Titel: Tetmajer, über Werth des Thomasfluſseisens.
Autor: Tetmajer, L.
Fundstelle: 1886, Band 261 (S. 427–434)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj261/ar261144

Werth des Thomasfluſs-Schmiedeisens als Constructionsmaterial; von Prof. L. Tetmajer.

Mit Abbildungen.

Im Auftrage von Gebrüder Stumm, Neunkircher Eisenwerk bei Saarbrücken, sind in der Anstalt zur Prüfung von Baumaterialien am |428| schweizerischen Polytechnikum in Zürich durch Prof. L. Tetmajer eine groſse Reihe von Versuchen zur vergleichenden Werthbestimmung verschiedener deutscher Normalprofile in Fluſs- und Schweiſsschmiedeisen ausgeführt worden; die Ergebnisse dieser Untersuchung hat Tetmajer in einem besonders erschienenen Berichte1) zusammengestellt, welchem der folgende Auszug entnommen ist. Die mitgetheilten Ergebnisse sind als besonders beachtenswerth zur Beurtheilung des Thomasfluſsschmiedeisens hervorzuheben, weil sie vollständigen Parallelversuchen zwischen Fluſs- und Schweiſseisen entsprungen sind und weil die Versuche in einer auf die praktische Verwendung bezugnehmende Art und in groſsem Umfange durchgeführt sind. Das gesammte Versuchsmaterial stellten Gebrüder Stumm in Form von mehreren Meter langen Trägerstücken zur Verfügung. Aus sämmtlichen Trägern wurden nun im Werke selbst Versuchsstäbe zur Feststellung der Materialbeschaffenheit herausgearbeitet, während die übrig gebliebenen Stücke zur Prüfung der Elasticitäts-, Festigkeits- und Zähigkeitsverhältnisse der ganzen Gebrauchsstücke im eidgenössischen Festigkeitsinstitute Verwendung fanden.

Fluſs- und Schweiſseisen wurden also parallel neben einander nach folgenden Richtungen geprüft: 1) Güte des Materials an sich. Träger für Träger wurde das Material sowohl der Flanschen, als der Stege untersucht. Die Prüfung geschah durch die üblichen Zerreiſsproben, durch Kaltbiegeproben, durch Warmbiegeproben, durch Schweiſsproben und durch Härtproben. 2) Güte des fertigen Productes. An ganzen Verbrauchsstücken wurde ermittelt: Elasticität und Biegungsfestigkeit (Biegeproben), Widerstandsfähigkeit gegen Stoſswirkungen (Schlagproben und zwar sowohl an normalen, unbeschädigten Gebrauchsstücken, als an absichtlich beschädigten), Einfluſs der Lochungsmethoden auf die Festigkeitsverhältnisse des Materials (Lochungsproben).

Nach vorstehender Aufstellung ist die Güte des Materials und der Werth der ganzen Gebrauchsstücke der deutschen Normalprofile für I-Träger von 10cm bis mit 24cm Höhe (Profil Nr. 10 bis Nr. 24) in Thomasfluſs- und in Schweiſsschmiedeisen durch 556 Einzelversuche bestimmt worden.

Zur Herstellung der Schweiſseisenträger dient auf den Stumm'schen Werken ein als „Brückenqualität“ bezeichnetes, zähes, durchwegs sehniges Puddeleisen, welches in doppelt geschweiſstem Zustande eine Zugfestigkeit von 35 bis 38k/qmm, eine Bruchdehnung von 16 bis 24 Proc. für 200mm Anfangslänge und eine Contraction von 20 bis 40 Proc. aufweist.

Das Thomasfluſsschmiedeisen, welches auf den Stumm'schen Werken |429| zur Herstellung von Querschwellen, Trägern u.a. Waaren verwendet wird, zeigt folgende chemische Zusammensetzung und Festigkeitsverhältnisse:

Kohlenstoff 0,06 bis 0,10 Proc.
Silicium 0,01 0,05
Phosphor 0,06 0,10
Schwefel 0,03 0,04
Mangan 0,35 0,50
Zugfestigkeit 38 44 k/qmm
Bruchdehnung 22 30 Proc. auf 200mm Anfangs-
Contraction 40 60 Proc. länge

Das Roheisen, aus welchem nach dem Thomasverfahren in Neunkirchen Stahl und Schmiedeisen erblasen werden, enthält im Durchschnitte:

C Si P S Mn
3,0 0,8 2,5 0,07 2,0 Proc.

Zur Erzeugung der basischen Schlacke bringt man für 8t,2 Einsatz 1t,5 gebrannten Kalk in die Birne.

