LXXXV. Ueber Ausgleichung der Störungen, welche durch die Bewegung der einzelnen Maschinentheile in dem regelmäßigen Gang der Locomotiven bewirkt werden; von Lechatellier. Aus der Eisenbahn-Zeitung, 1849, Nr. 22. Lechatellier, über Ausgleichung der Störungen beim Gang der Locomotiven. Wir haben bereits (S. 154 in diesem Bande des polytechn. Journals) der Versuche erwähnt, welche in den Werkstätten der Eisenbahn von Paris nach Orleans über die von dem Ober-Ingenieur des Bergwesens Lechatellier vorgeschlagene Ausgleichung der Störungen angestellt wurden, welche durch die Bewegung der einzelnen Maschinentheile in dem regelmäßigen Gang der Locomotiven bewirkt werden. Hr. Lechatellier hat nun die theoretischen Untersuchungen, welche ihn auf gedachte Vorschläge leiteten, seine Vorschläge selbst und die Resultate der über dieselben angestellten Versuche in einer bei Matthias Augustin, Quai Malaquais Nr. 15 erschienenen Abhandlung über die Stabilität der Locomotiven veröffentlicht,Etudes sur la stabilité des machines locomotives en mouvement, in - 8° avec 2 pl. aus deren Inhalt wir Folgendes anführen: Die Störungen des Gleichgewichts einer in Gang gesetzten Locomotive sind hauptsächlich zwei Ursachen zuzuschreiben. Die erste derselben ist die Bewegung der Kurbelstangen. Diese theilen der Locomotive, indem sie dieselbe nach vorne zu überstürzen streben, zunächst senkrechte Schwankungen und eine galoppirende Bewegung mit; soferne die Kurbelstangen aber abwechselnd, bald auf der einen, bald auf der andern Seite der Maschine wirken, verursachen sie ein Hin- und Herwiegen nach beiden Seiten, welches, wenn auch Rahmen und Kessel der Locomotive diesen einseitigen Kraftäußerungen den nöthigen Widerstand leisten, gleichwohl an der Spitze des Rauchfanges deutlich wahrgenommen wird. Eine zweite Ursache der Gleichgewichtsstörung ist das Beharrungsvermögen der in dem ganzen System der Locomotive in relative Bewegung gesetzten Massen. Diese sind: die Kurbelachse, welche in gewissen Lagen ihres Umschwungs vermöge der Centrifugalkraft ein Bestreben entwickelt, die Treibachse bis auf einen gewissen Grad zu entlasten, mithin die Adhäsion der Treibräder auf den Schienen zu vermindern; die Kurbelstange, die Kolbenstange, der Kolben und die sie verbindende Schale erleiden durch die bei jedem halben Umschwung eintretende Dampfmenge einen Gegenstoß und äußern in Folge desselben auf die Treibachsenlager Wirkungen, welche in Verbindung mit der Bewegung der Treibachse selbst einerseits eine stampfende Erschütterung nach vor- und rückwärts, andererseits eine schlängelnde Seitenbewegung hervorbringen. Diese Störungen in dem regelmäßigen Gang der Locomotiven sind es nun, welche Hr. Lechatellier zuerst auf theoretischem Wege zu ermitteln und zu messen versucht hat. Ungeachtet der Schwierigkeiten und Verwickelungen, welche der Gegenstand darbietet, wußte er seinen Zweck stets durch die einfachsten Rechnungsmethoden zu erreichen und seine Untersuchungen, indem er sich ausschließlich der geometrischen Analyse bediente, jedem praktischen Ingenieur zugänglich zu machen. Es ist ihm zwar dieses Bestreben von gewissen strengen Mathematikern zum Vorwurf gemacht worden, aber gewiß mit Unrecht, denn bei Behandlung eines Gegenstandes der so vielfach und so tief in die Praxis eingreift, ist es offenbar von größerem Werth, sich einer allgemein verständlichen, als der streng wissenschaftlichen Sprache zu bedienen, für die Werkstätten der Praktiker, als für die Bibliotheken der Gelehrten zu schreiben. Ja es dürfte in dieser Hinsicht das Beispiel eines so anerkannt verdienstvollen Mannes der Wissenschaft, unseren