LXXXVIII. Beurtheilung der eisernen und gußstählernen Achsen für Eisenbahnen in ökonomischer Beziehung. Aus der Eisenbahnzeitung, 1853, Nr. 9. Beurtheilung der eisernen und gußstählernen Achsen für Eisenbahnwagen in ökonomischer Beziehung. Die Erfahrungen haben genugsam bestätigt, daß die eisernen Achsen der Eisenbahnfahrzeuge durch den Betrieb ihr Gefüge nach und nach verändern und zuletzt krystallinisch werden. Im Schmiedeeisen ist durch die Behandlung beim Frischen und durch das mehrfache Ausrecken entweder unter dem Hammer oder durch Walzen die spiegelige und körnige Textur des Roheisens in eine sehnige verwandelt worden – ein Zustand, der dem Eisen, so zu sagen, wider seine Natur angezwungen wird. Bei den unausgesetzten Erschütterungen und Stößen, welche die Eisenbahn-Wagenachsen im Betriebe erdulden müssen, mögen die einzelnen Atome wohl so viel freie Bewegung unter sich erhalten, daß sie sich nach und nach wieder in die ursprüngliche natürliche Lage im Roheisen verschieben. Die Haltbarkeit der eisernen Achsen wird durch diese Veränderung des Gefüges mit der Zeit des Gebrauches auch zweifelhafter, bis sie zuletzt im gewöhnlichen Betriebe zerbrechen. Hrn. Maschinenmeister Pellenz verdanke ich die Mittheilung, daß auf der rheinischen Bahn sehr ausgedehnte Beobachtungen und Versuche über die Haltbarkeit und Dauer eiserner geschmiedeter und gewalzter Achsen angestellt wurden, welche zu dem Urtheil geführt, daß die geschmiedeten Achsen ihr Gefüge viel schneller verändern als die gewalzten, und deßhalb auch früher ein Brechen vorkommt. Für die rheinische Bahn ist daher – Folge der Beobachtungen – als Regel aufgestellt worden, daß geschmiedete eiserne belgische Locomotivachsen nach Durchlaufung von 10,000 Meilen ausgewechselt werden, während gewalzte Bündelachsen bis 20,000 Meilen durchlaufen durften. Auch anderweite Erfahrungen sprechen für die Annahme, daß die eisernen Achsen mit Sicherheit nicht wohl über 20,000 Meilen durchlaufen dürfen. Die Gefahren, welche für den Eisenbahnbetrieb mit Achsenbrüchen verbunden sind, führten zu Versuchen mit Gußstahlachsen, welche die günstigsten Resultate gaben. Das Gefüge des Gußstahls spricht ebenso dafür, denn schon im Gusse sind die einzelnen Atome in ein körniges Gefüge zusammen getreten, welches durch das folgende Schmieden und Ausrecken wohl feiner und dichter wird, aber seine körnige Textur doch nicht verändert. Es ist daher auch anzunehmen, daß die Erschütterungen und Stöße, welche die Achsen im Betriebe zu erleiden haben, keine Veränderung in der Textur hervorbringen und daher auch keine nachtheilige Einwirkung auf die Haltbarkeit und Sicherheit solcher Achsen haben werden. Die Erfahrungen, welche in den königlichen Münzen zu Düsseldorf und Berlin an eisernen und Gußstahlwellen, Walzen und Achsen resp. Zapfen gemacht wurden, bestätigen dieß ganz; die eisernen zerbrachen in kurzer Zeit, während die aus Gußstahl gefertigten aushielten. Die heftigen Stöße beim Prägen, wahrscheinlich noch in Wechselwirkung mit der wechselnden Temperatur, als Folge der rotirenden Bewegung, Spannung und Stöße, müssen in den eisernen Wellen etc. die Textur und damit die Haltbarkeit so bald verändert haben. Ein Attest, welches die General-Münzdirection dem Gußstahlfabrikanten Hrn. Krupp zu Essen, auf Grund von zwanzigjährigen Beobachtungen und Erfahrungen über das Verhalten von eisernen und gußstählernen Walzen, Zapfen und Wellen ausgestellt hat, wird am Schlusse mitgetheilt. Die Rücksichten für die Sicherheit des Betriebes allein würden hiernach fordern, daß die eisernen Achsen verworfen und nur allein Gußstahlachsen verwendet werden. Sehr gewichtig legt sich aber der Kostenpunkt mit in die