Titel: | Einige Beobachtungen über die Bewegung der Locomotive und Eisenbahnwagen auf gerader Streke und in Curven, angestellt auf der Taunus-Eisenbahn, nebst Bemerkungen dazu; von Dr. Adolph Poppe jun. |
Autor: | Dr. Adolph Poppe [GND] |
Fundstelle: | Band 94, Jahrgang 1844, Nr. XXX., S. 169 |
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XXX.
Einige Beobachtungen über die Bewegung der
Locomotive und Eisenbahnwagen auf gerader Streke und in Curven, angestellt auf der
Taunus-Eisenbahn, nebst Bemerkungen dazu; von Dr. Adolph Poppe
jun.
Poppe, über die Bewegung der Locomotive und Wagen auf
Eisenbahnen.
Allgemeine technische Verhältnisse der
Taunus-Eisenbahn. Ehe ich zu dem eigentlichen Gegenstande dieser
Abhandlung übergehe, dürften einige technische Notizen über die
Taunus-EisenbahnIhrem wesentlichen Inhalte nach dem von einem Techniker der
Taunus-Eisenbahn verfaßten Taunus-Eisenbahn-Almanach
fürs Jahr 1844/45 entnommen. hier am Orte seyn. Die Länge dieser unter der Oberleitung des Ingenieurs P.
Denis erbauten und im Frühjahr 1840 vollendeten Bahn
beträgt 43400 Meter oder 5,86 geogr. Meilen. Die Anlage im Thale des Mains und dem
des Salzbaches wurde durch die Beschaffenheit des Bodens sehr begünstigt; außer dem
Damm und der 15 Bogen haltenden Ueberbrükung der Nidda bei Höchst, so wie den Brüken
und Brükenköpfen in den Festungswerken zu Castel waren fast gar keine Kunstarbeiten
nöthig. Die Steigungen auf der Bahn gehören zu den vortheilhaftesten; die stärkste
beträgt nur auf eine kurze Streke 1/275 Eben so sind die Krümmungen, auf die ich
unten zurükkommen werde, nicht ungünstig. Die Bahn ist bis jezt nur einspurig, mit
Ausweichpläzen auf allen Stationen, mit Ausnahme von Flörsheim; doch sind die
Dammkörper und die Brüken zwischen Castel und Frankfurt für eine doppelte Bahn
eingerichtet.
Für den Oberbau hat man doppelte Stuhlschienen zum Umlegen angewendet, welche mit
hölzernen, auf der äußeren Seite eingetriebenen Keilen in den Stühlen befestigt
sind. Die Schienenstühle haben auf ebenem Terrain und in den Einschnitten der Bahn
Steinblöke, und da wo Aufschüttungen vorhanden sind, hölzerne Querschwellen zur
Unterlage. Die Schienen sind 15 1/2 engl. Fuß lang und wiegen 61 Pfd. per Yard. Die Stühle an den Stoßfugen wiegen 21 1/2
Pfd., die Zwischenstühle 18 1/2 Pfd. Die Spurweite der Bahn beträgt 1,5 Meter = 4
Fuß 6 7/8 Zoll rhein. = 4 Fuß 8 1/2 Zoll engl. Die Bahn ist in ihrer ganze Länge
seit April 1840 in Betrieb. Von Castel nach Frankfurt und von Frankfurt nach Castel
gehen die Züge gewöhnlich zu gleicher Zeit ab, so daß dieselben auf dem halben Wege, der Wasserstation
Hattersheim, wo eine große Ausweichstelle sich befindet, sich begegnen, resp.
einander erwarten. Die 1500 Meter lange Zweigbahn nach Bibrich wird durch Pferde
betrieben.
Die Transportmittel der Taunus-Eisenbahn bestehen gegenwärtig in 12
Locomotiven und 132 Wagen; 8 der ersteren sind von Robert Stephenson in New-Castle, 2 von Sharp Roberts in Manchester, 1 von John Cockerill in
Seraing und 1 von Jacoby Haniel und Huysen in Sterkrad gebaut. Folgendes ist die Uebersicht der Distanzen
zwischen den Stationen von Frankfurt bis Wiesbaden und des Zeitraums, in welchem die
Züge dieselben zurükzulegen haben.
Von Frankfurt
bis Höchst
8950 Meter
in
16 Min.
– Höchst
– Hattersheim
6050 –
–
11 –
– Hattersheim
– Flörsheim
5566 –
–
12 –
– Flörsheim
– Hochheim
6800 –
–
13 –
– Hochheim
– Castel
5800 –
–
10 –
– Castel
– Wiesbaden
8800 –
–
17 –
Aus dieser Angabe ergibt sich eine mittlere Geschwindigkeit von 5 1/2 geogr. Meilen
per Stunde. Es ist jedoch auf der Streke von
Frankfurt nach Castel eine mindere Geschwindigkeit der Fahrt von 6 Minuten und auf
die Streke von Castel nach Wiesbaden eine mindere Geschwindigkeit von 2 Minuten
gestattet.
