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Mechanik des Zugs-Verkehres.

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Die

Mechanik des Zugs-Verkehres

auf Eisenbahnen.

Ein Beitrag zur Eisenbahn-Betriebslehre.

Bearbeitet von

Roman Baron Gostkowski, k. k. ord. öffentl. Professor an der polytechnischen Hochschule zu Lemberg, General-Directions-Rath der österreichischen Staatsbahnen a. D.

Mit 19 in den Text gedruckten Figuren.

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Druck und Verlag der „Steyrermühl“ in Wien.

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Vorrede.

Noch

vor einer nicht gar zu langen Zeit mussten die Kenntnisse auf dem Gebiete des Eisenbahnwesens lediglich im Wege der

Praxis, und zwar theils durch Betheiligung an den laufenden Geschäften, theils durch Unterweisung in den einzelnen Dienstzweigen erworben werden. Dieser Art des Erkennens stellten sich auch bei der anfänglich grösseren Einfachheit des Betriebs-Apparates keine nennenswerthen Schwierigkeiten entgegen. Mit der Erweiterung des Eisenbahnnetzes, der . grösseren Intensität des Verkehres überhaupt, mit der Entwicklung des Eisenbahnwesens, haben sich jedoch die Verhältnisse gewaltig geändert.

Der anfänglich einfache Betriebs-Apparat ist im Laufe der Zeit complicirt geworden, der Umfang der Geschäfte hat sich erweitert, so dass es wohl heute keinen Menschen gibt, der das gesammte Wissen des Eisenbahnwesens in sich aufnehmen, der alle Zweige desselben zu beherrschen vermöchte. Jeder einzelne Zweig ist zu einer selbstständigen Disciplin geworden, und jeder erfordert einen ganzen Mann für sich.

Dies Alles hatte zur Folge, dass die früher geübte Weise der Ausbildung heute nicht mehr genügt, denn es ist geradezu unmöglich geworden, in der Masse des durch Specialisten Geschaffenen sich schnell zurecht zu finden, d. h. allgemeine Gesichtspunkte zu gewinnen, von welchen aus das Gebotene überschaut werden könnte. Hierzu bedarf es eines gründlichen Studiums, denn nur dieses vermag den chaotisch angehäuften Stoff systematisch zu gruppiren, der scheinbaren Gesetzlosigkeit das Gesetz abzulauschen.

Doch wie schwer wird dem angehenden Betriebstechniker-diese Arbeit! Obwohl er aus der Schule eine Fülle von Wissen mitbringt, stosst er auf eine Menge von Einrichtungen und Vorschriften, deren Grund ihm geradezu unerfindlich ist. Einen Zusammenhang des Wahrgenommenen mit den Principien der Physik mühsam und vielleicht vergeblich suchend, fällt er nur allzubald der Empirie in die Arme und gewöhnt sich schliesslich, das Heil in der Routine zu suchen.

Hiebei glaubt er das Richtige getroffen zu haben, da er Gelegenheit hat, zu hören, dass ein gedeihliches Wirken im Eisenbahndienste auch ohne Kenntniss physikalischer Gesetze und algebraischer Formeln möglich sei, und dass manchem Dienstvorstande solche Beamten die liebsten sind, welche höhere Schulen nicht besucht haben. Freilich übersehen derlei im Dienste ergraute Praktiker, dass sie nicht deshalb auf ihren Posten sich behaupten, weil sie alle Theorie meiden, sondern deshalb, weil die Routine, welche sie in der langen Reihe der im Dienste zugebrachten Jahre sich angeeignet haben, sie vor derben Missgriffen nothdürftig schützt, dass sie aber sofort die Segel streichen müssen, sobald an sie die Aufgabe herantritt, irgend einen Gegenstand, selbst einen solchen, den sie aus eigener Praxis genau zu kennen glauben, wissenschaftlich zu beleuchten.

Man muss zwar die Praxis hoch halten, denn das Experiment ist die Grundlage des technischen Wissens, doch darf man nie vergessen, dass das Wissen niemals gleichwerthig durch Routine ersetzt werden kann. Nur die Wissenschaft allein vermag an Stelle eines schwankenden Tastens nach dem Rechten das zielbewusste Vorgehen zu setzen, und dieses ist unerlässlich bei Jenen, welche berufen sind, Fragen zu lösen, welche von dem modernen Leben hundertfältig gestellt werden.

Das Studium der Eisenbahn-Literatur, auf die stolz zu sein wir alle Ursache haben, führt zwar zur Erwerbung dieses Wissens, wie unsagbar mühsam aber dieser Weg ist, weiss nur Derjenige, welcher erprobt hat, mit welcher Mühe und mit welch’ grossem Zeitaufwande Quellenstudien im Eisenbahnwesen gemacht werden müssen. Das Material ist vollständig zerstreut, keine Bibliothek hat eine entsprechende Sammlung, und bildet es, wenn mühsam zusammengetragen, schliesslich doch nichts Anderes, als ein wirres Haufenwerk von Thatsachen und Ansichten, die keine Verknüpfung untereinander haben.

Man versuche nur Werke zu lesen, wie: »Specielle Eisenbahn-Technik«, »Das Buch der Ingenieur-Wissenschaften«, »Die Encyklopädie des Eisenbahnwesens«, oder sich umzusehen in den periodischen Schriften wie: »Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens«, »Schriften des österreichischen Ingenieur- und Architekten-Vereins«, »Archiv für Eisenbahnwesen«, »Zeitung für Bauverwaltung« und anderen, die ja sämmtlich Meisterwerke in ihrer

Art sind, und man-wird sich überzeugen, dass die einzelnen Abhandlungen, weil von verschiedenen Autoren stammend, zumeist von verschiedenen Gesichtspunkten ausgehen, und daher untereinander nicht in jenem Zusammenhänge stehen, welcher erforderlich ist, um über die Gesammtheit des Vorgetragenen ein selbstständiges Urtheil zu gewinnen.

Will der Betriebs-Ingenieur auf der Höhe der Zeit stehen, so muss er Herr des Stoffes sein. Um ihm dies zu ermöglichen, bedarf es eines Buches, welches dem Leser möglich macht, die vielfachen Agenden des Eisenbahndienstes von einem höheren Standpunkte zu überblicken, es bedarf weniger eines Gesetzbuches des Eisenbahndienstes, als vielmehr eines Buches über den Geist der Gesetze eines solchen Dienstes.

Dies vor Augen habend, war mir bei Abfassung dieser Schrift weniger darum zu thun gewesen, eine Fülle von A-laterial zu bringen, als vielmehr darum, die Fähigkeit zu üben, das Gelesene selbstständig zu verarbeiten, denn nur selbstständige Arbeit macht Freude und ist geeignet, Halbwissen durch gründliches Können zu ersetzen.

Mit Hinblick auf diesen Zweck musste auf eine solide Fun-dirung der Grundbegriffe das Hauptgewicht gelegt und auf eine möglichst durchsichtige Ableitung der Grundformeln ganz besonders gesehen werden. Die zahlreich ausgerechneten Beispiele, welche zum überwiegend grossen Theile aus meiner dreissigjährigen Eisenbahn-Praxis stammen, sollen das Verständniss des Vorgetragenen erleichtern.

Ich habe es durchwegs vermieden, die betreffenden Formeln in ihrer vollen Allgemeinheit zu entwickeln, ich suchte überall im Vorhinein, d. h. schon beim Aufbaue der betreffenden Formel alle jene Umstände ausser Acht zu lassen, welche für die Praxis belanglos sind, deren Berücksichtigung aber die Formel complicirt. Hiedurch gelang es, Formeln von grosser Einfachheit zu erhalten, ohne dass sie Einbusse an Verwendbarkeit erlitten. Die einfachen Formeln liefern nämlich der Praxis denselben Dienst, wie die sonst üblichen com-plicirten Ausdrücke, was ja begreiflich ist, da die Abstriche eben mit Rücksicht auf die Erfordernisse der Praxis gemacht wurden.

Wer sich entschliesst, eine gegebene Aufgabe nur ein einziges Mal nach der üblichen Methode und nach dem abgekürzten Verfahren attszurechnen, der wird die Sicherheit und Einfachheit preisen, mit welcher die netten Formeln die aufgeworfene Frage zu beantworten gestatten. Der Empiriker wird erkennen, dass die Theorie, welche er meidet, spielend Resultate liefert, die er gewohnt war, als das Ergebniss seiner jahrelangen Praxis anzusehen, und auf deren alleinigen Besitz nicht wenig stolz zu sein.

Mein Buch soll dem angehenden Betriebs-Techniker behilflich sein, jene Summe des Wissens auf die einfachste Weise zu erwerben, welche ihn zu einem selbstständigen Handeln fähig macht, und welche unerlässlich ist, um jene Prüfungen mit Erfolg zu bestehen, welche auf Staatsbahnen in Oesterreich demnächst eingeführt werden und abgelegt sein müssen, wenn eine Vorrückung von einer in die nächst höhere Dienstes-Kategorie möglich werden soll.

Dieses Buch, welches einen Beitrag zur Eisenbahn-Betriebslehre bilden soll, einer Disciplin, für welche an der Polytechnischen Hochschule in Lemberg heuer eine besondere Lehrkanzel eröffnet wurde, habe ich in drei Abschnitte getheilt und diesen Abschnitten Ueber-schriften : Die Bahn, Die Locomotive und Der Zug gegeben.

Die erste dieser Abtheilungen (Die Bahn) hat den Zweck, die Wechselwirkung zu kennzeichnen, welche zwischen dem Schienenwege und dem darüber rollenden Vehikel besteht, und zerfällt in die Untertheile: Die Bahn und der Bewegungswiderstand.

Die zweite Abtheilung (Die Locomotive) soll die Wirkungsweise der Locomotive verständlich machen und eine einfache Berechnung ihrer Leistung ermöglichen. Diese Abtheilung zerfällt in die Untertheile : Erzeugung der Wärme, Das Wasser für die Locomotive, Der Dampf, Die Locomotive und Locomotiven für besondere Zwecke.

Die dritte Abtheilung (Der Zug) enthält die Grundsätze, nach welchen der Verkehr der Eisenbahnzüge abgewickelt wird, und zerfällt in die nachfolgenden Abschnitte: Die Eisenbahnfahrt, Das Bremsen der Züge, Der Fahrplan und Der Eisenbahitzug.

Ich habe die Eisenbahn-Literatur bis Ende des Jahres 1890 berücksichtigt, und gibt das Inhalts-Verzeichniss über die Menge des verarbeiteten Materiales, die Lectüre des Buches hingegen, über die Art der Verarbeitung einen Aufschluss.

Wien, im December 1890.

Gostkowski.

INHALTS-VERZEICHNISS.

DIE BAHN.

I. ABSCHNITT.

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Die Bahn.

Seite

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

Die Spur......................................

Die Spurweite.................... ............

Die Entwicklung der Schiene ....... ...........

Bau der Schiene ..............................

Lebensdauer der Schiene .........................

Abnützung der Schiene........................

Dilatation der Schiene...........................

Die Schwelle...................................

Dauer der Schwellen...........................

Imprägnirung der Schwellen......................

Werth der Imprägnirung..........................

Kosten der Imprägnirung........................

Anschaffungswerth einer Schwelle ..................

Der Würfel-Oberbau. ..............................

Der hölzerne Oberbau .............................

Der eiserne Oberbau..............................

Neigung der Bahn................................

Krümmung der Bahn................. ...........

Messung der Ueberhöhung und Erweiterung der Gleise

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II. ABSCHNITT.

Der Widerstand der Bahn.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

Die schädliche Reibung ..........................................

Die nützliche Reibung .................. .......................

Das Gespenst der unzureichenden Reibung...........................

Der Bewegungswiderstand........................................

Abhängigkeit des BewegungsWiderstandes von der Fahrgeschwindigkeit . .

Zusammenstellung der Widerstandsformeln...........................

Widerstand in gerader aufsteigender Bahn...........................

Widerstand in gerader absteigender Bahn...........................

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82

85

95

102

110

111

Paragraph

28.    Widerstand der gekrümmten Bahn

29.    Rechnungsmässiger Ersatz der Curven durch gleichwerthige Steigungen .. 117

30.    Gesammtwiderstand einer Bahn............................

31.    Bewegungswiderstand bei variabler Fahrgeschwindigkeit......

32.    Anwendung der Widerstandsformeln........................

33.    Mechanische Leistung, welche die Bewegung der Züge erfordert

Seite

112

118

120

124

131

DIE LOCOMOTIVE.

III. ABSCHNITT.

Erzeugung der Wärme.

34.    Messung der Wärme........................

35.    Heizwerth der Brennmaterialien..............

36.    Ermittlung des Heizwerthes der Brennmaterialien

37.    Verdampfungsfähigkeit des Brennmateriales.....

38.    Die Steinkohle..............................

39.    Das Brennholz.............................

40.    Der Torf..................................

41.    Petroleum und Leuchtgas....................

42.    Die Verbrennung...........................

43.    Die Feuerung ..............................

44.    Der Luftzug im Feuerherde der Locomotive

137

139

143

146

. . 149

152

154

156

161

169

171

IV. ABSCHNITT.

Das Wasser für die Locomotive.

45.    Zum Bahnbetriebe erforderliches Wasserquantum........

46.    Beschaffung des Wassers............................

47.    Das Pulsometer ....................................

48.    Kosten der Wasserbeschaffung ......................

49.    Der Kesselstein.....................................

50.    Die Härte des Wassers..............................

51.    Reinigung des Wassers.............................

52.    Versorgung des Kessels mit Wasser...................

53.    Der Injector.........................................

175

177

179

183

184

186

189

193

195

V. ABSCHNITT.

Der Dampf.

54.    Energie des Wasserdampfes .

55.    Die Rostfläche............

56.    Die Heizfläche ............

57.    Wirkungsweise des Dampfes

200

205

207

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58.    Druck des Dampfes im Cylinder........

59.    Expansion des Dampfes...............

60.    Dampfverbrauch und Fahrgeschwindigkeit

Seite

218

225

230

VI. ABSCHNITT.

Die Locomotive.

61.    Das Werden der Locomotive

62.    Sieg der Locomotive.......

63.    Die Adhäsion..............

64.    Grösse der Adhäsion.......

65.    Das Gewicht der Locomotive

66.    Zusammenhang zwischen dem Gewichte der Locomotive und der Steigung 257

67.    Umsteuerung der Locomotive . ..........................

68.    Zugkraft der Locomotive .................,.............

69.    Grösse der Zugkraft der Locomotive.....................

70.    Die Arbeit der Locomotive.................. ..........

71.    Wichtigere Abmessungen der Locomotive...............

72.    Wasserverbrauch der Locomotive........................

73.    Kohlenverbrauch der Locomotive........................

74.    Beispiele.............................................

75.    Anzahl der Locomotiven, welche der Betriebsdienst erfordert

235

238

242

244

252

260

264

266

273

280

285

. . 291

294

301

VII. ABSCHNITT.

Locomotive für besondere Zwecke.

76.    Die Rangir-Locomotive..........

77.    Locomotiven für den Localverkehr

78.    Dampf-Omnibus................

79.    Die Pressluft-Locomotive........

80.    Die Warmwasser-Locomotive.....

81.    Die Regenerativ-Locomotive......

82.    Locomotive Honigmann..........

83.    Die elektrische Locomotive.......

84.    Nutzeffect elektrischer Locomotiven

302

306

309

313

316

320

322

327

331

DER ZUG.

VIII. ABSCHNITT.

Die Eisenbahnfahrt.

85.    Die ersten Fahrten auf dem Schienenwege..........

86.    Fahrgeschwindigkeit..............................

87.    Zusammenhang zwischen Fahrgeschwindigkeit und Bewegungswiderstand 350

337

341

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88.    Die Fahrt in der Horizontalen.................. .........

89.    Die Grundgeschwindigkeit................................

90.    Die Fahrt in der Steigung..............................

91.    Die kritische Steigung..................................

92.    Näherungsweise Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit der Züge

93.    Die Fahrt mit Anlauf...... ............... ............

94.    Länge der Anlaufssteigung................... . ........

95.    Die Fahrt im Gefälle....................................

96.    Die zulässig grösste Fahrgeschwindigkeit in Gefällen.......

Seite

354

359

360

362

365

367

369

372

374

IX. ABSCHNITT.

Das Bremsen der Züge.

97.    Das Bremsen der Züge............

98.    Grenze zwischen Rollen und Gleiten

377

380

99. Abhängigkeit des Klotzdruckes vom Gewichte des zu bremsenden Wagens 383

100.    Abhängigkeit des Klotzdruckes von der Rollgeschwindigkeit des Wagens 386

101.    Der mittlere Werth des Klotzdruckes

389

102.    Bremswerth eines gebremsten Wagens......................

103.    Hemmende Kraft eines gebremsten Wagens .................

104.    Die hemmende Kraft eines Zuges........................

105.    Das Anhalten der Züge .................................

106.    Anzahl der Bremsen bei Zügen............................

107.    Die auf Eisenbahnen gütigen Bremsvorschriften .............

108.    Vergleich der Vereinsformel mit der Theorie ................

109.    Kraft des Mannes, welcher die Bremskurbel antreibt.........j,

110.    Handbremsen...........................................

111.    Berechnung der Handbremsen .............................

112.    Maschinenbremsen......................................

113.    Bremsen, welche durch die Kraft des Dampfes bethätigt werden

114.    Bremsen, welche durch die Kraft von Federn bethätigt werden

115.    Bremsen, welche durch den Zug hängender Gewichte bethätigt werden .. 434

116.    Bremsen, welche durch die lebende Kraft des rollenden Zuges bethätigt werden 436

117.    Bremsen, welche durch die Kraft der Elektricität bethätigt werden

118.    Bremsen, welche durch den Druck der Luft bethätigt werden ....

119.    Schnellbremsen...........................................

120.    Gruppenbremsen......................................... .

121.    Zusammenhangbremsen...................................

122.    Oekonomischer Werth der Zusammenhangbremsen..............

123.    Luftdruckbremsen....................................'. . ...

124.    Luftsaugebremsen (Vacuumbremsen).........................

125.    Die Hardy-Bremse........................................

126.    Wirkung der Luftsaugebremsen....................... ....

127.    Vorzüge der Luftsaugebremsen............................

128.    Automatisch wirkende Luftsaugebremsen......................

392

396

400

403

405

410

417

420

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439

439

440

442

443

445

449

455

457

460

462

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129.    Werth der pneumatischen Bremsen

130.    Vermittlungsbremsen ...........

131.    Bremsschuhe...................

Seite

467

469

470

X. ABSCHNITT.

Der Fahrplan.

132.    Erstellung des Fahrplanes.......................

133.    Der Nah-Verkehr..............................

134.    Construction des Fahrplanes..... ..............

135.    Die Bahnzeit................................

136.    Empirische Formeln für die Fahrzeiten der Züge . .

137.    Berechnung der Fahrzeiten.....................

138.    Zeitverlust bei Zügen durch Anhalten und Anfahren

139.    Virtuelle Länge..............................

140.    Kürzeste Fahrzeiten...........................

141.    Zugsaufenthalte............... ................

142.    Die Verkehrsdichte einer Bahn...................

473

476

478

481

488

493

497

503

506

508

514

XI. ABSCHNITT.

Die Eisenbahnzüge.

143.    Stärke der Züge...................

144.    Das zulässig grösste Gewicht der Züge

145.    Das Gewicht der Züge mit Rücksicht auf die Arbeitsfähigkeit der Maschine 526

146.    Gewicht des Zuges mit Rücksicht auf die Zugkraft der Locomotive

147.    Gewicht der Züge mit Rücksicht auf Gefälle...................

148.    Gewicht der Züge mit Rücksicht auf sonstige Verhältnisse.......

149.    Führung der Züge durch zwei Maschinen......................

150.    Schmierung der Wagen......................................

151.    Bedingungen einer guten Schmierung.........................

152.    Die gebräuchlichsten Schmiermittel...........................

153.    Untersuchung der Schmiermittel................................

154.    Reform des Schmierwesens..................................

155.    Beleuchtung der Wagen ......................................

156.    Gasbeleuchtung der Personenwagen............................

157.    Grösse des Gasbehälters eines Eisenbahnwagens................

158.    Die Gaslampe.............................................

159.    Weniger übliche Beleuchtungs-Systeme..........................

160.    Bedenken gegen die Gasbeleuchtung der Eisenbahnwagen........

161.    Elektrische Beleuchtung der Eisenbahnwagen..................

162.    Berechnung einer elektrischen Beleuchtung der Wagen...........

163.    Kosten der elektrischen Zugsbeleuchtung.......................

164.    Lüftung der Eisenbahnwagen.................................

165.    Kreislauf der Luft im Eisenbahnwagen........................

166.    Vorrichtungen für Zwecke der Lüftung von Wagen .............

519

522

530

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558

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566

568

570

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167.    Beheizung der Eisenbahnwagen....................

168.    Zum Heizen eines Personenwagens erforderliche Wärme

169.    Beheizung der Personenwagen mittelst Oefen......

170.    Die Luftheizung.......................... ......

171.    Berechnung einer Luftheizung.....................

172.    Presskohle-Heizung..................... ............

173.    Gluthpfannen-Heizung.............................

174.    Heizung der Wagen mittelst Wärmeflaschen ...........

175.    Heizung mit Schmelzwärme . ......................

176.    Die Warmwasser-Heizung.......................

177- Die Dampf-Heizung..............................

178.    Systeme der Dampf-Heizungen.....................

179.    Beheizung der Eisenbahnwagen mittelst Elektricität.....

180.    Beheizung der Güterwagen auf Eisenbahnen..........

181.    Abkühlung der Personenwagen....................

Seite

574

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DIE BAHN.

I. ABSCHNITT.

Die Bahn.

§• i.

Die Spur.

Dort, wo heute das Maulthier Griechenlands Gaue durchwandert, findet das forschende Auge des Beschauers Spuren tiefer Furchen, deren Untersuchung lehrt, dass es in Stein gehauene, sorgfältig geglättete Kanäle sind, angelegt für die Räder der Fuhrwerke, um sie auf glatter Bahn dahin rollen zu lassen.

Doch nicht nur auf Griechenland bleiben die Spurstrassen beschränkt. In weiter Ferne, wohin hellenische Kultur gedrungen, finden wir sie wieder, so in Afrika, als Verbindungen nun verfallener, einst prächtiger Wüstenstädte. Wir treffen sie aber auch auf dem Boden Syriens, zwischen Baalbeck, dem Heliopolis der Alten, dem Sonnengotte geweiht, und dem stolzen Palmyra, heute einem Trümmerhaufen versunkener Pracht.¹)

Diese Spurstrassen, angelegt zum Zwecke der sicheren und erleichterten Fortbewegung der gewaltigen Gottheits-Bildnisse, geben den Beweis der Erkenntniss der Alten des Vortheiles einer glatten Unterlage und der sicheren Führung der Räder der Lastwagen, und sind die Vorbilder unserer heutigen Spurbahnen.'')

Der deutsche Bergbau war es, welcher die Idee der Spurstrasse, die niedergegangen war mit dem Verfall des Geistes, neuerdings aufgriff, doch bediente er sich statt in Stein gemeisselter Kanäle hölzerner Bohlen, über welche die schwer mit Erzen beladenen Karren (Hunde genannt) durch Menschenhände bergauf geschoben wurden.

Die älteste Beschreibung derlei Grubenbahnen findet man in einem lateinischen Werke, welches Agricola, Bürgermeister der churfürstlichen Stadt Kemnitz schrieb, und welches im Jahre 1557 durch einen Professor in Basel ins Deutsche übersetzt wurde.

In diesem Bergwerksbuche ist zu lesen, dass für Zwecke des leichteren Heraufschaffens mit Erz beladener Karren am Boden der schief aufsteigenden Schächte vier Reihen Stränge aus Bohlen gelegt wurden. Die beiden äusseren Stränge bildeten die eigentliche Bahn für die zweiräderigen Karren. Die beiden mittleren waren in die Mitte zwischen die äusseren derart enge

*) Steiner. Bilder aus der Geschichte des Verkehrs, Prag 1880, pag. 3—7.

²) Schön. Rectorats-Rede an der technischen Hochschule in Wien, 1886, pag. 48.

aneinander geschoben worden, dass sie zwischen sich eine schmale Nuth Hessen, welche dem Leitnagel zur Führung diente, der in den Boden des Karrens eingetrieben war. Der mittlere Führungsstrang lag etwas höher als die beiden äusseren, und waren die beiden Bohlen desselben so breit, um kleinen, am Vordertheile des Karrens angesetzten Rollen als Laufbahn zu dienen.

Heinrich VI., König von England, blieb die hohe Entwicklung des deutschen Bergbaues nicht unbekannt, und er war es gewesen, welcher (1452) geübte Bergleute aus Oesterreich und Sachsen nach England berief. Mit diesen Männern scheint die hölzerne Spurbahn nach dem Reiche gewandert zu sein, welches später auf dem Gebiete des Transportes die Führerrolle zu übernehmen bestimmt war.

Die in Englands Bergwerke verpflanzte Spurbahn trug wesentlich bei, die reichen Schätze dieser Gruben in Masse zu Tage zu fördern, und so kam es, dass an den Mündungen der Schächte, bald ganze Berge von Kohle aufgeschüttet wurden, welche ihrer Verführung an die Ufer des nächsten Flusses harrten, um von dort per Schiff nach den Orten des Consums zu gelangen. Anfänglich transportirte man die angesammelte Kohle auf den Rücken der Pferde, später verwendete man hiezu Karren, welche durch Menschen bewegt wurden und zuletzt Wagen, denen man Pferde vorgespannt hatte. Man war jedoch ausser Stande, so viel Kohle nach dem Flusse zu schaffen, als von der Grube heraufgefördert wurde, und sah ein, dass eine Vermehrung der Fuhrwerke nicht zum Ziele führen könne, so lange die Wege, welche die Kohle nimmt, nicht verbessert werden.

Dieser Einsicht folgend, belegte man die ausgefahrenen Furchen der Wege, mit hölzernen Bohlen, und als man gewahr wurde, dass die Fortschaffung der Lasten nunmehr leichter erfolge, erkannte man, dass das in den Gewerken zur Anwendung gelangte Princip, das Fahrzeug an eine bestimmte Spur zu binden, auch für den Weg unter freiem Himmel anwendbar sei und als vortheilhaft sich erweist.

Derartige Anlagen wurden auch bald in grösserer Menge hergestellt. Man bildete einen Rost¹), in welchen Querhölzer in massigen Abständen von einander verlegt wurden. Auf diese befestigte man Langhölzer und füllte den Raum zwischen denselben mit passenden Staffen (Schlacken, Kies etc.) in der Weise aus, dass die obere Seite der Langhölzer in die Oberfläche der Strasse zu liegen kam. Hierdurch konnten die Räder der gewöhnlichen Strassenfuhrwerke, nach Belieben auf die Holzbahn gelangen, oder von derselben abgehen.

Derlei Bahnen entstanden zuerst in den Grafschaften Nor/humberland, und Durham, erreichten später an anderen Orten eine Länge bis zu 75 Kilometer, und waren mitunter auch zweigeleisig angelegt.

Das hölzerne Gestänge derlei Bahnen litt jedoch unter der Last der rollenden Räder und musste recht oft erneuert werden, was recht kostspielig war, da gleichzeitig auch die unterstützende Schwelle, welche durch Aufbohren von Löchern beschädigt war, entfernt werden musste.

Um diesem Uebelstande zu begegnen, hatte man später ein zweites Gestänge hinzugefügt, welches auf dem ersten, das unmittelbar auf den

J) Loewe. Der Schienenweg, 1887, pag. 2.

Schwellen lag, befestigt wurde. Das obere Gestänge, welches der Einwirkung der Wagenräder direct ausgesetzt war, konnte nun fast gänzlich abgenützt werden, ohne dass hiedurch der Tragkraft der unteren Langschwelle Eintrag geschah.¹)

Einem, im Jahre 1556 geschriebenen Werke Ettenhard’s entnehmen wir, dass an Stellen des Obergestänges, welche naturgemäss der grössten Abnützung unterlagen (Krümmungen), dünne Stäbe von Schmiedeisen genagelt wurden, welche den Namen Reibeisen trugen. Aehnliches geschah wohl auch bei jenen Bahnen, welche später in England entstanden, und wird mehrfach das Jahr 1716 als dasjenige bezeichnet, in welchem man anfing, dünne Platten aus geschmiedetem Eisen, an hölzerne Langschwellen zu nageln, um deren rasche Zerstörung hintan zu halten.

Da aber Schmiedeeisen zu dieser Zeit nur in kleinen Mengen zu haben war, da es noch mit der Hand bearbeitet werden musste, so konnten derlei Auskunftmittel, wie das Anriageln schmiedeeiserner Stäbe, nur vereinzelt in Anwendung kommen. Es war daher natürlich, dass man an einen Ersatz des theueren Schmiedeeisens dachte.

So sehen wir denn in Whitehaven (1738) auf die hölzernen Bohlen gusseiserne Platten nageln, auf welchen die üblichen Fuhrwerke durch Pferde gezogen wurden. Da man aber die alten schweren Wägen beibehielt, diese aber zu schwer für das brüchige Gusseisen waren, so konnten diese neuen Schienen unmöglich entsprechen. Ein Spiel des Zufalls sollte jedoch der weiteren Entwicklung fördernd entgegenkommen.

In Folge einer mächtigen Krise gingen nämlich (1767) die Eisenpreise so sehr herunter, dass in den Giessereien grosse Mengen von erzeugtem Gusseisen vorräthig waren, und man nicht im Stande war, das Erzeugniss an Mann zu bringen. Um dasselbe nicht nutzlos lagern zu müssen, verfiel Reinolds, einer der Mitbesitzer der grossen Werke in Cole-brook-Dale, auf den Gedanken, das erzeugte Eisen in Form circa 5‘ langer Platten zu giessen, um es an Stelle der Langschwellen, welche einer beständigen Zerstörung unterlagen, provisorisch so in die Spurbahn zu nageln, dass deren schwach muldenförmige Oberfläche bündig mit der Strasse zu liegen kam und daher, ebenso wie vorher die hölzernen Backen von den Rädern befahren werden konnten. _ Gingen die Eisenpreise nachträglich in die Höhe, so konnten ja die Gussplatten aus der Bahn wieder herausgenommen und einer besseren Verwendung zugeführt werden.

Der Preis des Gusseisens ging zwar später in die Höhe, die Gussschienen verblieben jedoch im Gleise, weil man mittlerweile eine Erfindung gemacht hatte, der zufolge möglich wurde, die brüchigen Platten dennoch zu verwenden. Man kam nämlich (1768) auf die glückliche Idee, das Gewicht eines grossen Wagens auf mehrere kleinere zu vertheilen, wodurch ohne Verminderung der Transportlast, der Druck auf die Schiene verringert wurde.²) Von da ab brachen die Schienen nicht mehr unter der Last der über sie rollenden Fuhrwerke. Der Spurweg war erfunden.

ü Steiner. Bilder aus der Geschichte des Verkehrs, Prag 1880, pag. 13—17. -) Wood. Eisenbahnkunde, Braunschweig 1839, pag. 8.

§• 2.

y = 100- j/104—Xa

(=)-(=-)

Neigung der Bahn.

F.z

Zusammenstellung der Formeln.

Gesammtwiderstand einer Bahn.

Messung der Wärme.

Der Torf.

Der Luftzug im Feuerherde der Locomotive.

Reinigung des Wassers.

Die Rostfläche.

2 24 mit dem Drucke angenommen wird, welchen er im Kessel übt, was zur Voraussetzung hat, dass während des Weges vom Kessel zum Cylinder keinerlei Spannungs-Verluste stattfinden, was aber bekanntlich nicht der Fall ist. Die Erfahrung lehrt vielmehr, dass, sobald der Dampfdruck im Kessel 8'5 Atmosphären beträgt, derselbe bei einem Füllungsgrade von 3/s auf 7-4, bei 4 s auf 8‘1 und bei 6/8 auf 8’4 Atmosphären sinkt.

Die Grösse der Adhäsion.

§. 68.

Aus dieser Tabelle ersieht man, dass eine und dies

Locomotiven für den Local-Verkehr.

Die elektrische Locomotive.

§. 87.

Die Fahrt mit Anlauf.

§• 100.

Anzahl der Bremsen bei Zügen.

Handbremsen.

Bremsen, welche durch den Druck der Luft bethätigt werden.

Die Hardy-Bremse.

Der Nah-Verkehr.

300

Die Verkehrsdichte einer Bahn.

Gewicht der Züge mit Rücksicht auf Gefälle.

Grösse des Gasbehälters eines Eisenbahnwagens.

Kreislauf der Luft im Eisenbahnwagen.

U 25

Tl57w a. m . c

§• 2.

Die Spurweite.

l-524m

Die Holzbahnen der deutschen Bergwerke, bei welchen, nach Verfall der griechischen Steinbahnen, die Idee der Spurbahn zuerst verwirklicht wurde, zeigen eine constante Entfernung der beiden Schienenstränge, eine constante Spurweite. Die Grösse derselben ergab sich zunächst durch die Nothwendigkeit, die Schienenstränge soweit auseinander zu legen, damit die Karren, welche zum Transporte der Erze dienten, auf denselben rollen konnten. Die Entfernung der Räder dieser Karren richtete sich nach den Abmessungen der Strassenwagen, und da diese in England 4' betrug, so ging diese Dimension später auf die Gleise über.¹) Als später (1805) die erste Eisenbahn erbaut wurde, erhielt sie eine Spurweite, welche von Aussenkante zu Aussenkante dieses Mass erhielt. Im Lichtenmaasse betrug diese Spurweite l‘435m. Diese Spurweite behielt auch Stephenson bei, als er zwanzig Jahre später, die erste, dem öffentlichen Verkehre dienende Bahn erbaute (die im Jahre 1825 eröffnete Eisenbahn von Stockton nach Darlington).

Diese Spurweite acceptirten auch die später erbauten Bahnen, wie z. B. die Bahn Liverpool-Manchester (1830), Edinburgh-Dalkaith (1831), Dnblin-Kengston (1834), Birmingham-Liverpool (1837), obwohl sie schon sämmtlich nicht mehr durch Pferde, sondern durch Dampf betrieben wurden.

Erst nach Erbauung der letzgenannten dieser Bahnen, begann man zu erwägen, ob die Spurweite Stephenson’s den Anforderungen des Verkehres entspreche und Brunell, der geniale Erbauer und erster Director der Great -Western Eisenbahn war es, welcher die Zweckmässigkeit dieser willkürlich gewählten Spurweite anzweifelte, und derselben eine andere entgegenstellte. Zufolge dessen erhielt (1838) die Great-Western Bahn abweichend von allen bisher gebauten Bahnen, eine Spurweite von 2⁻13m. Ein Theil der englischen Ingenieure schloss sich Stephenson an, ein anderer Theil folgte dem Beispiele Brunell’s, und der Rest ging seine eigenen Wege. Hiedurch kam es, dass bald sieben verschiedene Spurmaasse auf den englischen Bahnen im Gebrauche standen.

So lange die einzelnen Bahnen untereinander unverbunden blieben, hatte diese Verschiedenheit wohl keine Bedeutung. Die Grösse des begangenen Fehlers kam jedoch sofort zum Bewusstsein, als die Bahnlinien mit verschiedenen Spurweiten sich derart erweitert hatten, dass sie aneinander stiessen. Da erst wurde es klar, dass man wohl ein einheitliches Netz von Schienensträngen habe, dass aber ein einheitlicher Betrieb auf diesem Netze unmöglich sei, weil die Wagen von einer Bahn auf die andere nicht gelangen konnten. Man fühlte, dass eine einheitliche Spurweite unerlässlich sei, und setzte desshalb in England eine Commission ein, welche diese Angelegenheit zu regeln hatte.

Diese Commission entschied sich (1845) für das von Stephenson gebrauchte Maass. Dieses Maass, unter dem Namen Normalspur, verdrängte in der Folge alle übrigen Spurweiten und blieb schliesslich das allein herrschende.

h Steiner. Bilder aus der Geschichte des Verkehrs, Prag 1880, pag. 61.

Bahnen, welche die Stephenson’sehe Spurweite verlassen haben, wie z. B. die Great-Western, die Bahnen in Holland, Baden und manche andere, mussten nothgedrungen zur Normalspur zurückkehren. Eine geringe Abweichung von der normalen Spurweite zeigen die französischen Bahnen, indem man dort von Vornhinein den kürzesten Abstand der Gleisstränge von Mitte zu Mitte auf l'5m festsetzte, so dass sich das Maass für die eigentliche Spurweite je nach der Dicke des Schienenkopfes zu L44m bis l;45m ergab. Bedeutendere Abweichungen findet man in Russland (1*51m), Schottland (1*6m), Spanien (l’74m), Irland    Holland (1*93m), welche

Abweichungen aus verschiedenen, nicht immer klar zu übersehenden Gründen entstanden. Was die übrigen Welttheile betrifft, so sind daselbst zwar verschiedene Spurweiten üblich geworden, den Vorrang behauptet aber auch hier Stephenson’s Normalspur.¹)

§. 3.

Die Entwicklung der Schiene.

Der 17. November des Jahres 1767 ist der Geburtstag der eisernen Schiene, denn an diesem Tage verliess die gusseiserne Platte Reynolds’ die Form, um noch in demselben Jahre mit anderen auf die hölzerne Spurbahn des Eisenwerkes Colbrook-Dale in Skropsshire genagelt zu werden. (§. 1.)

breit und 3⁻17

cm

cm

dick, sie waren

Diese »scantlings of iron«, wie die erwähnten ersten Schienen benannt wurden, waren l‘52m lang, 10'16 mit Oeffnungen versehen, welche das Annageln an die Langschwelle ermöglichten. Die Colbrook-Dale-Schienen entsprachen zwar Anfangs den Anforderungen, konnten aber bei grösserer Fahrgeschwindigkeit, namentlich in gekrümmten Strecken, dem Verkehre nicht mehr eine sichere Führung bieten.

Dies geschah erst, als Benjamin Curr die gusseiserne Schiene der Sheffield Kohlenwerke mit einem erhabenen Rande versah (1776). Doch hatte auch diese Schiene ihre Mängel, indem die Reinigung des Gestränges von Staub, Schnee und Koth Schwierigkeiten bereitete und Veranlassung zu mancherlei Unfällen gab.

In der Absicht derlei Missstähden zu steuern, schaffte Jessop (1789) in Leicestershire den vorstehenden Rand der Schiene wieder ab, erhob sie über das Niveau der Strasse, versah aber die Räder mit vorstehenden Spurkränzen. Der glückliche Gedanke der Erhebung der glatten Schiene über das Nireau der Umgebung inaugurirt eine neue Aera in der Entwicklung der Spurwege. Einer solchen Schiene war nämlich nichts mehr vorzuwerfen, als höchstens die Brüchigkeit des Materiales, aus dem sie bestand.

Durch Lagerung der brüchigen Schiene, ihrer ganzen Länge nach auf hölzerne Longrinen, wurde zwar die Tragfestigkeit der Schiene vergrössert, die Unsicherheit der Fahrt wurde jedoch hiedurch nicht vermindert, weil die hölzernen Langbäume sich warfen und Anlass zu unliebsamen Spurerweiterungen gaben. Josua Burns versuchte daher (1793) die gusseiserne Schiene etwas stärker zu machen und ihr eine solche Form zu geben, welche eine Unterstützung der Schiene durch auseinander gestellte Unterlagen gestattete. Und dies war wieder eine Einführung von weittragenden

J) Loewe- Der Schienenweg, 1887, pag. 188.

Folgen. Outrant construirte nämlich bald darauf (1800) gusseiserne Schienen von einer solchen Festigkeit (die sogenannten Fischbauchschienen), dass man die einzelnen Unterlagen recht weit auseinander stellen konnte, und wendete hiezu nicht mehr Steinwürfel, wie dies Burns that, sondern hölzerne Querschwellen, wodurch die Schiene eine sichere und elastische Lagerung erhielt, ihrer Aufgabe sonach besser entsprach, als alle bisherigen Con-structionen.

Die grösste Vervollkommnung erfuhr jedoch die Schiene erst durch die Erfindung des Walzens. Der 23. October des Jahres 1820 ist der denkwürdige Tag, an welchem John Berkinshaw, . Director der Hüttenwerke in Durham, das bezügliche Patent erhielt. Das gewalzte Eisen erwies sich als ein vortreffliches Material für die Schiene, weil es zähe war und eine grosse Tragfähigkeit hatte; das Walzen selbst ermöglichte aber die Formgebung der Schiene, welche früher praktisch nicht zu erreichen war. So muss denn die Erfindung des Walzens als der grösste Schritt bezeichnet werden, welcher in der Erzeugung der Schiene ■ gemacht wurde.

■ Die Schienen, welche Berkinshaw walzte, hatten einen flachen Kopf, an den sich ein rechteckiger Steg anschloss, sie hatten eine, der Outram-Schiene ähnliche, also eine Fischbauchform (Champignon-Form) und erhielten eine Länge von 18 englischen Fuss, d. i. eine Länge von 5‘94m.

Die Bahn von Stockton nach Darlington, also die erste mit Dampf betriebene Eisenbahn, welche dem öffentlichen Verkehre diente, erhielt (1825) solche Schienen, obwohl G. Stephenson, der Baumeister dieser Bahn, ein Patent auf anders gearbeitete Schienen hatte und seine Schienen gewiss verwendet haben würde, wenn sie mindestens ebenso gut, wie jene Berkinshaw’s, gewesen wären. So vorzüglich auch die Berkinshaw-Schiene in Bezug auf die Verarbeitung des Materiales war, und so sehr sie eine Epoche in der Geschichte des Eisenbahnwesens bildet, so weist sie doch in Bezug auf die Formgebung wesentliche Mängel auf.

R. Stephenson, der geniale Sohn des grossen Autodidakten, versuchte zwar diese Mängel zu beheben, indem er Schienen mit einem symmetrischen Querschnitte construirte, doch zeigte die Erfahrung nur allzubald, dass derlei Schienen die Erwartungen nicht rechtfertigen, welche man an ihre Erfindung knüpfte. Vor Allem zeigte sich, dass die symmetrische Schiene mit der Schwelle nicht mehr direct verbunden werden konnte, man war gezwungen, sie an den Unterstützungsstellen in 15 — 20 Kilogramm schwere Schuhe von Gusseisen zu lagern, und sie darin durch Eintreiben von circa 200 Gramm schweren, hölzernen Keilen festzupressen, während die Schuhe selbst, an die Schwelle genagelt wurden. Weiters lehrte die Erfahrung, dass die Ansicht, man werde die Schiene umwenden können, falls deren Lauffläche sich abnützen würde, nicht zutreffend war. Es zeigte sich nämlich, dass die angefahrene Schiene, nachdem sie umgewendet worden war, nicht mehr so gut in den Schuh passe, wie dies die Sicherheit des Verkehres verlangte, und das brachte zur Einsicht, dass eine dem Zwecke entsprechende Schiene an jenem Theile, welcher an der Schwelle zu liegen habe, anders geformt sein müsse als an jenem Theile, über welchen die Räder rollen. Sie müsse nämlich so geformt werden, dass ein unmittelbares Aufliegen der Schiene an die hölzerne Schwelle ermöglicht und ein directes Festhalten derselben erzielt werde.

Bevor noch die Praxis ihr absprechendes Urtheil über die symmetrische Form der Schiene sprach, erkannte schon Stevans in Amerika (1820) deren Mängel und ging auf die unsymmetrische Schiene wieder zurück, indem er ihr eine breite Basis gab.

Anfänglich blieb jedoch die breitbasige Schiene ohne Beachtung, erst als Pastrik in Amerika (1836) sie in die Gleise zu legen begann, und Vignoles, der Chef der Ingenieurkammer in London, sie nach England brachte, wurde die Aufmerksamkeit der Techniker auf sie gelenkt. Wenngleich die sorgfältigen Untersuchungen Weishaupt’ s¹) die Vortheile der breitbasigen Schienen zur Genüge darlegten, und sehr viel zu der ausserordentlichen Verbreitung derselben am Continente beigetragen haben, so waren sie dennoch für die französischen Ingenieure nicht überzeugend genug, wie dies ja am besten aus dem Beschlüsse der durch die dortige Regierung im Jahre 1881 eingesetzten Commission hervorgeht, demzufolge keine der beiden Schienengattungen unbedingten Vorzug vor der andern verdiene.²) Auch die Engländer sind keine Freunde der breitbasigen Schiene, obwohl diese Schiene wie gesagt, zuerst nach England verpflanzt war, und von dort aus (unter Vignoles’ Namen) ihren Rundgang durch die Welt zu machen begann.

Die Vignot esSchVne. ist heute mit Ausnahme von England und Frankreich fast überall verbreitet. Auf dem europäischen Continente scheint die Leipzig-Dresdner Bahn die erste gewesen zu sein, welche die breitbasige Schiene (Vignoles-Schiene) im grossen Maassstabe zur Anwendung brachte (1838). Die erste Theilstrecke der Kaiser Ferdinands-Nordbahn in Oesterreich, welche in diesem Jahre eröffnet wurde, hatte noch keine breitbasigen Schienen. Für diese Bahn wurde das damals in England und Belgien allgemein adoptirte Profil, die sogenannte hochkantige, 4‘74m lange Stuhlschiene angenommen, deren Current-Meter circa 19k£ wog. Diese Schienen wurden aus England bezogen; weil dieselben jedoch nicht rechtzeitig eintrafen, so wurden provisorisch auf der kurzen Strecke von 1 V₃ Meilen Flachschienen gelegt, welche Schienen jedoch schon im Jahre 1840 wieder beseitigt wurden.³)

Heute ist, wie gesagt, die Vignoles-Schiene die fast allein herrschende, nur das Materiale aus dem sie anfänglich arigefertigt wurde, hat sich geändert. Man begann nämlich die eisernen Schienen mit einem Kopf aus Stahl zu versehen, und war in Oesterreich die Buschtehrader Bahn die Erste gewesen, welche derlei Schienen in ebene Gleise verlegt hatte (1855). Den Stahlkopfschienen folgten bald Puddelstahlschienen, und war in Oesterreich die Nordbahn die erste, welche dieses neuen Erzeugnisses sich bemächtigt hatte. Sie hat nämlich auf der Strecke Weisskirchen-Pohl derlei Schienen bereits im Jahre 1860 verlegt. Heute brachte man die Fabrication der Stahlschienen zu einer solchen Vollkommenheit, dass eiserne Schienen nicht mehr erzeugt werden, weil Stahlschienen billiger und besser sind.

Aus der nachfolgenden Tabelle, welche der jüngsten (im Jahre 1885 publicirten) internationalen Eisenbahnstatistik entnommen wurde, kann die

Länge der Stahlschienengleise Europas ersehen werden, wie sie Ende 1882 vorhanden war :

Länge der Gleise mit Schienen aus

Staat

Eisen

Stahl

Stahl u. Eisen

Kilometer

Deutsches Reich Frankreich . . . Oesterreich . . Russland . . .

Italien.....

Belgien .... Schweiz .... Niederlande . . Dänemark    .    .    .    .

Luxemburg . . .

29.686

26.141

14.045

9.745

6-795

3.211

2.695

1.837

1-394

1.223

1.003

22.773

19.632 10.530_ 22.291 ' 4.639 3.641 1.005 1.428

529

409

7.067

1.052

803

789

159

472

224

41

Summa . .

98.723

87.614

8.925

Zum Schlüsse mag noch erwähnt werden, dass die Chicago- und Milwaukee-Eisenbahn Schienen aus Papiermasse versuchsweise verwendet. Wie Engineering berichtet (1883) wird die Papiermasse, aus welcher die Schienen angefertigt sind, einem hohen Drucke unterworfen, und soll dieselbe hierdurch eine solche Stärke und Unveränderlichkeit erlangen, dass die schwersten darüber fahrenden Locomotiven keinen Eindruck hinterlassen, und dass kein Einfluss der Atmosphärilien bemerkbar wird. Als \Veitere Vorzüge des neuen Materiales werden die verminderte Zahl der Schienenstösse und die geringere Längenänderung der Schienen durch Temperaturwechsel, demnach sanftes Befahren, geringere Abnützung der Fahrbetriebsmittel, und, was wohl die Hauptsache ist, Vermehrung der Reibung angegeben, welch’ letzterer Umstand eine Anwendung grösserer Steigungen ermöglicht. Ausserdem soll der Preis der Papierschienen nur circa Vs des Preises der Stahlschienen betragen.

§• 4.

Bau der Schiene.

Im vorhergehenden Paragraphe wurde die Geschichte der Entstehung . der Schiene erzählt, nun soll Einiges über deren Bau gesagt werden.

Was zunächst die Länge der Schiene anbelangt, so schwankt dieselbe zwischen 5 72m bis 12m. In Oesterreich haben eiserne Schienen zumeist eine Länge von 6'5m, Stahlschienen eine solche von 7'5m. In England sind Schienen von 6⁻4m bis 9’14m üblich, in Frankreich solche von 5’5m bis 8m und in neuester Zeit, als Stahlschienen eine allgemeine Verbreitung fanden, eine solche von 12m Länge. Die Ersparungen an Kleinmaterial sind

bei so langen Schienen nicht unbedeutend, die Festigkeit des Gleises wird eine wesentlich grössere und die Fahrt über dasselbe eine viel angenehmere, als bei Anwendung kürzerer Schienen.

Allerdings erfordert die Anordnung der Zwischenräume der Schienen an ihrem Zusammenstosse (die Dilatation) besondere Aufmerksamkeit, auch ist die Handhabung der Schienen umständlich und schwierig. In der Praxis dürften jedoch diese Nachtheile von den erwähnten Vorzügen langer Schienen jedenfalls übertroffen werden.¹)

Bezüglich des Querschnittes der Schienen ist zu bemerken, dass derselbe der Festigkeit des Materiales angepasst und derart ermittelt werden muss, dass die Schiene mit Sicherheit jenen Druck ertragen könne, welcher durch die rollenden Züge auf sie ausgeübt wird. In dieser Richtung ist also die Schiene von dem Fahrzeuge abhängig, welches über sie rollt.

Trevethik, der Ahne der Locomotiv-Erfindung, wie ihn M. M. Weher nennt, war es, der zuerst (1808) erkannte, dass Schiene und Locomotive zusammengehören ; doch scheint es, als wenn diese Erkenntniss wieder verloren gegangen wäre. Wir sehen nämlich den rapiden Anforderungen, welche an die Leistungsfähigkeit der Eisenbahnen gestellt werden, nur die Maschinen folgen, während der Oberbau denselben nur schwerfällig nachhinkt. Erst gegen Ende des Jahres 1860 brachte man den Oberbau mit den Fahrbetriebsmitteln in Einklang und garantirte hiedurch dem Verkehre die volle Sicherheit.

cm

weit von einander

Bezeichnet p den Druck in Tonnen, welchen ein über die Schienen rollendes Rad auf dieselbe ausübt, so beträgt unter Voraussetzung, dass die Schwellen auf denen die Stahlschiene gelagert ist, 90 abstehen, und der Stahl mit 1000 bis 1100k» per Quadrat-Centimeter Querschnitt in Anspruch genommen werde, nach Professor Winkler, der Querschnitt f der breitbasigen Schiene nahezu

(i

f=io]îy

Quadrat-Centimeter.

Für einen Raddruck von 8 Tonnen, würde nach dieser Formel der Querschnitt der Schiene 40cm,i betragen; und um diese Grösse herum schwanken auch wirklich die Querschnitte unserer Stahlschienen.

Für Bahnen zweiten Ranges, also für Bahnen, auf welche das Rollmateriale der Vollbahnen nicht übergeht, kann man schwächere Schienen verwenden, und ist ein solcher Vorgang durch die Oekonomie nicht nur gerechtfertigt, sondern auch geboten.

Als geringsten Querschnitt für Hauptbahnen, nimmt Professor LoeweQ bei einer Schiene, deren Current-Meter 27kg wiegt, 34⁻5cmi an. Es sind wiederholt Vorschläge aufgetaucht, einige wenige, möglichst zweckmässig geformte Schienenquerschnitte, sogenannte Normal-Profile, allgemein anzunehmen. Bis heute kann jedoch von einem durchgreifenden Erfolge in dieser Richtung nicht gesprochen werden.

Das Gewicht eines Meters Schiene ist natürlich von der Grösse des Querschnittes derselben abhängig, es lässt sich ermitteln, sobald man den

]) Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, 1889, pag. 676.

²) Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1885, pag. 24.

Kilogramm. In dieser Formel bezeichnet:

g . . . das Gewicht von 1 Current-Meter Schiene in Kilogramm; p . . . den Raddruck auf die Schienen in Tonnen.

Für einen Raddruck von 7 Tonnen ergibt sich für den Current-Meter Schiene ein Gewicht

3_

von

7⁻8 . V8²:=28'5 Kilogramm.

1 Current-

Winkler’sehen Werth des Querschnittes acceptirt und erwägt, dass das specifische Gewicht des Stahles 7-8 ist. Mit Hinblick hierauf wiegt 1 Current-Mèter Schiene

Tonnen oder

3_

X 7*8]V

g = 7‘81/p⁵

10

104

(2

Aus der nachstehenden Tabelle sind die Gewichte von Meter solcher Schienen zu ersehen, wie sie in Oesterreich und Deutschland zur Verlegung gelangen:

Staat,

in welchem die Schienen verlegt werden

Die Anzahl der Schienen, deren Current-Meter wiegt

bis 27

28-32

33-37

über 37

Kilogramm, betrug im Jahre 1880 in Procent aller in den Gleisen liegenden

Oesterreich

25

62

Deutschland

63

23

In Frankreich verwendet man stärkere Schienen. Hier wiegt 1 Current-Meter Schiene 30 — 39 k& und noch mehr. England liebt ebenfalls schwerere Schienen, der Current-Meter derselben wiegt dort 40 — 45lv». In neuester Zeit geht die Tendenz dahin, noch schwerere Schienen, solche, deren Current-Meter 50ks wiegt, zur Geltung zu bringen.

Man dürfte versucht sein anzunehmen, dass durch Verwendung leichterer Schienen der Oekonomie besser Rechnung getragen werde, als durch Beschaffung schwerer Schienen. Dieses ist jedoch nicht der Fall, weil man Bedacht nehmen muss, für das aufgewendete Geld nicht möglichst viel Stahl, sondern möglichst viel Steifigkeit der Schiene zu erhalten. Da aber die Steifigkeit mit der dritten Potenz des Gewichtes der Schiene wächst¹), so sieht man, dass leichte Schienen nicht nothwendig ökonomisch sein müssen.

Die Ansprüche, welche, im Vergleiche zur früheren Zeit, gegenwärtig an den Oberbau gestellt werden, haben sich wesentlich gesteigert, weil sowohl das Gewicht des rollenden Materiales, als auch die Fahrgeschwindigkeit erheblich zugenommen haben. Diese Umstände machten es nothwendig, den Oberbau tragfähiger und kräftiger zu gestalten, und zwar umsomehr, als die Vermehrung des Achsdruckes der neuen Fahrzeuge gerade bei Eilzugs-Locomotiven stattfindet, und deren schädliche Bewegungen durch Anwendung

') Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886, pag. 95.

einer grossen Dampfspannung und hoher Treibräder ohnehin viel bedeutender sind als bei den älteren Locomotiven.

Auch ist nicht zu vergessen, dass bei Anwendung schwerer Schienen die Beanspruchung der äussersten Faser der Schienenfüsse eine weit geringere ist als bei leichten Schienen ; dieselbe beträgt, je nach der Geschwindigkeit, mit welcher das Geleise befahren wird, V2 bis ²/₃ jener der sonst üblichen Schienen von 30kS Gewicht. Je grösser die Fahrgeschwindigkeit ist, umso günstiger stellt sich die schwere Schiene bezüglich ihrer Beanspruchung gegenüber der leichteren dar.¹)

Es wäre zwar möglich, durch Vermehrung der Schwellenzahl auf jede Schiene, den Oberbau den erhöhten Anforderungen des modernen Verkehres anzupassen, vom wirthschaftlichen Standpunkte ist es jedoch empfehlenswerther, Schienen von grösserem Querschnitte anzuwenden, weil gegenwärtig der Preis des Stahles ein verhältnissmässig niedriger ist, und man mit der Nachgiebigkeit der Bettung rechnen muss.²)

Die Anwendung schwerer Stahlschienen ging von Belgien aus, wo

im Stahlwerke Cockerill bei Seraing im Jahre 1887 das feierliche Probewalzen von Sandberg’s »Goliathschiene« stattfand. Diese Schiene hatte eine Kopfbreite von 72 eine Höhe von 145

mm

, eine Fussbreite von 135mm,

eine Stegdicke von 17

mm

, und wog der Current-Meter derselben 52'7kg. Das Walzen gelang vollkommen und werden Schienen dieser Grösse (von 9m Länge) über Verfügung des Eisenbahnministers auf den belgischen Linien in Verbindung mit 70k£ schweren flusseisernen Querschwellen mit direct eingewalzter Neigung und Verstärkung (System Post) verlegt.³)

Das Gewicht von einem Current-Meter Gleis ermittelt sich sofort, wenn man erwägt, dass beim hölzernen Oberbaue das Kleineisenzeug durchschnittlich 7 Procent des Schienengewichtes ausmacht. Diesem zufolge wiegt 1 Current-Meter Gleis:

3_ 3

2 X D07 X 7'81/p² = 171/p²

Kilogramm. Bezeichnet man dieses Gewicht mit G, so ist :

.    .    (3

eine Formel zur Berechnung des Gewichtes von 1 Current-Meter Stahlschienengeleise. Hier bezeichnet :

Ct . . . das Gewicht von 1 Current-Meter Stahlschienengeleise in Kilogramm; p . . . den Raddruck, welchen die Schiene auszuhalten hat, in Tonnen.

Für p — 7, folgt G = 62 Kilogramm als Gewicht für 1 Current-Meter Stahlschienengleis.

Die Höhe der Schiene ergibt sich nach Winkler, aus der Formel:

h=63fp

(4

in welcher bezeichnet :

ll. . . die Höhe der Schiene in Millimetern; p . . . den Raddruck in Tonnen.

Für einen Raddruck von 7 Tonnen würde sich also eine Schienenhöhe von 120 Millimetern

ergeben.

’) Coiiard. Revue générale des chemins de fer, 1888.

²)    Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen 1889, pag. 676.

³)    Birk. Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1889, pag. 245.

Die vom Vereine deutscher Eisenbahn-Verwaltungen aufgestellten Normalprofile für Schienen, haben folgende Maasse in Millimetern :

Eisen

Stahl

Höhe der Schiene Breite des Kopfes Breite des Fusses 'Dicke des Steges ,

129

122

58

54

118

98

15

13

Das Widerstands-Moment der Schiene ergibt sich nach Winkler mit

Wm = 17*2. p . .

Hiebei berechnet :

I>

Wm ... das Widerstands-Moment der Schiene; den Raddruck in Tonnen.

Demzufolge beträgt das Widerstandsmoment einer Schiene, welche einen Raddruck von 7 Tonnen auszuhalten hat, nahezu 17-2X7=120, und dies ist so ziemlich das Minimum, welches auf Hauptbahnen noch zugelassen werden kann. Professor Loewe¹) nimmt hiefür 119 an.

Im Vorstehenden wurden die Hauptdimensionen der Schiene, das Widerstandsmoment und Gewicht derselben, als Functionen des Raddruckes dargestellt, so dass diese Elemente sofort bestimmt werden können, sobald der Druck bekannt ist, welcher auf den Schienenkopf vertical ausgeübt wird.

Es ist nun Zeit, über die Grösse dieses, die Dimensionen der Schienen bestimmenden Druckes — des Raddruckes zu sprechen.

Das Gewicht, mit welchem die Räder nicht bewegter Fahrzeuge gegen die Schienen drücken, soll für Hauptbahnen nach den technischen Vereinbarungen, dass Maass von 7 Tonnen pro Rad nicht übersteigen. Bei einem kleineren Drucke darf entweder das Schienenprofil geschwächt oder die Zahl der Schwellen vermindert werden. Durch Bewegung der Fahrzeuge wird jedoch dieser Druck vergrössert und kann es kommen, dass ein bewegter Eisenbahnzug, auch wenn von der Wirkung der durch eine unvollkommene Lagerung der Schwelle entstehenden Stösse abgesehen wird, die normale Belastung der Schienen zeitweise sich reichlich um 50 Procent vergrössert. Diese Mehrbelastung ist umso erheblicher, je bedeutender der Schienendruck der Räder im Verhältnisse zur Stärke des Oberbaues ausfällt. Die Entlastungen der Schiene, bei aufwärts gerichteter Bewegung des auf Federn ruhenden Kessels, können übrigens unter Umständen, besonders dann, wenn der Spielraum unter dem Achslagerkasten gering bemessen wurde, noch bedenklicher werden, als die schwankenden Mehrbelastungen. ²) Die nachstehende Tabelle enthält die wichtigeren Dimensionen und Daten der auf Haupt- und Nebenbahnen vorkommenden Schienen.

Jj Zeitschrift für Baukunde, 1884, pag. 69.

²) R. Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, Wiesbaden 1879, pag. 53.

Es darf nicht unerwähnt bleiben, dass die Schienen nicht nur einen Druck von oben, sondern auch einen Seitendruck auszuhalten haben. In gekrümmten Strecken entsteht derselbe in Folge der dort auftretenden Centri-fugalkraft beim Befahren des Gleises, in Geraden hingegen durch die schlängelnden Bewegungen der Maschine.

Wie stark die durch schlängelnde Bewegung der Locomotive entstehenden, seitlich gegen die Schienenköpfe wirkenden Kräfte unter Umständen werden können, ist daraus zu ermessen, dass nach dem Passiren rasch fahrender Züge das Gleis sich nicht selten abwechselnd nach beiden Seiten hin verschoben zeigt. Wenn berücksichtigt wird, dass zur Verschiebung der Schwelle auf der Bettung eine Kraft nöthig ist, welche gleich ist der Hälfte des auf die Schwelle drückenden Gewichtes, so ist ersichtlich, dass der Seitendruck mindestens halb so gross ist, als der verticale Raddruck, also mindestens 7/2 Tonnen = 3500kF für jedes Locomotivrad beträgt.

§. 5.

Lebensdauer der Schienen.

Würde man das Eisen sammeln können, welches seit Eröffnung der ersten Eisenbahn durch die rollenden Züge von den Gleisen abgewetzt wurde, so würde dasselbe mehr als zureichen, um daraus so viele Schienen anfertigen zu können, als zur Umspannung unseres Erdballes erforderlich ist, denn es lehrt die Erfahrung, dass ein jeder über das Gleis rollende Zug auf einem Kilometer desselben circa 100 Gramm Eisen, und wenn die Schienen aus Stahl sind, 10 Gramm dieses Materiales abschleift.¹)

Neuere Erfahrungen lehren, dass nach Durchlauf von einer Million Tonnen Last über die Schienen die Abnützung der Höhe derselben beträgt bei:

F einkornschienen

Puddelstahlschienen . . . . , Bessermerstahlschienen . , Eisernen Cementschienen

Bahnen

Gegenstand

II.

Ranges

Local

bahn

Länge der Schiene...............

Höhe der nicht abgenützten Schiene

Kopfbreite.......................

Stegbreite......................

Fussbreite.....................

mm

Gewicht von 1 Current-Meter Schiene.....

Tragfähigkeit bei Inanspruchnahme von 100kg per Quadrat-Cent, und einer Schwellenentfernung von 90cra

kg

Tonnen

Zulässige Abnützung des Schienenkopfes . . mm

cm⁴

Trägheits-Moment

7-5

125

58

O t-Ol LO

12

112

35-4

8-5

10

920

Ol o

31-72

7-34

780

o O O -f co © io 05 W

410

*) American Engineer, 1885, pag. 110.

Da aber neuere Stahlschienen mit hohem Kopfe mehrfach eine Abnützung von 15mm gestatten, also um 15mm abgeschliffen werden können, bevor sie gänzlich unbrauchbar werden, so gestatten sie ein Ueberrollen von 15

--= 125 Millionen Tonnen Last.

0-12

Lebensdauer von

Auf Bahnen mit einem mittleren Verkehre mit einer jährlichen Bruttobewegung von 2 Millionen Tonnen werden daher die Stahlschienen eine 125    .

-----= 60 Jahren haben, also über ein halbes Jahr-

2

hundert lang im Dienste verbleiben können. Für unser schnell-lebiges Jahrhundert gewiss eine sehr lange Zeit!

Diese Zeit verkürzt sich jedoch wesentlich, wenn man erwägt, dass die Schienen nicht lediglich in Folge des Abschleifens, sondern aus anderen Ursachen zu Grunde gehen. So lehrt beispielsweise die Erfahrung, dass die Lebensdauer der Schiene ausser von dem Materiale und der Erzeugungsweise auch noch von der Construction des Oberbaues, von dem Verhältnisse des Gewichtes der die Züge fahrenden Maschinen zu dem Gewichte und Querschnitte der Schiene, der Art der Unterhaltung des Gleises, den Neigungs- und Richtungsverhältnissen der Bahn, von der Fahrgeschwindigkeit der Züge, ja selbst von der Witterung abhängig ist.¹)

Was die Lebensdauer der Schiene aus Anlass des Materiales anbelangt, aus welchem sie angefertigt wurde, so würde man versucht sein, zu glauben, dass, je härter die Schiene sei, dieselbe desto weniger der Abnützung unterliegen wird, dass also harte Schienen langlebiger sein werden als weiche. Die Erfahrungen der amerikanischen Bahnen scheinen jedoch gerade auf das Gegentheil von dem hinzudeuten, es ergab nämlich die Vergleichung jener Stahlschienen, welche auffallend schnell abgenützt wurden, mit solchen, welche sehr lange im Gleise verblieben, dass die weniger abgenützten Schienen weicher waren als die mehr abgenützten.

Hieraus schloss man, dass es ein gewisses Maass von Stärke geben müsse, welches die Stahlschiene nicht überschreiten darf, falls deren Lebensdauer möglichst lang ausfallen soll. Um diesen Härtegrad zu finden, waren harte und weiche Stahlschienen einer chemischen Analyse unterworfen worden und ergab dieselbe das nachstehende, auf die Schienen der Pennsylvaniabahn sich beziehende Resultat:")

Bestandtheile, welche den Härtegrad des Stahles bedingen

wenigsten

Stahlschienen, welche am meisten

abgenützt waren, enthielten Procente

Kohlenstoff (C) Mangan (Mn) . . Phosphor(P)... Kieselsäure (Si)

0-334

0-491

0-077

0-060

0-390

0-647

0-106

0-047

Summa. ..

0-962

1-190

0 Funk. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886, pag. 224.

²) Grüner. Sur la nature de l’acier le plus convenable pour les rails. Annales des Mines.

Paris 1882.

Man ersieht aus dieser Zusammenstellung, dass die weniger abgenützten Schienen weniger Kohlenstoff, weniger Mangan und weniger Phosphor enthalten, als die mehr abgenützten. Die weniger abgenützten Schienen sind also weicher und enthalten weniger als 1 Procent fremder Bestandtheile.

Die Stahlschienen der Kaiser Ferdinands-Nordbahn enthalten weniger als 1 Procent (0-93) härtemachender Bestandtheile, sind also weiche Schienen. Die Stahlschienen 4er französischen Lyon-Mittelmeerbahn enthalten mehr als 1 Procent ( 1 ⁴32) dieser Bestandtheile, sind also harte Schienen.

Leider wissen wir nicht, wie weit man mit der Weichheit der Schiene gehen kann, ohne befürchten zu müssen, dass ein Plattdrücken durch die darüber rollenden Räder eintritt.

Grüner erklärt die grössere Abnützung harten Stahles durch die grössere Oxydirbarkeit des Eisens, wenn es mit Stoffen wie Phosphor, Mangan und Kieselsäure verbunden ist. Wenn die Summe dieser Elemente wächst, so wächst auch die Abnützung der Schienen und ist die cor-rodirende Einwirkung feuchter Luft bei harter Schiene energischer, als bei weicher.

Es ist bisher nicht gelungen, die Grösse des Einflusses der übrigen der oben angeführten Umstände der Verkürzung der Lebensdauer der Schiene zu bestimmen, man weiss nur so viel, dass ungefähr 13 Procent der in ein Gleis verlegten Stahlschienen in Folge von Brüchen durch das volle Profil, 15 Procent in Folge Abdrückung der Stösse, 17 Procent in Folge diverser Gebrechen, 23 Procent in Folge von Achsbrüchen und 32 Procent in Folge Trennungen und Sprünge, zu Grunde zu gehen pflegt. ⁴)

Gestützt auf neuere Versuche, welche in Belgien durchgeführt wurden, kann man die mittlere Lebensdauer einer Stahlschiene auf 55 Jahre annehmen,²) so dass also eine solche Schiene 5mal länger dienstfähig bliebe als eine Eisenschiene.

§. 6.

Abnützung der Schienen.

Die in ein Gleis verlegten Schienen nützen sich in Folge der darüber rollenden Last verschieden stark ab, so erfolgt beispielsweise eine Abnützung von 1

Nordbahn, nach Passirung einer Last von. .... 7 Millionen Tonnen Südbahn,

Italienischen Bahn nach Passirung einer Last von 15 Deutschen Bahnen »

Paris — Lyon

und zeigte die Erfahrung, dass Schienen, welche in Gefällen liegen, bei gleicher über sie hinweggerollter Last, stärker abgenützt werden, als Schienen,

mm

))

Stahlschiene bei der

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10

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die in horizontalen Bahnstrecken liegen. So fand man beispielsweise, dass die Abnützung der Stahlschienen für je eine Million Tonnen abgerollter Last beträgt¹) für Strecken im Flachlande mit schwachen (l : 180) Gefällen und ungebremsten Linien: 0'05 — 0⁻lmm, in Bahnstrecken mit einem mittleren Gefälle von 1:150— 1:120 dagegen schon 0'14—0'17mm, in Gefällen von 1 : 100—1 : 60 und Krümmungen von 500m Radius: 0‘2omrn, während die Abnützung in Gebirgsstrecken (Gefälle 1:60—1:40) und Krümmungsradien von 200m sogar bis auf %— 1

mm

anwachsen könne.

Die ungewöhnlich grosse Abnützung der Schienen in Gefällen gab Anlass zu einer interessanten Studie, in welcher versucht wurde, einen Zusammenhang zwischen der Stärke des Gefälles und der Grösse der Schienenabnützung aufzudecken.

Nach Versuchen, welche Stochert, Inspector der Kaiser Ferdinands-

Nordbahn mit aus Lamellen erzeugten Eisenschienen dieser Bahn durchführte (1872), scheint nämlich in der That ein bestimmtes Gesetz zu bestehen.')

Bezeichnet nämlich A die Anzahl Millionen Tonnen, welche über eine eiserne, in einer Horizontalen liegende Schiene rollen müssen, um dieselbe soweit abzuwetzen, dass sie ausgewechselt werden müsse, a die Last-Quote, welche dieser Schiene entspricht, sobald sie in einem Gefälle von m Millimeter pro Meter horizontaler Entfernung liegt, so besteht, wie Stochert nachwies, nahezu das Gesetz:

. . (6

S)

Liegt also eine Eisenschiene in einem Gefälle von 10 horizontaler Länge, so ist m=10. In diesem Falle ist also

mm

pro Meter

i+GS)

was besagen will, dass die Last, welche eine Eisenschiene zu Grunde richtet in der Horizontalen doppelt so gross ist, als in einem Gefälle von 10%o(l : 100). In einem solchen Gefälle werden daher Eisenschienen nur die Hälfte der Zeit dauern wie in der Horizontalen.

Schienen, welche in Krümmungen liegen, stehen in Bezug auf die rollende Last, welche sie abnützt, in einem ähnlichen Verhältnisse. So ergaben beispielsweise Versuche der österreichischen Nordwestbahn (1882), dass Stahlschienen, welche in Curven lagen, eine Last von 6'8 Millionen Tonnen vertrugen, während über dieselben Schienen in geraden Strecken eine Last von 7‘3 Millionen Tonnen rollen musste, bevor sie um 1mm abgewetzt wurden.

Dass die Abnützung der Schienen von der Stärke der Krümmung, also vom Curven-Radius werde abhängen müssen, war vorauszusehen und in der That scheinen die Zusammenstellungen Stockert’s (welche sich jedoch

b Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1873, pag. 67. — Zeitschrift des Oesterr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1872.

-) Funk. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886, pag. 224.

auf Eisenschienen beziehen) einen solchen Zusammenhang zu verrathen. Stockerl fand nämlich das Gesetz :

• • (7

/290\

\®7

wobei bezeichnet:

a. . . die Last in Millionen Tonnen, welche über eine in einer Curve liegende Eisenschiene rollen muss, bevor dieselbe abgenützt wird;

A...die Last, welche dieselbe Schiene abnützen würde, wenn sie in einer horizontalen Geraden läge, gleichfalls in Millionen Tonnen; R. ..der Curvenradius in Metern.

Liegt also eine Eisenschiene in einem Bogen dessen Radius 290m

A

beträgt, so wird für einen solchen Fall a = — was besagen will, dass die

Last, welche eine Eisenschiene im Bogen von 290m Radius abnützt, halb so gross ist, als jene Last, welche über diese Schiene rollen könnte, falls sie in einer horizontalen Geraden liegen würde. Ein Bogen von 290m Radius hat also in Bezug auf die Abnützung von Schienen dieselbe Wirkung wie ein Gefälle von 1 : 100.

Es muss hier ausdrücklich bemerkt werden, dass diese Resultate nur mit Reserve aufzunehmen sind, da die Zahl der Versuche, aus welchen dieselben abgeleitet wurden, beiweitem nicht so gross war, um endgiltige Angaben erwarten zu können. Es fehlt in dieser Richtung noch an Erfahrungen, dieselben werden jedoch vorliegen, da der Verein deutscher Eisenbahn-Verwaltungen diesbezügliche Aufzeichnungen der einzelnen Bahnverwaltungen sammelt.

Die Abnützung der Schienen erfolgt übrigens durchaus nicht gleich-

nachdem

förmig, d. h. nicht etwa so, dasa auf einer jeder derselben darüber eine bestimmte Last gerollt war, gleichviel Material abgewetzt wird. Die Erfahrung lehrt vielmehr, dass von 100 in ein Gleis gleichzeitig verlegten Schienen nach Ablauf eines Jahres höchstens eine Schiene so stark abgenützt wird, dass man genöthigt ist, sie aus dem Gleis zu entfernen, oder wie man sagt, sie auszuwechseln, das heisst durch eine frische zu ersetzen.

Ein Jahr später, also 2 Jahre nach Erbauung des Gleises, wird man nicht etwa 2 Schienen, sondern eine andere Menge derselben auswechseln müssen. So wechselte man beispielsweise auf der Nordwestbahn von den Schienen, welche im Jahre 1877 verlegt waren, nach Ablauf von 3 Jahren 0⁻26 Procent der ursprünglich verlegten Menge aus, während die Auswechslung nach 8 Jahren nicht etwa 8/3 X 0'26 = 0‘69 sondern nur 0'43 Procent betrug.

Die Eisenbahn-Gesellschaft »Grand Central Beige« hat für Zwecke der Vergleichung über die Dauer der eisernen und stählernen Schienen die nachstehende Zusammenstellung der auf deren Linien seit Bestehen (1865) zur Instandhaltung der Gleise verlegten Schienen gemacht:

Eisen

Stahl

Schienen aus

Jahr

Gewicht der in j edem Jahr verlegten Schienen

Percentsatz der am 1. Jänner 1883 noch liegenden Schienen

Gewicht der in jedem Jahr verlegten Schienen

Percentsatz der am 1. Jänner 1883 noch liegenden Schienen

Tonnen

Procent

Tonnen

Procent

1865

1866

1867

2294

3395

3272

4-84

2-13

37-57

1868

3928

6-76

1869

3861

27-90

107

1870

3767

8-55

79

1871

1872

5764

5340

3-11

48

1873

7980

1874

1875

4810

3574

1876

2403

1877

4456

1878

5087

1879

3749

1880

1771

1881

1882

2118

2169

23-24

52-44

74- 84 63-94

75- 23 89-54 97-76 99-55

100-00

100-00

100-00

24

361

412

1046

606

705

780

1444

3992

1943

1876

50-77

89-50

99-17

99-50

99-34

10000

100-00

100-00

100-00

100-00

100-00

100-00

100-00

100-00

13423

69738

Der Central-Inspector der Kaiser Ferdinands-Nordbahn, Herr Franz Stochert,¹) zeigte, dass, vieljährigen Erfahrungen der Nordbahn zufolge, man von 100 gleichzeitig in ein Gleis verlegten, aus Lamellen erzeugten Eisenschienen, 8‘3 Stück auswechseln musste, sobald über die verlegten Schienen eine Last von 8 Millionen Tonnen gerollt war. Nach Passirung einer Last von 10 Millionen Tonnen betrug die Menge der ausgewechselten Schienen bereits 13’4 Stück, nach 12 Millionen Tonnen dagegen 20 Stück, also 20 Procent der ursprünglich verlegten Menge.

