag, welcher vortheilhafter in Anwendung zu bringen ist, kann nur von Fall zu Fall unter Berücksichtigung der örtlichen Verhältnisse beantwortet werden. Bei Verwendung von Materialien gleicher Qualität wird man offenbar bei dem energisch oxydirend wirkenden Wind-Frischprozesse raschere und vollkommenere Abscheidung der fremden Bestandtheile zu erzielen vermögen. Da beim Martin-Prozesse der Einsatz meist nur aus 30 bis 40 Proc. Roheisen, der Rest aber aus Weicheisen und Stahl besteht, die oxydirende Wirkung bei diesem Prozesse eine verhältniſsmäſsig geringe ist, so hängt die Qualität des erzeugten Productes hauptsächlich von der Güte des verwendeten Schrottes (Weicheisen–, Eisen- und Stahl-Abfällen) ab. Hingegen ist es bei dem langsamer verlaufenden Martin-Prozesse ungleich leichter, die verlangte Härtenummer genau zu treffen, kleine Differenzen durch entsprechende Zusätze auszugleichen, Einen anderen Vortheil dürfte der Martin-Prozeſs vielleicht vor dem Wind-Frischprozesse noch voraushaben: Es ist bei demselben dem flüssigen Metalle weniger Gelegenheit geboten, Gase zu absorbiren. Diese Frage ist aber, wie bereits erwähnt, nicht endgültig gelöst und kann die Beantwortung derselben nur unter Berücksichtigung der örtlichen Verhältnisse erfolgen. Einzelne Hüttenwerke haben direkte Versuche darüber angestellt, wie z.B. Reschitza (im Banate), ohne zu Resultaten zu gelangen, wie aus den auſserordentlich werthvollen Arbeiten, welche bei Gelegenheit der Ausstellung in Paris 1878 veröffentlicht wurden, entnommen werden kann.

Die Qualitäts-Eigenschaften des Fluſsmaterials hängen ab: 1) von der Menge und Beschaffenheit der auſser dem Eisen noch vorhandenen fremden Stoffe, d.h. von der chemischen Zusammensetzung, 2) von der Homogenität des Materials und 3) von der mechanischen Bearbeitung desselben bei der Weiterverarbeitung.

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Nur in einigen Worten soll der Einfluſs, welchen die wichtigsten in den Fluſseisensorten vorhandenen Stoffe auf die Qualitätseigenschaften ausüben, angedeutet werden.

Als Fluſsmaterial von idealer Zusammensetzung, dessen Erzeugung anzustreben ist, wäre jenes zu bezeichnen, welches allein aus Eisen besteht und nur so viel Kohlenstoff enthält, um die für besondere Fälle von der Industrie verlangte Härte, Festigkeit, Elasticität u. dgl. zu erreichen. Dieses ideale Fabrikat kann im Groſsen nicht, ja kaum in geringen Mengen erzeugt werden, da die Abscheidung der im Roheisen enthaltenen Verunreinigungen nie vollkommen gelingt und um so schwieriger durchzuführen ist, je verschiedenere Stoffe gleichzeitig in demselben vorhanden sind, weil die Bedingungen für die Abscheidung nicht bei allen Stoffen dieselben sind. Man kann diese ideale Zusammensetzung aber doch annäherungsweise erreichen und in der That wird unter günstigen Umständen Fluſsmaterial erzeugt, welches auſser dem Kohlenstoffe nur einige wenige Zehntelprocent fremder Bestandtheile enthält.

Ein Gehalt an Kohlenstoff erhöht die Härte des Eisens, vermehrt bis zu einer bestimmten Grenze die Festigkeit, rückt die Elasticität und Bruchgrenze in Beziehung auf ruhige Belastung hinauf, vermindert aber die Dehnbarkeit, welche mit der Härte im umgekehrten Verhältnisse steht, und macht das Eisen bei steigendem Gehalte härter, spröder, daher empfindlicher gegen Stöſse. Steigt der Gehalt an Kohlenstoff über eine bestimmte Grenze, so wird das Fluſsmaterial für viele Zwecke der Technik unverwendbar.