Was den dermaligen Zustand der Taunus-Eisenbahn anbelangt, so wird derselbe
von allen Sachverständigen als musterhaft bezeichnet. Der ganze Bau hat sich bei
einem fünfjährigen äußerst lebhaften Betriebe als durchaus solid bewährt, und einer
umsichtigen und sorgfältigen Ueberwachung der Bahn hat es das Publicum zu verdanken,
daß innerhalb 5 Jahren bei einer Beförderung von ungefähr 4 Millionen Menschen kein
einziger Unfall, welcher das Opfer eines Menschenlebens gefordert hätte, sich
ereignet hat. Die Schienen liegen längs der ganzen Bahnlinie, insbesondere an den
Stoßfugen, worauf ich besonders achtete, correct. Dieser sorgfältigen Schienenlage,
so wie der Aufmerksamkeit, womit der Zustand der Räder stets beobachtet wird, um
dieselben, wenn die Abnuzung einen gewissen Grad erreicht und die Conicität der
Kränze sich vermindert hat, frisch abzudrehen oder durch neue zu ersezen, ist es
wohl zum großen Theil zuzuschreiben, daß jene allerdings nie vollständig zu
vermeidenden Seitenschwankungen der Eisenbahnwagen, welche bei mehreren andern
Bahnen zu mancherlei tadelnden Bemerkungen Anlaß gegeben haben, auf der
Taunus-Eisenbahn keineswegs in einem lästigen Grade stattfinden, und daß die
Bewegung auch in der lezten Wagenclasse, ungeachtet der Beibehaltung des Systemes
kurzer Federn, in Vergleich mit einigen andern Eisenbahnen, verhältnißmäßig sanft
erscheint. Diese Bemerkung führt mich nun zum eigentlichen Gegenstande.
I. Conische Felgenkränze. Wenn auch früher einzelne
Stimmen gegen die Einführung conischer Räder auf Eisenbahnen, insbesondere auf
solchen, wo die gerade Streke vorherrschend ist, sich erhoben haben, so sind doch
die jezigen Techniker über den Zwek und den die einzelnen Nachtheile weit
überwiegenden Nuzen derselben, selbst auf gerader Streke, im Allgemeinen
einverstanden. Dieser Nuzen aber besteht – ich erlaube mir auf diesen öfters
beleuchteten Gegenstand noch einmal zurükzukommen –
1) in der durch die Centrifugalkraft hervorgerufenen Selbstadjustirung der Räder nach
der Verschiedenheit der äußeren und inneren Schienen in Bahncurven, wodurch das so
nachtheilige Schleifen der einzelnen Räderpaare in Folge ihrer starren Verbindung
aufgehoben oder wenigstens gemäßigt wird;
2) in der durch diese Adjustirung erlangten Tendenz des Wagengewichtes, der
Centrifugalkraft in Curven entgegenzuwirken. Indem nämlich die Centrifugalkraft den
Wagen nach der äußeren Seite hinzieht, kommt das Rad an dieser Seite auf eine
Kranzperipherie von größerem Durchmesser zu rollen, wodurch der Wagen eine etwas
geneigte, der Centrifugalkraft selbst wieder entgegenwirkende Lage erlangt;
3) darin, daß auf gerader Streke die Räder durch ihre conische Peripherie mehr in
ihre mittlere Lage gewiesen werden, wodurch jenes nachtheilige Anstreifen der
Spurkränze bald zur rechten, bald zur linken Seite, welches bei Annahme
cylindrischer Radfelgen wegen des unerläßlichen Spielraums zwischen den Schienen
stattfinden müßte, jedenfalls gemildert und die Gefahr des Abspringens von den
Schienen vermindert wird.
In neuerer Zeit gibt man auch häufig den Locomotiv-Treibrädern, die sonst
immer cylindrisch abgedreht wurden, conische Felgenkränze. Diese Maaßregel läßt
folgenden Einwurf zu. Man denke sich die vorderen und hinteren Räder einer
sechsräderigen Locomotive in einer Curve durch die Centrifugalkraft etwas zur Seite
gerükt, und nun auf den der Differenz der Halbmesser der äußeren und inneren
Bahnschiene entsprechenden Peripherien rollend, so werden, da die Schiene zwischen
den Berührungspunkten der Vorder- und Hinterräder einen Bogen bildet, die
Treibräder nicht in demselben Maaße zur Seite gerükt seyn; diese Seitenverschiebung
der Treibräder wird um so geringer ausfallen, je schärfer die Curve ist; ja es kann
der Fall eintreten, daß
während die Vorder- und Hinterräder mit ihren Spurkränzen der Schienenkante
ganz nahe gekommen sind und auf einer der Curve angemessenen größeren Peripherie
rollen, das Treibrad an der äußeren Schiene auf einer kleineren und an der inneren
Schiene auf einer größeren Peripherie als der mittleren rollt, während doch das
Umgekehrte der Fall seyn sollte. Untersucht man indessen die Sache näher, so stellt
sich dieser Einwurf nur bei Curven von außergewöhnlich kleinem Halbmesser als
erheblich dar.
