VII. Ueber magnetische Friction und ihre moͤgliche Anwendung auf Eisenbahnen; von Prof. Weber.Resultate aus den Beobachtungen des magnetischen Vereins im J. 1840 , Leipzig, Weidmann, 1841, S. 46–58. Weber, über magnetische Friction und ihre mögliche Anwendung auf Eisenbahnen. Wenn man zwei Magnete mit denjenigen Theilen ihrer Oberfläche in Berührung bringt, auf denen nach der idealen Vertheilung des Magnetismus die Dichtigkeit des freien magnetischen Fluidums am größten ist, und zwar auf der einen die des nördlichen, auf der andern die des südlichen Fluidums, so ziehen sich die beiden Magnete mit der größten Kraft an. Ist die Berührungsfläche horizontal, so kann der untere Magnet mit kleineren oder größeren Gewichten belastet werden, die nebst seinem eigenen Gewichte getragen werden, ohne daß sie eine Trennung der beiden sich anziehenden Magnete zu bewirken vermöchten. Gewöhnlich nimmt man zu diesen Versuchen einen Hufeisenmagnet, mit dessen beiden nach Unten oder Oben gekehrten Endflächen ein Stük weiches Eisen in Berührung gebracht wird, welches man die Vorlage nennt, und welches bekanntlich durch diese Berührung mit einem Magnet selbst in einen Magnet verwandelt wird. Nach dem größten vom Magnet getragenen Gewicht wird dann das Tragvermögen des Magnets geschäzt. Statt eines Hufeisenmagnets gebraucht man oft auch ein Hufeisen von weichem Eisen, welches mit einem diken Kupferdraht umwunden wird, durch welchen ein galvanischer Strom geht, der das weiche Eisen magnetisch macht. Die Wirkung des Magnetismus ist bei allen diesen Versuchen eine doppelte: erstens eine unmittelbare, welche die Entfernung der sich berührenden Flächen hindert und durch das Tragvermögen bestimmt wird; zweitens eine mittelbare, welche die Verschiebung der sich berührenden Flächen aneinander hindert, und welche die magnetische Friction heißen möge. Da meist nur die erste dieser beiden Wirkungen betrachtet zu werden pflegt, so soll hier die Aufmerksamkeit besonders auf die zweite gewandt werden, welche in der That nicht weniger Beachtung verdient wie jene. Ein durch den galvanischen Strom magnetisirtes weiches Hufeisen wird, wenn es die Peripherie eines eisernen Rads berührt, gleich einem Sperrhaken, die Drehung desselben hindern, so lange bis die magnetische Friction überwunden wird. Umgekehrt, wenn man die Peripherie eines Rades mit solchen Hufeisen dicht besezte und es auf einem anderen eisernen Rade oder auf einer eisernen Schiene rollen ließe, so würden beide Räder oder jenes Rad und diese Schiene sich eben so, wie wenn sie gezähnt wären, gegen einander verhalten; die magnetische Friction würde verhindern, daß ein Rad ohne das andere sich bewegte, oder daß das Rad auf der Schiene gleitend sich verschöbe, wovon man in vielen Fällen eine nüzliche Anwendung machen kann. Die meisten und stärksten Magnete, die man bisher dargestellt hat, erhielten entweder die Gestalt eines geraden oder hufeisenförmig gekrümmten Stabs und hießen darnach Stabmagnete und Hufeisenmagnete. Diese Formen der Magnete sind besonders vortheilhaft, wenn man sie durch Streichen mit anderen Magneten magnetisirt. Bedient man sich aber zum Magnetisiren der Kraft eines galvanischen Stroms, so kann man Eisenmassen von anderer Form mit gleichem Erfolge magnetisiren, und zwar so, daß in den verschiedenen Theilen der Eisenmasse die magnetischen Flüssigkeiten nach sehr verschiedenen Richtungen geschieden werden. Auf diese Weise läßt sich zum Beispiel, wie im Folgenden gezeigt werden soll, ein eisernes Rad so magnetisiren, daß seine Peripherie eine stetige Folge von Hufeisenmagneten bildet, deren Nordenden und Südenden zusammengenommen zwei Kreise bilden, die einander parallel sind und deren Mittelpunkte in der Radachse liegen. Ein so magnetisirtes eisernes Rad