Titel: Die Anwendung des Tallowwood-Hartholzes im Eisenbahn- und Straßenbau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1907, Band 322 (S. 193–197)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj322/ar322069

Die Anwendung des Tallowwood-Hartholzes im Eisenbahn- und Straßenbau.

Von Regierungsbaumeister Jaehn in Bromberg.

Es ist eine interessante Tatsache, daß der Ursprung der heutigen Eisenbahnen in der erstmaligen Verwendung des Holzes im Straßenbau zu finden ist. Das Bestreben, Massengüter wie Kohle und Erze möglichst schnell und billig nach den Verladeplätzen, den Hafenanlagen zu befördern, hat den Anlaß dazu gegeben, in die ausgefahrenen Gleise der Straßen starke Holzbohlen zu legen, die man im weiteren Verlauf noch durch Querschwellen unterstützte. Damit war das Charakteristikum der Eisenbahn, nämlich die Spurbahn gegeben, deren Aufgabe es war, den Lauf der Fahrzeuge durch hölzerne und später metallene Stränge zu regeln, die Reibung zwischen Fahrzeug und Fahrbahn zu vermindern und somit die Leistungsfähigkeit der Beförderung zu erhöhen. Die hölzernen Längsbalken, auf denen die Räder liefen, nutzten sich sehr bald ab, ihre Auswechselung war umständlich und kostspielig und so lag es nahe, auf die mit den Querschwellen vorbundenen Langschwellen Bohlen aus härterem Holz zu nageln, die nunmehr als Fahrschiene dienten und leicht ausgewechselt werden konnten. Wenn nun auch bald infolge eigenartiger volkswirtschaftlicher Verhältnisse – der Ueberproduktion von Roheisen in England – mehr der Zufall als die Ueberlegung die Einführung der eisernen Schiene begünstigte, so bleibt doch diese wirtschaftlich wie technisch gerechtfertigte Anordnung der Verbindung von Weichholz mit Hartholz recht bemerkenswert. Wirtschaftlich war diese Anordnung, weil sie einen stark beanspruchten Konstruktionsteil aus einer Gesamtanordnung herausschälte, indem die Langschwelle durch zwei Teile, die härtere Fahrschiene von geringem Querschnitt und die weichere Unterstützungsschwelle, ersetzt wurde, wodurch sich der vorzeitige Abgang der Langschwelle, die ja hauptsächlich nur auf ihrer oberen Fläche besonders stark abgenutzt wurde, vermeiden ließ. Technich zweckmäßig muß diese Verbindung bezeichnet werden, weil durch Einführung der Hartholzfahrschiene ein Konstruktionsglied eingeführt wurde, dessen Aufgabe es war, den mechanischen Angriffen der rollenden Fahrzeuge wie den Einflüssen der Witterung besser Widerstand zu leisten, und die von den Rädern ausgeübten Drücke und Stöße elastisch und gleichmäßiger auf eine größere Fläche verteilt auf die Weichholzlangschwelle zu übertragen. Wir haben hier also das Urbild der Lastübertragung des Fahrzeuges auf den am schwächsten zu beanspruchenden Teil, den Baugrund, durch in der Beanspruchung abnehmende, aber an Fläche zunehmende Bauteile, somit eine Anordnung, welche insbesondere als vorbildlich für die Ausgestaltung des Eisenbahnoberbaues, des Straßenbaues und des Brückenbaues angesehen werden muß, und deren Parallelismus mit den letztgenannten Bauarten leicht aus nebenstehendem Schema ersichtlich wird:

Spurhahn Eisenbahnoberbau Straßenbau Brückenbau
Radlast Radlast Radlast Radlast
Hartholzfahrschiene Schiene Pflaster Fahrbahn
Weichholzlangschw. Unterlagsplatte Beton Hauptträger
Weichholzquerschw. Querschwelle Kies Auflager
Baugrund Bettung Baugrund Auflagerstein
Baugrund Widerlager
Baugrund