Waagschale und fordert eine genaue Calculation, wie sich in unmittelbar ökonomischer Beurtheilung die eisernen zu den Gußstahlachsen verhalten. Bevor wir zu dieser Vergleichung übergehen, dürfte jedoch die Frage zu stellen seyn, ob gehärtete oder ungehärtete Gußstahlachsen zu nehmen sind. Der Unterzeichnete sprach sich schon bei den in Berlin im Jahre 1850 von einer Commission der Versammlung deutscher Eisenbahntechniker angestellten Versuchen über die Festigkeit etc. der verschiedenen Achsen für Eisenbahnwagen dahin aus, daß das Härten der Gußstahlachsen eine sehr gefährliche Procedur für die Sicherheit und Dauer derselben sey. Beim Härten wird der glühende und dadurch im Volumen ausgedehnte Stahl zuerst auf der Oberfläche möglichst schnell abgekühlt. Je dicker das Stahlstück, desto mehr Zeit ist erforderlich bis die Abkühlung nach innen durch die ganze Masse dringt. Die äußeren zusammengezogenen Seiten treten dadurch gegen die innere Masse in eine Spannung, die sich schon bei Stücken von ganz geringen Dimensionen häufig in den sogenannten Härterissen und Sprüngen äußert, bei größeren Stücken wohl ein förmliches Auseinanderspringen bedingt, oder durch das Zusammenpressen der sich nicht so schnell abkühlenden innern Masse, in dieser Verschiebungen bedingt, die auch innere Härtebrüche verursachen, während die Oberfläche unversehrt erscheint. Ist in einem gehärteten Stücke die Cohäsion der Stahltheilchen unter sich größer, als die durch das Härten verursachte innere Spannung, so bleibt das Stück zwar ganz, allein die einmal hineingebrachte Spannung wirkt doch fort, und manchmal genügte schon eine geringe Erschütterung von außen her, daß ein solches Stück lange nach der Fertigstellung unversehens und also so zu sagen ohne äußere Veranlassung zersprang oder zerbrach. Wie hoch die innere Spannung sich stellt, wie viel sie von der innern Festigkeit des Stahls für sich in Anspruch nimmt, wie viel oder wie wenig sie davon gegen äußere Einwirkungen übrig läßt, das kann keinem Stücke angesehen werden. Durch Anlassen des gehärteten Stückes wird die Spannung nicht gehoben und was im Innern oder an der Oberfläche gesprungen ist, bleibt unganz. Das Härten ist daher immer eine gefährliche Procedur und sollte nur da angewendet werden, wo zu bestimmten Zwecken einzelne durch das Härten bedingte Veränderungen des Stahles gerade vorwiegend gebraucht werden, z.B. Federkraft. Auch dabei werden starke Dimensionen für die Sicherheit immer nachtheilig seyn und leicht Bruch verursachen; ein Uebelstand, der sich bei den starken Federn aus einem Stücke, den sogenannten Parabelfedern, auch zeigt, abgesehen davon, daß denselben mit Sicherheit auch nicht so viel freies und leichtes Spiel zugemuthet werden darf, wie anderen aus mehreren Blättern bestehenden Federn. Die Versuche in Berlin 1850 haben gezeigt, daß die gehärteten Gußstahlachsen eine höhere Torsionsgränze haben und gegen Torsionen größeren Widerstand leisten als die ungehärteten. Andere Vorzüge wurden nicht ermittelt, im Gegentheil beim Abschlagen der Schenkel zeigten die gehärteten Achsen eine viel geringere Zuverlässigkeit in sehr ungleicher Festigkeit. Die höhere Widerstandsfähigkeit gegen Torsionen kann für den Eisenbahnbetrieb aber nicht so wichtig gehalten werden, daß es gerechtfertigt werden könnte, dafür von der sonstigen größeren Festigkeit und Sicherheit der ungehärteten Achsen auch nur etwas zu opfern. Die eisernen Achsen haben sich, was die Widerstandsfähigkeit gegen Torsionen anbelangt, für den Eisenbahnbetrieb schon ausreichend fest bewährt, die ungehärteten Gußstahlachsen, mit ihrer viel größeren Torsionsgränze, sind daher vollkommen genügend. Die Erzielung einer