Die Festigkeitsuntersuchungen begannen mit Zerreiſsproben, welche auf der Werder'schen Maschine, ausgeführt von der Maschinenbau-Actiengesellschaft Nürnberg, vormals Klett und Comp. in Nürnberg2) , vorgenommen wurden. Zur Feststellung der Materialgüte, des Einflusses der Art der Packetirung und der verschiedenen Arbeit der Walze in den verschiedenen Theilen des Profiles wurden von sämmtlichen Trägern sowohl Flanschen, als entsprechende Theile des Steges zur Probe zugezogen.

Zu den Kalibiegeproben sind ebenfalls aus den Flanschen und dem Stege je zwei Flachstäbe von 5cm Breite herausgearbeitet worden. Die Versuchsstäbe mit abgerundeten Kanten sind in einem mit Gradbogen versehenen Kaltbiegeapparate von Mohr und Federhaff in Mannheim (1882 245 17), um einen Dorn von 26mm Durchmesser, zunächst auf 95 bis 100° gebogen, hierauf, insofern metallischer Bruch nicht schon vorher beobachtet wurde, von Hand mittels angemessen schwerer Vorschlaghämmer auf einer starren, guſseisernen Unterlage gefaltet worden. Brüche des Fluſseisens sind bei der Kaltbiegeprobe überhaupt nicht vorgekommen, mit Ausnahme eines Stabes hat das Schweiſseisen der Trägerflanschen die gleiche Probe ebenfalls vollkommen bestanden. Dagegen zeigen die gefalteten Proben aus dem Stege der Schweiſseisenträger mit geringen Ausnahmen mehr oder weniger erhebliche Querrisse.

Bei den Warmbiegeproben (Proben auf Rothbruch) sind im Allgemeinen dieselben Erscheinungen wie bei den Kaltbiegeproben beobachtet worden.

Zur Prüfung der Schweiſsbarkeit sind wiederum Zerreiſsproben als besonders hierfür geeignet ausgeführt worden. Die Vereinigung der Stücke erfolgte unter Einwirkung gewöhnlicher Handhämmer. Als |430| Schweiſsmittel diente Quarzsand. Bei Beurtheilung der Güte der Schweiſsbarkeit sind folgende Gesichtspunkte in Betracht gezogen worden: 1) Die Anzahl der mit dem gleichen Materiale in geschweiſstem und ungeschweiſsten Zustande ausgeführten Einzelversuche; 2) die procentuale Anzahl der mit Schweiſsfehlern, verbrannten Stellen angetroffenen Probestücke; 3) die procentuale Anzahl der auſserhalb der Grenzen der Schweiſsfläche zerrissenen Stäbe; 4) die procentuale Aenderung der ursprünglichen Zugfestigkeit und des Arbeitsvermögens des Materials durch Schweiſsung.

In der Reihe der Untersuchungen spielt die Biegeprobe an ganzen Gebrauchsstücken wohl die hervorragendste Rolle; ihr fällt die Aufgabe zu, die Ergebnisse der übrigen, lediglich auf Kennzeichnung der Materialgüte abzielenden Versuche zu bestätigen und gleichzeitig Festigkeitscoefficienten für das Baugewerbe zu liefern. Aus den Versuchen geht hervor, daſs mit wachsender Profilhöhe die Elasticitäts- und Festigkeitsverhältnisse abnehmen, und zwar ist der Unterschied der genannten Werthzahlen immerhin so groſs, daſs von constanten zulässigen Spannungscoefficienten, gleichviel ob mit bestimmter Sicherheit gegen Elasticitätsgrenze oder gegen Bruch, schlechterdings keine Rede sein kann.

Die Lagerung der 1m,7 langen Trägerabschnitte geschah auf keilförmigen, cylindrisch abgerundeten guſseisernen Lagerklötzen, welche auf die Pendel der Werder'schen Maschine aufgesteckt und durch kräftige Stellschrauben befestigt waren. Die Stützweite betrug durchweg 1m,5. Der Kraftangriff erfolgte auf die Balkenmitte, concentrirt durch eine mit abgerundeten Kanten versehene Schneide von 8cm Breite. Eine Zerstörung durch Bruch konnte weder bei den Fluſseisen-, noch bei den Schweiſseisenträgern erzielt werden, weil die Einzelbelastung in der Mitte eine vorzeitige, örtliche, seitliche Ausbiegung des Steges nach sich zieht, wenn die Trägerhöhe zur Stützweite nicht in einem bestimmten günstigen Verhältnisse steht. Diese Verbiegung des Steges erscheint um so später, also bei einer um so höheren Faserspannung, je genauer die Walzung und das Geraderichten des Trägers gewesen sind. Durch dieselben Umstände wird aber auch der Betrag der gröſsten Biegungsspannungen und besonders die Biegungsarbeit nachtheilig beeinfluſst; es können also diese nicht als zulässige Werthmesser der Träger gelten. In dieser Hinsicht bleibt also die Elasticitätsgrenze maſsgebend. Die Biegeprobe hat ebenfalls das Fluſseisen als hochwerthigeres Material erkennen lassen.