Die Versuche der Nordbahn ergaben nämlich, dass nach Abrollen einer

Last von

- 8 Millionen Tonnen, die Auswechslung

10

)>

8‘3 Procent 13-4

12

. . . 20-0

14

))

))

))

)>

28-6

16

))

))

))

40-0

18

))

))

))

56*5

))

20

)>

100*0

der ursprünglich verlegten Menge betrug, dass also nach Abrollen einer Last von 20 Millionen Tonnen sämmtliche Schienen des betreffenden Gleises durch

‘) Zeitschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1872.

neue ersetzt werden mussten. Trägt man die Ziffern, welche die Grösse der über das Gleis bewegten Last darstellen, als Abscissen, die diesen Lasten entsprechende Auswechslungs-Quote als Ordinate auf, und verbindet man die Endpunkte der einzelnen Ordinaten miteinander, so erhält man die Curve AB, welche in Figur 1 gezeichnet ist.

M,

Fig. 1.

Nach Abrollen einer Last AP—y Millionen Tonnen, wurden MP — x Schienen ausgewechselt. Die Auswechslung der Schienen wird grösser, sobald x wächst. Erreicht x jenen Maximalwerth x—OB—a, bei welchem alle Schienen ausgewechselt werden müssen, so wird y = AO—b. Man sieht also, dass die Grösse a die Last in Millionen Tonnen bezeichnet, welche über das Gleis rollen muss, damit nach deren Abrollen auch die letzte noch im Gleis vorhandene alte Schiene durch eine neue ersetzt werde, b hingegen bedeutet die Anzahl der ursprünglich in das der Beobachtung unterzogene Gleis eingelegten Schienen.

Wie der Anblick lehrt, ist die Curve AB einer Ellipse ähnlich, und Stochert wies durch graphische Construction nach, dass sie einer solchen in der That sehr nahe kommt.

Nimmt man an, dass sie thatsächlich eine Ellipse ist, und wählt O (Fig. l) zum Coordinaten-Ursprung, so muss :

sein.

X*

a*

_L

CT !<<*

tc

Verlegt man den Coordinaten-Ursprung von O nach A, so muss in der obigen Gleichung der Ellipse statt y, der Werth (y—b) gesetzt werden, und man erhält sodann die Relation :

fy(2b-y)

Unterzieht man ein Gleis aus 100 Schienen der Beobachtung, das heisst, drückt man die Grösse der Auswechslung (nämlich die Zahl y) in Procenten der im Gleis verlegten Schienen aus, so erhält man :

100 x }Ay(200-y)

eine Gleichung, in welcher bezeichnet :

a. . . die grösste Last in Millionen Tonnen, welche über ein Gleis rollen kann; X...jene Last in Millionen Tonnen, nach welcher die Abnützung der Schienen y Procente der ursprünglich verlegten Menge beträgt.

Setzt man laut §. 5 für Eisenschienen a— 20, das heisst, nimmt man an, dass, nachdem über eine eiserne Schiene eine Last von 20 Millionen Tonnen gerollt war, die Schiene gänzlich abgenützt wurde, so erhält man aus Gleichung 8 :

.    .    (9

y = 100-5 f400-x²

eine Gleichung, welche gestattet, die Grösse der Auswechslung eiserner Schienen abzuschätzen, sobald die Last bekannt ist, welche über dieselben rollen soll. In dieser Gleichung bezeichnet :

X . . . die Last in Millionen Tonnen, welche über das Gleis vom Momente seiner Erbauung bis zum betrachteten Augenblick bereits gerollt war; y . . . die Auswechslung der Schienen in Procenten der ursprünglich verlegten Menge.

Setzt man in dieser Gleichung

x = 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20,

so erhält man die Werthe

y = 8-3, 13-4, 20-0, 28'6, 40‘0, 56’4, 100,

also gerade jene Werthe, welche Eingangs dieses Paragraphs als Resultate von Versuchen angegeben worden waren.

Aus Gleichung 9 ist ersichtlich, dass im Augenblicke, in welchem man gezwungen war, die Hälfte aller im Gleis verlegt gewesenen Schienen auszuwechseln, über das Gleis bereits mehr als ³/₄ jener Last gerollt war, welche die Schienen überhaupt vertragen können.

Setzt man nämlich in dieser Gleichung y=50, so erhält man ^=17'32, das heisst, eine 17-32

—086 jener Anzahl ausmacht, die als Maximum der Last

20

Anzahl Millionen Tonnen, welche — für eiserne Schienen bezeichnet wurde.

Wurde in einem Gleis die Hälfte der alten Schienen durch neue ersetzt, so weiss man, dass die alten im Gleis noch vorhandenen Schienen, bereits im letzten Viertel ihrer Lebensdauer stehen, dass also diesen Schienen ein besonderes Augenmerk zugewendet werden müsse.

Laut Beobachtungen in Belgien¹) ist die mittlere Dauer der Stahlschienen mindestens 5mal grösser als jene der Eisenschienen, sie kann aber möglicherweise auch lOmal grösser sein.

Nimmt man die erstere dieser beiden Angaben als richtig an, so muss man in Formel 8 setzen: <2= 5X20= 100 und erhält in diesem Falle

¹

Untersuchungen über die Tragfähigkeit verschiedener Eisenbahnschienen, 1852.

²

-) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1885, Bd. 16, pag. 64.

³

³) Die ersten fünfzig Jahre der Kaiser Ferdinands-Nordbahn, Wien 1887, pag. 46.

⁴

Staune. Wochenschr. des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1889, pag. 290. ²) Funk. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886, pag. 224.

. . (10

y = 100- j/10⁴—Xa

Eine Gleichung, welche gestattet, die Auswechslung von Stahlschienen zu schätzen, sobald die Last bekannt ist, welche über dieselbe zu rollen hat.

Diese Gleichung kann auch dazu dienen, um ein approximatives Schienenpräliminare zu entwerfen, das heisst, im Vorhinein anzugeben, wie viele Schienen beiläufig man nächstes Jahr wird auswechseln, also neu beschaffen müssen, wenn die Intensität des Verkehres im kommenden Jahre bekannt ist.

War beispielsweise über die Bahn, für welche man das Schienenpräliminare zu entwerfen hat, vom Momente der Bahneröffnung bis Ende dieses Jahres eine Last von # Millionen Tonnen bewegt worden, und hat man im künftigen Jahre eine Bewegung von n Tonnen zu gewärtigen, so beträgt die Totalbewegung von der Betriebseröffnung bis Ende des kommenden Jahres (x + n) Millionen Tonnen. Die mit Ende des künftigen Jahres zu gewärtigende Auswechslung der Stahlschienen, beträgt sonach :

y'= 100 — flO⁴—(x + n)*

Procent der Gesammtmenge der Schienen, welche in den Bahngleisen liegt. Weil nach Passirung von x Millionen Tonnen die Auswechslung

y = 100 — f 10* —x*

]) Revue général des chemins de fer, 1883, pag. 333.

Procent beträgt, so wird die Auswechslung nach Passirung von

[(x + n) — x] = n

Millionen Tonnen, welche künftiges Jahr zu bewegen sein werden

(y'~ y) = A

Procent betragen, wobei offenbar

oder

ist.

A = flOł — x³ — l/lO*—(x + n )*

A = (100- y) - YKP- (x + «y ... (H

Diese Gleichung drückt die approximative Grösse des Präliminares an Stahlschienen aus, und bezeichnet darin :

A . . . . Die Anzahl der Stahlschienen, welche man nächstes Jahr anschaffen muss, ausgedrückt in Procenten aller im Gleis bereits verlegten Schienen ;

die Last in Millionen Tonnen, welche seit Eröffnung der Bahn über die Gleise bis zum Schlüsse eines Jahres bewegt wurde; y .... die Anzahl der bis zum Schlüsse dieses Jahres bereits ausgewechselten Schienen in Procenten aller im Gleis befindlichen;

II ... . die Last in Millionen Tonnen, welche voraussichtlich im kommenden Jahre über die Bahn bewegt werden wird.

Beispiel: Es ist ein Schienenpräliminare für. eine 500 Kilometer lange Bahn zu verfassen, deren Gleise aus 7-5 Meter langen Stahlschienen bestehen. Auf dieser Bahn wurden mit Schluss dieses Jahres 20% der verlegten Schienen ausgewechselt, es fragt sich: wie viele Schienen werden nächstes Jahr ausgewechselt, also angeschafft werden müssen, wenn die Bahn einen Verkehr von täglich 10 Zügen à 300 Tonnen im nächsten Jahre zu bewältigen haben wird?

Da die Auswechslung 20% beträgt, so musste über diese Bahn zufolge Gleichung 10, eine Last von 60 Millionen Tonnen bewegt worden sein, weil man fürjy=20 aus dieser Gleichung .v = 60 erhält. Weil auf der Bahn täglich eine Last von 10 x 300 = 3000 Tonnen, jährlich also eine Last von 1,095.000 oder rund von 1 Million Tonnen zu bewegen ist, so ist n= 1. Setzt man in die Gleichung 11 die Werthe x=6Q, y=20, n~ 1, so erhält man A = 1 was besagen will, dass im nächsten Jahre. l°/n der im Gleis liegenden-Schienen zur Auswechslung wird gelangen müssen.

= 266 Schienen gehen, die Bahn aber 500 Kilometer

Weil aber auf 1 Kilometer Gleis -

2 X 1000 7X5

lang ist, so beträgt der Gesammtbestand 133.000 Stück. Da man 1% dieses Quantums wird anschaffen müssen, so beträgt die zu beschaffende Menge 1330 Stück Schienen. Veranschlagt man das Gewicht eines Current-Meters Schiene auf 33 Kilogramm, so beträgt das anzuschaffende Gewicht der Schienen 7‘5 X33 X1330 = 329.175 Kilogramm oder rund 329 Tonnen. Kostet eine Tonne Schienen 90 Gulden, so muss für Anschaffung der Schienen eine Summe von circa 30.000 Gulden präliminirt werden.

§• 7.

Dilatation der Schiene.

Durch Einwirkung von Wärme dehnt sich die Schiene, wie jeder andere Körper, aus und kehrt zu ihrer ursprünglichen Länge wieder zurück, sobald die Temperatur auf das frühere Maass gesunken ist. Da die Temperatur fortwährenden Schwankungen unterliegt, so ist die Schiene unausgesetzten Fluctuationen ihrer Länge unterworfen. Würden die, einen und denselben Schienenstrang bildenden Schienen miteinander so verbunden sein, dass keiner

derselben eine Verschiebung in der Länge gestattet wäre, so müsste der Schienenstrang bei grösseren Temperaturdifferenzen sich verbiegen, was für die Sicherheit des Verkehres von Nachtheil sein müsste.

Um diesem Uebelstande zu begegnen, dürfen die einen Strang bildenden Schienen nicht unmittelbar aneinander stossen, es muss vielmehr zwischen je zwei nachbarlichen Schienen ein Zwischenraum gelassen werden, und muss die Möglichkeit vorhanden sein, dass eine Längenverschiebung der Schienen, trotz Vereinigung zu einem Ganzen, erfolgen könne. Um diesen Zweck zu erreichen, macht man die Löcher in der Schiene, durch welche die Bolzen gehen, welche die Laschen -an die Schiene andrücken, nicht cylindrisch, wie es die Bolzen sind, sondern elliptisch, und stellt die Ellipse wagrecht, das heisst so, dass deren Längenachse in die Richtung der Schienenstränge fällt. Die Grösse der Zwischenräume zwischen den an-stossenden Schienen, die Dilatation, ermittelt man aber auf folgende Weise.

dickes Holzplättchen, die sogenannte Dilatationsplatte, welche später, nachdem das Gleis hergestellt worden ist, wieder entfernt wird, in welchem Falle dann, zwischen je zwei Nachbarschienen ein Zwischenraum von 2mm verbleibt.

Nehmen wir an, dass die Schienen bei der grössten Temperatur t{ verlegt werden, welche im Lande zu herrschen pflegt. In diesem Falle könnte man die im Strange unmittelbar aufeinander folgenden Schienen ganz aneinander stossen, ohne eine Ausdehnung durch Wärme zu befürchten, weil ja eine grössere als die Maximal-Temperatur nicht Vorkommen kann. Trotzdem stosst man die Schienen nicht zusammen, legt vielmehr zwischen sie ein 2 mm

Bezeichnet 7. den echten Bruch, welcher angibt um den wievielten Theil ihrer Länge die Schiene sich ausdehnt, sobald die Temperatur um 1⁰ C. zunimmt, so lehrt die Erfahrung, dass für eine Schiene aus

Stahl

|v 10V

Eisen

1/123, \\ 107

beträgt.

Bezeichnet d die in Millimetern ausgedrückte Länge der Schiene, so verkürzt sich die Schiene bei einer Temperaturs-Erniedrigung um 1°C. um a.. d Millimeter. Die Verkürzung an dem einen Ende derselben, wird also l/2.a . d Millimeter betragen. Die dieser Schiene benachbarte Schiene wird sich an dem Ende, welches gegen die erste Schiene gekehrt ist, gleichfalls um 1/2.7. .d Millimeter verkürzen, so dass also zwischen diesen beiden Schienen ein Zwischenraum von :

7.. d

1/2.7.. d + 1/2 . a . d

Millimeter gebildet wird, sobald die Schienen vorher aneinander gerückt waren.

Beträgt aber die Temperaturs-Erniedrigung nicht 1° C., wie diess angenommen wurde, sondern (ti — t) Grade, so wächst der Zwischenraum auf

7.. d (tx — t)

Millimeter an. Waren die Schienen ursprünglich nicht aneinandergedrückt, sondern standen von einander um 2mrn ab, so beträgt der Zwischenraum,

welcher durch eine Temperaturdifferenz von (tx—t) Graden entsteht, nicht mehr a . d (Q — l), sondern A, wobei

A = a . d (tJ — t) + 2

Millimeter beträgt.

Nimmt man an, dass die höchste Temperatur, bei welcher der Oberbau gelegt wurde, 40" C. betrug, so erhält man

A = a . d . (40 -1) + 2 .    .

. . (12

eine Formel zur Berechnung der Dilatation der Schienen. Hier bezeichnet: A . . . die Dilatation in Millimetern ; d . . . die Schienenlänge in Metern; t . . . die Temperatur in Celsius-Graden;

a. . . den Dilatations-Coefficient, dessen Grösse bereits angegeben wurde.

Sinkt beispielsweise die Temperatur auf — 40° C., so ziehen sich die Schienen so stark zusammen, dass der Zwischenraum zwischen zwei aufeinander folgenden, 9 Meter langen Schienen auf

A = 0-0108 X 9 X (40 + 40) + 2 = 97

Millimeter anwachsen wird,, wenn er bei einer Temperatur von -f-40° C. 2 Millimeter betrug.

Aus der nachstehenden Tabelle ist die Grösse der Dilatation für verschiedene Temperaturen bei verschieden langen Schienen zu entnehmen.

Schienen aus

Grade

Celsius

Stahl

Eisen

deren Länge

6-5

9-0

6-5

9-0

Meter beträgt, entspricht eine Dilatation von Millimetern

+ 40 + 30

20

+ 10

----- 10 — 20 — 30

^1    Q    Üi    ^ ^    CO W    W

6    cô    à    cô ^    4I -i    ó

co -<i o: cn , 4^ co io

obobcócDcóóÓÓ

9 OÔ (D N ^ O) N MŃcó^ióiicbŃ

§• 8.

Die Schwelle.

Werden die Schienen ihrer ganzen Länge nach auf Langbäume gelegt, so nennt man derlei Unterlagen Langschwellen; haben jedoch die Schienen keine continuirlich fortlaufende Unterstützung, so werden die von einander abstehenden Unterlagen Querschwellen genannt. Hie und da lagert man die Schienen auf steinernen Blöcken oder Pyramiden aus Cement und nennt derlei Unterlagen Würfel.

Das Materiale der Querschwellen ist vorherrschend Holz, in zweiter Linie kommt Eisen und ausnahmsweise Hartglas, gepresstes Papier zur Verwendung.

Die hölzernen Schienen der ersten Spurbahnen Northumberlands (1765). ruhten auf hölzernen Querschwellen, auf welche sie einfach aufgenagelt wurden (§. l). Später wurden auf diese hölzernen Balken eiserne Stäbe genagelt, und so kam es, dass die ersten Eisenschienen auf Langschwellen gelagert wurden. Als an Stelle der schmiedeisernen Stäbe und gusseisernen Platten gewalzte Schienen gekommen waren (1820), lagerte man dieselben nicht mehr auf die bisher üblich gewesenen Longrinen, sondern liess sie directe auf den hölzernen Querschwellen ruhen.

Die Abmessungen derlei Schwellen sind¹) in erster Linie durch die Grösse der zu übertragenden Last, die Widerstandsfähigkeit des diese Belastung aufnehmenden Bettungskörpers und durch die Forderung einermöglichst sicheren Schienenbefestigung bedingt, in zweiter Linie kommt das Gewicht für die Standfestigkeit der ganzen Oberbau-Construction in Betracht.

Die General-Inspection der österreichischen Eisenbahnen hat für Oesterreich ein Normale für hölzerne Querschwellen entworfen, welches aus der nachstehenden Tabelle zu entnehmen ist:

Breite

Verwendung der hölzernen Querschwellen

Länge

oben

unten

Dicke

tragende fläche

Der Längen Verschiebung des Gleises widerstehende Stirnfläche

Cubik-Inhalt

Meter

Centimeter

I Quadrat-Centimeter

Cubik-

Centimeter

Hauptbahn.....

2-5

17

30

16

0-75

0-40 I 0-09

Localbahn

2-3

15

20

14

0-46

0-32

0-05

II ■

2’71 bis 2⁻74 Meter 0-25 » 0-30 0-13 » 0.15

Man kann annehmen, dass die für Hauptbahnen bestimmte Normalschwelle 1/10m’ Inhalt hat und je nach der Holzgattung 90—100k» wiegt. In England verwendet man stärkere Schwellen, es beträgt dort deren Länge Breite Dicke

so dass deren tragende Fläche 0’7 — 0‘8 m" beträgt ; doch sind derlei Schwellen, namentlich was die Länge anbelangt, entschieden zu gross, wie dies eine auf Grund der Theorie der elastischen Linie durchgeführte Rechnung lehrt, welche für Schwellen eine Länge von 2⁻57m verlangt.')

Unter den Eigenschaften, welche die Querschwellen aus Holz zu Schienen-Unterlagen besonders geeignet machen, sind vor Allem die Massigkeit, die tiefe Lagerung in der Bettung und die verhältnissmässig starke Reibung an derselben hervorzuheben, wodurch eine beträchtliche Widerstandsfähigkeit der Gleise gegen Hebungen und seitliche Verschiebungen erzielt wird. Diesen Vorzügen steht aber die Schwierigkeit eine genügende

9 Loetve. Der Schienenweg, 1887, pag. 122, pag. 124—125. '-) Kecker. Centralblatt für Bauverwaltung.

Befestigung der Schienen im Holzkörper zu erzielen, sowie die geringe Dauer des Schwellenholzes entgegen.

Eiserne Querschwellen haben je nach der Construction des Oberbaues eine verschiedene Gestaltung, so ist beispielsweise die von der Horster-Union verlegte Schwelle nichts Anderes, als ein nach unten offener, aus starkem Eisenblech angefertigter Trog, dem die beiden Stirnseiten fehlen ; während die Schwelle der fanzösischen Ostbahn gerade die entgegengesetzte Querschnittsform besitzt; diese Schwelle stellt nämlich einen oben offenen eisernen Trog dar, in welchem die Lager für die Schienen eingelegt und entsprechend befestigt werden (System Guillaume). Die Schwelle liegt also gleich der Holzschwelle mit der vollen Fläche auf dem Schotterbette auf, so dass für die unverrückbare Lage derselben die Reibung zwischen Eisen und Schotter von Einfluss wird, ihre Hauptstütze jedoch findet diese Schwelle durch ihre Versenkung selbst.¹)

In Deutschland und Oesterreich werden jedoch solche Schwellen nicht gebaut, hier verwendet man nach unten offene Tröge mit 2 — 4 Zwischenwänden in dem Hohlraume, und sogenannte armirte Schwellen, das sind solche, bei welchen die unteren Schenkel durch zwei Winkel-Eisen miteinander verbunden sind.

Die Durchbiegung einer auf 2'2m von einander entfernten Stützen frei liegenden eisernen Schwelle ist

10 Millimeter,

24

bei eine Belastung von L4 Tonnen »    2'5

zeigt.

mm

wobei bemerkt wird, dass bei der letzten Inanspruchnahme die Schwelle nach der Entlastung eine bleibende Durchbiegung von circa 10

Zur Beurtheilung der Ausnützung des zum Baue der Schwelle aufgewendeten Materiales, möge die nachstehende Zusammenstellung dienen:²)

System der Eisenschwelle

Widerstands- | Querschnitt der Schwelle in Cubik-Metern in Quadrat-Ctm

Moment

Wirkungs

grad

(0

Atzinger....................

Heindl.....................

Reichsbahn in Elsass-Lothringen

Staatsbahnen in Hannover.....

Haarmann...................

Willemin...................

25-6

444

37

36

38

112-5

27

0-95

367

1-20

29

27

262

31-6

1-27

1-33

144

3-55

Will man einen Vergleich zwischen Holz- und Eisenschwellen ziehen, so muss vor Allem bei beiden die tragende Fläche gleich gross sein, denn nicht die (um mit Baurath Schefflet zu sprechen) für eine Geldsumme zu habende Stückzahl der Schwellen, sondern die dafür zu beschaffende Basis, welche das Gleis trägt, bedingt den Gebrauchswerth des Schwellenmateriales.

Die nachstehende Tabelle dürfte in dieser Richtung von Nutzen sein, weil sie zwei Gattungen Schwellen vergleicht, welche nahezu dieselbe Basis haben:

h Birk. Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1889, pag. 306. ■•) Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1889, pag. 307.

Beschreibung der Schwelle

Die Schwelle besteht aus

Holz j Eisen

2-50    2-50

0-28 ! 0-23 0-14 | 0-06 040 ! 0-02

0-35    0-15

012 ! 2-00 5-00 j 9'76 15 ; 30 (?)

Länge in Metern...........................................

Untere Breite in Metern................................

Höhe in Metern ...........................................

Cubik-Inhalt in Cubik-Metern...............................

Der Längsverschiebung des Gleises widerstehende Fläche in Quadrat-

Metern ..............................................

Der Verschiebung in die Quere widerstehende Fläche in Quadrat-

Metern .............................................

Einsenkungstiefe in der Bettung in Metern...........,........

Gewicht der Schwelle in Kilogramm..........................

Länge der nicht unterstützten Schienen in Metern . . ,...........

Anschaffungspreis einer Schwelle in Gulden...................

Werth einer alten Schwelle in Gulden........................

Ein Quadrat-Meter der tragenden Basis kostet Gulden..........

Dauer der Schwelle in Jahren...............................

Nun möge noch die Bemerkung Platz finden, dass die hölzerne Schwelle unter der Last der Fahrzeuge sich fast gar nicht verbiegt, während die eiserne Schwelle dies recht erheblich thut, da sie schon unter massigen Belastungen bleibende Durchbiegungen annimmt. Weiters bietet die hölzerne Schwelle einen Lagerblock von 90—100kg für das darauf befestigte Gleis, während die eiserne nur einen solchen von 521<gbietet. Die eiserne Schwelle pflanzt also die Erschütterungen der Züge stärker fort, wird daher leichter gelockert.

Endlich sei bemerkt, dass man in neuester Zeit versucht hatte, Schwellen aus Glas zu erzeugen. Friedrich Siemens in Dresden stellte nämlich ein schwer zerbrechliches Glas her, welches er Hartglas nannte. Die Londoner Untergrundbahn hat (1879) einen Theil ihrer Gleise auf derlei Schwellen gelagert. Bis jetzt ist jedoch über die diesfälligen Erfahrungen nichts in die Oeffentlichkeit gedrungen.

§. 9.

Dauer der Schwellen.

Der Umstand, dass es gelang, zwischen der Dauer der Schienen und der darüber rollenden Last einen Zusammenhang zu finden (§. 5), bringt auf den Gedanken, dass auch zwischen der Dauer der Schwellen und der darüber rollenden Last ein Zusammenhang bestehen werde.

Erwägt man jedoch die Sache genauer, so wird man finden, dass hier eigentlich keine Analogie besteht. Die hölzerne Schwelle wird nämlich weniger durch die darüber rollende Last, als vielmehr durch den Einfluss der Atmosphärilien und durch mechanische Eingriffe abgenützt, denen sie aus Anlass der Erhaltungsarbeiten des Oberbaues ausgesetzt ist. Da aber der Einfluss der Atmosphärilien höchst variabel ist, in Folge dessen auch die ErhaltungSrArbeiten verschieden sind, und ausserdem die Schwelle eine

verschiedene Widerstandsfähigkeit gegen derlei Einfluss zeigt, je nachdem sie von dem einen oder andern Orte stammt, so wird man den Glauben an die Existenz eines ursächlichen Zusammenhanges zwischen Lebensdauer hölzerner Schwellen und der über sie rollenden Last wohl aufgeben müssen.

Basler, ') Oberingenieuf der Pfälzischen Bahnen, hat versucht, die Zeiten, welche hindurch hölzerne Schwellen, ohne ausgewechselt zu werden, im Gleise liegen blieben, als Abscissen eines rechtwinkeligen Coordinaten-Systemes, die Anzahl der ausgewechselten Schwellen hingegen als Ordinaten dieses Systèmes aufzutragen. Durch Verbindung der Endpunkte der Ordinaten erhielt er eine Curve, welche den Charakter einer Parabel trug.

Da jedoch das Parabelgesetz der Schwelle nicht mit jener Sicherheit nachgewiesen wurde, wie dies bezüglich des Ellipsengesetzes der Schiene der Fall war, so soll auf dasselbe des Näheren nicht weiter eingegangen werden.

Aus den Vormerkungen, welche die Eisenbahn-Verwaltungen über die Zahl der jährlich ausgewechselten hölzernen Schwellen führen, lassen sich jedoch gewisse Schlüsse auf die Grösse der Auswechslung derselben ziehen.

Da eiserne Schwellen noch nicht lange in Gebrauch sind und natur-gemäss länger dauern als hölzerne, so hat man bezüglich der ersteren weit weniger Erfahrungen sammeln können, als dies im Bezug auf hölzerne Schwellen der Fall ist.

Ohne auf die vielseitigen Vormerkungen der Bahnen einzugehen, soll hier nur eine Tabelle angeführt werden, welche Daten 16jähriger Erfahrungen der Lemberg-Czernowitz-Jassy Eisenbahn enthält, Erfahrungen, welche sich auf 281.184 Stück aus Steineiche (das beste Holzmaterial für Schwellen) angefertigter Schwellen beziehen:

Jahr

1867

1868

1869

1870

1871

1872

1873

1874

1875

1876

1877

1878

1879

1880

1881

1882

Schwellen wurden ausgewechselt

im Laufe eines Jahres

seit Betriebs-Eröffnung der Bahn

Stück

Die ausgewechselte Menge beträgt in Proçenten aller im Gleise vorhandenen Schwellen

224

304

609

4.855

6.283

28.980

42.592

37.297

31.186

28.028

25.732

25.260

10.870

20.723

8.588

16.465

224

528

1.218

6.073

12.356

41.336

83.928

121.225

152.411

180.439

206.171

231.431

242.301

263.024

271.612

288.017

0-08

0-17

0-41

2-01

4'21

14-51 29-51 42-71 53-79 63-79 72-99 81-89 85-75 93 05 96-59 102-44

h Zeitschrift des bayerischen Architekten- und Ingenieur-Vereines, 1869, pag. 5.

Es ist selbstverständlich, dass Schwellen minderer Gattung, selbst wenn sie weit günstigeren klimatischen Verhältnissen ausgesetzt sind, wie dies in Galizien der Fall ist (auf welches Land die obige Tabelle sich bezieht), doch beiweitem kürzer dauern können. Einen Beweis hiefür liefert die nachfolgende, der Statistik der österreichischen Nordwestbahn entnommene, auf Kiefern-Schwellen sich beziehende Tabelle:

Von den in das Gleis verlegten Kiefern-Schwellen wurden ersetzt in

Jahren

Procente

Jahren

Procente

0-8

Ol 03 w

15

42

66

82-3

O CD 00 VI Oi

92

96

98

98-5

99'5

Die mittlere Dauer der Schwellen wird von verschiedenen Autoren ziemlich übereinstimmend angegeben ; aus der folgenden Tabelle sind die diesbezüglichen Angaben zu entnehmen:

Die mittlere Dauer der Schwelle beträgt nach

Gattung der Hölzer

Moser (1877)9

Funk (1880)²)

Eisenbahn-Ztg. (1886)³)_

Jahre

Buche.

Tanne

Lärche

Föhre

Fichte

Kiefer.

Eiche .

Ol Ol 4^ CO

CO

CO

CO »o

5-1

7'2

13-6

13

Mit Rücksicht auf den Umstand, dass die weitaus grösste Zahl aller in den Gleisen befindlichen Schwellen aus Eichen- und Kiefernholz besteht,

13 + 6

10 Jahren für die mittlere

dürfte man berechtigt sein, die Zeit von

Lebensdauer hölzerner Schwellen anzunehmen.

Uebrigens darf nicht vergessen werden, dass die Dauer der Schwellen ganz wesentlich auch von der Beschaffenheit der Bettung abhängt, wesshalb es zu empfehlen ist, durchlässiges, reines, von erdigen Beimengungen möglichst freies, der Verwitterung nicht unterliegendes Bettungsmateriale zu verwenden und dem harten Steingeschläge Vorzug vor feinem Sande zu geben.⁴)

9 Moser. Eisenbahn, 1877, Bd. VI., pag. 161.

²)    Funk. Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1880, pag. 68.

³)    Oesterr. Eisenbahn-Zeitung, 1886, pag. 702.

⁴)    Loewe. Der Schienenweg, 1887, pag. 127.

§• 10.

Imprägnirung der Schwellen.

Schiene und Schwelle sind zwar Theile eines organischen Ganzen (des Gleises), doch unterliegen sie einer verschiedenen Abnützung. Während die Schiene 55 Jahre lang im Gleis verbleiben kann, muss die darunter liegende Schwelle während dieser Zeit 5 '/amal ausgewechselt werden. Dies führt auf den Gedanken, ob es nicht möglich sei, zwischen Lebensdauer der Schiene und Schwelle einen Einklang künstlich herzustellen, das heisst, die Lebensdauer der Schwelle künstlich zu verlängern.

Die Idee der Conservirung des Holzes ist übrigens recht alt. Schon die Egypter suchten die Särge, in welchen sie ihre Todten bargen, durch Rauch von brennendem Pech dauerhafter zu machen ; dass sie das Ziel erreichten, beweisen die Sarkophage ihrer Königsgruften.

Um die Güte der verschiedenen Conservirungsmittel des Holzes zu beurtheilen, muss vor Allem festgehalten werden, dass jedes Holz aus zwei Stoffen besteht, nämlich aus der sogenannten Cellulose, welche dem Verderben nicht unterliegt, und Säften, welche dem Verderben unterworfen sind.

Mit Rücksicht hierauf bieten sich drei Möglichkeiten der Conservirung des Holzes dar, und zwar :

1.    Den Eintritt der Feuchtigkeit zu verhindern, weil diese die Fäulniss der Säfte bedingt.

2.    Die Säfte so umzuwandeln, dass sie der Fäulniss widerstehen.

3.    Die Säfte aus dem Holze zu entfernen.

Eine detaillirte Beschreibung all der verschiedenen Methoden der Conservirung des Holzes scheint mir hier nicht am Platze zu sein, wesshalb ich nur jene Methoden in Kürze beschreiben möchte, welche für Zwecke der Conservirung der Eisenbahn-5b/zwć//m in Anwendung gebracht wurden.

Die einfachste Art, Schwellen zu conserviren, wäre wohl die, dieselben mit Substanzen zu überziehen, welche das Eindringen von Feuchtigkeit in deren Fasern verhindern. Man glaubte diesen Zweck durch Ueberziehung der Schwellen mit Pech, Theer etc. zu erreichen. Als man jedoch von der Erfolglosigkeit eines derartigen Vorganges sich überzeugte, legte man die Schwelle in die Conservirungs-Flüssigkeit hinein und beliess sie darin so lange, bis sie sich mit dieser Flüssigkeit gesättiget — imprägnirt — hatte.

Diese Methode der Imprägnirung erfordert indess viel Zeit und weist überdies kein zufriedenstellendes Resultat auf. Will man schneller und sicherer zum Ziele gelangen, so darf man die Schwelle in der Imprägnirungs-Flüssigkeit nicht einfach liegen lassen, man muss vielmehr diese Flüssigkeit in die Poren des Holzes mit Gewalt eintreiben._ Dies kann nun auf zweierlei Weise geschehen; entweder man saugt die Säfte aus den Poren des Holzes früher heraus und drückt an deren Stelle die Imprägnirungs-Flüssigkeit hinein, oder aber man presst die Imprägnirungs-Flüssigkeit in die Holzporen hinein, ohne die Holzsäfte früher zu entfernen. In diesem letzteren Falle muss sich die Imprägnirungs-Flüssigkeit mit den Säften des Holzes mischen und dieselben chemisch verändern.

Die erste der erwähnten drei Methoden wurde durch Kyan (1832), die zweite durch Bethel (1838), Bürnett (1847) und Blythe (1880), die dritte durch Boucherie (l841) in Anwendung gebracht. Als Imprägnirungs-flüssigkeit wurde Kupfervitriol (Cu SO J, Quecksilberchlorid (Hg Cl„), Chlor -zink (Zu CIJ und auch Kreosot verwendet.

Kyan legte die Schwellen in ein Bad, bestehend aus 100 Theilen Wasser und ein Theil Quecksilberchlorid, welches Bad er Sublimat nannte, und beliess dieselben darin so lange, bis sie sich mit Sublimat ganz durchtränkten, was je nach der Holzgattung der Schwelle, nach Ablauf von 10—14 Tagen erfolgte. Die Schwelle saugte hiebei so viel Sublimat ein, als sie Säfte hatte, so dass nach vollzogener Imprägnirung deren Grüngewicht wieder hergestellt wurde. Anfänglich stand das Kyanisiren in grossem Ansehen und verbreitete sich von England aus auf den Continent. Als man jedoch die Wahrnehmung machte, dass die Schwellen nur ungenügend mit Sublimat getränkt werden, wurde diese Methode des Imprägnirens verworfen, und selbst dann nicht wieder aufgenommen, als der Erfinder derselben, das Sublimat unter einem Drucke von mehreren Atmosphären in die Poren des Holzes einzutreiben begann.

Nach Boucheries Verfahren werden nicht fertige Schwellen, sondern ganze, nicht entrindete Holzstämme imprägnirt, aus welchen später Schwellen geschnitten werden. Bei dieser Imprägnir-Methode wird darauf gesehen, dass das Holz zu einer Zeit gefällt werde, .zu welcher die Säfte in lebenden Bäumen in voller Circulation sich befinden, denn nur dann können sie dem in die Poren eindringenden Vitriole Platz machen und aus dem Holze heraus-fliessen. Holz, welches zu einer unrichtigen Zeit gefällt wurde, kann nach diesem Verfahren nicht imprägnirt werden, weil die Säfte verharzt sind, daher nur unvollkommen aus den Poren austreten. Das noch nicht entrindete Stammholz wird in Blöcke von der Länge der Schwellen zerschnitten und in Reihen nebeneinander mit schwacher Neigung nach der einen Seite, auf Langhölzern gelagert. An dem erhobenen Ende eines jeden Blockes wird über dessen Stirnseite eine Kammer gebildet, in einfachster Weise dadurch, dass man auf die Schnittfläche einen Ring aus gefettetem Seile, dann ein Brettstück auflegt und dieses mittelst Klammern am Blocke befestigt, oder indem man hiezu eine metallene Kapsel benützt. In diese Kammer mündet ein Kautschukschlauch mit Hahn, durch welchen Schlauch das Kupfervitriol aus einem höher aufgestellten Bottiche unter dem hydrostatischen Drucke in die Kammer dringt. Dieses flüssige Salz dringt in die Poren des Holzes in der Faserrichtung und verdrängt daher den Saft, welcher an der tiefer liegenden Stirnseite austritt und mittelst einer Querrinne abgeleitet wird.

Die Anlage einer Imprägnirungs-Anstalt nach Boucherie’s Verfahren ist sehr einfach und wenig kostspielig, dagegen ist es misslich, dass die Hölzer in Stammform behandelt werden müssen, so dass bei nachfolgender Verarbeitung derselben zu Schwellen, ein Theil der Imprägnirungs-Eliissigkeiten mit den abfallenden Spähnen in Verlust geht.¹)

Die Erfahrung lehrt, dass 1m3 Holz durchschnittlich o!/akg trockenen Salzes (Kupfervitriol) aufnimmt. Mit Rücksicht darauf, dass das Kupfervitriol nothwendig eisenfrei sein muss, weil sonst das Eisen und nicht das Kupfer in die Poren des Holzes dringen würde, sowie mit Rücksicht auf die ziemlich bedeutenden Kosten des Kupfervitrioles (lkg mindestens 30 Kreuzer) wurde auch dieses Verfahren verlassen, und dies war umso gerechtfertigter,

*) Loewe, Der Schienenweg, 1887, pag. 134.

al-s man sich überzeugte, dass das Kupfervitriol durchaus keine chemische Verbindung mit der Holzfaser eingeht, daher durch Regen und Schnee leicht ausgelaugt wird.

Um die gerügten Uebelstände zu vermeiden, versuchte Bréant (1838) die Säfte des Holzes mechanisch auszusaugen, und nachdem dies geschehen, die evacuirten Poren mit der Imprägnirungs-Flüssigkeit zu füllen. Da aber die Säfte nur selten flüssig sind, so bereitete das Entfernen derselben mancherlei Schwierigkeiten, bis es Burnett (1846) gelang, die incrustirten Säfte durch Dampf zu erweichen und aufzulösen, so dass sie leicht ausgezogen und durch die Imprägnirungs-Flüssigkeit ersetzt werden konnten.

mm

Nach dem Biirnett’sehen Verfahren werden die zu imprägnirenden Schwellen zu 50 Stück auf einen Rollwagen geladen und in einen liegenden und hermetisch schliessenden Cylinder von etwa 20m Länge und 2m Durchmesser hineingefahren. Ein derartiger Cylinder nimmt 4 Rollwagen, also 200 Schwellen, gleichzeitig auf. Nachdem die 4 Rollwagen sammt ihrer Ladung in den Cylinder eingeschlossen sind, wird in denselben Dampf von 1 — 1¹ 2 Atmosphären Spannung eingelassen. Zu Beginn der Dampfeinströmung muss für die Austreibung der im Operationscylinder befindlichen Luft Sorge getragen und während des Dämpfens das Condensationswasser von Zeit zu Zeit abgelassen werden. Die Schwellen dürfen nicht allzu lange der Einwirkung des Wasserdampfes ausgesetzt bleiben, weil das Holz durch lang anhaltendes und intensives Dämpfen an Festigkeit und Elasticität verliert, welcher Verlust für ein Material, wie es die Eisenbahnschwellen sind, empfindlich werden könnte. Eine Stunde hindurch müssen aber die Schwellen immerhin gedämpft werden, weil zum Aufweichen der incrustirten Holzsäfte diese Zeit erfahrungsgemäss erforderlich ist. Nach Beendigung des Dämpfens wird di^ Dampfeinströmung eingestellt und der im Cylinder verbliebene Dampf durch den Ablasshahn entfernt. Hat sich der Cylinder einigermassen abgekühlt, so werden sämmtliche Hähne desselben geschlossen und wird aus demselben die Luft so weit ausgepumpt, dass das Barometer auf 600 sinkt (wodurch also die Luft auf 80 Procent der normalen Dichte gebracht wird). Diese Luftverdünnung muss schon nach Verlauf von 30 Minuten hergestellt sein und muss, je nachdem die Schwellen trocken oder frisch sind, noch weitere 30 — 60 Minuten unterhalten werden. Unter unausgesetzter Thätigkeit der Säugpumpen wird sodann das Verbindungsrohr zwischen dem Operations-Cylinder und den Bottichen, welche die Imprägnir-Flüssigkeit enthalten, geöffnet, so dass diese Flüssigkeit vermöge des äusseren Luftdruckes in den Operations-Cylinder eindringen kann. Sobald der abgeschlossene Cylinder voll gefüllt ist, was an dem Wasserstandsrohre desselben ersehen werden kann, werden die Säugpumpen abgestellt, dafür aber die Druckpumpen in Thätigkeit gesetzt. Mit Hilfe dieser Druckpumpen wird nun die Imprägnirungs-Flüssigkeit so lange in das Innere des Cylinders gepresst, bis das Manometer einen Druck von 6 — 8 Atmosphären anzeigt. Dieser Druck muss im Operations-Cylinder 3 Stunden lang anhalten. Nach Ablauf dieser Zeit wird die Druckpumpe ausser Thätigkeit gesetzt und die Imprägnirungs-Flüssigkeit aus dem Kessel abgelassen. Hierauf wird der Cylinder geöffnet und werden die Schwellen ausgefahren.

Das Biirnett'sehe Verfahren ist auf Eisenbahnen am meisten verbreitet, und wird als Imprägnirungs-Flüssigkeit zumeist eine Zinkchloridlösung von

1 Procent metallischem Zinkgehalt verwendet, welche Lösung stets warm (20— 30" C.) zur Action gelangt.

Es kann angenommen werden, dass im Durchschnitte aufnimmt eine Schwelle aus :

19 Kilogramm

Steineiche .......

23

Slovenischer Eiche

29

Kiefer..........

32

Buchen.........

Zinkchloridlösung von 1 Procent metallischem Zinkgehalt¹)

In wieferne die einzelnen Gattungen des Holzes zum Imprägniren mit Chlorzink sich eignen, möge aus der auf Grund Erfahrungen der österreichischen Staatsbahnen zusammengestellten Tabelle ersehen werden:

Gattung des Holzes

Ausgewechselte Schwellen in Procenten des jeweiligen Bestandes vom ersten bis zum Ende des

3.

4.

5.

6.

7.

8.    !    9.

10.

11.

Jahres

Föhre.......

Eiche .......

Tanne u. Fichte Buche.......

0-07    0-14

0-04

o-io

0-49

0-51

1-44

1-00

4-97

11-12

3-30

8-02

24-04

22-57

30-43

26-75

33-49 i 34-37 i 46'90

7-00 lO'OO

8-77

53- 56

54- 58

74-84

wonach also Föhren- und Eichenschwellen sehr wirksam sich imprägniren lassen, während die Imprägnirung der Tannen-, Fichten- und Buchenschwellen beiweitem nicht so günstig sich erweist. Da das Zinkchlorid ein im Wasser ausserordentlich leicht lösliches Salz ist, und mit der Cellulose keine chemische Verbindung eingeht, so werden die mit diesem Stoffe imprägnirten Schwellen durch die Niederschlagswässer nach und nach wieder ausgelaugt, so dass sie an Zinkchlorid immer ärmer werden, und schliesslich das Imprägnirungs-mittel gänzlich verlieren.')

0⁻16 Procent 0-08

In welchem Grade aber die geschilderte Abnahme des Zinkchloridgehaltes eintreten kann, zeigen am Besten die Untersuchungen, welche Professor Schmitl in Dresden durchgeführt hatte.³) Diese auf Veranlassung der General-Direction der königl. sächsischen Staatsbahnen in den Jahren 1872 und 1877 unternommenen Prüfungen erstreckten sich auf Kiefernschwellen und ergaben, dass, sobald die frisch imprägnirte und in das Gleis noch nicht eingelegte Schwelle 0⁻56 Procent Zinkchloridgehalt zeigt, dieser Procentsatz nach Ablauf von 2 Jahren auf

)>

0-06

gesunken war.

Diese anfänglich so rasch abnehmenden Zahlen lehren, dass man recht concentrirte Lösungen anwenden muss, falls man mit Erfolg arbeiten will.

9 Seidl. Oesterr. Eisenbahnzeitung, 1886, pag. 700.

²)    Pressler. Der Civil-Ingenieur, 1884, pag. 417.

³)    Buresch. Schutz des Holzes gegen Fäulniss, 1880, pag. 88.

In Frankreich¹) werden Schwellen nach dem von Blythe erfundenen, „Thermo-Carbolisation“ genannten Verfahren imprägnirt. ■

Hiebei werden die Schwellen zunächst so weit getrocknet, dass das Gewicht des Cubikmeters Holz auf circa 750 k» sinkt. Hierauf werden die Schwellen in einen Eisenblech-Cylinder gebracht und in demselben 5—10 Minuten lang einem Strome von Wasserdampf ausgesetzt, welcher mit Kreosot-Dämpfen gemischt ist. Darauf wird in den Cylinder Kreosot eingegossen und auf dieses, bei Erhaltung einer Temperatur von mindestens 60" C., 20 — 30 Minuten lang ein Druck ausgeübt (durch den im Kessel auf etwa 5 Atmosphären gespannten Dampf), wonach jede Schwelle mindestens 11 k£ sogenanntes Kreosot-Oel aufgenommen haben soll. Das wirkliche Kreosot-Oel ist zwar ein Destillationsproduct des Holzes, es wird jedoch zu Impräg-nirungs-Zwecken niemals verwendet. Das hiefür unter demselben Namen verwendete Kreosot ist ein schweres Oel, das durch Destillation der Kohle und des Gastheeres (Nebenproduct bei Erzeugung des Leuchtgases) gewonnen wird.

Dieses Imprägnirungs-Verfahren wurde auf der österreichischen Nord-westbahn zwar mit gutem Erfolge angewendet, doch scheint dasselbe nicht allen Anforderungen zu entsprechen, indem es nicht in allen Fällen die Pflanzen-Eiweissstoffe, welche eine rohe Schwelle, enthält, auflöst oder zum Gerinnen bringt. In derlei Fällen nimmt die Schwelle zu wenig Imprägnir-stoff auf, wird daher nur in ihren äusseren Schichten, nicht aber im Innern imprägnirt. Das Kreosot durchdringt nämlich die Schwelle nicht, es dringt nur bis zu einer gewissen Tiefe in dieselbe ein. Der mit Kreosot durchtränkte Theil bildet eine für die Wasser undurchdringliche Kruste und sperrt dabei die im Innern der Schwelle vorhandene Feuchtigkeit förmlich ab, so dass die Schwelle mit der Zeit kernfaul wird. Bei dem in Deutschland üblichen Imprägnirungs-Verfahren von Riitgers werden daher die Schwellen in einem Trockenofen einer allmählich bis zu 130° C. steigenden Erwärmung ausgesetzt und so lange (mindestens aber vier Stunden lang) getrocknet, bis keine Wasserdämpfe mehr entweichen. Darauf werden die Schwellen in den eisernen Imprägnirungs-Cylinder gefahren, dieser wird luftdicht verschlossen, und wird in ihm die Luft so weit verdünnt, dass die Quecksilbersäule des Barometers auf 560mm sinkt. Diese Evacuirung wird gewöhnlich nach Verlauf von 30 Minuten hervorgebracht und wird noch fernere 30 Minuten unterhalten. Darauf wird unter anhaltender Mitwirkung der Luftpumpe der Cylinder mit dem kreosothältigen Theeröle gefüllt, welches vorher mittelst Dampf erwärmt wurde. Alsdann wird mittelst Druckpumpe ein Druck von mindestens 6Y3 Atmosphären erzeugt, welcher so lange erhalten wird, bis die vorgeschriebene Menge vom Imprägnirungsstoffe (18kg für eine Buchenschwelle) von dem Holze aufgenommen ist, wozu mindestens eine Stunde benöthigt wird.

Diesem Verfahren muss indess der Vorwurf gemacht werden, dass das Holz bei der kurzen Dauer der Manipulation nur äusserlich erwärmt wird, während das Innere desselben völlig unberührt bleibt. Bei der österreichischen Nordwestbahn beträgt die Aufnahme von Theeröl und Theer bei kiefernen Schwellen 3'75kg pro Schwelle, also gerade so viel, wie man zum Anstreichen derselben brauchen würde. Es mag hier erwähnt werden, dass Hatzfeld, ein Industrieller in Frankreich, versucht hatte, das Holz mit gerbsaurem Eisenoxydul zu imprägniren, also gewissermassen zu gärben, sowie dass der Technologe Payen bestrebt war, eine Metallisirung des Holzes einzuführen. Das nach Hatzfeld’s Verfahren gegärbte Holz fault zwar nicht, verliert aber durch die betreffende Operation an Festigkeit.

Die sogenannte Metallisirung des Holzes beruht nach Payen's Ver

fahren auf zweimaliger Tränkung desselben mit Lösung verschiedener, jedoch solcher Salze

welche miteinander in den Holzzellen feste, im Wasser unlösliche Verbindungen eingehen. Als die hiezu geeigneten Stoffe wählte Payen schwefelsaures Eisenoxydul und Schwefelbarium.

Wiewohl man dieser Idee Genialität nicht absprechen kann, so hatte die Durchführung derselben doch nicht den gewünschten Erfolg. Der in Folge chemischer Verwandtschaft gebildete schwefelsaure Baryt und das entstandene Schwefeleisen verstopften nämlich frühzeitig die äusseren Saftcanäle und hinderten das weitere Eindringen der zweiten Lauge in das Holz-Innere. Hieher gehören auch die missglückten Versuche der Doppeltränkung mit Chlorbarium und Eisenvitriol.

Da man mit der Metallisirung des Holzes kein Glück hatte, so versuchte man das Holz zu versteinern, indem man in die Poren derselben Wasserglas eingepresst hatte. Aber auch hiermit erzielte man keinen Erfolg ebenso wenig wie dies beim Tränken mit Kalkmilch der Fall war.

Aus dem Dargelegten ist zu entnehmen, dass keine der bisher angewendeten Methoden der Imprägnirung den Anforderungen vollkommen entspricht, und dies hat zur Folge, dass jede Schwelle nach vollzogener Operation durch Anbohren an der für den Nagel bestimmten Stelle, untersucht werden sollte, ob sie auch gut imprägnirt wurde.*) Es müssten die Holzspähne von Schichte zu Schichte durch den Bohrer herausgezogen und bezüglich ihres Zustandes durch chemische Reagentien untersucht werden.

Aus nachstehender Tabelle²) ist zu entnehmen, inwiefern die verschiedenen Arten der Imprägnirung der Schwellen, bei jenen Bahnen sich eingebürgert haben, welche zum Vereine deutscher Eisenbahn-Verwaltungen gehören :

Bezeichnung der Methode der Imprägnirung

Anzahl der Eisenbahn-Verwaltungen, welche die verschiedenen Imprägnirungs-Methoden in Anwendung brachten

1865 i 1868    1878 | 1884

Kupfervitriol......................

Eisenvitriol und Zinkvitriol .........

Schwefelbarium und Eisenoxydul

Quecksilber-Sublimat...............

Zi»kchlorid.......................

Kreosot ..........................

Zinkchlorid und Kreosot............

Kreosotdämpfe (Methode Paradies) . . . Kreosotdämpfe und Kreosot (Blythe).. Antisepticum......................

Ol

co

Ol

CO N IO

oo o co

IC

CO

') Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1883.

'-) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1884, Supplementband, pag. 20.

Hiernach ist die Benützung von Kupfervitriol, Quecksilber-Sublimat und Kreosot in Abnahme, die Anwendung von Zinkchlorid dagegen in Zunahme begriffen, und dieser letztere Umstand rechtfertigt es, dass wir nunmehr vorwiegend dieser Imprägnirungs-Methode unsere Aufmerksamkeit schenken werden.

§• 11.

Werth der Imprägnirung.

Im vorhergehenden Paragraphe wurden die Methoden besprochen, welche man angewendet hatte, um die Lebensdauer der Schwellen zu verlängern. Nunmehr soll des Näheren erörtert werden, um wie viel die Lebensdauer imprägnirter gegen jene der rohen Schwellen verlängert wurde.

Vor Allem ist zu bemerken, dass die Lebensdauer einer imprägnirten Schwelle nicht nur von der zur Anwendung gebrachten Imprägnirung, sondern auch von der Holzgattung der Schwelle abhängig ist.

So lehrt beispielsweise die Erfahrung, - dass bei Imprägnirung mit Chlorzink eine Föhren- oder Buchenschwelle bis 10, eine Kiefernschwelle bis 11, eine Eichenschwelle bis 15 Jahre dauern kann. Mit Kreosot imprägnirte Schwellen verblieben bei der Köln-Mindener Bahn sogar 18 Jahre im Gleise. Es kann angenommen werden, dass eine imprägnirte, aus weichem Holze bestehende Schwelle ungefähr so lange dauert, als eine rohe Schwelle aus hartem Holze.

Auf Grund von Aufschreibungen der Statistik des Vereins deutscher Eisenbahn-Verwaltungen vom Jahre 1880 gelangte Regierungsrath Funk.*) zu der nachstehenden Zusammenstellung:

Schwellen

Gattung des Holzes, aus welchem die Schwellen angefertigt wurden .

i mit Chlorzink I imprägnirte

lagen im Gleise Jahre

■rohe

Eiche . . Kiefer. . Föhre . . Buche. .

13'6

19-5

7-2

5-1

3-0

14-0

8-0

15-0

Aus derselben ist zu ersehen, dass die Lebensdauer der Kieferschwellen durch Imprägnirung fast verdoppelt, jene der Buchenschwellen, sogar verdreifacht wurde. Als Durchschnittswerthe können die Zahlen der nachstehenden Tabelle²) angesehen werden:

!) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1880, pag. 68.

²) Oesterreichische Eisenbahnzeitung, 1886, pag. 702.

Schwellen

Gattung des Holzes

mit Chlorzink imprägnirte

liegen im Gleise durch Jahre

rohe

Buche...........

Fichte und Tanne

Kiefer...........

Eiche ...........

CO IO CD CO

Erwägt man, dass auf den Vereinsbahnen die weitaus grösste Zahl der Schwellen aus Eichen- und Kiefernholz besteht, so kann die mittlere Lebensdauer einer

rohen Schwelle auf

13 + 6

10 Jahre

13 + 19

imprägnirten Schwelle auf. . . . geschätzt werden, woraus folgt, dass die mittlere Lebensdauer einer Schwelle

16 »

durch die Imprägnirung

16

= 1'6 mal, also mehr als um die Hälfte, verlängert würde, und dies ist ein Erfolg, der sehr für die Imprägnirung zu sprechen scheint.

Auf die amtliche Statistik des Vereins deutscher Eisenbahn-Verwaltungen sich stützend, berechnet Regierungsrath Funk¹), dass die deutschen Bahnen durch Imprägnirung ihrer 35 Millionen Schwellen, alljährlich über anderthalb Millionen Gulden ersparen. Trotzdem ist aber auf den Bahnen des Vereins deutscher Eisenbahn-Verwaltungen die Imprägnirung der Schwellen nur wenig verbreitet, wie dies am besten aus der folgenden Tabelle zu entnehmen ist:

10

Auf den Eisenbahnen

Deutschlands

Oesterreichs

des Vereins

Jahr

liegen Schwellen

im Ganzen

hievon

imprägnirte

im Ganzen ; Milli

hievon

imprägnirte

im Ganzen

hievon

| imprägnirte

Stück

1878

1879

56T

57-2

32-5

339

1880

56-7

34-8

1881

563

35-6

26- 7 26 9

27- 2 27-5

32

3-5

3-8

4-8

87-9

90-8

90-9

91-3

37-1

38-7

39-1

40-9

1882

56-3

36-4

28-6

52

92-8

42-1

1883

1884

56-1

55-9

379

38-7

296

32-0

5-5

5-9

92-2

96-5

439

45-2

welche lehrt, dass auf deutschen Bahnen durchschnittlich 47 Procent, in Oesterreich dagegen nur 19 Procent der in die Gleise verlegten Schwellen

0 Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens 1880, pag. 68.

imprägnirt wurden. In Ungarn wurden gar nur D6 Procent der verlegten Schwellen imprägnirt.¹)

Angesichts dieser Thatsache ist es gewiss von Interesse, den Grund dieser Erscheinung kennen zu lernen.

Vor Allem muss darauf verwiesen werden, dass die Schwellen in Folge des Befahrens durch schwere, pressende und stossende Fahrzeuge, sowie durch das beständige Herausziehen und Eintreiben von Hakennägeln aus Anlass der Erhaltung der Spurweite, durch beständig sich wiederholende Pressungen der Schienenfüsse gegen die oberen Faserschichten der Schwellen, welche die Nothwendigkeit der Dexlung derselben nach sich ziehen, mechanischen Angriffen ausgesetzt sind, durch welche sie oft in kürzerer Zeit zu Grunde gerichtet werden, als durch die Angriffe der Atmosphärilien.

Es existiren also zweierlei wesentlich verschiedene Ursachen der Zerstörung der Schwellen, die Fäulniss und die mechanische Abnützung. Welche von diesen beiden Einwirkungen mehr zur Geltung gelangt, hängt von den jeweiligen Umständen ab. In wenig benützten Nebengleisen oder auf Bahnen mit schwachem Verkehre werden die Schwellen meist durch Fäulniss zu Grunde gehen, während die in sehr belebten Bahnhofgleisen, in scharfen Bahnkrümmungen oder auf Bremsstrecken liegenden Schwellen sich abnützen, bevor noch die Fäulniss grosse Fortschritte gemacht hat.²)

Ob

Aus den Aufschreibungen der Köln-Mindner Bahn,J) welche Aufschreibungen einen Zeitraum von 2³/+ Jahren umfassen, ist beispielsweise zu ersehen, dass in den stark befahrenen Gleisen nur sehr wenige (8‘2 Procent) Schwellen verfaulen, während die meisten (91'8 Procent) den mechanischen Einwirkungen zum Opfer fallen, und selbst in den Nebengleisen wurden nur 46’6 Procent der Schwellen bis zum Verfaulen ausgenutzt, dagegen alle anderen schon früher ausgewechselt. Man kann auf Grund dieser Aufschreibungen annehmen, dass durchschnittlich nur 21 Procent der verlegten Schwellen durch Fäulniss, 79 Procent hingegen durch mechanische Abnützung zu Grunde ging, dass also bei jener Bahn die mechanischen Angriffe den weitaus grösseren Factor der Zerstörung der Schwellen abgegeben haben. Da durch Anwendung von Unterlags-Platten das Nacharbeiten der schiefen Auflagerflächen für die Schienen, sowie das wiederholte Umnageln der Schienen wesentlich vermindert wird, so erweisen sich derlei Platten als eines der vorzüglichsten Schutzmittel gegen mechanische Abnützung der Schwellen, wozu noch die Dexlung derselben durch Maschinen 'Statt mit Haken, Ersatz der Hakennägel durch Schrauben, oder, wenn dies unthunlich,. das Vorbohren der Löcher für die Hakennägel zu rechnen wäre.⁺) aber all diese Mittel bewirken können, dass die mechanische Abnützung der Schwellen hinter der chemischen zurückbleibe, ist wohl kaum anzunehmen. Angesichts solcher Verhältnisse bleibt es aber fraglich, ob die Aufwendung grösserer Kosten für das Imprägniren der Schwellen unter allen Umständen gerechtfertigt ist, ob also die getränkten Schwellen einen Vortheil vor rohen haben.

') Ribar. Ueber den ökonomischen Werth der Schwellen-Imprägnirung. Zeitschrift des österr. Ingenieur- und Architektenvereines, 1887, pag. 14.

'-) Loewe. Der Schienenweg, 1887, pag. 125.

pag. 182.

³)    Deutsche Bauzeitung, 1877, pag 465; Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886,

⁴)    Dunaj. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886, pag. 135.

Will man dieser Frage auf den Grund gehen, so muss vor Allem die Ansicht fallen gelassen werden, dass es über allen Zweifel erhaben sei, dass durch das Tränken eine Verlängerung der Schwellendauer zu erzielen ist, welche die darauf verwendeten Kosten mehr als aufwiegt,¹) es muss vielmehr beachtet werden, dass der Vortheil, welcher durch Imprägnirung der Schwellen erwächst, nur relativ sein könne, da er ja vom Kaufpreise der Schwelle abhängt. Bezahlt man beispielsweise die rohe Schwelle mit 2Ô0 Kreuzer und dauert sie 8 Jahre, so kostet dieselbe jährlich 25 Kreuzer. Wird eine solche Schwelle mit einem Aufwande von 40 Kreuzer imprägnirt und dauert sie sodann 12 Jahre, so betragen die jährlichen Kosten derselben 200 + 40

20 Kreuzer.

12

Durch Imprägnirung gewinnt man sonach fünf

Kreuzer per Jahr und Schwelle. Wenn aber die rohe Schwelle nicht 200, sondern nur 80 Kreuzer kostet, so betragen die jährlichen Kosten derselben

80

—-■ = 10 Kreuzer, jene der imprägnirten Schwelle aber ebensoviel, denn sie

O

10 Kreuzer. In diesem Falle bringt also die

beziffern sich auf

80 + 40

12

Imprägnirung keinen Vortheil.

Man ersieht sonach, dass bei Feststellung des Werthes der Imprägnirung, der Anschaffungspreis der rohen Schwellen mit in das Calcul gezogen werden muss. Dies geschieht aber auf folgende Weise : Beträgt der Anschaffungspreis einer rohen Schwelle r Kreuzer, und verbleibt sie n Jahre hindurch im Gleis, so beträgt die jährliche Ausgabe für die Anschaffung

G)

Kreuzer. Veranschlagt man die Kosten der Herausnahme einer verfaulten

und Einlage der gesunden Ersatzschwelle auf a Kreuzer, so betragen die

Auswechslungskosten

Kreuzer per Schwelle. Die jährlichen

jährlichen

Erneuerungskosten betragen sonach :

Ci : C

*~î

Kreuzer per Schwelle.

Werden die Schwellen imprägnirt, und betragen die Imprägnirungs-kosten i Kreuzer per Schwelle, so kommt eine imprägnirte Schwelle auf (r + i) Kreuzer zu stehen, liegt eine solche Schwelle z Jahre im Gleis, so betragen die Anschaffungskosten einer imprägnirten Schwelle

Kreuzer per Jahr.

Schlägt man zu dieser Summe die Kosten der Auswechslung hinzu, so betragen die jährlichen Erneuerungskosten der imprägnirten Schwellen:

a a + r + i J

Kreuzer per Schwelle.

') Techniker-Versammlune in Dresden 1865.

Soll das Imprägniren sich rentiren, so müssen die jährlichen Erhaltungskosten der imprägnirten Schwellen nothwendig geringer sein, wie die Erhaltungskosten der rohen Schwellen. Der Unterschied dieser beiden Kosten stellt also den Gewinn dar, welchen das Imprägniren bringt. Dieser Unterschied beträgt aber:

]-»

[=]-[

Kreuzer per Schwelle und Jahr. Dieser Gewinn beträgt einen gewissen Theil des Capitals, welches man für die Erneuerung der rohen Schwellen verausgaben muss. Beträgt dieser Theil, in Percenten jenes Capitales ausgedrückt, p, so haben wir :

p = 100 •

oder mit Rücksicht auf den Werth von m, auch:

¹

Claus. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1884.

p = 100 •

(=)-(=-)

(=) woraus die zulässigen Kosten der Imprägnirung sich ergeben mit:

r-l

1 j (a + r) ...    (13

Kreuzer per Schwelle.

Dieser Ausdruck stellt sonach die Maximalkosten dar, welche die Imprägnirung einer Schwelle noch erreichen darf, falls der Gewinn an Erhaltungskosten, welchen man aus Anlass der Schwellen-Imprägnirung erzielt, P Percente der Erhaltungskosten der rohen Schwellen betragen soll.

In diesem Ausdrucke bedeutet: i . . . die Imprägnirungskosten einer Schwelle in Kreuzern ; n. . .die Lebensdauer einer rohen Schwelle in Jahren; r . . . die Anschaffungskosten einer rohen Schwelle in Kreuzern; a. . . die Kosten der Auswechslung einer Schwelle in Kreuzern ;

Z . . . die Lebensdauer einer imprägnirten Schwelle in Jahren.

Beispiel: Die Lebensdauer einer rohen Schwelle beträgt 8, jene einer imprägnirten 12 Jahre. Die Anschaffungskosten der roheri Schwelle beziffern sich auf 100, die Auswechslungskosten dagegen auf 2 Kreuzer. Wenn nun durch Imprägnirung die Erhaltungskosten der Schwelle um 10 Procent geringer werden sollen, so fragt es sich, wie hoch die Kosten der Imprägnirung noch sein können, wenn das angestrebte Ziel erreicht werden soll?

Hier haben wir: p — 10, n — 8, z = 12, r = 100, a — 2, und für diese Werthe gibt die Formel 13: 1=14, was besagen will, dass in diesem Falle die Imprägnirung nicht mehr als 14 Kreuzer per Schwelle kosten darf. Betrügen die Imprägnirungskosten mehr, so würde man weniger als 10 Procent, möglicherweise sogar nichts an Erhaltungskosten gewinnen.

Aus der vorstehenden Formel ist ersichtlich, dass es ein gewisses Maximum gibt, welches die Imprägnirungskosten höchstens erreichen dürfen.

Dieses Maximum ergibt sich aus der obigen Formel, sobald darin p = o gesetzt wird. Man erhält sodann

max —

Uh

• (a + r)

oder mit Rücksicht hierauf, dass a im Verhältnisse zur stets nur sehr klein ist, auch:

max —

Dauert eine imprägnirte Schwelle amal länger als eine rohe, so ist

und für diesen Werth erhält man:

1 max —    1) • 1"

.    .    (14

Eine Gleichung, aus welcher die Höhe des Geldbetrages annähernd ermittelt werden kann, welchen man für Imprägnirung per Schwelle höchstens ausgeben darf, falls diese Operation sich noch rentiren soll.

Beispiel: Wie hoch dürfen die Imprägnirungskosten einer Schwelle sich höchstens belaufen, wenn der Anschaffungspreis derselben 120 Kreuzer beträgt und die imprägnirte Schwelle *l₃ma\ länger im Gleis verbleiben kann, als eine rohe?

Man hat hier: a = */₃, r = 120 und erhält demnach aus Gleichung 14 für die Imprägnirungs kosten : i = 40, was so viel sagt, dass, sobald die Imprägnirungskosten die Höhe von 40 Kreuzern per Schwelle erreichen, das Imprägnirungs-Verfahren aufhört berechtigt zu sein.

Bei Bemessung des ökonomischen Werthes der Schwellen-Imprägnirung spielen also die Gestehungskosten der Schwelle eine grosse Rolle. Diese Kosten sind nun ziemlich verschieden. Sie betragen gegenwärtig für eine Eichenschwelle bei der

Oesterreichischen Nordbahn Ungarischen Staatsbahn . . .

Oesterreichischen Südbahn.

Ungarischen Staatsbahn . . .

Galizischen Bahnen......

Es kann angenommen werden,²) dass in Oesterreich eine Eichenschwelle kostet Buchenschwelle »

Kiefernschwelle »

Tannenschwelle »

Setzt man voraus, dass durch Imprägnirung der Schwellen auch deren Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Angriffe zunimmt, und drückt zufolge dessen den Procentsatz der durch mechanische Zerstörung zu Grunde gehenden Schwellen von 79 auf 75 Procent herunter, so werden dann nur 25 Procent, also 7+ der verlegten Schwellen, als durch Fäulniss verdorben angesehen werden müssen.

Werden alle verlegten Schwellen imprägnirt, so kommt der Vortheil dieses Verfahrens doch nicht allen zugute, sondern nur dem vierten Theile

D80 Gulden

1-65

1-45

1-37

1-20

))

2-50 Gulden

1-10

0-90

9 Grell. Oesterr. Eisenbahn-Zeitung, 1887, pag. 26. ²) Oesterr. Eisenbahn-Zeitung, 1886, pag. 703.

derselben, der verbleibende Rest von ³U geht nämlich ebenso zu Grunde, als er zu Grunde gegangen wäre, wenn man die Schwellen nicht imprägnirt hätte. Die Imprägnirung hat also die Lebensdauer nur des vierten Theiles der verlegten Schwellen verlängert, ist also per Schwelle viermal theurer geworden.

Berücksichtigt man dies, und nimmt ausserdem an, dass durch die Imprägnirung die Lebensdauer der Schwelle verdoppelt würde, so ist in Formel 14 zu setzen: statt i nunmehr 4 i und a = 2, für welchen Fall man erhält:

.    .    (15

w=(£) • •

eine Relation, welche den Werth der Imprägnirung weicher Schwellen darstellt. In derselben bezeichnet:

i . . . den Maximalbetrag in Kreuzern, welchen man für die Imprägnirung einer weichen Schwelle höchstens zahlen kann;

1’. . . den Anschaffungswerth einer rohen Schwelle in Kreuzern.

In Gegenden wo die rohe Schwelle mit 2 Gulden und theurer bezahlt wird, kann sonach die Imprägnirung selbst auf ²/₄ = Va Gulden pro Schwelle anwachsen, während in Gegenden, wo die weiche Schwelle mit 1 Gulden und noch billiger bezahlt wird, die Imprägnirung sich kaum rentiren wird, selbst wenn sie nur A Gulden =25 Kreuzer und weniger per Schwelle kosten würde.

Hieraus ist zu ersehen, dass der Werth der Imprägnirung keinesfalls ein absoluter ist, dass er vielmehr mit dem Anschaffungspreise der Schwelle schwankt, also in verschiedenen Gegenden ein verschiedener sein müsse ; dass also die Imprägnirung, welche in einem Lande sich bewährt hatte, in einem anderen durchaus nicht von Vortheil sein müsse.

In Norddeutschland, woselbst die rohe Schwelle mit 3 Gulden und häufig noch theurer bezahlt wird, würde sonach die Imprägnirung selbst

75 Kreuzer per Schwelle

300

dann noch von Nutzen sein, wenn sie ——

kosten würde, während in den westlichen Theilen der österreichischen Monarchie, wo man eine weiche Schwelle um 80 Kreuzer und noch billiger erhält, die Imprägnirung selbst dann nicht am Platze sein wird, wenn sie 80

nur—=20 Kreuzer per Schwelle und noch weniger kosten würde.

§. 12.

Kosten der Imprägnirung.

Es wurde gezeigt, dass die Imprägnirung weicher Schwellen nur da sich bewährt, wo die pro Schwelle entfallenden Kosten dieser Operation geringer sind, als der vierte Theil des Anschaffungspreises der rohen Schwelle. Will man also wissen, ob in einem gegebenen Falle die Imprägnirung von Schwellen angezeigt sei oder nicht, so muss man den Anschaffungspreis mit den Kosten der Imprägnirung in Relation bringen. Es wurde bereits bemerkt, dass die Imprägnirung mit Chlorzink am meisten verbreitet ist, es ist daher von Interesse, die Kosten dieser Art der Schwellen-Imprägnirung des Näheren kennen zu lernen.

1 Liter Chlorzink-Lösung wiegt l*6k£. Da aber die Imprägnirungs-Flüssigkeit nichts Anderes ist, als eine 40fach mit Wasser verdünnte Chlorzink-Lösung von 1 Procent metallischem Zinkgehalt, und 1 Liter Wasser 1 k= wiegt, so werden (40 + l)=41 Lit. Imprägnirungs-Flüssigkeit (40 + l-6)=41-6kg wiegen. In diesem Quantum Flüssigkeit hat jedoch nur das Chlorzink einen Preis, da Wasser nichts kostet. Da 1k» Zink 3 k& Salzsäure zur Auflösung fordert, um Chlorzink zu bilden, und 1 ks Zink 15 Kreuzer, 3k£ Salzsäure dagegen 24 Kreuzer kosten, so kostet das Quantum von (l + 3) = 4ks Chlorzink 15 + 24 = 39 Kreuzer.

Mit Rücksicht jedoch darauf, dass bei der Auflösung des Zinkes, Verluste unvermeidlich sind, erhält man in der rohen Praxis aus 1 k& Zink und 3kg Salzsäure nicht 4k», sondern nur 3'5k& Chlorzink. Diesem zu Folge

11‘14 Kreuzer. Das Quantum von l⁻6k£ Chlor-

,    39

kostet 1 k£ Chlorzink —

35

zink kostet demnach 17‘82 Kreuzer. Es kostet also 1 k° Imprägnirungs-Flüssigkeit

17-82

41-6

0"43 Kreuzer. Rechnet man hiezu die Kosten der Prä-

paration, welche per Kilogramm auf 0"02 Kreuzer veranschlagt werden, so kostet 1kg Imprägnirungs-Flüssigkeit 0"45 Kreuzer.

Wir sahen, dass die Schwellen verschiedene Mengen dieser Flüssigkeit in sich aufnehmen, je nach der Gattung des Holzes, aus dem sie angefertigt wurden. Wir zeigten (§. 10), dass eine Schwelle aus

aufnimmt 19 Kilogramm

Steineiche......

Slovenischer Eiche

Kiefernholz......

Buchenholz......

Imprägnirungs-Flüssigkeit. Es kostet sonach die Flüssigkeit welche aufgenommen wird, von einer Schwelle aus

Steineiche......

Slovenischer Eiche

Kiefernholz......

Buchenholz......

•»

Co PO PO

|    _ \ 10-35

' a | 13-05 I 14-40

8‘55 Kreuzer

Die Kosten der Imprägnirung bestehen jedoch nicht lediglich aus den Kosten der Conservirungs-Flüssigkeit, welche a Kreuzer per Schwelle betragen, sondern ausserdem noch aus den Kosten der Amortisation des Anlagecapitals, der Erhaltung der Imprägnirungs-Anstalt, der Beaufsichtigung, dem Arbeitslohn und den Kosten der Feuerung. Nach den Erfahrungen der Eisenbahnen können diese Kosten, wie folgt veranschlagt werden :

Per Schwelle betragen die Kosten

der

Kreuzer

io

cp cm CO Öl 30 <01

Amortisation des Anlage-Capitals

Erhaltung der Anstalt.........

Arbeitslöhne und Beaufsichtigung Feuerung (mit Steinkohle)......

Summa. . . . Zur Abrundung.... Totale.....

16-95

0-05

17-00

Die Imprägnirung einer Schwelle kostet also :

(16

k = (17 + a)

Kreuzer, wobei a die oben angegebenen Werthe hat.

Bei dieser Berechnung hatten wir eine Imprägnir-Anstalt im Auge, welche jährlich 100.000 Stück Schwellen zu imprägniren im Stande ist. Die Kosten einer solchen Anstalt wurden auf 30.000 Gulden veranschlagt und eine Amortisation des Capitales in 10 Jahren zu 5 Procent angenommen. Es kommt also die Imprägnirung einer Schwelle aus

auf circa 25’5 Kreuzer 27*3

30- 0

31- 4

Steineiche ......

Slovenischer Eiche

Kiefernholz......

Buchenholz.....

zu stehen.

Nach dem Referate der Techniker-Versammlung der dem Vereine deutscher Eisenbahn-Verwaltungen angehörenden Bahnen, welche in Berlin 1884 abgehalten wurde, stellen sich die Kosten der Schwellen-Imprägnirung wie folgt dar:

Art der Imprägnirung

I Kreosot j Zinkchlorid

Holzgattung

Zinkchlorid j Quecksilber I Verfahren | Verfahren und Kreosotj Sublimat i Blythe j Paradies Durchschnittliche Kosten der Imprägnirung per Schwelle in Kreuzern ö. W.

Eiche

60

22-2

366

34-8

Buche

114

26-4

51-6

45-6

Kiefer

102

28-2

44-4

45

366

§. 13.

Anschaffungswerth einer Schwelle.

Eine jede Bahnverwaltung kommt wohl öfter in die Lage, unter den ihr offerirten Schwellen eine Wahl treffen zu müssen. Bei derlei Gelegenheiten muss Preis und Lebensdauer der Schwelle gegeneinander abgewogen werden, falls eine begründete Entscheidung getroffen werden soll. Fehlt es an einer Methode, nach welcher das Calcul anzustellen ist, so bleiben all’ die Calculationen, die da gemacht werden, schliesslich doch nur ein schwankendes Tasten nach dem Rechten. Um in dieser Richtung ein zielbewusstes Vorgehen anzubahnen, dürfte nachstehende Ueberlegung sich empfehlen :

Um Schwellen anzuschaffen und dieselben im Gleis zu erhalten, bedarf es eines Capitales von K Gulden. Dieses Capital setzt sich aus zwei Theilen zusammen, und zwar aus der Summe a, welche für die Anschaffung, und aus der Summe e, welche für die Erhaltung der Schwellen verausgabt wird. Die Verausgabung dieser beiden Summen erfolgt in verschiedener Weise. Während die für Anschaffung bestimmte Summe in der Regel auf einmal ausgelegt wird, gelangt das Capital, welches für Erhaltung der Schwellen bestimmt ist, in jährlichen Theilsummen zur Ausgabe. Immer jedoch ist K=(a+e). Wird das vorläufig noch unbestimmte Capital e während der

Lebensdauer der Schwellen, also durch n Jahre hindurch auf p Procent angelegt, so wächst es in dieser Zeit zu einer Summe von

( 1 +    • e

V 100/

Gulden an ; die Zinsen, welche es während dieser Zeit abgeworfen hat, betragen sonach

e — z". e = e (z"— l)

Gulden, und diese Zinsen sind es, welche zur Erhaltung der Schwellen verwendet werden.