II. Die Höherlegung der äußeren Bahnschiene in Curven.
Durch die Conicität der Radfelgen erhalten, wie bemerkt, die Wagen in Curven unter
dem Einflusse der Fliehkraft eine etwas geneigte Lage, in deren Folge die nun ins
Leben tretende Schwerkraft der Centrifugalkraft entgegenwirkt. Der Theorie zufolge,
und nach der Annahme einzelner Techniker, stellt sich bei Curven von gewöhnlichem
Halbmesser diese Conicität als genügend heraus, um das Anstreifen der Spurkränze an
den Schienen zu verhüten, und eine Erhebung der äußeren Bahnschiene erscheint als
überflüssig. So berechnet de Pambour den kleinsten
Krümmungshalbmesser, unter welchem eine Bahncurve ohne Erhöhung der äußeren Schiene
befahren werden kann, ohne daß die Spurkränze an den Schienenkanten anstreifen, zu
592 Fuß und nimmt der größeren Sicherheit wegen 1000 Fuß an. Erst für Krümmungen von
weniger als 1000 Fuß Halbmesser stellt er eine Formel her, wonach die Höherlegung
der äußeren Bahnschiene für gewisse Geschwindigkeiten zu berechnen ist. Allein wie
ungeheuer die Erfahrung in diesem Punkte von der aufgestellten Theorie abweicht,
davon habe ich mich durch den Augenschein lebhaft überzeugt. Curven von mehr als
11000 Fuß Halbmesser zeigten sich an der äußeren Schiene durch das Anstreifen der
Spurkränze bedeutend abgenüzt, obgleich diese Schienen über die inneren mehr erhöht
waren, als sie nach de Pambour's Angabe bei 900 Fuß
Halbmesser hätten erhöht seyn sollen.
Die Taunus-Eisenbahn besizt 16 mit verschiedenen Halbmessern beschriebene
Curven, deren Länge ungefähr 1/3, der Gesammtlänge der Bahn ausmacht. Hinsichtlich
der Krümmungshalbmesser bietet die Hauptbahn günstige Verhältnisse dar, indem die
Halbmesser der Mehrzahl dieser Curven 2000 Meter übersteigen. Obgleich beinahe in
allen Curven die äußeren Bahnschienen höher gelegt sind als die inneren, so sind
doch die Wirkungen der Centrifugalkraft an denselben deutlich sichtbar. Folgende
Tabelle enthält die Angabe der verschiedenen Curven, ihre Länge, ihren
Krümmungshalbmesser und die Erhöhung der äußeren Bahnschiene in französischem und
rheinischem Maaße. Die
Spurbreite der Hauptbahn ist in sämmtlichen Curven der Hauptbahn um 1 Centimeter =
4,59 rheinl. Linien, in den Biebricher Curven um 2 Centimeter = 9,18 Linien
erweitert.
Bezeichnung der Curven.
Längeder Curven.
Halbmesser.
Erhöhungder
äußerenBahnschiene.
Meter.
Rheinl.Fuß.
Meter.
Rheinl.Fuß.
Meter.
Rheinl.Linien.
1
Zwischen Höchst u. Hattersheim
2280
7250,4
2648
8420,6
0,01
4,59
2
–
Flörsheim u. Hochheim
2341,1
7443,7
3682,4
11710
0,01
4,59
3
– dito – –
1353,7
4304,7
2140,7
0,01
4,59
4
– dito – –
605
1923,9
2027
0,01
4,59
5
– dito – –
599,8
1907,5
5714,3
18171,4
0
0
6
–
Hochheim und Castel
1071,7
3408
3300
0,01
4,59
7
–
dito – –
771,7
2422
742,1
2360,1
0,02
9,18
8
–
Castel u. Wiesbaden
369,5
700
700
2226
0,02
9,18
9
– dito – –
1048
3332,6
2500
7954,0
0,01
4,59
10
– dito – –
1496
4757,2
2000
3360,0
0,01
4,59
11
– dito – –
1198
3809,6
2000
3360,0
0,01
4,59
12
– dito – –
921
2828,7
1800
5724,0
0,01
4,59
13
– ditto – –
270
858,6
1700
5406,0
0,01
4,59
14
– dito – –
270
858,6
1700
5406,0
0,01
4,59
1516
Biebricher Curven
120
381,6
100
318,0
0,03
13,77
Alle diese Curven, die Biebricher ausgenommen, werden mit einer Geschwindigkeit von
circa 4 1/2 geogr. Meilen befahren. Zur Vergleichung
lasse ich hier die von de Pambour für dieselbe
Geschwindigkeit, nämlich 20 engl. Meilen berechnete Tabelle folgen.