Die Schlagprobe ist ausgeführt worden: 1) an gewöhnlichen Gebrauchsstücken; 2) an Trägerabschnitten, deren eine Flansche durch Ansägen oder scharfes Anhauen mittels Kreuzmeiſsels absichtlich geschädigt worden war. Die gespannten Flanschen wurden auf die ganze Breite entweder auf ungefähr 1mm,5 Tiefe angesägt, oder auf ungefähr 2mm Tiefe scharf angehauen. Die Entfernung der Auflagerschneiden |431| betrug 1m. Die Schlagproben mit Trägern von 10 bis mit 16cm Höhe sind mit einem Rammbär von 300k, alle übrigen mit einem solchen von 500k Gewicht ausgeführt worden. Die abgerundeten Aufschlagflächen der Rammbäre hatten 3cm Breite. Die Fallhöhe, somit die für einen Schlag geleistete Arbeit, ist proportional dem Widerstandsmomente des betreffenden Profils angenommen worden. Als Ausgangspunkt diente beim D. N. P. Schweiſseisen Nr. 24 die Fallhöhe von 2m, entsprechend einer Arbeit von 1mt, bei welcher erfahrungsgemäſs die Schweiſsnähte der Flanschen beim ersten Schlage noch geschlossen blieben. Sämmtliche Schlagproben wurden absichtlich während der Frosttage des Januars 1885 ausgeführt. Die Lufttemperatur schwankte zwischen ± 2°.

Der Einfluſs der verschiedenen Lochungsmethoden auf die Festigkeitsverhältnisse ist besonders beim Fluſseisen studirt worden und zwar wurde immer der Steg der I-Träger gelocht, die Flanschen und ein Theil des Steges dann weggefräst. Die Löcher in die verschiedenen Versuchsstücke sind theils gebohrt, theils auf der Lochmaschine mit dem Stempel geschnitten worden. Bei einzelnen Stäben mit gestoſsenen Löchern wurden diese unmittelbar vor dem Versuche um 1mm ausgerieben. Die Proben mit dem Schweiſseisen sind jedoch wegen der höchst wechselnden Beschaffenheit des Stegmaterials von geringerem Interesse und die gewonnenen Ergebnisse zur Vergleichung nicht unmittelbar brauchbar. Sämmtliche Löcher erhielten 2cm,5 Durchmesser. Der Durchmesser des Stempels und der Matrize der Lochmaschine betrug 2cm,50 bezieh. 2cm,60. Von jedem Träger sind zwei Stäbe in genau gleicher Weise vorgerichtet worden; der eine Stab gelangte ohne weiteres, der andere stets in entsprechend ausgeglühtem Zustande zur Probe.

Die gebohrten Löcher waren durchweg tadellos, die durchgestoſsenen zeigten mehr oder weniger starke Schiefer. Die Oberfläche der durchgestoſsenen, nicht ausgeglühten Probestäbe in Fluſseisen zeigte in einigen Fällen eine merkwürdige Zeichnung. Man sah scharf ausgeprägt zwei Systeme gekrümmter Linienzüge, die, vom Lochumfange ausgehend, auf der Staboberfläche allmählich verliefen und welche sich oft, insbesondere in der Nähe des Loches, unter einem Winkel von ungefähr 90° schnitten. In Fig. 1 ist die Abbildung eines seitlichen, in Fig. 2 diejenige eines mittleren Loches mit den angrenzenden Linienzügen wiedergegeben.

Fig. 1., Bd. 261, S. 431
Fig. 2., Bd. 261, S. 431

Die Ergebnisse der im Vorstehenden näher bezeichneten Versuchsreihen sind nun folgende:

|432|

Zusammenstellung der Mittelwerthe der Zerreiſsproben.

Fluſseisen Schweiſseisen
Ort der Entnahme der Proben Flansche Steg Flansche Steg
Anzahl der ausgeführten Proben 30 30 30 30
Elasticitätsmodul k/qmm 21110 21000 20350 20530
Grenzmodul 23,1 25,1 14,4 13,9
Spannung an der Streckgrenze 28,0 32,1 24,4 23,6
Zugfestigkeit 42,4 46,9 37,6 34,6
Specifische Deformationsarbeit3) mk 12,7 13,1 9,1 3,6
Dehnung nach Bruch für 100mm % 32,6 29,9 25,7 11,8
„ „ „ „ 200mm % 26,3 24,1 22,3 10,7
Contraction % 57,4 52,0 32,7 16,2

Ergebnisse der Schweiſsproben.