möge ein Radmagnet heißen. Man bilde einen Ring von weichem Eisen, welcher den Radkranz darstelle, und der, wie zu einem Schnurlauf, mit einer tiefen Rinne und mit einer Einfassung von Holz oder Messing versehen ist, durch welche noch zwei andere parallele Rinnen zu beiden Seiten des eisernen Ringes gebildet werden. In diesen drei Rinnen winde man einen umsponnenen Kupferdraht um das Rad so auf, daß ein durch den Draht geleiteter galvanischer Strom in der mittelsten Rinne nach entgegengesezter Richtung wie in den beiden äußeren um das Rad herumgeht. Um den Kupferdraht aus einer Rinne in die andere überzuleiten, ohne ihn über die vorspringenden Reifen des eisernen Radkranzes wegzuführen, versehe man leztere mit einer Kerbe oder mit einem kleinen Loch, in die der übergehende Draht eingelegt wird. Die beiden Drahtenden werden zu zwei von einander isolirten Zapfen geführt, welche die Radachse bilden und mit den Polen einer galvanischen Säule in Verbindung gebracht werden. Bei einem Versuche mit einem Radmagnete von 147 Millim. Durchmesser wirkten acht Daniell'sche Becher, von denen jeder 2 Decim. Kupferfläche hatte, und es wurde eine magnetische Friction von 14 Kilogr. beobachtet. Da man Mittel besizt, viel stärkere Ströme mit kleineren Apparaten hervorzubringen und die Friction dem Quadrate der Stromstärke proportional wächst, so läßt sich übersehen, daß es nicht schwer fallen wird, diese Friction auf mehrere Centner zu steigern. Besondere Beachtung verdient bei der Betrachtung des beschriebenen Radmagnets der Unterschied zwischen Schiebung und Rollung des Rades auf der Eisenschiene oder auf dem Rande eines andern Rades. Wie der Gebrauch der Räder voraussezt, daß die Schiebung ganz oder fast ganz gehindert sey, so fordert er dagegen, daß die Rollung ganz oder fast ganz frei bleibe. Hiebei zeigt sich nun vorzüglich der Vortheil, den die beschriebene stetige Magnetisirung des ganzen Radkranzes vor der Besezung der Peripherie des Rads mit einzelnen noch so dicht aneinander liegenden Hufeisenmagneten voraus hat; denn im leztern Falle müßte jeder Hufeisenmagnet, welcher die eiserne Schiene berührte, beim Weiterrollen des Rades mit großer Kraft abgerissen werden, wodurch die Rollung sehr erschwert werden würde; bei unserm stetig magnetisirten Rade dagegen halten die magnetischen Kräfte vor und hinter der berührten Stelle einander das Gleichgewicht, so daß der geringste äußere Anstoß das Fortrollen des Rades bewirken kann, wie aus folgenden Versuchen hervorgeht. Die eiserne Schiene, mit welcher das Rad in Berührung gebracht werden sollte, wurde auf eine horizontale Unterlage befestigt, welche, während das Rad darauf stand, langsam vorwärts oder rükwärts geneigt werden konnte, bis das Rad zu rollen begann. An den beiden von einander isolirten Zapfen des Rades, welche die Radachse bildeten und mit den Enden des um das Rad gewundenen Kupferdrahts verbunden waren, waren zwei bewegliche Ringe angebracht, von denen die Leitungsdrähte senkrecht in die Höhe und dann zu den beiden Polen der Säule führten. Die Säule konnte geöffnet und geschlossen werden, ohne in der Lage der mit dem Rad verbundenen Drähte etwas zu ändern. In 730 Millimeter Entfernung von der Drehungsachse der horizontalen Unterlage wurde eine verticale Millimeterscale angebracht, um den Unterschied der Neigung zu messen, wenn das Rad vorwärts und rükwärts zu rollen begann. Folgende Tafel enthält die Resultate der abwechselnd bei geschlossener und nicht geschlossener Säule gemachten Versuche:        geschlossen       ungeschlossen vorwaͤrts ruͤkwaͤrts     vorwaͤrts ruͤkwaͤrts 55mm 38mm     48mm 45mm 54 –     48 45 55 38     48 45 55 38     48 45 55 38 55 – Mittel 54mm 8 38mm 0     48mm 0 45mm 1 Unterschied 16mm 8 2mm 9 Aus diesen Versuchen ergibt