Gelehrten im Allgemeinen zur Nachahmung empfohlen und ihnen der Rath ertheilt werden, ihre Speculationen durch möglichste Vereinfachung der angewandten Rechnungsmethoden auch dem Praktiker zugänglich zu machen, wenn sie dieselben nicht des größten, ja des einzigen Verdienstes der Anwendbarkeit berauben wollen. Nachdem Hr. Lechatellier die Natur der vorhandenen Gleichgewichtsstörungen bestimmt hat, macht er eine der Passagierlocomotiven der Nordbahn zum Gegenstand seiner Untersuchungen und gelangt durch dieselben zu folgenden Resultaten: Die Belastung der Vorderachse dieser Locomotiven beträgt in normalem Zustande 4000 Kilogr. Diese Belastung wird durch die galoppirende Bewegung der Locomotive bei jedem halben Umschwung der Achse um 700 bis 1100 Kilogr. vermindert. Bei den Locomotiven, von denen es sich hier handelt, kommt die Differenz von 400 Kilogr. nicht in Betracht, weil sie durch die Steifigkeit der hinteren Federn aufgewogen wird. Dagegen kann die Adhäsion der Treibräder auf den Schienen in Folge der Centrifugalkraft der excentrischen Theile der Kurbelachse etc. bei einer Fahrgeschwindigkeit von 76 Kilometer in der Stunde um 2500 Kilogr. vermindert werden. Die Belastung der Treibachse beträgt im normalen Zustande 7000 Kilogr., kann aber in Folge der oben angeführten Störungen je nach der Fahrgeschwindigkeit um 20 bis 25 Procent verändert werden. Die stampfende Erschütterung der Locomotiven erlangt bei großer Fahrgeschwindigkeit eine entsprechende Bedeutung. Sie wirft die Locomotive bei einer Geschwindigkeit von 76 Kilom. in der Stunde mit einer Kraft von 6000 Kilogr. in der Richtung der Bahnachse abwechselnd vor- und rückwärts und zwar etwa achtmal in der Secunde. Welchen zerstörenden Einfluß diese Bewegung auf die Kuppelung von Locomotive und Tender ausübt, ist leicht zu ermessen. Bisher hat man diesen Einfluß durch eine Feder zu schwächen gesucht; Hr. Lechatellier gibt, wie man weiter unten sehen wird, ein Mittel an, denselben gänzlich zu beseitigen. Die schlängelnde Bewegung kommt hinsichtlich ihres Kraftmaaßes der stampfenden gleich. Bei einer Fahrgeschwindigkeit von 16 Kilometern in der Stunde drückt sie die Locomotive mit einer Kraft von 6000 Kilogr. achtmal in der Secunde abwechselnd bald gegen den einen, bald gegen den andern Schienenstrang. Die Adhäsion der Radreife auf den Schienen in der Richtung der Radachsen und der Vorsprung der Spurkränze leisten allerdings dieser Bewegung den erforderlichen Widerstand, und verhindern dadurch das Derailliren der Locomotive, allein es ist leicht einzusehen, daß manche äußere Veranlassung, welche für sich allein nicht hinreichen würde die Locomotive aus dem Geleise zu bringen, in Verbindung mit der schlängelnden Bewegung der Locomotive einen solchen Unfall herbeiführen kann. Abgesehen hievon aber gewinnt die schlängelnde Bewegung durch den zerstörenden Einfluß, welchen sie auf Schienen und Locomotiven ausübt, Bedeutung. Das beständige Hin- und Herrücken der Räder auf den Schienen und das Andrücken der Spurkränze an die Schienenränder nützt die Räder in verhältnißmäßig kurzer Zeit ab. Durch die Gewalt, welcher sie zu widerstehen haben, werden die Achsen fortwährend nach verschiedenen Richtungen gebogen, geschwächt und dem Bruch nahe gebracht, die Achsenhalter gekrümmt, der Rahmen und die Verbindung des Kessels mit demselben, sowie überhaupt die ganze Construction der Locomotive erschüttert und allmählich gelockert. Außerdem ist die Reibung der Spurkränze an den Schienen bedeutend und vermindert die Zugkraft der Locomotive in dem Maaße, in welchem jene durch die schlängelnde Bewegung vermehrt wird. Nicht