Ein Gehalt an Silicium wirkt in ähnlicher Weise auf die Eigenschaften des Eisens, jedoch bei gleichem Gehalte nicht in so hohem Maſse ein. Das Silicium, macht das Eisen aber brüchiger, wenn nicht gleichzeitig eine dem Gehalte desselben entsprechende Menge an Mangan vorhanden ist. Nur in diesem Falle kann ein gröſserer Gehalt von Silicium im Eisen vorhanden sein, ohne die Güte des Eisens wesentlich zu beeinträchtigen.

Ein Gehalt an Mangan macht das Eisen im Allgemeinen härter, spröder; nur wenn gleichzeitig ein der Gröſse des Mangangehaltes entsprechender Gehalt an Silicium vorhanden ist und derselbe eine gewisse Grenze nicht übersteigt, ist der Einfluſs kein nachtheiliger.

Es ist wohl kaum nothwendig, hier darauf hinzuweisen, daſs schon ein sehr geringer Gehalt von Schwefel das Eisen rothbrüchig, daſs Phosphor dasselbe kaltbrüchig mache und daſs besonders die letztere Eigenschaft dann um so mehr hervortritt, wenn gleichzeitig der Gehalt an Kohlenstoff ein gröſserer wird.

Ich kann nicht umhin, bei dieser Gelegenheit darauf hinzudeuten, daſs das Eisen gleich anderen Metallen die Eigenschaft besitzt, wenn dasselbe längere Zeit im flüssigen Zustande erhalten wird, eine oft sehr beträchtliche Menge von Gasen aufzunehmen, gleichsam zu absorbiren und einen Theil derselben im Augenblicke des Erstarrens zu entlassen, wodurch eine mehr oder minder groſse Anzahl von Blasen im gegossenen Materiale entsteht. Während diese Eigenschaft bei der Erzeugung von Schweiſseisen keinen Einfluſs auf die Qualität ausübt, ist dies bei Erzeugung von Fluſsmaterial der Fall.

Ohne auf die über diesen Gegenstand in der letzten Zeit entwickelten Theorien näher einzugehen, will ich nur die Thatsache erwähnen, daſs Blasenräume in den Guſsblöcken vorkommen und daſs selbst in jenen Fällen, in welchen dieselben mit dem Auge nicht wahrgenommen werden können, durch die Analyse das Vorhandensein von Gasen in dem erstarrten Metalle nachgewiesen werden kann, sowie daſs dieselben überwiegend aus Wasserstoff und Stickstoff bestehen. Welchen unmittelbaren Einfluſs diese beiden Gase auf die Eigenschaften des Eisens ausüben, ist bis heute mit Verläſslichkeit nicht nachgewiesen; daſs die Blasenräume aber, wenn die Wände derselben bei der folgenden mechanischen Bearbeitung selbst vollkommen an einander gedrückt werden, nicht nur dann, wenn ein Zusammenschweiſsen nicht vollkommen erfolgte, sondern überhaupt, weil die Gase nicht entfernt werden können, die Continuität des Materials beeinträchtigen und dadurch die Qualität verschlechtern, unterliegt wohl kaum einem Zweifel. Durch Anwendung von gewissen Vorsichtsmaſsregeln bei der Fabrikation kann die vom Eisen aufgenommene Gasmenge vermindert, durch eine entsprechende mechanische Bearbeitung bei erhöhter |41| Temperatur der schädliche Einfluſs verringert, in den meisten Fällen nahezu ganz beseitigt werden.