Nach Ablauf von n Jahren haben die Schwellen nicht mehr den ursprünglichen Werth von a Gulden, sondern einen kleineren, den sogenannten Altwerth, a Gulden, so dass also deren Werth sich um (a — a) Gulden vermindert hat. Da jedoch das Gleis im guten Stande erhalten blieb, also nach Ablauf von n Jahren gerade denselben Werth hat, wie Anfangs, so muss die Summe von (a — v.) Gulden für Zwecke der Erhaltung desselben verausgabt worden sein, es muss also sein

e . (zn — l) = (a —a)

woraus :

z"— 1

sich ergibt. Wird dieser Werth in die Eingangs aufgestellte Gleichung eingesetzt, so erhält man

a . z'¹ — a

z'¹— 1

einen Ausdruck, welcher die Grösse des Betrages angibt, welchen man für eine Schwelle mit Rücksicht auf die Kosten deren Erhaltung, in Anschlag zu bringen hat. Man könnte die Grösse K den wirthschaftlichen Preis der Schwelle nennen.

So einfach dieser Ausdruck ist, so ist er doch für die Praxis unbequem, weil darin n als Potenz vorkommt, und n gewöhnlich eine hohe Zahl ist. Für Eichenschwellen ist z. B. n = 13'6.

Eine für die Praxis genügende Genauigkeit behält dieser Ausdruck, wenn man die Grösse

zn =

0+-L.V

\ 100/

in eine Reihe nach Potenzen von n entwickelt, und man schon beim ersten Gliede dieser Reihe stehen bleibt. In diesem Falle wird

z'¹ = 1 +

n.p

100

Setzt man p = 10, nimmt also eine lOprocentige Verzinsung der Schwelle an, was sehr wohl zulässig ist, so wird

Zu

unter Berücksichtigung dieses Werthes, geht der für K oben aufgestellte Ausdruck in den für die Praxis bequemeren über, nämlich in

M»

«s

In dieser Formel bezeichnet:

Wasa

. . . den wirthschaftlichen Preis der Schwelle ;

. . . den Anschaffungspreis der Schwelle ;

. . . den Altwerth der Schwelle ;

... die Lebensdauer der Schwelle in Jahren.

Hat man nun eine Wahl zwischen mehreren Gattungen von Schwellen zu treffen, deren Anschaffungspreise bekannt sind, so wird man für jede dieser Gattungen Schwellen den Wirthschaftspreis K ermitteln und schliesslich jener Schwelle den Vorzug geben, für welche K den kleinsten Werth erhält.

so erhält man aus der obigen die nachstehende

a(l+ ) • •

Veranschlagt man den Altwerth einer Schwelle auf ’/io des Anschaffungspreises, setzt also a Gleichung:

ot i a

. . (18

welche Gleichung für Ueberschlags-Rechnungen ob deren Einfachheit in der Praxis Verwendung finden könnte.

Beispiel: Einer gewissen Bahnverwaltung werden vier Gattungen Schwellen offerirt,

und zwar:

.à 200 Kreuzer .à 180    »

à 100 a 80    »

Eichenschwellen Kiefernschwellen Föhrenschwellen T annenschwellen

Es erwächst die Frage, welche von diesen Schwellen die preiswürdigste ist, welche also angenommen werden soll?

Unter Voraussetzung, dass alle diese Schwellen gesund sind, die vorgeschriebenen Dimensionen haben und die angegebenen Preise für einen und denselben Ort gelten, kann man folgender-massen calculiren :

Da die Lebensdauer für all diese Gattungen Schwellen bekannt ist und der Altpreis einer Schwelle füglich mit ’/io des Anschaffungspreises angenommen werden kann, so hat man:

Für eine

Schwelle aus dem Holze einer

Kreuzer

Jahre

Eiche. Kiefer Föhre Tanne

200

180

100

80

to

OC O 00 o

CO Ol O CO

dem Holze der

Werden diese Werthe in die Gleichung Nr. 17 eingesetzt, so erhält man für Schwellen aus

338

Eiche .

Kiefer Föhre Tanne

Da K den kleinsten Werth für die Föhre annimmt, so wird man diese wählen; dann würde die Tanne, später die Eiche, in letzter Linie erst die Kiefer kommen.

410

280

320

Will man den Preis kennen lernen, welchen man für eine bestimmte Gattung Schwellen per Stück zahlen kann, wenn der Preis einer andern Schwellengattung bekannt ist, so darf man sich wohl keiner der beiden Gleichungen Nr. 17 oder 18 bedienen, man muss vielmehr auf die ursprüngliche Gleichung:

a . z" — a

z’¹— 1

zurückgreifen. Für eine andere Gattung Schwellen hat man:

a.z-'-a.

zn'— 1

Sollen nun beide Gattungen Schwellen gleich preiswürdig sein, so muss K = K sein. Hieraus ergibt sich aber:

I cT

tS3

"tSJ

« i ts

setzt man a=0'la, a =0¹1 a, was wohl näherungsweise geschehen kann, so erhält man :

Zn — 1    \'L"'— 01

»,

zn—1

zn —01

.    .    (19

eine Relation, aus welcher der Preis einer Schwellen-Gattung berechnet werden kann, sobald man den Preis einer andern kennt.¹)

Beispiel: Wenn in einer Gegend, in welcher man 200 Kreuzer per Eichenschwelle zahlt, Tannenschwellen zu haben sind, so fragt sich, wie theuer man solche Schwellen höchstens bezahlen kann.

Für die Eichenschwelle ist

a, = 200, n = 13

für die Tannenschwelle ist n'— 3. Aus obiger Gleichung erhält man

• 200

z³-— 1 z¹³— 0'1 z¹³— 1 z³ —0" 1

Nimmt man z

= 1 + (ioo)⁼îo an’ sofo,gt

X 200 = 74

1-333 — 1    3452 — Q-l

3-452 — 1 X P333 — 01

Man wird also für die Tannenschwelle nur 74 Kreuzer bezahlen können.

Die oben aufgestellte Formel:

a. z¹¹ — a z"— 1

kann übrigens auch dazu dienen, um den commerciellen Werth von Holz- und Eisenschwellen abzuwägen. Nimmt man an, dass die Eisenschwelle doppelt so lange dauert, als eine hölzerne Schwelle, und setzt voraus, dass der Altwerth einer Eisenschwelle 0'4 ihres Anschaffungspreises beträgt, während für die Holzschwelle der betreffende Coefficient höchstens mit 0⁻l angenommen werden kann, so erhält man:

Kh=

z" -— 0-1 zn— 1

K.-

z —O'4

' a.

z n — 1

wobei a den Anschaffungswerth der hölzernen, a , jenen der eisernen Schwelle bezeichnet, und Kh auf die hölzerne, K„ hingegen auf die eiserne Schwelle sich bezieht.

Wenn nun alle anderen Vorzüge der eisernen Schwelle ausser Acht gelassen werden, so muss K„= K,: sein, für welchen Fall man erhält:

z‘‘— 1 zsa— 0-4 z":l — 1 ’ z" — o-f

Legt man eine Verzinsung von 100/

wird z¹³=^ 3-452. umso mehr (z‘Jn —

z=(

10 Procent zu Grunde, so ist LI. Nimmt man für eine Eichenschwelle n=13 an, so

• z'¹

Angesichts dieser Zahl kann wohl (z¹¹—0⁻l) = zn, und 0‘4) = z2n gesetzt werden, für diesen Fall erhält man aber: zn—1 z?u— 1

Erlaubt man sich angesichts der grossen Werthe von zln, auch noch zu setzen (z²"—l) = z‘i“, so gelangt man zur Näherungs-Formel:

. . (20

¹¹ C z‘ ) a

welche den Anschaffungspreis einer Eisenschwelle abzuschätzen gestattet, welche bestimmt ist, eine Holzschwelle finanziell zu ersetzen.

In dieser Formel bezeichnet :    -

SS SS

. . . den Anschaffungswerth der Holzschwelle ;

. . . Anschaffungswerth einer Eisenschwelle ;

( ¹ +

V 100/

ein Coefficient ; •

p. . . Zinsfuss der Amortisation des Capitals.

Beispiel: Wie theuer kann in einem Lande, wo die Eichenschwelle mit 1 Gulden bezahlt wird, eine Eisenschwelle bezahlt werden, wenn bei einem solchen Ersätze keine materiellen Verluste Platz greifen sollen?

13 an und setzt p — 10, also z = so erhält man, da a — 1, für den Anschaffungswerth der Eisenschwelle, a, = P4 Gulden. Bei einem Preis von 3 Gulden für die Holzschwelle dürfte sonach die ihr gleichartige Eisenschwelle nicht mehr als 1'4 X 3 = 4'2 Gulden kosten.

Nimmt man n

§. 14.

Der Würfel-Oberbau.

Die gusseiserne Schiene, welche zum ersten Male mit Ende des verflossenen Jahrhunderts in die Gleise der damaligen Pferdebahnen verlegt wurde, erheischte schon ihrer Form wegen, als auch mit Rücksicht auf die Brüchigkeit des Materiales, aus dem sie bestand, eine ihrer ganzen Länge nach gehende Unterstützung. Erst als Josua Burns diese Schiene verstärkte, konnte er von einer continuirlichen Unterstützung derselben absehen und zur Anwendung von Unterlagen schreiten, welche von einander entfernt waren (1793). Derlei Unterlagen verfertigte er aus Stein, welchem er die Form eines Würfels gab, und schuf auf diese Weise den sogenannten Würfel-Ob erb au. In Deutschland datirt die Anwendung der Steinwürfel von den ersten Anfängen des Eisenbahnwesens am Continente her, indem auf der Nürnberg-Fürther Bahn bereits Steinwürfel verlegt wurden (1835). Diesem Beispiele folgten die damaligen Bahnen, so die Taunus-Bahn (1836), Bayerische Staatsbahn (1846) und andere.

Ursprünglich wurden Sandsteinwürfel verwendet, in neuerer Zeit werden mehrfach solche aus Granit verlegt. Derlei Würfel sind gewöhnlich 0’6m lang und ebenso breit, haben eine Dicke von 0'3m und werden gewöhnlich diagonal zur Schiene derart auseinander gestellt, dass eine Schiene auf circa 10 Würfeln zu liegen kommt.

Einen derartigen Oberbau findet man heute noch zwar auf 11 Bahnen Deutschlands, doch beträgt dessen Gesammtlänge nur 300km. Auf einen jeden solchen Würfel wurde ein gusseiserner Schuh angenagelt, welcher die durchlaufende Schiene nach Art eines Schraubstockes umfasste, und wurden, um die Schiene in dem Schuh festzuhalten, zwischen die Backen desselben und die Schiene hölzerne Keile eingetrieben. Das Steinfundament hat den Vortheil, dass es die Schienen mit seiner grossen Tragfähigkeit unterstützt, und zwar mit einer grösseren, als dieses bei Schwellen der Fall ist. Nimmt man nämlich 10 Steine auf 6m Gleis, so bilden dieselben zusammen eine Quadratfläche von 3'35m', während die 7 Schwellen, welche eine gleich lange Schiene unterstützen, derselben nur eine Grundfläche von 3’1 4m" geben.

Uebrigens ist nach Erfahrungen der Taunusbahn, die Erhaltung eines derartigen Oberbaues nicht so theuer, als man denken könnte. Die Erhaltung der constanten Spurweite macht jedoch, namentlich bei einer grösseren Fahrgeschwindigkeit grosse Schwierigkeiten, weil die Quadern ihre Lage nicht sehr sicher beibehalten, durch Frostwirkungen u. dgl. Verschiebungen erleiden, so dass die Schienen nicht mehr fest zwischen den Nägeln sitzen¹) und dies ist der Grund, wesshalb dieser Oberbau verlassen wurde, obwohl es nicht an Versuchen mangelt, Würfel aus künstlichem Stein herzustellen und denselben eine grössere tragende Fläche zu geben.

So zeigte auf der Wiener Ausstellung (1873) Stierlin Quadern vor, welche aus einem Gemenge von Asphalt und Kies künstlich hergestellt waren. Der Hafenbau-Ingenieur Kayser stellt Würfel aus Cement ber (1880) und gibt ihnen die Gestalt abgestutzter Pyramiden. Die Höhe einer solchen Cementpyramide beträgt 25cm. Die Seite der oberen quadratischen Fläche hat 20cm, während die Seiten der rechteckigen Basis derselben 60cm und 62cm haben, so dass die Grundfläche 60 X 62 = 3720cm“ beträgt. Angesichts dieser kleinen Basis würde man möglicherweise geneigt sein anzunehmen, dass eine solche Cementpyramide unter der Last der Züge in das Schotterbett sich einsenken, also dem Zwecke nicht entsprechen könnte. Dem ist jedoch nicht so. Die Erfahrung lehrt nämlich, dass das Schotterbett erst dann nachgibt, wenn der auf dasselbe ausgeübte Druck 2k® per Quadrat-

') Loewe, Der Schienenweg, 1887, pag. 118.

Centimeter Oberfläche übersteigt. Der Maximaldruck, welcher auf die Schiene von oben ausgeübt werden darf, beträgt laut Vorschrift des Eisenbahn-Vereines 7000k®. Dieser Druck ist es, der auf die Basis der Pyramide übertragen wird. Auf 1 cmi der 3720cmi grossen Basis entfällt sonach ein Druck von nur l⁻9k&; dieser Druck ist aber geringer als jener, bei welchem das Schotterbett sich zu setzen beginnt.

Die Erfahrung hat gelehrt, dass ein directes Aufliegen der Schiene

auf eine Steinunterlage ein hartes Fahren erzeugt, wodurch sowohl die Schiene als auch die Räder stark abgenützt werden. Um dies zu verhüten, wurde als elastisches Mittel eine circa 3

mm

starke Platte aus Holz, welche in Oel gesotten und mit Theer ) überzogen war, zwischen Schuh und Pyramide eingeschoben.

Was endlich die Kosten eines solchen auf Cementpyramiden gelagerten Oberbaues anbelangt, so stellt sich der Current-Meter eines Gleises, dessen Schienen 25 k° pro Meter ihrer Länge wiegen, auf 11J/₂ Kreuzer, während dieselbe Länge eines hölzernen Querschwellen - Oberbaues 11²/i₀ Kreuzer kostet. Indessen liegen über einen solchen Oberbau bis jetzt noch keine Erfahrungen vor.

Zum Schlüsse sei noch eines eigenthümlichen Materiales gedacht, aus welchem man in neuester Zeit (1885) Unterlagen für die Schienen herzustellen versucht hat. Es ist dies, der Asphalt, welchen man in den jüngst erschlossenen Petroleumgebieten in Baku (in Persien) überall in überaus grossen Mengen vorfindet. Die transkaspische Eisenbahn versuchte (1885) ihre Schienen auf Asp/m/Z-Unterlager zu lagern und hat die Erfahrung gemacht, dass diese, aus einem Gemisch von Nafta, Asphalt und Schotter erzeugten Würfel trotz der Hitze, welche in jener Gegend oft bis 48" C. steigt, keinerlei Veränderung der Consistenz zeigen, sich überhaupt gegen den Einfluss des Temperaturswechsels als unempfindlich erwiesen haben. Doch bleiben die Resultate des ferneren Betriebes abzuwarten, um einen Schluss ziehen zu können, inwieweit diese neuartige Schienenunterlage als praktisch sich erweist.

§. 15.

Der hölzerne Oberbau.

Die alten Kohlenwerk-Bahnen Englands waren Holzbahnen gewesen. Hölzerne Riegel, welche auf Querschwellen aufgekappt wurden, bildeten die Schiene, auf welcher die Fuhrwerke rollten. Als man jedoch begann, auf die hölzernen Longrinen eiserne Stäbe zu nageln, so bildeten diese die eigentliche Schiene, während die hölzerne Longrine, auf welcher früher die Räder rollten, nunmehr zur Unterstützung der flachen Eisenschiene diente Die Nothwendigkeit einer continuirlichen Unterstützung der Schiene entfiel jedoch, als Outrant der gusseisernen Schiene eine Form gab (1800), zufolge welcher sie eine grössere Tragfähigkeit erhielt und demgemäss auf Stützen ruhen konnte, welche von einander abstehen konnten. Die Little-Eaton-Bahn in Derbyshire war die erste gewesen, welche statt der bisher üblich gewesenen Längenunterstützung Querschwellen verwendete. Diese

') Loewe. Der Schienenweg, 1887,' pag. 157.

Construction fand unter dem Namen » Outram- Tramway«. Verbreitung und von da ab datirt sich die Bauart, welche wir Querschwellen-Oberbau nennen.

Die Entfernung, in welcher Schwellen voneinander gelegt werden können, hängt vornehmlich von der Festigkeit der Schiene ab und muss stets so bemessen sein, dass die Durchbiegungen der Schiene ein gewisses Maass nicht überschreiten. In der Regel verlegt man die Schwellen so, dass eine 6V₂m lange Schiene auf 7, eine 8m lange auf 10—11, eine 10m lange auf 12, eine 11m lange auf 14 und eine 12m lange Schiene auf 3 6 Schwellen zu liegen kommt. Man kann annehmen, dass auf ein Kilometer Gleis 1090—1360 Schwellen kommen.

Die Entfernung der Schwellen von Mitte zu Mitte beträgt in England 81 — 94cm, in Frankreich 70 — 90cm, in Deutschland 85cm, in Oesterreich circa 90cm.

Aus diesem Grunde

Die auf den Querschwellen gelagerten Schienen müssen, um dem Gleis eine Stabilität zu geben, nothwendig mit der Schwelle fest verbunden werden. Die alten Gusseisenschienen hatten zu diesem Zwecke Löcher, in welche Nägel in die unter der Schiene befindliche Longrine eingetrieben wurden, und erhielten diese Löcher die Form einer Ellipse um die Längenänderungen des Gestänges in Folge Schwankungen der Temperatur zu ermöglichen (§. 7). Als jedoch die Schiene ihre stetige Unterlage verlor und auf Würfel gelegt wurde, welche auseinander gerückt waren, lagerte man die Schiene in gusseiserne Schuhe, welche ihrerseits an die Unterlage festgenagelt wurden. Ein derartiger Schuh oder Stuhl besteht aus einer mit Löchern zur Befestigung versehenen Grundplatte, auf welcher sich zwei Backen mit seitlichen Verstärkungsrippen erheben; zwischen diese Rippen wird die Schiene eingelegt. Die Festhaltung der Schiene in ihrer Lage geschieht durch einen von der Seite her zwischen sie und den andern Stuhlbacken eingetriebenen Keil. Robert Stephenson verwendete (1836) Holzkeile; hierdurch war die Schiene zwar fest eingeklemmt, doch trat der Missstand in den Vordergrund, dass sich die Abmessungen des Keiles sehr abhängig von den ' Witterungsverhältnissen erwiesen, indem derselbe bei nassem Wetter aufquoll und dabei öfters den Stuhl zersprengte, beim Schwinden in der Sommerhitze dagegen unwirksam wurde, finden Holzkeile in neuester Zeit seltener Anwendung, dagegen erfreut sich in Frankreich an deren Stelle das System David grosser Bevorzugung. Es wird nämlich zwischen Schiene und Stahlbacken ein elliptisch gebogener starker Blechstreifen eingeschaltet, welcher durch die Biegung federnde Kraft erhält und die Schiene an den entgegengesetzten Stahlbacken anpresst.¹)

Als man anfing Schienen zu verwenden, welche eine directe Verbindung mit der Schwelle zuliessen, wurden die Schuhe verlassen. Dies geschah zuerst in Deutschland und Oesterreich, während Frankreich noch jetzt eine Freundin derselben verblieben ist.

mm

langen,

Schienen, welche eine directe Verbindung mit der Schwelle zulassen, werden in Folge ihrer Gestalt breitbasige Schienen genannt. Derlei Schienen, welche auch Vignol-Schienen heissen, werden mit Hilfe von 140 125g schweren Hakennägeln mit einem quadratförmigen Querschnitte, dessen

') Birk. Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architektenvereines, 1889, pag. 246.

lang ist, oder aber durch Schrauben- (Tirefonds) an die Schwelle festgemacht. Anfänglich schlug man derlei Nägel durch Löcher, welche in den Schienen angebracht waren; jetzt setzt man sie überall dicht neben den Sehienenfuss und lässt denselben durch den hakenförmigen Nagelkopf übergreifen, so dass das Lochen der Schiene entbehrlich wird und der Nagel mit einem grösseren Hebelarm als früher zur Wirkung gelangt.J)

Seite 1 5

mm

Die Schienen müssen auf den Schwellen so befestigt werden, dass sie den Kräften, welche auf eine Deformation des Gestänges hinwirken, erfolgreich Widerstand leisten. Ausserdem müssen die Befestigungsmittel eine möglichst innige, dauernde Verbindung zwischen Schiene und Schwelle sichern, damit beim Auf- und Niedergehen der Schiene die Schwelle jedesmal mitgenommen und ein Einschleifen der ersteren in die letztere vermieden werde.

Dieses Einschleifen der Schiene ist die Folge des sogenannten Wanderns, welches hauptsächlich entsteht durch die beim einseitigen Befahren des Gleises bewirkte schiebende Wirkung auf die Schienenstösse in der Fahrtrichtung, durch das in Folge der Conicität der Radreifen bedingte zeitweilige Schleifen derselben auf der Schiene, sowie dadurch, dass jedes Rad beim Uebergange über den Schienenstoss (Trennungsfuge) des Stranges, einen Stoss auf das entgegenstehende Schienen-Ende ausübt und sämmtliche Laufräder der Fahrzeuge bei ihrer Bewegung die Schienen mit sich fortzuführen suchen.

Die Anordnungen bezüglich der Längenverschiebung der Schienen sind je nach der Form derselben verschieden. Bei den Doppelkopfschienen wird eine der später zu beschreibenden Laschen (entweder die innere oder die äussere) derart angebracht, dass sie sich gegen einen Schienentheil stützt; bei breitbasigen Schienen waren bis zur jüngsten Zeit zumeist Einklinkungen, d. i. kleine Auskerbungen des Schienenfusses verwendet, in welche der Schaft eines Hakennagels oder einer Schraube hineinreichte, so dass das    wandernde Gestänge    Stützpunkte    an    den unverrückbaren

Schwellen fand. Gegenwärtig wird zumeist der horizontale Schenkel der Winkellasche mit Hilfe von Schraubennägeln auf den Stossquerschwellen befestigt, was    den grossen Vortheil    bietet, dass    die    Schienenfüsse weder

eingeklinkt noch durchlocht werden, was bei Anwendung von Stahlschienen von ganz besonderer Wichtigkeit ist.

Die Haltfestigkeit der Nägel, welche die Schiene mit der Schwelle befestigen, ist zwar recht gross, es bedarf nämlich einer Kraft von durchschnittlich 4000k®, um einen in eine eichene Schwelle fest eingetriebenen Nagel wieder herauszuziehen,²) doch muss erwogen werden, dass die Nägel oder Tirefonds    nicht immer so fest    im Fleische    der    Schwelle stecken, da

diese letzteren    unter dem Einflüsse    der wechselnden    Witterung bald aus

trocknen, bald wieder anquellen, sowie dass die Kraft, welche die Schiene umzukanten sucht, nach Umständen grösser ausfallen kann, als der Widerstand des Nagels gegen die Seiten-Verschiebung ist.³)

Um derlei Uebelständen zu begegnen, suchte man den Nägeln, welche die Schiene an die Schwelle heften, untereinander einen Zusammenhang zu

') Loerve. Der Schienenweg, 1887, pag. 180, pag. 155.

²)    Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886, pag. 135.

³)    Fuchs. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886, pag. 132.

geben, dieselben also gewissermassen von einander abhängig zu machen, weil in einem solchen Falle einem Versuche zur Schienenverdrückung nicht nur die auf der Aussenseite eingetriebenen, sondern auch die inneren, also überhaupt alle Nägel sich entgegensetzen müssten.

Durch Einschieben einer aus gewalztem Eisen hergestellten Platte zwischen Schiene und Schwelle, durch deren Löcher die Nägel hindurchgehen, hat man den beabsichtigten Zweck vollends erreicht und ausserdem noch bewirkt, dass die Kraft, welche die Schiene zu kanten sucht, bedeutend schwächer zur Wirkung gelangt, weiters, dass die Standfestigkeit des Schienenstranges vergrössert, und endlich, dass durch Anwendung von derlei Unterlagsplatten eine bessere Druckvertheilung erzielt wurde. Wenn noch hinzugefügt wird, dass durch Anwendung von Unterlagsplatten die Lebensdauer der Schwelle ganz wesentlich vergrössert wird, weil eine Umnagelung des Gestänges seltener nothwendig wird, so dürfte die Wichtigkeit dieser Einführung so recht in die Augen springen.

Durch derlei Vorrichtungen hat man zwar zwischen Schiene und Schwelle eine Verbindung geschaffen, die einzelnen Schienen aber, welche zusammen einen Strang bilden, entbehrten jedoch einer solchen ; und dies war ein grosser Nachtheil, weil es unter solchen Verhältnissen geradezu unmöglich war, rasch zu fahren.

Unter der Last des rollenden Rades wird nämlich die Schiene ein

klein Wenig in die hölzerne Schwelle eingedrückt, während die in der Richtung der Fahrt folgende Schiene, da sie ohne alle Verbindung mit ihrer Vorgängerin ist, nicht eingedrückt, also etwas höher steht, als diese. Kommt nun das Rad an die vorstehende Stirn dieser Schiene, so wird diese vorwärts gestossen, und biegt sich, wenn sie auf ein Hinderniss trifft. Im Bogen hingegen, wird in Folge der Centrifugalkraft die eine Schiene nach auswärts gedrückt, während die andere, an welche das Wagenrad noch nicht angedrückt wurde, in ihrer ursprünglichen Lage verbleibt. Hiedurch verliert der Schienenstrang die ihm gegebene Richtung, was Anlass zu einer Entgleisung geben kann.

In der Absicht,' ein continuirliches Schienengestänge zu erhalten, begann man in den Vereinigten Staaten Nord-Amerika’s, die in einem und demselben Schienenstrange befindlichen Schienen untereinander dadurch zu verbinden, dass man an dieselben seitwärts hölzerne Stäbe angeschraubt hat. Derlei Stäbe, Laschen nennt man sie, waren 15 Länge von l’5m; waren also so lang, dass jede derselben stets über zwei Nachbarschwellen hinausgereicht hatte.

Rensetaer verfertigte derlei Laschen (1838) aus hartem Holze und befestigte sie durch vier in einer Horizontalen liegende Schrauben derart an das zusammenstossende Schienenpaar, dass die äusseren Schrauben D12m von einander entfernt waren, während die Distanz der inneren Schrauben 0’2m betrug. Derlei Laschen wurden Anfangs nicht beiderseits der Schiene, sondern stets nur an der Aussenseite des Schienenstranges angebracht. Erst später (1845) als Trimple die langen hölzernen Laschen durch kürzere aus Eisen angefertigte ersetzt hatte, wurden sie an beiden Seiten des Schienenstranges befestigt.

Der innige Anschluss der Lasche an die Schiene wird gewöhnlich vermöge quer durchgesteckter Schraubenbolzen angestrebt, deren Muttern fest

cm

breit, 8

cm

dick, und hatten eine

angezogen werden. Ingenieur Degreef sucht diese Befestigung dadurch kräftiger zu gestalten, dass er zwischen Lasche und die zwei Bolzenköpfe zu jeder Seite des Schienenstosses, eine gegen die Bolzenköpfe hin gekrümmte Eisenplatte einschiebt. Durch das Anziehen der Schraubenmuttern der Laschenbolzen kann die Biegung der Platte vermindert, also in ihr eine nicht unbedeutende elastische Kraft wachgerufen werden, die zu einem innigen Anschlüsse der Laschen an die Schienen beiträgt. Coulon glaubt denselben Zweck ohne Anwendung von Schraubenmuttern zu erreichen. Nach seiner Construction erhält der Bolzen an jener Seite, an welcher sich sonst die Schraubengänge befinden, zwei Einschnitte mit geneigten Flächen in solcher Weise, dass bis zum Schaft-Ende noch ein entsprechend langes Stück mit vollem Bolzenquerschnitte bestehen bleibt. Statt der Schraubenmutter kommt ein gabelförmiges, keilartig zulaufendes Eisenstück in Anwendung, welches über jene Einschnitte geschoben wird, und dessen Arme sich selbstthätig den geneigten Flächen der Bolzen anschliessen.')

Der Werth der Laschen wurde anfänglich nicht ganz erkannt, was sich namentlich aus dem Umstande erklärt, dass die älteren Schienen, mit ihren bimförmigen Köpfen und der schlanken Ueberführung des Steges in den Fuss, zur Laschenverbindung ungeeignet waren. Erst nachdem man angefangen hatte, den Schienen-Ouerschnitt mit besonderer Rücksicht auf einen guten Anschluss der Laschen zu bilden, traten die Vorzüge der letzteren so deutlich hervor, dass die Laschen von da ab rasch allgemeine Anerkennung sich erwarben. )

Die ehemalige Köln-Mindener Bahn war die erste Bahn des Continents gewesen, welche Laschen eingeführt hatte (1850'. Oesterreich folgte (1851) dem gegebenen Beispiele, indem es beim Baue der Semmeringbahn Laschen zur Anwendung brachte. Heute sind die Laschen bereits sehr vervollkommnet worden, indem man sogenannte Winkellaschen, das ist Laschen construirte, welche auf den Schienenfuss sich stemmend, die auf den Kopf der Schiene ausgeübte Last auf den Fuss derselben übertragen, was zur Folge hat, dass bei einer solchen Einrichtung das Gleis mit weit schwereren Maschinen befahren werden kann, als dieses früher möglich war.

Interessant in dieser Richtung sind die Laschen des französischen Ingenieurs Winby; diese ruhen auf den beiden Stossschwellen und bilden einen Träger, auf welchem die überragenden Enden der Schienen lagern. Die Stärke der Laschen, welche mit 6 Schraubenbolzen befestigt sind, ist derart bemessen, dass der Schienenstrang am Stosse, theoretisch genommen, keine Unterbrechung erfährt, indem der Querschnitt der Laschen den fehlenden Querschnitt der Schienen ersetzt.

lange, 400mm breite und

mm

Auch mag hier noch erwähnt werden, dass der Oberingenieur Livachino Łosi eine Laschenverbindung iń Vorschlag brachte (1882), bei welcher die Schiene nicht durchlocht, also nicht geschwächt zu werden braucht. Er legt nämlich unter den Schienenstoss eine 800

16

mm

dicke Platte aus gewalztem Eisen, deren Enden auf den Schwellen aufliegen und durch Hakennägel sammt der Schiene mit der Schwelle befestigt werden.

1)    Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1889, pag. 308.

²)    Loewe. Der Schienenweg, 1887, pag. 143.

Die eminente Wichtigkeit der Laschen würdigend, hat die General-Inspection österreichischer Eisenbahnen ein Normale für die Construction derselben geschaffen, welches aus der nachstehenden Tabelle zu entnehmen ist.

Bahnen

Gewicht in Kilogrammen einer

I.

Loeal-

Ranges

Aussenlasche

Innenlasche

>o

cio G

oo G

•E-

Cvl CO

ib _ vf

Durch Einführung von Laschen war der Schienenstrang gewisser-massen zu einem einheitlichen Ganzen geworden, es bedürfte nur noch Vorrichtungen, welche es ermöglichen, die so erzielte Continuität des Gefüges auch auf die Dauer zu erhalten. Durch die Bewegung der Züge wird nämlich der Schienenstrang in eine vibrirende Bewegung versetzt, welche zur Folge hat, dass die Muttern der Schrauben, mit welchen die Laschen mit der Schiene verbunden werden, sich lockern, wodurch die Wirksamkeit der Laschen im hohen Grade beeinträchtigt wird. Man sah sich demnach veranlasst, auf Mittel zu sinnen, um das Losewerden der Schraubenmuttern zu verhindern. Anfänglich kamen Doppelmuttern mit gleichen und entgegengesetzten Gewinden zur Anwendung, dann elastische Scheiben oder sogenannte Federringe aus Stahl, welche, zwischen Lasche und Mutter liegend, durch letztere zusammengepresst werden und dabei vermöge ihrer Elasticität starke Reibung an den Schraubengängen und den übrigen Berührungsflächen erzeugen ; endlich Plättchen mit aufgebogenen Theilen, durch welche das Zurückgehen der Mutter verhindert wird (Patent Hoheneggef). Diese Plättchen werden auf die Schraubenspindel aufgesteckt und bleiben zwischen Lasche und Mutter eingeklemmt. Nachdem letztere fest angezogen, wird ein Lappen des 2l,arnm starken Sicherheitsplättchens, mittelst eines Meisseis aufgebogen, so dass es sich vor die eine Seitenfläche der Mutter legt. Dieses könnte sich daher nur gleichzeitig mit der Mutter drehen, ist aber daran gehindert, weil es mit einer Seitenfläche auf der Mutter aufsitzt.

Auf einem in dieser Weise consolidirten Gleis fand die Fahrt mit aller Sicherheit statt, es blieb nur noch der Wunsch übrig, die Fahrt möglichst angenehm, das heisst sanft und weich zu machen, was wieder dadurch erreicht wurde, dass man an jener Stelle, an welcher zwei aufeinander folgende, in einem und demselben Strange liegende Schienen aneinander stossen, keine Schwelle legte, diese Stelle also frei liess, wodurch der sogenannte schwebende Stoss entstand. Diese heute so sehr beliebte Anordnung des schwebenden Stosses verdankt einem eigenthümlichen Zufälle ihre Entstehung. Als man nämlich begann (1853), bei den in England üblichen Stuhlschienen Laschen anzuwenden, konnte der durch derlei Laschen gedeckte Stoss in dem Schienenstuhle keinen Platz mehr finden. Man sah sich daher gezwungen, entweder grössere Stühle für die Stossschwellen zu beschaffen, oder aber den Stoss freischwebend zwischen zwei Schwellen zu legen. Die Engländer entschieden sich für das Letztere und kamen so auf eine Anordnung, auf welche man sonst gewiss nicht so bald gekommen wäre.

iO

Das Gewicht des Oberbaues schwankt je nach der angewendeten Construction zwischen 160 bis 200 k's pro Currentmeter Gleis, und zeigen die neuesten Oberbau-Constructionen, dass das Bestreben der Techniker dahin gerichtet ist, den Oberbau durch Vergrösserung seines Gewichtes stabiler und widerstandsfähiger zu gestalten, denselben also den schwereren Locomotiven der Neuzeit und der grösseren .Fahrgeschwindigkeit möglichst enge anzupassen.

§• 16.

Der eiserne Oberbau.

Die Eisenbahnen Oesterreichs verbrauchen jährlich über 2 Y- Millionen Schwellen und geben für dieselben circa 4 Millionen Gulden aus. Diese vier Millionen Gulden »gehen jährlich im Inlande durch Fäulniss in Staub und Moder auf und könnten dem National-Vermögen erhalten werden, wenn man das zumeist tadellose und ausgezeichnete Holzmateriale an das Ausland verkaufen und dagegen aus inländischen Erzen erzeugte Eisenschwellen verwenden würde«. So wird gewöhnlich gesprochen,¹) sobald man den Nachweis erbringen will, dass es Zeit sei, den hölzernen Oberbau durch den eisernen zu ersetzen; dabei wird auch auf den Umstand hingewiesen, dass durch fortgesetzte Verwendung des Holzes für Schwellen die vorhandenen Wälder bald verschwinden müssen, und dergleichen mehr.

Hiebei vergisst man aber, dass durch Waldwirthe sachlich erwiesen wurde,’) dass es gerade im Interesse der Verwerthung des Holzbestandes liege, eine grössere Absatzfähigkeit des Holzes zu erzielen^ also möglichst viel Schwellen zu produciren. Die vorgebrachten Gründe, betreffend Devastation der Wälder und Verschleuderung des National-Vermögens, sprechen also durchaus nicht für das Verlassen des Holzes als Oberbau-Materiale, ja im Gegentheile, sie sprechen für die Beibehaltung desselben.

Die Gründe, welche an das Verlassen des Holzes mahnen und uns an den Ersatz desselben durch Eisen denken lassen, sind ganz anderer Natur. M. M. von Weber:!) bewies nämlich, dass wir, was die Verbindung zwischen Holz und Eisen anbelangt, bereits an der Grenze der Leistungsfähigkeit angelangt sind, dass also eine weitere Ausbildung des Oberbaues kaum thunlich ist, sobald Holz als Schwellen-Materiale verwendet wird. Nicht wirthschaftliche oder national-ökonomische Gründe sind es also, welche zum Verlassen des hölzernen Oberbaues drängen, es ist vielmehr der Wunsch nach Vervollkommnung, also der Drang nach Fortschritt, welcher uns an den Ersatz des Holzes durch das Eisen mahnt. Die diesfällige Aufgabe ist aber nicht so leicht. Die vielfachen Wandlungen welche der eiserne Oberbau seit seiner ersten Anwendung bis in die neueste Zeit bereits durchgemacht hatte, sind ein beredtes Zeugniss von den erheblichen Schwierigkeiten, welche mit der Herstellung eines entsprechenden Gefüges aus Eisen verbunden sind. Man unterscheidet nämlich zweierlei Oberbau in Eisen : Lang- und Querschwellen-Oberbau. Ersterer wurde vorzugsweise in Deutschland ausgebildet, wenngleich der letztere zuerst im Gebrauche stand.

J) Oesterr. Eisenbahn-Zeitung, 1887, pag. 65.

²)    Haarmann. Werth der Eisenbahn Oberbau-Construction, 1881.

³)    M. M. Weber. Stabilität des Gefüges der Eisenbahngleise, 1869.

Dem eisernen Lang schwell en-Oberbau liegt der Gedanke zu Grunde, den beiden hinreichend stark hergestellten und durch Querverbindungen entsprechend vereinigten Gleissträngen eine durchlaufende Unterstützung durch den Bettungskörper selbst zu gewähren. Dem eisernen Qnerschwellen-Oberbau hingegen schwebt die Grundidee vor, die hölzerne Schwelle des hölzernen Schwellen-Oberbaues durch einen eisernen Trog zu ersetzen, den man mit dem Boden nach aufwärts in den Schotter einsenkt, weil man hiedurch erzielt, dass sich Kies auf Kies reibt, während bei dem hölzernen Oberbaue eine Reibung zwischen Holz und Kies stattfindet, welche bekanntlich weit geringer ist. Beim Langschwellen-Systeme unterscheidet man einen ein-, zwei- und dreitheiligen Oberbau, je nachdem im Querschnitte eines Stranges 1, 2 oder 3 Theile erscheinen, während die Constructionen des Querschwellen-Oberbaues im Wesentlichen mit dem Holzschwellen-Oberbau übereinstimmen.

Die Constructionen von Woodhonse (1805), Barlow (1849) und Hartwich (1865) sind Repräsentanten des eintheiligen Langschwellen-Oberbaues.

Woodhonse s Spurlage, welche zuerst bei Sheffield zur Ausführung kam, bestand aus gusseisernen Röhrenschienen von trapezförmigem Querschnitte, welche mit ihren Breitseiten nach unten unmittelbar in den Land-strassenkörper eingelegt waren. Auf der schwach muldenförmigen Oberfläche dieser Röhrenschienen rollten die Räder der gewöhnlichen Landfuhrwerke. Barlow in England, nahm diese Idee auf, indem er eine sattelförmige Schiene ausführen Hess, welche in Folge ihrer Form einen Theil des Bettungsmateriales in sich schloss. Hartwich, damaliger Betriebsdirector der Rheinischen Eisenbahn, gab einem einheitlichen Schienenstrange die Form der gewöhnlichen Vignolschiene, deren Höhe zur Erzielung der erforderlichen Steifigkeit entsprechend vergrössert worden war. ' )

Das eintheilige System hat den Uebelstand, dass mit der Abnützung des Kopfes die ganze Masse des schweren Schienenstranges zu altem Eisen wird, dass die Unterhaltungskosten sich hoch stellen und der Oberbau sich »hart fahre«.

Als Repräsentanten des zweitheiligen Oberbaues können die Constructionen von Hilf (1867), der Rheinischen Bahn (1879) und von Haarmann (187Ś) dienen. , Bei allen diesen Anordnungen kommt eine eiserne Langschwelle vor, auf welche eine Vignolschiene oder Brückenschiene befestigt wird. Den ersten zweitheiligen Langschwellen-Oberbau brachte Max Donnel (1853) auf englischen Eisenbahnen zur Ausführung, ohne jedoch damit einen dauernden Erfolg zu erzielen, indem die Langschwelle, auf welche eine Brückenschiene aufgeschraubt wurde, zu wenig tief in die Bettung gelagert war. Einen gewissermassen durchschlagenden Erfolg dagegen hatte die von Baurath Hilf angegebene Construction, der zufolge auf die mit einer Langrippe versehene, mit der Oeffnung nach unten gebettete Langschwelle eine gewöhnliche Vignolschiene aufgesetzt wurde.

Die Hilf sehe Schwelle hat zwar ein, im Verhältnisse zum Gewichte, geringes Trägheitsmoment, indess ist dieselbe hinsichtlich der Druckvertheilung auf die Bettung günstig. Die Langschwelle der Rheinischen Bahn, bei welcher die Mittelrippe fortfiel, hat zwar ein verhältnissmässig grösseres Trägheits-

') Loewe. Der Schienenweg, 1887, pag. 207—210

moment, steht jedoch der Hilfschen Schwelle in Bezug auf Anordnung der zur Druckübertragung bestimmten Fläche nach. Die nach Schweller modificirte Haarmann sehe Schwelle vermittelt bei entsprechend hohem Trägheitsmomente eine grosse Druckübertragung, während sie andererseits zur Erzeugung der erforderlichen Reibung von Kies auf Kies einen genügend grossen Bettungskörper einzuschliessen vermag und zufolge ihrer breiten und tief gelagerten Tragflächen gegen Kanten im hohen Grade gesichert ist.¹) Der dreitheilige Oberbau soll beim Schadhaftwerden des Kopfes die Auswechslung der kleinst-möglichen Materialmasse gestatten, indem die der Abnützung zunächst ausgesetzte Fahrschiene als ein besonderer Theil gebildet wurde. Hieher gehören die Constructionen von Scheffer (1864) und von De Serres & Ballig (187ö).⁻¹)

Der Gleisstrang nach dem erstgenannten System ist aus 3 Theilen zusammengesetzt: 2 Winkeln, welche den untern Theil des Stranges bilden, und einem T-förmigen Kopftheile, welcher mit seinem Halsansatze zwischen den lothrecht stehenden Schenkeln steckt und mit denselben durch Bolzen verschraubt ist. Dieses System hat jedoch den Nachtheil, dass die verschiedenen Theile des Schienenstranges bei Temperaturschwankungen nicht immer die erforderliche Beweglichkeit zeigen, sowie dass öfters Brüche des befahrenen Kopftheiles durch die Bolzenlöcher seines Halsansatzes eintreten, und endlich, dass die ganze Anlage kostspielig ist.

Die Construction von De Serres & Battig machte grosses Aufsehen, weil bei ihr fast alle kleineren Verbindungstheile in Wegfall kommen und die Zusammenordnung der beiden winkelförmigen Unterschienen und des zwischen sie eingelegten Kopfstückes eine sehr feste Verbindung erwarten liess.

Das dreitheilige System scheint gegenwärtig fast ganz verlassen worden zu sein, weil das Hauptmotiv desselben, den der Zerstörung besonders ausgesetzten Theil, die Fahrschiene, so zu gestalten, dass bei einer Auswechslung möglichst wenig 'Material entwerthet wird, seine Berechtigung zum grossen Theil verloren hat, seitdem die Preise der Stahlschienen mit denen für Eisenschienen nahezu gleich geworden sind.

Was den eisernen Qu er schwell en-Oberbau anbelangt, sa machten die Belgier bereits im Jahre 1862 damit die ersten Versuche. Ihnen folgten dann eine Zeitlang die Franzosen, und neuerdings tauchen diesbezüglich Constructionen auch in Deutschland und Oesterreich auf. Die Construction Vanlherin (1864) mag als Repräsentant eiserner Querschwellen dienen. Diese Schwelle erfüllt die Hauptbedingung der eisernen Querschwellen, einen möglichst grossen Kieskörper zu umschliessen, sehr gut.

Um die Reibung im Bettungskörper selbst wirksam zu machen, werden die Schwellen an ihren Enden geschlossen und zwar entweder durch Einnieten von Winkeleisenstücken oder durch Aufschneiden der Schwellen-Enden und Umbiegen der Luppen; zuweilen hat man auch durch weitere zwei Querwände drei Abtheilungen des Hohlraumes der Schwelle erzielt. Die Länge der eisernen Querschwellen beträgt gegenwärtig 2’5m und schwankt deren Gewicht zwischen 50 — 70k? pro Stück, während dieser Querschnitt zumeist ein Trapez oder ein an den Ecken abgerundetes Rechteck, natürlich ohne Grundfläche darstellt.³) In diese Kategorie des eisernen Oberbaues

•) Grüttefien. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 25.

‘) Loeive. Der Schienenweg, 1887, pag. 218, 223.

³) Loeive. Der Schienenweg, 1887, pag. 225, 226.

gehört auch die, allem Anscheine nach, glückliche Anordnung von Heindl, Inspector der k. k. General-Inspection der österreichischen Eisenbahnen, welche noch vom Jahre 1882 stammt. Bei derselben liegt zwischen der geraden Schwelle und der Schiene eine keilförmige Unterlagsplatte mit einem erhöhten äusseren Rande, welche sammt der Schiene mittelst Beilagsstücken und Schraubenbolzen, sowie Druckplatten an die Schwelle befestigt wird.

So viel heute beurtheilt werden kann, scheint die Widerstandsfähigkeit gegen seitliche Verschiebung in der Bettung beim Langscbwellen-Oberbaue grösser zu sein, als beim Oberbaue mit Querschwellen. Bezüglich der Verschiebbarkeit nach der Längenachse zeigt sich, dass der eiserne Quer-schwellen-Oberbau einen grösseren Widerstand entgegenzustellen vermag, als der eiserne Langschwellen-Oberbau, welcher seiner ganzen Anordnung nach für die seitliche Abführung des Wassers günstiger gestaltet ist. Auch erscheint bei diesem Systeme die Lage der Fahrschienen zu einander mehr gesichert zu sein, als beim Langschwellen-Oberbaue. Der eiserne Oberbau ist übrigens zur Zeit nur noch wenig verbreitet, da nur 4 Procente der Gleise des continentalen Schienennetzes auf den eisernen Oberbau fallen. Frankreich, Italien, Oesterreich und Russland kennen den eisernen Oberbau fast nicht. Die relativ grösste Verbreitung fand derselbe in Deutschland, woselbst 14 Procent der dortigen Gleise ihm gehören und in Niederlanden, wo 9 Procent der Gleise auf eisernem Oberbau ruhen.

Aus der nachstehenden Tabelle,¹) welche sich auf das Ende des Jahres 1882 bezieht, möge übrigens die Verbreitung des eisernen Oberbaues ersehen werden.

Länge der Gleise mit

Staat

hölzernem

eisernem

Oberbaue, Kilometer

Deutschland Frankreich. Russland . . . Oesterreich .

Italien.....

Belgien Schweiz Niederlande . Dänemark . . Rumänien . . Norwegen . . Luxemburg .

51.756

45.763

32.825

25.564

7.336

14

63

11.434 6.505 3.660 2.989 1.923 1.596 1.475 200

247

43

277

36

Summa. . .

185.690

8.016

tl

Bei Beurtheilung des Werthes einzelner Oberbaus}^steme darf jedoch nicht ausser Acht gelassen werden, dass nicht jede Bahn eine gleich grosse tragende Basis des Oberbaues fordert. So erheischt beispielsweise ein Gleis, auf welchem viele schwere Züge rasch fahren, eine grössere tragende Basis,' als das Gleis einer minder frequenten Bahn. Bei schwacher Frequenz und.

') Statistique des chemins de fer de l’Europe, Wien 1885.

geringer Fahrgeschwindigkeit leistet ein schwächer construites Gleis dasselbe, wozu bei starker Frequenz und grosser Fahrgeschwindigkeit ein stärkeres Gleis erforderlich ist. Bei der Wahl eines Oberbausystemes soll daher nicht gefragt werden, wie viele Schwellen, Schienen etc. erhalte ich für eine bestimmte Summe Geldes, sondern man muss fragen, wie theuer die tragende Basis zu stehen kommt, welche für eine bestimmte Bahn erforderlich ist.

§. 17.

¹

Deutsche Bauzeitung, 1883, pag. 462.

Neigung der Bahn.

Die hölzernen Gestänge der alten Spurbahnen folgten zwar den Unebenheiten des Bodens, doch suchte man Steigungen möglichst zu vermeiden, weil man wusste, dass die Lasten, welche die Pferde ziehen, mit der Stärke der Steigung rasch abnahmen. Dort wo Steigungen unvermeidlich waren, versuchte man dieselben, statt mit Locomotiven, mit Hilfe eines durch eine feststehende Dampfmaschine auf eine Trommel sich aufwickelnden Seiles, an welches die zu befördernden Wagen gehängt waren, zu ersteigen. So bestanden (1825) beispielsweise auf dem F/th7o«-Schienenwege in England vier geneigte Ebenen mit je einer stabilen Dampfmaschine, welche die Lasten emporzuziehen und die abwärtsgehenden Wagen zu bremsen hatte. Der horizontalen Strecke, auf welcher die Wagen durch Stephenson’s Locomotive transportirt wurden, folgte eine geneigte Ebene von einer 60pferdigen feststehenden Dampfmaschine betrieben, die die Wagen auf einmal empor zu ziehen vermochte ; ihr folgte eine zweite schiefe Ebene, an deren Endpunkte eine Hochdruckmaschine von 30 Pferdekräften wirkte, und die das gleiche Quantum zu fördern im Stande war. Auf der vierten Station standen zwei kleine Niederdruck-Maschinen im Betriebe, und so überstieg man die auf einer Strecke von 13km zerstreuten eilf Stationen des Hetton-Berges mit einer Geschwindigkeit von 5 —6km per Stunde.

Die Anwendung geneigter Ebenen erleichterte die ursprüngliche Anlage einer Bahn in ganz ausserordentlicher Weise, da sie das einfachste Mittel bot, Terrainschwierigkeiten zu besiegen, und dieser Umstand gab Anlass zu der seinerzeit, namentlich in England stark verbreiteten Meinung, dass jede Eisenbahn, welche Gebirgsgegenden durchzieht, nothwendig in horizontale oder beinahe horizontale .Strecken abgetheilt werden müsse, zwischen welchen steile Ebenen einzuschalten sind, die durch stabile Dampfmaschinen zu bedienen seien.

So lange der Verkehr nicht gross war, hatte diese Anschauung auch ihre volle Berechtigung ; sie musste jedoch fallen, als die Schwierigkeiten sich häuften, auf welche die Bewältigung eines dichten Verkehres bei derlei Anlagen nothwendig stossen musste.

Unter den deutschen Ingenieuren war es Gersfner, der Sohn des Gründers der ersten technischen Hochschule in Oesterreich (Technik in Prag), der eine andere Ansicht hatte ; er hielt vielmehr dafür, dass eine Eisenbahn nichts anderes als eine vervollkommnete Kunststrasse sei, und daher in keinem Falle schiefe Ebenen am Platze seien, doch blieb er mit seiner Anschauung allein.¹)

ü Entnommen dem interessanten Steiner’sehen Buche: Bilder aus der Geschichte des Verkehrs, Prag 1880.

Die Neigung einer Linie gegen den Horizont pflegt die Geometrie durch den Winkel zu messen, welchen die Linie mit der Horizontalen einschliesst. Statt durch den Winkel kann auch die Neigung einer Geraden durch einen echten Bruch ausgedrückt werden, dessen Zähler die Einheit, dessen Nenner dagegen variabel ist. In einem solchen Falle bezeichnet der Nenner die Länge der horizontalen Strecke, welche man in Gedanken abgehen müsste, um zu einem Punkte zu gelangen, welcher über den Anfangspunkt des Weges um

bedeutet also,

100

eine Einheit des Längenmaasses höher liegt. Die Neigung

Steigung

dass die Bahn auf 100m Länge um lm ansteigt oder fällt. Die

bedeutet, dass auf je n Meter Länge die Bahn um 1m ansteigt. Bezeichnet a den Neigungswinkel der Bahn, so ist offenbar

tg a =

(r>

Die echten Brüche, mit welchen die Böschungen gemessen werden, sind also trigonometrische Tangenten der betreffenden Neigungswinkel.

Das Ausdrücken der Grösse der Neigung der Bahn durch einen Bruch ist namentlich für den Maschinführer nicht sehr anschaulich, man hat daher diese Bezeichnung in neuerer Zeit- verlassen und drückt die Grösse der Neigungen dadurch aus, dass man angibt wie gross die Neigung auf die stets constante horizontale Länge von 1000m ist und nennt die betreffende Ziffer Neigung pro mille.

Wenn man sagt, die Neigung einer Bahn ist 10 pro mille, wenn man also schreibt m = 10°/oo, so heisst dies, dass die Bahn auf je 1000

so drückt die Neigung pro mille auch die Grösse der Steigung oder des Gefälles in Millimetern aus, welches pro laufenden Meier der Bahn entfällt, oder auch die Neigung in Metern pro Kilometer horizontaler Entfernung.

Zwischen Neigungswinkel und Neigung pro mille besteht sonach der Zusammenhang :

mm

um

10

mm

ansteigt oder fällt. Da 1000

mm

tga

in

1ÖÖÖ wobei

a . . den Neigungswinkel der Bahn;

111.

die Neigung pro mille (w°₀o) bezeichnet.

Um ein Maass in das andere zu verwandeln, dient also die Gleichung

1000

Wir werden für die Bezeichnung der Neigung pro mille von nun an conséquent den Buchstaben m beibehalten.

Steht eine Locomotive auf einer Steigung von a°, so sucht die Com-ponente ihres Gewichtes Q, welche parallel zur Bahn wirkt und demnach die Grösse Q . sin a hat, die Locomotive über das Gefälle herabzuziehen, während die andere Componente, welche rechtwinkelig zur Bahn wirkt und

die Grösse Q . cos er, hat, den Druck repräsentirt, mit welcher die Triebräder der Maschine auf die Schiene pressen.

Drücken die Triebräder der Locomotive mit Q Tonnen auf die Schiene, und beträgt die zwischen deren Rädern und der Schiene entstehende Reibung (die sogenannte Adhäsion) für jede Tonne dieses Gewichtes s Kilogramm, so beträgt die ganze Reibung, vermöge welcher die Locomotive sich auf der Rampe erhält, s . Q . cos a Kilogramm.

Soll die Locomotive auf der Steigung sich erhalten, also nicht herabgleiten, so muss diese Reibung mindestens ebenso gross sein als der Zug der Schwere, welcher die Locomotive thalwärts zu bringen sucht, muss also mindestens 1 000 . Q . sin a Kilogramm betragen. Es besteht sonach die Gleichung:

Q . s . cos a — 1000 . Q . sin a

aus welcher sich tg a =

ergibt.

Da aber, wie später gezeigt werden wird (pag. 252), selbst für die ungünstigsten Verhältnisse s = 100kg, so hat man: tg a =— woraus a = 4"

1000

10

sich ergibt.

Die grösste Neigung, welche man einer Adhäsions -Eisenbahn noch geben kann, beträgt sonach 4" oder 100°/oo ; steiler wird man sonach Adhäsionsbahnen nicht bauen können.

Dass dies wirklich so ist, beweist am besten der verunglückte Versuch eines Bahnbaues über den Mont-Cenis. Bevor noch der gegenwärtige Tunnel durch diesen Berg durchstochen worden war, baute man (1869) für Zwecke des erleichterten Transportes eine provisorische Bahn über den Berg, welche eine Steigung von 83%o erhielt. Der sonst übliche Betrieb war jedoch auf dieser Bahn undurchführbar gewesen, weil es sich herausgestellt hatte, dass die Locomotiven auf derselben kaum sich selbst erhalten, geschweige denn etwas ziehen konnten.

Bei Voll-

Bei Dampftramways findet man die grössten Steigungen. Die Strecke Florenz-Campi-Prato weist z. B. eine Steigung von 73%o aus. bahnen kommen derlei Steigungen jedoch nicht vor; die steilste Adhäsionsbahn, welche im Betriebe erhalten wird, ist die über den Berg Uitli bei Zürich führende Touristenbahn, welche eine Steigung von 70%o hat. Die zweitnächst steile Adhäsionsbahn ist die gleichfalls schweizerische Bahn Rigi-Scheideck mit einer Steigung von 50 %o. Beide Bahnen werden jedoch nur im Sommer und dies nur bei günstiger Witterung betrieben, zu anderen Zeiten ist die Betriebsführung unthunlich, weil die Adhäsion nicht zureicht.

In Oesterreich gab man den Bahnen je nach der vorherrschenden Steigung, welche sie aufweisen, verschiedene Benennungen; so bezeichnet man beispielsweise Bahnen, deren vorherrschende Steigung 5%o beträgt, mit Thalbahn, Bahnen mit 10%o Steigung nennt man Hügellandsbahn, während Bahnen, deren grösste Steigung 25%o beträgt, Gebirgsbahnen genannt werden.

Die nachstehende Tabelle enthält die Länge der Steigungen, ausgedrückt in Procent der Gesammtlänge, und bezieht sich auf das continentale Netz der Schienenstränge Europas für den Stand mit Ende 1882:

Länge der Steigungen von

Staat

bis 10 ! bis 15

bis 20 | bis 30 I über 30

pro mille, beträgt in Procent der Gesammtlänge

Deutsches Reich Oesterreich ....

Belgien ......

Dänemark.....

Frankreich.....

Italien........

Luxemburg ....

Norwegen .....

Niederlande

Russland......

Finnland......

Schweiz ......

31

26

27

39

24

24

35

28

62

35

24

26

63

64

66

^OCOO^CD^^^O

►b-

CD 00

co

CO

O 02 CO

Ol

Hiebei sei bemerkt, dass die Länge der Steigungen von 30%o im Ganzen nur 1500, jene über 30°/oo dagegen nur 46km beträgt, so dass also Steigungen über 30%o nur zu Seltenheiten gehören.

Wie sehr übrigens grosse Steigungen auf den Betrieb nachtheilig einwirken, möge aus dem nachstehenden Calcul ersehen werden.

Wiegt die Maschine Q Tonnen, die Wagen, welche sie ziehen soll,

wiegen hingegen W Tonnen, so beträgt die Gewichts-Componente, welche den Zug (Maschine und Wagen) über das Gefälle der um a Grad ansteigenden Bahn herabzuziehen sucht: 1000 (Q + W). sin a Kilogramm. Bezeichnet w den Widerstand der Wagen in Kilogramm pro Tonne ihres Gewichtes, so beträgt der Widerstand derselben: w . W . cos a Kilogramm. Der Gesammtwiderstand, welcher einer Bewegung nach aufwärts entgegensteht, beträgt sonach:

1000 (Q + W) sin a + w . W . cos a

Kilogramm, während die Adhäsion s . Q . cos a Kilogramm beträgt, sobald die Adhäsion pro Tonne Locomotivdruck s Kilogramme ausmacht.

Die Gleichsetzung dieser beiden Ausdrücke führt zur Gleichung:

tga" 1000 (Q-fW)

Bezeichnet m die Neigung pro mille, so ist, da dem Früheren zufolge:

tga

1000

ist:

Bezeichnet man das Verhältniss des Gewichtes des Zuges (Q + W),

zum Gewichte Q der Maschine mit z, setzt also z —

, so erhält man :

111 +w

. . (22

eine Gleichung, welche den Zusammenhang ausdrückt, der zwischen dem Gewichte der Maschine und jenem der Wagen besteht, welche sie auf einer Steigung zu erhalten im Stande ist.

Für ungünstige Witterungsverhältnisse kann angenommen werden, dass die gleitende Reibung zwischen Treibrad der Locomotive und Schiene 100, die rollende hingegen 4kg pro Tonne des auf die Schienen ausgeübten Druckes beträgt. Man hat sonach s= 100, w = 4. Durch Substitution dieser Werthe in die Gleichung 22 erhält man:

104

woraus der Einfluss zu ersehen ist, welchen Steigungen auf den Betrieb ausüben. Setzt man nämlich in diese Gleichung für m die Werthe 0, 5, 10 etc. so gelangt man zur nachstehenden Tabelle:

m 0    5    10    15    20    25    30    100

z 26    11    8

aus welcher zu entnehmen ist, dass die Maschine, welche auf einer horizontalen Bahn 26mal mehr festhält, als sie wiegt, auf einer Steigung von 10%o nur mehr ihr 8maliges Gewicht, in einer Steigung von 30%o aber nur ihr dreifaches Gewicht erhalten können wird. In einer Steigung von 100%o wird sie keinen einzigen Wagen mehr erhalten. Das Gesammtgewicht, welches sie hier zu bewältigen im Stande ist, ist nämlich ihrem Eigengewichte gleich.

Man könnte versucht sein zu glauben, dass, wenn für grössere Steigungen schwere Locomotiven gebaut würden, derlei Maschinen auf grossen Steigungen ebenso leistungsfähig sein könnten, wie es leichte Maschinen auf sanften Steigungen sind, wodurch dann die Nachtheile grösserer Steigungen wesentlich verringert werden würden. Hiebei ist aber zu erwägen, dass ein grösseres Gewicht wohl die Adhäsion vermehrt, aber nicht zulässt, in gleichem Maase (der grösseren Adhäsion entsprechend) die Arbeit des Dampfes zu erhöhen. Eine geringe Vergrösserung der Dampfarbeit macht nämlich die Maschine weit schwerer als es zur Erzeugung des Mehrbedarfes an Adhäsion erforderlich ist. Man wird also stets einen Ueberschuss an Adhäsion haben, den man nicht verwerthen kann, Weil die Dampfproduction nicht zureicht, um eine Arbeit zu liefern, welche im Stande wäre, dem neuen durch die vergrösserte Adhäsion erzielten nützlichen Widerstande gleichzukommen.¹)

Ausserdem möge darauf hingewiesen werden, dass weder schwere Menschen noch Thiere zum Bergsteigen sich eignen ; so sind denn auch die Thiere der Alpenwelt leicht, aber kraftvoll gebaut. Die Schwere zum Ersteigen zu benützen, ist mithin naturwidrig. Je geringer die Steigung, desto weniger schädlich wirkt das Mehrgewicht, aber desto unnöthiger ist es. Bei Steigungen über 25 %o nehmen die Nachtheile der schweren Locomotiven so zu, dass eine Anwendung steilerer Steigungen nicht zu empfehlen ist.¹)

') Maey. Locomotiven der Jetztzeit, Wiesbaden 1884, pag. 169.

§. 18.

Krümmung der Bahn.

Krümmungen der Bahn vermehren den Bewegungswiderstand der Züge, absorbiren sonach die Zugkraft der Maschinen. Die Erfahrung lehrt, dass der Widerstand der Bahncurven dem Krümmungshalbmesser derselben umgekehrt proportional ist. Es liegt daher im Interesse der Förderung der Züge, Curven mit möglichst grossen Radien anzulegen. Aus diesem Grunde werden Curven, deren Halbmesser kleiner ist als 300m, nur ausnahmsweise angewendet, während Curven von weniger als 180m Halbmesser bei Vollbahnen in Oesterreich gesetzlich untersagt sind.

Bewegt sich ein Wagen in einer Curve, so entwickelt sich eine Fliehkraft, welche bekanntsrmassen mit der Masse des Wagens und dem Quadrate der Fahrgeschwindigkeit wächst, dem Curven-Radius aber umgekehrt proportional ist. In Folge dessen entsteht bei Passirung einer Curve ein Seitendruck auf den äusseren Curvenstrang, welchem die Schiene zu widerstehen hat. Dieser Seitendruck kann bei grösseren Geschwindigkeiten recht gross werden und beträgt¹)

M . c²

(-)

Kilogramm, sobald :

S . . . den Seitendruck in Kilogramm ;

M. . . die Masse des Wagens in Kilogramm ; c . . .die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde ; R . . . den Curven-Radius in Metern ; a . . . den Radstand in Metern bezeichnet.

Die Masse welche dem Gewichte einer Tonne entspricht, beträgt auf Kilogramm bezogen: beziffert sich sonach auf:

1000

9-81

102; der Seitendruck auf die Schiene

102 . c²

Für den üblichen Radstand von 3'48m

Kilogramm per Tonne Gewicht, berechnet sich sonach der Seitendruck auf:

95

• c²

Kilogramm per Tonne Gewicht des bewegten Vehikels. Da für die zulässig schärfsten Curven R= 180m, so beträgt der Maximal-Seitendruck :

C²

Smax ⁼⁼ vr

.    .    (23

Kilogramm pro Tonne Gewicht des bewegten Vehikels. Man sieht sonach, dass auf Bahnen mit normaler Spurweite das halbe Geschwindigkeits-Quadrat höchstens die Grösse jenes Seitendruckes erreichen darf, welchem die Schienenbefestigungsmittel widerstehen können.

*) Schima. Studien und Erfahrungen, Prag 1878, Theil I, pag. 74.

Mit Rücksicht darauf, dass der Widerstand zweier Hakennägel, welche die Schiene mit der Schwelle verbinden, 3200ks beträgt, dürfte die Fahrgeschwindigkeit immerhin die enorme Grösse von ]^2 X 3200— 80m pro Secunde erreichen. Berücksichtigt man jedoch, dass die Stösse, welche die Schiene treffen selbst bis auf 7350k» anwachsen können, drei durch Unterlagsplatten verkuppelte Nägel aber höchstens einen Widerstand von 4800bieten,¹) so sieht man, dass die Befestigungsmittel der Schiene den während einer schnellen Fahrt auftretenden Seitenkräften unmöglich Wider-. stand leisten könnten, wenn es keine Mittel gäbe,, diesen Seitendruck, ohne die Fahrgeschwindigkeit irgendwie zu beeinträchtigen, wesentlich zu verringern.

Ein solches Mittel fand man in der Ueberhöhung des äusseren Schienenstranges über den inneren. Wird nämlich der äussere Schienenstrang höher gelegt, als der innere, so muss die Fliehkraft den Wagen über diese Steigung schieben, also eine Arbeit leisten. Wird die Ueberhöhung so gewählt, dass die ganze Fliehkraft für Zwecke der gedachten Arbeitsleistung absorbirt wird, so entsteht gar kein Seitendruck auf die Schiene.

Beträgt die horizontal nach auswärts wirkende Fliehkraft F Tonnen, und zerlegt man sie in zwei Componenten, von denen die eine parallel zur Neigung von a° ist, welche die Bahn in Folge der Ueberhöhüng des äusseren Schienenstranges quer zur Richtung der Bewegung der Züge erhalten hat, während die andere Componente zu dieser Neigung rechtwinkelig steht, so beträgt die erstere Componente: F. cos a . Tonnen, die letztere hingegen:

F. sin a . Tonnen. Während die erstere dieser Componenten die Kraft darstellt, mit welcher der Wagen nach auswärts geschoben wird, vermehrt die letztere den verticalen Druck des Wagens auf die Schiene. Will man bewirken, dass der äussere Schienenstrang keinem Seitendruck ausgesetzt werde, so muss der schiebenden Kraft F. cos <x eine Gegenkraft, also eine den Wagen nach innen, das heisst gegen den inneren Schienenstrang zu treibende Kraft entgegengestellt werden. Eine solche Gegenkraft finden wir aber in einer Componente des Gewichtes des Wagens. Steht nämlich der Wagen auf seinem überhöhten Gleise, so beträgt die Componente seines Gewichtes, welche denselben nach Innen zu zu verschieben sucht: W. sin a . Tonnen, sobald W das Gewicht des Wagens in Tonnen bezeichnet. Soll zwischen diesen beiden, einander entgegen wirkenden Kräften Gleichheit bestehen, so muss: F cos a — IV. sina, mithin: sein.

Bezeichnet h die Grösse der Ueberhöhung des äusseren Schienenstranges über den inneren, s hingegen die horizontale Entfernung dieser beiden Schienenstränge von einander, also nahezu die Spurweite, so ist:

XÎ ! «

tg« =

woraus durch Einsetzung dieses Werthes in die frühere Gleichung:

h — — *s

für die Grösse der Ueberhöhung sich ergibt.

l) Fuchs. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886, pag. 132..

dass, sobald M die Masse des Wagens bezogen auf

Erwägt man,

Kilogramm, c die Fahrgeschwindigkeit in Metern per Secunde, R den Curven-

Mc⁴

Radius in Metern bezeichnet, die Fliehkraft mindestens F =—— Kilogramm W    R

beträgt, und da M —

ist, so erhält man :

S . C⁴

Rg

(24

eine Formel zur Berechnung der Ueberhöhung.

In dieser Formel bezeichnet:

ll...die Ueberhöhung des äusseren Schienenstranges in Metern;

S . . . die Spurweite in Metern ;

C . . die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde; g. . = 9’81 m, die Accélération der Schwere.

Setzt man in diese Gleichung s=l'435, g=9'81, und drückt die Ueberhöhung h nicht in Metern, sondern in Millimetern aus, so erhält man:

ll = 144 •

11

(25

eine zur Berechnung der Ueberhöhung des äusseren Schienenstranges gewöhnlich verwendete Formel.

In derselben bedeutet :

...die Ueberhöhung des äusseren Schienenstranges in Millimetern; ...die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde;

. . den Curven-Radius inMetern.

Man sieht, dass die Ueberhöhung eine Function des Curven-Halb-messers und der Fahrgeschwindigkeit ist. Es erfordert also eine jede Curve nicht nur ihre besondere Ueberhöhung, sondern es müsste für jedeFahrgeschwindigkeit in einer und derselben Curve, eine andere Ueberhöhung durchgeführt werden.

Da dies letztere natürlich unthunlich ist, so tritt der Misstand ein, dass die für schnelle Züge berechnete Ueberhöhung für alle langsamer fahrenden Züge zu gross ausfällt, was zur Folge hat, dass der innere Schienenstrang zu stark in Anspruch genommen wird.

In der Regel sieht man c als die grösste Geschwindigkeit an, welche in gekrümmten Strecken von den Eilzügen noch angewendet werden darf. Das richtige Maass dieser Geschwindigkeit ist allerdings von mancherlei Umständen abhängig und nur erfahrungsgemäss zu bestimmen, doch scheint es, dass viele Bahn-Verwaltungen dieselbe mit 15—18m pro Secunde annehmen.¹)

Für die Fahrgeschwindigkeit von 17'15m erhält man aus der obigen Formel 25 die nachstehende Tabelle:

öd» F

Meter j Millimeter

Meter

Millimeter

Meter

Millimeter

300

150

500

90

700

64

350

129

550

82

800

56

400

112

600

75

900

50

450

100

650

69

1000

46

!) Loewe. Der Schienenweg, 1887, pag. 201.

Ci '

In der Nähe der Stationen wird gewöhnlich nur die halbe Ueber-höhung angewendet, weil die Züge nur langsam einfahren, während die Stationsgleise gar nicht überhöht werden.

Setzt man in die Formel 25 c=16’65, so geht sie über in:

40.000

eine Formel, welche auf Eisenbahnen ebenfalls öfters gebraucht wird.

Es genügt jedoch nicht, in Curven den äusseren Schienenstrang etwas höher über dem inneren zu legen, es muss ausserdem noch die Entfernung der beiden zu einem Gleis gehörigen Schienenstränge vergrössert werden, d. h. es muss eine Erweiterung der Spurweite in Bögen platzgreifen.

Die in eine Curve einlaufenden Wagen würden sich nämlich in Folge der festen Achsen bei einem grossen Radstande in die Curve festklemmen, könnten sonach diese nicht passiren. Es muss daher, wenn die Fahrt ermöglicht werden soll, die Spurweite in den Krümmungen grösser gemacht werden als in der Geraden. Man nennt die Differenz dieser Spurweiten: Spur-Erweiterung.

Die Spur-Erweiterung hat eine eminente Bedeutung bei Fahrzeugen mit festen Achsen, und kann deren unterste, also unerlässlich vorhandenseinmüssende Grenze in folgender Weise berechnet werden. Denken wir uns durch die Spurkränze eines Wagens einen horizontalen Schnitt geführt so muss offenbar die äussere Schiene durch die äusseren Endpunkte aa, der Figur 2 und die inneren Schiene durch die inneren Endpunkte bb' dieses Schnittes gehen, sobald der Wagen in der Curve Platz finden soll.

In Figur 2 bezeichnet m’d = s die Spurweite in der Geraden, co = s, hingegen die Spurweite im Bogen, die Differenz dieser beiden Spurweiten, die Spur-Erweiterung e ist sonach: (sx — s) = (c o — md) = c.

Da, wie aus der Figur zu entnehmen c o = c d + o d, m d — = mo + od ist, so erhält man e = (cd — mo) in diese Gleichung müssen sowohl für cd als wo, die entsprechenden Werthe gesetzt werden, wenn man die Grösse e näher bezeichnen will. Nun ist aber bekanntlich, wenn man sich mit einer Näherung begnügt:

le

;ą_

jo

■j'm

b'

Figur 2.

cd =

(ad)²

mo

(mb)²

mithin:

_ (ad)²— (mb)²

Setzt man: na=c, nd = a, so ist: ad = (a + c) und mb = (a-c).

—> oder wenn der Radstand 2a = z bezeichnet wird:

Man hat sonach: e=2

eine Formel für die minimale Spur-Erweiterung, in welcher noch die Grösse na=c des Näheren präcisirt werden muss. Diese Grösse ist nicht etwa der Radhalbmesser, denn Fig. 2 stellt nicht den Grundriss, sondern einen horizontalen Schnitt durch die Spurkränze dar. Die Linie na=c ist noth-wendig kleiner, als der Radhalbmesser, wie dies übrigens aus Fig. 3 sehr gut zu entnehmen ist. In dieser Figur, welche die Verticalansicht des Rades darstellt, bezeichnet xx die Schiene, u = (r'—r) hingegen die Differenz zwischen dem Radius des Spurkranzes und dem Radius des Rades.

"nt"

Aus dem Dreiecke ou a folgt c²+r=(r-fu)² od.ca=2ur + u². Mit Rücksicht jedoch darauf, dass u im Verhältnisse zum Radhalbmesser r nur sehr klein ist, da ja im Mittel r=50cm, u dagegen im Maximum 6 cm beträgt, so wird 2ur=600, u²— 36, kann ir gegen 2ur vernachlässigt werden ; für diesen Fall aber wird c*= 2ur, daher:

Figur 3.

. . (26

eine Formel zur Berechnung der minimalen Spur-Erweiterung in Curven. In derselben bezeichnet: e . . . die Spur-Erweiterung in Metern;

U . . . die Differenz der Radien zwischen Spurkranz und Rad in Metern; Z . . .Radstand in Metern; r . . .Radhalbmesser in Metern;

R. . . Curvenhalbmesser in Metern.

0-045m, z— 6"3m, r = 0'5m, so wird: c = 1/2.0-045.0-5'= 0-16

und man erhält aus obiger Gleichung, sobald die Spur-Erweiterung nicht mehr in Metern, sondern in Millimetern gemessen wird:

Nimmt man u

e„iin

1000

.    .    (27

eine Formel zur näherungsweisen Berechnung der minimalen Spurerweiterung in Curven.

In dieser Formel bezeichnet: e . . .Erweiterung in Millimetern;

R. . Curven-Radius in Metern.

Diese Formel gibt für einen Curven-Radius von:

1000 Meter 500    »

1 Millimeter

Ol to

200

man

In der Wirklichkeit beschränkt man sich jedoch nicht darauf, der Erweiterung das unerlässliche Minimum zu geben, im Gegentheile,

trachtet die Erweiterung recht gross zu machen, weil dann die Bewegung der Züge umso leichter erfolgt. Mit Rücksicht auf die Conicität der Räder, berechnet sich die obere Grenze der Erweiterung durch die nachstehende Formel :

Omax —

2J1

(28

in welcher bezeichnet:

© . . . .maximale Erweiterung in Metern; 8 . . . . Spurweite in Metern ; r . . . .Radhalbmesser in Metern;

R. . . . Curvenhalbmesser in Metern;

. . die Conicität der Radfelgen.

Für mittlere Verhältnisse ist:

s=l-435m, r=0-5m

und wenn die Erweiterung in Millimetern gemessen wird, erhält man für diesen Fall unter Berücksichtigung der obigen Werthe :

5740

®ra»x —

eine Formel, in welcher bezeichnet:

© . . . maximale Erweiterung in Millimetern ;

R. .. Curvenhalbmesser in Metern.

Schliesslich muss bemerkt werden, dass manche Bahn-Verwaltungen die Erweiterungen ihrer Gleise nach den empirischen Formeln :

.    . (30

e=³(¹⁰-i§») e = ²(¹⁰-SM)

zu berechnen pflegen, von welchen die obere für Hauptbahnen, die untere dagegen für Localbahnen zur Anwendung gelangt. ')

In diesen Formeln bezeichnet: e . . die Spur-Erweiterung in Millimetern ;

R. . den Curvenhalbmesser in Metern.

In Oesterreich darf die Erweiterung der Spurweite niemals mehr als 30 mm betragen.

