Der Oßke-Kühnesche Biegungszeichner und die Auswertung seiner bei Eisenbahnbrücken ermittelten Messungsergebnisse. Der Oßke-Kühnesche Biegungszeichner und die Auswertung seiner bei Eisenbahnbrücken usw. Die Verkehrslasten dei Brücken wirken mit einer gewissen, meist recht erheblichen Geschwindigkeit auf das Brückensystem ein. Hierdurch werden in den Brückengliedern Beanspruchungen erzeugt, die größer als die durch ruhende Lasten hervorgerufenen sind. Hierbei treten Stöße und Schwingungen auf, die für die Berechnung einer Brücke meist in der Weise berücksichtigt werden, daß man die Verkehrslasten mit einem Beiwert, dem Stoßbeiwert, multipliziert. Wenn auch die Frage des Spannungszuwachses infolge der dynamischen Wirkung der Verkehrslasten gegenüber der statischen Wirkung dieser LastenDr. Zimmermann, Die Schwingungen eines Trägers mit bewegter Last Berlin 1896. in ausgezeichneter Weise theoretisch behandelt worden ist, so werden praktische Erfolge zur Lösung dieser Aufgabe nur durch planmäßig angestellte, sorgfältig ausgeführte und in ausreichender Zahl vorgenommene Beobachtungen mittels geeigneter Vorrichtungen zu erwarten sein. Zu letzteren zählt der Oßke-Kühnesche Biegungszeichner. Für seine Anordnung waren folgende Grundsätze maßgebend: klare und leicht übersichtliche Konstruktion, einfache Handhabung, hohe Empfindlichkeit durch möglichst geringe Reibung der bewegten Teile, und selbsttätige Aufzeichnung der Durchbiegungen durch eine Schreibvorrichtung. Die grundsätzliche Anordnung der Vorrichtung ist durch Fig. 1 und 2 dargestellt: ein einarmiger, um den Punkt a schwingender Hebel ist einerseits in b mit einem senkrechten Gestänge verbunden, anderseits an seinem Ende in c mit einer Schreibfeder versehen. Textabbildung Bd. 322, S. 275 Fig. 1. Biegungsmesser auf dem beweglichen Teil (Brückengurt) angebracht.Fig. 2.>Biegungsmesser auf dem festen Teil (Flußsohle) angebraucht. Je nachdem nun der Apparat entweder auf einem Brückengurt befestigt und das Gestänge mit einem festen Punkt – der Flußsohle – in Verbindung gebracht wird (Fig. 1), oder der Apparat auf einem festen Punkte – der Flußsohle – ruht, während nun das Gestänge mit dem Brückengurt in Verbindung gebracht wird (Fig. 2), schwingt der Hebel bei Durchbiegungen oder Schwingungen des Brückengurtes um den Punkt a, während die Schreibfeder bei c diese Durchbiegungen oder Schwingungen in vergrößertem Maßstabe auf einen vor ihr befindlichen abrollenden Papierstreifen aufträgt. Im einzelnen besteht der mit 5 bis 10facher Vergrößerung arbeitende Biegungszeichner aus folgenden Teilen (Fig. 3): Textabbildung Bd. 322, S. 276 Fig. 3. Dem Unterteil U, welches mittels zweier kräftiger Klemmschrauben K an beliebiger Stelle des Brückengurtes oder auf einem in der Flußsohle eingerammten Pfahl mit darauf befestigtem Bohlenstück festgeschraubt wird, dem Meßapparat A, welcher schlittenartig in das mit gehobelten Leisten versehene Unterteil eingeschoben und durch Anziehen von 4 Horizontalschrauben H in demselben festgeklemmt wird, und dem Gestänge G, welches die Verbindung zwischen dem Fühlhebel f des Apparates und der Flußsohle, d.h. einem von der Brückenkonstruktion unabhängigen Punkte, bezw. dem Brückengurt herstellt. Der Apparat zeigt Senkungen durch steigende