Das Fluſsmaterial, es mag dasselbe mit was immer für einem Prozesse erzeugt worden sein, hat vor dem Schweiſsmateriale (abgesehen von den angeführten Blasenräumen) voraus: eine gröſsere Dichte, eine bedeutendere Gleichförmigkeit, eine nahezu vollkommene Schlackenfreiheit und in Folge dessen bei gleicher chemischer Zusammensetzung der eigentlichen Eisentheile eine nicht unbedeutende gröſsere Festigkeit und Zähigkeit. Da das Material vollkommen dünnflüssig geschmolzen war, liegt es sehr nahe anzunehmen, daſs das Schluſsproduct ein vollkommen homogenes sei. Wenn die Ungleichförmigkeit in der chemischen Zusammensetzung auch in den meisten Fällen eine verschwindend kleine ist, so kann dieselbe bei Besprechung der Eigenschaften des Materials doch nicht ganz übergangen werden.

Da man das Eisen, wie es bei der Massenfabrikation erhalten wird, als ein Gemenge von verschiedenen Legirungen und Verbindungen ansehen kann und diese in den verschiedensten Verhältnissen gemischt werden können und zusammenschmelzen, so liegt es auſserordentlich nahe, daſs das Schluſsproduct, auch wenn es im flüssigen Zustande erzeugt wurde, nicht absolut homogen ist, es auch nicht sein kann und daſs die Ungleichförmigkeit von äuſseren Zufälligkeiten abhängig sein wird. Wenn die geschmolzenen Massen längere Zeit ruhig stehen, so werden sich die specifisch leichteren Stoffe und Verbindungen immer in den oberen, die specifisch schwereren aber in den unteren Partien des Metallbades ansammeln. Erfolgt der Guſs aus einer Pfanne von unten und geht die Arbeit des Gieſsens ziemlich langsam, so wird die chemische Zusammensetzung der zuerst gegossenen Stücke eine andere, als die der zuletzt gegossenen sein. Ebenso wird die chemische Zusammensetzung der zuerst erstarrten Partien eine andere sein als jene der durch längere Zeit flüssig bleibenden Theile. Wenn diese Thatsachen auch schon lange Zeit bekannt waren, wurden sie doch erst in neuerer Zeit eingehend und systematisch studirt.

Stubbs und Snelus (vgl. 1882 243 400) haben, um diesen Einfluſs zu studiren, absichtlich jene Bedingungen geschaffen, welche dazu beitragen können, um ein langsames Erstarren und Abkühlen und dadurch eine möglichst groſse Ungleichförmigkeit in der Zusammensetzung zu begünstigen. Man hatte, um die Unterschiede recht auffallend zu zeigen, unreines Fluſsmetall in eine aus Sand hergestellte Form, welche einen Querschnitt von 50cm im Quadrate hatte, gegossen und auf diese Weise einen Block von 2m,2 Höhe und einem beiläufigen Gewichte von 4300k erzeugt. Die obere Probe wurde 55cm unter dem oberen Ende, die untere Probe 4cm über dem Boden genommen. Die gewonnenen Proben zeigten folgende Zusammensetzung:

Oben Unten
Kohlenstoff, chemisch gebunden 0,620 0,350
Graphit 0,095 0,037
––––– –––––
Gesammt-Kohlenstoff 0,715 0,387
Silicium 0,028 0,023
Schwefel 0,129 0,049
Phosphor 0,163 0,063
Mangan 0,694 0,535
Eisen 98,204 99,004
–––––– –––––––
99,933 100,061.

Weniger auffallend, als in Bezug auf den Höhenunterschied, sind die Differenzen, welche sich in Beziehung auf auſsen und innen, auf das raschere und langsamere Abkühlen zeigen. Die Proben, welche nach auſsen gegen die Mitte zu in gleichen Abständen genommen und mit 1 bis 6 bezeichnet wurden, haben folgende Zusammensetzung gezeigt:

Oben 1 2 3 4 5 6
Kohlenstoff 0,44 0,54 0,57 0,61 0,68 0,77
Schwefel 0,032 0,048 0,080 0,096 0,120 0,187
Phosphor 0,044 0,060 0,086 0,097 0,111 0,142
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Unten 1 2 3 4 5 6
Kohlenstoff 0,44 0,42 0,41 0,40 0,38 0,37
Schwefel 0,048 0,056 0,048 0,048 0,048 0,044
Phosphor 0,060 0,062 0,054 0,054 0,058 0,052.