§. 19.

Messung der Ueberhöhung und Erweiterung der Gleise.

Durch die in Folge des Zugverkehres nöthig werdende Regulirung des Oberbaues erleiden sowohl die Ueberhöhung des äusseren Schienenstranges über den inneren, als auch die Spur-Erweiterung in den Krümmungen, kleine Aenderungen, welche stets ausgeglichen werden müssen.

■) Loewe. Der Schienenweg, 1887, pag. 198.

Sollen diese Aenderungen behoben, das heisst, soll in jedem Punkte der Bahn die normale Ueberhöhung und Erweiterung hergestellt werden, so muss man genau wissen, wie gross die Abweichung an der betreffenden Stelle ist. Das einfachste Mittel, die Gleis-Ueberhöhung in Curven zu messen, ist wohl das Anlegen eines Stabes quer über beide Schienenstränge hindurch, wobei unter Zuhilfenahme einer Wasserwage die Neigung dieses Stabes zum Horizonte, also die Ueberhöhung abgelesen werden kann. Derlei mit einer Libelle ausgerüstete Stäbe nennt man Leeren, und ist die Obermayer’sehe Spurleere allgemein bekannt.

In neuerer Zeit (1884) hat Mehrstens einen Neigungsmesser (Leere) construirt, welcher das Aussehen eines Lineales hat. Durch Anwendung eines stählernen Rohres, das bei 25 hat, ist es möglich geworden, das Instrument sehr leicht zu machen. Es wiegt nur 2• 5k», ist bequem und handsam. Eine Spurleere gibt also wohl die Grösse der Ueberhöhung an, lässt aber nicht erkennen, ob und inwieweit die abgelesene Ueberhöhung dem Bogen entspricht, an welchem sie gemessen wurde, sobald man den Radius dieses Bogens nicht kennt. Um dies zu entscheiden, muss man eine Messung des Curven-Radius vornehmen und ausserdem eine Tabelle bei sich haben, aus welcher die Ueberhöhungen zu entnehmen sind, welche dem betreffenden Bogen entsprechen.

Aus dem Gesagten geht hervor, dass es von praktischem Werthe sein müsste, eine Vorrichtung zu besitzen, welche nicht nur die Grösse der thatsächlich in einem bestimmten Bogen bestehenden Ueberhöhung abzulesen gestattet, sondern auch ermöglicht, zu beurtheilen, ob die gemessene Ueberhöhung dem betreffenden Bogen (in welchem man das Instrument angelegt hat) entspricht oder nicht, ohne den Radius des Bogens selbst messen zu müssen.

Professor Karen¹} in Aachen erreicht das angestrebte Ziel auf folgende Art : Man legt einen Stab von bestimmter Länge als Sehne an den betreffenden Bogen an und misst die Pfeilhöhe desselben. Die abgelesene Pfeilhöhe ist das Maass für die diesem Bogen normal zugehörende Ueberhöhung. Da die Obermayer’sche Spurleere die thatsächlich vorhandene Ueberhöhung abzulesen gestattet, so ergibt die Differenz dieser Ablesungen die gesuchte Abweichung.

Es handelt sich also nur noch darum, die Länge der an den Bogen anzulegenden Sehne so zu ermitteln, dass die Pfeilhöhe des Bogens, welche dieser Sehne entspricht, die diesen Bogen normalmässig zugehörende Ueberhöhung gibt.

Wenn die, der Sehne AB —x (Länge des Stabes) entsprechende Pfeilhöhe DC = a (Fig. 4) die Ueberhöhung dar-

mm

Durchmesser D5mm Wandstärke

A.

M/

Figur 4.

*) Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1874, pag. 17.

stellen soll, welche dem Bogen AB normalmässig angehört, und die nach Formel 25 zu berechnen ist, so muss:

c²

a = 0'144 •

Meter betragen, sobald R den Curven-Radius in Metern, c die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde bezeichnet. Weil aber:

B C² = D C X M C

x²

— = a (2 R — a)=2aR — a²

ist, so kann mit Rücksicht auf die Kleinheit von a (welches höchstens einige Millimeter misst) gegenüber R (welches viele Hunderte von Metern

x²

gross ist) auch geschrieben werden - -■ = 2 a R, daher R =

x⁸

oo :

und mithin

die Pfeilhöhe a = OH44-

c⁸

woraus x=l'08c oder annäherungsweise

x —c sich ergibt.

Man sieht also, dass die Länge des anzulegenden Stabes ebenso viele Meter betragen müsse, als die Geschwindigkeit, welche für die betreffende Bahn als Maximum angenommen wurde, per Secunde Meter zählt.

Wurde für eine gewisse Bahn die Geschwindigkeit der Züge von 15 m pro Secunde als Maximum angenommen, so muss man einen Stab von 15m Länge an den zu messenden Bogen als Sehne anlegen. Die Pfeilhöhe des Bogens, welche dieser 15m langen Sehne entspricht, gibt also die Ueberhöhung des Bogens in Metern, welche derselbe besitzen soll.

Hat man beispielsweise eine Pfeilhöhe von 0-03 Metern abgelesen, so weiss man, dass diesem Bogen, an welchen man den 15 Meter langen Stab angelegt hat, eine Ueberhöhung von 30 Millimetern entsprechen soll.

Den Radius des Bogens selbst braucht man gar nicht zu kennen.

Da die Fahrgeschwindigkeiten, welche die Bahnen als das noch zulässige Maximum für ihre Gleis wählen, zwischen 15—20 Metern schwanken, so wird man stets lange Stäbe zur Messung der Ueberhöhung verwenden müssen, was wohl unbequem ist.

Wählt man statt des langen Stabes von «Metern, einen kürzeren Stab, der nur z Meter hat, so beträgt die diesem kürzeren Stabe entsprechende Pfeilhöhe :

z²

a' 8 R

Meter, während die Pfeilhöhe, welche dem längeren normalen Stabe von «Metern entspricht:

x²

beträgt. Man hat sonach das Verhältniss:

A so

= (r)’

welches lehrt, dass die Pfeilhöhen im quadratischen Verhältnisse zu den Stablängen stehen.

Beträgt die Länge des kürzeren Stabes beispielsweise nur Va jener des normalen, so ist x = 3 z, und mithin :

£)=£*)=•

d. h. man muss die Pfeilhöhe, welche dem ’/s kürzeren Stabe entspricht, 9mal grösser nehmen, um die Pfeilhöhe zu erhalten, welche der Normalstab zeigen würde. Für die Maximalgeschwindig-

15

keit von 15 Metern würd also ein Stab von -g- = 5 Metern Länge genügen, doch müsste die an diesem

Stabe abgelesene Pfeilhöhe 9mal grösser genommen werden, um die Pfeilhöhe zu erhalten, welche dem Normalstabe entspricht, d. h. um die der Fahrgeschwindigkeit von 15 Metern entsprechende Ueberhöhung zu erhalten.

Wenn man gezwungen ist, viele Messungen von Ueberhöhungen vorzunehmen, so wird die Operation des Messens trotz ihrer Einfachheit dennoch beschwerlich. Man muss nämlich bei jedem Bogen der viele Hunderte von Kilometern habenden Bahn, den Maassstab anlegen, jedesmal die Pfeilhöhe ablesen, die abgelesene Date in’s Buch eintragen, den Maassstab abnehmen, auf den Bahnwagen legen, um dann beim nächsten Bogen, an den man per Rollwagen angekommen ist, dieselbe Operation zu wiederholen.

Ingenieur Claus in Braunschweig dürfte der Erste gewesen sein, welcher (1876) im Controlwagen eine Vorrichtung angebracht hat, die die vorkommenden Ueberhöhungen während der Fahrt abzulesen gestattet, also die Vornahme von Control-Messungen zulässt, ohne dass beim Mess-Objecte selbst angehalten oder aus dem Wagen gestiegen werden müsste.

Die Construction eines solchen Instrumentes beruht in folgender Idee. An der Stirnseite eines Wagens ist ein Gradbogen derart befestigt, dass der in seinem Centrum vertical aufgehängte und unten beschwerte, frei spielende Zeiger, auf die Mitte des Bogens, also auf Null zeigt, sobald die Curve keine Ueberhöhung hat, das heisst, so lange der Wagen in einer Geraden rollt. Gelangt der Messwagen in eine Krümmung, also in eine Ueberhöhung, so wird der beschwerte Zeiger trotzdem vertical verbleiben, der Nullpunkt des Gradbogens wird aber nach jener Seite ausweichen, nach welcher der Wagen in Folge der Ueberhöhung quer über das Gleise sich geneigt hat, da ja der Gradbogen fix mit der Stirnwand verbunden ist.

Bezeichnet a den Neigungswinkel dès überhöhten Gleises (nicht den Neigungswinkel der Steigung), s die Spurweite des Gleises, h dessen Ueberhöhung im Bogen, so ist:

CTQ

Wird die Ueberhöhung in Millimetern ausgedrückt, und wird s—l'435m eingesetzt, so ist:

tga

1000 X 1-435

mithin :

h = 1435 • tg a

die Ueberhöhung in Millimetern zu

eine Formel, welche gestattet berechnen, sobald am Messinstrumente der Neigungswinkel a abgelesen

wurde.

Werden am Bogen des Messinstrumentes nicht Grade, sondern die 1435mal genommenen Tangenten derselben eingezeichnet, so werden die Marken eines derartigen Bogens unmittelbar die Ueberhöhungen angeben.

Hier sei bemerkt, dass Control-Apparate erdacht und construirt wurden, welche die Messung von Gleis-Erweiterungen während der Fahrt gestatten, ja sogar die betreffenden Daten graphisch darstellen.

Der gemeinsame Gedanke all derlei Instrumente ist der, dass eine Achse eines Wagens der Quere nach zerschnitten wird und die so getrennten Achsen-theile nach Art eines Perspectivs mit einander beweglich wieder verbunden werden. Eine Spiralfeder drückt die beiden Theile auseinander und bewirkt, dass die Räder der so construirten Achse stets an die Schienenstränge angepresst werden. Gelangt ein solcher Rollwagen in eine Gleis-Erweiterung, so schieben sich die Achstheile auseinander. Die Verschiebung wird durch irgend ein Mittel auf eine Zeiger-Vorrichtung übertragen, welche das Maass dieser Verschiebung registrirt. Recht gute Apparate dieser Art lieferten : Kayser (1873), Claus (1876), Hochgrasl (1878), Dorpmüller (1878), Kielschmer (1881) etc.

Für eine eingehende und kritische Beschreibung dieser Apparate ist hier nicht der Ort, doch findet man sie in meinem Buche : Teorya ruchu kolejowego, Lemberg 1883, Band 2, pag. 267 und weiter.

II. ABSCHNITT.

Der Widerstand der Bahn.

§• 20.

Die schädliche Reibung.

Es musste gleich den ersten Menschen einfallen, wenn sie eine ihre Kräfte übersteigende ' Last bewegen wollten, selbe auf der Erde fortzuziehen, statt ihr ganzes Gewicht zu tragen. Da jedoch auch beim Fortziehen oder Schleppen einer Last ein grosser Widerstand dadurch entsteht, dass die untere Seite der Last von der rauhen Erde, Sand und Steinen angegriffen wird, so verfiel man bald auf den Gedanken, hölzerne Platten unterzulegen. Auf schlechten Strassen ging jedoch der Vortheil derlei Schleifen oder Schlitten verloren und da musste wohl die Erfahrung belehren, dass es in vielen Fällen leichter sei, die Lasten zu wälzen, als sie auf einer und derselben Fläche fortzuschleppen.

Ein merkwürdiges Beispiel einer solchen blos wälzenden Bewegung erzählt Vitruvius von dem Baumeister Klesiphon, welcher bei dem berühmten Baue des Tempels der Diana zu Ephesus, um die Zufuhr der grossen, übermässig schweren, 60' langen marmornen Säulen, welche die stärksten Räder und Wagen eingedrückt haben würden, zu ermöglichen die runden Säulenschafte von beiden Seiten in der Mitte anbohren, mit Achsen versehen und durch vorgespannte Thiere wälzen liess.

Denkmale des Alterthums, welche nicht rund waren, wurden auf Gerüste gebracht und auf untergelegten Walzen ebenso fortgeführt, wie dies zu unseren Zeiten mit dem grossen Felsen der Fall gewesen, den Katharina zum Monumente P^r Grossen nach Petersburg fortschaffen liess. Da hiezu der Boden vorläufig geebnet und zur Beseitigung von Eindrücken mit starkem Zimmerholze belegt, dann die hintersten ausgelaufenen Walzen wieder vorwärts getragen werden mussten, so fällt die Langsamkeit eines solchen Transportes von selbst in die Augen. Zur Vermeidung des Aufenthaltes, der durch das Auslaufen und Vorwärtstragen entsteht, verfällt Jemand in dem grauen Alterthume auf den sinnreichen Gedanken, von den Walzen Scheiben oder kurze runde Klötze abzuschneiden, selbe in der Mitte zu durchbohren und an feste runde Hölzer oder Achsen zu stecken, damit auf diese Weise die Scheiben mit dem Gerüste, worauf die Last liegt, zugleich fortgebracht werden.¹)

ł) Gerstner. Mechanik, Prag 1831, Bd. I, pag. 571.

Als man später begann die Strasse mit hölzernen Bohlen zu belegen, und die Fuhrwerke auf denselben statt auf der Strasse rollen zu lassen, da bemerkte man, dass auf derlei Bahnen mit derselben Kraft grössere Lasten bewegt werden konnten, als dieses früher möglich war.

So machte man in der ersten Hälfte des XVII. Jahrhunderts auf den hölzernen Bahnen Northumberlands die Erfahrung, dass auf derlei Bahnen ein Pferd einen mit Steinkohlen beladenen Wagen mit Leichtigkeit ziehe, während vorher, bevor noch hölzerne Bohlen auf die Strasse gelegt worden waren, hiezu 3 und mehr Pferde nöthig waren.

Als man begann, die hölzernen Bohlen mit eisernen Stäben zu bekleiden (1799), da stellte sich heraus, dass auf derlei Eisenstrassen, 10 Pferde dieselbe Arbeit verrichten konnten, wozu früher (auf gewöhnlicher Strasse) deren 400 verwendet werden mussten.

Die schädliche Reibung der Eisenstrassen betrug sonach nur

10 1

400    40

derjenigen Reibung, welche auf gewöhnlichen Strassen bewältigt werden muss.¹)

Dem berühmten Ingenieur Nikolaus Wood²) gehört das Verdienst, durch Anstellung von auf wissenschaftlicher .Grundlage beruhenden Versuchen, zum erstenmale die Grösse der schädlichen Reibung ermittelt zu haben (1818), der Reibung nämlich, welche bei Bewegung eines Wagens auf einem eisernen Gleis zwischen diesem und dem Rade entsteht.

Anfangs wurde für Zwecke der Ermittlung der Grösse dieser schädlichen Reibung ein Federdynamometer angewendet, welches Hilfsmittel aber verworfen wurde, als es sich gezeigt hatte, dass die Angaben desselben ob der vielen Unregelmässigkeiten in der Bewegung viel zu unzuverlässig sind, um ein richtiges Maass der Grösse dieser Reibung erhalten zu können.

Man griff daher zum ballistischen Pendel und versuchte aus dem Ausschlage desselben, das zu ergründen, was bei Anwendung des Dynamometers hätte erhalten werden können. Wood fand auf diese Weise, dass die Grösse des Zuges, welchen die Pferde ausüben, wenn sie eine Anzahl Wagen auf einer horizontalen Strecke der englischen Kohlenbahnen bewegen,

im Mittel

200

der bewegten Last beträgt, dass also die schädliche Reibung,

1000

— 5kg pro Tonne bewegter

200

oder kürzer der Bewegungswiderstand Last ausmache.

Der Bewegungswiderstand lässt sich übrigens auch durch Beobachtung jenes Gefälles bestimmen, auf welchem ein sich selbst überlassener Wagen eben noch sich zu erhalten vermag, ohne abwärts zu rollen. Dieses Gefälle, in Millimetern pro Meter horizontaler Länge (pro mille) ausgedrückt, gibt nämlich die Anzahl der Kilogramme an, welche als Widerstand pro Tonne bewegter Last entfallen.

Will man also den Bewegungswiderstand einer Bahn ermitteln, so braucht man nichts weiter zu thun, als durch Versuche jene Neigung ausfindig zu machen, auf welcher die Wagen eben noch sich erhalten können, ohne abwärts zu rollen.

160

GersłnerŁ) erzählt, dass auf der Stockton-Darlington-Bahn (der sogenannten Quäkerbahn) überall dort, wo das Gefälle

überstieg, die Pferde

stets ausgespannt wurden, da auf derlei Gefällen die Wagen von selbst zu rollen begannen. Durch    die    lange Gewohnheit    wurden die    Pferde so

sehr abgerichtet, dass sie    bei    jenen Stellen, wo    die Wagen    von selbst

zu laufen anfingen, stille standen und, nachdem sie ausgespannt wurden, selbst zurückgingen, in    den    hintersten Wagen    des Zuges,    der stets

offen war, hineinsprangen    und    mit sichtlichem Behagen eine    Strecke im

Wagen zurücklegten. Wie aber die Wagen stehen blieben, stiegen die Pferde von selbst wieder heraus und begaben sich an die Spitze des Zuges, wo sie wieder angespannt wurden.

Da nun die Neigung

160

nahezu 6 pro mille oder 6%o ausmacht,

\ 160 /’

die betreffenden Stellen der Quäkerbahn, bei welchen die

mm

Wagen von selbst abwärts zu rollen begannen, sonach ein Gefälle von 6 pro Meter horizontaler Länge hatten, so betrug dem Obigen gemäss der Widerstand auf horizontaler Bahn 6k& pro Tonne bewegter Last.

Dass aber der Widerstand auf horizontaler Bahn so viele Kilogramm pro Tonne bewegter Last beträgt, als jenes Gefälle Millimeter pro Meter horizontaler Länge hat, auf welchem die Wagen eben noch sich erhalten können, ohne abwärts zu rollen, lässt sich aus folgender Betrachtung ersehen: nimmt man an, der Wagen wiege 1 Tonne = 1000k£, und zerlegt man diese in der Richtung der Schwere wirkende Kraft in zwei Componenten, von denen die eine der Strasse parallel ist und den Wagen abwärts zu ziehen strebt, so beträgt diese Componente der Schwerkraft 1000. sin a Kilogramm, sobald a den Neigungswinkel bezeichnet, um welchen die Strasse ansteigt (die Böschung). Die andere Componente wirkt winkelrecht zur Fahrstrasse, manifestirt sich als Druck auf die Strasse und beträgt 1 X coscl = — cos cf. Tonnen.

Diese Componente ist die Ursache der Reibung zwischen Rad und Strasse. Beträgt diese Reibung oder der Bewegungswiderstand w Kilogramm pro Tonne Druck, so beträgt der totale Bewegungswiderstand w. cos a Kilogramm.

In dem Gefälle, in welchem die Wagen eben noch stehen bleiben, ohne abwärts zu rollen, muss aber die abwärts ziehende Kraft (lOOO.sfwa) dem Bewegungswiderstande (iv.cosa) gleich sein, d. h. es muss für dieses Gefälle die Relation: 1000 . sin a = w . coso. bestehen, aus welcher:

tga

1000

sich ergibt.

Beträgt jene Neigung der Bahn, bei welcher der Wagen sich noch erhalten könnte, ohne abwärts zu rollen, m Millimeter pro Meter horizontaler

x) Gersłner. Mechanik, Prag 1831, Bd. I, pag. 617.

(31

was besagt, dass die Neigung der Bahn (m°/₀o) an jener Stelle, wo die Wagen von selbst abwärts zu rollen beginnen, gerade so viele Millimeter pro Meter horizontaler Länge beträgt, als wie viele Kilogramm (w) der Bewegungswiderstand pro Tonne bewegter Last ausmacht.

Bl-

ausmacht. Wie gross ist der

Länge, also tn°/₀o, so ist, da in einem solchen Falle (§. 17, Formel 21):

mithin :

tga =

1000

beträgt :

1000 lOOö’

Beispiel: Es ist bekannt, dass die Frachtwagen von unseren Gebirgsstrassen dort anfangen von selbst abwärts zu rollen, wo der Abhang oder das Gefälle Bewegungswiderstand auf derlei Strassen?

1 1000

Da die Neigung — =    = 25 also 25 Millimeter pro Meter horizontaler Länge beträgt,

so beziffert sich der Widerstand auf horizontalen Strecken von derlei Strassen auf 25 Kilogramm pro Tonne bewegter Last.

So richtig die Schlussfolgerung Gerstner’s war, dass, weil die Wagen auf der Quäkerbahn schon bei einem Gefälle von 6°/oo abwärts zu rollen beginnen, der Widerstand der Bewegung in horizontalen Strecken dieser Bahn 6kg pro Tonne bewegter Last betragen müsse, so fehlte es doch an Versuchen, welche die genaue Ermittlung jenes Gefälles zum Zwecke hatten, bei welchem die Wagen abwärts zu rollen beginnen. Die bevorstehende Eröffnung der Liverpool-Manchester-Bahn bot den damaligen Ingenieuren eine willkommene Gelegenheit, derartige Versuche anzustellen.

Vignoles, der Präsident der Ingenieurkammer in London, stellte auf dieser Bahn entsprechende Versuche an und fand (1829), dass der Be-wegungswiderstand in den horizontalen Strecken 4 — 5 kg pro Tonne bewegter Last betrage, also in der That innerhalb jener Grenzen liege, welche bereits früher (1818) durch Ausschlag eines schweren Bleipendels gefunden worden waren.

Man ist berechtigt, auf Grund vielfältiger Versuche anzunehmen, dass der Bewegungswiderstand auf einer schlecht beschotterten Strasse 70kg, Mac-Adam-Strasse 22kg, Asphalt-Strasse 8kg, Pferdebahn 7kg und Eisenbahn 4kg pro Tonne bewegter Last durchschnittlich betrage. Hieraus ersieht man, dass die Bewegung derselben Last, welche auf einer guten Strasse 22kg Zugkraft pro Tonne ihres Gewichtes erheischt mit einem Kraftaufwande von nur 7kg erfolgen könne, sobald die Bewegung auf einer Pferdebahn vor sich geht.

Es muss ausdrücklich bemerkt werden, dass die angeführten Daten sich auf Widerstände beziehen, welche die Bewegung der Wagen in ruhiger Luft darbietet. Rollt der Wagen bei bewegter Luft, so vermehrt deren Druck den Widerstand oder vermindert denselben.

Wenn die Sturmwinde auf die Stirnfläche eines Eisenbahnwagens treffen und die Richtung der Fahrt zufällig eine entgegengesetzte ist, so können Druckwirkungen eintreten, welche den grössten Theil der Zugkraft der Locomotive absorbiren. Derartige Winddrücke wurden bei Borastürmen am Karst beobachtet und wurde constatirt, dass hiebei Eisenbahnwagen in’s Schwanken kamen und dem Umstürze nahe gebracht werden können.

Als während des Sturmes am 11. Juni 1886 nächst der russischen Eisenbahnstation Nowo-ITkraika, 18 Wagen eines Zuges vom Sturmwinde umgeworfen wurden, ergab die Berechnung, dass die Geschwindigkeit des Windes 31-2 Meter pro Secunde betrug, so dass die betreffende Wagenseite einem Winddrucke von 123 Kilogramm pro Quadrat-Meter Fläche ausgesetzt war. Bei dem Unfälle auf der W ien-Aspangbahn ddo. 10. December 1884 ergab die Rechnung einen Winddruck von 197 Kilogramm pro Quadrat-Meter Seitenfläche des Wagens.

In der Baukunde nimmt man an, dass aufrechtstehende, nicht besonders exponirte Gebäude-flachen dem Winddrucke einen Widerstand von höchstens 125 Kilogramm pro Quadrat-Meter zu leisten haben, derselbe jedoch unter 75 Kilogramm niemals sinken dürfe.

Die Gesetze des Winddruckes sind noch nicht vollständig erschlossen und ist die Auffindung derselben durch ganz ausserordentliche Schwierigkeiten beirrt und gehemmt. Ingenieur Lössl¹) gebührt das Verdienst, diesfalls eingehende Studien angestellt zu haben; es gelang ihm für den Druck D des Windes die nachstehende Formel zu finden:

¹

   Gerstner. Mechanik, Prag 1831, Bd. I, pag. 601.

²

²)    A practical treatise on railroads and interior communications in General, London 1825.

• c²

F.z

in welcher bezeichnet:

D. . den Winddruck senkrecht zur Fläche in Kilogramm;

F . . . die Fläche, welche dem Winde ausgesetzt ist, in Quadrat-Metern;

C ...die Geschwindigkeit des Windes in Metern pro Secunde;

Z . . . Gewicht eines Cubikmeters Luft in Kilogramm ;

g=9'81m Accélération der Schwere.

Mit Rücksicht hierauf, dass z seinen Werth mit der Temperatur ändert, ersieht man, dass bei gleicher Geschwindigkeit des Windes der Stoss im Winter grösser ist, als im Sommer. Es ist nämlich bei —20° C., z=l⁻4, bei +20° C. dagegen z=l,21<®.

Bei einer Geschwindigkeit des Windes von 10m pro Secunde hat sonach jeder Quadrat-Meter einer, dem Winde ausgesetzten Fläche, im Sommer einen senkrecht zur Fläche gerichteten Druck von 13‘2k£ auszuhalten, weil in einem solchen Falle F=l, z=l⁻2, g=9'81, c=10 ist und für diese Werthe D=13'2 sich ergibt.

Trifft der Wind die Fläche nicht rechtwinkelig, wie dies vorausgesetzt , sondern unter einem Winkel von a Graden, so findet eine Ab

wurde

Schwächung des Druckes nach Maassgabe von sin a statt, Man muss also zur Berechnung des Druckes die obgedachte Formel mit sina. multipliciren. Dieser Druck ist dann derjenige, welchen die Fläche, obwohl schief getroffen, in normaler Richtung auszuhalten hat.

§• 21.

Die nützliche Reibung.

Würde man das Pferd, welches auf einer horizontalen Bahn einen Wagen zieht, ausspannen und es auf das Plateau dieser Wagen stellen, woselbst es einen Göppel drehen könnte, und würde man die Walze des Goppels durch Riemen mit einer Trommel verbinden, welche auf der Radnabe des Wagens festgekeilt ist, so würde man das Schauspiel haben, dass

9 Lössl. Der Luftwiderstand, Wien 1886, pag. 9.

das im Wagen befindliche Pferd den Wagen fortziehe. Statt der Kraft des Pferdes könnte man zweckmässiger die Kraft einer auf den Wagen montirten Dampfmaschine verwenden und würde sodann einen Dampfwagen vor sich haben.

Die hin und her gehende Bewegung des Kolbens dieser Dampfmaschine braucht übrigens nicht erst auf einen Göppel und von dort auf die Riemenscheibe des Rades übertragen zu werden. Man könnte nämlich den Kolben directe mit der Speiche des Rades kuppeln und würde genau dasselbe wie früher erzielen.

Würde man das mit dem Dampfkolben so verkuppelte Wagenrad (.Treibrad wollen wir es nennen), in die Mitte des Gestelles bringen, auf welchem die Dampfmaschine steht, so würde man eine Maschine haben, welche ihrem Wesen nach, unserer Locomotive gleichen dürfte. Würde man dieses Treibrad verzahnen und es in eine längs der Mitte des glatten Schienenweges gelegte Zahnstange eingreifen lassen, während die übrigen vier Räder der Maschine auf den glatten Schienensträngen rollen, so würde man in diesem Arrangement die heutige Zahnradbahn erblicken.

Die Bewegung der Locomotive erfolgt auf einer solchen Zahnstange nicht durch die Reibung zwischen den glatten Rädern und den Schienensträngen, sondern sie entsteht einzig und allein in Folge des Eingriffes des verzahnten Treibrades in die gleichfalls verzahnte Führungsstange. Die glatten Schienen dienen nur zur Basis für die glatten Räder (Laufräder) der Maschine, welche ihrerseits nur dazu da sind, um die Last derselben zu tragen.

Hat das Treibrad unserer Maschine 1 m Durchmesser, so beträgt dessen Umfang 628cm. Würde man auf diesen Umfang 628 Zähne einschneiden, so würde jeder derselben eine Dicke von 72cm=5mm erhalten; natürlich müssten dann die Zahnlücken der Führungsstange zum mindesten dieselbe Breite haben. Das durch Dampfkraft auf dieser Führungsstange bewegte Rad (die Zahnrad-Locomotive) würde eine Last ziehen können, deren Grösse einzig und allein von der Festigkeit der Verzahnung abhängig wäre. Würde man fünfmal mehr Zähne dem Treibrade geben, so würde jeder derselben fünfmal schmäler sein, und die Lücken der Zahnstange würden gleichfalls um ebenso viel schmäler ausfallen. Das neue Zahnrad würde natürlich eine

weit geringere, und zwar nur mehr jene Last schleppen können, welche der Festigkeit der nunmehr schwächer gewordenen Verzahnung entspricht. Würde man das Treibrad und die Führungsstange noch weiter verzahnen, so würde das erstere einer gerippten Rolle, die letztere einer behauenen Schiene gleichen. Die Fähigkeit einer solchen Locomotive, Lasten zu ziehen, würde natürlich noch kleiner als früher ausfallen.

Ginge man mit der Verzahnung immer weiter und weiter, so würde man schliesslich auf ein rauhes Treibrad und eine rauhe Schiene kommen, die Fähigkeit der Locomotive, Lasten zu ziehen, würde dann dem Grade der Rauhheit dieser beiden Bestandtheile entsprechen.

Wir würden in einem solchen Falle die mittlere Schiene sogar gänzlich entbehren können, da ja die beiden seitlichen Schienenstränge diese vertreten könnten, sobald die Laufräder der Locomotive zu Treibrädern gemacht werden möchten, das heisst, sobald die Kraft des Dampfes auf diese Räder übertragen werden würde.

Aus dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass die Last, welche eine auf glatten Schienen laufende Locomotive zu ziehen im Stande ist, von der Reibung abhängt, welche zwischen Treibrad und Schiene erwacht. Da aber die Grösse jeder Reibung mit dem Drucke wächst, welcher auf die Unterlage ausgeübt wird, so erkennt man, dass die Fähigkeit der Locomotive, auf glatter Schiene sich vorwärts zu bewegen, von der Grösse des Druckes abhängig ist, welcher auf ihre Treibräder (nicht Laufräder) ausgeübt wird, und dies ist die durch Trevethik erkannte, durch Blackelt experimentell erhärtete These (§. 22). Die nützliche Reibung zwischen Treibrad und Schiene nannte man Adhäsion, zum Unterschiede von der schädlichen Reibung, welche zwischen Laufrad und Schiene, also auch zwischen Wagen-Rad und Schiene auftritt und die man Widerstand genannt hat.

Die Adhäsion ist eine für die Fortbewegung des Zuges nothwendige, also nützliche Reibung, während der Widerstand eine schädliche Reibung ist, die man mit in den Kauf nehmen müsse.

Die Adhäsion ist gleitende, der Widerstand hingegen rollende Reibung. Die Adhäsion hängt bei gleicher Fahrgeschwindigkeit von dem Grade der Glätte, von Nässe, Bereifung etc., also vom Zustande der Schiene wesentlich ab, während der Widerstand von Witterungseinflüssen fast unabhängig ist. Beide hingegen, Adhäsion und Widerstand, hängen aber in gleichem Grade von dem Drucke ab, der auf den Rädern lastet-, die erstere von dem Drucke, welcher auf die Treibräder der Maschine, der letztere von dem Drucke, welcher auf die Laufräder des Wagens ausgeübt wird. Ausserdem lehrt die Erfahrung, dass sowohl die Adhäsion als auch der Widerstand von der Fahrgeschwindigkeit abhängen.

§. 22.

Das Gespenst der unzureichenden Reibung.

Murdoch, der alte Werkmeister der durch Watt und Bulton aufgestellten Pumpmaschinen, welche durch ihre unermüdete Thätigkeit die Kupfer-und Zinn-Adern Cornwalls vor dem Ersäufen retteten, kam gegen Ende des verflossenen Jahrhundertes auf den Gedanken, das im vorigen Paragraphe entwickelte Princip der Adhäsion praktisch zu verwerthen und einen Dampfwagen zu bauen. Den gefassten Gedanken hatte er in einem kleinen Modell verkörpert, welches er zuweilen vor seinen Bekannten spielen liess.

Richard Trevethik, der geniale Monteur der gedachten Pumpwerke, sah dieses Modell und wurde vom unwiderstehlichen Drange befallen, demselben Arbeitsdimensionen zu geben, um auf diese Weise einen Wagen zu schaffen, der, statt durch Pferde gezogen, durch Dampf betrieben von Nutzen sein könnte.

Um sich zu vergewissern, dass die Sache auch ausführbar sei, spannte er eines Tages (1800) von dem Wagen, mit welchem er Sonntags Ausflüge zu machen pflegte, die Pferde aus und versuchte im Wagen stehend, die Räder desselben mit der Hand zu drehen, und als das Fahrzeug vorwärts ging, reifte in ihm der Entschluss, einen Dampfwagen zu bauen, da das, was seine Muskeln leisteten, der Dampf gewiss weit besser werde verrichten können. Rasch folgte dem Entschlüsse die That, denn schon

am Christabende des ersten Jahres unseres Jahrhundertes befuhr der erste Dampfwagen die Strassen des Ortes, welchen Trevethik damals bewohnte. Zwar stellte es sich recht bald heraus, dass Fahrten mit derlei Maschinen nichts weniger als bequem waren, doch zeigte dieses Experiment dem Geiste Treve-thik’s, dass hier ein Princip geschaffen wurde, welches einer Ausbildung fähig ist. Trevethik erkannte nämlich, dass die Verbesserung der Fahrzeuge allein nicht genüge, sobald nicht gleichzeitig auch die Fahrstrasse verbessert werde; er zuerst erkannte die Zusammengehörigkeit des Vehikels mit der Fahrbahn.

Und in der That liegt der Werth der modernen Transportmittel nicht in der Erfindung der Locomotive, als vielmehr in der Verbindung derselben mit der Schiene.

Der Wagen einer Tramway wird eben so wie der Omnibus auf der Strasse durch zwei Pferde gezogen ; während aber der erstere schnell und leicht 50 Personen befördert, wankt der Omnibus schwerfällig mit nur 20 Personen durch die Strasse, obwohl in beiden Fällen die Kraft der Zugthiere dieselbe ist.

Bei der Tramway beträgt der ' Widerstand der Bewegung eben nur *%o = */« jener der Strasse.

Wollte Trevethik mit seinem Dampfwagen Erfolge erzielen, so musste er denselben auf eine eiserne Schiene stellen. Da aber damals Eisenbahnen für den öffentlichen Verkehr noch nicht verwendet wurden, so musste Trevethik für seinen verbesserten Dampfwagen, welchen er 1803 gebaut hatte, eine eigene Bahn bauen.

Auf demselben Grunde, von welchem heute die grösste Eisenbahn der Welt ausgeht, nämlich der Fusion Station der London- und Northwestern Bahn, baute Trevethik eine in einer grossen Ellipse gelegte Spurbahn, auf welcher sein Dampfwagen vor dem Londoner Publikum sich produciren sollte.¹)

Auf das einmal erkannte Princip sich stützend, baute Trevethik (1804) eine dritte Maschine, welche diesmal den Zweck hatte, an Stelle der Pferde in den regelmässigen Dienst der Gewerkschaft Pennydarran zu treten. Auch diese Maschine wies die Richtigkeit des Principes nach, dass die blosse Adhäsion glatter Räder auf glatter Bahn für die Ausnützung der Locomotive als Zugsmechanismus ausreiche, denn die Maschine bewegte ihr Eigengewicht an Eisenladung, ohne dass deren Räder geglitten wären.

Aber die Bahn, auf welcher die Locomotive fuhr, zeigte sich ihrem Gewichte (5 Tonnen) nicht gewachsen. Die Schienen, für den Betrieb mit Strassenwagen bestimmt, bestanden aus flachen Platten von rohestem Gusseisen, deren Tragkraft eine ausserordentlich geringe war. Sie brachen in grosser Zahl unter der Last der Locomotive, so dass diese aus dem Gleis kam und mittelst Pferden nach Pennydarran zurückgebracht werden musste.

Um das Zertrümmern der Schienen hintan zu halten, baute Trevethik noch in demselben Jahre eine leichtere Maschine, welche bestimmt war, Kohlen auf einer Schienenbahn von Wylam (dem Geburtsorte G. Stephenson’s) nach dem Ufer der Tyne zu schaffen. Als er jedoch diese Maschine auf den Gleisen seiner Werkstätte probirte, entsprach sie den gehegten Er-

!) M. Weber. Der Ahne der Locomotiv-Erfindung. Westermann’s Monatshefte, 1876, pag. 64.

Wartungen nicht, und hieraus glaubte der Erfinder den Schluss ziehen zu sollen, dass das erkannte Princip doch irrig sei? und nahm an, dass die Reibung zwischen Rad und Schiene ungenügend sei, der Locomotive eine energische Bewegung einzuprägen. Dieser vorzeitige Schluss Trevethik’s hatte zur Folge, dass die erkannte und praktisch erwiesene Thatsache des Genügens der Adhäsion zwischen glatten Rädern und Schienen wieder vergessen wurde. Die grosse Idee, welche in der Morgenröthe unseres Jahrhunderts aufblühte, wurde sonach durch denselben Genius, der sie gebar, wieder zu Grabe getragen!

Dies hatte zur Folge, dass man von nun ab unablässig nach Mitteln suchte, um die vermeintlich unzureichende Reibung zwischen Rad und Schiene künstlich zu vergrössern, ohne sich durch ein Experiment zu überzeugen, ob denn eine derartige Vergrösserung auch wirklich nothwendig sei. Unter dem Banne der fixen Idee, dass die gleitende Reibung unzureichend sei, einer Locomotive die Fortbewegung auf glatter Schiene zu ermöglichen, entstanden die wunderlichsten Vorschläge.

Diese Construction musste zwar ob der

So legten die Gebrüder Chapmann in New-Castle (1812) längs der Bahnmitte eine Kette, welche sich um eine Trommel wickelte, die unter der Maschine gelagert war und durch ihre Umdrehung die Fortbewegung der Locomotive bewirkte.

vielen Kraftverluste damals aufgegeben werden, findet jedoch heute, wenngleich in abgeänderter Form, bei der Ketten-Schifffahrt eine gedeihliche Anwendung.

Brunton gerieth (1813) auf den eigentümlichen Gedanken, der Locomotive künstliche Beine zu geben, welche gegen den Boden sich stemmend und nach Art der Füsse der Pferde wirkend, jene Reibung erzeugen sollten, welche zur Fortbewegung der glatten Räder dieser Locomotive auf glatten Schienen nothwendig, vermeintlich jedoch nicht vorhanden war.

Als man später gewahr wurde, dass die Zahnrad-Locomotiven Blen-kinsop’s, welche seit 1811 Kohle von Middleton nach Leeds verfrachteten, auch dann noch den Dienst nicht versagten, als einige Zähne in der Stange oder am Rade fehlten, schloss man, dass die Reibung zwischen einem glatten Rade und einer glatten Schiene denn doch vielleicht ausreichen dürfte, um eine Locomotive zum Ziehen von Lasten fähig zu machen. Es fehlte jedoch an einem entscheidenden Experimente.

William Blackett, dem angesehenen Eigenthümer der Wylam-Mine-Bahn, gebührt das grosse Verdienst, dieses Experiment zuerst angestellt zu haben. Er war es nämlich, der durch Bewegung eines Rades mit der Hand ermittelt hatte, welches Gewicht das Rad eines gewöhnlichen Wagens überwinden könne, ohne rund zu laufen (zu gleiten).

Dieses über Hedley’s Anregung auf der Wylamer-Bahn im Jahre 1814 gemachte Experiment, führte zu dem wichtigen Erkenntnisse, dass das auf dem Treibrade der Locomotive lastende Gewichtv ollkommen zureiche, um auf glatter Schiene jene Reibung zu erzeugen, welche zur Fortbewegung der Maschine unerlässlich ist.

Diese Versuche waren es, welche das durch Trevethik bereits im Jahre 1800 erkannte, später jedoch von ihm verlassene und seitdem vielfach missverstandene Adhäsionsprincip neuerdings zur Geltung brachten.

Es ist übrigens ein Irrthum,l) wenn man glaubt, dieser Nachweis für die Brauchbarkeit der Adhäsion habe den Anlass dazu gegeben, das Zahnrad-System als eine technische Verirrung bei Seite zu legen. Die Ergebnisse der Blakett’sehen Versuche haben nur eine Trennung der Eisenbahn-Systeme veranlasst, die Trennung in natürliche und künstliche Adhäsion. Die geographischen Verhältnisse, speciell die Lage der Hauptpunkte des Verkehres in den Thälern, haben es sachgemäss veranlasst, dass die natürliche Adhäsion in den Thalbahnen rasch zur unumschränkten Herrscherin wurde.

§. 23.

Der Bewegungswiderstand.

Die Versuche, die Grösse der schädlichen Reibung zu bestimmen, von welcher in §. 20 die Rede war, waren auf Bahnen und mit Wagen angestellt worden, welche von den heutigen Bahnen und Wagen wesentlich verschieden waren. Aus diesem Grunde haben sie heute nur mehr einen historischen Werth, obgleich sie seinerzeit bahnbrechend waren.

Der älteste Vorschlag, eine Reihe systematisch angelegter Versuche unter Zuhilfenahme rationell und verlässlich gebauter Messapparate durchzuführen, stammt vom Ingenieur Osimitch (1862), welcher nicht nur die Methode entwickelte, nach welcher derlei Versuche durchzuführen wären, sondern auch Apparate beschrieb, welche zur Messung der Bewegungswiderstände zu dienen haben.²) Die ersten derlei, nach einem geordneten Programme mit Sorgfalt durchgeführten Versuche wurden jedoch nicht in Oesterreich, von wo der Impuls ausging, sondern in Frankreich 6 Jahre später durchgeführt. Die Ingenieure Vuillement, Guebhard und Dieudonné³) veröffentlichten nämlich (1868) einen Bericht über eine lange Reihe von Widerstands-Versuchen, welche mit vielem Scharfsinne und grosser Ausdauer auf der französischen Ostbahn angestellt worden waren. Etwas später (1869) wurden auf der Süd- und Westbahn zu Queensland ähnliche Versuche durch Ingenieur Jettier⁺) angestellt. Hierauf folgten die Widerstands-Versuche Łopuszański’s auf sibirischen Bahnen (1879). Die sächsische Staatsbahn⁵) hat im Jahre 1884 eine ganze Reihe von Versuchen (1724 an der Zahl) durchgeführt und den Widerstand des Zuges (exclusive Locomotive) bestimmt. Ebenso hat Director Verderber⁶) auf der ungarischen Staatsbahn zahlreiche Versuche angestellt und aus den Angaben des Indicators den Widerstand ermittelt (1884).

Die mit derlei Instrumenten durchgeführten Versuche haben jedoch den Nachtheil, dass dabei die von der Locomotive verbrauchte Zugkraft nicht mitgemessen wird, dass man also blos den Widerstand der Wagen, nicht aber jenen des Zuges (Wagen und Locomotive) erhält. Von welcher Bedeutung aber die Vernachlässigung des Bewegungswiderstandes der Locomotive ist, lässt sich daraus entnehmen, dass die Locomotive circa die Hälfte der

*) Lindner. Glaser, Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886,-Nr. 205, pag. 1.

²)    Zeitschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1862, pag. 203.

³)    De la résistance des trains, et de la puissance des machines. Paris 1868.

⁴)    Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1870, pag. 171.

⁵)    Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1885.

Budapest 1885.

⁶)    Referat der Subcommission für die Revision des §. 185 der technischen Vereinbarungen.

aufzuwendenden Zugkraft für sich verbraucht. Weiters ist zu bemerken, dass in den Ziffern, welche aus den Angaben des Dynamometers abgeleitet werden, der Luftwiderstand nicht mitinbegriffen ist, weil er von der Locomotive aufgenommen wird, das Instrument aber zwischen Locomotive und Wagenzug eingeschaltet ist.

Um all den erwähnten Missständen zu begegnen, versuchte man den Bewegungswiderstand des Zuges auf einem indirecten Wege zu bestimmen, und zwar dadurch, dass man ganze Wagenzüge, nachdem sie eine gewisse Geschwindigkeit erlangt haben, sich selbst überliess und aus dem bis zum Stillstände durchlaufenen Wege (der Auslaufdistanz) auf den Widerstand schloss, welcher das Stillstehen bewirkt hatte.

Es ist hier nicht der Ort, derlei Versuche bis in das kleinste Detail zu beschreiben, es soll nur eine Andeutung des diesfälligen Principes genügen. Genaueres findet man in meinem, in Lemberg in polnischer Sprache 1883 erschienenen Buche: »die Theorie des Eisenbahn-Verkehres«, I. Bd, pag. 248; woselbst die hier einschlägigen Versuche ausführlich beschrieben wurden.

1. Beobachtung des Laufes frei rollender Wagen in einer horizontalen geraden Bahn,

Fährt die Locomotive an eine, am horizontalen geraden Gleis stehende Partie Wagen an, so werden die Wagen in Folge des erlittenen Stosses so lange auf der Bahn rollen, bis deren Bewegungs-Energie, welche ihnen durch den Stoss ertheilt wurde, durch die Widerstände aufgebraucht wird. Aus der Länge dieses, bis zum Stillstände durchlaufenen Weges (der sogenannten Auslaufdistanz), sowie der bekannten Anfangsgeschwindigkeit der Bewegung lässt sich der mittlere Bewegungswiderstand auf folgende Art annähernd ermitteln.

Bezeichnet m die Masse einer Tonne des Wagengewichtes bezogen 1000 1000

102, so beträgt die Energie,

auf Kilogramm, also m =

9-81

102

c® — 51. c® Meter-Kilogramm, sobald c die Geschwin-

welche jede Tonne des Wagengewichtes in Folge des Stosses in sich ange-mc'

sammelt hat, ——

digkeit (in Metern pro Secunde) bezeichnet, welche die Wagenpartie in Folge des Stosses erhielt, mit welcher sie sonach ihren Lauf begann. Diese Energie wird durch die während des Weges bis zum Stillstände thätigen Widerstände vernichtet. Bezeichnet w den mittleren Widerstand in Kilogramm, welcher per Tonne Gewicht der frei rollenden Wagen entfallt, und beträgt die Distanz, welche die freigelassenen Wagen bis zum Stillstände durchzulaufen haben, s Meter, so beträgt die Arbeit des Widerstandes : w. s Meter-Kilogramm, und es besteht dann die Gleichung: w . s = = 51.c². Aus dieser Gleichung ergibt sich für den mittleren, pro Tonne Wagengewicht entfallenden Widerstand der Werth von :

.    .    (32

w = 51 •

©• •

Kilogramm. Hier bezeichnet :

W. . .den mittleren, per Tonne Wagengewicht entfallenden, in Kilogramm gemessenen Widerstand der Bewegung auf gerader horizontaler Bahn;

8 . . . die Auslaufdistanz in Metern, das heisst den Weg, welchen die frei rollenden (sich selbst überlassenen Wagen) bis zum Stillstände durchlaufen ;

C . . . die Anfangsgeschwindigkeit der Bewegung in Metern pro Secunde.

Beispiel: Im Jahre 1884 wurden auf der königlich-ungarischen Staatsbahn durch Eiseri-bahn-Director Verderber in Budapest Versuche mit Personenwagen durchgeführt, welche den Zweck hatten, den Bewegungswiderstand auf einer geraden horizontalen Bahn zu ermitteln. Zu diesem Behufe wurde der aus 6 Personenwagen und 2 Versuchswagen bestehende Versuchszug, durch eine Zugmaschine auf vollständig gerader und ebener Strecke auf eine bestimmte Geschwindigkeit gebracht. Sobald die gewünschte Geschwindigkeit erreicht war, wurde der Versuchszug mittelst einer besonderen Vorrichtung 'während der Fahrt von der Locomotive abgekuppelt und, während die Locomotive mit beschleunigter Geschwindigkeit von dem Zuge wegfuhr, dieser sich selbst überlassen und der Weg s, welcher von der Abgabe des Signales bis zum vollständigen Stillstände des Zuges zurückgelegt wurde, beobachtet. Nachdem der sich selbst überlassene Zug hiebei blos durch die vorhandenen Widerstände der Bewegung in seinem Laufe verzögert und zum Stillstände gebracht wurde, so ergab sich der, der Anfangsgeschwindigkeit v des Zuges (in Kilometern pro Stunde) entsprechende mittlere Zugswiderstand rv (in Kilogrammen pro Tonne Zugsgewicht) aus der Formel :

v²

welche aus der Formel 32, dadurch entsteht, dass man « = 3‘6c setzt. Bei .den Versuchen betrugen die Auslaufdistanzen für die Anfangsgeschwindigkeit :

695-65 Meter 1200-00 » 1828-57    »

2352-94    »

2880-00 »

20 Kilometer pro Stunde

30

40

50

60

Setzt man diese Werthe für v und s in die obige Formel ein. nach die folgenden Werthe für die mittleren Widerstände, welche den verschiedenen Anfangsgeschwindigkeiten entsprechen, und zwar entspricht der Anfangsgeschwindigkeit:

20 Kilometer pro Stunde

so erhält man der Reihe

I 30 v = ' 40

2’3 Kilogramm

3-0

50

60

w =    3-5

4- 25

5- 00

Es muss bemerkt werden, dass die Formel 32 ungenau ist, weil in derselben die Rotation der Räder nicht berücksichtigt wurde. Will man diesen Uebelstand beseitigen, so muss Folgendes erwogen werden:

Bezeichnet ml die auf den Radumfang reducirte Masse der rotirenden Räder eines Wagens, bezogen auf Kilogramm, wie sie pro Tonne des Wagengewichtes entfällt, und a ist die Winkelgeschwindigkeit der Rotation, also die Geschwindigkeit der Umlaufsbewegung auf dem Kreise von 1 m Radius, gemessen in Meter, so beträgt die Energie, welche die vorhandenen Räder

eines Wagens in sich aufspeichern:

r den Radius der Räder in Metern, so ist, sobald c die Fahrgeschwindigkeit des Wagens in Metern pro Secunde bezeichnet, und ein Gleiten der

Räder desselben nicht besteht : a. r —- c, woraus a =

Meter-Kilogramm. Bezeichnet

sich ergibt ; mit diesem Werthe von a erhält man aber für die Energie der Rotation den Ausdruck:

= m., •

Da nun Professor Frank *) gezeigt hat, dass für einen zweiachsigen Eisenbahnwagen im Mittel:

80

ist, so beträgt die Gesammtmasse M eines zweiachsigen, W Tonnen schweren Wagens: M == (m + m₂), wobei m die Masse des ganzen Wagens, m₂ jene der rotirenden Theile desselben (Räder sammt Achsen) bezeichnet. Da nun m = 102.W, m., = 80 beträgt, so hat man: M =.(102 . W + 80). Die Gesammt-Energie, welche ein zweiachsiger Wagen vom Gewichte W Tonnen in sich aufspeichert, sobald er mit der Geschwindigkeit von c Meter per Secunde rollt, beträgt sonach:

\ c“

102 . W + 80 • —

/ 2

Meter-Kilogramm.

Durchlauft der freigelassene Wagen einen Weg von 5 Metern bis zum Stillstände, so ist dies ein Zeichen, dass auf diesem Wege dessen ganze Energie für Zwecke der Bewältigung der Bewegungswiderstände verausgabt wurde. Bezeichnet w den mittleren Widerstand während dieser Bewegung (welche mit der Geschwindigkeit c Meter pro Secunde beginnt und mit der Geschwindigkeit Null endigt) so beträgt die Arbeit des Bewegungswiderstandes: w.W.s Meter-Kilogramm. Es besteht sonach die Gleichung:

102 • W + 80

\ c*

I — = w • W • s / 2

aus welcher:

.    .    (33

(“+»•

sich ergibt. In dieser Formel bezeichnet also :

W . . den initiieren Widerstand der Bewegung in Kilogramm, welcher pro Tonne Wagengewicht entfällt;

W...das Gewicht des zweiachsigen Wagens in Tonnen;

C ...die Anfangsgeschwindigkeit der Bewegung in Metern pro Secunde;

S . . die Auslaufdistanz in Metern.

Beispiel: Geht man auf die Versuche der ungarischen Staatsbahnen zurück, von welchen in dem Beispiele zur Formel 32 die Rede war, so muss in Formel 33 die Geschwindigkeit c in Metern per Secunde durch die Geschwindigkeit v in Kilometern pro Stunde ersetzt, d. h. es muss gesetzt werden. Da der Verderber'sehe Versuchszug 16 Achsen hatte, und das Totalgewicht desselben 103 Tonnen betrug, so muss in die Formel 33 statt der Ziffer 40, die Ziffer 16 X 40 — 640 und \V = 103 Tonnen,' gesetzt werden. Werden diese drei Substitutionen ausgeführt, so geht die Foemel 33 über in:

w = 4-4 • —

setzt man in diese Formel die, den Geschwindigkeiten v — 20, 30, 40... entsprechenden Auslaufdistanzen, wie sie im Beispiele ad Formel 32 angeführt wurden, nämlich : s = 695‘65, 1200, 1828‘57 .... so erhält man die nachstehenden Werthe für die mittleren Widerstände der Bewegung, welchen Werthen vergleichshalber auch noch die Werthe des vorhergehenden Beispieles angereiht wurden:

l) Frank. Die Widerstände der Locomotiven und Bahnzüge, Wiesbaden 1886, pag. 33.

beträgt der mittlere Widerstand der Bewegung nach

Bei einer

Anfangsgeschwindigkeit von Kilometern pro Stunde

Formel 32

Formel 33

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht

O Q Q O O N CO LO D

2-3

3-0

3-5

4-25

5-0

2-0

3-3

3-8

4-7

5-5

welche n zweiachsige Wagen im Gesammtgewichte von W Tonnen in sich aufspeichern, sobald sie die Geschwindigkeit von c Meter pro Secunde haben, beträgt :

Die Arbeit A

„ = (l02W+80n)A    •

.    .    (34

Meter-Kilogramm. Die Arbeit Am hingegen, welche die Maschine in sich aufsammelt, sobald sie dieselbe Geschwindigkeit c besitzt und sammt ihrem Tender Q Tonnen wiegt, beträgt nach Frank:')

A,„ =(l02 . Q + 4Uo) • ~ •

.    .    (35

Meter-Kilogramm.

Handelt es sich um die Bewegung ganzer Züge, also eines Complexes, bestehend aus einer Maschine und einer Reihe von Wagen, so beträgt die mechanische Energie, welche ein solcher Zug in dem Augenblicke in sich angesammelt enthält, in welchem dessen Geschwindigkeit c Meter pro Secunde beträgt, Az Meter-Kilogramm, und es ist Az = Am-f-Aw oder:

z = j^l02(W+Q)-f 80

1 c*

. n + 400 • —

Meter-Kilogramm.

Beträgt die Bruttolast des Zuges (Maschine und Wagen) G Tonnen, so dass also : G = (Q + W), so hat man : A z = 100

Die pro Tonne Bruttolast entfallende Arbeit beträgt sonach :

^1*02 G -f- 0⁻8 n + 4j •

a = (^)=l00(¹-°² +

0'8 n + 4\ c" /’ 2

Meter-Kilogramm.

Erwägt man, dass für Züge von 50 Wagen im Gesammtgewichte von für Züge von 10 Wagen im Gesammtgewichte

500 Tonnen: a= 122 •

to ¹

im Mittel also : a = 11 2 ■

von 50 Tonnen: a= 102 •

Meter-Kilogramm

beträgt, und bedenkt, dass diese Arbeit ein Product ist aus der Gesammt-masse (rotirende und fortschreitende Masse) des Zuges in das halbe

') Die Widerstände der Locomotiven und Bahnzüge, Wiesbaden 1886, pag. 33.

Geschwindigkeitsquadrat, - so wird man für Ueb er sch lagsrechnungen die pro Tonne Zugsgewicht entfallende Masse mit m=112 annehmen können, während diese Masse m Rotation unberücksichtigt bleibt.

102 beträgt, falls die mechanische Arbeit der

Die Ermittlung der mittleren Bewegungswiderstände in der beschriebenen Art setzt voraus, dass die Anfangsgeschwindigkeit der Bewegung bekannt ist. Die Kenntniss der Anfangsgeschwindigkeit wird jedoch entbehrlich, sobald durch geeignete Vorrichtungen (Arbeits-Messer, Integratoren etc.) die Gesammtarbeit Am der frei laufenden Wagen gemessen wird. Da aber diese Arbeit nichts Anderes ist, als das Product des mittleren Widerstandes in den durchlaufenden Weg, so wird der Widerstand durch Division der Arbeit durch den Weg gefunden. Auf diese Art wurde der Bewegungswiderstand von Wagen vielfach ermittelt. So wurde beispielsweise der Widerstand der Wągen bei den 17,24 Versuchen gefunden, welche die Sächsische Staatsbahn¹) im Jahre 1884 durchgeführt hatte.

Hat man jedoch Vorrichtungen, welche die Messung der vollbrachten Arbeit gestatten, nicht zur Hand, und kennt auch die Anfangsgeschwindigkeit nicht, mit welcher die Versuchswagen den Lauf beginnen, so muss man erwägen, dass, sobald eine gleichförmig verzögerte Bewegung vorausgesetzt werden darf, die mittlere Geschwindigkeit v der Bewegung des

-- Meter pro Secunde beträgt, dass also die Anfangs-

Wagenzuges v = —

geschwindigkeit c stets doppelt so gross ist, als die mittlere Geschwindigkeit v. Diese letztere ist aber nichts Anderes, als der Quotient aus dem durchlaufenden Wege 5 in die hiezu verbrauchte Zeit t. Man hat sonach

2 s    /s \

v = —undmithin:c=--Mit Hilfe dieses Werthes erhält man w —~ 220 • I ,|>

t    t    Vtv

eine Formel zur Berechnung des mittleren Widerstandes.

Beispiel 1: Würde man wissen, dass ein frei gelassener Wagen zum Durchlauf eines Weges von 164 Meter die Zeit von 2 Minuten A 120 Secunden gebraucht habe, nach welcher Zeit er, in der horizontalen Geraden stehen blieb, so würde der mittlere Bewegungswiderstand

w — 220

164

' 120²

= 2-5

Kilogramm per Tonne Wagengewicht betragen.

Beispiel 2: In eine gerade horizontale Bahn werde ein Wagen mit einer solchen Kraft hineingeschleudert, dass er in Folge erhaltenen Stosses auf dieser Bahn einen Weg von 2 Kilometern durchlief, bevor er zum Stillstände kam. Zum Durchlaufen dieses Weges hat er eine Zeit von 7 Minuten gebraucht. Es fragt sich, wie gross der mittlere Widerstand der Bewegung war? Hier ist :

s = 2 X 1000 = 2000 Meter t = 7 X 60    = 420 Secunden

mithin :

2000

w == ²²⁰ ~^2qî — 2 5

Kilogramm pro Tonne Gewicht des Wagens.

Beispiel 3: Auf der Midland-Bahn in England wurden im Jahre 1875 Versuche mit Maschinen durchgeführt, und ergab es sich, dass, sobald die Anfangsgeschwindigkeit 15*1 Meter betrug, die Maschine einen Weg von 1974 Meter und bei der Anfangsgeschwindigkeit von 184 Meter

ł) Hoffmann. Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1884, pag. 174.

einen Weg von 2065 Meter durchlief, bevor sie auf der horizontalen Bahn zum Stillstände kam. Der Tender wurde nicht gebremst, der Dampf der Maschine aber abgesperrt und das Vehikel sich selbst überlassen. Es fragt sich, wie gross ist der Widerstand, welchen die Maschine überwunden hatte?

Auflösung : Professor Frank in Hannover berechnet das Verhaltniss des Trägheitsmomentes T zum Quadrate des Radhalbmessers, also die Grösse Tender auf circa 400 Kilogramm. Die mechanische Energie, welche eine Q Tonnen schwere Maschine, die im Augenblicke des Dampfabsperrens die Geschwindigkeit c Meter pro Secunde hatte, beträgt sonach :

G)

für Maschinen sammt

c²

(102 Q+ 400). —

Meterkilogramm. Bezeichnet n den Widerstand . der Maschine pro Tonne ihres Gewichtes, so beträgt der Gesammtwiderstand n> . Q Kilogramm ; da derselbe während des Weges s Meter wirkte, so ist die Arbeit, welche der Widerstand aufzehrt, w.Q.s Meter-Kilogramm. Man hat sonach die Gleichung (102 Q + 400) . S— = w . Q . s, aus welcher :

51Q + 200

Q.s

. c²= 51

(ïb?(î)

Meter sich ergibt. Veranschlagt man das Gewicht der Maschine sammt ihrem Tender auf zusammen 50 Tonnen, so ist:

w-= 51 ---j-

c² 200 c²

c²

50

— = 55 —

Diese Formel lehrt, dass der mittlere Widerstand der Maschine nach derselben Formel berechnet werden könne, wie der mittlere Widerstand bei Wagen nach der Näherungsformel, nämlich :

w = 55 •

(?)

Für den vorliegenden Fall, nämlich für die Geschwindigkeit 15T Meter, beträgt der per Tonne Gewicht entfallende Widerstand ^ 1974    ⁼ ® Kilogramm, für die Geschwindigkeit 18'1 Meter

dagegen

55X18-12 •

— 9 Kilogramm.

2. Beobachtung frei rollender Wagen in einem Gefälle.

Steht ein Wagen auf einem Gefälle von a°, so sucht die zur Bahn parallele Gewichts-Componente desselben den Wagen über das Gefälle herabzuziehen, während die zur Bahn winkelrechte Componente seines Gewichtes, den Wagen an die Schiene pressend, jenen Widerstand erzeugt, welcher dieser Abwärtsbewegung entgegenwirkt.

Wiegt der Wagen 1 Tonne, so beträgt die der Bahn parallele, den Wagen abwärts ziehende Schwerkrafts- Componente sin a Tonnen, oder 1000 sin a Kilogramm. Mit Rücksicht darauf, dass selbst für die steilste Adhäsionsbahn der Neigungswinkel a nicht grösser als 4° ausfällt (§. 17), der Sinus eines so kleinen Winkels aber bis in die vierte Décimale seiner Tangente gleich ist, mit Rücksicht also, dass sin 4° = tg . 4", kann man sagen, dass die den Wagen abwärts treibende Componente 1000./^" a Kilogramm pro Tonne des Wagen-Gewichtes beträgt. Da aber (Gleichung 21, §. 17):

2065

tga

1000

sobald 111 die Neigung der Bahn bezeichnet, so beträgt die den Wagen abwärts treibende Schwerkrafts-Componente :

1000 •

Kilogramm pro Tonne seines Gewichtes. Man sieht sonach, dass ein auf einer Steigung m°/₀o stehender Wagen mit einer Kraft nach abwärts gezogen wird, welche so viele Kilogramm pro Tonne seines Gewichtes beträgt, als die Steigung Millimeter pro Meter hat (§. 20).

auf die Distanz von 1000mm=lm. Die

mm

Die Arbeit bei Bewegung einer Tonne Last auf die Distanz von 1 m ist also gleichwerthig der Hebung eines Kilogramm um 1 mm, da 1 %o nichts Anderes ausdrückt, als die Höhe von 1 Kraft, welche einen Wagen von einem Gefälle von 10%o herabzuziehen sucht, beträgt sonach 10k& per Tonne seines Gewichtes. Die zweite Schwer-krafts-Componente, die winkelrecht zur Bahn wirkende Componente nämlich, beträgt cos a Tonnen, sobald der Wagen selbst 1 Tonne wiegt. Da aber für einen Winkel von a=4Grad, cos a= 1 ist, so beträgt diese Componente 1 Tonne, d. h. der Druck eines Wagens auf die Schiene bleibt ungeändert, ob der Wagen in der Horizontalen oder auf irgend einer Neigung der Adhäsionsbahn steht. Beträgt der Widerstand w Kilogramm pro Tonne Druck, so befindet sich ein über ein Gefälle von m°/oo frei rollender Wagen unter dem Einflüsse einer bewegenden Kraft K, wobei:

.    .    (36

K = (m—w) . .

Kilogramm beträgt. Hier bezeichnet:

K . . . die bewegende Kraft eines über ein Gefälle frei rollenden Wagens in Kilogramm pro Tonne seines Gewichtes;

111... Neigung der Bahn pro mille;

W. . .mittlerer Widerstand in Kilogramm pro Tonne Gewicht des Wagens.

Ist der Widerstand ebenso gross, wie die abwärts treibende Kraft, d. h. ist m = w, dann verschwindet die bewegende Kraft, es ist K = 0; der Wagen kann also über das Gefälle frei nicht herabrollen. Dies gibt uns ein Mittel an die Hand, den Widerstand zu bestimmen; man braucht nämlich durch Versuche nur jenes Gefälle herauszufinden, auf welchem der Wagen sich nicht mehr erhalten kann. Die Neigung dieses Gefälleä gibt den Widerstand an. Dass dieser Umstand zur Ermittlung des Bewegungswiderstandes verwerthet wurde, haben wir bereits gesehen (§. 20). Man kann ihn aber noch in einer anderen Weise für denselben Zweck ausbeuten. Man lässt von einem im Gefälle m°/oo willkürlich gewählten Punkte einen Wagen frei hinabrollen. Dessen Geschwindigkeit wird immer grösser und grösser werden, schliesslich wird der Wagen mit einer bestimmten Geschwindigkeit am Fusse des Gefälles ankommen. Schliesst sich hier an dasselbe eine horizontale Gerade an, so wird der Wagen mit dieser Geschwindigkeit seinen Lauf auf dieser Horizontalen beginnen und wird schliesslich irgendwo auf derselben zum Stillstände kommen. Durchlief der Wagen auf dem Gefälle einen Weg von s₁ Metern, so sammelte er während seines Laufes über dieses Gefälle, eine Arbeit von K.s₁ = (m — w). s, Meter-Kilogramm in sich auf und besass dieses Arbeitsvermögen im Momente, als er seinen Lauf über die Horizontale begann. Da der Wagen auf dieser Horizontalen einen Weg von s Meter durchlief, bevor er zum Stillstände kam, so musste sein Arbeitsvermögen durch die Widerstände der Bewegung in dieser Horizontalen aufgezehrt worden sein, d. h. es muss sein: (m — w).s₁==w.s, woraus:

- III •

s + s.

.    .    (37

sich ergibt, eine Formel zur Berechnung des Widerstandes. Hier bezeichnet.

W. . .Mittlerer Widerstand pro Tonne Wagengewicht in Kilogramm;

m. . .Neigung der Bahn;

S . . .Weg in Metern, welchen der Wagen in der Horizontalen durchlauft, bevor er zum Stillstände kommt;

S,. . .der im Gefälle durchlaufene Weg in Metern gemessen.

Beispiel: Ein Wagen wurde über ein Gefälle von 15%₀ herabgestossen und durchlief auf demselben bis zum Fusse einen Weg von 1000 Meter. Hier angekommen traf er auf eine horizontale Gerade, auf welcher er noch einen Weg von 5000 Meter zurücklegte, bevor er zum Stillstände kam. Es fragt sich, wie gross der Bewegungswiderstand in der Horizontalen war?

Hier ist s = 5000, s, = 1000, m — 15, mithin

• 15 = 2-5

1000

TÖ00 -F 5000

d. h. der Widerstand der Bewegung dieses Wagens betrug in der Horizontalen 2'5 Kilogramm pro Tonne seines Gewichtes. War der Wagen 8 Tonen schwer, so hatte er einen mittleren Widerstand von 2⁻5X 8 = 20 Kilogramm zn überwinden.

Wir bemerken, dass diese Methode der Bestimmung des Widerstandes viel zweckmässiger ist als alle bisher erwähnten Methoden, weil sie weder eine Zeit noch eine Geschwindigkeits-Bestimmung erheischt und eine einfache Anordnung des Versuches gestattet. Durch blosse Messung zweier Längen kann nach dieser Methode der mittlere Bewegungswiderstand ermittelt werden.

3. Ermittlung des Bewegungswiderstandes aus dem Wasserverbrauche der Maschine.

Es darf angenommen werden, dass die zur Erzeugung der Zugkraft in einer Locomotive verbrauchte Menge Dampf, also auch die verbrauchte Menge Wasser im geraden Verhältnisse zur ausgeübten Zugkraft stehe. Kennt man also die für eine bestimmte Leistung verbrauchte Menge Wasser, so wird man auch die Zugkraft, oder was numerisch dasselbe ist, den Widerstand bestimmen können.

Erfahrungsgemäss verbraucht eine Locomotive 12*5ks Dampf, respective Wasser pro Stunde und Pferdekraft. Dem Verbrauche von 1 ks Wasser pro

= 6 Meter-Kilogramm

75

Stunde entspricht sonach eine Leistung von

pro Stunde. Nun ist aber die Arbeit, welche aufgewendet werden muss, um auf einer 1 °/₀₀ ansteigenden Bahn 1 Tonne Last 1 ra weit zu führen, gleich-werthig der Hebung eines Kilogramm auf 1 1 Millimeter-Kilogramm. Der Arbeit von 1 Meter-Kilogramm wird also auf einer Bahn die Führung einer Tonne Last auf die Distanz eines Kilometers in der Steigung von l%o entsprechen. Jeder Millimeter Steigung entspricht also der Arbeit von 1 Meter-Kilogramm. Dem stündlichen Verbrauche von 1 ks Wasser entspricht sonach eine Steigung von 6%o. Wenn ich nun weiss, dass die Bewegung von 1 Tonne Last, auf die Distanz von 1km durch Aufwand von n Kilogramm (oder Liter) Wasser auf irgend einer Bahn erzielt wurde, so weiss ich zugleich, dass die thatsächlich geleistete Arbeit gerade so gross ist, als wenn 1 Tonne Last 1km weit über eine Steigung von 6 . n° oo befördert worden wäre.

12-5

mm

Höhe, also einer Arbeit von

Da aber, wie bereits nachgewiesen, die Steigung pro mille numerisch gleich ist dem Widerstande in Kilogramm pro Tonne bewegter Last, so ist ersichtlich, dass jede Tonne bewegter Last einen Widerstand von 6« Kilogrampi bewältigt hat, dass also dem Aufwande von 1 Liter Wasser pro Stunde, ein Widerstand von 6 n Kilogramm per Tonne Last entspricht. .

Selbstverständlich kann der Wasserverbrauch statt pro Liter in Stunden-Meter-Kilogramm, wie dies hier geschah, in Liter pro Kilometer-Tonne ermittelt werden.

So hat Frank¹ 2) durch Beobachtung der zwischen Avricourt und Strassburg verkehrenden Züge im Jahre 1879 gefunden, dass diese Züge

durchschnittlich — Liter Wasser (genauer 0*045 Liter) verbraucht haben,

sobald 1 Tonne Last 1 km weit über eine Steigung von l%o geführt wurde.

Da auf dieser Bahn ein 194 Tonnen schwerer Güterzug 32 Liter Wasser pro Kilometer Fahrt consumirt hat, so entfällt pro Tonne 1 km weit

32

beförderter Last ein Wasserverbrauch von -= 0*165 Liter für die Hori-

194

zontale. Da aber dem Widerstande von 1 ks pro Tonne Last ein Verbrauch

^ Liter Wasser entspricht, so betrug der Bewegungs-

/ 1

22

von 0*045 I nahezu —

widerstand des Zuges in der durchlaufenen Strecke

0*165

0*045

= 3*6ks pro Tonne

bewegter Last.

Aus der nachstehenden Tabelle sind die betreffenden Versuchsdaten zu entnehmen :

Güterzüge

Schnellzüge || Personenzüge ||

Gegenstand

Beobachtung der Fahrt bei

Ma

schine

allein

Ma

schine

und

Wagen

Ma

schine

allein

! Ma- |j schine | und

Wagen j|

.i, i Maschine schine allein

und i Wagen

Gewicht in Tonnen...............

Wasserverbrauch pro Kilometer in Lit. I! 26 Wasserverbrauch in der Horizontalen

pro Tonnen-Kilometer in Litern... 0’45 Wasserverbrauch in Litern pro Kilogramm Widerstand in der horizontalen Bahn...................

Widerstand in einer horizontalen, geraden Bahn pro Tonne in Kilogr.

58

86-8

26

00 JO »O

82-8

26

CO

CO CO

194-0

32

0-045

10

0-30    0-43    0-29

0-045    0-045    0-045

6-6    9-5    6-4 ‘

0-51

0'04ë

11-3

0-165

0-045

3-6

Professor Launhardt’¹') schätzt den Widerstand in der Horizontalen bei:

Güterzügen

auf 4 Kilogramm

Personenzügen Schnellzügen . pro Tonne bewegter Last.

6-5

)>

Nebenbei sei bemerkt, dass der Wasserverbrauch der Güterzüge nicht nur von deren Belastung, sondern auch davon abhängt, ob sie vorzugsweise aus beladenen oder vorzugsweise aus leeren Wagen zusammengesetzt waren. So schwankte beispielsweise bei den in Rede stehenden Versuchen der Wasserverbrauch pro Tonnen-Kilometer im ersten Falle zwischen 0-119—0426, im zweiten hingegen zwischen 0-192—0-209 Liter, während durchschnittlich 0165 in die obige Tabelle angesetzt wurde.

Hierbei wurde vorausgesetzt, dass die für 1 Tonnen-Kilometer ermittelte Menge verdampften Wassers ausschliesslich für die Fortschaffung des Zuges aufgewendet wurde. Dies ist jedoch nicht ganz zutreffend, es sind vielmehr die gewöhnlichen, nicht besonders verzeichneten Ueberleistungen, wie z. B. das Rangiren der Züge etc., und ganz besonders der jedesmalige Arbeitsverlust beim Anhalten, mit eingeschlossen. Der reine Widerstand wird daher etwas geringer ausfallen, als vorstehende Zahlen angeben.

Beispiel: Im Jahre 1879 verkehrten in der Strecke Colmar-Münster Güterzüge, deren Maschine 39 Tonnen, die Wagen hingegen 120-3 Tonnen wogen, so dass deren Gesammt-Durch-schnittsgewicht 159⁻3 Tonnen betrug. Die Locomotive verbrauchte, wenn sie leer fuhr, in der horizontalen Strecke 28 Liter pro durchlaufenen Kilometer, hingegen 69-4 Liter, wenn sie den Zug geführt hat. Es fragt sich, wie gross der Bewegungswiderstand dieser Züge war. Der Wasserverbrauch eines solchen Zuges beträgt pro Kilometer Fahrt auf horizontaler Bahn für die Wagen .... 120-3 X 0" 165=: 19⁻8 Liter

»    » Locomotive

28-0 »

Summa

47-8 Liter

Da auf der Steigung 69-4 Liter verbraucht wurden, so betrug der Mehrverbrauch (69-4—47-8)=21-6 Liter per Kilometer. Da der Zug 159-3 Tonnen schwer war, so betrug der Mehr-

2i-6

verbrauch aus Anlass des grösseren Widerstandes in der Steigung = 9-135 Liter pro Tonnen-

Kilometer. Der Bewegungswiderstand betrug sonach:

= 3 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht.

0435 0-045

§. 24.

Abhängigkeit des Bewegungswiderstandes von der Fahrgeschwindigkeit.

Den bisher beschriebenen Methoden der Bestimmung des Widerstandes haftet der Mangel an, dass sie den Zusammenhang nicht erkennen lassen, welcher zwischen dem Bewegungswiderstande und der Fahrgeschwindigkeit besteht, und dies ist ein grosser Uebelstand, da ja der Widerstand, wie dies beispielsweise aus der folgenden, auf Grund von Beobachtungen der Direction der preussischen Staatsbahnen (Jahre 1885 —1886) zusammengestellten Tabelle¹) zu ersehen, mit der Fahrgeschwindigkeit sehr wesentlich sich ändert:

Kilometern pro Stunde

Metern pro Secunde

Fahrgeschwindigkeit in

Widerstand des Zuges in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht

15

4-1

20

5-5

30

8-3

40

11-4

50

13-9

60

16-6

70

19-4

80

22-2

cóciócóówoói

0 Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1887, pag. 104.

Die Daten der vorstehenden Tabelle lassen zwar keinen Zweifel bestehen, dass der Bewegungswiderstand mit der Fahrgeschwindigkeit zunimmt, sie lassen aber den Zusammenhang nicht erkennen, welcher zwischen Fahrgeschwindigkeit und Widerstand besteht. Zu den Versuchen, welche einen solchen Zusammenhang erschliessen lassen, gehören vor Allem die zahlreichen Experimente der ehemaligen Köln-Mindener Bahn, welche in den Jahren 1866 —1869 gemacht wurden, und welche ergaben, dass der pro Tonne Gewicht der Wagen (also nicht des Zuges) entfallende Widerstand in der Horizontalen :

Wh = a + ß . c

Kilogramm beträgt, also eine Function der Fahrgeschwindigkeit ist.