Wirtschaftliche und technische Erwägungen waren es also gewesen, welche auf die Anwendung des Hartholzes wegen der eigenartigen Beanspruchungen infolge der rollenden Lasten und infolge der Witterung hingewiesen hatten. Wenn nun auch im Laufe der Zeit durch die mannigfachen Tränkungsverfahren ein Mittel gegeben war, Weichhölzer, wie Kiefer, Lärche und Tanne in wirksamer Weise gegen Fäulnis zu schützen, dann aber ein einheimisches Hartholz, die Buche, überhaupt erst hierdurch für Eisenbahnzwecke verwendbar zu machen, so ist es dennoch bisher nicht gelungen, durch die Art der Lagerung und Befestigung der Schienen – gegenwärtig meist Unterlagsplatten und Schraubennägel – den mechanischen Zerstörungen wirksam derart vorzubeugen, daß das Auswechseln einer größeren Anzahl von Schwellen wegen äußerer Verletzungen nicht vor dem Verfaulen notwendig wurde; durch das neuerdings vielfach mit unbestrittenem Erfolg geübte Verfahren der „Verdübelung“ von Schwellen ist dieser Uebelstand allem Anschein nach behoben, und die weiteren Erfahrungen werden lehren müssen, ob die verdübelte Schwelle unbedingt der unverdübelten wirtschaftlich überlegen ist. Aehnlichen Beanspruchungen wie im Eisenbahnbau, allerdings in geringerem Maße, unterliegt das Holz bei seiner Verwendung im Straßenbau; auch hier spielen äußere Abnutzung und Fäulnis eine große Rolle. Es erscheint nun wünschenswert, eine Holzart ausfindig zu machen, die ohne Tränkung erfolgreich den genannten Einflüssen zu widerstehen vermag, und deren Beschaffungskosten sich nicht wesentlich höher als die des in jeder Hinsicht bestbewährten splintfreien Eichenholzes stellen. Soweit die bisherigen Erfahrungen ein Urteil zulassen, ist eine derartige Holzart in dem australischen Tallowwood-Hartholz gefunden, auf dessen besondere Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten im nachstehenden eingegangen werden soll.

Unter Tallowwood, deutsch auch „Talgholz“ genannt, und seinem engverwandten fast absolut gleichartigen Schwesterholz „Blackbutt (Eucalyptus patens)“ werden zwei australische Eukalyptusarten verstanden, und zwar „Eucalyptus microcarys“ und „Eucalyptus pillularis“; andere fälschlich gleichfalls mit dem Namen „australisches Tallowwood“ bezeichnete Hölzer von australischen und tasmanischen Gummibäumen, wie „Blue Gum“ oder „Spotted |194| gum“, oder Hölzer wie „Karri“ und „Jarrah“ besitzen nur in geringerem Maße die wertvollen Eigenschaften der erstgenannten beiden Eukalyptusarten, wenngleich gerade die beiden letztgenannten Holzarten wegen ihrer schätzenswerten Eigenschaften schon verschiedene Anwendungen im Ingenieurbau gefunden haben1).

Die Güte des Tallowwood ist wesentlich abhängig von dem Standort und dem Alter der Bäume; in Tälern gewachsenes Holz von jungen Bäumen wird nach längerer Lagerung rissig, während auf dem Gebirge langsam gewachsenes Holz von alten Bäumen eben erst nach zwei- oder mehrjähriger Lagerung die nachstehend beschriebenen besonderen Eigenschaften in hohem Maße aufweist.

Zunächst werden die Festigkeitseigenschaften des Tallowwood von besonderem Interesse sein, welche auf Antrag der Firma Staerker & Fischer zu Leipzig durch Materialprüfungen im Maschinenbaulaboratorium I der Kgl. Technischen Hochschule zu Dresden festgestellt worden und deren Ergebnisse hier zusammengestellt sind. Für die Unterstützung dieser Abhandlung durch freundliche Ueberlassung von Zeichnungen und Drucksachen sei der vorgenannten Firma an dieser Stelle verbindlichst gedankt.