Aus diesen Zahlen kann entnommen werden, daſs die unteren Partien im Allgemeinen reiner, aber auch weicher sind. Aehnlich verhält es sich in Beziehung auf die äuſseren, rascher erstarrten und inneren Partien.

Bei der gewöhnlichen Fabrikation, bei welcher die Bedingungen zur Schaffung der Ungleichförmigkeit nicht absichtlich herbeigeführt werden, sind die Differenzen nicht so bedeutend und daher auch nicht bedenklich. Bei einem gewöhnlichen Schienenblocke von 31cm im Quadrate, 1m,25 Länge und 340k Gewicht in einer Eisenform gegossen, ergaben sich folgende Abweichungen:

Oben Unten
Kohlenstoff, chemisch gebunden 0,420 0,420
Silicium Spur Spur
Schwefel 0,46 0,39
Phosphor 0,056 0,044
Mangan 0,755 0,738
Eisen 98,723 98,759
–––––– ––––––
100,000 100,000.

Es sind dieselben so gering, daſs sie, wenn die oben angeführte Thatsache nicht schon festgestellt wäre, auch aus der unvermeidlichen Ungenauigkeit bei der Probenahme erklärt werden könnten.

Einen groſsen Einfluſs auf die Qualitätseigenschaften des Eisens übt aber auch die mechanische Bearbeitung aus. Es kann durch dieselbe die Qualität ebenso gut verbessert, wie verschlechtert werden. Dadurch, daſs man von groſsen Anfangsquerschnitten auf geringe Schluſsquerschnitte herabarbeitet, kann die Qualität wesentlich verbessert werden. Es ist eine bekannte Thatsache, daſs man durch eine genügend weit getriebene mechanische Bearbeitung die Zugfestigkeit bedeutend lieben kann. Die durch die mechanische Bearbeitung verursachte Querschnitts Verminderung trägt unter sonst gleichen Umständen wesentlich dazu bei, die Materialien dichter zu machen, Blasen, welche etwa in den Guſsblöcken enthalten sind, zusammenzudrücken und, wenn eine der Härte der zu behandelnden Materialien entsprechende Temperatur vorhanden ist dieselben auch zusammenzuschweiſsen, die Textur feinkörniger erscheinen zu lassen und, wenn die Bearbeitung bei sinkender Temperatur fortgesetzt wird, auch die Bruchgrenze hinaufzurücken, d.h. das Material etwas härter und dadurch auch etwas fester erscheinen zu lassen, als es seiner chemischen Zusammensetzung nach sein sollte.

Steht daher der Anfangsquerschnitt nicht im richtigen Verhältnisse zu den vorhandenen Bearbeitungsmaschinen, so kann durch die Wahl eines zu groſsen Anfangsquerschnittes ein ebenso groſser Fehler, als durch die Wahl eines zu kleinen begangen werden, weil das Material dann während längerer Zeit bei zu niederer Temperatur bearbeitet werden muſs, um den angestrebten Schluſsquerschnitt zu erhalten.

Der Grund, warum z.B. die auf österreichischen Hüttenwerken erzeugten Eisenbahnschienen ungeachtet der wenigstens ebenso guten, häufig sogar besseren Qualität des verwendeten Materials, so oft eine geringere Festigkeit zeigen als die auf deutschen Werken erzeugten Schienen, liegt meist nur darin, daſs die Einrichtungen der letzteren Werke vollkommener sind, wodurch eine bessere mechanische Bearbeitung, eine gröſsere Querschnittsverminderung durch die Bearbeitung ermöglicht wird.

Daſs die Temperatur des zu bearbeitenden Stückes einen wesentlichen Einfluſs auf die Güte der zu erzeugenden Fabrikate ausübt, brauche ich ebenso wenig zu erörtern, als daſs eine ungleichförmige Temperatur in den einzelnen Theilen eines zu bearbeitenden Stückes dazu beitragen kann, die Qualität des Fabrikates wesentlich herabzusetzen.