Fluſseisen Schweiſseisen
Gesammtzahl der ausgeführten Schweiſsproben 30 30
Schlecht geschweiſste Proben (Proben mit
groben Schweiſsfehlern)

%

16,6

23,3
Besonders gut geschweiſste Proben
(Bruchfläche auſserhalb der geschweiſsten
Stelle


%


20,0


36,6
Im Vergleiche zum ungeschweiſsten Material
beträgt im Mittel: Abnahme der Spannun-
gen an der Streckgrenze


%


0,6


2,4
Abnahme der Zugfestigkeit % 0,6 0,4
„ „ Dehnung für 100mm % 33,1 10,4
„ „ spec. Deformationsarbeit % 35,1 13,7

Die verhältniſsmäſsig groſse Abnahme der Dehnung dürfte in der Hauptsache darin ihren Grund haben, daſs das Schweiſsen unter Anwendung gewöhnlicher Handhämmer erfolgte, es also auch nicht vermieden werden konnte, daſs die Schmiede die geschweiſsten Stücke bei abnehmender Temperatur richteten, streckten, kurz überschmiedeten. Das Fluſseisen ist aber gegen mechanische Einwirkungen sehr empfindlich, jeder Hammerschlag vermindert die Dehnbarkeit und erhöht die Festigkeit des Materials örtlich an der betreffenden Stelle. Das Schweiſseisen ist in dieser Hinsicht weniger empfindlich.

Aehnlich ist die Einwirkung des Härtens auf die Proben; dieselben sind auf Hellrothglut erhitzt und hierauf in kaltem Wasser plötzlich abgeschreckt worden. Es beträgt nämlich im Vergleiche mit dem ungehärteten Materiale die mittlere Zunahme:

Fluſseisen Schweiſseisen
Spannung an der Streckgrenze % + 39,3 + 8,0
Zugfestigkeit „ + 38,5 + 7,8
Dehnung für 100mm „ – 49,5 – 6,4
Contraction „ – 23,4 – 6,2
Specifische Deformationsarbeit „ – 29,7 – 1,8

Die gehärteten Fluſseisenproben vertrugen aber das Falten bei Kaltbiegeproben weit besser als die Schweiſseisenproben.

Die gröſste Beachtung verdient aber folgende Zusammenstellung der Durchschnittsergebnisse der Biegeproben an ganzen Gebrauchsstücken, die Spannungen in k/qmm angegeben:

|433|
Deutsches
Normal-Profil
Fluſseisen Schweiſseisen
Elasticitäts-
modul
Spannung an
der Elasticitäts-
grenze
Spannung an
der Bieggrenze
Spannung bei
der gröſsten
Tragkraft
Elasticitäts-
modul
Spannung an
der Elasticitäts-
grenze
Spannung an
der Bieggrenze
Spannung bei
der gröſsten
Tragkraft
Nr.
10 20000 27,0 35,0 45,0 19300 17,0 26,0 40,5
11 19810 26,5 34,3 44,3 19080 16,8 25,7 39,9
12 19620 26,0 33,6 43,6 18860 16,6 25,4 39,2
13 19420 25,5 32,8 42,8 18640 16,4 25,0 38,6
14 19230 25,0 32,1 42,1 18410 16,1 24,7 37,9
15 19040 24,5 31,4 41,4 18190 15,9 24,4 37,3
16 18840 24,0 30,7 40,7 17970 15,7 24,1 36,6
17 18650 23,5 30,0 40,0 17750 15,5 23,7 36,0
18 18460 23,0 29,3 39,3 17530 15,3 23,4 35,4
19 18260 22,5 28,6 38,6 17310 15,1 23,1 34,7
20 18070 22,0 27,8 37,8 17090 14,9 22,8 34,1
21 17880 21,5 27,1 37,1 16860 14,6 22,5 33,4
22 17690 21,0 26,4 36,4 16640 14,4 22,1 32,8
23 17490 20,5 25,7 35,7 16420 14,2 21,8 32,1
24 17300 20,0 25,0 35,0 16200 14,0 21,5 31,5
26 19,0 † 13,6 †

† Durch Interpolation bestimmt.