noch höheren Torsionsgränze durch das Härten kann daher nur als nachtheilig und verwerflich erkannt werden. Die Erfahrungen stimmen mit dem vorstehend Gesagten auch ganz überein. Auf der Köln-Mindener Bahn sind seit 1849 ungehärtete Gußstahlachsen im Betriebe, bis jetzt schon über 500 Stück, und noch ist kein Bruch vorgekommen oder sonst etwas zu tadeln gewesen. Auf Bahnen, welche gehärtete Gußstahlachsen eingeführt haben, sind Brüche aber mehrfach vorgekommen und nichts Unerhörtes mehr. In der weitern Beurtheilung lassen wir die gehärteten Gußstahlachsen ganz fallen, und halten nur an die ungehärteten, die sich als altes Material im Preise auch höher calculiren, denn der Fabrikant Fr. Krupp zu Essen übernimmt die Verpflichtung, die von ihm gelieferten, verbrauchten ungehärteten Gußstahlachsen jederzeit dem halben Gewichte nach durch neue zu ersetzen, der Werth des alten Materials ist also mit dem halben Werth der neuen Achsen in Rechnung zu bringen. Für die neuen ungehärteten, ganz fertig gedrehten und genutheten Gußstahlachsen stellt Fr. Krupp den Preis bei größeren Lieferungen zu acht Silbergroschen per Pfund. Der folgenden Calculation wird dieser Preis zu Grunde gelegt und für das Material der verbrauchten Achse per Pfund vier Silbergroschen gerechnet. Die eisernen gewalzten Achsen ganz fertig gedreht und genuthet, kosten à 1000 Pfd. 80–85 Thlr.; der Satz von 80 Thlr. soll in der folgenden Calculation aufgenommen werden, die unbrauchbaren eisernen Achsen die 1000 Pfd. zu 20 Thaler. Auf die Dauer der Gußstahlachsen werden die durchlaufenen Meilen keine Einwirkung haben, denn eine Veränderung des Gefüges wird nicht angenommen. Unbrauchbarwerden durch äußere abnorme Veranlassungen, z.B. Verderben der Schenkel durch mangelhaftes Schmieren etc., kann den Achsen auch nicht zur Last gesetzt werden, es darf daher nur die Abnutzung der Schenkel im gewöhnlichen Betriebe maaßgebend seyn. Diese Abnutzung ist zwar von den durchlaufenen Meilen abhängig, jedoch wie die Erfahrung lehrt, so geringfügig, daß eine Feststellung nach Meilen zu ungeheuren Zahlen führen müßte. Um in der späteren Rechnung aber eine Gränze aufnehmen zu können, wird die Annahme, daß die Abnutzung selbst beim stärksten Betriebe nicht vor zwanzig Jahren zur Unbrauchbarkeit führen kann, nicht zu günstig für die Gußstahlachsen erachtet werden. Die Dauerzeit der ungehärteten Gußstahlachsen soll daher zu zwanzig Jahren in Rechnung gebracht werden. Für die eisernen Achsen wird die Dauerzeit auf durchlaufene 20,000 Achsmeilen genommen. Zur Anwendung auf die Praxis wird die Berechnung aber mit Rücksicht auf verschiedene Wagengattungen geführt werden, je nachdem diese gruppenweise im gewöhnlichen Betriebe mehr oder weniger gebraucht werden, die Achsen unter denselben per Jahr also mehr oder weniger Meilen durchlaufen. Aus den von sämmtlichen Wagen einer Gruppe im Jahre durchlaufenen Achsmeilen für die Rechnung per Wagen resp. Achse die Durchschnittszahl zu nehmen, würde zwar rechnungsmäßig richtig, in praktischer Anwendung auf den Betrieb aber nicht durchzuführen seyn. Um für die Praxis haltbare Resultate zu erzielen, werden von den verschiedenen Gruppen diejenigen Wagen als Anhalt genommen werden müssen, welche im Jahre häufiger zum Gebrauch kommen, also die mehreren Achsmeilen durchliefen. Die Dauerzeit der eisernen Achse nach Jahren, und danach per Betriebsachse der Verbrauch in zwanzig Jahren ergibt sich: A. für Wagen, von welchen eine Mehrzahl im Jahre bis zu 10,000 Achsmeilen durchlaufen (Personenwagen) auf zwei Jahre, in zwanzig Jahren also 10 Achsen; B. für Wagen, welche zur Mehrzahl jährlich bis 8500 Achsmeilen durchlaufen, 2 1/2 Jahre, in 20 Jahren also 