Einen groſsen Einfluſs übt ferner noch die Vertheilung des Materials in dem Querschnitte des zu erzeugenden Productes aus. Je ungleichförmiger das Material in dem Querschnitte vertheilt ist, um so ungünstiger wird dies auf die Qualität |43| einwirken. An jenen Theilen des Querschnittes, an welchen mehr Material angehäuft ist, wird dasselbe wärmer aus den Walzen kommen, während die dünneren Partien bei niederer Temperatur mechanisch bearbeitet werden und in Folge dessen härter, ja sogar auch spröder erscheinen können. Es werden diese Uebelstände um so empfindlicher auftreten, je härter das verwendete Material ist. Diese Unannehmlichkeiten kommen z.B. bei der Schienenfabrikation nicht selten vor. Die Materialvertheilung ist im Fuſse und im Kopfe der Schienen eine so ungleiche, daſs das Material im Fuſse immer kälter aus den Walzen kommt als das im Kopfe der Schiene. Es wird daher das Material im Fuſse der Schienen immer härter sein als im Kopfe, während man eigentlich im Fuſse der Schienen weicheres Material haben sollte. Man kann diesen durch die bei verschiedener Temperatur erfolgte Bearbeitung veranlaſsten Unterschied im Materiale bei nahezu jedem Schienenbruche schon mit freiem Auge wahrnehmen. Nicht selten kommt es vor, daſs eine Schiene bricht, ohne daſs wenigstens scheinbar eine Veranlassung dazu vorhanden ist. Der Grund liegt in einem solchen Falle sehr häufig weder im Materiale, noch in der Fabrikation, sondern meist darin, daſs der Constructeur des Profils auf die Eigenschaft des Materials keine Rücksicht genommen hat, sondern jenes Profil wählte, bei welchem die gröſste rechnungsmäſsige Tragfähigkeit bei geringstem Materialverbrauche erreicht wird.

Ich kann nicht umhin, bei dieser Gelegenheit darauf aufmerksam zu machen, daſs es bei der Massenfabrikation eines Artikels nicht möglich ist, allen von theoretischer Seite gestellten Bedingungen absolut vollkommen zu entsprechen, da es unmöglich ist, die in die Oefen eingelegten Stücke in allen ihren Theilen genau auf die gleiche Temperatur zu erhitzen, da es unvermeidlich ist, daſs die zu bearbeitenden Stücke während des Ausnehmens aus dem Ofen, während der Bearbeitung selbst eine theilweise Abkühlung erleiden, und somit schon dadurch, daſs die Bearbeitung nicht bei absolut gleicher Temperatur erfolgen kann, Abweichungen in den Eigenschaften desselben Stückes, wenn die Proben an verschiedenen Stellen genommen werden, zum Vorscheine kommen.

Aber auch hinsichtlich der mechanischen Bearbeitung der Formgebung muſs bedacht werden, daſs dieselbe mit maschinellen Einrichtungen durchgeführt werden muſs, welche keine Präcisionsinstrumente sein können, weil sie eine bedeutende Kraft von mehreren hundert selbst bis zu tausend Pferdestärken benöthigen und auſserdem Eisenstücke bei erhöhter Temperatur zu bearbeiten haben. Sobald dies letztere aber der Fall ist, hört jede Präcisionsarbeit auf, da mit jeder Aenderung in der Temperatur eine Aenderung in den Abmessungen der Walzen, der Kaliber und mit diesem auch eine Aenderung in den Abmessungen der zu erzeugenden Stücke eintreten muſs.