Tabelle 1.

Textabbildung Bd. 322, S. 194

Das Raumgewicht, d.h. das Gewicht der Raumeinheit des Holzes mit seinen Hohlräumen, wurde an Würfeln von 70 mm Kantenlänge mittels der Auftriebmethode, sowie durch Ausmessen und Wiegen ermittelt. Tab. 1 enthält Mittelwerte aus einer Versuchsreihe von rund 30 Proben. Das Raumgewicht ergab sich in den einzelnen Zonen jeder Planke fast gleich. Die Tabellen werte beziehen sich auf den lufttrockenen Zustand, welcher für die schweren Eukalyptusarten bei 15–16 v. H. Feuchtigkeitsgehalt liegt.

Der Feuchtigkeitsgehalt wurde durch Trocknung der benutzten Probekörper im Vakuumtrockenapparat bis zu dem Zeitpunkt ermittelt, an welchem eine Gewichtsabnahme nicht mehr festzustellen war. Der Gewichtsverlust, ausgedrückt in Hundertteilen des Gewichtes der Probekörper bei absoluter Trockenheit, ergab sodann den Feuchtigkeitsgehalt der Probekörper.

Das spezifische Gewicht des Zellstoffes ergab sich zu 1,52–1,56.

Der Porositätsgrad, welcher angibt, wieviel Hohlraum das Holz für die Volumeneinheit besitzt, zeigt nur geringe Abweichungen. Der Porositätsgrad p ergibt sich aus der Beziehung

wobei r = Raumgewicht des Holzes

s = spezifisches Gewicht des Zellstoffes bedeutet.

Die Zugversuche wurden mit Stäben von 10 × 10 mm Querschnitt bei einer Maßlänge von 200 mm vorgenommen. Die Werte (in Tab. 1) sind Mittelwerte aus je vier Untersuchungen.

Für die Ermittlung der Zugfestigkeit wurden Würfel von 70 mm Kantenlänge, für die Ermittlung des Elastizitätsmoduls Parallelepipede von 50 × 50 mm Grundfläche und 100 mm Höhe benutzt. Die Körper waren so aus den Planken herausgearbeitet, daß je zwei Seiten in die Richtung der Tangente an die Jahresringe fielen. Die Druckbeanspruchung parallel zur Richtung der Holzfasern erfolgte bei drei Feuchtigkeitszuständen, dem gedarrten (2 v. H. Feuchtigkeitsgehalt), dem lufttrockenen (15 bis 16 v. H.) und dem durch viermonatliche Wässerung erzeugten Zustand (50–60 v. H. Feuchtigkeitsgehalt), Die über acht Monate ausgedehnte Wässerung brachte keine bemerkenswerte Festigkeitsverminderung gegenüber der viermonatlichen Wässerung hervor. Die Angaben der Tab. 1 sind Mittelwerte aus je vier Prüfungen. Die Angaben über Druckbeanspruchung senkrecht zur Richtung der Holzfasern, sowie über den Elastizitätsmodul beziehen sich auf den lufttrockenen Zustand.

Die Prüfung auf Biegungsfestigkeit wurde mit Balken von 70 × 70 mm Querschnitt und 1100 mm Länge vorgenommen. Die Stützweite der Balken bei der Prüfung betrug 1000 mm. Die Durchbiegungen wurden in 1/400 mm gemessen und aus den Durchbiegungen und den zugehörigen Belastungen der Elastizitätsmodul berechnet. Der Bruch wurde als eingetreten erachtet, wenn die Tragfähigkeit des Balkens aufhörte, d.h. nicht beim Eintritt der ersten Brüche einzelner Fasern. Die in der Tabelle enthaltenen Zahlen sind Mittelwerte aus je drei Untersuchungen.

Textabbildung Bd. 322, S. 194

Zur Ermittlung der Spaltfestigkeit und zwar in der Wölbfläche und im Spiegel dienten Körper nach der Nordlingerschen Form (Fig. 1) von 25 × 40 mm Spaltfläche und 110 mm Schenkellänge. Aus den Federungen und den Belastungen wurde die zum Spalten aufgewendete Arbeit ermittelt. Die Angaben in der Tabelle sind Mittelwerte aus je vier Prüfungen.