minder zerstörend wirkt diese schlängelnde Bewegung auf die Solidität des Oberbaues. Die Oberfläche der Schienen wird rasch abgenützt, der innere Rand derselben abgeblättert, die Befestigung der Schienen auf den Schwellen gelockert, die Spurweite verändert und die Schwellen selbst verrückt. Man sieht leicht ein, daß die Gleichgewichtsstörungen, welche bis hieher aufgezählt worden sind, und deren Werth Hr. Lechatellier auf dem Wege des Calculs bestimmt, durch eine Reihe von Umständen bedingt und modificirt werden, welche in der Construction der Locomotiven begründet sind. Auf diese Umstände muß daher auch bei Angabe der Mittel Rücksicht genommen werden, durch welche jene Störungen aufgehoben werden sollen. Die galoppirende Bewegung kann durch entsprechende Belastung der Vorderachse und hinreichende Steifigkeit der hintern Federn der Locomotive beseitigt werden. Die sechsräderigen Maschinen sind im Allgemeinen dieser Bewegung nicht oder nur wenig unterworfen, vorausgesetzt, daß der Maschinist nicht, um die Adhäsion der Treibräder auf den Schienen zu steigern, die vordern Räder zu sehr entlastet, in welchem Falle bei vorkommenden Unregelmäßigkeiten im Oberbau Gefahr des Deraillirens droht. Die Veränderungen der Belastung der Treibachse, welche durch die Centrifugalkraft der excentrischen Theile des Mechanismus entstehen, können durch Anbringung von Gegengewichten zwischen den Speichen der Räder der Stellung der Kurbel gegenüber völlig gehoben werden. Seit geraumer Zeit werden solche Gegengewichte von mehreren Constructeuren angewendet, indessen finden sich immerhin auch noch Locomotiven, an welchen sie fehlen. Die stampfende Bewegung hat man bisher nur durch verschiedene, zum Theil höchst ungenügende Correctivmittel zu beseitigen gesucht. Gewöhnlich hat man zwischen Locomotive und Tender eine Zugfeder angebracht, um die Stöße zu mildern. Diese Feder wirkt bald auf eine einfache Zugstange, bald kann der Maschinist sie mittelst einer Doppelschraube an harte oder gleichfalls gefederte Buffer andrücken. Hr. Lechatellier thut durch Berechnung dar, daß ein Gegengewicht, welches dem Gewichte des Kolbens, der Kolbenstange, sammt zugehörigen Theilen, der Kurbel und des Kurbelknopfes gleichkommt, und zwischen den Speichen der Räder angebracht wird, indem es eine der stampfenden Bewegung entsprechende Kraft in entgegengesetztem Sinne entwickelt, auch diese Störung vollkommen beseitigt. Dieses Gegengewicht ist nun weit bedeutender, als dasjenige, welches angewendet wird, um die Veränderungen in der Belastung der Treibachse zu beseitigen, und sollte daher diese Veränderungen im entgegengesetzten Sinn wieder herstellen. Indessen hat die Erfahrung gelehrt, daß dieser Umstand einmal keinerlei verderblichen Einfluß auf den Mechanismus der Locomotive ausübt, sodann überhaupt nur bei großen Geschwindigkeiten fühlbar wird, und die Adhäsion der Treibräder auf den Schienen in keinem bedenklichen Grade alterirt. Ein anderer Einwurf, welcher gegen die Anbringung dieser Art von Gegengewichten erhoben wurde, ist der, daß sie auf den Oberbau zerstörend einwirken; indessen kann hiegegen erinnert werden, daß die Zerstörung der Schienen weit weniger durch die verticale Belastung als vielmehr durch die schlängelnde Bewegung der Locomotiven bewirkt wird. Was nun endlich eben diese schlängelnde Bewegung betrifft, so können auf die Größe derselben eine Menge von Nebenumständen einwirken, welche theils in dem Zustand der Locomotiven liegen, wie z.B. Mangel an Parallelismus der Achsen, ungleicher Durchmesser der Räder, Abnützung der Radreife, schlechte Stellung der Kuppelstangen u.s.w. theils