Daſs es durch Einführung von besseren Fabrikationsmethoden ermöglicht wurde, Fabrikate von besserer Qualität zu liefern, ist ebenso erklärlich, wie eine Steigerung der Anforderung, welche die Industrie an die Fabrikate stellt. Auffallend muſs es aber erscheinen, daſs die Anforderungen oft so weit gehen, daſs dieselben auch bei Verwendung der besten Materialien, bei der sorgfältigsten Arbeit nicht mehr erfüllt werden können, ja daſs mitunter Anforderungen gestellt werden, welche einander widersprechen, da jede derselben andere Eigenschaften verlangt.

Um das eben Gesagte zu erläutern, will ich einige Anforderungen, welche bei der Fabrikation eines der wichtigsten Massenartikel, der Eisenbahnschienen, gestellt werden, besprechen.

In den vorgeschriebenen Abmessungen der Schienen wird in Beziehung auf Höhe und den Winkel der Verlaschung meist gar keine Toleranz gewährt, in den übrigen Maſsen 0mm,5 auf oder ab, bei 7,5 bis 9m Länge aber solche von 2 bis 2mm,5 mehr oder weniger.

Die Kaliber der Walzen, welche zur Schienen-Erzeugung verwendet werden, müssen mit Rücksicht auf das Schwindmaſs für eine mittlere Temperatur bei der Erzeugung hergestellt werden. Die Walzen sind bei Beginn der Arbeit kalt und werden, je nachdem rascher oder weniger rasch gearbeitet wird, mehr oder weniger warm. Dieselben werden, wenn sie auch gekühlt sind, leicht auf einige Hundert Grad erhitzt und es wird für eine Temperaturdifferenz von |44| je 100° das Kaliber von 0mm,15 in Beziehung auf die Höhe der Schienen verändert. Es kann leicht vorkommen, daſs eine Schiene um 200 bis 300° kälter aus dem Walzwerke als eine andere kommt, so daſs aus denselben Kalibern bei der gleichen Walzenstellung Schienen erhalten werden können, welche um 4 bis 5mal 0,15, d.h. um 0,60 bis 0mm,75 in der Höhe von einander abweichen. Diese Schwankung kann noch dadurch vermehrt werden, daſs die Dicke des Walzensinters etwas gröſser oder kleiner ist, einmal hängen bleibt, ein anderes Mal abfällt. Eine Differenz von 1mm kann daher ganz ohne Verschulden des Fabrikanten bei der sorgfältigsten Arbeit vorkommen und wird dabei noch vorausgesetzt, daſs stets frisch abgedrehte Schluſskaliber in Anwendung kommen. Wollte man in der That keine Toleranz in Beziehung auf die Höhe gewähren, so müſste man die Schienen auf die richtige Höhe hobeln und auch selbst dann würde man zu leicht noch meſsbare Differenzen nachweisen können. Da aber die Walzwerke keine Präcisionsinstrumente sind und die Kaliber in Folge einer fortwährenden Abnutzung der Walzen bei der Bearbeitung des warmen Eisens sich verändern, so ist es gar nicht möglich, dieser Anforderung zu entsprechen. Dasselbe gilt bezüglich der gewährten Toleranz von 0mm,5 in den übrigen Maſsen.

Die Schienen werden kalt auf die richtige Länge abgearbeitet. Abgesehen davon, daſs es schwierig ist, so groſse Längen, wie sie bei Schienen von 7,5 oder 9m,0 vorkommen, genau zu messen, so glaube ich nur darauf aufmerksam machen zu müssen, daſs eine Temperaturdifferenz von nur 10° schon eine Längenänderung von nahe 1 bis 1mm,2 veranlaſst.

Von Seiten der Bahnen wird sehr häufig ein bestimmter Gehalt von Kohlenstoff verlangt, unter welchen nicht herabgegangen werden soll. Man sollte denken, daſs es für die Bahnverwaltungen ausreicht, gewisse Belastungs- und Schlagproben zu verlangen, um das verwendete Material zu erproben, ohne sich weiter darum zu bekümmern, auf welche Weise die verlangte Widerstandsfähigkeit erreicht wird. Bei den gegenwärtig verlangten Proben kann ein Gehalt an Kohlenstoff von 0,3 Proc. zu gering, er kann zu hoch sein; es wird dies von der Menge der übrigen im Materiale noch vorhandenen Stoffe abhängig sein.