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Aus einer anderen Reihe Versuche, die sich gleichzeitig auf deutsche Kiefer und deutsche Eiche zur Gewinnung von Vergleichswerten erstreckten, wurden die in Tab. 2 zusammengestellten Bruchfestigkeiten ermittelt.

Tabelle 2.


Material

Biegung
Druck
parallel zur
Faser
Druck
senkrecht zur
Faser

Zug

Bemerkungen
Festigkeit in kg/qcm
Deutsche Kiefer 290 225 30 260 Die Biegungsversuche sind mit Balken von
150 cm Stützweite und einem Querschnitt 28 × 15 cm
vorgenommen. Zu den Druckproben wurden Würfel
von 12 cm Seitenlänge benutzt. Die Zugkörper
hatten einen quadratischen Querschnitt von 6 cm
Seitenlänge und waren im ganzen 75 cm lang.
Deutsche Eiche 580 300 80 620
Tallowwood 1090 580 125 915

Wie bereits aus Tab. 1 ersichtlich, sind die Festigkeitszahlen wesentlich abhängig vom Feuchtigkeitsgehalte: Die Festigkeit nimmt im allgemeinen erheblich ab mit wachsender Feuchtigkeit; mit zunehmender Lagerungszeit vergrößert sich die Druckfestigkeit bedeutend. Der Elastizitätsmodul ist für Druck nahezu unveränderlich. Für die Beurteilung der Festigkeit verschiedener Baustoffe ist außer dem Elastizitätsmodul die Kenntnis der Proportionalitätsgrenze und der Bruchgrenze von Wert. Aus den beiden letzteren Größen läßt sich die Annahme eines bestimmten Sicherheitskoeffizienten, der entweder dem Verhältnis oder dem Verhältnis entspricht, die zulässige Beanspruchung herleiten. In der Tab. 3 sind die in Frage kommenden Werte für Kiefer, Eiche, Buche und Tallowwood angegeben.

Tabelle 3.


Art
der Beanspruchung
Feuchtig-
keits-
gehalt
v. H.
Elastizi-
tätsmodul

kg/qcm
Proportio-
nalitäts-
grenze
kg/qcm
Buch-
grenze

kg/qcm
Kiefer
Zug
Druck
paralell zur Faser 13
18
90000
96000

155
790
280
Biegung 23 108000 200 470
Schub 25 45
Eiche
Zug
Druck
paralell zur Faser
108000
110000
475
150
965
345
Biegung 24 100000 215 600
Schub 75
Buche
Zug
Druck
paralell zur Faser
180000
169000
580
100
1340
320
Biegung 17 128000 240 670
Schub 85
Tallowwood
Zug
Druck
paralell zur Faser
225000
213000

1000
638
Biegung 16
(lufttrock.)
201500 357 1145
Schub 105

Unter Zugrundelegung der ministeriell festgesetzten zulässigen Beanspruchungen von Kiefern-, Eichen- und Buchenholz2) ist in entsprechender Weise die zulässige Beanspruchung für Tallowwood angenommen worden; die Vergleichswerte sind aus Tab. 4 ersichtlich.

Tabelle 4.


Holzart
Zulässige Beanspruchungen in kg/qcm auf
Zug Druck Schub
Kiefernholz 100 60 10
Eichenholz 100 80 20
Buchenholz 100 80 20
Tallowwood 200 160 30