Halbmesser der Curven.
Erhöhungder äußern Bahnschiene.
Engl. Fuß.
Rheinl. Fuß.
Engl. Linien.
Rheinl. Linien.
1000
971
0
0
900
873,9
1,92
1,86
800
776,8
4,44
4,30
700
679,7
7,56
7,33
600
582,6
11,76
11,40
500
485,5
17,64
17,11
Vergleicht man die Höherlegung der äußeren Bahnschiene nach dieser Tabelle mit den in
der vorhergehenden Tabelle angegebenen Werthen, so wird man den auffallenden
Unterschied zwischen diesen auf theoretische Berechnungen gegründeten Angaben und
jener praktisch ausgeführten Höherlegung bemerken. Während nach de Pambour die äußere Schiene in einer Curve von 874'
Halbmesser nur 1,86 Linien höher als die innere gelegt werden soll, um dem Einflusse
der Fliehkraft zu begegnen; beträgt diese Höherlegung auf der
Taunus-Eisenbahn bei einer Curve von 11710', d.h. einem 13 1/2mal so großen
Halbmesser 4,59 Linien oder mehr als das Doppelte; und dessen ungeachtet zeigt sich
diese ausgeführte Erhöhung, wie unten näher nachgewiesen werden soll, noch nicht
einmal genügend.
III. Abnüzung der Schienen in Curven. Die Abnüzung der
Schienenkanten durch das Anschlagen und Anstreifen der Spurkränze ist zwar in Curven
von gewöhnlichen Halbmessern an und für sich von keiner großen Bedeutung, doch
schien mir eine nähere Untersuchung derselben insofern nicht unwichtig, als sie
einen Maaßstab zur Beurtheilung der Wirksamkeit jener Höherlegung der äußeren
Bahnschiene abgibt. Ich untersuchte demnach in dieser Hinsicht den Zustand der
Schienen in den bemerkenswerthesten Curven. Die Höchster Curve (8420' Halbmesser)
beginnt dicht hinter der Station Höchst und erstrekt sich in einer Länge von 7250
Fuß gegen Hattersheim hin. Auf dieser ganzen Länge, insbesondere in ihrer zweiten
Hälfte, wo die von Höchst abgehenden Züge bereits ihre volle Geschwindigkeit
erreicht haben, und die von Hattersheim herkommenden Züge noch mit unverminderter
Geschwindigkeit sich bewegen, zeigt sich die äußere Bahnschiene, ungeachtet ihrer um 1 Centimeter
= 4,59 Linien erhöhten Lage durch die Spurkränze der Räder an ihrer Kante auffallend
abgerieben, so zu sagen polirt, während die inneren Schienen an ihren Kanten kaum
eine Spur von Abnuzung zeigen. Dieselbe Erscheinung wiederholt sich bei der noch
flacheren Curve zwischen Flörsheim und Hochheim (11710' Halbmesser), so wie bei
allen andern Curven der Taunus-Bahn.
Zwischen Mainz und Wiesbaden führt rechtwinkelig zur Hauptbahn eine durch Pferde
betriebene 1500 Meter lange Zweigbahn nach Biebrich. An der Vereinigungsstelle
spaltet sich diese Bahn in zwei rechts und links in die Hauptbahn übergehende Curven
von 100 Meter Halbmesser. Ehe der Hauptzug an der Curve ankommt, werden die
hintersten nach Biebrich bestimmten Wagen im vollen Laufe ausgehängt. Der zwischen
diesen Wagen und dem Hauptzuge allmählich zunehmende Zwischenraum gestattet dem
Bahnwärter das an der Uebergangsstelle dieser Curve befindliche Excentricum zu
drehen, sobald der Zug diese Stelle passirt hat. Die gleich darauf heranrollenden
ausgehängten Wagen werden dadurch in die Biebricher Curve gewiesen, in die sie
vermöge ihres erlangten Bewegungsmomentes immer noch mit einer Geschwindigkeit von
circa 3 Meilen in der Stunde einlaufen. Obgleich nun
die äußere Schiene an dieser Curve um 3 Centimeter = 13 77/100 Linien höher als die
innere liegt, so ist doch ihre Kante nach einem vierjährigen Betriebe durch die
anlaufenden Spurkränze der Räder dergestalt abgeschliffen, daß der Querschnitt der
Schienen seine Gestalt sichtbar verändert hat. Ich fand die Breite der oberen Fläche
der Schiene durch diese Abnuzung um 1/4 Centimeter = 1,15 Linien vermindert. Erwägt
man, daß die Erhöhung der äußeren Bahnschiene in Krümmungen den Zwek hat, durch die
in Wirksamkeit tretende Schwerkraft den nachtheiligen Einfluß der Centrifugalkraft
zu neutralisiren, d.h. das Anstreifen der Spurkränze längs der äußeren Schiene
möglichst zu verhindern und den dadurch erzeugten Reibungswiderstand und Verlust an
mechanischer Arbeit auf ein Minimum zu reduciren, so wird man nach Darlegung der