Bei der Erprobung des Materials werden Belastungsproben, Schlagproben, Zerreiſsproben und Stahlproben verlangt. Maſsgebend sind die ersten drei. Bei den Stahlproben müssen die zu Stäben ausgestreckten Probestücke Härtung annehmen und bei dem Anlassen jene Farben zeigen, welche den verschiedenen Härtegraden entsprechen. Die Anlaſsfarben können, da sie nur durch eine mehr oder minder dicke Oxydschicht hervorgerufen werden, nicht maſsgebend sein. Auch ganz weiches Eisen kann Anlauffarben zeigen. Ein vollkommen gleiches Korn kann nach dem früher Angeführten in dem Schienenbruche nie gefunden werden.

Die Zerreißproben sind allerdings unter Umständen werthvolle Hilfsmittel, um die Güte des Materials zu erproben; als alleiniges Mittel, um ein richtiges Bild über die Dauerhaftigkeit einer Schiene zu geben, sind sie jedoch nicht verwendbar. Schienen, welche beispielsweise nach 8jährigem Betriebe, nachdem 26 Millionen Tonnen darüber gerollt sind, vollkommen tadellos waren, zeigten bei Zerreiſsproben, welche aus denselben herausgeschnitten wurden, ungünstige Resultate, während bei fehlerhaft gewordenen Schienen wieder günstigere Resultate erzielt werden können.

Sehr häufig wird von Seiten der Bahnen auſserdem noch das Ansinnen gestellt, daſs der Lieferant auch eine gewisse Dauerhaftigkeit verbürgt. Das Verlangen, daſs der Lieferant bezieh. Fabrikant für die Dauerhaftigkeit während einer gewissen Zeit von 5, ja selbst 10 Jahren bürgen solle, ist ein sehr unbestimmtes. Eine Strecke, heute noch wenig befahren, kann in der nächsten Zeit so in Anspruch genommen werden, daſs die Schienen die verbürgte Zeit nicht zu überdauern vermögen. Von Seiten anderer Bahnen wird verlangt, daſs die Schienen eine bestimmte darüber gerollte Last auszuhalten vermögen. Von ariderer Seite wurde wieder verlangt, daſs die Abnutzung nach einer darüber gerollten Last von 10 Millionen Tonnen nicht mehr als 1mm betragen dürfe.

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Wie groſs die eigentliche Abnutzung in einem solchen Falle ist, kann heute noch nicht angegeben werden, da bis jetzt keine Schienen bestehen, welche die oben angeführte Bruttolast aushielten und deren Höhe früher so genau gemessen wurde, daſs eine Abnutzung von 1mm mit Sicherheit wirklich testgestellt werden, kann. Man fand bei Versuchen allerdings auch geringere, mitunter aber auch höhere Maſse, als die Schienen ursprünglich hätten haben sollen. Ueberdies kann eine durch Höhenmessung gefundene Abnutzung, abgesehen von der Schwierigkeit der Messung, nur eine scheinbare sein, welche auſserdem ganz unabhängig von der Qualität der Schienen sein kann.

Die wenigen Versuche, welche bis nun in dieser Richtung durchgeführt wurden, haben in den meisten Fällen ein Zusammenstauchen der Schienen nachgewiesen. So wie man einen Eisenstab, der eine bedeutende Last, ohne eine Deformation zu erleiden, trägt, durch eine groſse Anzahl von verhältniſsmäſsig schwachen Schlägen zu deformiren, zu stauchen vermag, ebenso scheint durch die darüber rollende Last ein Stauchen zu erfolgen. Bei sehr dünnem schwachem Stege, der wohl die ruhige Belastung zu tragen vermag, wird derselbe bei der darüber rollenden Last allmählich gestaucht, manchmal sogar abgebogen, wie die Erfahrung zeigt. Es wird daher die Abnutzung in diesem Falle gröſser erscheinen, als sie in der That ist. Bei der bedeutenden Länge des Steges würde ein Zusammenstauchen desselben um 3 bis 4mm Höhe in der Dicke desselben nicht nachweisbar erscheinen, da die Verdickung nur einige 0mm,01 betragen würde.