8 Achsen; C. für Wagen, welche zur Mehrzahl jährlich bis 6000 Achsmeilen durchlaufen, 3 1/3 Jahre, in 20 Jahren also 6 Achsen; D. für Wagen, welche zur Mehrzahl jährlich bis 4000 Achsmeilen durchlaufen, 5 Jahre, in 20 Jahren also 4 Achsen; E. für Wagen, welche zur Mehrzahl jährlich bis 2000 Achsmeilen durchlaufen, 10 Jahre, in 20 Jahren also 2 Achsen; F. für Wagen, welche noch weniger laufen, in 20 Jahren also eine und weniger Achse. Die Gußstahlachse zu 231 1/2 Pfd. schwer, à Pfd. 8 Sgr., kostet 61 Thlr. 22 Sgr. Diese 61 Thlr. 22 Sgr. geben in 20 Jahren zu 4 Proc. Zins auf Zins 135 Thlr. 15 Sgr. 9 pf. Davon ab: Werth der abgenutzten Achse zu 230 Pfd. à 4 Sgr. 30    „ 20  „ –  „ ––––––––––––––––– Die Gußstahlachse absorbirt in 20 Jahren also 104 Thlr. 25  „ 9 pf. rund 105 Thlr. Ad. A. Die gewalzte eiserne Achse, zu 250 Pfd. angenommen, à 1000 Pfd. 80 Thlr., kostet 20 Thlr, gibt in zwei Jahren à 4 Procent Zins auf Zins 21 Thlr. 19 Sgr. – pf. Davon ab: Werth der ausgenutzten Achse à 248 Pfd.und 1000 Pfd. 20 Thlr. 4     „ 28  „ 10 „ –––––––––––––––– Die eiserne Achse absorbirt in 2 Jahren also 16 Thlr. 20 Sgr. 2 pf. oder 16,7 Thlr. In 20 Jahren müßte die eiserne Achse 10mal erneuert werden, wodurch an Werth absorbirt wird: Für die erste Achse nach Ablauf der ersten zwei Jahre 16,7 Thlr. absorbirt, 18 Jahre      zu 4 Proc. Zins auf Zins   33,831 Thlr. für die zweite Achse 16,7 Thlr. 16 Jahre à 4 Proc. Zins auf Zins   31,279   „    „      dritte      „ 16,7   „ 14 „ à 4   „       „     „     „   28,919   „    „      vierte     „ 16,7   „ 12 „ à 4   „       „     „     „   26,737   „    „      fünfte     „ 16,7   „ 10 „ à 4   „       „     „     „   24,72     „    „      sechste   „ 16,7   „   8 „ à 4   „       „     „     „   22,855   „    „      siebente  „ 16,7   „   6 „ à 4   „       „     „     „   21,082   „    „      achte      „ 16,7   „   4 „ à 4   „       „     „     „   19,537   „    „      neunte    „ 16,7   „   2 „ à 4   „       „     „     „   18,021   „    „      zehnte    „   16,7       „ –––––––––– Im Ganzen 243,681 Thlr. Ad B. Die eiserne Achse bei 2 1/2 Jahr Dauerzeit, absorbirt 17,1 Thlr. durch achtmalige Erneuerung in 20 Jahren werden im Ganzen absorbirt 197,6 Thlr. Ad C. Die eiserne Achse bei 3 1/2 jähriger Dauer, absorbirt 17,83  „ durch sechsmalige Erneuerung werden in 20 Jahren absorbirt 151,59  „ Ad D. Bei 5jähriger Dauer absorbirt die eiserne Achse 20,4    „ durch viermalige Erneuerung in 20 Jahren im Ganzen 106,42  „ Ad E. Bei 10jährige Dauer absorbirt die eiserne Achse 25,66  „ durch zweimalige Erneuerung in 20 Jahren im Ganzen   63,63  „ Ad F. Bei 20jähriger Dauer   17,1    „ Aus der Vergleichung der durch diese Rechnung erzielten Resultate ergibt sich, daß für die Wagengattungen ad A. B. C. und D., also für alle Wagen, welche per Jahr nur 4000 Meilen durchlaufen, die Verwendung von Gußstahlachsen, trotz des höhern Ankaufpreises, doch unmittelbar noch ökonomischer ist, als die der eisernen Achsen. Die Vortheile der höhern Sicherheit, geringeren Reibung, geringeren todten Last, Vermeidung von Störungen durch Auswechseln etc. sind für die Gußstahlachsen außerdem noch in Anschlag zu bringen. Dortmund, im Januar 1853. Neesen,                          Vorsteher der Wagen-Verwaltung der Köln- Mindener Eisenbahn-Gesellschaft.        