obigen Thatsachen erkennen, daß dieser Zwek in den angeführten Fällen nicht erreicht
ist. Denn aus jener einseitigen Abnuzung der Schienen läßt sich nicht nur auf eine
entsprechende Abnuzung der Spurkränze und einen bedeutenden Verlust an mechanischer
Arbeit, sondern auch auf eine noch nicht genügend reducirte Gefahr des Ablaufens von
den Schienen schließen. Die Erhöhung der äußeren Bahnschiene um 1 Centimeter
erscheint demnach in Curven, wie die Höchster, von 2648 Meter Halbmesser, die mit
einer Geschwindigkeit von 4 bis 4 1/2 geogr. Meilen per
Stunde befahren werden, in der Praxi's noch ungenügend, obgleich sie das von der Theorie
vorgeschriebene Maaß bereits bedeutend überschreitet. Der richtige Grad der Erhöhung
wird, wie sich schließen läßt, dann stattfinden, wenn die Abnuzung der
Schienenkanten durch die Spurkränze der Räder auf die innere und äußere Schiene
gleichmäßig vertheilt erscheint, und dieser Umstand läßt sich nicht vorausberechnen,
sondern nur auf dem Wege der Erfahrung ermitteln. So viel aber ist gewiß daß, so
lange in einer Curve, wie dieß bei sämmtlichen Curven der Taunus-Eisenbahn
der Fall ist, nach mehrjährigem Betriebe nur die äußere Schiene von den Spurkränzen
angegriffen erscheint, dieses als ein Zeichen angesehen werden darf, daß die äußeren
Schienen noch nicht hoch genug liegen. Es dürfte daher bei der
Taunus-Eisenbahn eine weitere Erhöhung der äußeren Schiene in sämmtlichen
Curven um so rathsamer erscheinen, als diese einen nicht unbedeutenden Theil der
Gesammtstreke ausmachen.
IV. Beobachtungen über die Bewegung der
Locomotive und Eisenbahnwagen auf gerader Streke und in Curven.
Es ist bekannt, daß jeder einzelne Wagen eines Convoi's während der Bewegung in
gerader Bahnstreke keineswegs eine vollkommen gerade Linie, sondern in Folge
gewisser Seitenbewegungen, welche der unvermeidliche Spielraum der Spurkränze
zwischen den Schienen zuläßt, eine mehr oder weniger gestrekte Schlangenlinie
beschreibt. Es ist zwar bis jezt noch nicht gelungen, alle Elemente, welche auf die
Erzeugung dieser nachtheiligen Bewegung Einfluß haben, mit Bestimmtheit zu
bezeichnen, doch wurde dieser Gegenstand in neuerer Zeit durch Hrn. v. Malinowsky in einer in den Berliner Blättern für Gewerbe,
Industrie und Handel enthaltenen Abhandlung „über das Flottiren der
Eisenbahnfahrzeuge“ gründlich erörtert. Hr. v. M. führt in dieser
Abhandlung eine Reihe von Umständen an, welche als die wahrscheinlichen Ursachen
jener Seitenbewegungen zu betrachten sind, und macht mit Recht auf die bedeutende
Reibung und die Kosten aufmerksam, die aus derselben für den Betrieb und die
Unterhaltung der Bahn entstehen.
Unter allen bisher angeführten Elementen, welche auf die erwähnten Seitenschwankungen
Einfluß haben können, hat sich nach von mir angestellten unten mitgetheilten
Beobachtungen der Zustand der Bahn, insbesondere die mehr oder minder correcte Lage
der Schienen, als das Wichtigste dargestellt. In der That bemerkt man auch, daß die
seitlichen Schwankungen nicht auf allen Bahnen in gleichem Grade stattfinden,
sondern daß die Bewegung auf gut unterhaltenen Bahnen unter gleichen übrigen Umständen
eine weit ruhigere und gestrektere ist, als auf minder sorgfältig überwachten und
unterhaltenen Bahnen. Jedenfalls scheinen die Oscillationen, indem sie, wenn nicht
etwa Seitenwinde den Zug beharrlich nach einer Seite drüken, im Allgemeinen in
gleichem Maaße zur Linken wie zur Rechten erfolgen, das Resultat solcher Ursachen zu
seyn, welche ihren Einfluß im Durchschnitt eben so nach der einen wie nach der
andern Seite äußern. Ich glaube daher nicht, daß z.B. ungleiche Räderdurchmesser,
Befestigung der Zughaken außerhalb der Centrallinie, wenn solche Fehler vorkommen
sollten, eine besondere Neigung zu Oscillationen hervorzurufen geeignet sind, indem
diese Ursachen eine einseitige Wirkung zur Folge haben, und dem Wagen eher eine
etwas gespannte Lage zwischen den Schienen ertheilen.