In dieser Formel bezeichnet:

Wh- .den Widerstand auf horizontaler Bahn pro Tonne Wagengewicht in Kilogramm;

c . ..die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde; a, ß . . Coëfficienten, welche verschiedene Werthe haben, je nachdem die bewegten Wagen beladen oder leer sind, und zwar ist:

p_ (0-08412 (0-03072

0-778 0-946

der erstere der Werthepaare bezieht sich auf beladene, der zweite auf leere Wagen.

Der Widerstand eines aus leeren Wagen zusammengesetzten, mit einer Geschwindigkeit von 36 Kilometern pro Stunde verkehrenden Wagenzuges würde sonach, da c = 10 Meter ist, wh=:0'946-)-0'03072X 10=1‘25 Kilogramm pro Tonne Wagengewicht betragen.

Während die älteren Versuche ergeben haben, dass der Bewegungswiderstand der Züge von der Fahrgeschwindigkeit unabhängig ist, lehren die Versuche der Köln-Mindener Bahn, dass dieser Widerstand von der ersten Potenz der Geschwindigkeit abhänge. Aus den zahlreichen Versuchen, welche die französischen Ingenieure Vuillement, Guebhard und Dieudonné im Jahre 1868 veröffentlicht und auf der französischen Ostbahn durchgeführt haben¹), ergibt sich hingegen, dass der Bewegungswiderstand nicht nur von der ersten, sondern auch noch von der zweiten Potenz der Fahrgeschwindigkeit abhänge.

Die genannten Herren stellten nämlich für den Widerstand der Wagen auf gerader und horizontaler Bahn folgende 4 Formeln auf:

1. Für Wagen bei Güterzügen mit Geschwindigkeiten von 12 — 32km pro Stunde und Oelschmierung :

Wh = 1 ³65 + 0⁻05 . v

2. Für Wagen bei Personen- und gemischten Zügen, mit Geschwindigkeiten von 32 — 50kmpro Stunde:

• v²

wh== 1"8 + 0'08 v + 0-009

3. Für Wagen bei Personenzügen mit Geschwindigkeiten von 50 — 65km pro Stunde:

• v²

Wh= 1'8 + 0'08v + 0’006

4. Für Wagen bei Schnellzügen mit Geschwindigkeiten von 70km pro Stunde und darüber:

co

4-

toj

Io

wobei bezeichnet:

Wh. . .den Bewegungswiderstand der Wagen in horizontaler Bahn in Kilogramm pro Tonne Wagengewicht;

v....die Fahrgeschwindigkeit in Kilometern pro Stunde;

F . . .die Stirnfläche des Wagenzuges (5m'), in Quadrat-Metern;

Q ...das Gesammtgewicht des Wagenzuges (exclusive Locomotive und Tender) in Tonnen.

Der Widerstand eines mit 26'4 Kilometer pro Stunde verkehrenden Wagenzuges beträgt sonach laut der ersten der oben angeführten Formeln: wh = 1 -65-j-005X26⁻4 = 2-97 Kilogramm pro Tonne des Wagengewichtes. Die Geschwindigkeit eines mit 52 Kilogramm pro Stunde verkehrenden Wagenzuges von 180 Tonnen Schwere würde zufolge der dritten der vorstehenden Formeln :

= 1-8 + 0-08 X 52 + 0-006    - 52²= 6-41

Kilogramm pro Tonne Wagengewicht betragen, sobald in beiden Fällen F = 5 Quadrat-Meter angenommen wird.

wh

Die Methode dieser Versuche beruhte auf der Anwendung eines, an einem besonderen Wagen hinter dem Tender angebrachten Dynamomeiers, welcher die auf den Wagenzug ausgeübte Zugkraft graphisch darstellte. Da aber hiebei der Luftwiderstand, welcher von der vorausgehenden Locomotive aufgenommen wird, für den Dynamometer ohne Einfluss bleibt, so erhält man auf diese Art keine guten Resultate, und dies umso weniger, als die Zuverlässigkeit dynamometrischer Versuche .bei grösseren Geschwindigkeiten in Folge der wachsenden Vibration des Schreibstiftes sehr abnimmt.¹) Diesem Umstande ist es auch zuzuschreiben, dass die Genauigkeit der angeführten Formeln Manches zu wünschen übrig lässt, wie dies beispielsweise schon daraus zu ersehen ist, dass die mit dem Quadrate der Geschwindigkeit behafteten Glieder dieser. Formeln für die Geschwindigkeiten von 47, 57 und 70km pro Stunde fast denselben Werth für den Bewegungswiderstand liefern.

Fast gleichzeitig mit den Versuchen der französischen Ingenieure, jedoch -von denselben unabhängig, wurden auf der Lemberg-Czernowitz-Jassy Bahn über Anregung des damaligen Betriebs-Directors Dr. Heinrich Gintl Experimente über den Bewegungswiderstand der Züge angestellt.

Mir, als damaligem Verkehrs-Ingenieur der Gesellschaft, war Gelegenheit geboten, diese Versuche durchzuführen, was auch im Frühjahre des Jahres 1869 geschah.²)

Diese Versuche führten zu:

wh = 4 +

C²

50

.    .    (38

ü Frank. Die Widerstände der Locomotiven und Bahnzüge, Wiesbaden 1886, pag. 16. •) Gostkowski. Teorya ruchu kolejowego, Lemberg 1883, I. Bd., pag. 283.

Ct

als Ausdruck für den Bewegungswiderstand der Züge auf gerader horizontaler Bahn.

Hier bezeichnet:

Wh. . .den Widerstand der Bewegung ganzer Züge (Maschine und Wagen) auf horizontaler Bahn in Kilogramm pro Tonne bewegter Last;

C . . . . die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde.

Für eine Geschwindigkeit von 36 Kilometer pro Stunde = 10 Meter pro Secunde, liefert diese Formel einen Widerstand w = 6 Kilogramm pro Tonne bewegter Last.

Eine ähnliche Formel für den Bewegungswiderstand ganzer Züge auf einer horizontalen Geraden erhält man auf dem Wege, welchen Professor

A. Frank in Hannover in der früheren Eigenschaft als Eisenbahn-Maschinenmeister der Reichsbahnen in Elsass-Lothringen angestellt und im Jahre 1882 publicirt hat.¹)

Aus den bisher vorgeführten Formeln, sowie aus manchen anderen Untersuchungen') über den Bewegung§widerstand der Züge ist zu schliessen, dass dieser im quadratischen Verhältnisse der Geschwindigkeit wachsen wird. Dies muss aber zur Folge haben, dass der Widerstand bei grösseren Geschwindigkeiten recht gross ausfallen, ja, dass er der Schwerkrafts-Componente, welche den Zug über ein Gefälle herabzuziehen sucht, gleich werden kann.

So würde beispielsweise für die Geschwindigkeit von 20m pro Secunde der Bewegungswiderstand nach Formel 38:

CO

Kilogramm pro Tonne bewegter Last betragen, würde also gerade so gross sein, als die Schwerkrafts-Componente ist, welche einen Zug vom Gefälle 12%o herabzuziehen sucht (§. 23). Würde also ein Zug, der auf der Horizontalen die Geschwindigkeit von 20m pro Secunde (72km pro Stunde) erreicht hat, in ein Gefälle von 12%o ohne Dampf einlaufen, so würde dessen Geschwindigkeit in einem solchen Gefälle nicht mehr zunehmen, sie würde vielmehr während des ganzen Laufes im Gefälle auf der constanten Höhe von 20m verbleiben, weil die Kraft, welche den Zug zu beschleunigen sucht, gerade so gross- ist, wie die Kraft, welche einer solchen Beschleunigung entgegenwirkt.

Die Kenntniss dieser Verhältnisse kann nun für Zwecke der Ermittlung des Widerstandes verwerthet werden. Hat man nämlich auf irgend einem Gefälle die Erscheinung beobachtet, dass ein frei rollender Zug in demselben mit einer constanten Geschwindigkeit sich bewegt, so weiss man, dass die Stärke dieses Gefälles zugleich den Widerstand des Zuges angibt.

Auf diese Verhältnisse aufmerksam gemacht und sie für Zwecke der Berechnung des Bewegungswiderstandes praktisch verwerthet zu haben, ist das grosse Verdienst Frank’s in Hannover.

Meyer. Grundzüge des Eisenbahn-

b Frank. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1883. ²) Welkner. Die Locomotive, Göttingen 1859.

Maschinenbaues, Berlin 1883.

Dem Experimentator stand auf der Strecke Courcelles-Metz ein etwa 9 Kilometer langes Gefälle von 5%o zu Gebote. Auf diesem Gefälle wurden an möglichst windstillen Tagen Versuchsfahrten mit ganzen Zügen in der Weise eingeleitet, dass dem Zuge am oberen Anfänge der Steigung eine entsprechende Geschwindigkeit durch Zuhilfenahme der Dampfarbeit ertheilt wurde. Sobald die Fahrzeuge sich vollständig auf dem Gefälle befanden, wurde etwa 100 Meter von dem Beobachtungspunkte der Dampf abgesperrt und die Steuerung auf die Mitte gestellt und nunmehr durch Beobachten der Zeiten, in welchen kürzere Stücke der Versuchsstrecke durchlaufen wurden, die Geschwindigkeit an einzelnen Punkten derselben ermittelt.')

Jene Gefällsstrecken, auf welchen die constante Geschwindigkeit (Beharrungs-Geschwindigkeit) beobachtet wurde, gaben also das Maass für den Bewegungswiderstand. So wurde beispielsweise ermittelt, dass der zwischen Metz und Saarbrücken am 13. Juli 1880 verkehrende Personen -zug Nr. llo in einem Gefälle von 5%₀ die constante Geschwindigkeit von 13-7 Meter erreicht hatte, woraus folgt, dass der Widerstand dieses Zuges bei dieser Geschwindigkeit 5 Kilogramm pro Tonne seines Gewichtes betrug.

Um zu einem Gesetze des Bewegungswiderstandes zu gelangen, untersucht Frank, welche mathematische Form die Gleichung haben müsse, durch welche der Bewegungswiderstand eines ohne Dampf fahrenden Eisenbahnzuges auf einer horizontalen Bahn ausgedrückt werden könne, und leitet sodann aus seinen Versuchen die Coëfficienten ab, welche die angenommene Widerstandsgleichung haben müsse, falls sie ein Ausdruck der beobachteten Thatsachen sein solle.

Auf diese Art gelangt er zur Gleichung:

Wh =

|aM + 2-5 W + 0 1225 (r + z) c²j

. . (39

in welcher bezeichnet :

Wj, .. . den Bewegungswiderstand eines in einer horizontalen Bahn ohne Dampf rollenden Zuges in Kilogramm pro Tonne seines Gewichtes; M ...Gewicht der Maschine in Tonnen;'

W . . . Gesammtgewicht der Wagen in Tonnen;

C . . . .Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde ;

a, r . .Constante, deren Grösse aus folgender Tabelle zu entnehmen ist:

CO CO CD CO

Locomotive, bei welcher 2 Achsen verkuppelt sind

Z . . . .eine Constante, welche beträgt:

für einen Gepäckswagen........................

)) gedeckten Güterwagen..................

» offenen leeren Wagen ..................

-» beladenen Wagen................

» gedeckten Wagen, welcher einem offenen folgt

Für einen . Zug, welcher aus 9 offenen, 29 gedeckten und einem Gepäckswagen besteht, und welcher derart rangirt ist, dass hinter den offenen Wagen zwei gedeckte folgen, beträgt:

z = 1 -7 + 29 X 0*5+9 X 0’4+2"X 1 =21 *8.

Beispiel: Der Widerstand eines Zuges der 130 Tonnen wiegt, wovon 30 Tonnen auf die zweifach gekuppelte Maschine entfallen, und welcher Zug so zusammengestellt ist, das z=:20 aus-

9 Frank. Die Widerstände der Locomotiven und Bahnzüge, Wiesbaden 1886, pag. 20—49.

7*

falle, berechnet sich für eine horizontale Gerade, da hierM=30, W=100, a = 3'2, z=20, r=7 ist, der Widerstand mit w=2'66+0’026 . c- Kilogramm pro Tonne Gewicht, wobei c die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde bezeichnet. Würde dieser Zug mit einer Geschwindigkeit von 10 Meter pro Secunde (36 Kilometer pro Stunde) sich bewegen, so würde der Bewegungswiderstand in einem solchen Falle w=5⁻26 Kilogramm pro Tonne seines Gewichtes betragen, im Ganzen also sich auf 130X5'26 = 684 Kilogramm belaufen. So gross also müsste mindestens die durch die Locomotive zu entwickelnde Zugkraft sein, wenn dieser Zug mit der Geschwindigkeit von 36 Kilometer pro Stunde gefahren .werden soll.

Weiters muss der umfangreichen Versuche gedacht werden, welche die sächsische Staatsbahn im Jahre 1884 durchgeführt hatte.¹) Bei diesen Versuchen, deren Zahl 1724 betrug, wurden die Widerstände durch Indi-catoren gemessen. Bei jeder Versuchsfahrt, welche sich stets auf eine Gruppe von zumeist 4 Wagen bezog, war die im Apparatwagen durch einen Geschwindigkeitsmesser angezeigte Fahrgeschwindigkeit, ferner die vom Zählwerke des Indicators angegebene Grösse der am Zughaken geleisteten Arbeit (in Meter-Tonnen) und die Länge des proportional mit dem Wege ablaufende Papierstreifen gemessen worden. Auf letzterem erzeugten zwei Bleistifte über den entsprechenden Null-Linien das Widerstands- und das Geschwindigkeits-Diagramm, so dass aus der Fläche der ersteren die Widerstandsarbeit berechnet, und aus dem letzteren die an jedem Bahnpunkte stattgefundene Geschwindigkeit nachgemessen werden konnte.

Diese Versuche führten zur nachstehenden Formel:

Wh =

1-5 + 1 |o*72c . I + 0-018 (l + h) c²J

. . . (40

in welcher bedeutet :

Wj, . . den Widerstand in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht; ...mittlere Wagenlänge in Metern;

...Höhe der Wagenwände in Metern;

...Bruttogewicht eines Wagens in Tonnen; ...Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde.

Es ist für:

Personenwagen

co oi Ó oi

CO CO GN1 dl

'7

4^ © Ó Ol

Güterwagen

co oi © Ol

_ (9-5

q (16

Für einen schwer belasteten Güterzug, für welchen: 1=9, h=l-5, #=16 ist, erhält man für eine Fahrgeschwindigkeit von 10 Metern pro Secunde für den Widerstand in der Horizontalen 6'7 Kilogramm pro Tonne bewegter Last.

Zum Schlüsse soll noch der Versuche gedacht werden, welche Bau-director Rocki²) auf besonderen, in der Nähe des Bahnhofes München erbauten

') Hoffmann. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1885, pag. 204.

-) Röckl. Die Versuche der bayerischen Staatsbahnen, München 1880. Zeitschrift für Baukunde 1880, pag. 541. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens 1881, pag. 261.

Gleisen im Jahre 1877 durchgeführt und deren Ergebniss im Jahre 1880 publicirt hat. Diese Versuche wurden von der bayerischen Staatsbahn im grossen Maasstabe durchgeführt, und zwar unter Benützung von 8 wagrechten Gleisen von verschiedenen Halbmessern, vor welchen sich eine kurze Strecke in der Neigung von 1:16 befand. Ueber dieses Gefälle hinweg wurden geschlossene Gruppen von Wagen und auch Locomotiven in die horizontalen Versuchsgleise abgestossen. Die Zeitpunkte, an welchen die Fahrzeuge sich an irgend einem Orte auf den Versuchsgleisen befanden, wurden durch Vermittlung elektrischer, in 20m Entfernung von einander aufgestellter Stromschliesser mittelst eines Zeitschreibers aufgezeichnet, so dass die bis zum Stillstände durchlaufenen Wege (Auslaufdistanzen) als Function der Widerstände bestimmt werden konnten. Man war bemüht gewesen, den Zusammenhang des Widerstandes und der Fahrgeschwindigkeit durch eine algebraische Formel darzustellen, und gaben unter den vielen empirischen Formeln, welche versucht wurden, um die Ergebnisse der 1230 durchgeführten Versuche darzustellen, die folgenden zwei die beste Uebereinstimmung:

wh =_ 2'5 + 0-00021 . v³

wh = 5 + 0-00021 . v³

von denen die erste den Widerstand der Wagen, die andere hingegen den Widerstand der Locomotiven ausdrückt. Hiebei bezeichnet v die Fahrgeschwindigkeit in Kilometern pro Stunde, wh den Widerstand pro Tonne bewegter Last in Kilogramm in der Horizontalen.

Man sieht, dass in diesen Formeln die dritte Potenz der Fahrgeschwindigkeit vorkommt, während die Glieder mit der ersten und zweiten Potenz, wie sie in den Formeln von Vnillement, Guebhard und Dieudonné enthalten sind, hier nicht erscheinen. Das Vorkommen der Glieder mit der dritten Potenz ist sehr auffallend, da weder der Luftwiderstand, noch die in Folge von Stössen auftretenden Widerstände mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit zunehmen. Auch weichen die angeführten Resultate von der Wirklichkeit oft wesentlich ab. Aber selbst wenn dieselben weniger auffallende Abweichungen zeigen würden, so müsste man doch einwenden, dass die auf die besprochene Weise erzielten Bewegungen der Wagen wohl mit den beim Rangiren vorkommenden Fahrten übereinstimmen, aber von vornherein wesentlich anderen Bedingungen unterworfen sind, als die auf freier Strecke sich bewegenden und von ihren Locomotiven in Dampf beförderten Züge, weil hier ein grosser Theil des Luftwiderstandes von der Locomotive aufgenommen wird, während bei einzelnen Wagen oder kleinen Wagengruppen die volle Stirnseite des vorderen Wagens in Betracht kommt und deshalb der Widerstand pro Wagen sehr gross ausfallen muss.¹)

Beispiel: Wie gross ist der Bewegungswiderstand eines 130-5 Tonnen schweren Zuges, der mit einer Geschwindigkeit von 13-7 Metern verkehrt und dessen Locomotive 54'8 Tonnen wiegt?

Die Geschwindigkeit 13-7 Meter=49-3 Kilometer pro Stunde. Das Gewicht des Wagenzuges beträgt 130-5 — 54'8 = 7ö'7 Tonnen; für diese Werthe gibt Röckl’s Formel:

wh = 2-5+ 0-00021 . (49-3)³ = 30-2 wh— 5 + 0-00021 . (49-3)³ = 27-7

0 Frank. Die Widerstände der Locomotiven und Bahnzüge, Wiesbaden 1886, pag. 17.

Kilogramm pro Tonne; der erster Werth bezieht sich auf Wagen, der zweite auf die Locomotive. Der Gesammtwiderstand des fraglichen Zuges beträgt sonach: 3O2x75⁻7-j-27-7X54‘8 = 3804 Kilo-

= 29 Kilogramm. Da Frank für den Widerstand dieses

gramm pro Tonne Zugsgewicht, daher

3804 13(>5

Zuges unter denselben Verhältnissen 5 Kilogramm Widerstand fand, und diese Angabe zweifellos richtig ist, so muss gefolgert werden, dass die Formel Röckl’s, welche einen fast 6mal grösseren Werth für diesen Widerstand gibt, unmöglich richtig sein könne. Da es sich gezeigt, dass Röckl’s Formeln auch für Güterzüge zu grosse Widerstände geben, und Herr Röcht seine Formeln für Eisenbahnzüge nicht für anwendbar erklärte, so können dieselben nur noch ein historisches Interesse haben.

§. 25.

¹

)    Wähler. Centralblatt der Bau-Verwaltung, 1882, pag. 360.

²

)    Brosius und Koch. Schule für den äusseren Eisenbahn-Betrieb, 1881, I. Theil, pag. 319.

³

De la résistance des trains et de la puissance des machines. Paris 1868.

Zusammenstellung der Formeln.

Im vorhergehenden Paragraphe wurden einige Methoden beschrieben, nach welchen der Widerstand der Eisenbahnzüge sich bestimmen lasse. Im Nachfolgenden soll eine Zusammenstellung der wichtigsten Formeln gegeben werden, zu welchen Versuche geführt haben. Um über die vielen Formeln, welche seitens der Bahnverwaltungen zur Bestimmung des Bewegungswiderstandes der Züge verwendet werden, einen Ueberblick zu erlangen, glaubte ich dieselben in 5 Gruppen eintheilen zu sollen, und zwar soll enthalten:

Gruppe I: Ausdrücke, welche die Fahrgeschwindigkeit nicht enthalten.

Gruppe II: Formeln, welche die Fahrgeschwindigkeit in erster Potenz enthalten.

Gruppe III: Formeln, welche die Fahrgeschwindigkeit in zweiter Potenz enthalten.

Gruppe IV: Formeln, welche die Fahrgeschwindigkeit in dritter Potenz enthalten.

Gruppe V: Formeln, welche die Fahrgeschwindigkeit sowohl in erster, als auch in zweiter Potenz enthalten.

In sämmtlichen Formeln wurde die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde ausgedrückt und bedeutet in denselben:

Wh . .den Widerstand der Bewegung in horizontalen Geraden, pro Tonne bewegter Last, in Kilogramm;

C. ... Geschwindigkeit der Fahrt, in Metern pro Secunde; f.... Stirnfläche des Wagens, in Quadrat-Metern;

II. ...Anzahl der Wagen im Zuge;

F ... Querschnitt des Zuges, in Quadrat-Metern (gewöhnlich F = 5m2); Y...Volumen des Zuges, in Cubikmetern;

M . . Gewicht der Maschine, in Tonnen;

W. .. Gewicht aller Wagen im Zuge, in Tonnen.

CO

Anmerkung

gilt blos für Wagen allein.

gilt nur für Wagen ohne Maschine.

für Wagen und Tender.

» Eilzugs-Locomotiven.

» einfach gekuppelte Locomotiven.

» zweifach

für Schnellzüge,Geschwindigk. 18mp. Sec. » Personenzüge,

» Gemischte Züge,

» Güterzüge

15»

«01

5 5 m pro Secunde 8-3 »    »>    »

11-4 »    »    »

13-9 »    »

16-6 »    »    »

19-4 »    »

22-2 »    »    »

für ganze Züge für die Geschwindig- \ keit von

für Wagen allein.

für Maschinen allein.

für Wagen allein und Geschwindigkeiten bis 8m pro Secunde.

Gruppe I.

2-5

3-57

CD CO ÖC) ¹—¹

N CD O O CD cp O CO 00 CO LO CD

00 00 O 02 O CO 00

ę] co rh cb u- oo_

Gruppe II.

Wh

wh

1 + 0-36 . c

Wh

Wh = 7-25 + 0-57 . c

Wh — 1 '65 -f- 018 . c

Name

der Formel

Sub-Commis-sion f. die Revision des §. 185 d. techn. Vereinbarungen 1885

Direction für Staatseisenbahn-Betrieb

in Oesterreich

Wilfert

Hessische

Ludwigsbahn

Preussłsche

Staatsbahn

Braunschweig-sche Bahn

Redtenbacher

Vuillement, Guebhard, Dieu-donné

Anmerkung

für Personenwagen.

Beide Formeln gelten nur für Wagen allein. ...Die erstere hievon ist älter.

für Maschine und Wagen, also für Züge.

für Maschine und Wagen, also für Züge.

allein.

für Züge bei gutem Wetter.

»    »    » schlechtem Wetter.

leere Wagen.

halb verladene Wagen.

vollbeladene Wagen.

allein.

für Züge.

für

für Maschine und Wagen, also für Züge.

für ungekuppelte Maschinen sammtTender. » 2fach gekupp.    »    »    »

» 3 »    »    »    »    »

» Wagen allein.

» Maschine und Wagen, also für Züge.

für Züge :

6 ungek.

8 zweifach gek. 12 dreifach »

14m p.Sec.

a=

19 »    »

üb. 19 »    »

Formel

Gruppe II.

wh = 1-8 + 0-298 . c

0-946 + 0-0,307 . c 0-778 + 0-0841 . c

= l'AV

G r u p p e III.

wh = 4-2 + 0-031 . c²

wh = 3-62 + 0-00366 . c²

Wh

S Cî 0* N ffl

O O O O O

_ 12-50 + 0-0129 13-75 + 0-0194

wh

11-94 + 0-0195 wh = < 1-82 + 0-0118 11-62 + 0-0097

Wh = 2-5 + 0-0144 . c²

2-136 + 0-01 . c²

Wh

** : o

° ic

W|,

5-36 + 0-052 7-14 + 0-052 10-71 + 0-052

3- 12 + 0-010

4- 02 + 0016

Wh = <

fa + 0-0570 . c2 wh — { a + 0-0388 . c2 [a + 0-0259 . c²

Name

der Ęormel

Łopuszański [I

Köln-Mindencr

Bahn

Altfranzösische

Formel

Clark

Baumeister

Fink

Schwarzl

Sächsische

Staatsbahn

Gostkowski

Welkner

Koch

Anmerkung

für Züge :

6 für 2fach gekuppelte Maschinen. 7-14 » 3 »    »    »

a.—

Die erste dieser beiden Formeln gilt für Personenzüge, die zweite für Güterzüge. In beiden Formeln bezeichnet:

a=J³'²

Ï7

3-9

Gl p u p p e III.

I - i

\M + Wj

+ 3-57

IV

(a +0-0518 . c²)

wh —

Name

der Formel

Direction für Staatseisenbahn-Betrieb

in Oesterreich

0-5

Die oberen Werthe für a und r gelten für2fach gekuppelte Maschinen, die unteren für 3fach gekuppelte.

« ist eine Constante und beträgt für: jeden Gepäckswagen

» gedeckten Güterwagen » offenen leeren Wagen »    » beladenen Wagen . . . 0-4

» gedeckt. Wag.,der ein. offenen folgt DO Beispiel: Für einen Zug, bestehend aus 1 Gepäckswagen, 27 gedeckten, 9 offenen und 2 gedeckten Wagen, ist unter Voraussetzung, dass die Wagen in der angegebenen Reihenfolge in den Zug ein-rangirt werden :

z= 1-7+29x0-5+ 9 X0-4 + 2X 1=21-8

1 033 für Pers.-Z, . _ (51 für Pers.-Z.

D040 » Güterz. 157 » Giiterz.

D617 für Schnellzüge zu 20 Achsen.

1-862 » Pers.-Züge » 28

3- 850 » Güterzüge

4- 850 » »

51 + a . M + 2-5 W + 01225 (r + z) c²

1-033 M + W

= ’lA\

D7

1-0

57 + a . M + 2-5W+ 0-1255 (r + z)c²

b + 3-2 M + 2-5 W + s . c²

» 74 » 100

Gruppe IV.

j für Wagen allein.

» Maschinen allein.

2-5 + 0-0098 . c3 5 + 0-0998 . c³

Gruppe V.

für Züge.

(m + w)

wh =

1-04

wh =

A\+ W

- = ''AV

Wh — 2-72 + 0-3334 . c + 0-0627 •

Frank

Dr. Mecklenburg

Röckl

Harding

Anmerkung

0-228

0-228

0-504

Die Formeln gelten für Wagen, welche befördert werden im :

1. Falle mit Zügen von 32—501cm p. Stunde

3.    »

0-1166

0-0777

0-0518

••

» 50—65 » »

» 70 und darüber.

für Wagen allein.

» Locomotiven allein.

für Züge.

für Züge.

» lfach gekuppelte Maschinen.

» 2 » » »

für Züge :

8-7 für ungekuppelte Maschinen. 11-9 17-1 »

für Züge.

für Züge.

für Züge.

für geheizte Maschinen:

|2 für Personenzug-Maschinen. <3 » Schnellzug-Maschinen. \6 » Güterzug-Maschinen.

. c²

/ A\ + IM \ \ J ■ V + 4/

Os

Formel

Gruppe V.

■ c²

(?)

wh = 1-8 + i . c + k •

1-75 + 0-198 . c + 0-0026 . c2 1-40 + 0-216 . c + 0-0104 . c²

+ 0-0704 .

M +W

_i--. M • c²

M + c 107

wh =

• (₈o-8IS0-0 + s) + (^^)zo-t0I0-0 + 8-

■ (° ’ 5119-0 + SZ-z) +    ‘ LLO-O + 11 -g) =

+    -f- 0-090 . c²^ •

Is

CD

CD

Is

AY + IM

(o • 81-0 + Q9-l) =

lO

''T

co

co

wh

wh

00

JS

£

Wh

= 2-68 + 0-0185.c + 0-000124-    • c² + ^2‘23 + L38. c)

wh = 3-55 + 0-54 . c — 0-05832 . c² + 0‘24 . c³

Q — Gewicht der Locomotive in Tonnen

(a + 0-26 c) Q + c²

wh — -

■Uv

Name

der Formel

Vuillement, Guebhard, Dieu-donné

Graef

Redtenbacher

Hessische

Ludwigsbahn

Elberfelder Bahn

Rlihlmann

Gooch und Sewell

Jähns

Middelberg

Die stattliche Reihe der angeführten Widerstandsformeln lehrt, dass, obwohl die Eisenbahnen über Erfahrungen eines halben Jahrhundertes gebieten, die Frage der Ermittlung des Bewegungswiderstandes der Züge, der definitiven Erledigung doch noch nicht zugeführt wurde. Wir sind noch recht weit davon entfernt, eine allgemeine Formel für den Bewegungswider-stand der Züge construiren zu können, und werden angesichts der vielen Umstände, welche bei derlei Ermittlungen zu berücksichtigen sind, wohl nicht sobald in die Lage kommen, es thun zu können. Unsere Widerstandsformeln sind gegenwärtig eben nichts Anderes, als der Ausdruck von Resultaten, welche durch Versuche in speciellen Fällen erzielt worden sind. Da es aber der speciellen Fälle Legion gibt, so wird auch deren jeweiliger Ausdruck, d. i. die Widerstandsformel, jedesmal anders ausfallen müssen.

Würden wir die Wirkungsweise aller Factoren kennen, welche auf die Grösse des Widerstandes Einfluss haben, und würde uns die Art der Wirkung derselben genau bekannt sein, so könnten wir das Gesetz erschlossen, welches sie befolgen, d. h. wir würden zu einer allgemein gütigen Widerstandsformel gelangen. Da wir aber nicht alle Factoren kennen, welche den Widerstand bedingen, ja sogar in vielen Fällen uns das Gesetz unbekannt ist, nach welchem manche der bekannten Factoren wirken, so bleibt nichts Anderes übrig, als aus den Versuchen eine Nälierimgsformel abzuleiten, welche Werthe für den Widerstand gibt, die den durch Versuche erhaltenen Werthen sich möglichst genau anschliessen. Um zu einer solchen Formel zu gelangen, muss vor Allem festgestellt werden, was für einen Bau dieselbe haben wird. Um in dieser Richtung klar zu sehen, muss Nachstehendes erwogen werden.

Wenn eine Locomotive ihren Zug mit einer geringen Geschwindigkeit bewegt, so dass der Luftwiderstand vernachlässigt werden kann, so wird, wie dies Profesor Frankl) in Hannover gezeigt hatte, der Widerstand der Bewegung in überwiegender Weise von der durch das Gewicht des Zuges verursachten Reibung abhängen, und wird sonach der Werth dieses Widerstandes für einen bestimmten Zug eine constante Grösse sein, deren Werth a Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht betragen soll. Nimmt die Geschwindigkeit der Bewegung zu, so wird sich sofort auch der Luftwiderstand geltend machen. Dieser hängt aber, wie angestellte Versuche lehren, von der Grösse der, der Luft dargebotenen Fläche (welche ihrerseits von der Länge oder vom Gewichte des Zuges abhängt) und von dem Quadrate der Fahrgeschwindigkeit ab. Da man annehmen kann, dass auch die Grösse der Vertical-Schwankungen, welche während der Bewegung auftreten, mit dem Quadrate der Fahrgeschwindigkeit zunimmt, so werden auch die dadurch verursachten Reibungsarbeiten in diesem Verhältnisse wachsen. Dasselbe gilt auch von den, in Folge horizontaler Abweichungen auftretenden Seitenschwankungen und den damit verbundenen Reibungsarbeiten. Schliesslich ist noch zu erwähnen, dass auch die in Folge »flacher Stellen« der Räder, sowie durch unvollkommen elastische Unterstützung der Schienen auftretenden Stosswirkungen herbeigeführten Kraftverluste mit dem Quadrate der Fahrgeschwindigkeit zunehmen.

Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1883, pag. 4.

Berücksichtigt man diese, durch Professor Frank hervorgehobenen Momente, so gelangt man zur Einsicht, dass die Formel, welche den Bewegungswiderstand eines in einer horizontalen Geraden bewegten Zuges darstellen soll, nothwendig ein constantes (von der Fahrgeschwindigkeit freies) Glied, sowie ein Glied enthalten muss, welches das Quadrat der Fahrgeschwindigkeit enthält.

Der Widerstand wjr eines in einer horizontalen Geraden bewegten Zuges wird sonach wj₁=a + ,ß.u² Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht betragen, wobei a und ß Coëfficienten bezeichnen, deren Grösse durch Versuche festzustellen ist, während u die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde darstellt.

Aus dem Dargelegten folgt also, dass Widerstandsformeln, welche einen anderen Bau haben, als die obige Formel, die also die Fahrgeschwindigkeiten in erster, dritter oder erster und zweiter Potenz enthalten, nicht berechtigt sind, dass also unsere Wahl auf die Formeln der Gruppe III sich zu erstrecken haben wird.

Von diesem Gesichtspunkte geleitet, hat Professor Frank versucht, die zumeist sonst angewendeten Formeln der Ingenieure Vuillement, Guebhard und Dieudonné, wie sie in Gruppe V aufgeführt erscheinen, auf die obgedachte typische Form Wh=a+ß.u² zurückzuführen, und zeigte, dass man nahezu dieselben Resultate erhält, wenn man statt der dort angegebenen die Formel:

Wh — a -f CP648

(w)

• u²

verwendet, wobei für Wagen, welche mit Güterzügen bewegt werden, a — 4, dagegen für Wagen, welche mit Personenzügen bewegt werden, a = 3’4, zu setzen ist, und 2 und W die in der Tabelle angegebene Bedeutung haben.

Die Frank’schen Formeln zu Grunde legend, hat Dr. Mecklenburg*) in Hannover die Widerstände berechnet, welche die Züge zu bewältigen haben, sobald sie in einer geraden horizontalen Bahn verkehren. Die diesbezügliche Widerstandsformel wurde in der vorherigen Tabelle unter dem Namen Mecklenburg angeführt. Die Annahmen, welche Dr. Mecklenburg seiner Berechnung zu Grunde gelegt hat, sind aus der folgenden Zusammenstellung zu ersehen:

Gattung

Anzahl

des

der

Zuges

Achsen

Luft- I Gewicht der : Gewicht der widerstand j Maschine Wagen I in Tonnen I in Tonnen 1

Maximale Fahrgeschwindigkeit in Metern pr. Secunde

Schnellzüge

Personenzüge

Güterzüge

20

28

74

100

P617

1-862

3- 850

4- 850

57-18

60-16

67-27

70-52

94-0

131-6

388-5

525-0

20-83

15-28

8-33

6-94

Frank’s Formel lässt sich bedeutend vereinfachen, sobald man in dieselbe gewisse, aus der Praxis abgeleitete Durchschnittswerthe substituirt. Sie wird dann zwar nur für diese Werthe richtig sein, da dieselben aber eben. Mittelwerthe sind, so wird man durch eine derartige Substitution eine für mittlere Verhältnisse brauchbare Näherungsformel erhalten.

b Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1883, pag., 137.

Substituirt man nämlich in die für Güterzüge gütige Formel Frank’s: M — 68, W = 160, F = 5, r^7, z = 17'5, b = 57, so wird:

s—0-F225 (r2)= 3,

M-fW

0-7,

0-29

und man erhält sodann die Näherungsformel:

wh = 3-l +

II²

70

.    .    (41

als den mittleren Werth für den Bewegungswiderstand eines Zuges in einer geraden horizontalen Bahn.

In dieser Näherungsformel bezeichnet:

Wh • • den mittleren Bewegungswiderstand eines Zuges (Wagen und Maschine) in Kilogramm, welcher auf eine Tonne Zugsgewicht entfällt;

11. . die mittlere Fahrgeschwindigkeit des Zuges in Metern pro Secunde.

Die obige Formel kann man stets anwenden, sobald es sich um Ueber-schlags-Rechnungen handelt; für genauere Ermittlungen muss Frank’s Formel zur Anwendung kommen.

Um einen Ueberblick zu erhalten, inwieferne die Formeln, welche in den Tabellen auf Seite 103— 106 enthalten sind, von einander abweichen, wurde nach denselben der Widerstand eines solchen Zuges berechnet, bei welchem M=68, W=160, F = 5, r==7, z = 17*5, b = 57, s = 3, und enthält die nachfolgende Tabelle die bezüglichen Resultate.

Name der Bahn oder des Autors der Formel

Fahrgeschwindigkeit des Zuges in Metern pro Secunde

to

12

14

16

18

20

Clark ..............

Franz Josefs-Bahn , . . i Sächsische Staatsbahn. Vuillement, Guebhard, Dieudonné ........

Frank ..............

Näherungsformel Nr. 41 j Braunschweiger Bahn Direction für Staatseisenbahnbetrieb in Oesterreich .......

3-75

2-96

3-02

2-73

3-58

3-61

3-16

4-78

3-85

3'99

4-15

4-34

332

3-42

3-09

3-97

3'79

3-94

4-44

4-48

4-01    4-53

3-88

5-20

4-60

4-36

4-57

5-06

5-09

5-16

5-32

5-03

5-32

9-69

5-82

5-90

6-04

4- 55

5- 81

4-80

5-08

648

11-59

6-66

6-76

6-76

6-68

7-66

747

8-26

13-67

12-52

7-61

7-72

7-48

8-68

8-53

8-20

Fink...............

Siebenbürger Bahn . . .

Gostkowski........

Harding...........

Hess. Ludwigs-Bahn Altfranzösische Formel

Rühlmann...........

Elberfelder Eisenbahn .

4-44

4-45

4-72

4-80

5-25

5-32

6-74

7-80

4- 99

5- 05

5-74

5-69

5-70

5-28

5-52

5-88

6-18

7-32

8-78

6-00

6-25

6-68

7-30

8-75

9-97

6-40

6-54

6-56

6-88

7-00

7-56

8-66

10-21

11-37

7-18

8-08

9-10

7-55

7-57

7- 92 • 7-75

8- 82

10- 27

11- 69

12- 97

8-72

8-74

9-12

8-51

10-16

12- 14

13- 17

14- 77

12-04

10-07

10-48

7-29

11-67

11-24

14-69

16-80

10- 24

11- 51

11- 55

12- 00 10-09 13-37 16-60 16-22 22-93

Für den Widerstand eines Zuges, welcher mit 10 Metern Geschwindigkeit in einer horizontalen Geraden sich bewegt, liefert also die Formel Frank’s 4-48 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht, während die Näherungsformel 41 hiefür 4-53 Kilogramm gibt.

Widerstand in gerader aufsteigender Bahn.

So lange ein Zug auf horizontaler Bahn sich bewegt, steht das Gleis derselben unter einem normalen Drucke, welcher gleich dem Gewichte des Zuges ist, und dieser Druck ist es, welcher im Vereine mit der Reibung den Widerstand in der Horizontalen hervorbringt. Tritt der Zug jedoch in eine ansteigende Bahn, so zertheilt sich dessen Gewicht in zwei Com-ponenten, von denen die eine, parallel der Bahn wirkend, das Bestreben hat, den Zug über das Gefälle abwärts zu ziehen, während die andere, winkelrecht zur Bahn wirkende Componente jenen Druck darstellt, der nunmehr den Widerstand hervorbringt.

Da eine Componente nothwendig kleiner sein muss, als die Kraft, durch deren Zerlegung sie entstand, so folgt, dass der normale Druck auf die Schiene in einer ansteigenden Bahn geringer sein müssen wird, als der Druck in der Horizontalen, dass daher der eigentliche Widerstand in der ansteigenden Bahn kleiner sein wird, als in der Horizontalen. Berücksichtigt man jedoch, dass zu diesem kleineren Drucke in der aufsteigenden Bahn noch jene Kraft-Componente hinzutritt, welche den Zug abwärts zu ziehen sucht, welche Kraft-Componente nicht bestand, als der Zug in der Horizontalen sich bewegte, so gelangt man zur Einsicht, dass die Summe dieser beiden, der Bewegung nach aufwärts entgegen wirkenden Kräfte, das heisst, der Widerstand in der Steigung nothwendig grösser sein müsse, als der Widerstand in der Horizontalen.

Wie gross aber der Widerstand in einer um den Winkel a aufsteigenden Bahn ausfällt, lässt sich sofort ermitteln, sobald die Grösse der beiden Gewichts-Componenten des in einer solchen Bahn aufwärts fahrenden Zuges bekannt sind.

Wiegt der Zug 1 Tonne, so beträgt die, der Bahn parallel gerichtete, also den Zug abwärts ziehende Componente sin a Tonnen, oder 1000 . sin a Kilogramm, während die winkelrecht zur Bahn wirkende, also den normalen Druck auf die Schiene verursachende Gewichts-Componente cos a Tonnen beträgt. Da nun der Widerstand nach einer der im vorigen Paragraph angeführten Formeln ermittelt werden kann, und wj,t Kilogramm pro Tonne Druck beträgt, so wird der eigentliche Widerstand in der ansteigenden Bahn nur mehr Wh . cos a Kilogramm pro Tonne dieses Druckes betragen. Der Gesammtwider-stand, welcher der Bewegung des Zuges nach aufwärts entgegenwirkt, beträgt sonach: ws = (1000 .sin a + Wh cos a) Kilogramm pro Tonne Gewicht des Zuges.

Berücksichtigt man jedoch, dass der Neigungswinkel einer Adhäsionsbahn selbst im günstigsten Falle 4U nicht übersteigt (§. 17) und dass für diesen Winkel, bis auf die vierte Decimalstelle genau sin a. — lg a und cos a=l gesetzt werden kann, so wird der Widerstand in der ansteigenden Bahn ws = (wh -+- 1000 . tg . a) Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht betragen.

Bezeichnet m die Neigung der Bahn in Millimetern pro Meter, oder m

und daher

1000

sei pro mille ausgedrückt, so ist (§. 17, Formel 21) tg a

der Gesammtwiderstand ws in der ansteigenden Bahn :

W₈ = (m + Wh) .    .    .

eine Formel, in welcher bezeichnet :

Ws.... den Gesammtwiderstand in einer ansteigenden Bahn, das heisst, ein Widerstand, der zu bewältigen ist, sobald der Zug aufwärts geht, ausgedrückt in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht; Wi,....den Widerstand in horizontaler gerader Bahn in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht, welcher Widerstand also nach einer der im §. 25 angegebenen Formeln zu berechnen ist; m . . . .die Neigung der Bahn pro mille.

Der Widerstand in der Steigung ist also gegen den Widerstand in der Horizontalen um so viele Kilogramme pro Tonne Zugsgewicht grösser, als wie viele Millimeter die Bahn pro Meter ansteigt, das heisst: er ist um die der Bahn parallel abwärts wirkende Schwerkrafts-Componente gewachsen.

Man nennt daher diese der Bahn parallel wirkende, den Zug abwärts ziehende Gewichts-Componente den additionellen Widerstand der Steigung. Dieser beträgt also nt Kilogramme pro Tonne Zugsgewicht, das heisst, so viele Kilogramme, als die Steigung pro mille zeigt (§. 23, pag. 92).

Substituirt man in die Formel 42 den Werth (Formel 41):

u²

wh

7"

so erhält man :

u²

\vs = 31 + m + — •

70

.    .    (43

eine Näherungsformel für den Bewegungswiderstand in einer geraden aufsteigenden Bahn.

In dieser Formel bezeichnet:

Ws.... den Widerstand in einer aufsteigenden Geraden in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht;

111 ... . Steigung in Millimetern pro Meter Gleislänge, oder die Steigung pro mille.

Beispiel: Wie gross ist der Bewegungswiderstand in einer 15 pro mille ansteigenden geraden Bahn, sobald die Fahrgeschwindigkeit des Zuges 20 Meter pro Secunde beträgt? Die vorstehende Formel liefert:

20²

w, = 31 + 15+— =23-8

70

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht; für einen 100 Tonnen schweren Zug würde sonach der Bewegungswiderstand 2380 Kilogramm betragen

§. 27.

Widerstand in gerader absteigender Bahn.

Bewegt sich ein Zug in einem Gefälle m pro mille, rollt also abwärts, so zerlegt sich dessen Gewicht genau in derselben Weise, wie dies in der Steigung der Fall gewesen (§. 26). Es tritt nämlich zu dem Widerstande Wh, dessen Grösse in §. 25 bestimmt wurde, noch die den Zug abwärts treibende Componente, welche m Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht beträgt (§. 23). Diese abwärts ziehende Kraft wirkt jedoch der Bewegung des Zuges nicht mehr entgegen, wie dies in der Steigung der Fall war, weil

der Zug nicht mehr aufwärts, sondern hinab, also im Sinne der constant in einer und derselben Richtung wirkenden Schwerkrafts-Componente von m Kilogramm sich bewegt. Aus diesem Grunde wird der Widerstand wjt (§. 25) durch diese Componente nicht mehr vermehrt. Diese Componente hört auf, eine die Bewegung verzögernde Kraft zu sein, sie hat sich in eine die Bewegung beschleunigende Kraft verwandelt, ist also zu einer bewegenden Kraft geworden. Der additioneile Widerstand hat also im Gefälle den Werth Null, woraus folgt, dass der Widerstand Wg in einer absteigenden Bahn (im Gefälle) ebenso gross ist, als der Widerstand in der Horizontalen. Es ist hier: wg=wj,.

Da die den Zug abwärts treibende Kraft numerisch gleich dem Gefälle ist (§. 20, Formel 31), der Widerstand aber vom Gefälle unabhängig ist, und nur von der Grösse der Fahrgeschwindigkeit abhängt (§. 25), so wird, eine bestimmte Geschwindigkeit vorausgesetzt, beispielsweise 12m, der Widerstand eine constante Zahl, nahezu W]V= 5kg pro Tonne Zugsgewicht werden (Formel 41), während die abwärts treibende Kraft je nach der Stärke des Gefälles schwankt. Für ein Gefälle von 4%o beträgt sie 4k&, ist also kleiner als der Widerstand, der constant 5k® beträgt. Im Gefälle 5%o wächst sie auf 5k£ an, wird also dem Widerstande gleich, im Gefälle 10 %o erreicht sie schon die Grösse von 10k®, übersteigt sonach den Widerstand, der unverändert auf der ursprünglichen Höhe von 5k® verblieb, um das Doppelte.

So lange die abwärts ziehende Kraft kleiner ist als der Widerstand, kann sich der im Gefälle stehende Zug ohne Hilfe der Dampfarbeit abwärts nicht bewegen. Im Momente, als die abwärts ziehende Kraft dem Widerstande gleich geworden, tritt eine Bewegung abwärts ein, und bleibt die Geschwindigkeit derselben während des ganzen Abwärtslaufes unverändert, weil hier keine constante Kraft auftritt, die die Bewegung beschleunigen würde; die abwärts wirkende Kraft wird nämlich in jedem Momente durch den Widerstand aufgehoben. Uebersteigt aber die abwärts wirkende Componente den constant bleibenden Widerstand, so tritt sie als beschleunigende Kraft auf, der Zug wird auch ohne Hilfe der Dampfarbeit abwärts rollen und wird die Geschwindigkeit seiner Bewegung immer grösser und grösser werden.

§. 28.

Widerstand der gekrümmten Bahn.

Lauft ein Zug in eine Carve ein, so ermässigt sich dessen Geschwindigkeit sofort, obwohl das Neigungsverhältniss der Bahn ungeändert blieb, und dies ist wohl der beste Beweis, dass die Curven den Bewegungswiderstand vergrössern. In dieser Richtung sind sogar die Curven ärger als die Steigungen, weil sie den Bewegungswiderstand stets vermehren, ob sie in der einen oder der anderen Richtung befahren werden, während die Neigungen den Bewegungswiderstand nur dann vergrössern, wenn sie in einer Richtung (nämlich bergauf) befahren werden.

Es hat an Versuchen nicht gefehlt, den Widerstand zu ermitteln, welchen die Curven der Bewegung der Züge darbieten. Polonceau, Perdonnet, Schmidt, Redtenbacher, Bödecker und Andere versuchten dieses Ziel im Wege

der Theorie zu erreichen. Weber schlug den Weg der Experimente ein, und Böhm versuchte im Wege der Statistik Formeln für den Bewegungswiderstand der Züge zu erhalten.

Redtenbacher's Formel lautet:

wc = 96

.    .    (44

In derselben bedeutet:

Wc, .den Widerstand in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht, welchen die Curve hervorbringt;

a. . . den Radstand des Wagens in Metern (gewöhnlich a=3m—6m);

S. . . die Spurweite des Gleises in Metern ;

R . . den Curvenhalbmesser in Metern.

Für einen Radstand von a = 4⁻5 wird für die normale Spurweite s = l⁻435, der Widerstand

irr der Curve wc = -jr- Kilogramm per Tonne Gewicht des Wagens betragen. Würde der Halbmesser der Curve R = 600 Meter betragen, so würde eine solche Curve den Bewegungswiderstand

Oll-

um = 1 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht vergrössern, würde also sich genau so verhalten, wie eine gerade Steigung von 1 Millimeter pro Meter horizontaler Länge, d. h. wie eine Steigung von 1°,

Man ersieht hieraus, dass der Widerstand, welchen die Curven verursachen, mit dem Widerstande der Steigungen verglichen werden kann. Derlei Vergleiche wurden auch früher oft angestellt.

So nimmt beispielsweise eine alte englische Vorschrift an, dass der Widerstand in einer Curve, deren Halbmesser R Yard beträgt, gerade so

gross sei, als der Widerstand in einer geraden Steigung von

den hannoveranischen Bahnen nahm man an, dass der Widerstand, welchen eine Curve vom Halbmesser 47 0m verursacht,' sobald sie in einer Steigung von 14⁻3%o liegt, genau so gross sei, als der Widerstand in einer geraden Steigung von lö'öVoo. Laut Erfahrung der Braunschweig’schen Bahnen¹) ist der Widerstand in einer Curve von:

800 Meter Radius gleich dem Widerstande in einer Steigung von DO pro mille 600 »

400    »

300    »

(ł)

. Auf

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Derlei Recepte hatten einen eminent praktischen Werth und führten schliesslich zur Aufstellung einer Formel, welche einen Zusammenhang zwischen Widerstand und Krümmung darstellt. So führten sie beispielsweise zur Formel, welche zuerst auf der Braunschweiger Bahn zur Anwendung

760

kam, welche lautete: wc = — -, die also genau so gebaut ist, wie die durch

R

Redtenbacher theoretisch erschlossene Formel.

seiner Amerika-Reise nach Wien zurückgekehrt

von

Auf dieselbe Form lässt sich auch die bekannte Formel Ghega’s bringen, welche er zur Berechnung der Curvenwiderstände angewendet hatte, als er (1842) war. Ghega glaubte nämlich auf Grund von Versuchen annehmen zu sollen,

*) Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 157.

200

---------cp-z Tonnen betrage, sobald

R

z das Gewicht des Zuges in Tonnen, cp den Reibungswiderstand bezeichnet.

z= 1, so erhält man den Wider-

dass der additioneile Curvenwiderstand :

Setzt man in die obige Formel cp

250 ’

800

stand in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht, und dieser beträgt: wc = ——

R

Versuche, welche (1884) auf sächsischen Bahnen durch Hoffmann¹) angestellt wurden, ergaben für den Curvenwiderstand:

4a + a⁴

R—45

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht, wobei a den Radstand der Wagen und R den Curvenradius bezeichnet.

Professor Laimhardt'⁴) in Hannover nahm dagegen bei seinen Berechnungen der Selbstkosten der Transporte die Formel:

1700

Wc =

.    .    (45

an. Da jedoch diese Formel durch Nichts motivirt wurde, so hat sie wohl keine Berechtigung zur Existenz, und dies umsoweniger, als sie nur für Curven-Radien passt, die unter 850m liegen, indem sie für diesen Werth von R einen Widerstand gleich Null gibt, was mit der Erfahrung nicht übereinstimmt.

Die umfangreichsten Versuche, welche zur Ermittlung des additioneilen Curvenwiderstandes angestellt worden, sind ohne Zweifel jene, welche auf den bayrischen Staatsbahnen auf eigenen für diese Zwecke angelegten Versuchsgleisen in München in den Jahren 1876— 1880 durchgeführt und durch Baurath Röcht⁴) publicirt wurden.

Aus diesen Versuchen, wurde die nachstehende Formel abgeleitet:

We =

650-4 R - 55

.    .    (46

in welcher bezeichnet:

Wc • den Widerstand in Kilogramm pro Tonne Wagengewicht, welchen die Curve verursacht;

R . . den Curvenhalbmesser in Metern.

0’9 Kilogramm pro Tonne

Hiernach beträgt der Widerstand in einer Curve von : 800 Meter Radius

700

600

500

'Vc =

1-3

1-5

400

1-9

300

2-6

welche Daten sehr befriedigend mit dem Ergebnisse der Versuche der Braunschweigschen Bahn übereinstimmen, deren bereits früher gedacht wurde.

J) Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1885, pag. 204.

-) Launhard. Die Betriebskosten der Eisenbahnen, Leipzig 1877, pag. 13. ’) Zeitschrift für Baukunde, 1880, pag. 559.

Auf der Linksrheinischen Eisenbahn wurden (1884) Versuche durch Maschinen-Inspector Jahns ') durchgeführt, welche ergaben, dass der additioneile Widerstand in Curven nicht nur von dem Radstande des Wagens und dem Halbmesser der Krümmung, sondern auch noch von der Geschwindigkeit abhänge, mit welcher die Curve befahren wird. Jahns fand nämlich für den Curvenwiderstand die nachstehende Formel:

1491 a

W° R

.    .    (47

in welcher bezeichnet:

>Ve. . die Vermehrung des Bewegungswiderstandes in einer horizontalen Curve in Kilogramm pro Tonne Gewicht;

R . . den Curvenhalbmesser in Metern ; a . .den Radstand der Wagen;

C . .die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde.

Für einen Wagen mit einem kurzen Radstande, also beispielsweise für a = 2'6 Meter, der mit einer Geschwindigkeit von 7 Meter pro Secunde in einer Curve von 600 Meter Radius läuft,

1491 2’6

würde sonach der additioneile Widerstand wc = 'qqq • "y ' = 0'92 Kilogramm pro Tonne Wagengewicht betragen, während er für einen grossen Radstand, z. B. für a=5 Meter, circa 18 Kilogramm pro Tonne Wagengewicht beträgt.

Die obige Formel verdient übrigens kein allzu grosses Vertrauen, da sie für sehr kleine Fahrgeschwindigkeiten einen unendlich grossen Widerstand gibt.

Eine Formel für den Curvenwiderstand, welche gleichfalls die Fahrgeschwindigkeit einbegreift, wurde auf Grund von Versuchen sibirischer Bahnen durch Ingenieur Łopuszański'¹) (1882) aufgestellt, sie lautet:

wc —

⁴r° ’ [°'⁸⁰⁸ + °'⁰⁰²³ (v - ³⁷)äl

wobei v die Fahrgeschwindigkeit in Kilometern pro Stunde bezeichnet, während R dieselbe Bezeichnung wie früher hat.

Um nicht durch Aufzählung weiterer Formeln zu ermüden, begnüge ich mich mit der Bemerkung, dass auch Freiherr von Weber umfangreiche Versuche in dieser Richtung angestellt, und Baurath Sonne:i) eine kritische Vergleichung dieser und vieler vorhergehenden Versuche geliefert hat. Aus dieser kritischen Zusammenstellung folgt, dass die Ergebnisse der meisten älteren Versuche durch die Formel:

600

.    .    (48

darstellbar sind, und glaube ich, dass diese Formel recht gut verwendbar ist.

Entschliesst man sich für die eine oder die andere der angeführten Formeln, stets wird der Totalwiderstand der Bahn durch den Ausdruck:

.    .    (49

W = (wh + W₈ + W„) .    .

dargestellt werden müssen, wobei bezeichnet:

ł) Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1885, pag. 42. -) Przegląd Techniczny, Warschau 1882.

³) Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1873, pag, 18.

TV ... den Gesammtwiderstand der Bewegung eines Zuges ;

Wj₍...den Widerstand in horizontalen Geraden;

Ws...den Widerstand in geraden Steigungen;

TVC. . . den Widerstand in Curven.

Sämmtliche Widerstände in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht.

Beispiel 1: Die zahlreichen Versuche, welche die österr. Südbahn behufs Ermittlung der Curvenwiderstände veranstaltet hatte, ergaben, dass der Widerstand in einem Bogen vom Halbmesser : rvo Meter, beträgt 2'33 Kilogramm

379

285

228

190

pro Tonne bewegter Last. Der Ueberschuss des Curven-Widerstandes über den Widerstand in der Geraden, betrug sonach für die Curve vom Halbmesser:

379 Meter (3-97—2‘33) = D64 Kilogramm

285    »    (4-39—2-33) = 2-06

228    »    (4-79—2-33) = 2-46

190    »    (5-48—2-33) = 3-15    »

Unter der Annahme, dass diese Ueberschüsse der Grösse der Curvenwiderstände über die Widerstände in der Horizontalen (die additioneilen Widerstände), sich bringen lassen auf die

allgemeine Formel wc =©, wobei R den Curvenradius in Metern bezeichnet, erhält man die Gleichungen :

379

2-06 = -=^3

285

2’46

228

3-LS = -£-190

welche ergeben: x = 620, 587, 560, 594, oder im Mittel x=600. Der allgemeine Ausdruck für die Ergebnisse der Versuche der Südbahn wird also sein wc—und dies ist eben das Ergebniss des Baurathes Sonne (Gleichung 48).

Beispiel 2: Man bemerkte auf den Hannoveranischen Bahnen, dass dfer Widerstand, welchen ein, in der Steigung von 14⁻3%₀ liegender, mit einem Halbmesser von 470 Meter beschriebener Bogen der Bewegung darbot, gerade so gross war, als der Widerstand in einer geraden Steigung von 15‘6%o. In welcher Weise kann aus dieser Erfahrung der additioneile Widerstand in der

Form

berechnet werden?

Würde die Curve in einer Horizontalen gelegen sein, so betrüge deren Total-Widerstand :

Kilogramm pro Tonne bewegter Last, wobei den Widerstand in der Horizontalen bezeichnet. Da sie aber in einer Steigung von 44⁻3%₀ liegt, so beträgt ihr Gesammtwiderstand:

(wi, + 14-3+^

Kilogramm pro Tonne bewegter Last, während der Gesammtwiderstand der ihr gleichwerthigen geraden Steigung laut Erfahrung (wh -J- 15'6) Kilogramm pro Tonne bewegter Last ausmacht. Aus der Gleichung

(wh + 15'6) = |wk + 14-3 + ^

x

ergibt sich ■^- = 1,3. Da aber laut Angabe R = 470 Meter, so ist x = 611, und sonach der Widerstand : also sehr nahe so viel, als die Formel 48 gibt.

Wc

611

“Tr

§• 29.

Rechnungsmässiger Ersatz der Curven durch gleichwertige

Steigungen.

Eine horizontale Curve unterscheidet sich im Bezug auf den Widerstand, den sie der Bewegung eines Fahrzeuges bietet, nur dadurch von einer horizontalen Geraden, dass der Widerstand in der Curve um wc Kilogramm pro Tonne bewegter Last grösser ist, als der Widerstand wjt in der Geraden.

Hiebei kann wc einen beliebigen Werth annehmen, also auch wc = m

werden, wo m die Steigung einer Geraden pro mille ausdrückt. In einem solchen Falle wird der Totalwiderstand in einer Curve w

(wh + m) Kilogramm betragen, also gerade so gross ' sein, als der Widerstand in der Steigung (Gleichung 42). Hieraus folgt also, dass man, sobald es sich nur um Bewegungswiderstände handelt, jede Curve sich ersetzt denken kann

durch eine gerade Steigung von wc pro mille. Eine Curve von 300m Radius

bietet nach der Formel 48 einen additionellen Widerstand von: wc =

600

300

Kilogramm pro Tonne bewegter Last. ‘ Statt der horizontalen Curve kann ich mir also eine gerade Steigung von l%o denken, denn diese Steigung wird der Bewegung genau denselben Widerstand bieten, wie die Curve es thut.

Liegt die Curve selbst in einer Steigung von m pro mille, so kann diese aufsteigende Curve in Bezug auf den Bewegungswiderstand gleich-werthig ersetzt werden durch eine aufsteigende Gerade, deren Neigung (m -j- wc) Millimeter pro Meter horizontaler Länge beträgt. Bezeichnet man die Grösse der Neigung dieser aufsteigenden Geraden mit mL, und benennt sie mit dem Worte virtuelle Steigung, so ist:

.    .    (50

mi = (m + wc) .    .

eine Formel zur Berechnung der Grösse der virtuellen Steigung.

Diese Gleichung lehrt, auf welche Weise eine ansteigende Curve durch eine ansteigende Gerade gleichwerthig ersetzt werden könne.

Hier bezeichnet sonach :

111₁. . . die virtuelle Steigung pro mille, das heisst, die Neigung einer ansteigenden Geraden, welche der Bewegung des Zuges eben so viel Widerstand bietet, als die ansteigende Curve;

Wc . .den additionellen Widerstand der Curve, welcher Werth aus irgend einer Formel des vorigen Paragraphen zu entnehmen ist (z. B. aus Formel 48).

Eine 10 %₀ ansteigende Curve vom Halbmesser 300 Meter kann also in Bezug auf den Bewegungswiderstand gleichwerthig ersetzt werden, durch eine:

/ 600\ (10 + 300.)-

12°

100

ansteigende Gerade, sobald der additionelle Widerstand der Curve durch Formel 48 ausgedrückt und gemessen wird. Würde man nicht die Formel 48, sondern eine andere, z. B. jene Nr. 46 angewendet haben, so würde die ansteigende Curve durch eine ansteigende Gerade ersetzt werden 650-4

können, deren Steigung ¹⁰ + 3qq" 55 = 12'⁶ Millimeter beträgt.

Liegt die Curve im Gefälle, haben wir also eine gekrümmte fallende Bahn vor uns, so wird eine solche Bahn der Bewegung des Zuges nach

abwärts gleichfalls einen grösseren Widerstand bieten, als eine gerade ebenso stark fallende Bahn.

Es ist also einerlei, ob der Zug berg- oder thalwärts geht, die Curve wird den Bewegungswiderstand in beiden Fällen vergrössern.

Wenn wir statt m überall mv das heisst statt der wirklichen die virtuelle Steigung setzen, oder uns gesetzt denken, so braucht von Curven überhaupt keine Rede mehr zu sein, sie bleiben also aus der Rechnung eliminirt.

§. 30.

Gesammtwiderstand einer Bahn.

In den vorstehenden Paragraphen wurden die Widerstände entwickelt, wie sie sich in horizontalen und aufsteigenden Geraden, so wie in horizontalen und aufsteigenden" Curven darstellen, und wurde gezeigt, dass Curven aus den Rechnungen sich eliminiren lassen durch Anwendung virtueller Steigungen, deren Berechnungsart angegeben wurde.

Wir fanden , dass der Widerstand einer horizontalen Geraden Wh = a + ß-u" Kilogramm pro Tonne Last betrage, wobei a und ß Coëf-ficienten sind, welche die Praxis gibt, und wobei näherungsweise a=3’l,

■DD

gesetzt werden könne, u aber die Fahrgeschwindigkeit des Zuges

darstellt, welche in Metern pro Secunde gemessen ist. Weiters fanden wir, dass die Widerstands-Vermehrung (der sogenannte additionelle Widerstand) in den Steigungen so viele Kilogramm pro Tonne bewegter Last betrage, als die Steigung Millimeter pro Meter Länge hat, dass also der additioneile Widerstand ws = m Kilogramm pro Tonne bewegter Last betrage, sobald m die Steigung der Bahn pro mille ausdrückt.

Mit Rücksicht hierauf beträgt der Widerstand einer aufsteigenden Geraden w = (m -f- Wh) Kilogramm pro Tonne bewegter Last. Endlich fanden wir, dass der additioneile Widerstand der Curven näherungsweise 600

wc =

Kilogramm pro Tonne bewegter Last beträgt, sobald R den R

Curvenhalbmesser in Metern ausdrückt.

Mit Rücksicht auf das Gesagte, beziffert sich der Widerstand einer aufsteigenden Curve mit:

.    .    (51

(w = in + Wi, -f wc) .    .

Kilogramm pro Tonne bewegter Last, und diese ist die allgemeine Formel für den Widerstand einer Eisenbahn.

In derselben bezeichnet:

W ... den Widerstand einer aufsteigenden und gekrümmten Bahn in Kilogramm pro Tonne bewegter Last;

III ...die Neigung der Bahn pro mille, das heisst in Millimetern pro Meter, oder in Metern pro Kilometer;

Wh. . .den Widerstand einer horizontalen Bahn in Kilogramm pro Tonne bewegter Last, welcher nach Formel 41 ermittelt werden kann.

W,.. . .den additioneilen Widerstand der Curven in Kilogramm pro Tonne bewegter Last, welcher nach Formel 48 ermittelbar ist.

Setzt man für wjt und wc die durch Gleichungen 41 und 48 ausgedrückten Näherungswerthe, so erhält man:

600 lr

R ⁺ 7Ö

.    .    (52

w = 3*1 + m +

als Näherungsformel für den Bewegungswiderstand auf Eisenbahnen.

In Formel 52 bezeichnet:

W . . . den Bewegungswiderstand eines Zuges in Kilogramm pro Tonne bewegter Last;

Hl. ..die Steigung der Bahn pro mille;

R . . . den Curvenhalbmesser in Metern ;

U . . . die Fahrgeschwindigkeit des Zuges in Metern pro Secunde.

Setzt man :

/    600 \

( m 4—    ) = m

\ R /

d. h. versteht man unter ml die virtuelle Steigung, so geht die Näherungsformel 52 für den Bewegungswiderstand über in die folgende:

ir

W = 3*1 + 111, + ^

.    .    (53

In derselben bezeichnet:

W . . . den Widerstand eines Zuges in Kilogramm pro Tonne seines Gewichtes ; lllj ..die virtuelle Steigung der Bahn, nach Gleichung 50 zu berechnen; U ...die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde.

Beispiel 1. Der Widerstand in einer 10%n ansteigenden, rnit dem Halbmesser von 400 Meter beschriebenen Curve, in welcher ein Zug mit 15 Meter Geschwindigkeit aufwärts sich bewegt, beträgt sonach (Formel 41): 3'1 -f-10    == 17 8 Kilogramm pro Tonne Gewicht des Zuges. Statt

einer gekrümmt aufsteigenden Bahn, kann man sich eine, in Bezug anf den Widerstand gleichwerthige gerade Bahn denken; deren Steigung beträgt dann 10 + — —-■ = ll"5%o- Eine 10l,₍», ansteigende, mit

dem Halbmesser von 400 Meter beschriebene Curve bietet also der Bewegung eines Zuges denselben

Widerstand, wie eine ll’5°/pg ansteigende Gerade. Die Steigung 11‘5Vm ist hier die virtuelle Steigung der Bahn, also m,:=ll-5, während m=10 die factische Steigung derselben ist.

Beispiel 2. Eine Locomotive zieht in einer horizontalen geraden Bahn einen Zug mit 20 Meter Geschwindigkeit. Wie schnell wird diese.Locomotive einen halb so schweren Zug in einer lO'Yoo ansteigenden Curve vom Halbmesser 300 Meter ziehen?

Der Widerstand, welchen die Maschine in der horizontalen Geraden zu überwinden hat,

21 >-

beträgt (Formel 41) : 3’l + ^ = 8⁻8 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht. Der Gesammtwiderstand, welchen die Maschine zu überwinden hat, beträgt sonach 8'8. T Kilogramm, sobald T das Gewicht des Zuges in Tonnen bezeichnet; der Bewegungswiderstand dagegen:

G Ml

3-1 + ICH---h

■ T ^ 300 ^

x²

70

Kilogramm pro Tonne Gewicht, sobald # die unbekannte Fahrgeschwindigkeit bezeichnet. Da hier der Zug nur halb so schwer sein soll, als in der Horizontalen, so beträgt der totale Widerstand, den die Maschine hier zu überwinden hat :

Kilogramm. Man hat sonach die Gleichung:

CO I-J

8-8 T =

aus welcher x — 13 sich ergibt.

Und dieses besagt, dass die Maschine den halb' so schweren Zug in der gedachten Steigung nicht schneller, als mit der Geschwindigkeit von 13 Meter pro Secunde wird ziehen können.

§• 31.

Bewegungswiderstände bei variabler Fahrgeschwindigkeit.

Bei den bisherigen Entwicklungen wurde vorausgesetzt, dass die Fahrgeschwindigkeit des Zuges während der ganzen Dauer der Bewegung unverändert verbleibt. Nun aber ereignen sich im praktischen Eisenbahndienste Fälle, in welchen die Geschwindigkeit des Zuges während der Fahrt einer fortwährenden Aenderung unterliegt. Nähert sich ein in einer Horizontalen rollender Zug der Station, während der Dampfzufluss abgesperrt ist, oder bewegt er sich in einem Gefälle ohne Zuthun der Bremsarbeit, so wird dessen Geschwindigkeit im ersten Falle continuirlich verzögert, im zweiten dagegen beschleunigt etc. etc.

In derlei Fällen kann aber das Glied der Widerstandsformel, welches diese Geschwindigkeit als Factor enthält, nicht mehr constant sein. Die allgemeine Widerstandsformel (§. 25) wird dann die Form haben y = a + ß . x~, wo x nicht mehr eine Constante, sondern eine Variable vorstellt, während a und ß constante, von der Fahrgeschwindigkeit unabhängige Coëfficienten sind.

Es ist also y der veränderliche Widerstand, welcher während der Bewegung zu überwinden ist. Dieser veränderliche Widerstand bewirkt, dass während der Bewegung des Zuges, dessen Geschwindigkeit von dem . Anfangswerthe x = v auf den Endwerth x—c sinkt. Soll dieser veränderliche Widerstand gleichwerthig durch einen gedachten Widerstand ersetzt werden, welcher seinen Werth während der ganzen Dauer der Bewegung des Zuges, also auch dann unverändert beibehält, wenn die Geschwindigkeit alle Werthe von x== v bis x = c stetig durchlauft, so muss dieser fictive Widerstand auf demselben Wege s, auf welchem der wirkliche Widerstand wirkt, genau so viel von der Bewegungs-Energie des Zuges aufzehren, als der veränderliche Widerstand thatsächlich aufgezehrt hatte.

Da nun während derselben Zeit, in welcher die Geschwindigkeit des Zuges von x = v auf x = c Meter sinkt, für jede Tonne seines Gewichtes

die Bewegungs-Energie:

1000 v³-c²    ₈    ,

9-81

2    =51 (v~— c) Meter-Kilogramm auf-

gebraucht wurde, so muss, wenn der fictive Widerstand für jede Tonne Zugsgewicht w Kilogramm beträgt und der Weg, auf welchem die Geschwindigkeit von x = v bis auf x = c sich verringert hat, 5 Meter beträgt, offenbar: w.s = 51 (v²— c²), woraus man für den fictiven Widerstand den Aus-

druck: w=51

erhält, in welchem Ausdrucke nur noch der Weg

s des Näheren zu bestimmen ist.

Beträgt die Verzögerung, welche der thatsächlich bestehende, also der veränderliche Widerstand y bewirkt, p Meter pro Secunde, so hat man,

sobald dt das Zeit-Element bezeichnet, bekanntlich:

CL ! Q.

dx

woraus die Relation : p.ds = x.dx sich ergibt, aus welcher man : ds =

d t x . dx

erhält. Ist nun das Gesetz bekannt, nach welchem p sich verändert, wenn x verschiedene Werthe annimmt, d. h., ist dieFunctionp = f(x)gegeben, so erhält man :

= <p (v, c)

f c x d x

f(.x)

und daher mit Rücksicht auf die Eingangs aufgestellte Gleichung, der gesuchte fictive Widerstand:

^ (v, c)

5 1 . (v²— c²)

w = ----

cp (v, c)

Da die Verzögerung^ nichts Anderes ist als die auf die Masseneinheit entfallende Kraft, so ist mit Rücksicht darauf, dass die Masse, welche einer Tonne Wagengewicht entspricht (auf Kilogramm bezogen) gleich 102 ist (pag. 86), die Kraft dagegen, welche die Verzögerung hervorbringt, y Kilogramm

(für jede Tonne des Wagengewichtes) beträgt: p =

102 102

es kann daher der constante, das heisst der fictive Widerstand berechnet werden, welcher, in unveränderlicher Grösse wirkend gedacht, dieselbe Menge von der Bewegungs-Energie des Zuges auf dem Wege von s Metern consumiren würde, wie der thatsächlich wirkende, jedoch veränderliche Widerstand auf

(a + ßxJ),

demselben Wege wirklich aufzehrt.

Der eben angedeutete Weg zur Berechnung des mittleren Widerstandes führt jedoch zu einem etwas cemplicirten Ausdrucke, hat daher für die Praxis keinen besonderen Werth. Begnügt man sich jedoch mit einer geringen Ungenauigkeit, und dies muss man ja, da der Widerstand selbst mit Genauigkeit noch nicht bestimmt wurde, so kann statt des mittleren Widerstandes der Mittelwerth eingeführt werden, welchen die Function y—a-f ßx' erhält, wenn x verschiedene Werthe von x = v bis x —c annimmt.

Lässt man die Constante a weg, so haben wir y == ß. x' für die Beziehung zwischen Widerstand und der Geschwindigkeit. Man sieht, dass dies die Gleichung einer Parabel ist. Wenn man der Abscisse x dieser Parabel verschiedene Werthe gibt, so erhält man zu jeder derselben eine andere Ordinate. Unsere Aufgabe ist es nun, die Grösse der mittleren Ordinate zu finden.

bestimmt und aus allen diesen n Werthen das

Dies kann dadurch geschehen, dass man für die Werthe x₀ x„, x₃. . . . aus der obigen Gleichung die zugehörigen Werthe von y sucht, d. h. die Werthe yt, y₂, y₃

arithmetische Mittel nimmt, in welchem Falle dann die mittlere Ordinate MP =y'

(Fig. 5) den Werth: y'

y> '+ y₂ + y₃ + • •

- haben wird.

-ftv)

<=

F-

V!

.st.

rigur 5.

Eine solche Arbeit ist aber umständlich, weil man sehr viele Werthe von y berechnen muss, falls man ein halbwegs richtiges Resultat erzielen will, und weil man für jedes einzelne y eine quadratische Gleichung auflösen muss.

Einfacher und sicherer gelangt man auf folgende Art zum Ziele :

Es sei CD (Fig. 5) die Curve, welche der Gleichung y = cp (x) entspricht; A C = cp (c) sei die Anfangs-, BD = ®(v) die End-Ordinate. Die Fläche, welche durch diese beiden Grenzordinaten, der Abscisse und

der Curve eingeschlossen ist, nämlich die Fläche ACDB = F, wird bekanntlich ausgedrückt durch . das Integral:

F = j'y dx

Jy

Dieselbe Fläche kann aber in ein gleich grosses Rechteck verwandelt werden, dessen Basis AB = (v — c) und dessen Höhe MP= y ¹ beträgt, dann ist :

F=ABXMP = (v — c) . y¹

und man hat sodann:

woraus sich ergibt:

y'(v

c) — y dx

Jy

y*=-J v

-Cjv

.    .    (54

eine Formel zur Berechnung des mittleren Werthes yl der Ordinate einer Curve, deren Gleichung y = cp (x), gegeben ist.

Weil (wie bereits erwähnt) in unserem Falle die Curve eine Parabel ist, welcher die Gleichung y = ß.x² entspricht, so wird der additioneile Widerstand, welcher aus Anlass der Geschwindigkeit erwächst, dessen Grösse y'= A ist, ausgedrückt durch die Formel:

x" dx.

oder nach vollzogener Integration durch die Formel:

v³-c3 V — c

Mit Rücksicht darauf, dass :

v³-c;i

= V* ■+ C³ + V . c

erhält man :

CC -LO

(Y³+C³+VC)    ....    (54

einen Ausdruck für den additionellen Widerstand, welcher durch die Geschwindigkeit hervorgebracht wird. Hier bedeutet:

A. . .den additionellen Widerstand in Kilogramm pro Tonne bewegter Last, welcher aus Anlass der Geschwindigkeit der Bewegung entsteht; ... die Anfangsgeschwindigkeit ;

. . .die Endgeschwindigkeit der Bewegung, beide in Metern pro Secunde; ß . . .einen constanten Factor, welcher im Mittel

» -1

beträgt (Formel 41). Bewegt sich der Wagen bis zu seinem Stillstände, so ist c = o, für diesen Fall wird A =

co reo

• v¹, während, wenn die Geschwindigkeit constant ist, d. h. wenn c = v wird, A = ß . v² ausfällt. Man sieht also, dass der

additionelle Widerstand einer bis Null abnehmenden Bewegung den dritten Theil des Widerstandes bei constanter Geschwindigkeit beträgt.

hat also an Stelle des Ausdruckes ßx'² der obigen Widerstandsformel Wh = a + ßx² zu treten.