sich nun der hemmende Einfluß, welchen die magnetische Kraft auf die Rollung des Rades ausübte Textabbildung Bd. 86, S. 25 wo 8500 Kilogr. das Gewicht des Rades ist, während die Friction 14000 Kilogr. betrug, woraus hervorgeht, daß die Rollung des Rades durch die magnetische Friction nicht mehr gehemmt wurde, als wenn dieselbe Friction durch ein größeres Gewicht des Rades hervorgebracht worden wäre. Nur eine Anwendung des eben beschriebenen und untersuchten Radmagnets möge hier erwähnt werden, die sich Jedem von selbst darbietet, welcher die Grundbedingung beachtet, wovon die Wirksamkeit des Radmagnets abhängt. Seine Wirkung soll darin bestehen, daß er auf einer eisernen Unterlage oder Eisenbahn frei rollen, aber nicht gleiten könne. Die Grundbedingung dieser Wirksamkeit ist also das Vorhandenseyn einer Eisenbahn, da sie zu diesem Zweke nicht erbauet werden wird. Wenn aber solche Bahnen in großem Maaßstabe vorhanden sind, so scheint es wohl der Frage werth, ob das Eisen nicht auch durch seine magnetischen Eigenschaften, durch die es vor allen Körpern in der Natur ausgezeichnet ist, dem Zweke dieser Anlagen dienen könne; eine Frage, die meines Wissens bisher weder aufgeworfen noch beantwortet worden ist. Es fragt sich also, ob und wann der Fall bei Eisenbahnen vorkomme, daß die Räder auf den Bahnen gleiten und dadurch ihren Dienst ganz oder theilweise versagen; ferner ob in solchen Fällen die die Gleitung hemmende magnetische Kraft ausreichen würde, um den Mangel der gleitenden Reibung vollständig zu ersezen. Die Beantwortung der ersten Frage ist solchen Sachverständigen zu überlassen, welche nicht bloß mit den Leistungen und Mängeln der Dampfwagen vertraut sind, sondern auch zu übersehen vermögen, welche Vortheile beim Bau und Gebrauch der Dampfwagen zu erlangen wären, wenn die gleitende Reihung keine Beschränkungen auferlegte. Was die andere Frage betrifft, ob die magnetische Kraft groß genug seyn würde, so kann daran erinnert werden, daß jezt sogar die Hoffnung und Erwartung häufig ausgesprochen wird, noch weit mehr mit magnetischen Kräften zu leisten, nämlich die Dampfmaschinen selbst dadurch zu ersezen. Gegen die hiezu nöthigen Kräfte kommen jene kaum in Betracht, woraus von selbst einleuchtet, daß auch dann, wenn hiezu die magnetischen Kräfte sich unzureichend ergäben, sie doch dem obigen Zweke noch vollkommen entsprechen könnten. In der That haben wir gesehen, daß bei einem kleinen Modell eines Rades mit einem mäßig starken Strom über ein Viertel Centner gleitende Reibung hervorgebracht wurde, woraus man leicht ersieht, wie schon oben bemerkt worden, daß, zumal wenn die gleitende Reibung quadratisch mit der Stromstärke wächst, eine solche von mehreren Centnern bei jedem Rade hervorzubringen leicht gelingen würde, wodurch es möglich wäre, die Kraft, welche die Räder zu drehen sucht, ohne Gefahr des Gleitens auf der Bahn zu verdoppeln. Die Friction der Radmagnete auf der Eisenbahn würde den doppelten Vortheil gewähren, daß man erstens nach Belieben sie gebrauchen oder nicht gebrauchen, schwächen oder verstärken könnte; zweitens, daß sie von der Last des Dampfwagens unabhängig wäre, durch deren Vergrößerung man bisher allein eine größere Friction gewinnen konnte. Da die Friction der Räder an der Bahn ein eben so wesentliches Element zur Fortbewegung ist, wie die Kraft selbst, welche die Räder dreht, so wäre es als ein Fortschritt anzusehen, wenn man jene Kraft eben so wie diese zu beherrschen lernte. Bei der Frage, ob eine Vergrößerung der Friction der Räder, die nach Belieben und ohne Vergrößerung der Last der Dampfwagen eintreten kann, Bedürfniß sey, kommt die Anlegung von Eisenbahnen in bergigen Gegenden besonders in Betracht; denn hier nöthigt der Mangel der Friction zu großen Umwegen, um