Auf Grund dieser Ergebnisse der Biegeproben an ganzen Gebrauchsstücken ist dann folgende Tabelle der zulässigen Inanspruchnahmek/qmm zusammengestellt, bei fester Sicherheit gegen Elasticitätsgrenze:

Deutsches
Normal-Profil
Fluſseisen Schweiſseisen
Sicherheitsgrad gegen Elasticitätsgrenze Sicherheitsgrad gegen Elasticitätsgrenze
1,4 bei fester
Belastung
1,7 bei
wechselnder
stoſsfreier
Belastung
2,0 bei Be-
lastungen mit
mäſsigen
Erschütterungen
2,5 bei Be-
lastungen mit
heftigen
Erschütterungen
1,4 bei fester
Belastung
1,7 bei
wechselnder
stoſsfreier
Belastung
2,0 bei Be-
lastungen mit
mäſsigen
Erschütterungen
2,5 bei Be
lastungen mit
heftigen
Erschütterungen
Nr.
10 19,3 15,9 13,5 10,8 12,1 10,0 8,5 6,8
11 18,9 15,6 13,2 10,6 12,0 9,9 8,4 6,7
12 18,6 15,3 13,0 10,4 11,9 9,8 8,3 6,6
13 18,2 15,0 12,7 10,2 11,7 9,6 8,2 6,6
14 17,8 14,7 12,5 10,0 11,5 9,5 8,0 6,4
15 17,4 14,4 12,2 9,8 11,3 9,3 7,9 6,4
16 17,1 14,1 12,0 9,6 11,2 9,2 7,8 6,3
17 16,8 13,8 11,7 9,4 11,1 9,1 7,7 6,2
18 16,4 13,5 11,5 9,2 10,9 9,0 7,6 6,1
19 16,1 13,2 11,2 9,0 10,8 8,9 7,5 6,0
20 15,7 12,9 11,0 8,8 10,6 8,8 7,4 6,0
21 15,3 12,6 10,7 8,6 10,4 8,6 7,3 5,8
22 15,0 12,3 10,5 8,4 10,3 8,5 7,2 5,8
23 14,6 12,1 10,2 8,2 10,1 8,3 7,1 5,7
24 14,3 11,8 10,0 8,0 10,0 8,2 7,0 5,6
26 13,6 11,2 9,5 7,6 9,7 8,0 6,8 5,4

Aus den Schlagproben geht hervor: 1) daſs das Thomasfluſseisen die dynamischen Belastungen, insbesondere zufällige Stoſswirkungen, mit mindestens gleicher Zuverlässigkeit als Schweiſseisen aufzunehmen und |434| zu übertragen vermag; 2) daſs kleine, zufällige Beschädigungen, Fehler u.s.w. beim reinen, weichen Thomaseisen bezüglich Stabilität und Sicherheit einer Construction keine gröſsere Gefahr als beim Schweiſseisen nach sich ziehen.

Die Lochungsproben lassen erkennen, daſs durch das Durchstoſsen der Löcher beim Fluſseisen die ursprüngliche Zugfestigkeit abgemindert wird; es wird am Lochumfange verdichtet und dadurch spröde; es muſs daher dort auch reiſsen, bevor die durchschnittliche Zugfestigkeit erreicht ist. Durch Ausglühen des durchstoſsenen Fluſseisens oder durch gleichmäſsiges Ausreiben der durchgestoſsenen Löcher um 1mm wird die ursprüngliche Festigkeit des Materials wieder hergestellt, während durch Bohren die Festigkeit des Thomaseisens nicht beeinfluſst wird.

Tetmajer kommt daher zur Schluſsfolgerung: „Aus vorstehenden Versuchsergebnissen geht zweifellos hervor, daſs das Stumm'sche Thomasfluſseisen sämmtliche Bedingungen erfüllt, um gegenüber dem Schweiſseisen der Brückenqualität als „hochwerthiger“ bezeichnet und kräftiger beansprucht werden zu können.“

E. M.

|428|

Bericht über die vergleichende Werthbestimmung einer Reihe deutscher Normalprofile in Fluß- und Schweißeisen. Ausgeführt durch Prof. L. Tetmajer. (Zürich 1885.) Der Bericht ist auch in dem 3. Hefte der Mittheilungen der eidgenössischen Prüfungsanstalten erschienen und kann von Meyer und Zeller in Zürich bezogen werden.

|429|

Die Beschreibung derselben ist u.a. in einer eigenen Druckschrift (München 1882. Buchdruckerei Dr. C. Wolf und Sohn) erschienen. Vgl. auch den Praktischen Maschinen-Constructeur, 1883 * S. 245.

|432|

Bezogen auf 1cc als Volumeneinheit.

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