und Hebungen durch fallende Linien an, wenn das Gestänge nach unten gerichtet ist (Fig. 1 und 3) und umgekehrt, wenn das Gestänge nach oben führt (Fig. 2). Die Aufzeichnungen erfolgen in 1½-, 5-, 6⅔- oder 10facher Vergrößerung, je nachdem das Gestänge mit dem Fühlhebel verbunden wird. Der Apparat verzeichnet bei 1½ facher Vergrößerung Senkungen bis zu 53 mm Größe „ 5 „ „ „ „ „ 16 „ „ „ 10 „ „ „ „ „   8 „ „ Der Fühlhebel f ist nahe dem linksseitigen Lager mit drei spitzkonisch gestalteten Aussperrungen versehen, welche den angeschriebenen Vergrößerungszahlen entsprechen. Das linke Ende des Fühlhebels spielt zwischen zwei Stahlspitzen und gewährleistet dadurch ein Mindestmaß von Reibung. In gleicher Weise ist die Verbindung zwischen dem Gestänge und dem kurzen Fühlhebelarm hergestellt. Der Fühlhebel trägt am rechten Ende die Schreibfeder S, welche nach Art der Füllfedern ausgebildet ist. Vor dieser Feder (Fig. 4) und zwar zwischen der Leittrommel L und der Uhrtrommel u bezw. der Reibungswalze F ist ein 10 cm hoher Papierstreifen derartig ausgespannt, daß die mittels der Justierschraube J (Fig. 3) genau verstellbare Schreibfeder das Papier in der Mitte eben nur berührt, ohne eine merkbare Reibung darauf zu erzeugen. Das Aufziehen des in dem Gehäuse h gelagerten Uhrwerkes geschieht mittels eines auf die Aufzugachse a aufgesteckten Uhrschlüssels durch Drehen in der Richtung des eingravierten Pfeiles, das Ingangsetzen des Uhrwerkes durch Hervorziehen, Drehen und Wiederzurücklassen des federnden Handgriffes g. Der von der Uhrtrommel im Mittel zurückgelegte Weg beträgt 2,5 mm/Sek. Für die Füllung der Schreibfeder wird zweckmäßig satzfreie Tinte verwendet. Zur Zeichnung der sogenannten Normalen ist eine ebenfalls elastisch ausgebildete Schreibfeder unter S angebracht, welche auf dem Gehäuse h in e drehbar gelagert ist und durch eine kleine Spiralfeder in fester Lage erhalten wird. Durch kurzes auf den Knopf k lassen sich mit dieser Schreibfeder senkrecht zur Normalen stehende kurze Markierstriche verzeichnen. Textabbildung Bd. 322, S. 276 Fig. 4. P Ablaufender Papierstreifen. Rechts neben dem Gehäuse befindet sich die Ausrückvorrichtung r, welche ein Abheben der Schreibfedern vom Papier zum Zwecke ihrer Anfüllung mit Tinte ermöglicht. Links neben dem Gehäuse ist ein Notizblock B, auf welchem etwaige während der Probebelastung erforderlich werdende Vermerke schnell gemacht werden können. Das eiserne Rohrgestänge G, welches je nach Bedarf verschieden lang gestellt werden kann, wird am oberen Ende mit einer Spannvorrichtung Sp verschraubt, welche eine genaue Längenregulierung zuläßt. Das untere Ende des Gestänges endigt zum Zwecke des Einsetzens in die Flußsohle in einer massiven Stahlspitze bezw. zum Befestigen am Brückengurt in einer Universalklemme. Der Apparat wird, vom Unterteil getrennt, in einem 0,30 m hohen und 0,60 × 0,65 m großen Kasten untergebracht, welcher von zwei Mann an zwei Handhaben bequem getragen werden kann. Das Gewicht des Apparates einschließlich des Kastens beträgt 38 kg. Textabbildung Bd. 322, S. 276 Belastung durch eine 18 t schwere, einseitig fahrende Dampfwalze. Walze über Brückenmitte haltend (Stufenfahrt); Schnellfahrt, v = 0,88 m/Sek. In den Fig. 5a–6d sind mittels des Oßke-Kühneschen