Angenommen nun, es wäre möglich, alle Unregelmäßigkeiten in der Lage der Schienen und
in der Construction und Verbindung der Wagen, welche auf die Bewegung Einfluß haben
können, zu beseitigen, so bliebe doch noch eine wichtige Ursache jener Schwankungen
übrig, welche man bis jezt noch nicht beachtet zu haben scheint, nämlich die
eigenthümliche Bewegung der Locomotive in Folge der unvortheilhaften Lage des
Schwerpunkts. Ehe ich jedoch über diesen Punkt meine Ansicht näher ausspreche, will
ich die mit demselben im Zusammenhang stehenden Beobachtungen über die Bewegung der
Locomotive und Waggons mittheilen.
Die erste Beobachtung bezog sich auf die sechsräderige Locomotive
„Main“ von Sharp Roberts und
Comp. in Manchester. Diese Maschine besizt 14zöllige Cylinder und 5'9'' im
Durchmesser haltende Treibräder mit Gegengewichten. Die Felgenkränze waren unter
Beobachtung einer Conicität von 1 : 7 neu abgedreht. Ich hatte meinen Standpunkt auf
dem Tender so gewählt, daß ich durch die zwischen der Locomotive und dem Tender
befindliche Spalte die hinteren Locomotivräder gewissermaßen in horizontaler
Projection betrachten konnte. Das Wetter war windstill. Die Räder oscillirten auf
gerader Streke und bei 4 1/2 Meilen Geschwindigkeit fortwährend von einer Seite zur
andern, und zwar so, daß der Spurkranz eines jeden Rades innerhalb 1 Minute im
Durchschnitt 24mal mit der Schiene in reibende Berührung kam; er streifte daher bei
obiger Geschwindigkeit zu beiden Seiten der Bahn auf je 74 Fuß Länge einmal an.
Während ihrer fortschreitenden Bewegung oscillirte die Locomotive um eine, wie es
schien, durch die Mitte der Kurbelachse gehende imaginäre Verticalachse, so daß
immer gleichzeitig der Spurkranz des rechten Hinterrades und der des rechten
Vorderrades, dann der Spurkranz des linken Hinterrades und der des rechten
Vorderrades gegen die
Schiene anlief. Diese Seitenschwankungen theilten sich augenscheinlich dem Tender
mit und pflanzten sich auf die nächsten Waggons fort. Wiederholte Beobachtungen an
derselben Locomotive, so wie an andern Locomotiven ähnlicher Bauart, lieferten das
gleiche Resultat. Beim Einfahren in Curven verminderten sich diese Schwankungen
zusehends und hörten beinahe ganz auf; der Zug nahm eine ruhigere stabilere Bewegung
an. Die Spurkränze näherten sich, dem Einflusse der Fliehkraft nachgebend, der
äußeren Schiene und kamen mit derselben in reibende und dauerndere Berührung, als
dieß auf gerader Bahn der Fall gewesen war, wo die Spurkränze, nach erfolgtem
Anschlagen auf der einen Seite, immer rasch wieder nach der andern Seite
zurükgeworfen wurden.
Um nun auch die Bewegung der Waggonsräder unmittelbar beobachten zu können und
insbesondere darüber Gewißheit zu erhalten, ob die Seitenschwankungen von der
Locomotive unabhängig, sich gleichmäßig durch den ganzen Train erstreken, oder ob
und in welchem Grade dieselben von den Schwankungen der Locomotive abhängen und mit
der Entfernung von derselben sich vermindern oder ganz aufhören, wurde an den lezten
Waggon des aus 16 Wagen bestehenden Zuges ein leerer Transportwagen angehängt. Von
der Plattform des lezteren aus beobachtete ich das hintere Räderpaar des
vorhergehenden mit einer mittleren Belastung versehenen Wagens, während Hr.