Neben der großen Festigkeit muß die hohe Brennsicherheit des Tallowwoodholzes als eine seiner ausgezeichnetsten Eigenschaften gelten, die es für die Verwendung im Eisenbahnbau an den Stellen besonders geeignet erscheinen läßt, die dem Funkenwurf der Lokomotiven in erheblichem Maße ausgesetzt sind. Auch diese Eigenschaft ist durch Versuche nachgewiesen, welche die Firma Staerker & Fischer zu Leipzig durch das Königl. Materialprüfungsamt zu Groß-Lichterfelde ausführen ließ. Bei diesen Versuchen wurden, die Holzproben zwischen zwei etwa 80 cm hohen Mauern nebeneinander auf eisernen Bügeln liegend, 10–30 Minuten einem lebhaften auf einem Rost befindlichen Holzfeuer ausgesetzt. Die Hitze der Flamme wurde unmittelbar über den Proben mittels Pyrometers und zwischen den Proben und einer der Mauern durch Metallegierungen von bekannten Schmelzpunkten gemessen. Sie betrug etwa 600–1000° C. Nach 30 Minuten Brenndauer war z.B. Kiefernholz fast völlig verbrannt (Querschnittsverminderung 100 v. H., Gewichtsabnahme 85,2 v. H.), Eichenholz reichlich zur Hälfte verbrannt (Querschnittsverminderung 55,4 v. H., Gewichtsabnahme 54,6 v. H.), während Tallowwood nur 28,8 v. H. an Gewicht abgenommen hatte. Im weiteren Verlauf der Versuche zeigte sich ferner, daß Kiefern- und Eichenholz, nachdem sie aus dem Ofen herausgezogen und der unmittelbaren Flamme nicht mehr ausgesetzt waren, weiterbrannten, während Tallowwood nach dem Entfernen aus dem Ofen ohne weiteres erlosch. Die Gewichtsabnahmen sind alle auf einer Grundlage und zwar nach einer Brenndauer von 30 Minuten entnommen und in Tab. 5 zusammengestellt

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Textabbildung Bd. 322, S. 196
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Tabelle 5.



Holzart

Brenn-
dauer in
Minuten

Höchste
Temperatur C°

Gewichtsver-
lust durch
Abbrennen
v. H.
Gewichtsab-
nahme bei
90 Min. Brenn-
dauer und
1060° C
Kiefer 30 850–900 85,8 völlig verbrannt
Eiche 30 900 54,6 völlig verbrannt
Tallowwood 30 930–1060 28,8 56,7 v. H.

Einen Ueberblick über die Gewichtsabnahme infolge Abbrennens im Verlauf einer Brenndauer von 90 Minuten gibt die in Fig. 2 dargestellte bildliche Zusammenstellung der Verbrennungskurven. Die Widerstandsfähigkeit der Holzproben gegen Feuer ergibt sich, außer aus dem Gewichtsverlust durch Abbrand, ferner aus dem Aussehen der Schnittflächen, welche in den Fig. 3a bis 3d dargestellt sind, und der Verminderung dieser Querschnitte an unverbranntem Material.

Fassen wir die Ergebnisse der vorgenannten Versuche zusammen, so ergeben sich als besonders hervortretende Eigenschaften des Tallowwood: hohe Festigkeit, sehr große Widerstandsfähigkeit gegen Einflüsse des Wassers und Feuers und daher auch gegen Witterungseinflüsse jeder Art, wie Nässe und Trockenheit, Hitze und Kälte, schließlich eine durch jahrelange Erfahrungen (z.B. an Pflaster, Fußgängerbrücken und Treppen) erwiesene äußerst geringe Abschleifung. Die nachstehend beschriebenen Anordnungen werden zeigen, in welcher Weise diese Eigenschaften im Eisenbahn- und Straßenbau bisher nutzbar gemacht worden sind.

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(Fortsetzung folgt.)

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Vortrag des Eisenbahndirektors Froitzheim über „Australische Harthölzer“ im „Verein für Eisenbahnkunde zu Berlin“ am 8. November 1904 (Glasers Annalen“ 1905 S. 6).

|195|

Vorschriften der Bauabteilung des preuß. Ministeriums der öffentl. Arbeiten über die zulässigen Spannungen im Hochbau vom 16. Mai 1890 und Vorschriften der Berliner Baupolizei vom 21. Februar 1887 und 3. März 1899.

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