Zeugniß. An Herrn Fr. Krupp zu Essen in Rheinpreußen. Ew. Wohlgeboren haben in dem gefälligen Schreiben vom 22. v. M. den Wunsch ausgesprochen, von uns eine Aeußerung über das Verhalten der an die königlichen Münzstätten gelieferten Walzen und anderen Maschinenstücke aus Gußstahl zu erhalten, welche wir mit um so größerem Vergnügen im Nachstehenden abgeben, als wir in deren Anwendung vollständige Befriedigung erlangt haben. Gußstahlwalzen Ihrer Fabrik sind bei der 1848 eingegangenen Münzstätte zu Düsseldorf während eines Zeitraums von 28 Jahren im Bahndurchmesser von 3 1/2'' und im Zapfendurchmesser von 2'', bei der Hauptmünzstätte zu Berlin während eines Zeitraums von 16 Jahren im Bahndurchmesser von 4 1/8'' und Zapfendurchmesser von 2 1/8'', sowie in einer Bahnbreite von 2 1/8'' zum Strecken der Münzmetalle, neben anderen Walzen aus Schweißstahl und aus Harteisen in Anwendung gekommen. Während der ganzen Zeit haben sich Ihre Gußstahlwalzen stets an allen Stellen gleichartig gezeigt, es ist an keiner einzigen ein Zapfenbruch und die Unbrauchbarkeit nur durch Abnützung nach langem Gebrauch und wiederholtem Abschleifen eingetreten. Dagegen ist bei den früher und auch gleichzeitig noch benutzten gleich großen Walzen mit einer Bahn aus Schweißstahl und eisernen Zapfen öfters ein Zapfenbruch vorgekommen. Außer diesen kleineren Walzen sind aber auch ein Paar größere Gußstahlwalzen Ihrer Fabrik von 8'' Bahndurchmesser, 5'' Bahnbreite und 4 1/2'' Zapfendurchmesser bei der hiesigen Hauptmünzstätte ein ganzes Jahr hindurch versuchsweise im Gebrauch gewesen, ohne daß irgend eine nachtheilige Veränderung an denselben hat wahrgenommen werden können. Die Anwendung Ihres Gußstahls zu Maschinenstücken geschah ebenfalls zuerst in der vormaligen Düsseldorfer Münzstätte. Es hatte sich nämlich bei den dort eingeführten, wegen des Moments des Durchstoßens bei 180 bis 200 Umdrehungen in der Minute, einer starken Erschütterung ausgesetzten, rotirenden Durchschnittmaschinen wiederholt gezeigt, daß die aus Schmiedeisen gefertigten Krummachsen nach einiger Zeit zerbrachen und, bei aller Vorsicht in der Anfertigung, doch nicht haltbar blieben. Dieser Uebelstand gab Veranlassung, die Krummachsen der Durchschnittmaschinen aus Ihrem Gußstahl anfertigen zu lassen, und es wurde dadurch nicht bloß vollständige Haltbarkeit, sondern auch, da die Gußstahl-Krummachsen dünner als die schmiedeisernen gehalten werden konnten, und der Gußstahl größere Dichtigkeit als Eisen besitzt, zugleich eine bedeutende Verminderung der Reibung erzielt. Dieselbe Erfahrung wurde in der hiesigen Hauptmünzstätte an verschiedenen Krummachsen und anderen Maschinenstücken gemacht und führte dahin, nicht nur die Krummachsen an den rotirenden Durchschnittmaschinen und Uhlhorn'schen Prägmaschinen, sondern auch die eingeschliffenen Kniescheiben oder Halbkugeln unter den Prägestempeln, die Einsenkringe für große Stempel (welche aus Eisen öfters zersprangen) und selbst in neuester Zeit die Schraubenspindel zum größten Medaillen- und Einsenk-Prägewerk von 2 3/4 Fuß Länge und 7'' Durchmesser, da die Prägewerkspindeln eine größere Widerstandsfähigkeit besitzen müssen und eiserne nach längerem Gebrauch brüchig geworden waren, wie auch noch andere Maschinentheile aus Gußstahl darzustellen. Alle diese Maschinenstücke haben sich bis jetzt gut gehalten. Wir können demnach bezeugen, daß in unseren Münzstätten die aus Ihrem Gußstahl gefertigten Walzen, Krummachsen, Senkringe, Spindeln und andere, der Reibung und starkem Druck ausgesetzte Maschinentheile, wenn auch in der ersten Anschaffung theurer, mit der Zeit bedeutende Vortheile und Vorzüge vor den aus Eisen bestehenden, namentlich in der Haltbarkeit, Ausdauer und verminderten Reibung gewährt haben, und daß wir nach solchen Erfahrungen auch für die Folge die bezeichneten Maschinenstücke aus Gußstahl anfertigen zu lassen Bedacht nehmen werden, sowie zur Anwendung sehr empfehlenswerth erachten. Berlin, den 20. December 1852. Die General-Münz-Direction.          gez. Noelle.       gez. Kandelhardt.