Maschinenmeister Heusinger die hinteren Räder des
Transportwagens selbst im Auge behielt. Die Bewegung dieser beiden Wagen zeigte sich
auf gerader Streke von derjenigen der Locomotive und der zunächst hinter der
Locomotive befindlichen Wagen wesentlich verschieden. Jene Seitenbewegungen der
Räder waren nicht zu bemerken; die Räder rollten beinahe fortwährend auf ihrem
normalen Halbmesser und hielten die Mitte der Bahn, d.h. die Spurkränze blieben auf
beiden Seiten ungefähr 1/2 Zoll von der Schienenkante entfernt. Wenn aber der
Spurkranz des einen Rades der Schiene sich näherte oder gar mit derselben in
Berührung kam, so geschah dieses jedesmal an einer Stelle, wo die Bahn
wahrscheinlich auf der einen Seite sich etwas gesenkt hatte. Denn immer zeigte sich
an der Stelle, wo der Spurkranz gegen die Schiene anlief, ein glänzender von der
Abnüzung herrührender Streifen, welcher von den übrigen unabgenüzten Stellen der
Schienenleitung deutlich abstach, was zu dem Schlusse berechtigte, daß an solchen
Stellen die Bahnschiene sich gesenkt, oder vielleicht auch die Spurbreite der Bahn
sich verändert hatte. In der Höchster Curve näherten sich die Spurkränze der äußeren
Schiene und streiften bei 4 bis 4 1/2 Meilen Geschwindigkeit, wenn auch nicht
beharrlich, doch öfters mehrere Secunden lang, d.h. auf die Länge mehrerer Schienen an, während die
inneren Schienen von den Spurkränzen ganz verschont blieben.
Aus diesen beobachteten Thatsachen ergeben sich nachstehende Folgerungen. Der Nuzen
der conischen Form der Radkränze in Anwendung auf Eisenbahnwagen bestätigt sich auch
auf gerader Streke durch obige Beobachtungen vollkommen, indem sie die Räder, so
lange nicht äußere Einflüsse oder anderweitige Nebenumstände, z.B. Seitenwinde,
Bahnsenkungen, Fehler in der Räderconstruction, störend einwirken, stets in ihrer
normalen Lage, d.h. in der Mitte der Bahn erhalten und das Anstreifen der Spurkränze
an den Schienenkanten in der That auf eine befriedigende Weise verhüten. Die
innerhalb des bekannten Spielraums von 1 Zoll erfolgenden Seitenbewegungen des
Wagenzugs erstreken sich hauptsächlich auf die zunächst hinter der Locomotive
befindlichen Wagen, denen die Locomotive selbst ihre Schwankungen mittheilt. Könnten
daher die Oscillationen der Locomotive beseitigt werden, so wäre damit auch eine
ruhigere gestrektere Bewegung des Wagenzugs überhaupt erzielt. Die Conicität der
Radfelgen schüzt eine sechsräderige nach Stephenson'schen
Principien gebaute Locomotive, auch wenn alle obgenannten äußeren Einflüsse und
Abnormitäten beseitigt wären, auf gerader Streke gegen die Hin- und
Herschwankungen nicht; sie veranlaßt vielmehr längs der geraden Bahnstreke einen
erhöhten Reibungswiderstand, indem das vordere und hintere Räderpaar nie constant
auf seiner normalen Peripherie, sondern auf Peripherien von beständig wechselnden
Halbmessern rollt, und zwar in der Art, daß bei einer Geschwindigkeit von 4–5
Meilen per Stunde jedes Rad innerhalb 1 Minute ungefähr
24mal auf seiner größten und 24mal auf seiner kleinsten Peripherie rollt. hieraus
folgt, daß die Bewegung der Locomotivräder streng genommen keine rollende, sondern
vielmehr eine schleifende genannt zu werden verdient; und bei dem großen Gewicht der
Maschine ist es nicht zu verwundern, wenn die Räder derselben nach einem Betrieb von
zwei Monaten an ihrem Umfang dergestalt abgelaufen oder vielmehr abgeschlissen und
der cylindrischen Form nahe gebracht sind, daß sie frisch abgedreht werden
müssen.
Aus den obigen Beobachtungen geht hervor, daß eine Hauptursache jener nachtheiligen
Seitenbewegungen der Eisenbahnwagen in der eigenthümlichen oscillirenden Bewegung
der Locomotive begründet sey. Die Locomotive theilt nämlich ihre Seitenschwankungen
zunächst dem Tender mit und dieser überträgt sie auf den benachbarten Wagen, von wo
aus sie sich, immer schwächer werdend, auf die folgenden Wagen fortpflanzen, bis sie
ganz aufhören. Lezteres wird freilich nur dann der Fall seyn, wenn die Schienenlage
selbst in gutem Zustand ist und keine zufälligen Umstände, z.B. Windstöße, nachtheilig influiren.
V. Ursache der hin und her oscillirenden
Bewegung der Locomotive.