Der Widerstand in einer horizontalen Geraden beträgt also eigentlich :

Der Ausdruck :

£.(v ₊ „> + v.c)

.    .    (56

Hier bezeichnet:

Wh. . . den mittleren Widerstand in einer horizontalen Geraden in Kilogramm pro Tonne bewegter Last;

V, C. . die beiden Grenzgeschwindigkeiten der Bewegung in Metern per Secunde. Die eine bezeichnet also die Anfangs-, die andere die Endgeschwindigkeit der Bewegung.

a, ß. . Coëfficienten, welche in §. 25 des Näheren beschrieben wurden und welche für mittlere Verhältnisse oc

31, ß =

betragen.

Die Formel 56 ist allgemein und enthält also die Formel Wh = a + ß . c² in sich, wie man sich sofort überzeugen kann, wenn in Formel 56, setzt v = c, d. h., wenn der Fall einer unveränderlichen Geschwindigkeit vorausgesetzt wird. Nimmt man für den Widerstand in der Horizontalen die Formel 41 :

70

Wh = 3⁻1 +

u²

70

so beträgt der Widerstand einer nicht constanten Bewegung :

.    .    (57

Wh = 3*1 +

v² + c² + v c

210

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht.

Hier bezeichnet:

Wj,. . . den mittleren Widerstand in. einer horizontalen Geraden in Kilogramm pro Tonne bewegter Last;

Y, C..die beiden Grenzgeschwindigkeiten der veränderlichen Bewegung in Metern pro Secunde.

War die Bewegung derart gewesen, dass die Endgeschwindigkeit gleich Null wurde, so beträgt der Widerstand einer solchen Bewegung, da c = o ist :

Wh= 3*1 +

Y²

210

.    .    (58

Kilogramm pro Tonne bewegter Last.

Der allgemeine Ausdruck für den Zuwachs des Widerstandes, welcher aus Anlass der Geschwindigkeit entsteht, beträgt sonach :

v² + c² + v c

u²

v- + c²4vc

210

70

70

Kilogramm pro Tonne bewegter Last. Dieser Ausdruck nimmt also die Form jenes der Formel 41 an, sobald

V” + C' + V . c

wobei dann offenbar u den mittleren Werth der Fahr

gesetzt wird

geschwindigkeit bezeichnet Diese mittlere Geschwindigkeit beträgt sonach :

’ f/V*+ C² + YC\ "=/(-8-)

.    .    (59

Meter pro Secunde.

In dieser Formel bezeichnet also:

11. . . .die mittlere Geschwindigkeit einer inconstanten Bewegung, in Metern pro Secunde;

T, C .die beiden Grenz-Geschwindigkeiten dieser inconstanten Bewegung, in Metern pro Secunde ausgedrückt.

Wenn ein abwärts rollender Wagen seinen. Lauf mit 5 Meter Geschwindigkeit beginnt, und in einer gewissen Zeit diese Geschwindigkeit im Gefälle auf 10 Meter anwächst, so beträgt die

mittlere Geschwindigkeit dieser inconstanten Bewegung nicht etwa    =7⁻5 Meter, sondern

pro Secunde.

5* + 1(F+ 5 . 10

= 7-1 m

Die mittlere Geschwindigkeit einer Bewegung, welche mit cm beginnt und mit Null aufhört, beträgt sonach, weil v = 0 zu setzen ist:

11 = -==

= = 0-58-c

beträgt sonach nicht etwa die Hälfte, sondern 58% der Anfangsgeschwindigkeit.

Setzt man in die Widerstandsformel 52 (§. 30) für u den soeben entwickelten Werth ein, so wird diese allgemeine Widerstandsformel auch für den Fall einer Bewegung gelten, welche mit einer veränderlichen Geschwindigkeit sich vollzieht. Die allgemeine Widerstandsformel lautet also :

U²

w = 3T+m + =

70

. . (60

und bezeichnet in derselben:

W. . .den mittleren Widerstand der Bahn in Kilogramm pro Tonne bewegter Last;

111.. . die virtuelle Steigung der Bahn ;

11 ...die mittlere Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde.

§. 32.

Anwendung der Widerstands-Formeln.

Um die Anwendung der Widerstands-Formeln zu zeigen, mögen die nachfolgenden Beispiele dienen :

1.

The Rocket, die 4 Va Tonnen schwere preisgekrönte Locomotive Stephenson’s, fuhr (1829) einen 12% Tonnen schweren Zug mit einer Geschwindigkeit von 16m pro Secunde. Wie gross war also deren Leistung?

/ 16a\

(³'¹⁺w)

6-8 ks

Der mittlere Widerstand der Bewegung betrug:

pro Tonne Gewicht der Locomotive (sobald man die heutigen Erfahrungen auf die damaligen Zustände ausdehnen darf). Die Locomotive hatte sonach einen Totalwiderstand von 6’8 (4’5 -f- 12⁻75) = 185*3k§ zu überwinden. Da dieser Widerstand mit einer Geschwindigkeit von 16 m bewältigt wurde, so betrug die secundliche Leistung der Maschine 16 X 185’3 = 2964 Meter-Kilogramm, also 2964 : 75 = 37 Pferdekräfte. Pro Tonne Gewicht der Maschine entfällt sonach etwas mehr als 8 Pferdestärken, während die heutigen Maschinen pro Tonne ihres Gewichtes zehn Pferdekräfte entwickeln.

2.

Wie gross ist der Widerstand, den eine Locomotive zu überwinden hat, wenn sie im Stande sein soll, einen 150 Tonnen schweren Zug über eine Steigung von 25° 0Ü mit einer Geschwindigkeit von 8m pro Secunde zu führen ?

In einer solchen Steigung hat jede Tonne des Zugsgewichtes einen

(s-l +25+L)

= 29kg zu überwinden. Da der

Zug (Maschine und Wagen) 150 Tonnen schwer ist, so beträgt der Gesammtwiderstand, welchen die Locomotive zu bewältigen hat: 29 X 150 = = 4350kS. So gross muss also die Zugkraft der Locomotive mindestens sein.

mittleren Widerstand von :

3.

Wie gross wird die Last sein, welche eine Maschine über eine Steigung von 20%o mit einer Geschwindigkeit von 8m pro Secunde wird ziehen können, wenn sie in einer horizontalen Geraden einen Zug mit einer Geschwindigkeit von 14'4m zu bewegen im Stande ist?

In der horizontalen Geraden überwindet die Maschine einen Wider-/    14'4²\

stand, welcher f3’l -j—J=6k® pro Tonne Zugsgewicht beträgt. In der

/ 8²\

Steigung beträgt der zu besiegende Widerstand:( 3'1 + 20 +—1=

24k&,

also viermal so viel. Die Maschine wird also in der Steigung von 20%o nur 7* jener Last mit 8m Geschwindigkeit ziehen können, welche sie in der horizontalen Geraden mit 14'4m Geschwindigkeit zog.

4.

Eine Locomotive führt ihren Zug in einem mit 500m Radius beschriebenen horizontalen Bogen mit einer Geschwindigkeit von 20m pro Secunde; es entsteht die Frage, mit welcher Geschwindigkeit wird dieselbe Maschine diesen Zug über eine im Bogen von 600m liegende und 5%o ansteigende Bahn ziehen können?

Der Widerstand, welchen die Maschine in der horizontalen Curve bewältigt, beträgt:

(3-1 +

600 20²

500

70

)=10

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht. Bezeichnet a die gesuchte Geschwindigkeit in Metern pro Secunde, mit welcher die Maschine denselben Zug in der Steigung führen können wird, so beträgt der Widerstand, welchen sie dort zu überwinden hat:

^3-1 + 5 +

600 x²

600

70

9-1 +

x²

70

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht. Wir haben sonach die Gleichung:

x²

9-1 +

= 10, welche x = 8 liefert. Die Locomotive wird also ihren Zug 70    ’    ö

nur mehr mit einer Geschwindigkeit von 8m pro Secunde ziehen können.

5.

In einem Gefälle von 15° ou, welches in einer Curve von 438'6m Halbmesser liegt, beginnt ein 10 Tonnen schwerer Wagen seinen Lauf mit 4m Geschwindigkeit; am Ende des Gefälles hat sich diese Geschwindigkeit verdoppelt. Es fragt sich, wie lang das Gefälle war?

Die Kraft, welche den Wagen abwärts treibt, beträgt pro Tonne Gewicht des Wagens so viele Kilogramm, als das Gefälle Millimeter hat (pag. 92), also 15k£, während der Widerstand in der Thalfahrt:

600 43845

Kilogramm pro Tonne Gewicht des Wagens beträgt.¹) Die Kraft, unter welcher die Bewegung des Wagens sich vollzieht, beträgt sonach 15 — 5 pro Tonne seines Gewichtes. Hat das Gefälle eine Länge von # Metern, so verrichtet diese Kraft eine Arbeit von 10 . x Meter-Kilogramm pro Tonne Gewicht.

Um einer Masse von M Kilogramm, welche eine Geschwindigkeit von 4m bereits besitzt, eine doppelt so grosse, also eine Geschwindigkeit von 8m zu ertheilen, bedarf es bekanntlich einer mechanischen Arbeit von

Meter-Kilogramm. Bezeichnet m die Masse, welche einer Tonne

M-

3-1 +-

4² + 8a + 4 X 8

210

10k8

des Wagengewichtes entspricht, wo also m' —

— 102 ist, so beträgt die

1000

9‘8 1

ganze Masse eines W Tonnen schweren Wagens: 102 W. Zu dieser Masse muss noch die Masse der rotirenden Theile des Wagens zugeschlagen werden, welche für einen zweiachsigen Wagen ohne Rücksicht auf dessen Gewicht = 80 beträgt (§. 23 pag. 88). Man hat sonach: M = (102. W -f- 80). Für eine Tonne Wagengewicht entfällt daher die Masse von:

102 . W + 80

102 +

so

Mit Rücksicht hierauf beträgt die Energie, welche eine Tonne des Gewichtes eines Wagens in dem Augenblicke hat, in welchem die Geschwindigkeit der Bewegung auf 4m gesunken ist :

CO ;

102 +

v 8* — 4²

/ 2

Meter-Kilogramm. Man hat sonach die Gleichung: 10 x = 2840, welche x= 284m für die gesuchte Länge des Gefälles gibt.

(i.

Zum Fusse einer 15%o ansteigenden, in einer Curve vom Halbmesser 438‘6m liegenden Bahn kommt ein 10 Tonnen schwerer Wagen mit einer Geschwindigkeit von 8m pro Secunde an; es fragt sich, in welcher Höhe der Steigung, über welche der Wagen vermöge der ihm innewohnenden Energie hinaufrollt, die anfängliche Geschwindigkeit desselben zur Hälfte gesunken sein wird?

Der Widerstand, welchen jede Tonne des Wagens während der Bergfahrt zu überwinden hat, beträgt:

(3-1 + 15 +

8² + 4' + 8 X 4

20 Kilogramm.')

210

Meter-Kilogramm. Wiegt der Wagen 10 Tonnen, so beträgt die, einer jeden Tonne seines Gewichtes entsprechende Energie:

⁸⁰).(S-£)

102 +

= 2840

10.

600 438-6

Die Energie, welche dieser Widerstand während des Weges von x Metern aufzehrt, beträgt sonach 20 x Meter-Kilogramm pro Tonne Wagengewicht. Dieselbe Arbeit beträgt aber anderseits:

8² — 4²

so

102 + -r)-

2840

Meter-Kilogramm. Es besteht sonach die Gleichung: 20x=2840, welche x=142m, also die Hälfte des Werthes gibt, welchen man im vorigen Beispiele bezüglich der Thalfahrt erhalten hatte.

7.

Wie weit vor der Station muss der Maschinführer auf einer horizontalen Geraden den Dampf seiner 50 Tonnen schweren Locomotive absperren, wenn er bewirken will, dass sein aus 15 Wagen bestehender, 200 Tonnen-schwerer Zug (Maschine und Wagen), der im Augenblicke des Dampfabschlusses mit einer Geschwindigkeit von 10m pro Secunde rollt, die Station mit der Hälfte dieser Geschwindigkeit erreicht?

Der Widerstand, welchen die Locomotive während des Laufes mit dem abgesperrten Dampfe zu überwinden hat, beträgt:

/    10a+5² +5 X 10\

V    210    /

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht. Ist der Weg, während welchem der Widerstand zu überwinden war, # Meter lang, so consumirt der Widerstand eine mechanische Arbeit von 4x Meter-Kilogramm. Diese Arbeit lässt sich noch in anderer Weise ausdrücken. Die Masse von 15 rollenden Wagen, deren Gesammtgewicht (200 — 50)= 150 Tonnen beträgt, ist: (102 X 150 + + 15 X 80) = 16.500, jene der 50 Tonnen schweren Maschine dagegen

!) Wollte man genauer rechnen, so müsste man statt der Formel 57 die Formel 39

anwenden.

102 X 50 + 400 = 5500. Die Gesammtmasse des Zuges beträgt daher (16.500 + 5500) = 22.000. Die auf eine Tonne Zugsgewicht entfallende 22.000 200

110. Die Arbeit, welche diese Masse ab-

Masse beträgt somit

gibt, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Zuges von 10m auf 5m sinkt, beträgt sonach:

110X

10' — 5³

LO

- = 4125

km

vor der

Meter-Kilogramm. Ls besteht daher die Gleichung: 4x = 4125, welche x=1031m liefert. Der Maschinführer muss also etwas über 1 Station den Dampf absperren, wenn er die Einfahrt in die Station mit 5m Geschwindigkeit bewerkstelligen will.

8.

Beim Verschieben der Wagen in einer Station wurde ein Wagen derart angestossen, dass er auf einer 15"/oo ansteigenden in einer Curve von 400m Radius liegenden Bahn einen Weg von 450m bergauf durchlief, bevor er begann, zurück zu rollen. Es fragt sich, wie gross die Geschwindigkeit war, welche der Wagen in Folge des Stosses erhielt?

Durch den Stoss erhielt der Wagen eine Anfangsgeschwindigkeit von x Metern pro Secunde, welche Geschwindigkeit jedoch am Ende des 450m langen Weges auf Null gesunken war. Der Widerstand consumirt sonach pro Tonne Gewicht des aufwärts rollenden Wagens eine Arbeit von:

600 X'

4 0Ö ⁺ 210

(Vl + 15 +

).450 = (l9-6 +

x²

210

• 450

Meter-Kilogramm.¹) Da aber andererseits diese Arbeit

102 + 80

• x² = 91 . x³

Meter-Kilogramm beträgt, so besteht die Gleichung:

91 . x³

10 sich ergibt. Der Wagen erhielt sonach durch den Stoss

aus welcher x

eine Anfangsgeschwindigkeit von circa 10m pro Secunde.

9.

Auf der Buschtehrader Bahn erfasste am 5. Juni 1878 ein Windstoss einen in der Station Krima stehenden Wagen und schleuderte ihn über ein Gefälle von 20° ₀₀ derart heftig hinab, dass der Wagen einen Weg von 8700m in der Zeit von 7 Minuten durchlief. Es fragt sich nun, wie gross die Kraft des Windstosses wTar?

Die Kraft, welche einen Wagen über ein Gefälle von 20%o abwärts zieht, beträgt 20k& pro Tonne seines Gewichtes (§. 23, pag. 92). War die

gelangen.

!) Bei genauer Rechnung müsste an Stelle der Formel 57 die Formel 39 zur Anwendung

Anfangsgeschwindigkeit des Wagens x Meter pro Secunde, so beträgt der mittlere Widerstand einer Bewegung, deren Geschwindigkeit auf Null sinkt:

x³

210

)H

16-9

x³ '

210

Kilogramm per Tonne Gewicht.¹) Da diese Kraft während eines Weges von 8700m thätig war, so betrug die consumirte Arbeit:

8700^16-9 —

x³

210,

Meter-Kilogramm. Da dieselbe Arbeit auch:

102 + 80

)x*

Meter-Kilogramm beträgt, so besteht die Gleichung:

102 + 80

8700^16-9 —

x³

210

• x³

aus welcher x=33m sich ergibt. Die Arbeitsgrösse, welche jede Tonne des Wagens durch den Windstoss erhielt, betrug sonach:

102 + 80

• 33°-= 10⁵

Meter-Kilogramm. Da diese Arbeit in der Zeit von 7 X 60 = 420 Secunden verausgabt wurde, so betrug die mittlere Leistung des Windes

10⁵

420

238 Meter-

Kilogramm pro Secunde oder

238

75

= 3⁻2 Pferdekräfte.

10.

In Folge unvorsichtigen Verschiebens entrollten von einer Station 3 Wagen auf die Strecke, blieben jedoch in Folge der Widerstände der horizontalen Bahn, auf welcher sie liefen, in einer Entfernung von 155‘86m stehen. Die diesfalls eingeleitete Untersuchung ergab, dass die Verschub-maschine an zwei miteinander verkuppelte, zusammen 30 Tonnen wiegende Wagen angefahren war, welche in Folge des erhaltenen Stosses auf der horizontalen Geraden fortgerollt und an einen, in einer Entfernung von 326⁻3m von denselben stehenden, 5 Tonnen schweren Wagen so stark anliefen, dass alle drei Wagen auf die offene Strecke gelangten. Es fragt sich, ob der Maschinführer die vorgeschriebene Verschubgeschwindigkeit von 4‘5m pro Secunde überschritten habe oder nicht?

Die drei entrollten Wagen begannen ihren Lauf mit x Metern Geschwindigkeit, hatten daher während ihres 155’86m langen Weges einen

J) Streng genommen, sollte man nicht nach Formel 56, sondern nach Formel 39 rechnen. Dieselbe Bemerkung gilt auch bezüglich der Beispiele 10 und 11.

(m+—) V 210/

• 155-86

Meter-Kilogramm. Diese Arbeit der zusammen 35 Tonnen wiegenden Wagen beträgt aber auc{i:

.— = 54-43 x-

102 X 35 + 3 X 80 xJ

35

Meter-Kilogramm. Es ergibt sich sonach die Gleichung:

54-43 . x* = 155-86 (Vl + —) \ 210/

aus welcher x = 3 folgt. Die Anfangsgeschwindigkeit des gemeinsamen Laufes der entrollten Wagen betrug sonach 3m pro Secunde. Wenn nun die gemeinsame Geschwindigkeit, mit welcher die 3 Wagen den Lauf begannen, 3m betrug, so musste die Geschwindigkeit, mit welcher die beiden, 30 Tonnen schweren Wagen an den dritten, 5 Tonnen schweren aufliefen, nothwendig grösser als 3m pro Secunde gewesen sein. Beträgt sie x Meter, so lehrt die Mechanik, dass, weil die Masse der beiden auflaufenden Wagen 102X30 = 3060, jene des dritten Wagens 102X5 = 510 war, die Gleichung besteht: (3060 + 5 10). 3 = 3060 x + 510 X 0, welche x = 3‘5 ergibt. Die beiden Wagen liefen sonach mit einer Geschwindigkeit von 3*5man den dritten an. Diese beiden Wagen mussten aber ihren Lauf mit einer grösseren Geschwindigkeit begonnen haben, denn die Geschwindigkeit von 3"5m hatten sie beim Anlaufen an den dritten Wagen, also nach Zurücklegung eines Weges von 326"3 Metern. Bezeichnet x die Geschwindigkeit, welche die beiden Wagen durch Anprall der Verschubmaschine erhielten, so betrug die mittlere Geschwindigkeit ihres Laufes auf dem 326"3m langen Wege:

[x* + 3-5* + 3-5 x

Meter pro Secunde. Der mittlere Widerstand, welchen sie während des Laufes überwanden, betrug sonach :

7 0,

(3-1 + —)

\ 210/

Kilogramm pro Tonne ihres Gewichtes zu überwinden, leisteten sonach eine mechanische Arbeit von:

mittleren Widerstand von:

3-1 +

Kilogramm pro Tonne ihres Gewichtes, und die Arbeit, welche hiebei jede Tonne ihres Gewichtes leistete, betrug:

326-3 (Vl +

ua

70

Meter-Kilogramm. Diese Arbeit betrug aber auch:

= 53-66 m

102 X 30 + 2 X 80 u*

30

Meter-Kilogramm. Es besteht sonach die Gleichung:

326-3 (Vl +

u⁸ '

70

53-66. ua

in welcher für u der obige Werth einzusetzen ist, und welche sodann x=4'5 liefert. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Verschubmaschine sich bewegte, betrug sonach 4'5m pro Secunde, die vorgeschriebene Ver-schubgeschwindigkeit war daher nicht überschritten worden. Das Verschulden am Unfälle trifft sonach nicht den Maschinführer, wohl aber jenes Individuum, welches die Verschiebung leitete, weil es unterliess, den allein stehenden Wagen gegen das Entrollen zu sichern.

11.

Wagen, welche in einer, im Bogen von 400m Radius liegenden, 3%o fallenden Strecke mit 12 m Geschwindigkeit pro Secunde abwärts zu rollen begannen, blieben in der Station, welche in dieser Strecke liegt, von selbst stehen. Es fragt sich, wie weit vor der Station diese Wagen ihren Lauf begonnen haben.

Der mittlere Widerstand der Bewegung beträgt während der Annäherung an die Station:

= 5-29

3-1 +

600 12 ’

400 ⁺ 2lÖ

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht. Da die den Zug abwärts treibende Schwerkrafts-Componente 3ks pro Tonne Zugsgewicht beträgt (§. 23, pag. 92), so erfolgt die Bewegung des Zuges nach dem Absperren des Dampfes unter dem Einflüsse der verzögernden Kraft von (5⁻29— 3) = 2'29k» pro Tonne Zugsgewicht. Da dieser Widerstand während des ganzen Annäherungsweges von x Meter thätig ist, so consumirt derselbe eine Arbeit von 2⁻29.x Meter-Kilogramm. Die in den Wagen im Momente des Beginnes der Bewegung

12

= 7344 Meter-Kilo-

angesammelte Bewegungs-Energie beträgt aber: 102 •

gramm; da dieselbe aufgezehrt wurde, indem die Wagen zum Stillstände kamen, so ist: 2⁻29x = 7344, woraus: x=3207ra für den gesuchten Weg sich ergibt.

§. 33.

Mechanische Leistung, welche die Bewegung der Züge erfordert.

Die Locomotive, welche einen Zug führt, verrichtet eine gewisse Arbeit. Diese Arbeit besteht aus zwei Theilen. Aus der Arbeit, welche die Widerstände der Bahn consumiren, und aus der Arbeit, welche zur Bewegung des Mechanismus der Locomotive erforderlich ist. Die Summe dieser beiden Arbeiten, also die Gesammtarbeit, welche die sämmtlichen Widerstände (Widerstände der Bahn und Widerstände der Maschine) absorbiren, soll die durch die Bewegungswiderstände consumirte Arbeit, oder kurz die consumirte Arbeit genannt werden. Producirt der Dampf der Locomotive so viel Arbeit, als die consumirte Arbeit beträgt, so wird die Maschine ihren Zug mit der gewünschten Geschwindigkeit auf der gegebenen Bahn führen können. Producirt der Dampf nicht so viel Arbeit, als die Widerstände consumiren, so ist die betreffende Locomotive für die Führung der Züge ungeeignet.

Will man beurtheilen, was für Locomotiven für eine Bahn nöthig sind, auf welcher gegebene Züge mit einer gegebenen Geschwindigkeit bewegt werden sollen, so muss man vor Allem die consumirte Arbeit berechnen. Diese Arbeit drückt sich durch das Product des Widerstandes in den Weg

aus, auf welchem der Widerstand zu bewältigen ist. Formel 60, §.31 gibt die Grösse des Widerstandes der Bahn in Kilogramm pro Tonne Gewicht des zu bewegenden Zuges. Multiplicirt man diesen Widerstand mit dem Wege, längs welchem derselbe zu bewältigen ist, so erhält man die Arbeit, welche die Widerstände der Bahn absorbiren. Hat die Bewegung des Zuges eine Anzahl Secunden gedauert, und dividirt man diese Arbeit durch diese Anzahl von Secunden, so erhält man die Arbeit, welche die Widerstände der Bahn pro Secunde absorbiren. Da aber der Quotient aus Weg und Zeit die Geschwindigkeit gibt, so erhält man die durch die Widerstände der Bahn pro Secunde consumirte Arbeit, wenn man den Widerstand der Bahn mit der Fahrgeschwindigkeit multiplicirt. Bezeichnet W₁ den Gesammtwiderstand der Bahn in Kilogramm, u die mittlere Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde, so drückt das Produckt: u. Wl die durch die Widerstände der Bahn pro Secunde consumirte Arbeit in Meter-Kilogramm aus.

Würde die Locomotive zur Bewegung ihres eigenen Mechanismus keinen Aufwand an Arbeit benöthigen, so würde das obige Product die gesammte Arbeit darstellen, welche sämmtliche Widerstände der Bewegung pro Secunde absorbiren. Da jedoch die Locomotive zur Bewältigung der Bewegungswiderstände ihres eigenen Mechanismus eine gewisse Arbeit aufwenden muss, so muss diese Arbeit zu der obigen zugeschlagen werden, um die Gesammtarbeit zu erhalten, welche die Widerstände der Bewegung absorbiren.

Die Arbeit, welche die Locomotiven für Zwecke der Bewegung ihres eigenen Mechanismus aufzuwenden hat, besteht aus der Arbeit, welche für die Bewegung der Dampfschieber, der Excenter und des Kurbelmechanismus verausgabt wird. Professor Frank in Hannover¹) hat die Grösse des Arbeitsaufwandes für diese drei Fälle berechnet und fand, dass die Schieber-Reibung einen Aufwand an Arbeit beansprucht, welcher bei einer Personenzugs-

Maschine 22, bei einer Güterzugs-Maschine 35 Secunden-Meter-Kilogramm beträgt. Für die Excenter-Reibung fand Frank bei einer Personenzugs-Loco-motive 9, bei einer Güterzugs-Locomotive 15 Secunden-Meter-Kilogramm. Für die Arbeit

= 0⁻014 (u . Wx + r) Pferdekräfte.

welche der Kurbelmechanismus absorbirt, fand Frank, dass dieselbe im Mittel 3 7₃ — 4°₀ der Gesammt-Widerstandsarbeit beträgt. Die Schieber- und Excenter-Reibung beträgt sonach bei Personenzugs-Maschinen(22 + 9) = 31, beiGüterzugs-Maschinen (35 -+- 15)= 50 Secunden-Meter-Kilogramm. Bezeichnen man diese Reibungsarbeit mit r. und veranschlagt den Zuwachs an Arbeit aus Anlass der Bewegung des Kurbelmechanismus auf 4°/₀, so beträgt die Totalarbeit, welche durch sämmtliche Widerstände absorbirt wird: 1'04(u . WL -j- r) Meter-Kilogr. pro Secunde, oder: l'04(u . Wj + r)

75

Bezeichnet A die Arbeit, welche die Bewegungswiderstände pro Secunde consumiren, und welche Arbeit in Pferdekräften ausgedrückt ist, so hat man:

A = 0*014 (u. W₁ + r) .... (61

eine Formel zur Berechnung der mechanischen Arbeit, welche durch die Widerstände der Bewegung absorbirt wird, die also durch die Locomotive producirt werden muss, falls Züge in Bewegung erhalten werden sollen.

') Frank. Die Widerstände der Locomotiven und Bahnzüge, Wiesbaden 1886, pag. 54.

In dieser Formel bezeichnet:

A. . Arbeit in Pferdekräften, welche dieWiderstände der Bewegung consumiren ; W₁. den Gesammtwiderstand der Bahn in Kilogramm, d. h. das Product aus dem nach Formel 39 zu berechnenden Widerstände mit dem in Tonnen ausgedrückten Gewichte des Zuges (Maschine und Wagen); U ..die mittlere Fahrgeschwindigkeit des Zuges in Metern pro Secunde ; r ..eine Constante, deren Werth für Personenzugs-Locomotiven r = 31, Güterzugs-Locomotiven r=50, im Mittel also r =40 beträgt. Begnügt man sich mit Näherungswerthen, so kann an Stelle der Widerstandsformel, welche Frank abgeleitet hat, und die sub 39 in §. 24 aufgeführt wurde, die Näherungsformel 41, §. 25, zur Anwendung gelangen.

Bezeichnet IV den Widerstand der Bahn, welcher nach dieser Formel berechnet wurde, so consumirt dieser Widerstand eine Arbeit von: u.W. Meter-Kilogramm pro Secunde, oder eine Arbeit von:

. . (62

u.W.

75

Pferdekräften, wobei :

(3-l+m + K)Q

zu setzen ist, sobald Q das Gewicht des Zuges (Maschine und Wagen) in Tonnen ausdrückt.

Beispiel: Ueber eine Steigung von 14l/+°/no sind 161 Tonnen schwere Züge so zu führen, dass deren normale Fahrgeschwindigkeit, welche 36 Kilometer pro Stunde (10 Meter pro Secunde) beträgt, auf die Hälfte sinkt, sobald -die Züge den Berg erklimmen, über welchen die Bahn in einem Bogen von 800 Metern Radius führt. Es fragt sich, wie stark die Locomotive sein müsse, welche diesen Anforderungen entspricht? Die mittlere Fahrgeschwindigkeit beträgt:

H/

10“ + 5* + 5 X 10

Meter pro Secunde, der mittlere Bewegungswiderstand der Bahn beträgt sonach:

= (Vl + 14-25 +

600

800

+ -) = ' 70/

18-1

Kilogramm pro Tonne bewegter Last, und da diese 161 Tonnen beträgt, so beläuft sich der totale Widerstand der Bahn auf: W-=: 18‘1 X 161 =2914 Kilogramm.

Die gesammte Arbeit, welche die Widerstände der Bewegung consumiren, die Arbeit also, welche der Kessel der Locomotive zu produciren'hat, beträgt sonach A = 0-014 (7X2914-f-40) —286 Pferdekräfte. Setzt man in die Formel 61 :

W, = (3-1 + m +    100

und setzt statt u die Werthe : 6, 8, 10 . . . statt m dagegen jene: 5, 10, 15 . . . nimmt das Gewicht des Zuges (Maschine und Wagen) mit 100 Tonnen an, so erhält man für die Arbeit, welche die Bewegungswiderstände eines solchen Zuges absorbiren, die nachstehende Zusammenstellung:

Für die mittlere Geschwindigkeit von

Steigung

der

10

12

14

16

18

20

Bahn pro mille

Metern pro Secunde beträgt die durch die Bewegungs-Widerstände eines 100 Tonnen schweren Zuges consumirte Arbeit in Pferdekräften

96

10

149

15

202

20

255

25

; 309

b*    CO    O    G    CO

CO    Q    CD    N    05

T-t    t—i    ca    co    co

^    4^    W    tO    ^

CC    O    W    »b    OÎ

O    O    H-l.

203

249

304 i 368

296

389

482

.575

356

462

568

424

544

663

501

634

766

675    783 I 900

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, wie sehr die Arbeit verschieden ist, welche die Widerstände der Bahn consumiren. Die Arbeit, welche auf einer Steigung von 5°/₀₀ geleistet werden muss, um einen 100 Tonnen schweren Zug zu führen, beträgt 96 Pferdekräfte; sie wächst aber auf 309 Pferdekräfte an, sobald es sich darum handelt, denselben Zug mit derselben Geschwindigkeit über eine Steigung von 25°/on zu bringen. Um einen 100 Tonnen schweren Zug (Maschine sammt Wagen) mit 10 Meter Geschwindiigkeit über eine Steigung von 15%₀ zu führen, muss der Kessel der Locomotive eine Arbeit von 260 Pferdekräften liefern; würde der zu befördernde Zug 120 Tonnen

120

schwer sein, so müsste der Locomotiv-Kessel eine Arbeit von :    X 260 = 312 Pferdekräften liefern.

Wiegt der zu befördernde Zug sammt Maschine T Tonnen, und bezeichnet a die Arbeit in Pferdekräften, welche die Bewegungswiderstände eines 100 Tonnen schweren Zuges consumiren, wobei also a aus der obigen Tabelle zu entnehmen ist, und arbeitet die Locomotive mit A⁷ Pferdekräften,

T

so besteht die unmittelbar zu übersehende Relation:    a = N, aus welcher:

sich ergibt.

T 100

(t)

(63    .

Hier bezeichnet also :

T....die Bruttolast eines Zuges (Maschine und Wagen) in Tonnen;

a....die aus der obigen Tabelle zu entnehmende Arbeit eines 100 Tonnen schweren Zuges in Pferdekräften;

>'.... die Arbeit, welche die Locomotive verrichtet, in Pferdekräften. Eine mit 300 Pferdekräften arbeitende Locomotive wird sonach über eine Steigung von 25%,, mit einer Geschwindigkeit von

20 Meter eine Last von : 100 •

300

= 33 Tonnen führen können. Da die Maschine aber 33 Tonnen

900

wiegt, so wird sie über diese Steigung nicht mehr als ihre eigene Last ziehen können.

Zum Schlüsse sei noch erwähnt, dass man vorgeschlagen hat, statt der Pferdekraft eine andere Arbeits-Einheit einzuführen, eine Arbeits-Einheit, welche der Leistung der Locomotive näher kommt als jene Arbeitsmenge, welche man Pferdekraft nennt. So schlägt beispielsweise Ingenieur Abt*) vor, die mechanische Arbeit, welche eine Locomotive verrichtet, sobald sie einen Widerstand von einer Tonne mit der Geschwindigkeit von 1 Kilometer

pro Stunde überwindet, als Einheit zu wählen und diese Arbeits-Einheit mit dem Namen »Locomotivstärke« zu bezeichnen. Die Geschwindigkeit von 1 pro Stunde ist gleich der Geschwindigkeit von 0‘277m pro Secunde. Der Widerstand von einer Tonne ist gleich dem Widerstande von 1000k&. Es

1000 + 0-277

km

3⁻7 Pferdekräften.

75

ist sonach eine Locomotivstärke gleich:

Gegen die Wahl dieser Einheit wäre Nichts einzuwenden, nur sollte man Sie nicht Locomotivstärke nennen, weil eine Arbeit keine Stärke ist. Man könnte sie allenfalls Werk nennen, oder sie mit dem griechischen Worte: Ergon bezeichnen.

') Abt. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 32.

DIE LOCOMOTIVE.

■••i

III. ABSCHNITT.

Die Erzeugung der Wärme.

§• 34.

Messung der Wärme.

Eine offene Schüssel, in welcher 1 ks Wasser sich befindet, steht über einer Petroleumlampe die 70 £ Naphtha enthält. Die Lampe besteht aus einem Glascylinder, welcher durch Theilstriche in 70 gleiche Theile getheilt ist, so dass also einem einzelnen Theilstriche ein Inhalt von 1» Petroleum entspricht. Ich zünde die Lampe an und messe die Temperatur des Wassers jedesmal in dem Augenblicke, in welchem das Petroleum um einen Theil-strich sinkt, d. h. so oft 1 £ hievon verbrannt wird.

Zu Anfang des Versuches mag das Wasser die Temperatur 0° C. haben, nachdem 1 £ Petroleum verbrannt wurde, lese ich das Thermometer ab und finde, dass es 10° C. zeigt, dass also das Wasser um 10° C. wärmer geworden ist. Bei der folgenden Ablesung, also nachdem 2£ Petroleum verbrannt wurden, zeigt das Wasser 20 C., dem Consum von 3£ Petroleum entspricht eine Wassertemperatur von 30" C, jenem von 4£ eine Temperatur von 40° C. u. s. w. Ich finde, dass für je 1 s verbrauchten Petroleums das Wasser um 10" wärmer wird, und dies geht so fort bis 10® Petroleum verbrannt worden sind. In diesem Augenblicke beträgt die Temperatur des Wassers 100° C. — Es siedet.

Ich lasse das Wasser sieden und lese dessen Temperatur ab nachdem 11 £ Petroleum aufgewendet worden sind, finde aber nicht, dass das Wasser sich auf 110" C. erwärmt hat, das Thermometer zeigt nur 100", obwohl das Wasser so viel Wärme aufgenommen hat als durch Verbrennung von 1 £ Petroleum erhältlich ist. Die Zufuhr dieser Wärme hat also die Temperatur des Wassers nicht erhöht. Nachdem 12£ Petroleum verbrannt worden sind, iese ich das Thermometer wieder ab und finde, dass es nicht gestiegen ist, es zeigt immer noch 100". Es verbrennen 13, 14, 15» Petroleum, das Thermometer steigt nicht, das Wasser wird also trotz einer so bedeutenden Zufuhr von Wärme dennoch nicht wärmer, nur wird es immer weniger Wasser in der Schüssel. In dem Augenblicke, in welchem 63'7£ Petroleum verbrennen, verschwindet alles Wasser. Der gebildete Dampf zeigt eine Temperatur von 100" C., also dieselbe Temperatur, welche das Wasser hatte, als es zu sieden begann.

Aus diesem Versuche schliesse ich viererlei, und zwar: 1. dass die Temperatur des Wassers bis zum Siedepunkte proportional der Wärme-

Zufuhr steigt; 2. dass die Wärme, welche durch Verbrennen von lg Petroleum entsteht, die Temperatur von 1 kg Wasser um 10° C. erhöht; 3. dass von dem Augenblicke an, in welchem das Wasser zu sieden beginnt, bis zum Augenblicke, in welchem es völlig in Dampf verwandelt wird, dessen Temperatur unverändert bleibt, dass also in dieser Zeit das Wasser trotz fortwährender Zufuhr an Wärme nicht wärmer geworden ist, und endlich 4. dass diese durch das Thermometer nicht angezeigte, also gleichsam verlorene Wärme so gross ist, als man durch Verbrennung von (63'7 —10)— 53'7 g Petroleum erhält.

Der Umstand, dass die Temperaturzunahme des Wassers bis zum Siedepunkte der Wärmezufuhr proportional ist, gibt mir ein Mittel an die Hand, Wärme zu messen. Ich weiss nämlich, dass zur Erhöhung der Temperatur von 1 kg Wasser um 1° C. man gerade so viel Wärme braucht, als durch Verbrennung von Vio Gramm Petroleum erhältlich ist.

Diesem Quantum Wärme gebe ich einen Namen und nenne es eine Calorie. Zur Temperatur-Erhöhung von 1 kg Wasser um 10d C. bedarf es sonach einer Wärme von 10 Calorien, zur Erwärmung auf 50° einer Wärme von 50 Calorien. 1 kg siedendes Wasser enthält sonach eine Wärme von 100 Calorien.

Ich kann aber auch sagen: durch Verbrennen von lg Petroleum erhalte ich eine Wärme von 10 Calorien. 1kg Petroleum wird, wenn es ver

brennt, sonach 1000 X 10= 10.000 Calorien Wärme liefern. Würde ich das beschriebene Experiment so eingerichtet haben, dass das Wasser statt durch die Wärme des verbrennenden Petroleums, durch Verbrennen von Holzkohle erwärmt worden wäre, so würde ich gefunden haben, dass dieselbe Wärme, welche Vio Gramm Petroleum liefert, durch Verbrennung von Vs Gramm Holzkohle erhalten wird, dass also durch Verbrennung von Vs Gramm Holzkohle eine Calorie Wärme erzeugt wird. Ein Gramm Holzkohle liefert sonach, vollständig verbrannt, 8 Calorien, 1 kg daher 8000 Calorien.

Der Heizwerth der Holzkohle ist also geringer als jener des Petroleums, denn ich erhalte durch Verbrennung eines gleichen Quantums Kohle weniger Wärme als durch Verbrennung von Petroleum. Würde ich zu meinem Versuche Leuchtgas verwendet haben, so hätte ich gefunden, dass 1kg Leuchtgas 12.000 Calorien liefert, und dies belehrt mich, dass der Heizwerth verschiedener Brennstoffe ein verschieden grosser ist, und dass ich ein Mittel gefunden habe, die Grösse dieses Heizwerthes zu messen.

Da 1kg Kohle 8000 Calorien liefert, zum Sieden von 1kg Wasser von 0° C, aber 100 Calorien erforderlich sind, so wird man durch Verbrennen von 1kg Kohle 80kg solchen Wassers zum Sieden bringen. Durch

Verbrennen von 1 kg Naphtha wird man

= 100kg, und durch V.er-

10.000

100

12.000

100

brennen von 1kg Leuchtgas gar Sieden bringen können.

= 120kg eiskalten Wassers zum

Würde das Eingangs beschriebene Experiment etwas genauer angestellt worden sein, so würde es sich gezeigt haben, dass man, um die Temperatur von 1 Kilogramm eiskalten Wassers (Wasser von 0U C.) um lu C. zu erhöhen, wohl ł/lft Gramm Naphtha gebraucht haben, dass aber zu einer Temperatur-Erhöhung um 2¹' C. nicht doppelt so viel, sondern eine Kleinigkeit mehr Naphtha (Petroleum) erforderlich war, dass also die Temperatur-Erhöhung des Wassers der Wärme-

Zufuhr nicht proportional ist, dass sie also nicht mit der ersten Potenz der Temparatur wächst. Die Differenzen sind freilich nicht gross, wie dies beispielsweise daraus zu entnehmen ist, dass zum Kochen von 1 Kilogramm eiskalten Wasser nicht 100 aber 100-5 Calorien erforderlich sind, sobald man unter Calorie jene Menge Wärme versteht, welche zur Erhöhung von 1 Kilogramm Wasser von 0° auf 1IJ erforderlich ist, also nicht, wie früher angenommen, jene Wärmemenge, welche zur Temperatur-Erhöhung von 1 Kilogramm Wasser um 1° C. erforderlich ist.

Bezeichnet man die Temperatur des Wassers mit t und die Menge Wärme (gemessen in Calorien), welche zur Erhöhung von 1 Kilogramm Wasser von 0:| auf t° erforderlich ist, mit a, so ist, wie der französische Akademiker Régnault zeigte :

.    .    (64

Aus dieser, auf Grund sorgfältig und mit allen Hilfsmitteln der modernen Wissenschaft durchgeführter, wahrhaft classischer Experimente aufgebauten Formel ist ersichtlich, dass für t = 100, a = 100-5 wird, was besagt, dass, um 1 Kilogramm Wasser, dessen Temperatur 0;i C. beträgt, auf die Temperatur von 100° C. zu bringen, hiezu 100 5mal so viel Wärme erforderlich ist, als um dieses Wasserquantum von 0° C. auf 1° C. zu erhöhen, das heisst, dass zum Sieden von 1 Kilogramm eiskalten Wasser 100-5 Calorien erforderlich sind.

In der Praxis können die höheren Potenzen von t sehr gut vernachlässigt werden, und man

erhält dann :

(65

eine Näherungsformel zur Berechnung jener Wärme,'welche erforderlich ist, um die Temperatur von 1 Kilogramm Wasser um ta der hunderttheiligen Scala zu erhöhen.

Hier bezeichnet sonach :

«....die Wärmemenge in Calorien, welche erforderlich ist, um 1 Kilogramm Wasser um 1° C zu erwärmen ;

t....die Temperatur-Erhöhung des Wassers in Celsiusgraden.

Ein Kilogramm Wasser von 50° C. hat sonach in sich eine Wärme von 50 Calorien, diese Menge Wärme wird also das Wasser abgeben können, falls es sich auf 0” C. abkühlt. Ein Kilogramm Wasser, dessen Temperatur von 80° auf 50° C. sinkt, wird sonach 80 — 50=30 Calorien, das heisst so viel Wärme liefern, als zur Erwärmung von 1 Kilogramm eiskalten Wassers (Temperatur 0° C.) auf 30°, oder zur Erwärmung von 30 Kilogramm Wasser um 1° C, erforderlich ist. Zur Erwärmung von 1 Kilogramm Wasser, welches unter einem Drucke von 10 Atmosphären steht, also eine Temperatur von 183-48 ’ hat, bedarf es, wenn man genau sein will, nach Formel 64, einer Wärme von :

(w.) (¹⁸³'⁴⁸) + {w) O⁸³'⁴⁸)’=

186

a= 183-48 +

Calorien, während die Näherungsformel 65 hiefür 183-46 Calorien liefern würde.

Die Consequenzen aus der, durch das Experiment gefundenen That-sache, dass Wasser, sobald es die Temperatur von 100" C. erreicht, trotz Zufuhr von Wärme, sich nicht mehr erwärmt, werden später (§. 54) gezogen werden, und wird auch gezeigt werden, wie diese Erfahrung in der Praxis verwerthet werden könne.

§. 35.

Heizwerth der Brennmaterialien.

Im vorhergehenden Paragraphe wurde gezeigt, dass die Brennstoffe wenngleich auch in gleichen Gewichtsmengen verbrannt, dennoch verschieden viel Wärme liefern. So erhält man beispielsweise durch Verbrennen von:

1 Kilogramm Stroh . .    .

circa 1860 Calorien

5)

Kohlenstoff zu Kohlenoxyd Kohlenoxyd zu Kohlensäure..... 2442 Holz, lufttrocken

2382

circa 3000

Nicht aller Wasserstoff des Brennmateriales ist jedoch für Zwecke der Wärmeabgabe verwendbar. Ein Theil desselben ist nämlich an den im Brennmateriale enthaltenen Sauerstoff gebunden, ist daher bereits verbrannt. Dieser Theil kann sonach zur Wärmeproduction nichts beitragen.

Die Chemie lehrt, dass auf 16 Theile Sauerstoff je 2 Theile Wasserstoff zur Verbindung gelangen; 1 k& im Brennmateriale enthaltenen Sauerstoffes bindet sonach Vs Kilogramm Wasser. Enthält das Brennmaterial

O co

Kilogramm Wasser-

O Kilogramm Sauerstoff, so absorbirt derselbe sonach

Kilogramm

1 Kilogramm Torf, getrocknet ........

Braunkohle............

Steinkohle ............

Kohlenstoff zu Kohlensäure

Oel

circa 4000 Calorien »    5000

«    7200

.... 8080 circa 9800 » 10000 «    10500

» 10800 » 11800 ... 34180

Petroleum ....

Wachs......

Terpentin ...

Leuchtgas . . .

Wasserstoffgas

Die Ursache der Verschiedenheit der Wärmeproduction liegt offenbar in der chemischen Zusammensetzung der Brennmaterialien. Aus der nachstehenden Tabelle kann die procentische Zusammensetzung der gangbarsten Brennmaterialien ersehen werden:

)>

))

Kohlenstoff ! Wasserstoff i

Sauerstoff

Brennmateriale

H,

Holz

Torf

Braunkohle

Leuchtgas

Steinkohle

Naphtha

Anthracit

co o o in co m co in to N N OO CO Ol

m co in

io to in cn

I    ^1    CO CO

CO !    co I Ol ^ CO

Stoff, so dass für Zwecke der Verbrennung nur mehr

Wasserstoff verbleiben, wenn die Gesammtmenge desselben H„ Kilogramm betrug.

Laut angezogener Tabelle enthält Torf auf 34 Kilogramm Sauerstoff, 6 Kilogramm Wasser-

34

Stoff, es werden daher von dieser Menge Wasserstoff: “ = 4-25 Kilogramm an den im Torf enthaltenen Sauerstoff gebunden sein, so dass für Zwecke der Wärmeabgabe nur mehr (6—4'25)~— Wo Kilogramm verfügbarer Wasserstoff verbleiben.

Mit Rücksicht auf diese Bemerkung hat es keinen praktischen Werth, die Menge des gesammten im Brennmateriale enthaltenen Wasserstoffes anzugeben, ohne gleichzeitig anzuführen, wie viel von demselben bereits verbrannt, also für Zwecke der Wärmeabgabe unbrauchbar ist. Die Technologen

pflegen deshalb diese Date niemals zu unterlassen und führen wir eine solche auf Grund chemischer Analysen zusammengestellte Tabelle im Folgenden auf:

100 Kilogramm des Brennmateriales enthalten Kilogramme

Brennmateriale

Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff

Hievon Wasserstoff

gebunden

frei

O <*>

(*•4)

Holz

Torf

Braunkohle

Leuchtgas

Steinkohle

Naphtha

Anthracit

5265

60-44

74- 20

75- 00 82-30 84-60 92-85

5-25

5-96

5-89

42-10

33-60

18-07

5-25

4-20

1-76

25-00

5-50

15-40

12-20

3-46

3-19

2-26

3-38

25-00

1-52

3-98

15-40

0-40

3-06

Auf Grund derlei Angaben ist es nun nicht schwer, die Wärmemenge anzugeben, welche ein bestimmtes Brennmateriale beim Verbrennen liefern wird.

Will man beispielsweise wissen, wie viele Calorien 1 Kilogramm Leuchtgas liefern wird, dessen chemische Zusammensetzung in der vorstehenden Tabelle angegeben ist, so calculirt man folgendermassen :

Das Leuchtgas besteht (wie die obige Tabelle zeigt) aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Nun liefert laut der Eingangs angeführter Zusammenstellung: 1 Kilogramm Kohlenstoff 8080, 1 Kilogramm Wasserstoff 34180 Calorien. 1 Kilogramm Leuchtgas wird, da es 0-75 Kilogramm Kohlenstoff und 0-25 Kilogramm Wasserstoff enthält, daher: 0-75 X 8080 4-0*25X34180= 14605 Calorien Wärme liefern. Ein Kilogramm Naphtha würde: 0"846 X 8080-(-0-154X 34180=12099 Calorien, 1 Kilogramm Steinkohle dagegen: 0*S23 X 8080-|-0-0398 X 34180 = 8010 Calorien geben.

Ist jedoch nicht die Menge des für Wärmeabgabe verfügbaren, sondern die Gesammtmenge des im Brennstoffe enthaltenen Wasserstoffes angegeben so berechnet sich der Wärmewerth eines Kilogramm Brennstoff wie folgt:

Enthält ein Brennmaterial C Procent Kohlenstoff, H Procent Wasserstoff und O Procent Sauerstoff, so kann die Menge der Wärme, welche es liefern wird, berechnet werden nach der Dnlong’sehen Formel:

100

8080 . C 4- 34180

(»-H

also annähernd nach der Formel:

a = 81. C +' 342    -

OOS O

. . (66

Hierbei bezeichnet:

a .... die Wärmemenge in Calorien, welche ein Kilogramm des Brennmateriales liefert;

C . . . .Anzahl der Kilogramm Wasserstoff, welche in 100k& Brennmateriale enthalten sind;

. . .Anzahl der Kilogramm Wasserstoff, welche in 100k& Brennmaterial enthalten sind;

. . . .Anzahl der Kilogramm Sauerstoff, welche in 100kg Brennmateriale enthalten sind.

Der Heizwerth von Holz, dessen Zusammensetzung aus der vorstehenden Tabelle zu entnehmen ist, berechnet sich nach der vorstehenden Formel zu: a= 81X52-65 -f-342 ^5⁻25 —

42-1

= 4250 Calorien. Durch Verbrennen von 1 Kilogramm Holz dieser Zusammensetzung, erhält man sonach so viel Wärme, als erforderlich ist, um 40 Liter (Kilogramm) Wasser, dessen Temperatur 12'5“ C. beträgt, zum Sieden zu bringen.

Erwägt man, dass beim V erbrennen des Heizstoffes das in ihm enthaltene »chemisch gebundene« Wasser verdampft werden muss, und dass zu dieser Verdampfung ein Aufwand von Wärme erforderlich ist, so gelangt man zur Einsicht, dass die Formel 66 nothwendig zu grosse Ziffern geben muss, da in ihr dieser Wärmeaufwand nicht berücksichtigt ist. Will man diesem Umstande Rechnung tragen, so muss von jenem Werthe a, welchen die Formel 66 liefert, noch jene Wärme in Abschlag gebracht werden, welche zur Verdampfung des im Heizstoffe enthaltenen »chemisch gebundenen« Wassers erforderlich ist. Weil 18kg Wasser 16kg Sauerstoff enthalten, so entfällt auf ein jedes im Brennmateriale enthaltene Kilogramm Sauerstoff

co cc

9

— Kilogramm Wasser; da aber ein Kilogramm Wasser von 0 Tempe-8 ratur 655 Calorien erfordert, um in Dampf von 10 Atmosphären Spannung verwandelt zu werden (§. 54), so bedarf das Wasser, welches einem Kilogramm des im Brennmateriale enthaltenen Sauerstoffes entspricht: 9/8 X 655 = 737 oder mit Rücksicht auf unvermeidliche Verluste : 1000 Calorien, um in Dampf verwandelt zu werden.

Diese Menge Wärme muss also pro Kilogramm im Brennmateriale enthaltenen Sauerstoff in Abschlag gebracht werden. Enthält das Brenn-

materiale 0 Procent Sauerstoff, also

100

Kilogramm in einem Kilogramm

seines Gewichtes, so muss eine Wärmemenge von:

100

X 1000= 10.0

Calorien in Abschlag gebracht werden.

Der Wärmewerth des Brennmateriales beträgt sonach:

,i = 81 C +342 . H_ lo.o ... (67

Calorien. Hier bezeichnet:

a . . . . den Wärmewerth eines Kilogramm Brennmateriale in Calorien ;

C. . . . die Menge des in 100kg enthaltenen Kohlenstoffes, in Kilogramm ausgedrückt;

H . . .die Menge des in 100kg Brennmateriale enthaltenen Wasserstoffes, in Kilogramm ausgedrückt;

0 . . .die Menge des in 100kg Brennmateriale enthaltenen Sauerstoffes, in Kilogramm ausgedrückt.

Ein Kilogramm Kohle, welche 87-5 Procent Kohlenstoff, 50 Procent Wasserstoff, P3 Procent Sauerstoff und 60 Procent Stickstoff enthält, liefert sonach bei einer vollständigen Verbrennung 81X87-5 + 342 >< 50 —10X 1’3=8819 Calorien Wärme.

Die obige Formel enthält trotz der vorgenommenen Correcturen dennoch manche Ungenauigkeiten. So haben beispielsweise die angegebenen Zahlen 81 und 342 nur Geltung, wenn sich Sauerstoff und Wasserstoff im freien Zustande befinden, was aber bei den Brennmaterialien nicht der Fall ist. Beim Wasserstoff kann diesbezüglich kein Zweifel obwalten. Freier Wasserstoff ist ein Gas, kann daher in einem festen oder flüssigen Brennstoffe gewiss nicht enthalten sein. Bezüglich des Kohlenstoffes glaubte man, dass die organische Substanz der Steinkohle aus einem festen und einem flüchtigen Antheile bestehe. Doch ist diese Ansicht nicht richtig. Niemandem wird es einfallen zu glauben, dass im Zucker freier Kohlenstoff enthalten sei, obwohl man beim Erhitzen des Zuckers unter Luftabschluss reinen Kohlenstoff erhält. Heute wissen wir, dass sämmtliche Elemente des Brennstoffes nicht im freien Zustande darin sich befinden, sondern dass sie untereinander chemisch verbunden sind, und hieraus folgt die Nothwendigkeit, die Zersetzungsarbeit, welche bei der Verbrennung aufgewendet werden muss, zu berücksichtigen. Da aber die Differenzen zwischen einer genauen, und der nach Formel 67 durchgeführten Rechnung nur unbedeutend sind, da sie 2—6 Procent der Gesammtwärmeproduction betragen,¹) so kann die obige Formel in der Praxis dennoch recht gut verwendet werden. Diese und ähnliche Erwägungen sind es auch, dass man in der Praxis statt der Formel 67 jene Formel 66 verwendet, jedoch nur % des Werthes nimmt, welchen sie liefert.-)

§• 36.

Ermittlung des Heizwerthes der Brennmaterialien.

Bei der Werthbestimmung eines Brennstoffes handelt es sich in erster Linie um die Ermittlung des theoretischen Nutzeffectes, das heisst um die höchste Wärmemenge, welche der Brennstoff überhaupt liefern kann, also um jene Wärme, welche er producirt, wenn er unter den günstigsten Bedingungen verbrennt.

Diese theoretisch mögliche Leistung wird zwar in der Praxis selten oder vielleicht niemals erreicht, doch hindert dies gar nicht, dass diese höchste Wärmemenge bestimmt wird, und nicht etwa eine mittlere, in der Praxis erreichbare, weil nur die theoretisch bestimmte Ziffer fest steht, während jede andere auf praktischem Wege gefundene wandelbar ist. Ohne Kenntniss des theoretischen Heizwerthes des Brennmateriales, ist eine Contrôle des Betriebes ganz unmöglich.

Die Ermittlung des theoretischen Heizwerthes eines Brennmateriales erfolgt am sichersten dadurch, dass man eine geringe Quantität des Heizmateriales unter deh günstigsten Bedingungen, also in einem eigens für diesen Zweck erbauten Apparat, dem sogenannten Calorimeter verbrennt, und sämmtliche Wärme, welche hiebei entsteht auf ein sorgfältig abgewogenes Wasser-Quantum von genau gemessener Temperatur überträgt. Aus der nach vollzogener Verbrennung des Heizstoffes entstandenen Temperaturerhöhung des Wassers berechnet sich sodann der calorische Werth des dem Verbrennungsversuche unterzogenen Brennstoffes.

= 6605 Calorien, während der auf Grund der

8*6

So fand beispielsweise Professor Schwackhöfer in Wien,³) dass ein Quantum von 8'6 Kilogramm Steinkohle, welche er in seinem Calorimeter verbrannte, 92885'2 Calorien Wärme an daa Wasser dieses Apparates abgegeben habe. Die abziehenden Gase enthielten 45-6 Calorien, und die Wärme, weiche durch Bildung von Kohlenoxyd- verloren ging, von der Kohle jedoch producirt wurde, betrug 120-2 Calorien. Die Gesammtproduction an Wärme belief sich sonach auf 92885-2-f--j- 120'2 -f- 45'6 = 93051 Calorien. Die Verbrennungsproducte wurden vor ihrem Austritte aus der Kammer des Calorimeters mit Sauerstoff gemischt und durch eine Schichte glühender Zuckerkohle geleitet, um etwa noch vorhandene brennbare Gase oder Rauchp-roducte vollständig zu verbrennen. Die durch diese Zuckerkohle producirte Wärme, welche 36247-5 Calorien betrug, muss daher von obiger Summe in Abschlag gebracht werden, so dass man für den Wärmewerth der untersuchten Kohle 93051 —36247-5 = 56803-5 Calorien erhält, auf 1 Kilogramm der untersuchten Steinkohle entfällt sonach ein Wärmequantum von    °

chemischen Analyse berechnete Wärmewerth sich auf 6276 Calorien beziffert hatte, so dass die

Calorien betrug, was : Heizwerthes entspricht.

Differenz zwischen der calorimetrischen Bestimmung und der chemischen Analyse (6605-6276) = 329 329 X 100

-~6276—r = 5-24 Procent des durch die chemische Analyse ermittelten

b Schwackhöfer. Wochenschrift des österreichischen Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1889, pag. 330.

²)    Der GastechniKer. Wien 1885, Bd. 3, pag. 175.

³)    Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1889, pag. 329.

Gegen die calorimetrische Werthbestimmung wird gewöhnlich der Einwand erhoben, dass aus einer Menge von wenigen Grammen ein Schluss gezogen werde auf den Werth von vielen Tonnen, dass daher diese Methode unmöglich so genaue Resultate liefern könne, als es thunlich wäre, man Verbrennungsversuche im Grossen angestellt haben würde.

wenn

Es unterliegt keinem Zweifel,¹) dass die Resultate der im grossen Massstabe durchgeführten Versuche dem Praktiker am meisten Zusagen und daher auch das grösste Vertrauen gemessen. Man sagt: Bei einem Heizversuche im Grossen wird die Kohle unter den natürlichen Bedingungen verbrannt, ein Theil der producirten Wärme geht durch den Schornstein verloren, ein anderer durch unvollständige Verbrennung, ein Theil der Kohle bleibt in Schlacken, ein Theil fällt durch den Rost, ein gewisser Verlust ergibt sich durch Leitung, Strahlung etc., dies sind aber durchwegs Factoren, mit welchen man auch in der Praxis zu rechnen, hat. Sind diese Verluste in dem Versuche mitinbegriffen, so erhält das Resultat hierdurch einen greifbaren praktischen Werth.

Es ist indessen ein Irrthum, zu glauben, dass die Resultate umso genauer ausfallen, je grösser die Menge des Untersuchungsmateriales ist. Wäre dies richtig, so müssten alle Ergebnisse, zu welchen die Forschung der Chemiker gelangte, einen zweifelhaften Werth haben, weil ja die Chemiker bekanntlich mit sehr kleinen Mengen arbeiten. Was hingegen die Anstellung der Experimente unter möglichst denselben Verhältnissen anbelangt, welche in der Praxis Vorkommen, ist zu bemerken, dass Resultate, welche aus derlei Experimenten abgeleitet sein würden, erst recht keinen wissenschaftlichen Werth hätten, weil sie zur Voraussetzung ganz bestimmte Verhältnisse hätten, nämlich Verhältnisse, welche dem Versuche zu Grunde lagen, also für andere in der Praxis vorkommende Verhältnisse nicht zutreffend wären. Es ist nämlich jeder auf praktischem Wege ermittelte Heizwerth nur für diese Locomotive giltig, bei welcher er bestimmt wurde, und für keine andere, während der theoretische Heizwerth das Maximum dessen angibt, welehes erreichbar ist, wenn die Verbrennung eine vollkommene wäre, und keine Verluste stattfänden. Die theoretische Ziffer ist also eine unzweideutig bestimmte, während die praktische veränderlich ist, und man das Gesetz der Veränderung nicht kennt.

betrachtet

Dass man in einem Irrthüme sich befindet, wenn man glaubt, dass nur im Grossen durchgeführte Versuche für die Praxis einen Werth haben, ersieht man z. B. auch schon daraus, dass die berühmten Versuche von Schenrer-Kestner und Monier, welche so lange als massgebend wurden, durch die neueren Versuche mit dem Calorimetdr weitaus überflügelt wurden. Es wurde nämlich nachgewiesen, dass die Zahlen der Scheuer-Kestner’sehen Versuche an grosser Ungenauigkeit leiden, was zur Folge hatte, dass diese, mit den vollkommensten Mitteln ausgestattete Versuchsanstalt in München, deren Einrichtung die Summe von 90.000 Mark in Anspruch nahm, nach einem achtjährigen Betriebe nunmehr aufgelassen wurde. '")

Ausser der Methode der Berechnung des Heizwerthes der Brennmaterialien aus der chemischen Analyse dieser Stoffe und der Ermittlung desselben durch Verbrennung im Calorimeter, steht in der Eisenbahnpraxis noch die sogenannte Reductionsmethode nach Beriltier in Verwendung.

Diese Methode beruht darauf, dass man eine gewogene Menge gepulverter Kohle mit überschüssigem Bleioxyde so lange glüht, bis vollständige Verbrennung eingetreten ist'. Luftzutritt ist dabei ausgeschlossen, die Verbrennung erfolgt ausschliesslich auf Kosten des Sauerstoffes der Bleiglätte, welche dadurch zu metallischem Blei reducirt wird. Das erhaltene

1889, pag. 341.

'■) Schwackhöfer. Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien

1889, pag. 329.

²) Schwackhöfer. Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien

16

Gramm Sauerstoff festnimmt, so entspricht einem Kilogramm Blei: = 0'03k£, d. h. 3 Procent Kohlenstoff. Wenn das in beschriebener

IC ! IC

16

207

Weise angestellte Experiment eine Menge von z Kilogramm metallisches Blei ergab, so müsste das Brennmaterial 0‘03 2 Kilogramm Kohlenstoff enthalten haben, da aber ein Kilogramm Kohlenstoff, wenn er zu Kohlensäure verbrennt, 8080 Calorien liefert, so. entspricht der Menge von z Kilogramm reducirtenBleies, eineWärmemenge von : 0‘03 X 80802= 242 .«Calorien. Mit Rücksicht auf unvermeidliche Verluste werden jedoch gewöhnlich nicht 242, sondern 238 Calorien angenommen. Man hat sonach:

. . (68

Blei wird gewogen und daraus die Menge des Sauerstoffes berechnet, welche zur Verbrennung der Kohle nothwendig war.

Bleiglätte besteht aus 207ks Blei und 16kS Sauerstoff. Ein Kilogramm

Kilogramm Sauerstoff. Da das Product der Ver-

Blei bindet sonach

16

207

brennung Kohlensäure (C0₂) .ist, deren Aequivalent (12+ 2X16) = 44 beträgt, so entfallen auf je 12ks Kohlenstoff: 2X16 = 32ks Sauerstoff, so

dass also 1 ks Sauerstoff

tc to

Kilogramm Kohle bindet. Da nun 1 k§ Blei

a = 238. z

eine praktische Formel zur Bestimmung des calorischen Werthes eines Brennmateriales, welches keinen oder nur wenig Wasserstoff enthält.

Hierbei bezeichnet:

a...den Wärmewerth des Brennmateriales in Calorien;

Z. . . die Menge des reducirten Bleies in Kilogramm.

Eine Steinkohle, welche nach Berthier’s Methode auf ihren calorischen Werth untersucht wurde, liefert 30 Kilogramm metallisches Blei, der Wärmewerth dieser Kohle betragt sonach : z — 238 X 30 = 7140 Calorien.

Strohmayer¹') verwendet anstatt Bleiglätte Kupferoxyd (CO), mit welchem der Brennstoff geglüht wird. Nach dieser Methode wird der gesammte Glührückstand mit Chlorwasserstoffsäure und Ferrichlorid behandelt, wobei letzteres durch das reducirte Kupfer zum Theile in Ferro-chlorid übergeht, dessen Menge man durch Filtriren mit Chamäleonlösung bestimmt. Ein Gewichttheil Ferrochlorid entspricht 190'8 Calorien.

Diese beiden Methoden beruhen auf der Voraussetzung, dass brennbare einfache Körper für sich dieselbe Verbrennungswärme besitzen, wie in ihren Verbindungen. Da aber diese Voraussetzung ( Weiter’s Hypothese) unrichtig ist, so haben auch die darauf basirten Methoden keinen wissenschaftlichen Werth und sollten daher ausser Gebrauch kommen.

Dass Welter’s Gesetz unrichtig ist, geht beispielsweise auch daraus hervor, dass sobald Kohle zu Kohlensäure verbrennt, auf 1 Kilogramm hierbei verbrauchten Sauerstoff 3026 Calorien entfallen, während, wenn Wasserstoff zu Wasser verbrennt, auf 1 Kilogramm verbrauchten Sauerstoff 4273 Calorien entfallen. Nach Welter’s Hypothese müsste die Anzahl der Calorien in beiden Fällen gleich gross sein.

*) Karmarsch und Heeren. Technisches Wörterbuch, Prag 1876. Ueber Brennstoffe, pag. 17.

§• 37.

Verdampfungsfähigkeit des Brennmateriales.

Die Verwerthüng des Brennstoffes für die Locomotive beruht auf dessen Verdampfungsfähigkeit, und dies ist die wichtigste Eigenschaft des Feuerungsmateriales, welche bei Beurtheilung des Werthes desselben massgebend ist. Schlackenbildung, Funkenflug, Backen der Kohle und Rückstand an Asche sind von secundärer Bedeutung.

Um also das beste Feuerungsmateriale herauszuflnden, muss man vor allem dessen Verdampfungsfähigkeit kennen, und wird man im Principe stets jenem Feuerungsmateriale den Vorzug zu geben haben, welches die grössere Verdampfungsfähigkeit zeigt, und dies auch dann, wenn es nicht das billigere sein sollte.¹)

Um in dieser Richtung Anhaltspunkte zu gewinnen, bestimmte der berühmte Technologe Karniarsch die Menge des Wassers, welche 1 k& einer auf dem Roste der Locomotive verbrennenden Kohle in Dampf von bestimmter Spannung zu verwandeln vermag. Wurde eine Menge von m Kilogramm Brennmateriale verbraucht, um D Kilogramm Wasser in Dampf von bestimmter

Spannung zu verwandeln, so verdampft 1 kS Brennstoff:

Wasser. Um 1 ks Wasser in Dampf von 150H C. zu verwandeln, braucht man in runder Zahl 650 Calorien (§. 50), mithin ist:

Kilogramm

a = 650.

.    . (69

eine Formel zur Ermittlung des calorischen Werthes des Brennmateriales.

Hier bezeichnet:

a . . . . den Wärmewerth eines Kilogrammes Brennstoff, in Calorien ausgedrückt ;

D ...die Wassermenge in Kilogramm, welche 1 ks Brennstoff in Dampf von 150° C. zu verwandeln im Stande ist;

m ...das Gewicht des Brennmateriales in Kilogramm, welches zur Verdampfung von D Kilogramm Wasser aufgewendet wurde.

Beispiel: Im Jahre 1878 wurde auf den ungarischen Staatsbahnen constatirt, dass zur Verdampfung von 13-48 Cubik-Meter Wasser, die Locomotiven der verkehrenden Züge 2-916 Tonnen Steinkohlen verbraucht haben.

Wir haben sonach: D — 13-48X1000 =13480, m = 2916, mithin:

a=650 •

3?=*»

Calorien. Der Wärmewerth eines Kilogrammes der auf diesen Bahnen verwendeten Kohle beträgt sonach 3000 Calorien.

Diese Methode der Wärmebestimmung eines Brennmateriales ist zwar im Principe recht einfach, deren praktische Durchführung trifft jedoch auf Schwierigkeiten, welche nicht immer zu umgehen sind. Die Menge des verbrauchten Brennmateriales kann zwar stets mit der gewünschten Genauigkeit ermittelt werden, dies ist jedoch nicht der Fall, sobald es sich um die Menge des gleichzeitig verbrauchten Wassers handelt. Will man nämlich den Wasserverbrauch mit der erforderlichen Schärfe bestimmen, so muss der Tender der Maschine genau calibrirt sein, was wohl selten der Fall ist. Angenommen auch, dass der Wasserverbrauch aus dem Tender durch-

') Tilp. Der praktische Maschinendienst, Wien 1877, pag. 252.

aus richtig angegeben ist, so kann auf die Menge des dem Kessel zugeführten Wassers noch immer nicht sicher geschlossen werden, da der Speise-Apparat (Injector) einen Theil dieses Wassers verliert und dieser Verlust gewöhnlich ausser Acht gelassen wird, obgleich er unter Umständen recht bedeutend sein kann.¹)

Der Karmarsch’sehen Methode der Bestimmung des calorischen Werthes der Brennstoffe ist vorzuwerfen, dass die Resultate, welche sie liefert, abhängig sind von der Güte der Feuerungs-Anlage der betreffenden Locomotive und der Aufmerksamkeit, welche der Bedienung des Feuers geschenkt wird. Eine minder gute Kohle kann nämlich bei einer vorzüglich geleiteten Feuerung, bei welcher also alle Wärme-Verluste möglichst vermieden werden, und die Zufuhr der Luft zum Roste correct erfolgt, ebenso und nach Umständen noch günstigere Resultate liefern, als eine vorzügliche Kohle, welche unter minder günstigen Umständen verbrennt.

Welchen grossen Einfluss aber Erfahrung und Eifer des Heizers haben, ist am Besten daraus zu ersehen, dass bei den in Mühlhausen und Lille veranstalteten Wettheiz-Versuchen das Quantum des erzeugten Dampfes bei einem und demselben Heizmateriale mitunter um 25% variirte.

Hat man den Wärmewerth a eines Brennmateriales auf die eine oder andere Weise bestimmt, so schreitet man zur Bestimmung jener Menge Dampf, welche durch Aufwand von 1 k° Brennstoff, dessen Wärmewerth a Calorien ist, entsteht. Es muss bemerkt werden, dass die Wärme, welche das Brennmateriale liefert, nicht ganz zur Verdampfung verwendet werden kann. Für diese Zwecke gelangt nämlich nur jener Theil der producirten Wärme zur Verwendung, welchen die Heizfläche der Locomotive aufnimmt; der Theil hingegen, welchen die Verbrennungsgase nach Aussen entführen, geht für die Verdampfung verloren. Die Erfahrung lehrt, und wir werden dies später (§. 42) begründen, dass das Gewicht der Verbrennungsgase, welche 1 Kohlenstoff liefert, 22beträgt. Da weiters angenommen werden kann, dass zur Erhöhung der Temperatur von 1 k& Verbrennungsgase um 1° C. circa ¹/₃ Calorie erforderlich ist, so sieht man, dass die Verbrennungsgase, welche durch Verbrennung von von 1kg Kohlenstoff entstehen, für

22

jeden Grad Temperatur, zu welchem sie erwärmt werden, —

3

Wärme in sich bergen. Da aber die Erfahrung lehrt, dass die Temperatur der beim Schornstein der Locomotive entweichenden Gase zum Mindesten

= 7 Calorien

2100 Calorien für

300° C. beträgt, so sieht man, dass von der Wärme, welche durch Verbrennung von 1 ks Kohlenstoff erzeugt wird, 300 X7 die Verdampfung verloren gehen. Liefert ein Kilogramm des Brennmateriales, welches am Roste der Locomotive verfeuert wird, a Calorien, so muss von dieser Wärme jene Wärme in Abschlag gebracht werden, welche mit den Rauchgasen entweicht, und die, wie soeben gezeigt, bei neueren Locomotiven durchschnittlich 2100 Calorien beträgt. Die Wärme, welche zur Dampfbildung [aufgewendet wurde, beträgt sonach (a—2100) Calorien. Berücksichtigt man, dass jedes Kilogramm Wasser, welches in Dampf (von 150° C.) verwandelt wird, 650 Calorien erfordert (§. 50), so erkennt man,

(-

^ Kilogramm Dampf erzeugen

dass ein Kilogramm Brennstoff wird:

— 2100

650 können.

!) Borodin. Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 1117—198.

Bezeichnet man dieses Dampfgewicht mit D, so hat man :

(«y

-3 2    •

.    .    (70

eine Formel zur Ermittlung des Dampfgewichtes, welches durch Aufwand von 1 ks Brennmateriale erhältlich ist.

In dieser Formel bezeichnet:

I) . . . die Menge Dampf von 150° C. in Kilogramm, welche ein Kilogramm Brennstoff liefert, sobald dessen Wärmewerth a Calorien beträgt; a . . . .den Brennwerth des Feuerungsmateriales in Calorien pro Kilogramm Brennstoff.

Ein Kilogramm Kohle, deren Brennwerth 8080 Calorien beträgt (also

8080

die beste Kohle, die existirt), würde sonach:

650

= 12VaDampf liefern,

wenn deren ganzer Wärme-Inhalt für Zwecke der Dampf-Erzeugung verwerth-bar wäre.

Da dies jedoch nicht der Fall ist, so wird ein Kilogramm dieser Kohle

im Mittel nur:

8080 — 2100

9 k& Dampf liefern. Uebrigens ist dies noch

650

nicht der allergrösste Verlust an Wärme, welchen wir uns bei der Locomotiv-feuerung gefallen lassen müssen. Weit grössere Wärmeverluste sind durch die Feuerungsanlage selbst bedingt, so dass eine Locomotive eine grössere, die andere hingegen eine geringere Wärmemenge von jenem Wärmevorrathe nutzbar zu verwenden gestattet, welcher im Brennmateriale aufgespeichert ist. Derlei Umstände bringen es mit sich, dass man in der Praxis weit weniger Wasser wird verdampfen können, als es nach der obigen Formel zu erwarten wäre.

Jahrelang geführte und mit den verschiedensten Locomotiven an-gestellte Versuche ergaben, dass im Durchschnitte die nachstehenden Mengen Dampf durch Verbrennung von 1 kS Brennmateriale erhältlich sind:

Nasses Brennholz................

Lufttrockenes Holz...............

Getrocknetes Brennholz...........

Torf von 20 Procent Wassergehalt..

Amerikanische Kohle (Punta arenas) . ,

Steinkohle aus Jaworzno (Oesterreich)

Japanesische Kohle..............

Maschinen-Torf von 18 Procent Wassergehalt . 5'25 Steinkohle aus Kladno....

Steinkohle aus Dąbrowa . ,

Australische Kohle (Tivoli)

Holzkohle..............

Elsässer Steinkohle ......

New-Castle Kohle.......

Französische Briquets ....

Englische Kohle (Nixon) . .

Torfkohle..............

Naphtha...............

L89 Kilogramm

2-75

3-62

4-16

4-46

4-85

5-25

5-50

5-80

6-76

6-82

7-06

7-28

7-90

814

9-68

))

))

Mit Umsicht, Sorgfalt und in genügender Menge durchgeführte Verdampfungsversuche haben für Eisenbahnen insoferne einen Werth, als sie eine Vergleichung des Brennwerthes verschiedener Feuerungsmaterialien gestatten, welche Vergleichung dann als Basis zur Ermittlung des Geldwerthes der einzelnen Feuerungsmaterialien, so wie zum Ausmasse von Prämien an Maschinftihrer für erspartes Feuerungsmateriale, eine rationelle Grundlage bietet. Als Beispiel eines solchen Vergleiches mögen die nachstehenden Angaben dienen, bei welchen der Brennwerth der Rakonitzer Nusskohle als Einheit angenommen wurde: Rakonitzer Nusskohle V00, Jaworznoer Steinkohle 1-28, Ostrauer Coke 1-43, Karwiner Förderkohle 1-65, Ostrauer Förderkohle 1-74.