in dem Zustand des Oberbaues, wie z.B. das Profil der Schienen, mangelhafte Befestigung derselben u.s.w. Man hat verschiedene Mittel versucht, um diese Bewegung zu beseitigen, man hat die Entfernung der äußern Räderpaare vermehrt, um den Locomotiven einen breiteren und sichereren Stand zu geben – eine Anordnung, welche auf gerader Bahn wohl dem Zweck entspricht, in Krümmungen aber der leichten Bewegung der Maschine große Hindernisse bereitet. Man hat zwischen Locomotive und Tender gefederte Buffer angebracht, deren Zweck war, Seitenschwankungen zu verhindern, allein bei großer Fahrgeschwindigkeit reichte die Federkraft der Buffer nicht hin, in Krümmungen bewirkte sie eine für den sichern Gang gefährliche Steifigkeit zwischen Locomotive und Tender. Auf der Nordbahn hat man eine für diesen Zweck erdachte Vorrichtung versucht, welche, auf dem Tender angebracht, bei jeder Fahrgeschwindigkeit die schlängelnde Bewegung ziemlich gut beseitigt; allein auch diese Vorrichtung hat den Uebelstand, daß sie die freie Bewegung in Krümmungen und besonders das Einlausen in Weichen erschwert. Hr. Lechatellier hat daher versucht, das Uebel bei der Wurzel zu fassen und durch Berechnung dargethan, daß das Gegengewicht, welches zur Beseitigung der stampfenden Bewegung zwischen den Speichen der Räder angebracht wird, zugleich auch die Ursachen der schlängelnden Bewegung vollkommen hebt. Hienach bleiben nur noch diejenigen Ursachen von Gleichgewichtsstörungen zu beseitigen, welche durch sorgfältige und genaue Montirung und tadellose Instandhaltung der Locomotiven von selbst wegfallen. Wie bereits Eingangs erwähnt, blieb Hr. Lechatellier mit den Resultaten seiner Berechnungen nicht bei der Theorie stehen, sondern stellte auf der Nordbahn, sowie auf der Eisenbahn von Paris nach Orleans Versuche an, welche jene Resultate vollkommen bestätigten. Auf der Nordbahn erreichte eine mit Gegengewichten versehene Locomotive eine Fahrgeschwindigkeit von 90 Kilometern in der Stunde, während in Hinsicht der Stabilität und Sicherheit des Ganges nichts zu wünschen blieb. Man nahm vier Fünftheile der Gegengewichte weg und alsbald zeigte die Locomotive Schwankungen, welche mit wachsender Geschwindigkeit dermaßen zunahmen, daß die Spurkränze den Schienen Funken entlockten und die Fahrgeschwindigkeit ohne die äußerste Gefahr nicht über 50 Kilometer in der Stunde gesteigert werden konnte. Auf der Eisenbahn von Paris nach Versailles (r. U.) förderte die Locomotive Herkules ohne Gegengewichte auf einer Steigung von 1 : 200 – 24 Wagen mit einer Maximalgeschwindigkeit von 24 Kilometern in der Stunde. Dieselbe Locomotive, mit Gegengewichten versehen, erreichte mit derselben Last ohne Anstand eine Geschwindigkeit von 40 Kilometern in der Stunde. Abgesehen von der angehängten Belastung hatte man früher mit dieser Locomotive ohne Gefahr höchstens eine Geschwindigkeit von 30 Kilometern in der Stunde erreichen können; mit Gegengewichten versehen, legt dieselbe mit Leichtigkeit 60 Kilometer in der Stunde zurück. Daß durch mögliche Beseitigung aller Störungen des Gleichgewichts im Gange einer Locomotive andererseits namhafte Ersparnisse an Brennmaterialverbrauch erzielt werden können, leuchtet ein. Es wird schwer seyn eine einfachere und klarere Lösung des Problems anzugeben, welches das Interesse aller Eisenbahningenieure in so hohem Grade in Anspruch nimmt. Die vorgenommenen Versuche haben gezeigt, daß bei Anwendung der von Hrn. Lechatellier vorgeschlagenen Mittel die Stabilität der Locomotiven mehr als verdoppelt wird, auch haben seine Vorschläge auf beinahe allen französischen Eisenbahnen Aufnahme gefunden.