Biegungszeichners aufgetragene Schaubilder dargestellt. Textabbildung Bd. 322, S. 277 Belastung durch 80 Mann Militär = 5,3 t in der Brückenmitte marschierend. Fig. 5c. Langsamschritt; Fig. 5d. Laufschritt. Textabbildung Bd. 322, S. 277 Fig. 6a–6d.Durchbiegungsmessungen, ausgeführt mittels Oßke-Kühneschen Biegungszeichners an der Blechbalken-Eisenbahnbrücke in der Lützowstraße in Vorstadt Chemnitz-Kappel. Fig. 6a. Brückenansicht mit ungünstigster Laststellung; Fig. 6b. Rückwärts und langsam fahrende Einzelmaschine; Fig. 6c. Personenzug v = 54 km/Std. = 15 m/Sek.; Fig. 6d. Schnellzug v = 67,5 km/Std. = 18,8 m/Sek. Biegungsschaubilder. Fig. 5a–5d sind durch Messungen an der Beckerbrücke in Chemnitz, einer chaussierten eisernen Gitterbrücke von 23,6 m Stützweite verzeichnet worden; es läßt sich aus den Aufzeichnungen ersehen, daß durch neue Schwingungsanstöße (Impulse) nach der Zeit einer Schwingung oder zweier Schwingungen usw. die Schwingungsweite vergrößert wird. Derartige Schwingungsanstöße werden bei Straßenbrücken beim Ueberfahren unebener Pflasterstellen durch Fuhrwerke (hier z.B. durch die Dampfwalze), oder durch die Tritte der Menschen oder Tiere erzeugt, Die Schaubilder (Fig. 6b–6d) sind mittels des Biegungszeichners an der Eisenbahnbrücke in der Lützowstraße in Chemnitz-Kappel, einer Blechbalkenbrücke von 14,28 m Stützweite, aufgenommen worden; in den Figuren bedeutet P = Lokomotivgewicht, Mmax = Größtbiegungsmoment, fmax = Größtdurchbiegung. Die Schaubilder (Fig. 6c und 6d) wurden durch einen Personenzug bezw. einen Schnellzug erzeugt, der von einer Schnellzuglokomotive der in Fig. 6a gezeichneten Art geführt wurde; in Fig. 6a ist gleichzeitig die Momentenfläche für die ungünstigste Stellung dieser Lokomotive auf der Brücke dargestellt. Diese äußerst charakteristischen Schaubilder zeigen deutlich den Einfluß der Fahrgeschwindigkeit und der Belastung auf die Schwingungen. Wenn nun auch der Oßke-Kühnesche Biegungszeichner bei Brücken mit großen Lichthöhen oder bei Brücken, welche tiefe Wasserläufe überspannen, kaum wird zur Anwendung gelangen können, weil in solchen Fällen ein festes Auflager unter der Brücke schwer zu ermöglichen ist, so scheint er in den übrigen Fällen ein ganz besonders geeigneter Apparat zu sein, um an der Hand der Schaubilder einen klaren Ueberblick über die dynamischen Einflüsse der Fahrzeuge verschiedener Art bei wechselnder Fahrgeschwindigkeit auf die Brückenbauwerke, insbesondere die eisernen Ueberbauten zu geben. Textabbildung Bd. 322, S. 277 Fig. 7. Die Schaubilder werden im allgemeinen die in Fig. 7 dargestellte Form aufweisen, aus welcher die größte statische Durchbiegung δ und die dynamische Zusatzdurchbiegung η, ferner die Dauer T und die Weite S einer beliebigen Schwingung ersichtlich ist. Die punktierte Linie würde der statischen Durchbiegung oder Schwingungsachse entsprechen. Die dynamische ZusatzdurchbiegungHandbuch der Ingenieurwissenschaften II. 2, Leipzig 1901 S. 47. wird, wenn δ = statische Durchbiegung, g = Beschleunigung des freien Falles und v = Geschwindigkeit der Senkung im Schwingungsmittelpunkt bedeutet, \eta=\pm\,v\,\sqrt{\frac{\delta}{g}} d.h. sie ist in erster Linie von der Fahrgeschwindigkeit, in zweiter von der Belastung, mit welcher