Man möchte versucht seyn, den Grund jener Oscillationen der Locomotive in der Wirkung
der Flügelstangen auf die Krummzapfen und der daraus entspringenden Hebelwirkung auf
die Krummzapfenwelle zu suchen, indem, während die eine Flügelstange durch den
todten Punkt geht, die andere ihren vollen Druk ausübt. Allein bei dem raschen
Kolbenspiel folgen diese Wirkungen zu schnell auf einander, um in eben so rascher
Folge eine abwechselnde seitliche Bewegung der schweren Masse bewirken zu können;
denn ehe die Masse Zeit hat, dem Druk der rechten Flügelstange nach der linken Seite
hin nachzugeben, kommt ihr bereits der Druk der linken Flügelstange, der sie nach
der rechten Seite hinzudrehen strebt, entgegen; auch stimmt die Anzahl der
beobachteten Oscillationen mit der Anzahl der in derselben Zeit erfolgenden
Kolbenspiele oder Drükungen der Flügelstangen keineswegs überein, sondern sie ist
viel geringer.
Der wahre Grund der in Rede stehenden Erscheinung dürfte eher in der unvortheilhaften
Lage des Schwerpunkts der Masse zu suchen seyn. Ich will mich hierüber näher
erklären. Man sagt, eine Kraft wirke ziehend auf einen
Körper, wenn ihr Angriffspunkt vor dem Schwerpunkt, und
schiebend, wenn ihr Angriffspunkt hinter dem Schwerpunkt des Körpers liegt. Denkt man sich
nun einen Wagen auf einer glatten Unterlage gezogen, so
nimmt die Bewegung gewissermaßen einen stabilen Charakter an, d.h. der Wagen wird,
sobald einmal der Schwerpunkt in der Richtungslinie der Zugkraft liegt, ohne seine
Lage zu verändern, dieser Zugkraft folgen; wird aber der Wagen geschoben, so muß sich der Schwerpunkt, sobald derselbe um ein Minimum aus
der Richtungslinie der Kraft gekommen ist, um den Angriffspunkt drehen und zwar so
lange, bis er hinter diesen und in eine Linie mit
demselben und der Richtungslinie der Kraft zu liegen kommt. Ein dem lezteren
analoger Fall findet nun bei einer Locomotive gewöhnlicher Stephenson'scher Construction statt, bei welcher der Schwerpunkt 60
Centimeter bis 1 Meter oder ungefähr 2,2 rhein. Fuß vor der Kurbelachse liegt, und
bei der man sich den Angriffspunkt der Kraft in der Mitte zwischen beiden Kurbeln in
der Kurbelachse liegend denken mag, mit dem Unterschied, daß die Conicität der
Räder, oder da diese in der Regel nicht hinreicht, das Anschlagen der Spurkränze der
Vorderräder an der Bahnschiene der erwähnten Drehung eine Gränze sezt. Die Masse wird nun auf der einen
Seite zurükgeworfen, der Schwerpunkt überschreitet die centrale Lage und strebt nach
der entgegengesezten Seite um den Angriffspunkt sich zu drehen, bis er durch das
Anschlagen des Spurkranzes auf dieser Seite angehalten wird u.s.w. Demnach ist bei sechsräderigen Locomotiven gewöhnlicher
Construction die Lage des Schwerpunkts vor der Kurbelachse die Hauptursache
ihrer oscillirenden Seitenbewegungen und aller daraus entspringenden
Nachtheile. Die bemerkenswerthesten dieser Nachtheile aber sind:
1) ein beständiges Anschlagen der Spurkränze gegen die Bahnschienen, ungeachtet der
conischen Gestalt der Felgenkränze. Die Spurkränze, insbesondere die der
Vorderräder, verlieren daher da wo sie in den Conus des Rades übergehen, bald ihre
Rundung und schleifen sich aus, wodurch die Seitenschwankungen wegen des zunehmenden
Spielraums immer größer, nachtheiliger und gefährlicher werden, bis man sich
genöthigt sieht nach mehrmaligem Abdrehen der Spurkränze ein neues Räderpaar
einzusezen;
2) erhöhte Gefahr des Austretens aus den Schienen;
3) beschleunigte Abnüzung der Radkränze, indem sie durch die Seitenbewegungen
unaufhörlich auf Peripherien von verschiedenen Halbmessern getrieben werden;
4) Schwächung der Achsen durch die Erschütterungen, denen sie durch das Anschlagen
und Anstreifen der Spurkränze an den Bahnschienen ausgesezt sind;
5) Fortpflanzung der Seitenschwankungen auf die nachfolgenden Wagen;
6) ein wahrscheinlich nicht unbedeutender Kraftverlust.
Alle diese Nachtheile würden theils ganz verschwinden, theils bedeutend vermindert
werden, wenn der Schwerpunkt der Masse oder was dasselbe ist, das Uebergewicht der
Maschine hinter der Kurbelachse anstatt vor derselben liegen würde. Dieses ist ein
sehr wichtiger Punkt, dem die Erbauer von Locomotiven besondere Aufmerksamkeit
schenken sollten; denn er steht nicht nur mit der Abnüzung der Betriebsmittel,
sondern auch mit der Sicherheit des Transports in einem wesentlichen
Zusammenhange.