§• 38.

Die Steinkohle.

Das Bestreben, die in Cornwall’s Gruben massenhaft geförderte Steinkohle zu den Depotstationen, von welchen aus sie verschifft wurde, möglichst billig zu schaffen, hatte die Erfindung der Eisenbahn zur Folge (§. 22) und wurden die Locomotiven dieser Kohlenbahnen natürlich mit dieser Steinkohle gefeuert, so dass dieses Materiale Frachtgut und Brennstoff zugleich war. In Oesterreich fanden die ersten Eisenbahnen fast noch Urwald vor, während die Steinkohle nur wenig verwendet wurde, und daraus erklärt sich, dass hier die ersten Locomotiven nicht mit Steinkohle, sondern mit Brennholz geheizt wurden. Erst später, als die Preise des Brennholzes in die Höhe gingen, lenkte man seine Aufmerksamkeit dem Feuerungsmateriale Englands zu und begann Kohle zu verwenden.

Die ersten Versuche, Brennholz durch Steinkohle zu ersetzen, machte die österreichische Regierung bereits im Jahre 1849 auf der damals noch in ihrem Besitze befindlichen, heute der Südbahn gehörenden Bahnstrecke Marburg-Spielfeld, und Ingenieur Schlägel war es, der mit der Durchführung dieser Versuche betraut wurde. Die betreffenden Proben fielen über alle Erwartung günstig aus; es zeigte sich nämlich, dass die Locomotive mit Steinkohle sich vortrefflich heizen lasse, und was das wichtigste war, dass die Feuerung mit Kohle billiger zu stehen komme, als jene mit Brennholz.

Um jedoch sicher zu gehen, wurde die Durchführung einer Reihe neuerlicher Versuche beschlossen, und Professor Balling war es, der mit dieser Arbeit betraut wurde. Balling wies in seinem Berichte auf die grosse Tragweite der Verwendung der Steinkohle hin und dessen Elaborat war es, welches die österreichische Regierung zur Verwendung der Steinkohle als Feuerungsmateriale bestimmt hatte.

Man unterscheidet zwei Gattungen Kohle: die sogenannte schwarze Kohle, welche man kurzweg Steinkohle nennt, und die Braunkohle. Inwieferne diese beiden Gattungen von Kohle sich von einander unterscheiden, lässt die folgende Zusammenstellung erkennen :

Sauerstoff

Kohlenstoff j Wasserstoff

H,

Gattung der Kohle

Mittelgute Schwarzkohle

Braunkohle...........

Beste Steinkohle.......

Anthracit............

74-18

76-18

9050

92-85

5-89

5'64

5-05

19-90

18-07

4-40

3-96

3-19

Steinkohle, wenn von guter Qualität, ist ein vortrefflicher Brennstoff, während Braunkohle nur zwingenden Falles zur Verwendung bei Locomotiven gelangt. Der Wassergehalt der Steinkohle schwankt je nach der Provenienz von Null bis 12 Procent, deren specifisches Gewicht von CP8 — D5. Die Steinkohle hat in manchen Gegenden einen solchen Werth, dass man aus dem Kohlenstaub Ziegeln, sogenannte Briquet presst und diese zur Feuerung für die Locomotive verwendet.

In neuerer Zeit wird Coke als Brennmaterial für die Locomotive verwendet. Coke ist nichts anderes als Steinkohle, aus welcher die flüchtigen Bestandtheile durch Destillation entfernt wurden. Ursprünglich erhielt man sie als Rückstand bei der Gasfabrikation, gegenwärtig wird sie absichtlich erzeugt, da sie ein besseres Feuerungsmateriale als Steinkohle ist. Coke besteht durchschnittlich aus: Kohlenstoff 0‘070, Wasserstoff 0’805, Wasser CP015, Hygroskopisches Wasser (P050, Asche 0⁻060.

Der eminente Vorzug der rauchfreien Verbrennung dieses überaus gleichförmigen Feuerungsmateriales gegenüber Stein- und Braunkohle war es, welcher die Eisenbahn-Verwaltungen ver-anlasste, schon in den Fünfzigerjahren die Verwendbarkeit der Coke für Feuerungszwecke bei Locomotiven durch zahlreiche Proben zu erforschen. Diese Versuche waren jedoch von ungünstigem Erfolge begleitet, indem die kupfernen Feuerbüchsen, sowie die messingenen Siederohre schadhaft wurden, die Roste sich rasch abnützten und verbrannten, so dass der erhoffte Effect nicht erreicht werden konnte. Heute, wo wir die Eigenschaften des Coke kennen, ist das Misslingen der ersteh Versuche sehr erklärlich. Coke hat nämlich bei ihrer Entstehung die Flammen bildenden Bestandtheile eingebiisst, sie flammt fast gar nicht, der pyrometrische Effect wird daher an einer Stelle frei. Dies hat zur Folge, dass in dem engen Raume der Feuerkiste mehr als die Hälfte des disponiblen Wärmevorrathes zur Entwicklung gelangt, so dass Stehbolzenköpfe, Nieten und Bänder leicht verbrennen können. Derlei Vorkommnisse traten jedoch nicht mehr auf, seit man die Unterschiede kennen lernte, welche beim Verbrennen von Coke und Steinkohle bestehen. Coke braucht nämlich zur vollständigen Verbrennung ‘‘ „mal so viel Luft als Steinkohle, er bedarf also eines stärkeren Zuges, und dies umso mehr, als er nur in dicken Schichten verbrannt werden kann, was bei der Steinkohle nicht der Fall zu sein braucht.

Ueber den Brennwerth der Steinkohle gibt die nachstehende Tabelle einigen Aufschluss:

Provenienz

Steinkohle

Aschengehalt

Procent

Brennwerth in Calorien

Deutschland <

Griessborn

Dudweiler

Königsgrube

Louisengrube

Zwickau

12-4

4-1

4-5

2-8

7-4

6050

7600

6900

7600

6750

Oesterreich <

Mariaschacht

Mathildenschacht

Ostrau

Leoben

Hrastnigg

Salgo-Tarjan

Rakonitz

Dux

Brüx

5-3

6-1

7-8

6-0

5-8

2-2

8-9

2-1

4-8

6995

6650

6210

4840

3920

5537

4839

4333

3460

Wir sind jedoch nur selten in der Lage, die in der vorstehenden Tabelle angegebene Menge von Calorien zu produciren. Die Menge der Wärme, welche das Brennmateriale producirt, hängt nämlich, wie dies bereits angedeutet wurde, ganz wesentlich von der Feuerungs-Anlage der Locomotive ab, also von einem Factor, welcher sehr variabel ist.

4452

Die Erfahrung lehrt, dass man aus einem Kilogramm guter Steinkohle im Mittel 4'2m3 Heizgase erhält, von denen jedes Cubik-Meter 1060 Calorien Wärme liefert, woraus folgt, dass 1 ks Steinkohle nur 4⁻2Xl060 Calorien verwerthbare Wärme, das heisst solche Wärme liefert, welche an das zu verdampfende Wasser abgegeben wird. Da der mittlere Wärmewerth einer Steinkohle 6500 Calorien beträgt, so nützen wir für Zwecke der Verdampfung 4452

• 100

64 Procent der in der Kohle vorhandenen Wärme aus

nur:

6500

(§. 35). Nur in seltenen Fällen gelingt es, 70 Procent der in der Kohle aufgespeicherten Wärme nutzbar zu verwenden, in vielen Fällen erzielt man nicht mehr als 30 — 40 Procent.

Aus diesem Grunde ist es unerlässlich, dass jede Bahn für ihre Loco-motiven und ihre Brennstoffe Verdampf tings-Versuche anstellt, da sie nur auf Grund derlei Versuchen zu zuverlässigen Resultaten über den praktischen Heizruerth ihrer Brennmaterialien gelangen kann (§. 37).

Nach dem Heizwerthe richtet sich der Preis der Kohle. Bei Beschaffung der Kohle ist aber nicht nur deren Grubenpreis, sondern auch die Ausgabe für den Transport derselben zu rechnen. Da die Transportkosten dieselben bleiben, ob man vorzügliche oder minderwerthige Kohle transportirt, ja sogar im letzteren Falle höher zu stehen kommen, weil für Zwecke der Erzeugung einer und derselben Menge Wärme mehr schlechte Kohle herbeigeschafft werden muss als gute, so kann es bei Bahnen, welche in ihrem Bezirke keine Kohlen haben, dieselben daher von weither transportiren müssen, sich treffen, dass die minderwerthige Kohle trotz billigerem Preise theurer zu stehen kommt, als die gute Kohle.

Ein Beleg hiefür liefert uns unter anderen die Gotthardbahn, welche 8 fl. für die Verfrachtung von 1 Tonne Kohle zahlen muss. Der Grubenpreis der vorzüglichen Kohle, welche diese Bahn verfeuert, beträgt 4 fl. per Tonne; daher kommt eine Tonne dieser Kohle loco Gotthardbahn auf 44-8 = 12 fl. zu stehen. Würde Abgangkohle mit % Heizkraft zum halben Ankaufspreis verwendet worden sein, so müsste man zur Erzielung der gleichen Wärme statt 1 Tonne, % Tonnen verfeuern. Die Kosten der Wärme stellen sich sonach für die minderwerthige Kohle wie folgt: Ankauf der Kohle ³/₂X2 = 3 Gulden, Transport ³/₂X8=12, Summa 15 Gulden, während die bessere Kohle 14 fl. gekostet hat. Es würde also die gleiche Menge Wärme bei Verwendung der billigeren Kohle um 1 fl. pro Tonne theuerer zu stehen kommen, als die Wärme der theueren Kohle.

Im Allgemeinen wird der Bezug der Kohle aus eigenem Kohlengebiete der ökonomischere sein, weil Transportspesen an fremde Bahn-Verwaltungen entfallen. Der Grundsatz: die beste erhältliche Kohle mit der höchsten Verdampfungsfähigkeit zu verwenden, ist jedoch der wichtigste, und kann unter Umständen auch bestimmen, dass von nahe gelegenen Kohlenwerken abgesehen und auf Kohle fremder Bahnen reflectirt wiref.¹)

Der jährliche Verbrauch an Kohle ist auf Eisenbahnen sehr bedeutend, wie dies beispielsweise aus der nachstehenden, auf österreichische Bahnen sich beziehenden Tabelle ersehen werden könne:

J) Tilp. Der praktische Maschinendienst, 1877, pag. 189.

Auf österreichischen Eisenbahnen wurde verfeuert

in den Jahren

pro Jahr

Gattung des Brennmateriales

1885

1886

1867

Brennmateria! in 1000 Tonnen

im

Durchschnitt

Coke

Lignit

Braunkohle

Schwarzkohle

11

12

11

11

266

777

763

250

758

784

240

722

857

252

752

801

Summa. .

1817

1804

1830

1820

Die österreichischen Eisenbahnen verbrennen sonach jährlich 1820 Kilo-Tonnen, das ist 1,820.000 Tonnen Kohle, und diese besitzt einen Werth von circa 6 Va Millionen Gulden.

§. 39.

Das Brennholz.

Die Locomotive »Austria«, welche am 23. November 1837 den ersten Zug auf der ersten Dampfeisenbahn in Oesterreich (der Nordbahn) geführt hatte, war mit Holz geheizt gewesen. Dieses Feuerungs-Materiale befriedigte jedoch nicht ganz, wie dies deutlich aus einem Zeitungsberichte¹) der damaligen Zeit zu entnehmen ist. In diesem Berichte hiess es. nämlich: »Es ereignete sich, dass während der Fahrt durch den Luftzug kleine Glühstücke aus dem Schornsteine getrieben wurden, wesshalb in dem, der Locomotive nächsten Wagen die Fenster geschlossen gehalten werden mussten.«

Bei der Brennholzfeuerung entsteht nämlich ein Funkenflug, weil unverbrannte Holztheile in Folge ihres geringen specifischen Gewichtes durch die Siederöhren hindurch leichter in den Schornstein gerathen können, als dies bei unverbrannten Kohlentheilchen der Fall ist. Die Maschinen welche für Holzfeuerung eingerichtet sind, müssen daher mit Funkenfängern versehen werden. Was das specifische Gewicht des Brennholzes anbelangt, so ist es je nach der Holzgattung verschieden. Aus der nachstehenden Tabelle ') sind die diesfallsigen Verschiedenheiten zu entnehmen:

Holzart

Specifisches Gewicht grün

lufttrocken

Eiche

Esche

Buche

Kiefer

Ulme

Ahorn

Aspe

Lärche

Tanne

Linde

Fichte

0-9852

0-8304

0-8160

0-7828

0-7502

0-7044

0-6398

0-6112

0-5878

0-5810

0-4931

1-0745

0-8785

1-0288

0-8734

0-9166

0-9210

0-8809

0-7633

0-8041

0-7690

0-5266

*) Weillmalin. In Bäuerle’s Theaterzeitung vom 25 November 1837. ²) Mittheilungen des technischen Gewerbemuseums in Wien, 1883.

Da Brennholz leichter als Steinkohle ist, so muss es, selbst wenn es denselben Brennwerth wie Kohle hätte (was jedoch nicht der Fall ist), einen grösseren Raum im Tender einnehmen aD Steinkohle, was zur Folge hat, dass Maschinen, welche mit Brennholz ausgerüstet werden, öfters Brennmaterial ausfassen müssen, als dies bei Steinkohlen-Feuerung der Fall ist. Um diesem Missstande zu begegnen, schlichtet man nicht selten auf den Tender grosse Haufen Scheiter auf, ja man versieht die Tender mit Galerien, um einen grösseren Fassungsraum zu schaffen. Dies hat jedoch wieder den Nachtheil, dass derlei Berge von Scheiterholz dem Maschinfiihrer die Aussicht nach rückwärts benehmen, so dass er ganz und gar auf das Zugbegleitungs-Personale angewiesen ist.

Die chemische Zusammensetzung des Brennholzes ist aus der folgenden Tabelle zu entnehmen, in welcher des Vergleiches halber auch Stroh aufgenommen wurde :

Brennmaterial

Kohlen

stoff

Wasser

stoff

(freier)

Stickstoff

j Chemisch Asche j gebundenes Wasser

Hygros

kopisches

Wasser

Eichenholz

Nadelholz

Stroh

41-02

41-99

35-86

0-67

0-86

1-83

0-76

0-30

0-75

0-45

0-63

5-00

39- 57

40- 48 42-39

16-05

15- 39

16- 00

Was den Wärmewerth des Brennmateriales anbelangt, so liefert:

1860 Calorien 3190 3300

1 Kilogramm Stroh . . .

Nadelholz Eichenholz

sobald es die natürliche Feuchtigkeit (gewöhnlich 16 Procent Wasser) hat; künstlich getrocknetes Holz liefert pro Kilogramm im Mittel 3870 Calorien.

Auf Eisenbahnen, welche die Holzfeuerung bei ihren Locomotiven eingeführt haben, wurden Aufschreibungen über den Verbrauch des Holzes für Züge geführt, aus welchen Aufschreibungen der factische Aufwand an Holz für eine bestimmte Leistung ermittelt werden kann. Aus nachstehender Tabelle ist beispielsweise das Normale zu ersehen, welches auf der Erzherzog Albrecht-Bahn in Galizien in Kraft stand.

Pro Stunde darf zur Ausgabe gelangen hartes Brennholz

für Zwecke

Sommer

Winter

C u bi k - Meter

Anheizen der Maschine pro Kilometer Fahrt einer leeren Maschine eines Arbeitszuges Beförderung von 1000 Tonnen-Kilometer Eine Stunde Dampfhalten Eine Stunde Verschieben

1-75

0-039

0-109

0-443

0102

0-205

1-75

0-041

0-119

0-443

0-136

0-273

Indessen haben derlei Aufschreibungen nur einen Werth für jene Bahn, für welche sie gemacht wurden, sind also zu Vergleichungen des Brennholz-Aufwandes zweier verschiedener Bahnen nicht geeignet.

Was den jährlichen Verbrauch von Brennholz für Zwecke der Feuerung der Locomotiven anbelangt, so möge zur Kenntniss dienen, dass die österreichischen Eisenbahnen im Jahre 1887 circa 212.000m’ Holz im Werthe von V₃ Million Gulden verfeuert haben.

2’06 Kilogramm Dampf

Ebenso wie mit Kohle, hat man auch mit Brennholz Verdampfungsversuche angestellt. Auf der Erzherzog Albrecht-Bahn in Galizien fand man beispielsweise (1877), dass 1 ks Brennholz die nachstehenden Mengen von Dampf (in Kilogramm) liefert:

Espe .

Tanne

Weissbuche . . . 2⁻30 Eiche Erle.

Birke

2-23

er

2-34 2-49 2-57

Rothbuche . . . . 2‘65

Auf den österreichischen Staatsbahnen fand man (1885), dass:

.350 Kilogramm

1 Cubik-Meter hartes Brennholz

)>

weiches Brennholz ..315 Schwartenholz . . . .280 alter Schwellen . . 190 Braunkohle aus dem böhmischen Nordwest-Steinkohlenbecken ersetzen könne.

Es kann angenommen werden, dass der Brennwerth einer niederösterreichischen Klafter (0‘3m3) harten Brennholzes gleich sei jenem einer Tonne Steinkohle mittlerer Qualität, wobei festzuhalten ist, dass das Brennholz eigentlich ein besseres Feuerungsmateriale für die Locomotiven ist, als Steinkohle, weil es keinen Schwefel enthält, von welchem jene selten frei ist, und der Schwefel die Kesselwände stark angreift.

§• 40.

Der Torf.

Das organische Gebilde, welches den Namen Torf erhielt, entsteht durch Zersetzung von Sumpf- und Wasserpflanzen. Je nach der Gewinnung unterscheidet man Stichtorf (durch Ausstechen des Torflagers in ziegelförmigen Stücken erzeugt), Streichtorf (in Formen gestrichener breiartiger Masse), Baggertorf (dünnflüssige Masse, gewonnen durch Abseihen) und Presstorf (durch Pressen auf ein geringeres Volumen gebracht).

Wenngleich Torflager seit undenklichen Zeiten bekannt sind, so datirt die Verwendung des Torfes zur Locomotivfeuerung doch erst seit 1843, woselbst auf Braunschweigs Bahnen die ersten diesbezüglichen Versuche angestellt wurden. Diese, sowie die ein Jahr später (1844) in Bayern begonnenen Versuche ergaben jedoch anfänglich kein günstiges Resultat, weil roher Torf in Folge seines geringen specifischen Gewichtes von 0’13 (lm3 Torf wiegt 130k£) einen so grossen Raum im Tender einnimmt, dass darin nicht mehr als 1‘3 Tonnen untergebracht werden können. Dieses Quantum Torf entspricht aber, was den Brennwerth anbelangt, einer Menge von kaum 700 k& Steinkohle, und dies ist ein viel zu geringes Quantum, um beim Zuge ausreichen zu können, da derselbe dieses Quantum bereits in einer Stunde verfeuert. Erst, wenn es gelänge, dem Torf ein specifisches Gewicht von 0‘35 zu geben, würde Aussicht auf Verwendung desselben als Feuerungsmateriale entstehen, weil dann erst die Möglichkeit bestünde, den nöthigen Brennvorrath in einem einzigen Tender unterbringen zu können. Der Beharrlichkeit der Verwaltung der Bayrischen Staatsbahnen, welche die begonnenen Versuche 11 Jahre lang (bis 1885) unbeirrt fortgesetzt hatte, ist es zuzuschreiben, dass die Sache doch gelang. Diese Versuche hatten zur Folge, dass gepresster Torf nicht nur in Bayern, sondern auch in Würtemberg und Oldenburg als Feuerungsmateriale mit gutem Erfolge verwendet wird, was zum Nutzen jener Länder gereicht, welche ausgedehnte Torflager besitzen, da sie nunmehr die Schätze ihres Bodens verwerthen können.

» In Oesterreich, obwohl es mächtige Torflager besitzt, gelangt Torf noch nicht zur Verwendung, weil daselbst Holz und Kohle immer noch billiger sind als gleichwerthige Mengen von Torf.

Torf theilt die Eigenschaft, schwefelfrei zu sein, mit dem Brennholze. Dessen unverhältnissmässig grosser Aschengehalt, sowie dessen Hygroskopie bilden jedoch die Schattenseite dieses Feuerungsmateriales, da sie eigens construire Feuerungsanlagen, gedeckte Magazine etc. erfordern. Torf ist der einzige Brennstoff, der einer Verarbeitung bedarf, bevor er als Feuerungsmateriale bei Locomotiven Verwendung finden kann. Diese Verarbeitung des Torfes besteht in der Formgebung und der Entwässerung des natürlichen Productes. Die Verarbeitung geschieht auf trockenem und nassem Wege. Die Direction der bayerischen Bahnen vewendete bedeutende Summen auf Experimente, welche zum Zwecke hatten, eine praktische Verarbeitung des Torfes auf trockenem Wege zu erzielen, und gelang es auch Exter, ein Verfahren ausfindig zu machen, durch welches bewirkt wird, dass die hart gepressten Torfziegeln nicht mehr als 15 Procent Wasser enthalten, und dass deren specifisches Gewicht sogar jenes der Steinkohle übertrifft. So beachtenswerth auch diese Eigenschaften der trocken gepressten Torfziegel sind, so muss doch bemerkt werden, dass der so gepresste Torf weniger Wasser verdampft, als jener, welcher auf nassem Wege erzeugt wurde.

Im Allgemeinen besteht Torf aus: Kohlenstoff 60, Wasserstoff 6, Sauerstoff und Stickstoff zusammen 34 Procent, doch schwankt dessen Zusammensetzung bedeutend, je nach der Sorte. Die nachstehende, den Procentgehalt der im Torfe enthaltenen Bestandtheile angebende Tabelle, dürfte in dieser Richtung Anhaltspunkte bieten:

Provenienz des Torfes

Kohlen

stoff

Wasser

stoff

Stickstoff !

und j Wasser Sauerstoff

Asche

Jaroschau bei Plock (Russland)

Newchatel

Holland

Irland

Dęby bei Łęczyca (Russland)

Würtemberg

Preussen

Hamburg

Frankreich

Bremen

Nowawieś bei Wołomin (Russland) Pogorzele bei Minsk (Russland) Rheingegend

45- 00

46- 78

50- 85

51- 05 51-85 53-59 55-01 57-20 57-65

57- 84

58- 14 58-53 62-15

4-62

4-38

4-64

6-85

5-35

5-60

536

5-32

6-89

5-85

6-16

5-46

6-29

29- 38 28-56

30- 25 39-55

32- 85

33- 03

31- 44 37-56 31-37 33-71 31-58 35-50 28-86

15-0

16-0

10-0

15-0

20-0

15-0

19-0

15-0

18-0

16-0

17-0

21-0

20-28

14-25

2-55

10-00

8-10

8-20

2-31

5-33

2-60

10-00

2-50

2-70

Bezüglich des Wärmewerthes des Torfes mag die nachstehende Tabelle einen Aufschluss geben:

Herkunft des Torfes

1 Kilogramm gepresster Torf liefert Calorien

Strutyn in Galizien Nowosielica in Galizien Joronuw bei Plock Dęby bei Łęczyca Bremen

Pogorzele bei Minsk Vulcaire Champ de feu Nowawieś bei Wołomin

3176

3279

3712

4330

4616

4873

4909

5161

5175

Im Jahre 1877 wurden auf der Erzherzog Albrecht-Bahn in Galizien, Verdampfungs-Versuche mit Strutyner Torf und verschiedenen Holzarten durchgeführt. Dieselben ergaben, dass:

672 Kilogramm Torf

742

903

911

1059

1092

1300

§• 41.

Petroleum und Leuchtgas.

Die ewigen Feuer, zu denen fromme Perser einstens pilgerten, brennen heute noch in ungeschwächter Kraft, doch stehen die Tempel, in denen die Jungfrauen der Göttin Vesta ihren Dienst verrichteten, einsam und verlassen da.

In Baku zeigt ein Einsiedler, der einen solchen Tempel bewohnt, den Fremden die Ceremonie seines Gottesdienstes gegen Trinkgeld! In unmittelbarer Nähe dieses Tempels erhebt sich eine grosse Petroleum-Raffinerie, welche ihre profanen Kessel mit dem ewigen Feuer heizt.

Die Naturforschung beraubte das ewige Feuer seines Nimbus, indem sie nachwies, dass genau dieselben Gase, deren Flamme seinerzeit angebetet wurde, durch Zersetzung thierischer Producte entstehen, und heute noch an den Küsten des Rothen Meeres in dieser Weise gebildet werden.

Die Wissenschaft wies also nach, dass die Substanz des heiligen Feuers ein natürliches Destillations-Product ehemaligen animalischen Lebens sei, ähnlich wie Steinkohle ein natürliches Destillations-Product von Anhäufungen vegetabilischer Stoffe ist.

Diese Gase sind es wohl auch, deren Druck das Ueberquellen des flüssigen Oeles über die Schachtkränze hervorbringt und zur Erzeugung von Springquellen Veranlassung gibt. So sprang in Baku (Kaukasus) eine Petroleum-Fontaine unter dem Drucke von 12 Atmosphären über 40m hoch. Eine andere Fontaine ward bei Sabunei im Jahre 1883 erschlossen;¹) dieselbe liefert 100 Tonnen Naphtha pro Stunde. Der innere Druck dieser Fontaine beträgt 16 Atmosphären. Steine von der Grösse eines Menschenkopfes wurden 100m hoch aus der Tiefe in die Luft geschleudert und die zerstäubte Naphtha wird vom Winde 2—3km weit getragen. Die Menge des flüssigen Oeles ist in Baku so bedeutend, dass Brunnen, welche pro Tag weniger als 16 Tonnen Petroleum liefern, als unproductiv angesehen werden.

Zur Fortschaffung des auf diesem, 8 Quadrat-Kilometer grossen Gebiete zu Tage tretenden Oeles, dient heute eine eigene Flottille, welche das Oel die Wolga aufwärts in das Herz von Russland bringt, von wo es auf den Weltmarkt gelangt.

Unter ganz ähnlichen Verhältnissen wie. im Kaukasus erscheint das Erdöl in der Walachei. Ein ferneres grosses Gebiet sind die Karpathen in Galizien, Oberungarn und Siebenbürgen.

Aehnliche Schichten sind es auch, die das Quirinus-Oel von Tegernsee in Bayern bergen, und ein gleiches geologisches Alter besitzen die Oele im Eisass. Tertiären Alters ist das Petroleum der italienischen Provinzen: Parma, Modena, Reggio und Chieti. Vom höchsten geologischen Alter dürften wohl die amerikanischen Erdöle sein, wie wir sie in Pennsylvanien, Ohio, Virginia, Kentucky, Tennessee, Canada und Californien antreffen. Ostasien besitzt im Pentschab, Birma und Japan ausgedehnte und theilweise auch seit langer Zeit ausgebeutete Oelfelder. Auch Südamerika und Neuseeland haben Erdöl.

Die Natur verräth dem Menschen auf mannigfache Weise die Anwesenheit von Erdöl in der Erdrinde. In den Petroleum-Revieren treten an einzelnen Orten auf der Oberfläche von Gewässern kleine Ansammlungen von Oel hervor, welche sich durch irisirende Färbung und einen intensiv aromatischen Geruch erkennbar machen. Das Rohöl hat zumeist eine grünliche, selten gelbe oder helle Färbung, es fluoriscirt lebhaft und verbreitet einen durchdringenden Geruch. Die chemische Analyse hat ergeben, dass reines Petroleum nur aus zwei Stoffen, Kohlenstoff und Wasserstoff besteht. Es ist jedoch keine einfache Verbindung, sondern stellt sich als ein Gemenge mehrerer Kohlenwasserstoff-Verbindungen dar, die verschiedene Dichte und Entzündbarkeit, sowie einen verschiedenen Siedepunkt haben.

Das Petroleum zeigt eine Zusammensetzung, welche der chemischen Formel: Cn . H (n -f 2) entspricht; so z. B. besteht das Petroleum in: Galizien C₂₃ H.,., Amerika C₂₄ Hi6, Hannover C₁₆ HIS etc.

Dr. Gintl,'¹) gewesener Central-Inspector der Lemberg-Czernowitz-Jassy Eisenbahn-Gesellschaft, gibt die nachstehende Zusammenstellung:

Naphtha

Provenienz

roh¹

destillirt

Specifisches

Gewicht

C | H₂

c I H, I O

roh destillirt

Italien

Pennsylvanien

Ost-Galizien

Rumänien

Zante

Birma

Virginia

Hannover

Canada

West-Galizien

Baku

Frankreich

Eisass

81-9

82-0

82-2

82-6

82-6

83-8

84-3

84-4

84-5

85-3

85-3

86-1

86-9

12-5

14-8

12-1

12-5

11-8 ,

12-7

14-1

11-5

13-5

12-6

11-6

12-7

11-8

CO Ol ^ Ol W Ol

1-6

1-3

83-0

-13-1

3-9

85-1

14-3

0-6

80-5

13-6

5-9

85- 1    13-0 ' 0-9

In Ländern, welche weder Kohle noch Holz oder Torf haben, ist das Petroleum, oder, wie man es auch nennt, Petrol, das natürliche Feuerungs-Material; so strebt beispielsweise die indische Regierung an, die indischen Bahnen ausschliesslich mit Petrol zu heizen.

Der Gedanke, Petroleum als Feuerungs-Material für Dampfkessel zu

Dort wurden nämlich schon 1864

verwenden, stammt aus Amerika.

Versuche in dieser Richtung angestellt, welche später in Australien und 1865 in England widerholt wurden. Diese Versuche bezogen sich jedoch nicht auf Dampfkessel der Locomotiven, sondern auf Kessel von Schiffsmaschinen. Versuche, Locomotivkesseln mit Petroleum zu heizen, stammen aus Frankreich (1868); diesem Lande gebührt daher das Verdienst, dem Erdöl den Weg als Feuerungsmaterial gebahnt zu haben. Die durch ihre Widerstandsversuche berühmt gewordenen Ingenieure Vuillemin und Dieudonné (§. 24) waren es, welche die betreffenden Versuche über Veranlassung des Chemikers Déville auf der französischen Ostbahn durchgeführt haben. Zu diesem Zwecke wurde die Feuerungsanlage einer alten Locomotive dieser Bahn entsprechend umgebaut, und stand die so umgestaltete Locomotive bereits Ende Juli 1869 auf der 17km langen Linie Epernay-Chalons, den gedachten Experimentatoren zur Verfügung, welche auch an diesem Tage die erste Fahrt mit Naphthaheizung veranlasst haben. Die Locomotive entsendete zwar ungeheure Rauchwolken gegen Himmel, fuhr aber mit 60km Geschwindigkeit, und dies ermuthigte die Experimentatoren, Kaiser Napoleon zu einer Versuchsfahrt einzuladen, welche Fahrt denn auch wirklich am 5. September 1869 stattfand, wobei der Kaiser die mit Petroleum geheizte Locomotive persönlich führte.

In etwas abgeänderter Form wurden derlei Versuche auf der Griazi-Czarycin Bahn (1874) in Russland durchgeführt. Die Experimente dieser Bahn ergaben, dass Locomotiven recht gut zur Feuerung mit Naphtha eingerichtet werden können, sobald das vom Tender zufliessende Petroleum mittelst eines in den Feuerraum mündenden Injectors (Saugstrahlpumpe), wo zugleich Luft erzeugt wird, zerstäubt, und zur Verbrennung gebracht wird.

Das Vorrathsgefäss für das Petroleum befindet sich an Stelle des früheren Kohlenraumes zwischen den Wasserbehältern des Tenders, so dass im Winter beim Erwärmen des Tenderwassers auch das Petroleum mit erwärmt wird. Ausserdem befindet sich in dem Oelgefässe ein aufsteigendes schlangenförmiges Rohr, durch welches Dampf durchgelassen werden kann, um das Petroleum warm durch das zur Feuerung tretende Rohr austreten zu lassen. Das aus dem Petroleum sich ausscheidende Wasser sammelt man in einer Vertiefung, während zur Zurückhaltung der Unreinigkeiten sowohl die Einfüllöffnungen, als auch das Abschlussrohr mit Filtern versehen sind.')

Wenngleich diese Versuche die. Möglichkeit der Feuerung der Loco-motiven mit Naphtha ausser Zweifel stellten, so kam es doch nicht zur allgemeinen Anwendung dieses Feuerungsmateriales, weil das Petroleum trotz seines niedrigen Preises damals theurer war, als das Brennholz. Als jedoch die unerschöpflichen Quellen in Baku zur Ausbeutung gelangten, sank der Preis des Petroleums so weit, dass die Griazi-Czarycin-Balm, dasselbe als allgemeines Feuerungsmateriale einführen und 143 Locomotiven für Feuerung mit Naphtha einrichten konnte (1883).

Die London-Brighton-Eisenbahn hat (1886) versuchsweise Petroleum zum Heizen ihrer Locomotiven verwendet, wobei das Petroleum durch Dampf in den Kessel hineingeblasen wurde. Dieser Versuch glückte jedoch nicht, da das Petroleum einen stechenden Rauch erzeugt, der bei der gewöhnlichen Blasrohr-Einrichtung nicht zu beseitigen war.")

Maschinen-Director Urquhardt³) zeigte, dass für dieselbe Leistung, für welche 15‘6ks bester Steinkohle verfeuert wurden, eine Ausgabe von 8,8kg Petroleum genügt, was mit Rücksicht auf die Kosten beider Feuerungsmaterialien ein Ersparniss zu Gunsten des Petroleums von 42⁻2 Procent repräsentirt. Versuche auf der Poti-Tiflis-Balm, der Baltimore-Bahn und der Bahn Czarskoje-Selo ergaben, dass 1k® Petroleum 2 ‘Amal mehr Wärme liefert, als ein gleiches Quantum Steinkohle.

Was den Wärmewerth der Naphtha anbelangt, so ist derselbe aus nachstehender, zum grossen Theile vom französischen Chemiker St. Claire Déville⁴) aus dem Jahre 1867 stammenden Tabelle zu entnehmen:

Naphtha aus Java (Cherson).............

» Schiefer...................

» Pennsylvanien..............

» Ost-Galizien und Rumänien . . .

» West-Virginia..............

» Java (Surabaja).............

» Ost-Virginia................

» West-Galizien..............

« Ohio ....................

» Eisass....................

» Java (Kembang)............

» Baku .....................

pro Kilogramm Gewichtes.

))

))

))

))

liefert 9593 Calorien 9950 9963 »    10005

))

))

J) Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, 1886, pag. 29.

²)    Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, 1886, Nr. 76, pag. 820.

³)    Oesterr. Eisenbahn-Zeitung, 1886, pag. 547.

⁴)    Karmarsch und Heeren. Technisches Wörterbuch, Prag 1876. Unter Brennstoffe pag. 31.

Doch nicht nur flüssiges Feuerungsmateriale wurde für Zwecke der Heizung von Locomotiven verwendet. Man hat auch gasförmiges Materiale für diese Zwecke herangezogen, indem man versucht hatte, Locomotiven mit Leuchtgas anzuheizen.

Die preussische Ostbahn war die erste gewesen, welche (1879) derlei Versuche angebahnt hatte, indem sie das Feuer unter dem Kessel der Locomotive nicht, wie dies sonst üblich, durch Holz, sondern durch Leuchtgas anzünden liess. Die hiezu benützte Vorrichtung bestand aus einer Reihe von kupfernen Flachbrennern, die auf einem gemeinschaftlichen Rohre sassen, und zum Mischen von Gas und Luft eingerichtet waren. Das Rohr erhält das Gas entweder unmittelbar aus der Gasleitung oder aus dem Gasometer. Beim Anheizen wird die ganze Vorrichtung unter den Rost gebracht, welcher 100—150mm hoch mit faustgrossen Stücken Kohle bedeckt ist, und das Gas entzündet. Die Erfahrung hat gelehrt, dass zum Unterzünden des Locomotivfeuers in dieser Weise eine Zeit von 10 — 20 Minuten genügt, sowie dass zur Vorheize circa 300 Liter Leuchtgas erforderlich sind, welches Quantum in 30 — 40 Minuten verbrennt. Die Kosten der Vorheize sollen circa ein Achtel der Kosten des gewöhnlichen Anfeuerns betragen.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das Leuchtgas kein einfacher Körper ist, es ist vielmehr eine Mischung von schweren Kohlenwasserstoffen, von Metan [CHfl Kohlenoxydgas (CO), Wasserstoffgas [H.fl Stickstoff (V), Kohlensäure (CO.,) und manchmal auch von Schwefelwasserstoffgas (H,S).

Die Zusammensetzung einiger Leuchtgase ist aus der nachstehenden Tabelle zu entnehmen:

Provenienz

Schwere

Kohlen

wasser

stoffe

Methan

CH₄

Kohlen- , oxyd j CO ¹

Wasser

stoff

Stickstoff

H₂

Kohlen

säure

CO,

Schwefelwasserstoff HS

Hannover

Manchester

Heidelberg

Königsberg

Dresden

Lemberg

Budapest

3-17

6-46

7-19

6-84

3-00

4-90

4-87

46- 10 51-32 I 0-71

2-74

0-81

3-67

0-29

1-07

1-50

3-20

2-34

Zu den schweren Kohlenwasserstoffen wird Benzol, Propylen und Elail gerechnet. Mit Rücksicht auf derlei Spécification enthält beispielsweise das Heidelberger Gas:

Elail.....

Propil ....

Benzol. . . .

Wasserstoff Methan . . .

Kohlenoxyd Kohlensäure Stickstoff.

Sauerstoff .

2'55 Procent 1-21 1-33 46-20 34-02

8'88

3-01

2‘

o-

Ol Ol

Summe . . . 5297 Calorien

1589 Calorien. Da 1 ks

Das specifische Gewicht des Steinkohlengases schwankt je nach der Destillationsdauer zwischen 0'34 und 0'65, im Mittel beträgt es 0’55. Der Heizwerth eines Gases kann aus seinen chemischen Bestandtheilen nach §.35 leicht ermittelt werden.

Im Allgemeinen haben die einzelnen, das Leuchtgas zusammensetzenden Stoffe einen verschiedenen Brennwerth. So gibt beispielsweise 1m3 Leuchtgas mittlerer Zusammensetzung die nachstehenden Wärmemengen:

Benzol.

Propyl.

Aethyl.

Methan

Wasserstoff .... 48'0

Kohlenoxyd

0-7

2-3

36-0

8-0

244

Da man aus 1 ks guter Gaskohle durchschnittlich 0'3m3 Leuchtgas erhält, so gibt 1 vergaster Kohle: 0‘3 X 5297 Kohle, direct verbrannt, 8000 Calorien liefert, so ist ersichtlich, dass das aus 1 Kohle gewonnene Leuchtgas nur 20 Procent jener Wärme wiedergibt, welche die zu seiner Erzeugung verwendete Kohle geliefert haben würde, wenn sie direct verbrannt worden wäre.

§. 42.

Die Verbrennung.

Die Menge der Wärme, welche ein Körper bei vollständiger Verbrennung liefert, ist stets constant, mag die Verbrennung erfolgt sein wie sie wolle, rasch oder langsam. Würde es sich nur darum handeln, alle Wärme zu produciren, welche der Brennstoff zu liefern vermag, so würde es allerdings gleichgiltig sein, in welcher Zeit diese Wärme hervorgebracht wurde, ob auf einmal oder successive. Bei der Locomotivfeuerung handelt es sich aber nicht lediglich darum, dem Brennmateriale von jener Wärme, welche die Natur als potenzielle Energie in ihm deponirt hat, möglichst viel abzugewinnen, es handelt sich vielmehr darum, diese Wärme möglichst concentrirt zu erhalten, weil die Wärmeabgabe an die Kesselwände nicht der Menge der Wärme, sondern dem Concentrationsgrade derselben, d. h. der Temperatur proportional wächst. Mit der Erreichung der Wärmeproduction ist es also nicht abgethan. Für die Gewinnung von Effect ist hauptsächlich die Intensität der Verbrennung massgebend.

Das Bestreben der Techniker muss deshalb auf die Erzielung einer möglichst grossen Intensität der Verbrennung, also auf eine möglichst hohe Temperatur der Flamme gerichtet sein. Wir haben bereits angegeben, wie viele für Zwecke der Verdampfung verwendbare Calorien ein Kilogramm Brennstoff zu liefern im Stande ist (§. 37). Gegenwärtig handelt es sich darum, die Bedingungen kennen zu lernen, unter welchen es gelingt, diese Wärme concentrirt, d. h. auf eine möglichst kleine Menge Verbrennungsgase vertheilt zu erhalten.

Um den Gedanken klar darzulegen, soll hier vor Allem untersucht werden, unter welchen Bedingungen reiner Kohlenstoff vollständig verbrennt, und was für Temperatur hierbei erzielbar sei.

Das Atomgewicht des Kohlenstoffes (C) ist 12, jenes des Sauerstoffes (O) 16, das Product der vollständigen Verbrennung ist Kohlensäure (CO.,), ein Gas, welches auf ein Atom Kohlenstoff 2 Atome Sauerstoff enthält. Es verbinden sich daher 12ks Kohlenstoff mit 2Xl6 = 32k& Sauerstoff und liefern 12 + 32 = 44k& Kohlensäure. Ein Kilogramm Kohlenstoff bedarf

32

CO CO

sonach zur vollständigen Verbrennung:

12

Kilogramm Sauerstoff und

liefert als Verbrennungsproduct:

= — Kilogramm Kohlensäure.

Die Erfahrung lehrt, dass, um 1 k& Kohlensäure um 1⁰ C. zu erwärmen, es hinreicht, demselben circa V₅ Calorie (0’216) Wärme zuzuführen. (Diese

Wärme nennt man specifische Wärme.) Zur Erwärmung der — Kilogramm

3

Kohlensäure, welche 1 k» Kohlenstoff geliefert hat um 1° C. bedarf es sonach

1    11    11

__ V'_₌₌_

5    3    15

einer Wärmemenge von circa:

Calorien; da aber 1 k® Kohlen

Stoff 8080 Calorien liefert, wenn er vollständig verbrennt (§. 35), so wird man mit dieser Wärme die Verbrennungsgase auf eine Temperatur von 8080

circa

(H)

= 11017" bringen können. Ein Kilogramm Kohlenstoff erzeugt

sonach, falls es in reinem Sauerstoffe vollständig verbrennt, eine Verbrennungstemperatur von 11017".

ln der Praxis stehen jedoch die Sachen etwas anders. Hier verbrennt der Kohlenstoff nicht in reinem Sauerstoffgase, sondern in einer Mischung zweier Gase, welche wir Luft nennen. Diese Mischung enthält in 100 Gewichts-theilen nur 23 Sauerstoff, der Rest von 77 Theilen ist ein Gas, Stickstoff (N) genannt, welcher nicht nur nichts zur Verbrennung beiträgt, sondern die Menge Verbrennungsgase vergrössert, daher die Temperatur derselben erniedrigt.

Es ist nicht schwer zu ermitteln, wie gross die Temperaturs-Reduction sein wird, wenn 1 ksKohlenstoff statt in reinem Sauerstoffgase in atmosphärischer Luft verbrennt. Will man dem verbrennenden Kohlenstoffe 1 k° Sauerstoff zu-

100

führen, so muss in den Verbrennungsraum

- Kilogramm Luft eingeführt

2 3

werden, weil eben diese Menge Luft 1 k® Sauerstoff enthält. Da aber 1 ks Kohlenstoff zur Verbrennung 32k» Sauerstoff benöthiget, so consumirt dieses Quantum Kohlenstoff:

100

23

X 32 = 1 L6

oder rund 12ks Luft. Zur vollständigen Verbrennung von 1k» Kohlenstoff ist also eine Zufuhr von circa 12ks Luft erforderlich.

Nach Grashof') benöthigt:

4⁻41 Kilogramm Luft

1 Kilogramm Torf ....

4-52

Holz.....

6-32

Braunkohle

Holzkohle . 10'20    »    »

Steinkohle . 10'67    »    »

In der Praxis ist es jedoch unmöglich, mit der theoretisch ermittelten Menge Luft eine vollkommene Verbrennung zu erzielen. Der Grund hiefür ist hauptsächlich in der ungleichmässigen Luftvertheilung zu suchen, welche Luft-vertheilung es nicht gestattet, an jedes Theilchen des festen Brennstoffes gerade jene Menge Luft zu leiten, welche es zur vollkommenen Verbrennung erheischt.

In der Menge Luft, welche die vollständige Verbrennung des Kohlen-

77

X 12 = 9'24 oder rund 9ks Stickstoff enthalten.

Stoffes erfordert, sind:

Die Verbrennungsgase, welche 1 ks Kohlenstoff liefert, wenn es in Luft verbrennt, bestehen aus 11 Kilogramm Kohlensäure und 9k§ Stickstoff. Die Erfahrung lehrt, dass, um die Temperatur von 1 k" Stickstoff um 1° C. zu erhöhen, es hiezu einer Wärmemenge von circa 7* (specifische Wärme—0'244) Calorien bedarf. Um daher 9k» Stickstoff um 1" C. zu

100

erwärmen, bedarf es einer Wärme von:

05

Calorien. Da zur

₇X9 =

Erwärmung von — Kilogramm Kohlensäure um 1° C., wie bereits gesagt, 3

Ol H-*-

- Calorien nothwendig sind, so benöthigen die Verbrennungsgase, um

9    11

ihre Temperatur um 1° C. zu erhöhen: — + —4=3 Calorien. Da nun 1 k£

Kohlenstoff 8080 Calorien producirt, so kann mit diesem Quantum Wärme das entstandene Quantum der Verbrennungsgase auf eine Temperatur von 8080

circa:

2693" C. (genauer 2080°) gebracht werden.

Wir sehen also, dass durch Verbrennung von 1 ks Kohlenstoff in reinem Sauerstoffgase eine Temperatur von 11017" C. resultirt, während diese Temperatur auf 2080° C. sinkt, sobald das Kilogramm Kohlenstoff nicht im Sauerstoffgasse, sondern in atmosphärischer Luft verbrennt. Die Gase, welche ein Kilogramm in atmosphärischer Luft verbrennenden Kohlen-

= 3-7ke,

Stoffes liefert, betragen sonach ihrem Gewichte nach : Kohlensäure —

3

Stickstoff 9-0 ks, Luft 12’0ks, Summa 24'7ks.

Die specifische Wärme dieser Verbrennungsgase beträgt für: Kohlensäure. . . . (0⁻216) oder rund Vs Calorie Stickstoff ...... (0*244)    »

Luft..........(0-238)    »

Die Wärme, welche erforderlich ist, um die Verbrennungsproducte eines Kilogrammes Steinkohle um 1° C. zu erhöhen, beträgt sonach für:

Kohlensäure ”4 X Vs Calorien, Stickstoff 9 X 7* Calorien, Luft 12 X V* Calorien, in Summa:

- + 9 X — + 12 X —) = 7 Calorien. Da 1 kg 5    4    4/

(t

Kohlenstoff 8080 Calorien liefert, so können mit dieser Menge von Wärme

8080

= 1154° C.

die Verbrennungsgase auf eine Temperatur von circa:

(genauer 1200° C.) gebracht werden. Der Umstand also, dass wir den Kohlenstoff nicht in Gasform verbrennen können, bewirkt, dass die Verbrennungstemperatur von 2080° C. auf 1200" C. sinkt.

Aus der nachfolgenden Zusammenstellung kann die Verbrennungstemperatur verschiedener Materialien entnommen werden¹): Holz 1860° C., Torf 1892° C., Braunkohle 2211° C., Steinkohle 2565° C., Holzkohle 2574° C., Coke 2593° C., Leuchtgas 2466° C.

Besteht das Feuerungsmateriale nicht lediglich aus Kohlenstoff, sondern auch noch aus Wasserstoff, so erfolgt die vollkommene Verbrennung eines solchen Feuerungsmateriales, wenn mit dem Sauerstoffe der zugeführten Luft der gesammte in den Kohlen enthaltene Kohlenstoff zu Kohlensäure, der Wasserstoff zu Wasser sich verbindet.

Es ist durchaus wünschenswerth, in den Verbrennungsraum nicht mehr Luft einzulassen, als nothwendig ist, besonders wenn man bedenkt, dass jedes Volumen Sauerstoff etwa vier Volumina unwirksamen Stickstoff mit sich bringt, welche bis zur Flammentemperatur zu erhitzen sind, die daher wie ein kaltes Verdünnungsmittel wirken.

Aus diesem ist zu ersehen, dass, sobald in den Feuerungsraum zu viel Luft gelangt, die Erzeugung einer hohen Temperatur unmöglich wird. Gelangt aber zu wenig Luft in den Feuerungsraum, so tritt eine mangelhafte Verbrennung ein, welche eine verminderte Wärmeproduction zur Folge hat.

Um wie viel die Verbrennungstemperatur sinkt, wenn in den Verbrennungsraum zu viel Luft gelangt, erfährt man durch folgende Rechnung:

Gelangt beispielsweise in den Verbrennungsraum dreimal so viel Luft als der Verbrennungsprocess erfordert, also: 3 X 12 = 36kg Luft pro Kilogramm verbrennenden Kohlenstoff, so wird der Sauerstoff von nur 12kg Luft zur Oxydation verwendet, der Rest hingegen, d. h. 2 X 12 — 24kg Luft tragen zur Verbrennung nichts bei; dieses Quantum Luft vermehrt nur

11

die Menge der Verbrennungsgase, welche wie gezeigt, aus — Kilogramm

O

Kohlensäure, und 9kg Stickstoff pro 1 kg verbrennenden Kohlenstoff bestehen. Die Wärme welche zur Erwärmung der gesamniten Verbrennungsgase erforderlich ist, beträgt sonach circa:

CO

CA

CO

to

tO

Calorien, so dass die Temperatur dieses Gasgemenges :

8080

= 898° C. beträgt:

1k® Kohlenoxydgas um 1° C. zu erwärmen (specifische Wärme

Stellt man die Ergebnisse einer etwas genauer geführten Rechnung zusammen, so gelangt man zum folgenden Resultate:

so erhalten

Beträgt die Luftzufuhr n mal so viel, als die Theorie fordert, i die Verbrennungsgase eine und ist n gleich    j Temperatur von Graden C

▼—i t—* CNÏ CXI CO

L'

2080

1540

1200

990

840

Wir sehen sonach, dass bei einer 3mal so grossen Zufuhr der Luft, als die Verbrennungstheorie erfordert, wir eine Verbrennungs-Temperatur von 840° C. erhalten, während bei normaler Zufuhr (doppelt so viel als die Theorie fordert) eine Temperatur der Verbrennungsgase von 1200° C. erzielbar ist. Eine überschüssige Zufuhr der Luft zum Verbrennungsraume hat

840

also zur Folge, dass die Temperatur um 100^1

1200

= 30 Procent sinkt.

Die Folgen einer unzureichenden Luftzufuhr zum Feuerungsraum lassen sich wie folgt übersehen.

Wenn zum Verbrennungsraum nicht so viel Luft gelangt, als zur vollständigen Verbrennung der Kohle erforderlich ist, so wird diese nicht mehr zu Kohlensäure (C0₂) sondern nur zu Kohlenoxyd (CO) verbrannt. Aus 12kS Kohlenstoff entsteht sonach: 12+ 16 = 28k» Kohlensäure, 1 k®

28

O CO

Kohlenstoff liefert sonach:    - Kilogramm Kohlenoxydgas. Wenn Kohlen

oxydgas zu Kohlensäure verbrennt, so liefert 1 ks der verbrennenden Gase (§. 34) 2442 Calorien; das Quantum Kohlenoxydgas, welches die unvollkommene Verbrennung von 1k» Kohlenstoff liefert, producirt sonach: 7

— X 2442 == 5698 Calorien. Da 1 kS Kohlenstoff, zu Kohlensäure verbrannt, 3

8080 Calorien liefert, so muss die Verbrennung von 1k» zu Kohlenoxydga.s nothwendig (8080 — 5698) = 2382 Calorien liefern.

Diese Wärme vertheilt sich nun auf die Gase, welche bei der unvollkommenen Verbrennung entstehen, deren Menge wie folgt ermittelt wird. 12k£ erfordern zur Verbrennung zu Kohlenoxyd 16k° Sauerstoff, 1 k° Kohlen-

100

Stoff erfordert sonach :

co ; o i

= — Kilogramm Sauerstoff oder:

Kilogramm atmosphärischer Luft. In dieser Menge Luft sind aber:    6 = 4'6

Kilogramm Stickstoff enthalten, Die Verbrennungsgase von 1 k° Kohlenstoff bestehen sonach aus — Kilogramm Kohlenoxydgas und 4,6ks Stickstoff. Um

23

77

bedarf es + 248 Calorien 0*248), während zur gleichstarken Erwärmung von

1 ks Stickstoff 0⁻244 Calorien erforderlich sind. Die Verbrennungsgase erfordern also zur Erhöhung der Temperatur von 1° C. :

wesshalb die Temperatur derselben: 1332° C. betragen wird, und das ist eine etwas grössere Tempe-

+ 4'6 X 0‘244 = 1"78 Calorien 2382

1-78

ec

• 0-248 +

ratur, als jene war, welche man erzielt, wenn 1Kohlenstoff bei zweifachem Luftquantum verbrennt.

Eine ungenügende Luftzufuhr zum Verbrennungsraume vermindert also die Temperatur der Verbrennungsgase nicht, sie bringt aber einen andern, vielleicht noch grösseren Nachtheil mit sich. Durch 1 ks Kohlenstoff wurde nämlich bei ungenügender Verbrennung nur eine Wärmemenge von 2382 Calorien producirt, während dieses Quantum Kohlenstoff 8080 Calorien liefert, sobald die Verbrennung bei genügendem Luftzutritte erfolgt. Die ungenügende Luftzuführung verursacht sonach einen Verlust an Wärme, 2382

welcher 100^1 —

70 Procent jener Wärme beträgt, welche bei

normaler Luftzuführung erhältlich ist. Wir gelangen also zum Schlüsse, dass eine ungenügende Luftzufuhr zum Feuerraume einen Verlust an Wärme von 70 Procent, eine überreiche Zufuhr dagegen einen Verlust an Temperatur von 30 Procent zur Folge hat. Im ersteren Falle ist die Erzeugung des Dampfes eine theuere, im zweiten die Production der Arbeit eine erschwerte. Die obige Rechnung bezieht sich jedoch nur auf reinen Kohlenstoff und nicht auf Brennmaterialien im Allgemeinen, welche auf dem Roste einer Locomotive verfeuert werden. In welcher Art sich die Verhältnisse gestalten, wenn die verschiedenen Brennmaterialien in Berücksichtigung gezogen werden, ist leicht zu übersehen. Aus der chemischen Zusammensetzung des Brennstoffes weiss man,

8080

wie viel derselbe Kohlenstoff (C) und freien Wasserstoff ^H₂--^

hat.

Wenn vorausgesetzt wird, dass aller darin enthaltene Kohlenstoff zu Kohlensäure (COJ, aller Wasserstoff zu Wasser (H, O) verbrannt werde, so lässt sich, da 1Kohlenstoff ®/₃,    1kg Wasserstoff 8k§ Sauerstoff (O) bindet,

die Menge der durch die Verbrennung entstandenen Kohlensäure, sowie die Menge des entstandenen Wassers (Wasserdampfes) bestimmen. Da der verbrauchte Sauerstoff der atmosphärischen Luft entnommen wurde, welche in 100 Gewichtstheilen 23 Sauerstoff und 77 Stickstoff (V) enthält, so entspricht 1 ks verbrauchten Sauerstoffes einer Menge von ⁷⁷/₃₃ Kilogramm Stickstoff. Da man die Gesammtmenge des consumirten Sauerstoffes kennt, so ist auch jene des in den Feuerraum gebrachten Stickstoffes bekannt. Man kennt sonach alle 3 Componenten des Verbrennungsgases, nämlich Kohlensäure, Wasserdampf und Stickstoff. Die specifischen Wärmen sind für:

Kohlensäure .

Sauerstoff. . .

Luft.......

Stickstoff . . .

Kohlenoxyd .

Wasserstoff .

Wasserdampf

0-2164

0-2182

0-2377

0-2440

0-2479

0-4046

0-4800

Fand man, dass das Verbrennungsgas aus k Kilogramm Kohlensäure, w Kilogramm Wasserdampf und s Kilogramm Stickstoff besteht, so benöthigt man zur Erwärmung um 1° C. für Kohlensäure 0216 Æ, Wasserdampf 0"480 . w, Stickstoff 0⁻244.s Calorien, im Ganzen daher n Calorien wobei: n = (0-216k + 0-480 . w-f 0-244 . s). Liefert

nun 1 ks des Brennmateriales

a

a Calorien, so beträgt die Verbrennungstemperatur t = — Celsius-Grade.

n

Es ist nur noch a zu bestimmen. Dies geschieht auf folgende Weise : Da das Brennmateriale C Kilogramm Kohlenstoff enthält, und 1 ks dieses Stoffes, zu Kohlensäure verbrannt, 8080 Calorien gibt, so liefert die Verbrennung des Kohlenstoffes 8080 . C Calorien. Die Verbrennung des freien

/ 0\

Wasserstoffes, von welchem IH₃--— I Kilogramm im Brennmateriale enthalten

sind, liefert mit Rücksicht darauf, dass 1 Wasserstoff 341 80 Calorien produ-

^H.,--—^ Calorien. Die Gesammtwärme, welche 1 kg Brennstoff

cirt, 34180

producirt, ist sonach:

8080 C + 34180

(H‘ -1)

Calorien (§. 35). Von dieser Wärme muss jedoch jene Wärme in Abschlag gebracht werden, welche zur Ueberführung des gebildeten Wassers von w Kilogramm in Dampf von 100¹' erforderlich ist und die 637 Calorien pro Kilogramm Wasser ausmacht (§. 54); da w Kilogramm Wasser gebildet worden, so beträgt die in Abschlag zu bringende Wärme 637 . w Calorien, die Wärme welche 1k» Brennstoff bei Verbrennung abgibt, beträgt sonach:

a = 8080 C + 34180

(^)

— 637 w

Die Division dieser Grösse durch jene für n gefundene, gibt sonach die Temperatur in Celsius-Graden, wobei jedoch zu bemerken ist, dass diese Temperatur nur dann erzielt werden könnte, wenn von der producirten Wärme nichts verloren ginge. In der Praxis kommt aber so ein Fall nicht vor, wesshalb man auch gewöhnlich nur % der so berechneten Wärme in Anschlag bringt.

Beispiel: Es ist der Wärmewerth und die Temperatur der Verbrennungsgase einer Steinkohle zu bestimmen, welche die folgende Zusammensetzung zeigt:

Kohlenstoff...................

Wasserstoff.................

Sauerstoff....................

Unverbrennliche Bestandtheile

82-1 Procent

5-3

5-7

6-9

Summa. .100-0 Procent

In einem Kilogramme Brennstoff sind sonach enthalten : Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff..

,0-821 Kilogramm .0-053

0-057

Die vorhandene Menge 0-053 Kilogramm Wasserstoff verbindet sich mit

0-057

= 0-007 Kilo-

. 0-821 X 8080 = 6633-7 Calorien 0-046 X 34180=1572-3

gramm Sauerstoff zu Wasser, so dass nur (0-053—0-007) = 0-046 Kilogramm freier Wasserstoff verbleiben. Die Wärme welche 1 Kilogramm Brennstoff producirt, setzt sich also zusammen : Kohlenstoff liefert Freier Wasserstoff.

Summe . 8206-0 Calorien

Die Menge der Verbrennungsgase berechnet sich, wie folgt: 0821 Kilogramm Kohlenstoff binden : 0-821 X -jj- = 2-189 Kilogramm ; 0-046 Kilogramm Wasserstoff binden : 0-046 X 8 = 0-368 Kilogramm Sauerstoff, so dass die Gesammtmenge des consumirten Sauerstoffes: 2-189 + 0-368 — 2*557

77

Kilogramm beträgt, welcher Menge Sauerstoff ein Gewicht von: 2-557Xög = 5'97 Kilogramm

Stickstoff entspricht. Bei der Verbrennung entstehen: (2.189 + 0-821) =3'01 Kilogramm Kohlensäure und (0-368-ff 0-046) = 0-41 Kilogramm Wasserdampf.

Die Verbrennungsgasse bestehen sonach aus: Kohlensäure 3-01, Wasserdampf 0-41 und Stickstoff 5-97 Kilogramm. Diese Gase benöthigen, um sich um 1° zu erwärmen, eine Wärme von : 3-01 X 0‘216 + 0-41 X 0-480 + 5-97 X 0-244 = 2-3. Da zur Verdampfung von 041 Kilogramm Wasser : 0-41 X 637 = 261-17 Calorien erforderlich sind, so beträgt die Wärmeproduction von 1 Kilogramm

7945 2 3

= 34540C.

Brennstoff: (8206—261-17) = 7945 Calorien, daher die Verbrennungstemperatur:

Würde eine doppelte Luftzufuhr stattfinden, so würde zu den Verbrennungsgasen noch eine Menge von (2-557 + 5-97) = 8-52 Kilogramm Luft hinzutreten, da aber zur Erhöhung der Temperatur von 1 Kilogrumm Luft um 1° C. es einer Wärmemenge von 0-238 Calorien bedarf, so absorbirt dies Luftquantum eine Wärme von 8-52 X'0‘238 = 2-028 Calorien. Die Gesammtwärme der Verbrennungsgase würde in diesem Falle betragen:

Kohlensäure

Wasser.....

Stickstoff... Luft........

,3-01 XO-216 = 0-650 Calorien .0-41 X 0-480 = 0-197 .5*97X0*244= 1-457 ,8-52 X 0-238 = 2-028

Summa.. .4-232 Calorien

Die Verbrennungstemperatur würde daher sinken auf:

7945

4-232

= 1877⁰ C.

Wenngleich die vorstehend beschriebene Art der Berechnung der Temperatur ziemlich einfach ist, so ist sie doch in vielen Fällen der Praxis kaum anwendbar, da man die chemische Zusammenstellung des Brennstoffes nicht kennt.

Für derlei Fälle kann man sich der nachstehenden von Grashof¹) herrührenden Tabelle bedienen:

Brennstoff

1 Kilogramm Brennstoff erfordert zur vollständigen Verbrennung Kilogramm Luft

Luft menge

einfache

doppelte

Gewicht in Kilogramm

des Gasgemisches

! Specifische

Wärme j Kilogramm

Gewicht in \ Specifische Wärme

Holz

Torf

Braunkohle

Steinkohle

Holzkohle

Coke

4-52

4-41

6-32

10-67

10-20

10-26

5-50

5-31

7-24

11-63

11-15

11-20

0-266

0-268

0-258

0-250

0-244

0-242

10-02

9-72

13-56

22-30

21-35

21-46

0-254

0-256

0-250

0-245

0-242

0-211

Darnach liefert also 1 Kilogramm Holz, welches bei einer doppelt so grossen Luftmenge verbrennt, als zur vollkommenen Verbrennung erforderlich ist, 10-02 Kilogramm Verbrennungsgase, von denen jedes Kilogramm 0-254 Calorien erfordert, um sich um 1°C. zu erwärmen. Nimmt man an, dass 1 Kilogramm Brennholz 3600 Calorien liefert, so erzielt man durch Verbrennung eines

solchen Holzes unter den angeführten Umständen eine Temperatur von

= 1023° C.

3600

10-02 X 0-254

§• 43.

Die Feuerung.

Im vorigen Paragraphe wurde auf die Nothwendigkeit einer sorgfältigen Leitung der Verbrennung hingewiesen und wurde auf die Folgen der Verabsäumung in dieser Richtung aufmerksam gemacht. Man sah, dass bei ungenügendem Zutritt der Luft zum Feuerraume die Kohle nur wenig Wärme abgibt, dass sonach für eine bestimmte Wärmeproduction viel Feuerungsmateriale aufgehen müsse. Beim überschüssigen Luftzutritte hingegen die Verbrennungsproducte sich abkühlen, wodurch deren Temperatur sinkt, also eine Beeinträchtigung der Wärmeabgabe an den Kessel eintritt.

Die innige Mischung der Luft mit den Gasen in dem chemischen Verhältnisse bei entsprechender Temperatur im Verbrennungsraume, ist sonach ein unerlässliches Erforderniss für eine vollkommene Verbrennung. Da nun jedes Zuviel und jedes Zuwenig auf die Verbrennung schädlich einwirkt, so entsteht zunächst die Frage, wie gross eigentlich der Luftzug sein müsse, um allseitig zu entsprechen, und woran die Mangelhaftigkeit einer Luftzufuhr erkannt werden könne.

Was die letztere Frage anbelangt, so bietet hiefür die Flamme einige Anhaltspunkte. Es verbrennt nämlich Wasserstoff zu Wasser mit einer fast unsichtbaren Flamme, Kohlenstoff verbrennt zu Kohlenoxyd ohne Flamme, während die Flamme des verbrennenden Kohlenoxydes blau, bei hoher Temperatur schmutziggelb ist. Dieser Fall wird jedoch bei der Locomotiv-feuerung voraussichtlich nur selten eintreten, weil im Feuerkasten eher ein Luftüberschuss als ein Luftmangel herrscht.

Da die Endproducte einer vollkommenen Verbrennung (C0₂, Ar, Hff) Gase sind, welche nicht flammen, so ist die Flamme selbst nichts weiter, als das in Verbrennung begriffene Gas, dessen Leuchtkraft von den glühenden, noch nicht verbrannten Kohlenpartikelchen herrührt. Das Glühen zeigt eben an, dass ein grosser Theil der Kohlenpartikelchen noch nicht verbrannt ist. In die Feuerrohre des Kessels sollte also eigentlich die Flamme niemals eintreten, da diese nicht durch halb verbrannte, sondern durch vollkommen verbrannte Gase erwärmt werden sollen, da nur diese die grösste Wärme produciren (§. 42). In einer gut geleiteten Verbrennung muss daher die Flamme vor der Rohrwand aufhören und nicht mehr sichtbar sein.

Was hingegen den ersteren Punkt anbelangt, so muss der Luftzug so gross sein, dass das auf dem Roste aufgeschichtete Material möglichst rasch und vollkommen verbrenne, d. h. dass die Mischung der zugeführten Luft mit den Verbrennungsgasen in der Weise erfolge, dass eine Abkühlung derselben möglichst hintangehalten werde. Dieser Anforderung kann aber nur dadurch entsprochen werden, dass die zugeführte Luft sich nicht allmälig, sondern rasch und vollkommen mit den Verbrennungsgasen mischt.

Bezüglich der Raschheit der Verbrennung sagt Maey*): Wird beispielsweise angenommen, dass nur 75 Procent des Gemenges augenblicklich verbrennen, so müssen die übrigen 25 Procent, weil sie an der Verbrennung nicht direct theilnehmen, auf eine hohe Temperatur erwärmt werden. Verbrennen dieselben später auch thatsächlich, weil das Gemisch seine Brenn-

ł) Betrachtungen über die Locomotiven der Jetztzeit, Wiesbaden 1884, barkeit nicht einbüsst, so sind diese in dem Momente, wo die 75 Procent verbrennen, doch in gleicher Weise als überschüssig anzusehen, wie der jeweilige Luftüberschuss bei der Verbrennung von Kohlen auf dem Roste, der, wie nachgewiesen, eine grosse Temperatur-Erniederung bedingt.« Damit die Mischung der eintretenden Luft mit den Verbrennungsgasen rasch erfolgen könne, muss die Geschwindigkeit des Luftzutrittes gross sein; damit sie vollkommen verbrenne, müsste die Geschwindigkeit der Luftzuströmung möglichst klein sein, denn nur dann haben die Gase die nöthige Zeit, sich mit der Luft innig zu vermengen, und wird ausserdem hierdurch das Fortreissen brennender Kohlenstückchen verhindert.

Die beiden Forderungen rascher und vollkommener Verbrennung widersprechen sonach einander, sind daher in der Praxis nicht immer zu erfüllen; die Folge dieser Nichterfüllung ist die Russbildung.

Fängt nämlich die Kohle an, zu destilliren, so werden die aus derselben sich entwickelnden Gase und Dämpfe vollständig verbrennen, sobald sie den hiezu nothwendigen Sauerstoff vorfinden. Dieser ist aber aus der nächsten Umgebung bald verzehrt, und wenn keine frische Luft zugeführt wird, so können die gebildeten Kohlenwasserstoffe nicht weiter verbrennen, was zur Folge hat, dass Kohlenstoff ausgeschieden wird. Der ausgeschiedene Kohlenstoff könnte verbrennen, wenn er im Momente des Entstehens mit Sauerstoff in Berührung träte. Diese Bedingung ist aber schwer zu erfüllen, denn, wenn auch der Feuerung viel überschüssige Luft zugeführt wird, so ist doch die Mischung dieser Luft mit den Gasen keine so innige, dass sich an jeder Stelle und zu jeder Zeit Sauerstoff in genügender Menge vorfindet.

Aus dem Gesagten ist klar, dass die Rauchbildung nur dann zu vermeiden ist, wenn zur Feuerung solche Brennmaterialien herangezogen werden, welche bei der Erhitzung keinerlei Destillationsproducte entwickeln. Derlei Brennstoffe sind: Anthracit, Coke und Holzkohle, dieselben sind jedoch von der allgemeinen Verwendung schon desshalb ausgeschlossen, weil sie zu theuer sind. Die Rauchbildung wird weiter zu vermeiden sein bei Gasfeuerungen, weil es hier leicht möglich ist, die Gase, mit der zur Verbrennung beigeschafften Luft vollständig zu mischen. Das Wesen derlei Feuerungen besteht darin, dass die Destillation des Brennstoffes und die Verbrennung der Gase sowohl räumlich als zeitlich von einander getrennt sind;¹) doch sind derlei Einrichtungen bei Locomotiven nur schwer, möglicherweise gar nicht zu erreichen, wesshalb hiervon nicht weiter gesprochen werden soll.

Da man beiden Forderungen einer vollkommenen Verbrennung nicht nachkommen kann, so entsteht die Frage, welcher von beiden möglichst zu entsprechen sei.

Von der Locomotive fordern wir eine bestimmte Leistung, sagen wir 420 Pferdekräfte in Maximo ; diese Leistung ist aber nur auf Kosten des pro Stunde verbrennenden Feuerungsmateriales zu erzielen. Unsere besten Locomotiven verbrauchen gegenwärtig l’7kg Kohle pro Stunde und Pferdekraft, müssen daher im Stande sein, 420 X l'7 = 700kg Kohle pro Stunde zu verbrennen. Da 1 kg Kohle zur vollständigen Verbrennung theoretisch 12, in der Praxis aber mindestens 20kg (bei 1 ',4 Luftzufuhr) Luft benöthiget,

]) Petritsch. Ueber Rauchverzehrung. Der Gastechniker, VIII. Bd., 3. Heft, 1887, pag. 52.

mithin beträgt die Luftzufuhr

so muss der auf dem Roste der Maschine aufliegenden Kohle eine Luftmenge von 20 X 700 = 14000k& pro Stunde zugeführt werden. Ein Cubik-Meter Luft von der gewöhnlichen Temperatur wiegt aber */a Kilogramm,

14000

= 10500 Cubik- Meter pro Stunde

oder rund 3m3 pro Secunde.

Würde der Querschnitt der freien Rostfläche 1 m2 betragen, so müsste die Luft mit 3m Geschwindigkeit pro Secunde eintreten. Dies würde freilich für eine vollkommene Mischung derselben mit den Gasen, weil genug Zeit vorhanden ist, gut sein, da diese Geschwindigkeit klein ist. Die freie Rostfläche müsste aber sehr gross, die Locomotive voluminös sein, überdies würde diese Geschwindigkeit eine rasche Mischung der Gase nicht gestatten, in welchem Falle eine hohe Temperatur im Feuerraume nicht erzielbar wäre.

Würde man der freien Rostfläche einen kleineren Querschnitt geben, z, B. einen solchen von Vs Quadrat-Meter, so betrüge die Geschwindigkeit des Luftzuges in einem solchen Falle 3: — = 15m pro Secunde. Wenn

5

aber die Verbrennungsgase mit einer solch’ grossen Geschwindigkeit die Rauchrohren durchziehen, so werden sie während ihres Durchzuges nur wenig Wärme an das Wasser abgeben können, es würde viel Wärme unbenützt beim Schornstein entweichen, wodurch wieder die Dampf-Erzeugung erschwert würde. Wollte man die grosse Geschwindigkeit durch Aufschüttung einer höheren Schichte Brennmaterials auf dem Roste massigen, so würde man in dieser Richtung recht bald an eine, durch die Praxis gegebene Grenze kommen.

Oberingenieur Maey glaubt, dass eine freie Rostfläche von 0*42m' für die Praxis vollkommen genüge, und dieser Rostfläche entspricht eine Ge-

schwindigkeit von

0-42

= 7m pro Secunde.

§. 44.

Der Luftzug im Feuerherde der Locomotive.

Es wurde im vorhergehenden Paragraphe gezeigt, dass die Leistungsfähigkeit der Locomotive von der Menge Kohle abhängt, welche auf dem Roste derselben pro Stunde verbrannt wird. Da die Menge der in einer bestimmten Zeit verbrannten Kohle ganz wesentlich von der Menge Luft abhängt, welche während dieser Zeit dem brennenden Feuerungsmateriale zugeführt wird, so ist ersichtlich, dass die Leistungsfähigkeit der Maschine wird abhängen müssen, von dem Luftzuge welcher in deren Feuerherde angefacht und unterhalten wird.

Weiters wurde gezeigt, dass der natürliche Luftzug bei Weitem nicht zureicht, um die erforderliche Menge von Kohle in der gegebenen Zeit vollständig zu verbrennen, und hieraus folgt, dass man auf Mittel bedacht sein müsse, in der Locomotive einen künstlichen Luftzug zu unterhalten.

Würde es sich um eine stabil aufgestellte Dampfmaschine handeln, so würde man bezüglich der Beschaffung des erforderlichen Luftzuges nicht

in Verlegenheit sein. Ein hoher Rauchfang würde das entsprechendste Auskunftsmittel hiefür bilden. Die Höhe einer solchen Esse berechnet sich nach der bekannten Formel: v = 0‘4]/2gh, in welcher der bewegten Luft in Metern pro Secunde, h die Höhe der Esse in Metern und g die Accélération der Schwere ist. Für die Geschwindigkeit von 7m pro Secunde gibt unsere Formel: h = 15*5m, also eine Höhe, welche die Anbringung einer solchen Esse auf der Locomotive schlechthin unthunlich macht. Es muss also auf andere Mittel gesonnen werden, das Feuer anzufachen. Das einfachste solcher Mittel ist wohl, das Feuer anzublasen. Der erste Dampfwagen mit welchem Trevethik im Mai 1803 die Strassen Londons durchfuhr, hatte wohl eine Anordnung, derzufolge das Feuer am Roste durch den Zug des beim Schornstein entweichenden Dampfes angefacht wurde, doch geschah dies merkwürdiger Weise nicht desshalb, um Feuer anzufachen, sondern um die Pferde nicht scheu zu machen. Für Zwecke der Belebung des Feuerungsprocesses wurden Blasbälge oder Gebläse angewendet, die mit der Kraft des Dampfes betrieben waren. Die Tendermaschine vNovelly, « welche am 6. October 1829 zur berühmten Concurrenzfahrt in Rainhill erschien, hatte beispielsweise derlei durch die Kraft des Dampfes bewegte, continuirlich wirkende Gebläse. Selbst in neuester Zeit werden Blasbälge bei Locomotiven angewendet, doch nicht zur Anfachung des Feuers während der Fahrt, sondern nur zur Anfachung beim Einheizen, wie dies z. B. die Gebläse von Hahn und Olfenius beweisen, welche 1881 construit wurden.

die Geschwindigkeit

Erst Stephenson erkannte die mächtige Wirkung der Evacuirung des Dampfes und hatte bei seinen Killingworth - Maschinen den expandirenden Dampf zielbewusst durch den Schornstein entweichen lassen. Die »Rocket« verdankte ihren Triumph, wenn zwar nicht ausschliesslich, so doch hauptsächlich dieser Methode der Luftzuführung, welche heute die Seele der Locomotive ist.

Der durch den Schornstein austretende Dampf reisst nämlich in Folge seines stürmischen Entweichens die darin befindliche Luft mit sich fort, im Schornsteine und in dem mit demselben in Verbindung stehenden Feuerrohren, also auch in der Feuerkiste gewissermassen ein Vacuum bildend.

Die äussere Luft, welche die Feuerkiste umgibt, hat nur einen einzigen Weg in das Innere dieser Kiste zu gelangen, nämlich durch die Spalten des Rostes, auf welchem das Feuerungsmateriale brennt. Diesen Weg nimmt sie auch und belebt das Feuer nach Massgabe der Schnelligkeit, mit welcher der Dauipf aus dem Schornsteine entweicht.