allmählich in die Höhe zu kommen und dieser Mangel kann hier nicht durch die Last des Dampfwagens gehoben werden, deren Vergrößerung hiebei sehr nachtheilig wirken würde. Auch darf nicht übersehen werden, daß mit der Anwendung der magnetischen Friction bei Dampfwagen auf Eisenbahnen noch indirecte Vortheile verbunden sind, die vielleicht eben so wesentlich und wichtig sind, wie der oben erwähnte directe Nuzen, welche darauf beruhen, daß die Kräfte, von denen jene Friction herrührt, dicht am Berührungspunkte von Rad und Schiene ihren Siz haben. Erstens ist es eine bekannte Erscheinung bei Eisenbahnen, daß der Dampfwagen nicht gerade, sondern in einer Schlangenlinie auf der Bahn läuft – eine Erscheinung, die sich auf keine Weise beseitigen ließ. Sie wird beseitigt durch die magnetische Friction, welche die Mitte des Radkranzes auf der Mitte der Bahn festhält und seitlich auszuweichen hindert. Dieses Resultat ergab sich aus Versuchen, wo ein magnetisches Rad auf einer verticalen Kreisschiene hin- und herrollte und immer auf der Mitte dieser Schiene blieb, während es sehr leicht von der Schiene seitlich abgleitete, wenn die galvanische Kette gelöst wurde. Zweitens ist es ein bekannter Uebelstand bei Eisenbahnen, daß die Geschwindigkeit, mit welcher gefahren wird, keine beträchtlichen horizontalen Krümmungen der Bahn gestattet, weil die Schwungkraft das Gewicht vermindert, womit die Räder der inneren Seite des Bogens auf die Schiene drüken sollen und der Wagen dadurch Gefahr läuft, nach Außen umzufallen. Die Magnetisirung des Rades und der Schiene bringt einen von der Schwere und Schwungkraft unabhängigen Druk hervor und widersteht der Hebung des Rades von der Schiene mit einer Kraft, die ungefähr sechsmal größer als die magnetische Friction selbst angenommen werden darf. Es ist bei der bisherigen Untersuchung der Radmagnete auf den Abstand der beiden durch eine Rinne von einander geschiedenen eisernen Reifen keine Rüksicht genommen worden. Man sieht leicht ein, daß dieser Abstand nicht groß seyn darf, wenn beide Reifen auf einer und derselben Eisenschiene laufen und sie berühren sollen; es läßt sich dann durch eine schikliche Form des Querschnitts des Radkranzes bewirken, daß jener Abstand dabei klein und die magnetische Kraft doch groß ist. Jener Abstand muß dagegen sehr groß seyn, wenn die beiden eisernen Reifen nicht auf einer, sondern auf beiden Geleisen der Bahn laufen sollen, d. i. wenn ein einziger Radmagnet ein ganzes Räderpaar des Dampfwagens vertreten soll. Für diesen leztern Fall gelten aber die obigen Versuche über die Größe der magnetischen Friction nicht, vielmehr sieht man leicht ein, daß die Friction in diesem Falle viel kleiner seyn müsse. Dessen ungeachtet verdient dieser Fall beachtet zu werden, weil dann die beiden eisernen Reifen um so sicherer mit den Schienen stets in Berührung bleiben würden, was nicht der Fall ist, wenn, wie im erstern Fall, zwei eiserne Reifen auf jeder Schiene laufen sollen. Es schien daher interessant, auch hier die Größe der magnetischen Friction zu messen, was auf dieselbe Weise, wie oben geschehen konnte, bloß mit dem Unterschied, daß man die Schiene nur einen Reif statt beider berühren ließ. Die so wiederholten Messungen ergaben das Resultat, daß bei gleichen Umständen, wie im vorhergehenden Versuche, die magnetische Friction der Eisenschiene an einem Eisenreife des magnetischen Rades 2163 Kilogr. betrug. Diese Friction ist zwar viel kleiner als die unter gleichen Verhältnissen oben gefundene gleichzeitige Friction beider Eisenreife an einer Schiene; dennoch würde dieser Fall den Vorzug verdienen vor dem erstern, wenn der galvanische Strom hinreichend verstärkt werden könnte, um dadurch zu ersezen, was durch mangelnden magnetischen Schluß verloren geht.