die Durchbiegung in gleichem Verhältnis wächst, abhängig. Die Schwingungszeit T und die Anzahl der Schwingungen in der Sekunde n=\frac{1}{q} ergibt sich für einen Balken auf zwei Stützen mit dem Eigengewicht q und der Verkehrslast p f. d. m, der Stützweite L, dem Trägheitsmoment J, der Elastizitätsziffer E, der zulässigen Beanspruchung k, der Trägerhöhe h für die vollbelastete Brücke T_v=2\,\pi\,L\,\sqrt{\frac{k}{6\,E\,g\,h}}, für die unbelastete Brücke T_u=2\,\pi\,L\,\sqrt{\frac{k}{6\,E\,g\,h}}\,\sqrt{\frac{q}{p+q}} Ist n=\frac{1}{T} die der Brücke eigentümliche Schwingungszahl für die Sekunde, so kann durch n, \frac{n}{2}, \frac{n}{3}, \frac{n}{4}. Schwingungsanstöße eine bedeutende Vergrößerung der Schwingungen eintreten. Derartige Schwingungsanstöße können vornehmlich durch die Gegengewichte der Lokomotivräder, unrunde Räder (Bremsräder) und Schienenstöße erfolgen. Bedeutet V = Geschwindigkeit km/Std., d = Raddurchmesser, Nr = Anzahl der Umdrehungen in der Sekunde, so wird die Anzahl der Schwingungsanstöße in der Sekunde N_r=\frac{V\cdot 1000}{d\cdot \pi\cdot 3600}=0,0885\,\frac{V}{d} d.h. die Schwingungsanstöße der Räder sind von der Fahrgeschwindigkeit und dem Raddurchmesser abhängig. Die Anzahl der Schwingungsanstöße durch das Ueberfahren der Einsenkungen bezw. der Lücken an den Schienenstößen wird, wenn a = Abstand der Achsen bedeutet N_s=\frac{100\cdot V}{3600\cdot a}=0,2778\,\frac{V}{a}. d.h. Fahrgeschwindigkeit und Achsabstand bedingen die Anzahl der Schwingungsanstöße infolge der Schienenstöße. Eine Vergrößerung der Schwingungen und damit eine Erhöhung der Beanspruchungen des Ueberbaues tritt ein, wenn Nr oder Ns die Werte n, \frac{n}{2}, \frac{n}{3} usw. annehmen. Die neueren Bestrebungen im Lokomotivbau gehen darauf hinaus, durch zweckmäßige Anordnung des Triebwerkes einen Ausgleich der Triebwerksmassen ohne Gegengewichte und damit einen ruhigen Gang der Lokomotiven zu erzielen; es läßt sich demnach annehmen, daß die Schwingungsanstöße infolge unausgeglichener Triebmassen im Lauf der Zeit immer geringfügiger sich gestalten werden. Schienenstöße auf kürzeren Brücken sucht man heute bereits nach Möglichkeit durch Einlegung besonders langer Schienen zu vermeiden; bei längeren Brücken wird ihr dynamischer Einfluß durch besondere Stoßanordnungen, z.B. Blattstoß, zu mildern gesucht. Von Einfluß auf die Schwingungsanstöße an den Schienenstößen ist der Radstand; es ist fraglich, ob nicht der neuzeitliche Drehgestellwagen mit großem Drehzapfenabstand und kleinem Drehgestellradstand die Brücken dynamisch ungünstiger als der dreiachsige Wagen beeinflußt. Die Schaubilder des Oßke-Kühneschen Biegungszeichners lassen durch Vergleich Schlüsse über die Einwirkung verschiedener Lokomotivtypen und Wagenarten auf die Brückenüberbauten bei verschiedener Fahrgeschwindigkeit zu; nach einheitlichen Grundsätzen vorgenommene Versuche werden ein Bild über die Durchbiegungen unter Berücksichtigung der Schwingungen geben können, und damit eine Ermittlung der je nach den Schwingungen wechselnden Beanspruchung ermöglichen. Die Messungsergebnisse werden wertvolle Anhalte über die zweckmäßigsten Belastungs- und Beanspruchungsannahmen für Brücken des Schnellverkehrs bieten können. Regierungsbaumeister Jaehn, Bromberg.