Auf die Abnutzung werden aber auch noch andere Verhältnisse ungünstig einwirken, für welche der Fabrikant nicht verantwortlich gemacht werden kann: Radreifen aus härterem Materiale, gröſsere Geschwindigkeit der verkehrenden Züge, schadhaft gewordener Unterbau u. dgl. werden stets zur rascheren Abnutzung der Schienen beitragen. Auch der Rost kann eine Veränderung der Abmessungen, somit auch eine Verminderung der Hohe veranlassen. (Vgl. Snelus, 1882 246 433.)

Aus diesen wenigen Beispielen kann entnommen werden, daſs man so häufig Anforderungen stellt, welche eben nicht erfüllt werden können. Wenn vielleicht entgegnet wird, daſs die Bedingungen doch erfüllbar sein müssen, weil Schienen nach derartigen Bedingungen geliefert werden, so kann ich darauf nur erwiedern, daſs sie den Lieferungsbedingungen wohl annäherungsweise entsprechen, aber nicht vollkommen entsprechen können, daſs die Uebernahme immer von dem Benehmen der Uebernehmer abhängig bleibt. Es ist in der That für jeden Lieferanten sehr niederdrückend, von der Willfährigkeit der Uebernehmer abhängig zu sein, das Bewuſstsein zu haben, nie sagen zu können, mein Fabrikat ist tadellos, es muſs übernommen werden. Es muſs wohl sonderbar erscheinen, von Seiten der Abnehmer vorzuschreiben, wie die Schienen erzeugt werden sollen, die Fabrikation selbst zu überwachen, Qualitätsproben zu verlangen, in Beziehung auf Form und Gestalt äuſserst streng zu sein, eine 3fache Uebernahme durchzuführen, von welchen mitunter einzelne durch 3 Uebernahmscommissäre hinter einander vorgenommen werden, und auſserdem noch eine Haftung für bestimmte Zeit oder Dauerhaftigkeit zu beanspruchen. Man sollte denken, daſs eine einmalige Erprobung bei der Uebernahme, eine Bürgschaft für die Dauerhaftigkeit, vollkommen ausreichen würde.

Ebenso begründet ist die Klage der Fabrikanten, daſs jede Bahnverwaltung nicht etwa ein, sondern mehrere Schienenprofile in Verwendung hat, so daſs ein Hüttenwerk, welches sich heute in Oesterreich mit der Schienenfabrikation beschäftigt, für die Erzeugung einer Unzahl von verschiedenen Schienenformen eingerichtet sein muſs. Sehr häufig unterscheiden sich die einzelnen Profile nicht wesentlich- es ist aber trotzdem die Verwendung anderer Walzen erforderlich. Es kann ja nicht geläugnet werden, daſs für gewisse Verhältnisse verschiedene Schienenprofile nothwendig erscheinen, daſs man zweckmäſsig auf ebenen Strecken andere Formen als auf Gebirgsstrecken, andere wieder auf Nebenbahnen verwenden könne. Es liegt die schon so oft aufgeworfene Frage, ob nicht eine Einigung der verschiedenen Bahnen in Beziehung auf die Schienenprofile erreicht werden könnte, auſserordentlich nahe.

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Mit den Anforderungen an die Fabrikate, mit den erschwerten Uebernahmsbedingungen, mit der Anzahl der verlangten Profile, mit der Umständlichkeit der Uebernahme selbst steigen die Kosten der Fabrikation und mit diesen die Verkaufspreise, was für die Abnehmer gewiſs nicht gleichgültig sein kann. (Aus der Wochenschrift des Oesterreichischen Ingenieur- und Architektenvereins, 1883 S. 187 und 191.)

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