Da die Anfachung des Feuers fast ausschliesslich durch den abström-menden Dampf geschieht,¹) so brennt dasselbe umso besser, je gleichmässiger die Anfachung erfolgt, je schwächer also die einzelnen Dampfschläge (bei starkem Luftzuge) sind, und je schneller dieselben aufeinander folgen. Da nun rasch folgende und schwache Dampfschläge durch eine grosse Fahrgeschwindigkeit der Locomotive und geringe Cylinderfüllung hervorgerufen werden (§. 56), so ist klar, dass die Leistungsfähigkeit des Feuers mit der Fahrgeschwindigkeit zunimmt. Bei abnehmender Geschwindigkeit erreicht sie aber jene Grenze, unter welcher der verbrauchte Dampf nicht mehr

ersetzt, die volle Dampfspannung, also die volle Leistung, nicht erhalten werden kann.

Das Rohr, durch welches der Dampf austritt, heisst Blasrohr. Die Wirkung des ursprünglich construirten Blasrohres war noch unvollkommen, weil es an der Ausmündung nicht verengt war, womit der Rauchfang nicht mit der wünschenswerthen Energie evacuirte. Hackworth, der Erbauer der zu Rainhill concurrirenden Maschine »Sans-Pareil«, hat zuerst (l 829) die Verengung des Blasrohres an der Ausmündung angewendet, wesshalb denn auch seine Maschine einen kräftigeren Luftzug hatte, als die »Rocket«.

Durchmesser für Zwecke der Praxis voll-

mm

Um die Wirkung des Blasrohres in gewissen Grenzen verändern zu können, steckt man in oder auf dasselbe ein mit Klappen und Oeffnungen versehenes Rohrstück, durch welches die ursprüngliche Ausflussöffnung des entweichenden Dampfes verkleinert werden kann. Die Erfahrung lehrt, dass eine Oeffnung von 120—140 kommen genügt.

Da das Blasrohr dadurch wirkt, dass durch dasselbe der in den Cylindern bereits verbrauchte Dampf austritt, so folgt, dass zur Zeit des Stillstandes der Maschine, oder in Gefällen, wo der Dampf abgesperrt wird, das Blasrohr unwirksam sein müsse. Damit aber die Lebhaftigkeit des Feuers durch den Ausfall der Blaswirkung nicht leide, müsste ein Hilfsblasrohr zur Anwendung gelangen, welches durch den Arbeitsdampf gespeist werden müsste. Eine derartige Einrichtung wäre aber nicht ökonomisch, da hiebei Dampf consumirt wird, welcher zur Bewegung der Züge hätte verwendet werden können.

Um eine Verausgabung des Dampfes für solche Zwecke zu vermeiden, war man darauf bedacht, den natürlichen Luftzug so zu vergrössern, dass dieser in den erwähnten Fällen die Functionen des Blasrohres übernehmen könne. Das einfachste Mittel zur Verstärkung des natürlichen Luftzuges besteht darin, dass man den Siederöhren eine Neigung gibt, welche bis auf 20%o getrieben werden kann. Befördert man ferner die freie Ausströmung der Verbrennungsproducte aus den Röhren in die Rauchkiste durch Neigung der Rauchkistenwand, so verstärkt sich der natürliche Zug durch diese beiden Massnahmen dermassen, dass er in den meisten Fällen den Anforderungen wird entsprechen können.

Da eine warme Luft die Verbrennungsgase weniger abkühlt, als eine kalte, so hatte man es versucht, die Luft, welche in den Feuerraum ein-treten. soll, vorher schon zu erwärmen. Hohe Roststäbe und Abschluss des Rostes durch einen besonderen Kasten, Aschenkasten genannt, der in der Regel an der vorderen und hinteren Seite stellbare Klappen für den Zutritt der Luft besitzt, bilden jetzt wohl das beste und einfachste Mittel zur Vorwärmung der Luft, denn auf diese Weise wird es möglich, die vom Roste ausgestrahlte Wärme zur Vorwärmung der im Aschenkasten abgesperrten Luft zu benützen. Wird der Aschenkasten mit Klappen versehen, welche vom Führerstande aus leicht zu handhaben sind, so wird es möglich, dem Roste durch die hintere Aschenklappe das nöthige Luftquantum gleich-massig und entsprechend vorgewärmt, zuzuführen. Auch kann eine Einrichtung getroffen werden, welche gestattet, die noch unverbrannten Gase mit glühenden Gegenständen in Berührung zu bringen; die Gase werden sich dann entzünden, wodurch die Wirkung der Vorwärmung der zugeführten

Luft wesentlich unterstützt wird. Dies letztere ist beispielsweise bei der Heizung mit Petroleum ganz unerlässlich. Bei derlei Feuerungen ist die Verbrennungskammer, in welche das Petroleum durch einen Injector hineingespritzt wird, damit es als fein vertheilter Strahl gelangt, mit Ziegelmauerwerk versehen. Der freie Austritt der brennbaren Gase erleidet durch dasselbe einen gewissen Widerstand, und werden in Folge dessen die Gase längere Zeit in der Verbrennungskammer und der Feuerbüchse zurückgehalten. Das Mauerwerk wirkt ausserdem beim Erkalten als Wärme-Regulator. Beim Anfeuern der Locomotive legt man auf den Boden der Verbrennungskammer ein Stück mit Petroleum getränkten und hell brennenden Baumwollabfäll, oder eine Handvoll brennender Hobelspäne und öffnet das Dampfventil des Injectors, wodurch das Petroleum als schwacher Strahl zum Feuer gelangt und sofort ohne jede Explosion entzündet wird. Später verstärkt man den Petroleumstrahl nach Erforderniss.

Trotz all dieser Vorrichtungen ist es aber, wie aus dem Gesagten erklärlich, bisher nicht gelungen, im Feuerungsraume der Locomotive eine grössere Temperatur als 1200—1300° C. zu erzielen, was seinen Grund nicht nur darin hat, dass wir ausser Stande sind, zu bewirken, dass die Mischung der Verbrennungsgase mit der zugeführten Luft augenblicklich erfolge, dass die Flächen des Verbrennungsraumes nicht abkühlend auf die Flamme wirken, sondern auch darin, dass wir die Dissociation der Gase, d. h. deren Zerlegung bei hoher Temperatur, nicht verhindern können.

Nicht selten hört man die Aeusserung, dass eine hohe Verbrennungstemperatur nicht angewendet werden könne, weil die Materialien dadurch zerstört würden. Hiezu macht Maey die Bemerkung, dass es zunächst nicht erwiesen sei, wodurch eigentlich die Materialien bei hohen Temperaturen zerstört werden. Als ziemlich gewiss ist indessen anzunehmen, dass der Sauerstoff der Luft bei der mehr oder minder vollkommenen Verbrennung die Zerstörung einleiten wird. Mit der Höhe der Temperatur vermindert sich aber der Sauerstoffgehalt in den Verbrennungsproducten. Gesetzt aber, die Zerstörung fände in zu hohem Grade statt, so würde es keine Schwierigkeit haben, durch Mischung mit kalter Luft die Heizgase bis zu einer entsprechenden Temperatur zu erniedrigen. Dabei würde die Wärme des Brennmateriales immer noch ungleich besser als bisher ausgenützt werden können.

IV. ABSCHNITT.

Das Wasser für die Locomotive.

§• 45.

Zum Bahnbetriebe erforderliches Wasserquantum.

Will man einen Ueberschlag machen, wie viel Wasser in einer Station für Zwecke der Erhaltung des Zugsverkehres pro Tag erforderlich ist, so muss man wissen, wie viele Locomotiven innerhalb eines Tages in der betreffenden Station mit Wasser zu versorgen sind, und muss ausserdem die grösste Menge Wassers kennen, welche pro Locomotive zu beschaffen ist.

Die grösste Leistung, welche man von einer auf unseren Eisenbahnen üblichen Locomotive erwarten darf, dürfte eine Verdampfung von 40 Wasser pro Stunde und Quadrat-Meter ihrer Heizfläche sein. Beträgt die durchschnittliche Heizfläche der im Verkehre zu erhaltenden n Locomotiven H Quadrat-Meter pro Maschine, so beträgt der stündliche Wasserverbrauch einer jeden derselben: 40 . H Kilogramm, der Gesammtverbrauch aller, innerhalb der Zeit von t Stunden verkehrenden n Locomotiven daher 40 . n . t. H

■ nt H Tonnen.

Kilogramm, oder:

40

1000

Bezeichnet Vn, diesen Wasserverbrauch, so ist:

25

(71

eine Formel für die Abschätzung des Wasserverbrauches innerhalb einer Verkehrsperiode von t Stunden.

Hier bezeichnet also:

V,v. . .den mittleren Wasserverbrauch in Tonnen während einer Zeit von t Stunden der im Verkehre befindlichen n Locomotiven, deren durchschnittliche Heizfläche H Quadrat-Meter beträgt ;

H ...die Heizfläche der Locomotive, in Quadrat-Metern; n. . . . die Anzahl täglich beschäftigter Maschinen; t . . . . die tägliche Dienstdauer einer Maschine, in Stunden.

Eine Bahn, die 25 Maschinen täglich durch 12 Stunden beschäftigt, deren Heizfläche pro

Maschine 130 m² beträgt, und einen täglichen Verkehr von 20 Zügen zu bewältigen hat, benöthigt

in ihren Stationen ein Wasserquantum von täglich:

= 1228 Tonnen.

130 . 20 . 12

25

In der Praxis muss man gewöhnlich mehr Wasser pro Locomotive rechnen, als es die obige Formel angibt, weil der Dampf auf dem Wege

vom Kessel in die Cylinder eine nicht unbedeutende Menge Wasser mechanisch mitreisst. Ausserdem geht viel Dampf durch die Sicherheitsventile, Hähne etc. verloren, ferner absorbirt die Dampfpfeife, die Dampfbremse und die Beheizung der Personenwagen ebenfalls Dampf. Ein Theil Wasser geht bei dem Anstellen der Injecteure (Schlabberwasser) verloren, und ferner wird häufig Wasser zum Anfeuchten der Kohlen, zum Benetzen des Führerstandes, manchesmal zum Nassmachen der Schienen behufs Vergrösserung der Adhäsion verwendet.

Der .Maximal-Wasserverbrauch einer Wasserstation tritt dann ein, wenn in den beiden nachbarlichen Wasserstationen kein Wasser vorhanden, und wenn überdies die Witterung so ungünstig ist, dass sie ein Arbeiten mit voller Kraft für sämmtliche Locomotiven nöthig macht. Es sind in diesem Falle für jede Locomotive, welche die Station passirt, 10V₂ Cubik-Meter Wasser in Rechnung zu bringen. Ausserdem ist noch der eigene Bedarf für Stationszwecke und für die am Orte stationirten Reserve- und Verschubmaschinen in Ansatz zu bringen. Es erfordert dabei jedes Auswaschen einer Locomotive 16 bis 20mi und jede Stunde Rangirdienst etwa '/ö Cubik-Meter, jede Stunde Reservedienst Vio Cubik-Meter Wasser. Der Bedarf der Werkstätten an Wasser darf für jede am Orte stationirte Locomotive zu V* Cubik-Meter angenommen werden.

Da für gewöhnlich Brunnen das erforderliche Wasser liefern, so muss man vor Allem sich vergewissern, ob auch die Ergiebigkeit derselben entsprechend ist. Dies geschieht aber auf folgende Weise:

Man schöpft aus dem Brunnen mittelst einer Pumpe t' Minuten lang Wasser. Würde während dieser Zeit kein Wasser zum Brunnen zufliessen, so würde das Volumen des in der Zeit t herausgeschöpften Wassers durch den Unterschied der Wasserspiegel zu Beginn und am Ende der Schöpfarbeit sich bestimmen lassen und würde a Cubik-Meter betragen. Da aber während des Schöpfens z Cubik-Meter Wasser pro Minute zufliessen und die Schöpfarbeit t' Minuten gedauert hat, so sind während dieser Arbeit zt' Cubik-Meter Wasser zugeflossen; da aber der Cubikraum im Brunnen trotz des Zuflusses von Wasser, durch das Schöpfen um a Cubik-Meter sich vermindert hat, so musste nicht nur die, diesem Cubikraum entsprechende, sondern auch die während der Schöpfarbeit zugeflossene Wassermenge herausgeschöpft worden sein, d. h. das geförderte Wasserquantum muss {a -{•zt') Cubik-Meter betragen. Nennen wir es a, so ist: a — (a' + z. t') die Menge des herausgeschöpften Wassers in Cubik-Metern. Hört man mit dem Schöpfen auf und wartet, bis das Wasser wieder auf das Niveau sich gehoben hat, auf welchem es zu Beginn der Schöpfarbeit stand, und hat es hiezu einer Zeit von t" Minuten gebraucht, so beträgt das in dieser Zeit zugeflossene Wasserquantum offenbar z . t" Cubikmeter, da ja z Cubik-Meter Wasser pro Minute zufliessen. Die Menge des zugeflossenen Wassers beträgt aber a Cubik-Meter. Wir haben sonach: a—z.t", und durch Verbindung dieser, mit der ursprünglichen Gleichung, den Ausdruck:

Z t' + t"

Hier bezeichnet:

Z . . . den Wasserzufluss zum Brunnen, in Cubik-Metern pro Minute; il . . . die Menge des in der Zeit t' ausgepumpten Wassers, in Cubik-Metern; 1/. . . die Zeit in Minuten, durch welche das Wasser gepumpt wurde; t”.. . die Zeit in Minuten, während welcher nach Aufhören der Pumparbeit das Wasser wieder auf das ursprüngliche Niveau gestiegen ist.

Beispiel : Aus einem Brunnen, dessen Ergiebigkeit man zu prüfen hatte, wurde eine Tonne Wasser in der Zeit von 5 Minuten herausgeschöpft. Eine Viertelstunde nach Aufhören der Schöpfarbeit stand das Wasser wieder auf dem ursprünglichen Niveau; es fragt sich, wie gross der Wasserzufluss zu diesem Brunnen war? Hier ist: t‘— 5, t“ —15, a—1 (weil 1 Tonne = lm

Wasser), mithin: z—154.5 ⁼20 Cubik-Meter, oder: ^^=50 Liter Wasser pro Minute, d. h.

3 Tonnen pro Stunde. In 24 Stunden würde man sonach 72 Tonnen Wasser zu gewärtigen haben. Würde man einen Verkehr zu bewältigen haben, wie er im vorigen Beispiele vorausgesetzt wurde,

1228

so müsste man in den verschiedenen Stationen    17 solcher Brunnen zur Verfügung haben.

§. 46.

Beschaffung des Wassers.

Das Quantum Wasser, welches die Förderung der Züge auf Eisenbahnen absorbirt, kann, wie aus dem vorigen Paragraphe zu entnehmen ist, nach Umständen recht bedeutend sein. Reichen die Brunnen, welche in den Stationen gegraben wurden, nicht zu, um das für den Verkehr der Züge nöthige Wasser zu beschaffen, so muss für dessen Beistellung auf anderweitige Weise gesorgt werden. In derlei Fällen muss man das Wasser aus einem nahegelegenen Flusse oder aus Teichen oft durch lange Röhrenleitungen in die Station schaffen. Es werden dann am Ufer des Flusses oder Teiches Pumpwerke aufgestellt, welche das Wasser in die Reservoire der Stationen drücken. Damit der Pumpenwärter weiss, wann die Reservoire der entfernten Stationen gefüllt sind, werden diese mit Schwimmern versehen, deren Stand vermittelst Elektricität dem Pumpenwärter stets angezeigt wird.

Hat man weder einen Fluss noch einen Teich zur Verfügung, wie dies beispielsweise auf den Dalmatiner und Istrianer Bahnen Oesterreichs der Fall ist, so müssen die Niederschläge der Atmosphäre gesammelt und in künstlich aufgebaute Teiche geleitet werden, von wo das Wasser durch Druckwerke in die Station geschafft wird. Derlei Teiche haben oft eine beträchtliche Grösse; der in Canfanaro befindliche fasst beispielsweise 18500 Tonnen Wasser. Ist es aber aus irgend einem Grunde unthunlich, die Niederschläge der Atmosphäre zu sammeln, oder reichen diese zur Deckung des Wasserbedarfes nicht zu, so muss dass Wasser aus weiter Ferne (vielleicht aus dem Meere) durch Züge in besonders construirten sogenannten Wasserwagen zugeführt werden. In einem solchen Falle befand sich beispielsweise die russische Bahn Balta-Odessa, welche Jahre hindurch das ihren Zügen nöthige Wasser auf eine Distanz von 200km zuführen musste. Die Quantitäten des zugeführten Wassers waren recht gross; so war beispielsweise im Jahre 1868 ein Wasserquantum von 240000 Tonnen zugeführt worden. Rechnet man, dass mit einem Zuge 240 Tonnen Wasser geschafft werden können, so mussten zur Beischaffung dieses Quantums tausend Züge verkehrt haben.

Die Kraft, durch welche das Wasser aus dem Brunnen, Teiche, Fluss etc. in die Reservoire der Wasserstation geschafft wird, wechselt je nach den Ortsverhältnissen; es gelangt zur Verwendung die Kraft des Menschen, der Thiere, des Windes, des Gases, am gewöhnlichsten aber die Kraft des Dampfes.

In kleinen Stationen, d. h. dort, wo die Züge nur selten in die Lage kommen, Wasser nehmen zu müssen, genügt zum Betriebe des<Druck-werkes die Kraft von Menschen; in grösseren Stationen wendet man Pferde-göppel an, welche die Wasserpumpe in Bewegung setzen und dort, wo eine Wasserkraft oder eine continuirliche Kraft des Windes zur Verfügung steht, gelangt auch diese zur Verwendung.

In der Station Egersdorf der ehemaligen Magdeburg-Halberstädter Bahn wurde beispielsweise (1878) eine Windmühle aufgestellt, welche schon bei schwachem Winde (4 Meter pro Secunde) 15 Kilogramm Wasser pro Secunde zu einer Höhe von 1 Meter hob. Da diese Windmühle ununterbrochen Tag und Nacht arbeitet und pro Tag 3'6 Tonnen Wasser hebt, so entspricht sie ihrem Zwecke vollkommen. In Etgersleben, einer Station der königlichen Direction Magdeburg, wurde 1881 ebenfalls ein Windmotor aufgestellt. In Schleswig-Holstein findet man Windmotoren im täglichen Gebrauche und viele Bahnen Amerikas bedienen sich der Kraft des Windes schon seit 20 Jahren.

Die Kraft eines Windmotors, System Haladay, berechnet sich nach

der Formel:

N = 7-3

.    .    (73

In welcher bezeichnet:

..der Nutzeffect des Motors, in Pferdekräften;

. . die Geschwindigkeit des Windes, in Metern pro Secunde.

= 2V₂ Pferdekräften.

Weht der Wind mit einer Geschwindigkeit von 7 Metern pro Secunde, so arbeitet Haladay’s Windmotor mit: 7'3 .

Die wichtigste Verwendung findet jedoch der Dampf, und geschieht dies in zweierlei Weise. Es wird nämlich der Dampf entweder in einen Cylinder eingelassen, in welchem er einen beweglichen Kolben vor sich her schieben kann, dessen Bewegung dann zum Betriebe einer gewöhnlichen Saug- oder Druckpumpe ausgenützt wird, oder es wird der Dampf zur Erzeugung eines Vacuums verwendet, in welches die das Vacuum umgebende Luft das Wasser drückt.

TO

oc

Figur 6.

Die erstere Art der Verwendung des Wasserdampfes ist die übliche, allbekannte. Bei der zweiten Verwendungsart d. Dampfes unterscheidet man ebenfalls zwei Fälle, und zwar die Verwendung von Ejectoren, und solche der Pulsometer. Bei den Ejectoren wird das Vacuum dadurch .erzeugt, dass Dampf durch eine Röhre m hindurchgelassen wird, welche in ihrer Wandung ein Loch hat, an welches die zu evacuirende Röhre p angesetzt wird. Der rasch strömende

Dampf nimmt in der Röhre m alle Luft mit und reisst dieselbe auch aus dem anschliessenden Rohre p. Dieses taucht in Wasser, dessen Niveau bei xx steht, und die atmosphärische Luft drückt das Wasser in die Röhre p hinauf, welches sich in dem Reservoire R sammelt, woselbst auch der austretende Dampf condensirt wird. Derlei Anlagen heissen Ejector-Anlagen, und stammt die betreffende Idee aus dem Jahre 1818, in welchem Jahre eine diesbezügliche Erfindung Herrn d’Ectot in Paris patentirt wurde.

Die österreichische Südbahn hat derlei Anlagen in einigen ihrer Stationen errichtet, und enthält die nachfolgende Tabelle die wichtigsten Daten hierüber.

Der Ejector ist errichtet in der Station

Gegenstand

Neu

stadt

Kanizsa! Kufstein Ala

Länge der horizontalen Röhre in Metern...................

Saughöhe in Metern......................................

Per Stunde gefördertes Wasserquantum in Tonnen ........

Temperatur des Wassers im Reservoire in Celsius-Graden.. Temperatur des Wassers im Brunnen in Celsius-Graden ... Der zum Wasserheben erforderliche Minimaldruck des Dampfes in Atmosphären.............................

21

10

11

14

5-9

5-3

6-7

M « Ô) CO 05 CM CM CO CM    1>

O CA CO

Die Ejectore haben den grossen Vorzug, dass sie fast keiner Reparatur bedürfen, weil deren Bau höchst einfach ist, dass sie vermöge ihrer raschen Saugwirkung viel Wasser aus dem Brunnen in kurzer Zeit herausschöpfen, diesen also gewissermassen reinigen, und endlich, dass die Reservoire gewärmtes Wasser erhalten. Freilich consumiren sie viel Dampf und dies dürfte deren einzige Schattenseite sein.

§. 47.

Das Pulsometer.

Eine andere Art der Apparate, welche den Zweck haben, das Wasser aus den Brunnen in die Höhe zu schaffen, bilden die sogenannten Pulsometer.

Das Pulsometer ist eine Saug- und Druckpumpe, welche ohne Kolben und Gestänge dadurch functionirt, dass der Dampf durch seine Expansion die Wassersäule ohne Vermittlung eines Kolbens hebt und durch seine Condensation die Saugwirkung hervorbringt. Das folgende Schema möge ein Bild geben, in welcher Art die Pulsometer wirken.

Auf einem horizontalen Brette ,r x, welches auf Ketten in den Brunnen gesenkt und ober dem Wasserspiegel in Schwebe erhalten wird, sitzen zwei Gefässe A und B (Fig. 7), welche oben durch ein gabelförmig sich spaltendes Rohr D mit dem Dampfkessel, unten aber durch ein ähnlich gespaltenes Rohr C mit dem Wasser im Brunnen in Verbindung stehen. Dort wo das vom Dampfkessel abwärts führende Rohr D sich spaltet, ist eine kleine Kugel so angesetzt, dass sie den Zutritt zu einem der Gefässe A oder B abschneidet. In der Figur versperrt die Kugel den Dampfzutritt zum Gefässe B, lässt dagegen den Zutritt zum Gefässe A offen. Tritt nun Dampf

im Sinne des Pfeiles m in die Kammer A, so treibt er die Luft aus derselben aus, welche beim Pfeil 11 in’s Freie entweicht. Der Dampf condensirt sich in Folge der kalten Gefässwände, und es entsteht im Gefässe A ein Vacuum.

Die in der Kammer B befindliche Luft hat die Tendenz, dieses Vacuum auszufüllen, und wirft die Kugel in die andere gabelförmige Abzweigung des Rohres D, wodurch der weitere Zutritt des Dampfes in die Kammer A abgesperrt wird, während der Dampf nunmehr zu der Kammer B freien Zugang findet.

In das Vacuum bei A tritt nun das Wasser durch das Rohr C ein, füllt die Kammer A und fliesst bei 11 in die Rinne aus. Mittlerweile hat

rn

1*

11

Figur 7.

der in die Kammer B eingetretene Dampf dort ein Vacuum erzeugt, nachdem er das dort gewesene Wasser bei r ausgetrieben hat. Die Steuerkugel kollert herüber, sperrt den Zugang zu B ab, lässt aber jenen zu A frei.

Das Brunnenwasser steigt durch das Rohr C in die Kammer B und tritt bei r in die Rinne R aus, und so wiederholt sich das Spiel. Die Klappen 1, 2, 3 . . . 8 deuten an, in welcher Weise der Zutritt gesperrt und frei gemacht wird.

Das Pulsometer, eine Erfindung des Amerikaners Hall, arbeitet bei einem continuirlichen Dampfstrahl sehr ruhig, man hört nur die einzelnen Schläge der hin und her geworfenen Kugel. Die Bewegung derselben erfolgt so rasch, dass 130 Schläge auf 1 Minute kommen, und mit jedem Schlage werden 4ks Wasser in die Rinne R geworfen.

In der Wirklichkeit sind die Gefässe A und B ganz anders angeordnet; sie haben die Form einer Birne, und ist statt der Rinne R ein drittes Gefäss, ein Sammelgefäss, angebracht, aus welchem der Wasserstrahl continuirlich austritt.

Der Umstand, dass der Dampf nicht durch seine Expansivkraft arbeitet, sondern (nach Watt’s Weise) nur als Mittel zur Erzeugung des Vacuums verwendet wird, bringt es mit sich, dass dessen Wärme nicht in Arbeit umgewandelt, sondern dem Wasser einfach mitgetheilt wird, dass sie sonach eine Verwendung findet, die nicht beabsichtigt ist. Hieraus folgt aber weiter, dass das Pulsometer eine weniger ökonomische Dampfmaschine sein muss, als eine Dampfpumpe, bei welcher die Spannung des Dampfes verwerthet wird. Und in der That lehren die Versuche der Berlin-Hamburger Bahn, dass das Pulsometer 235k® Dampf pro Stunde und Pferdekraft verbraucht, während für dieselbe Leistung der stündliche Dampfconsum einer gewöhnlichen Dampfpumpe nur 126k£ betrug. Desgleichen fand die agronomische Gesellschaft in England, dass der Dampfverbrauch beim Pulsometer 170kg betrug, während eine Centrifugalpumpe für dieselbe Leistung nur 120k£ Dampf pro Stunde consumirt hatte.

Der Dampfverbrauch eines Pulsometers lässt sich wie folgt ermitteln. Um ein Kilogramm Wasser auf die Höhe von h Meter zu heben, bedarf es einer mechanischen Arbeit von h Meter-Kilogramm. Fördert das Pulsometer pro Secunde w Kilogramm Wasser zu dieser Höhe, so leistet es eine mechanische Arbeit von w . h Meter-Kilogramm oder eine Arbeit von:

w. h

a Pferdekräfte. Zur Leistung dieser Arbeit verbrauchte das Pulsometer d Kilgramm Dampf. Auf eine Pferdekraft entfällt sonach ein Verbrauch

75

von

| j Kilogramm Dampf. Der stündliche Dampfverbrauch Vn beträgt sonach

pro geleistete Pferdekraft:

Vw = 3600 •

d __ 3600 X 75 w . h

oder:

Vw

27 . 10 ⁺ •

Kilogramm Dampf oder ebenso viel Wasser, welches in Dampf verwandelt wurde.

Arbeitet das Pulsometer mit vier Atmosphären Dampfspannung also mit Dampf, welcher eine Temperatur von 147° C. hatte, und wurde dieser Dampf aus Wasser von 23° C. erzeugt, so absorbirt jedes Kilogramm dieses Dampfes eine Wärmemenge von (606‘5 + 0'305 X 147 — 23)= 628 Calorien (§. 54), und da pro Secunde d Kilogramm Dampf verbraucht wurden, so absorbirte das Pulsometer pro Secunde eine Wärmemenge von 628 . d Calorien. Diese Wärme wurde an das geförderte Wasser gänzlich abgegeben, weil der Dampf vollständig condensirt wurde. Das Wasser erwärmte sich in Folge dessen um t° C., und da pro Secunde w Kilogramm Wasser gefördert wurden, so nahm das pro Secunde geförderte Wasser w. t Calorien

Kilogramm, für den stündlichen Verbrauch an Wasser pro Pferdekraft.

Hier bezeichnet:

Vw . . den Wasser-(Dampf)-Verbrauch des Pulsometers pro Pferdekraft und Stunde, in Kilogramm;

t ...die Temperatur des geförderten Wassers, in Celsius-Graden;

h . . . die Pumphöhe, in Metern.

Beispiel: Ingenieur Schaltenbrand in Berlin fand durch Versuche, dass bei Temperaturen t = 2'89, 2-90, 3'29, 3⁻30 Celsius-Graden die Förderhöhe: h = 10'18, 7'00, 6'00, 7'50 Meter betrug. Für diese Werthe gibt aber die obige Formel der Reihe nach folgende Werthe für den Verbrauch an Wasser: Vw= 122, 178, 235, 189 Kilogramm pro Pferdekraft und Stunde.

In Oesterreich war die (in Ungarn gelegene) Secundärbahn Körösthal die erste gewesen, welche ihre Wasserstationen für den Pulsometerbetrieb eingerichtet hatte (1877). Die damaligen Pulsometer waren jedoch noch ziemlich unvollkommen. Erst später (1881) verbesserte sie Ulrich in Berlin derart, dass die Umsteuerung der kleinen Kugel nicht mehr in Folge Druckdifferenz, sondern durch directe Einwirkung des Dampfes erfolgt, wodurch eine namhafte Dampf-Ersparniss erzielt wurde.

Die Leistung derlei Pulsometer kann aus der nachstehenden, durch Ingenieur , Hausmann in Magdeburg (1886) zusammengestellten Tabelle entnommen werden, aus welcher Tabelle zu ersehen, dass im Handel Pulsometer Vorkommen, welche je nach der Grösse 80 bis 15000 Liter Wasser pro Minute zu einer Höhe von 5m schaffen können, wobei bemerkt wird, dass der Preis derlei Pulsometer von 150 bis 5000 Gulden schwankt.

Leistung in Liter Wasser pro Minute bei den untenstehenden Förderhöhen

Förderhöhen

auf. Es besteht sonach die Gleichung: 628 . d — w.t, aus welcher: w . t 628

Gleichung:

sich ergibt. Mit Hilfe dieses Werthes liefert aber die obige

V„ = 430

ft)-

.    .    (74)

Liter

700 900 1200,1700 2800 480017000 10000; 15000 600 800 |l050| 1500'2500 4400 61001 8800 13000 510 ¹ 680    860! 1300|2250 3850j5500 7700 11000

I l I t

Man kann rechnen, dass ein jedes Pulsometer 1 k& Wasser zur Höhe von 10m in der Zeit von 1 Secunde hebt und 2'₂ks Dampf von 3V2 Atmosphären Spannung pro Stunde consumirt.

Der Dampfverbrauch würde daher immer noch 187kg pro Stunde und Pferdekraft betragen, während eine Dampfpumpe zu derselben.Leistung eines Aufwandes von nur 125k= Dampf erheischt. Nichtsdestoweniger haben die

bei 5    Meter

80

60

40

20

150

130

100

80

60

250 | 450 220,375 180 ! 325 150 | 300 120 j 250 90 190

Pulsometer Vortheile, denn sie sind trotz des grösseren Dampfverbrauches im Betriebe billiger, als gewöhnliche Dampfpumpen, weil sie weniger Schmiermateriale verbrauchen, fast keiner Aufsicht bedürfen und keiner Reparatur unterliegen, während dies alles bei Dampfpumpen nicht der Fall ist. So betragen nach den Mittheilungen der Raab-Oedenburg-Ebenfurther Bahn, die Kosten eines durch Pulsometer geförderten Cubik-Meters Wasser nur 1'9 Kreuzer, während sie früher bei Dampfpumpen Betrieb 6 Kreuzer betrugen.¹) Diese Umstände brachten es mit sich, dass Pulsometer nicht nur in Deutschland, sondern auch in Oesterreich immer mehr in Verbreitung kamen, so dass bereits im Jahre 1882 über 100 Wasserstationen bei österreichischen Secundärbahnen für den Pulsometerbetrieb eingerichtet waren.

Hiebei wird das Wasser entweder unmittelbar in die Tender oder in Wasserbehälter gefördert. Zum Betriebe des Pulsometers wird Dampf der Locomotiven benützt. Bei Secundärbahnen mit stärkerem Verkehre ist jedoch die unmittelbare Förderung des Wassers in die Tender nicht ausreichend und empfiehlt sich unter solchen Verhältnissen die Aufstellung von Reservoiren. Pulsometer wurden auch zum Auswaschen der Maschinen verwendet; in derlei Fällen liefert eine Locomotive den Betriebsdampf für das Pulsometer, welches dann seinerseits das zum Auswaschen der zweiten Locomotive nöthige Wasser aus dem Brunnen schöpft, so dass das Auswaschen der Locomotive fast ohne Zuthun von Menschenhänden vor sich geht.

§. 48.

Kosten der Wasser-Beschaffung.

Die Kosten der Beschaffung des Wassers, mit welchem die Wasserstationen versehen werden, hängen, wenn die Brunnen das nöthige Wasser liefern, hauptsächlich von der Höhe ab, bis zu welcher dasselbe gehoben werden muss. Die Hebung eines Kilogramm Wassers bis zur Höhe eines Meters ist gleichwerthig einer Arbeit von 1 Meter-Kilogramm. Werden in einer Stunde w Kilogramm Wasser geliefert, welches h Meter hoch gehoben

wurde, so erfordert dies einen Minimalaufwand von :

Meter-Kilogramm.

h . w 3600

oder:

75 X 3600

Pferdekräfte pro Secunde, oder:

ET

Pferdekräfte pro

Stunde. Soll eine Dampfmaschine diese Arbeit liefern, so verbraucht dieselbe erfahrungsgemäss 1 Va k§ Kohle pro Pferdekraft und Stunde. Der stündliche

Kilogramm. Die Förderung

h . w

Kohlenbedarf beträgt sonach: D5 X

50

• h = 20 h Kilogramm Kohle. Wir sehen also, dass die Hebung

von 1 Tonne Wasser zur Höhe von hm erfordert daher einen Aufwand 1000

von :

50

einer Tonne Wassers auf die Höhe von lm einen Aufwand von 20k£ Kohle erheischt.

Hiebei muss aber bemerkt werden, dass man unter der Förderungshöhe nicht etwa die absolute Höhe der Hebung des Wassers, d. h. den Höhenunterschied zwischen dem Wasserspiegel im Brunnen und dem Wasserspiegel im Reservoire zu verstehen habe. Unter Förderhöhe versteht man vielmehr die Summe der absoluten Höhe der Hebung und aller Reibungs-

9 Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, 1882, pag. 489.

widerstände, ausgedrückt als Höhe. Dass diese Reibungsverluste (die Reibungshöhen) recht bedeutend sind, kann beispielsweise aus der Thatsache ersehen werden, dass die Förderungskosten einer Tonne Wasser zu einer Höhe von 21m, in Dembica (einer Station der galizischen Carl Ludwigs-Bahn) auf 2‘69 Kreuzer sich belaufen, während in Krakau (einer Station derselben Bahn) die Tonne Wasser nur 2⁻36 Kreuzer kostet, obwohl das Wasser hier zu einer weit grösseren Höhe (29’5m) gehoben wird, als in Dembica. Die Ursache der Vertheuerung des Wassers in Dembica liegt aber darin, dass daselbst das Wasser 2142m weit horizontal getrieben werden muss, während die horizontale Bewegung in Krakau nur 1990m beträgt.

Die Erfahrung lehrt, dass die Erhaltungs- und Bedienungskosten der Wasserschöpf-Anlagen jene der Beschaffung des Brennmateriales bei Weitem übertreffen. Mit Rücksicht auf diesen letzteren Umstand haben die Pulsometer einen grossen Werth, weil sie eben diese Kosten reduciren.

Es kann angenommen werden, dass die Förderung einer Tonne Wassers zur Höhe eines Meters, sobald diese Arbeit verrichtet wird, durch: Windeskraft auf 5 Kreuzer, Pulsometer auf 8 Kreuzer, Dampfpumpe auf 10 Kreuzer und Handarbeit auf 15 Kreuzer zu stehen kommt.

Eichler kam auf Grund von Erfahrungen der österreichischen Bahnen zu der nachstehenden Zusammenstellung:

Förderungs

höhe

in Metern

Brennstoff

Die Kosten einer Tonne Wasser

repartirt auf

Bedienung

Erhaltung

Summa

betrugen in Kreuzern

9-70

1-70

2-60

0-35

465

14-00

14-06

3-08

3-47

2-46

9-01

3-49

4-23

1-90

9-62

Man kann annehmen, dass die Beschaffungskosten einer Tonne Wasser bei den Eisenbahnen je nach den zu überwindenden Schwierigkeiten zwischen 0⁻6 Kreuzer und 1D6 Kreuzer variiren.¹)

§. 49.

Der Kesselstein.

ln Schweden laufen die Locomotiven durchschnittlich 15 Jahre, bevor die Nothwendigkeit eintritt, sie reinigen zu müssen. In Süddeutschland tritt diese Nothwendigkeit schon nach Verlauf von 3 Monaten ein, während die Locomotiven der Bahn, welche vom Aegeischen Meere an die Grenze Bosniens führt (der sogenannten Orientbahn), so zu sagen nie recht aus der Reparatur heraus kommen.

Forscht man nach der Ursache dieser interessanten Erscheinungen, so gelangt man zur Ueberzeugung, dass es das Speisewasser ist, welches dieselben hervorruft.

') Meyer. Handbuch der speciellen Eisenbahntechnik von Heusinger, IV. Band, XXII. Capitel,

pag. 633.

Das Wasser, mit welchem die Locomotiven Schwedens gespeist werden, stammt von Seen, jenes der Orientbahn aus Sümpfen; das erstere ist fast chemisch rein, das letztere enthält Schwefelwasserstoff, welcher Schwefel ausscheidet, der sich bei Erwärmung mit dem wohl stets vorhandenen Eisenoxyde verbindet und die verheerenden Wirkungen ausübt.

Die wenigsten Wasser, welche als Speisewasser für Locomotiven verwendet werden, sind rein; die meisten derselben enthalten Stoffe gelöst, welche beim Verdampfen niedergeschlagen werden und nicht selten als feste Kruste, Kesselstein genannt, an den Wandungen der Kessel und der Siederohre abgelagert werden. Die Ablagerung erreicht eine grosse Stärke, nach Durchlaufen eines Weges von 40000—80000 km wird V3 — 7² Tonnen Kesselstein niedergeschlagen.¹)

Die Speisewasser der im Donaugebiete liegenden Wasserstationen sind beispielsweise sehr reich an kohlensaurem und schwefelsaurem Kalke und lagern, sobald sie sieden, harten weissen Kesselstein ab.

Die chemische Zusammensetzung des Kesselsteines ist verschieden, wie dies aus der folgenden Zusammenstellung zu ersehen ist:

Bestandtheile

Der Kesselstein enthält in Gewichts-Procenten

Kalk

Magnesia Schwefelsäure Kohlensäure Unlösliche Theile Wasser

37-98    41-34

38-62

1-78

51-42

2-01

1-43

4-60

42-49

1-12

34-56

15-31

1-48

4-92

4-10

46-25

4-56

2-95

3-49

8-36

20-51

17-61

5-29

4-89

Die Nachtheile des Kesselsteines lassen sich im Allgemeinen wie folgt

specificiren :

1.    Die Kesselsteinkruste absorbirt viel Wärme, da sie 25mal schlechter leitet als die Kesselwand; in Folge dessen kommt dem zu verdampfenden Wasser nur wenig Wärme zu. Die Dampf-Erzeugung erfordert also einen grossen Aufwand an Brennmateriale.

2.    Unter der Steinkruste erhitzt sich das Kesselblech sehr stark, so dass dessen Festigkeit darunter leidet. So beträgt beispielsweise die Festigkeit des Eisens pro Quadrat-Centimeter bei der Temperatur vona):

kg

kg

1 5 Grad Celsius 184

)>

))

590 Grad Celsius. 10<J beginnt Zerrung 725    »

860 »

1000 »

CO CO CO M

der Nieten

4 (Ausbäulung) 1 (Bruchgefahr)

3. Berstet die Kesselsteinkruste, so kommt das glühende Blech mit dem Wasser in Berührung; hierdurch entsteht eine vehemente Dampfentwicklung, die nach Umständen Anlass zu einem Unfälle geben kann.

320

455

))

))

))

4.    Kesselstein und Schlamm können mit dem Dampfe in die Cylinder der Locomotive gelangen, in welchem Falle Kolben und Schieber rasch abgenutzt werden.

5.    Die Steinkruste legt sich nicht selten so fest an die Heizfläche der Maschine an, dass sie von derselben nur durch Abstemmen zu entfernen ist. Dass bei einer solchen gewaltsamen Trennung die Maschine leidet, steht ausser Frage.

6.    Die öftere Vornahme von Kesselreinigungen zieht nach sich die Nothwendigkeit der Beschaffung eines grösseren Standes an Locomotiven, so zwar, dass diese Vermehrung nach Umständen auch 25 Procent des normalen Standes betragen kann.*)

§. 50.

Die Härte des Wassers.

Der grosse Einfluss, den das Speisewasser der Locomotiven auf den Betrieb ausübt, lässt es wünschenswerth erscheinen, vor Allem die Ursachen der Bildung des Kesselsteines kennen zu lernen, um sodann auf Mittel Bedacht zu nehmen, welche dessen Bildung verhindern können.

Die Analyse zeigt, dass in den meisten Wässern zweierlei Salze sich gelöst finden, welche zu einem compacten Niederschlage sich ballen, sobald das Wasser gekocht wird. Es sind dies der schwefelsaure Kalk oder Gyps und der doppeltkohlensaure Kalk.

Durch Kochen wird das Wasser verflüchtigt, wodurch der Gyps (CaSOj seines Lösungsmittels beraubt wird, daher langsam zu Boden sinkt, woselbst er eine feste Kruste bildet. Der doppeltkohlensaure Kalk wird dagegen durch das Kochen des Wassers in Kohlensäure und einfach kohlensauren Kalk (Ca C0₃) zerlegt, welch letzteres Salz aber nicht langsam, wie es der Gyps gethan, sondern plötzlich zu Boden sinkt, daher keine feste Kruste bildet, sondern pulverförmig niederfällt.

Würde nur dieses letztere Salz im Wasser Vorkommen, so würde dessen Anwesenheit für den Betrieb nicht von Nachtheil sein, weil es eben als feines Pulver oder Mehl zu Boden fallen würde, welches, ohne sich zu krusten, zu ballen, durch Auswaschen des Kessels leicht zu entfernen wäre. Bei Anwesenheit des Gypses aber geräth der kohlensaure Kalk in denselben und bilden dann beide Salze das, was wir Kesselstein nennen.

Hieraus folgt, dass es genügt, nur den Gyps aus dem Wasser zu entfernen, um eine Kesselsteinbildung zu verhindern, weil dann eine feste Kruste überhaupt nicht entstehen kann, ein sich bildender loser Niederschlag sich aber leicht beseitigen lässt.

Ohne eine chemische Analyse des Wassers durchführen zu müssen, lässt sich die Menge der Beimengungen desselben durch die sogenannte T/YrzV-Methode oder, wie man sie auch nennt, durch die Maass-Analyse bestimmen.

Clark in England hat diese Methode bereits im Jahre 1841 angewendet, doch liess dieselbe damals bezüglich der Einfachheit in der Handhabung

l) Tilp. Der praktische Maschinendienst, Wien 1877, pag. 168.

manches zu wünschen übrig. Das grosse Verdienst, dieselbe praktisch durchgebildet zu haben (1866), gebührt aber den Herren Boudron und Boudet in Paris. Diese Methode, welche die gedachten Herren Hydrotimetrie nannten, soll nun, da sie höchst einfach ist, und ausserdem Resultate liefert, welche eine für die Praxis hinlängliche Genauigkeit geben, in Folgendem des Näheren beschrieben werden.

Wir Alle wissen, dass unser gewöhnliches Wasser durch Seife getrübt wird. Im destillirten Wasser entsteht jedoch durch Zusatz von Seife keine Trübung, eine solche Seifenlösung ist wasserhell. Setzt man eine solche klare Seifenlösung einem Wasser zu, welches Salze enthält, so entsteht sofort ein reichlicher Niederschlag, indem sich das fettsaure Natron der klaren Seifenlösung mit den im Wasser gelösten Kalksalzen zu Natronsalzen und fettsaurem Kalke umsetzt, welch letzterer im Wasser unlöslich ist und somit herausfällt. Diese Eigenschaft der klaren Seifenlösung kann nun in folgender Weise zur Bestimmung der Beimengungen des Wassers verwerthet werden.

Hat man durch Versuche gefunden, dass 1cnvi klarer Seifenlösung, z. B. 1 ms Kalk in Kalkseife verwandelt; also unlöslich macht, so braucht man nichts anderes zu thun, als eine solche Seifenlösung successive in das zu untersuchende Wasser einfliessen zu lassen. So lange der Kalk im Ueberschusse ist, wird die ganze Quantität der zugesetzten Seifenlösung zur Fällung verbraucht, es befindet sich somit nichts davon in Lösung; das Gemisch gibt sonach beim Schütteln keinen bleibenden Seifenschaum. Sobald aller Kalk gefällt ist, und sich eine, wenn auch geringe Seifenmenge in Lösung befindet, entsteht an der Oberfläche des zu untersuchenden Wassers sofort ein bleibender Schaum.

Wird also dem zu untersuchenden Wasser Seifenlösung tropfenweise zugesetzt, so wird jeder zugesetzte Tropfen einen Theil der darin gelösten Salze an sich reissen und sonach bewirken, dass kein Schaum entsteht. Je mehr Salze das Wasser enthält, desto mehr Tropfen müssen zufliessen, um diese Salze zu binden, desto länger bleibt also die Schaumbildung aus, In dem Augenblicke, in welchem alles Salz, welches im Wasser gelöst war, an die Seife gerissen wurde, findet der folgende Tropfen der Seifenlösung keine freien Salze in der Flüssigkeit mehr vor, er wird also Anlass zur Schaumbildung geben. Aus der Anzahl der zugesetzten Tropfen der Seifenlösung, also aus der Menge der zugesetzten Normallösung, lässt sich daher ein Schluss auf die Menge der im Wasser gelösten Salze ziehen, d. h. es lässt sich die sogenannte Härte des Wassers bestimmen.

Der Vorgang der Härtebestimmung des Wassers ist sonach höchst einfach. Man gibt das zu untersuchende Wasser in ein Glas und setzt demselben tropfenweise von der Normallösung zu. So lange sich nichts zu verändern scheint, so lange vollzieht sich die Verbindung der im Wasser vorhandenen Salze mit der Seife. In dem Augenblicke, in welchem man die Bildung von Schaum bemerkt, und dieser Schaum selbst nach einem Schütteln nicht verschwindet, muss mit dem weiteren Zusatze der Normallösung aufgehört werden, da man weiss, dass nunmehr alles Salz mit der Seife sich verbunden hat. Aus der Menge der bis zum Auftreten eines bleibenden Schaumes verbrauchten Seifenlösung schliesst man auf die Menge der im Wasser vorhandenen Salze. Die Menge der Salze lässt sich genau bestimmen, sobald man weiss, wie viel Salz eine gegebene Menge der Seifenlösung zu binden vermag.

50ras Salze in Lösung enthält. Wurde zur Untersuchung

Die Herren Boutron und Boudet bereiten nun die Seifenlösung in der Weise, dass ein Cubik-Centimeter derselben erforderlich ist, um 10ms feste Salze aus dem Wasser zu reissen. Hat man dem zu untersuchenden Wasser gern³ ^gj. Normallösung zutröpfeln müssen, bevor ein bleibender Schaum auftrat, so weiss man, dass die Menge des der Untersuchung unterworfenen Wassers 5X10

ein Liter Wasser herangezogen, so weiss man, das ein Liter Wasser, 50ras Salze in Lösung enthält. Man weiss also das, was man wissen wollte.

Um die verausgabte Menge der Seifenlösung bequem in Cubik-Centimetern ablesen zu können, wird dieselbe in eine unten ausgezogene und mit einem Quetschhahne versehenen Glasröhre gethan, welche Glasröhre durch eingeritzte Striche so abgetheilt wurde, dass zwischen je zwei Nachbar-Theilstrichen genau 1cm3 Raum enthalten ist. Eine solche Röhre (Burette) nennen die Herren Hydrotimeter und geben den Theilstrichen derselben den Namen Grade.

Wird nun aus diesem Hydrotimeter durch Lockerung des Quetschhahnes zu einem Liter des zu untersuchenden Wassers so viel Seifenlösung zugetröpfelt, als in dem Raume zwischen zwei aufeinander folgenden Theilstrichen enthalten ist, und bewirkt dieser Zusatz, dass nach einigem Schütteln auf der Oberfläche des Wassers ein bleibender Schaum entsteht, so hat das untersuchte Wasser 1° Härte. Entsteht der charakteristische Schaum erst nach Zusatz von 5cm3 Seifenlösung, so hat das Wasser 5° Härte, d. h. ein Liter desselben enthält 5 X 10 = 50m® gelöster Salze.

Die nachstehende Tabelle enthält die Härtegrade verschiedener Wässer.

Härtegrade

Provenienz des Wassers

Destillirtes Wasser

Schneewasser

Regenwasser

Bahnhof Oderberg (Xordbahn)

Seine-W asser Wasserleitung in Pest Bahnhof Lerńberg (Carl Ludwig-Bahn) Brunnenwasser in Pest Brunnenwasser in Tarnów

o »o >o Ö Ol CO

12-0

15-0

18-0

23-0

40-0

115-0

Das Wasser der Seine enthält also 15X10 = 150 Milligramm Salze pro Liter, während das Brunnenwasser in Tarnów (Station der Galizischen Carl Ludwig-Bahn) 115X10 = 1150 Milligramm, oder L15 Gramm solcher Salze pro Liter, enthält.

Die Erfahrung lehrt, dass Wasser, welches nicht mehr als 10—12 Hydrotimeter-Grade Härte zeigt, noch als gutes Speisewasser für Locomotiven gilt. Wasser von 20" Härte ist aber bereits ein schlechtes Speisewasser. Die Bestimmung der Härte des Wassers nach der Methode von Boutron und Boudet kam ob ihrer Bequemlichkeit in sehr kurzer Zeit in allgemeine Aufnahme, obgleich sie ihrer Natur nach unmöglich genau sein kann, weil

ja nicht alle Salze gleichviel Seifenlösung zu ihrer Neutralisirung bedürfen, was diese Methode jedoch voraussetzt. Indessen betragen die Unterschiede zwischen einer genauen Maass-Analyse und der Bestimmung nach Boutron und Boadet selten mehr, als zwei Hydrotimeter-Grade. Auch muss bemerkt werden, dass das zu untersuchende Wasser keine freie Kohlensäure enthalten darf, weil Kohlensäure die Seife in anderer Menge bindet, als dies Kalkoder Mangansalze thun. Die Kohlensäure bildet nämlich mit der Seifenlösung keine unlösliche Seife mehr, sondern sie zerlegt die Seife derart, dass die darin enthaltene Fettsäure ausgeschieden wird, während die Kohlensäure an die Soda der Seife tritt und mit dieser Pottasche bildet.

Will man sicher sein, dass das zu untersuchende Wasser keine Kohlensäure enthält, so muss man es vor der hydrotimetrischen Messung gut und längere Zeit kochen, weil durch diese Operation alle darin enthaltene freie Kohlensäure ausgetrieben wird.

§. 51.

¹

) Borries. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens 1887, pag. 147.

²

Tiljp. Der praktische Maschinendienst, Wien 1877, pag. 170.

'-) Schwarz. Zeitschrift der Dampfkessel-Untersuchungsgesellschaft, Wien 1886, pag. 179.

Reinigung des Wassers.

Nachdem man die Schädlichkeit der Verunreinigung des Speisewassers erkannt und Mittel gefunden hat, den Grad der Verunreinigung desselben in einfacher Weise zu messen, so musste man auf Mittel sinnen, das Speisewasser, welches einen grösseren Härtegrad zeigt, als es wünschens-werth ist, von den dasselbe verunreinigenden Bestandteilen möglichst zu befreien.

Zahlreich in dieser Richtung angestellte Versuche lehren, dass dies auf vier verschiedene Arten geschehen könne, und zwar:

1.    indem man das Wasser mit solchen Stoffen mischt, welche es nicht zulassen, dass die im Wasser enthaltenen Salze nach dem Kochen zu einer harten Kruste sich bailen;

2.    indem man trachtet, die im Wasser befindlichen Salze durch Zusatz von chemischen Mitteln in Salze zu verwandeln, welche in Wasser löslich sind, so dass also ein fester Niederschlag nicht entstehen kann;

3.    indem man veranlasst, dass, das im Locomotivkessel kochende Wasser die darin enthaltenen Salze nur an gewissen, im Vorhinein zu bestimmenden Stellen absetzt;

4.    indem man die im Wasser enthaltenen Salze noch vor dem Kochen desselben durch chemische Mittel niederschlägt.

In die erste Kategorie der Mittel, das Speisewasser zu reinigen, gehören alle jene Stoffe, welche Glycerin bereits fertig enthalten, oder solches beim Kochen absondern. Das freie Glycerin hüllt nämlich die Salze des Wassers ein und verhindert, dass diese zu einer harten Kruste sich ballen. Derlei Stoffe sind: Kartoffel, Stärke, Zucker etc.

In die zweite Kategorie gehören alle jene Mittel, durch deren Zusatz das Kesselwasser die Eigenschaft verliert, festen Kesselstein abzusetzen. Maschinen-Inspector Friedrich in Dresden hat nachgewiesen, dass es einzig und allein nur die Soda (Na C Oj ist, welche, dem Speisewasser zugesetzt, die Bildung des Kesselsteines verhindert, während alle übrigen Zusätze wirkungslos sind. Die Wirkung der Soda besteht aber darin, dass die Kohlen-

säure derselben an den Kalk des Gypses (CaSOJ tritt, während die hiedurch frei werdende Schwefelsäure dieses Salzes mit dem Natron der Soda (Na C O,) Glaubersalz (Na S 0₊) bildet. Da nun Glaubersalz in Lösung verbleibt, kohlensaurer Kalk aber in Pulverform zu Boden fällt, ohne eine Kruste zu bilden, so ist der Zweck erreicht, da unter solchen Verhältnissen Kesselstein nicht entsteht. Der chemische Vorgang, der sich hier abspielt, lässt sich durch die folgende Formel darstellen : Ca S 0₊ + Na C 0₃ = Na S 0₄ + Ca C 0.y Da das Aequivalent des Gypses 68, jenes der Soda aber 53 ist, so müssen auf 68 Gewichtstheile Gyps stets 53 Theile Soda dem Wasser zugesetzt werden, falls man die Bildung des Kesselsteines verhindern will.

Verwendet man nicht wasserfreie Soda, wie dies hier vorausgesetzt wurde, sondern krystallisirte Soda, so müssen auf 1& Gyps nicht mehr

53

68

0'78, sondern 2‘11° von einer solchen Soda in den Kessel gebracht

werden, weil krystallisirte Soda die Formel: (Ara C 0₃ + 10 H₀ O) hat, also 63 Procent Wasser enthält. Dass der Aufwand an Soda verhältnissmässig gering ist, lässt sich beispielsweise daraus ersehen, dass die sächsische Staatsbahn zur Klärung ihres Speisewassers in der Station Leipzig nur 1k» krystallinische Soda pro 9m3 Wasser verbraucht.

Aus dem Ganzen ist zu entnehmen, dass die Antikesselsteinmittel nur insoferne einen Werth haben, als sie in ihrer Zusammensetzung Soda enthalten. Aus diesem Grunde wäre es zwecklos, alle übrigen Bestandtheile des Kesselsteinpulvers (ausser der Soda) durch Analysen feststellen zu wollen, und dies umso mehr, als der Verein für Dampfkesselbewachung in München¹) durch Veröffentlichung von 32 Analysen der bekanntesten Anti-Kesselsteinpulver den positiven Nachweis der Werthlosigkeit derlei Mittel erbracht hat.

In die dritte Kategorie gehören die sogenannten mechanischen Mittel der Kesselsteinbeseitigung, welche sämmtlich darin bestehen, dass an jenen Orten, an welchen in der allgemeinen Bewegung des Wassers Ruhe herrscht, Gefässe in den Kessel eingestellt werden, in welche der Niederschlag fällt, welche Gefässe herausgenommen werden, sobald die Maschine aus dem Dienste tritt. Die Erfahrung hat gelehrt, dass der Ort an welchem derlei Gefässe postirt werden, zumeist zum Orte der Ruhe in der allgemeinen Bewegung des kochenden Wassers wird, und sind die Gefässe von Lipser und Friedmann (1872) ziemlich bekannt.

Es muss bemerkt werden, dass von den aufgeführten drei Kategorien der Mittel, welche zur Reinigung des Kesselwassers verwendet werden, die Mittel der zweiten Kategorie am meisten sich bewährt haben. Angesichts dessen würde man versucht sein, zu glauben, dass, nachdem man in der Soda ein so sicher wirkendes Anti-Kesselsteinmittel gefunden hat, die Frage der Verhinderung der Kesselsteinbildung definitiv erledigt sei, da es ja nichts anderes bedarf, als dem Kesselwasser so viel Soda zuzusetzen, als dessen Gypsgehalt es erfordert.

Dies würde allerdings so sein, wenn das Wasser in allen Stationen, welche solches an die Locomotive abgeben, dieselbe chemische Zusammensetzung hätte. Da dies aber leider nicht der Fall ist, so hat der Zusatz von

*) Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, 1886, pag. 128.

Soda keinen so grossen Werth, als es den Anschein hat. Angesichts der Thatsache, dass in den Kessel der Locomotive verschiedene Wässer gelangen, bleibt nichts anderes übrig, als die Maschinen so zu stationiren, dass sie stets mit demselben Wasser gespeist werden, oder, weil dies in den wenigsten Fällen thunlich sein dürfte, das Wasser zu reinigen, bevor es noch in den Kessel gelangt.

Die Mittel, welche die Reinigung des Wassers in den Reservoiren des Heizhauses zum Zwecke haben, gehören aber in die vierte und letzte Kategorie der Reinigungsmethoden.

Es würde scheinen, dass durch Zusatz einer, der jeweiligen Zusammensetzung des Wassers entsprechenden Menge Soda das Wasser in jeder Wasserstation gründlich gereinigt werden könnte. Es ist aber zu bedenken, dass Soda allein das Speisewasser nur dann gründlich reinigt, wenn es gekocht wird. Man müsste sonach das Speisewasser, bevor es noch in die Reservoire kommt, kochen, um es mit Soda reinigen zu können. Dies ist aber wegen der grossen Massen von Wasser (§. 45), welche in die Reservoire gelangen, mit Rücksicht auf die Kosten eines solchen Verfahrens geradezu unthunlich, es würde dies fast auf dasselbe hinauslaufen, das Wasser abzudampfen, die Maschinen also mit destillirtem Wasser zu speisen.

Angesichts solcher Verhältnisse bleibt nichts anderes übrig, als das Wasser auf kaltem Wege zu reinigen und das so gereinigte Wasser in die Reservoire gelangen zu lassen. Hier bleibt aber die Verwendung von Soda allein, welches Mittel für kochendes Wasser so vorzüglich sich bewährt hatte, ausgeschlossen. Es müssen andere Reagentien zu Hilfe gezogen werden.

Auf Eisenbahnen entstanden Anlagen, welche viele Tausende von Gulden kosten, in welchen die Reinigung grosser Massen Wassers vorgenommen wird, ohne dasselbe kochen zu müssen. Bezüglich der hierher gehörigen Reinigungsmittel kamen fünf verschiedene Methoden zur Anwendung, und zwar:

1.    Eine Reinigung durch Zusatz von Kalk (Methode Clark);

2.    Kalk und Soda (Methode Schulz);

3.    Kalkwasser und Soda (Methode Beranger Sc Stingl);

4.    Kalkmilch und Chlorbarium (Methode Haën);

5.    Magnesia (Methode Bohlig).

Es ist selbstverständlich hier nicht der Platz, auf alle diese Methoden der Reinigung des Wassers einzugehen und dieselben kritisch zu beleuchten. Es möge nur die Bemerkung Platz finden, dass die im Jahre 1877 patentirte Wasser-Reinigung mit Magnesia sich auf die Thatsache stützt, dass das geglühte Magnesiumoxyd nach der Hydration ausserordentlich leicht freie Kohlensäure des gewöhnlichen Wassers absorbirt und den seines Lösungsmittels hierdurch beraubten einfach kohlensauren Kalk zur Ausscheidung bringt. Die Magnesia selbst geht in Lösung und bildet Magnesium-Bicarbonat, welches löslich ist.

Dieses Verfahren hat sich jedoch auf Eisenbahnen nicht eingebürgert. Das Verfahren Beranger Sc Stingl fand dagegen auf den zum Vereine deutscher Eisenbahn-Verwaltungen gehörenden Bahnen eine ziemlich grosse Verbreitung, da es ermöglicht, die Kesselstein bildenden Bestandtheile des zu reinigenden Wassers auf den vierten Theil des ursprünglichen Gehaltes herabzudrücken.

Aus der nachstehenden Tabelle sind nähere Details in dieser Richtung zu ersehen, wobei zu bemerken ist, dass die Kosten der Wasserreinigung nach diesem Verfahren auf circa 10 Kreuzer per Cubik-Meter sich belaufen:

Das zu reinigende Wasser

in der Wasserstation zu

Wien

Vöslau

Floridsdorf

besteht aus

enthält pro Liter

vor

nach

vor

nach

vor

nach

der Reinigung nach der Methode von Beranger & Stingl Milligramm Salze

Ca S04 Ca S03 Mg C03 Na CI Mg CI Mg S04 Na S04 Mg O Diverse

194

188

147

80

30

223

168

45

193

98

82

29

15

92

176

I,

31

21

30

162

19

131

69

18

41

39

Summa

862

460

449

218

235

119

Härtegrad

26

87,

28

Die Reinigungsmethode nach Haën haben österreichische Bahnen nicht angewendet, und deutsche Bahnen, welche dieselben eingeführt hatten, haben dieselbe wieder verlassen, weil es sich gezeigt hatte, dass die Anlage im Vergleiche zum erzielten Erfolge zu kostspielig ist.

Die nachstehende Tabelle enthält die Details dieses Verfahrens:

Das nach der Methode Haën zu reinigende Wasser ehthält

in der Wasserstation zu

Erfurt

Weissenfels

Salze

pro Liter

vor

nach

vor

nach

der Reinigung Milligramm Salze

Ca C03 Ca S04 Mg CO, Ca CI

250

250

230

310

50

320

300

CaO

70

80

Summa

530

390

560

380

Wir sehen sonach, dass durch diese Methode das Wasser von Gyps und kohlensaurem Kalk gänzlich befreit wird, was wohl der Zweck der Reinigung ist, dass aber dafür in das Wasser Chlorcalcium und Aetzkalk hineingebracht wird, welche Bestandtheile vor der Reinigung darin nicht vorhanden waren.

§• 52.

Versorgung des Kessels mit Wasser.

»Der Elefant verliess Mecheln mit einer schweren Last; er wollte zeigen, was er leisten könne, aber ach! In der Nähe von Vilvorde gab’s plötzlich ein gräulich Hinderniss. Die glorreiche Locomotive arbeitete nur noch wie mit einem Lungenflügel, sie keuchte und schnaufte wie ein verfangenes Ross. Ein Fussgänger konnte ihr zuvorkommen, dann stand sie ganz still. Was ist’s? — Der Enthusiasmus hatte sich schon gekühlt, vom Ernsten zum Lächerlichen ist ja nur ein Schritt. — Man hatte in Mecheln längeren Aufenthalt, die Maschine hatte Dampf in Massen unnütz verbraucht, es fehlte ihr nun das Wasser.«

So beschreibt die Chronik des Jahres 1835 die am 5. Mai dieses Jahres stattgefundene Eröffnungsfahrt der Bahn Briissel-Mecheln.¹)

Sobald das Wasser im Kessel verdampft ist, hört das Agens, welches die Maschine belebt, auf, zu wirken, und die Maschine bleibt stehen. Will man bewirken, dass sie weiter läuft, so muss der Kessel einen frischen Zuschuss von Wasser erhalten. Trevethik's Locomotive, welche in London sich producirte (§. 22), hatte noch keinerlei Vorrichtung, welche es ermöglichen würde, das verbrauchte Wasser während der Fahrt zu ersetzen. War der Wasservorrath im Kessel dem Ende nahe, so musste mit der Fahrt innegehalten, das Feuer ausgelöscht, der Kessel vollgefüllt und das Feuer frisch angefacht werden.

Die späteren Maschinen erhielten zumeist einen Wagen auf welchem ein Fass mit Wasser mitgeführt wurde; so z. B. Stephenson’s preisgekrönte Locomotive »Rocket«; andere hingegen trugen ihr Reserve-Wasser auf ihrem eigenen Rücken, wie beispielsweise die Concurrentin der »Rocket«, die Maschine » Novelty « ( §. 62).

Man bezeichnet den Wagen, welcher zur Aufnahme des Speisewassers und des Feuerungsmateriales bestimmt ist (den Munitionswagen der Locomotive) mit dem Worte Tender; ursprünglich hiess er Begleitwagen oder englisch convoie arriage. Die Maschinen, welche einen Tender mit sich führen, nennt man Maschinen mit Schlepptender, während Locomotive, deren Reservewasser in der Nähe ihres Kessels oder auf diesem selbst untergebracht ist, die also keinen besonderen Tender haben, Tender-Maschinen heissen. »Rocket« war eine Maschine mit Schlepptender, »Novelty« hingegen eine Tender-Maschine gewesen (§. 66).

Die Tender unserer jetzigen Maschinen fassen 7—10m° Wasser und wiegen, wenn sie leer sind, 9 — 13 Tonnen; gefüllt wiegen sie sammt dem Brennmateriale, welches sie gleichfalls führen müssen, 20 — 27 Tonnen.

Um die Tender mit Wasser füllen zu können, werden in den Stationen grosse Behälter in einer solchen Höhe aufgestellt, dass das aus ihrem Boden abfliessende Wasser durch seinen eigenen Druck in den Tender gelangen kann. Derlei Stationen hat man Wasser Stationen genannt.

Die Wasserbehälter enthalten zumeist 50 — 60 Tonnen, seltener zu 100 Tonnen Wasser und werden in einer Höhe von 5 — 8m über dem Niveau der Schienen aufgestellt, da diese Höhe erfahrungsgemäss zureicht,

9 Der Civil-Ingenieur, Leipzig 1886, pag. 89.

13

lange unter der Erde längs der Station ziehende, zumeist 150 Durchmesser haltende Röhren so zu treiben, dass es in den vertical aufgestellten Röhren, Krahne genannt, von selbst bis zu eines solchen Höhe ansteigt, dass die Locomotive unter die Oeffnung eines oben horizontal abgebogenen Stutzens (Krahnes) kommen und mit dem aus dieser Oeffnung ausfliessenden Wasser gespeist werden könne.

um soviel Druck zu erzeugen, als erforderlich ist, um das Wasser durch

im lichten

mm

Die technischen Vereinbarungen besagen, dass die Ausgüsse der Wasserkrahne mindestens 2⁻85 Meter über der Oberkante der Schiene liegen müssen.

Da das Speisen der Maschine nicht viel Zeit, höchstens 5 Minuten, gewöhnlich aber nur 3 Minuten in Anspruch nehmen darf, so müssen die Zuleitungsrohre entsprechend weit und muss auch das Fallrohr des Krahnes von entsprechendem Durchmesser sein.

Auf französischen Bahnen sind in den letzten Jahren Wasserkrahne zur Anwendung gekommen, an deren oberem Theile sich ein Reservoir befindet, welches mindestens eine Tenderfüllung enthält und mit einem Vorwärme-Apparate versehen ist, der das Wasser vor dem Gefrieren schützt. Diese Einrichtung, welche besonders für Bahnhöfe mit langen Leitungen zu empfehlen ist, gestattet die Anwendung ziemlich enger Röhren, da diese das Krahnbasin erst in der Zeit zu füllen brauchen, welche zwischen zwei aufeinander folgenden Zügen liegt.

Ramsbotton hat zum Wassernehmen eine Vorrichtung ersonnen, welche auf horizontalen Strecken das Füllen des Tenders während der Fahrt

gestattet. Zu diesem Zwecke befindet sich zwischen den Schienen ein mit Wasser gefüllter Canal, in den ein in der Fahrrichtung des Zuges gekrümmtes und mit den Cisternen verbundenes Rohr hinabgelassen werden kann, durch welches das Wasser dann mit einer der Zugsgeschwindigkeit entsprechenden Druckhöhe, durch sein Beharrungsvermögen in den Tender gelangt.

Um den Kessel der Maschine während der Fahrt auf offener Strecke mit Wasser versorgen zu können, muss man Vorrichtungen haben, welche es gestatten, das Wasser vom Tender auch dann in den Kessel fliessen zu lassen, wenn die Maschine läuft. Derlei Vorrichtungen nennt man Speise-Apparate.

Anfänglich bediente man sich gewöhnlicher Pumpen, welche das Wasser zuerst ansogen und dann in den Kessel drückten, also sogenannter Saug- und Druckpumpen. Zum Betriebe derlei Pumpen waren auf der Locomotive kleine Dampfmaschinen aufmontirt; da aber derlei Maschinen einer sorgfältigen Wartung bedurften, welche man ihnen nicht immer angedeihen lassen konnte, so verwendete man später Pumpen, deren Kolben durch die Räder der Locomotive in Bewegung gesetzt wurden. Dies hatte jedoch den Nachtheil, dass man nur dann Wasser in den Kessel pumpen konnte, wenn die Maschine in Bewegung war. In Stationen, wo die Züge grössere Aufenthalte hatten, war in Folge dessen der Führer gezwungen, hin und her zu fahren, lediglich zu dem Zwecke, um Wasser in den Kessel zu bekommen oder aber auf die offene Strecke hinauszufahren. Um derlei Uebelständen zu

begegnen, montirte man auf der Locomotive ausser den zwei Pumpen, welche durch die Räder der Maschine bewegt wurden, noch eine dritte Pumpe, welche durch eine besondere kleine Dampfmaschine bedient wurde.

Die Locomotive war demnach für den Zweck des Kesselspeisens mit drei Maschinen belastet,¹) die, abgesehen von den zufälligen Störungen, welche bei dem raschen Gange derlei Pumpen nur zu häufig eintreten, daher starker Abnützung und vielen Gebrechen unterworfen waren.

Diese Umstände brachten es mit sich, dass trotz der dreifachen Reserve die Regelmässigkeit des Eisenbahnbetriebes nicht selten dadurch Unterbrechungen erlitt, dass sämmtliche Pumpen den Dienst versagten und nicht sofort in den Stand gesetzt werden konnten.

§ 53.

Der Injector.

Im vorigen Paragraphe wurde der Missstände gedacht, welche die Verwendung jener Pumpen verursacht, welche die Bestimmung haben, Wasser aus dem Tender während der Fahrt des Zuges in den Kessel der Locomotive zu bringen. Durch Einführung der sogenannten Dampfstrahl-Pumpe (Injector) ist all diesen Missständen definitiv abgeholfen worden, und man kann sagen, dass erst durch Einführung dieser Apparate eine geregelte Führung von Zügen möglich geworden ist.

Dampf

Dl

Figur 8.

Das Princip, auf welchem Injectoren beruhen, wurde bereits 1570 von Vitruv erkannt, später zur Grubenventilation benützt und kam 1820 durch Stephenson im Blasrohre (für Locomotiv-Schornsteine) in Anwendung. Die Wirkungsweise eines Injectors ist aus obenstehender Skizze zu

ersehen.

Der durch das Rohr r aus dem Kessel K entweichende Dampf geht durch das mit einem Trichter oder einer Düse C versehene Gefäss d, aus dem er durch das Rohr a wieder in den Kessel gelangen kann. Dadurch,

x) Becker. Ueber Kesselspeise-Apparate, 1874.

13*

dass der Dampf das Gefäss d durchströmt, erzeugt er in demselben eine Luftverdünnung, also eine Art Vacuum, in welchem das aus dem Tender stammende Wasser durch den Druck der Atmosphäre durch die Röhre e getrieben wird. Das hinzutretende Wasser mischt sich mit dem Dampfe und gelangt die Mischung von Dampf und Wasser in den Kessel, weil die Geschwindigkeit desselben grösser ist, als jene des Kesselwassers sein würde, wenn es aus dem Kessel durch die Röhre a heraustreten konnte. Würde dies nicht der Fall sein, so würde das Wasser’ aus dem Kessel in die Röhre a treten, und nicht das Dampfgemische in den Kessel, wie dies factisch geschieht. Um die Geschwindigkeit des in das Gefäss d tretenden Dampfes nach Belieben reguliren zu können, versah man die Düse C mit einem Kegel, den man vermittelst einer Schraube s tiefer oder weniger tief in die trichterförmige Düse eintreiben kann.

Auf den ersten Blick erscheint es räthselhaft, dass Dampf schneller aus dem Kessel ausfliessen soll, als das darunter stehende Wasser. Man würde eher glaubwürdig finden, dass die Erscheinung sich umgekehrt abspielt, weil    ja Wasser tiefer steht als Dampf,    also    auf der    Oberfläche

desselben ein grösserer Druck lastet als auf der Oberfläche des Dampfes. Man würde also eher begreifen, dass Wasser schneller aus dem Kessel fliessen wird, als der Dampf.

Dieser    scheinbare Widerspruch zwischen    Theorie und    Erfahrung

schwindet jedoch sofort, sobald man sich vergegenwärtigt, dass die Ausflussgeschwindigkeit nicht vom Drucke, sondern von der Höhe der Flüssigkeitssäule abhängt, welche dieselbe Dichte hat, wie das ausfliessende Medium, dass also nicht der Druck, sondern die Druckhöhe für die Ausflussgeschwindigkeit massgebend ist. Toricelli fand (1644) nämlich im Wege des Experimentes, dass die Ausflussgeschwindigkeit einer Flüssigkeit durch die Formel:    c=|/2gh berechnet wird, wobei h    die    Druckhöhe    ist, unter

welcher die    Flüssigkeit ausströmt, ausgedrückt in    der    Höhe einer Flüssig

keitssäule von derselben Dichte, wie sie die ausströmende Flüssigkeit besitzt.

In dieser Formel, deren Richtigkeit übrigens im Wege der Theorie erwiesen wurde, bezeichnet c die Ausflussgeschwindigkeit in Metern pro Secunde, g— 9‘81m die Accélération der Schwere, h die Druckhöhe in Metern. Steht also lcm3 Wasser unter einem Drucke von 4 Atmosphären, d. h. unter einem Drucke von 4ks pro Quadrat-Centimeter Oberfläche, so ermittelt sich die Druckhöhe h wie folgt:

Ein Cubik-Centimeter Wasser drückt mit ein Gramm Gewicht auf

seine Unterlage, und beträgt die Höhe der Wassersäule ein Centimeter. Wenn also ein Druck auf die Unterlage von 1 ks ausgeübt werden soll, so muss man 1000 solcher Wasserwürfel übereinander stellen. Soll der

Druck 4k§ pro Quadrat-Centimeter Oberfläche betragen, so muss man 4000 derlei Würfel übereinander stellen. Die ganze Höhe der drückenden Wassersäule wird sonach 4000

cm

oder 40m betragen. Ist aber die ausfliessende Flüssigkeit nicht Wasser, sondern Dampf, so wiegt ein Cubik-Centimeter Dampf von 4 Atmosphären Spannung nicht mehr 1®, sondern

Gramm. Man wird daher 250 derlei Dampfwürfel übereinander

nur

250

stellen müssen, um einen Druck von 1& zu erhalten. Um dem Druck einer

Atmosphäre, d. h. einen Druck von 1k» pro Cubik-Centimeter zu erhalten, muss man sonach: 250 X 1000 = 25.10ł Dampfwürfel übereinander stellen. Einem Druck von 4 Atmosphären entspricht daher eine Säule von: 4 X 25 X 10⁴ = 10⁶ übereinander gestellter Dampfwürfel; da jeder solche

cm

Würfel eine Höhe von 1 oder 10* Meter, also bereits 10km, während sie bei Wasser bei dem-

hat, so beträgt die Druckhöhe 10b Centimeter,

selben Drucke nur 40m betrug.

Die Ausflussgeschwindigkeit des Dampfes wird also viel grösser sein müssen, als jene des Wassers, wenngleich beide, Wasser und Dampf, unter einer und derselben Pressung (4 Atmosphären) stehen. Die Ausflussgeschwindigkeit des Wassers beträgt nämlich nur: \ 2 g . 40 — 28m, während jene des Dampfes: ]/2g . 10⁺ = 440m beträgt.

Die praktische Verwendung dieses dem Injector zu Grunde liegenden Princips verdanken wir dem Ingenieur Gijfard, welcher mit seinem Apparate im Jahre 1858 vor die Oeffentlichkeit trat.

Will man den Nutzeffect kennen lernen, mit welchem ein Injector arbeitet, so muss man vor allem wissen, welchen Aufwandes von Dampf es bedarf, um 1 ks Wasser in das Innere eines Kessels zu drücken, in welchem das Wasser unter einem Dampfdrücke von p Atmosphären steht.

Der französische Ingenieur Comb¹) gab zuerst eine Theorie, welche diese Frage mit einer für die Praxis hinreichenden Genauigkeit zu beantworten lehrte. Später gab Merlitsch,') Ingenieur der Nordbahn, ebenfalls eine Theorie des Injectors. Die nachstehende Darstellung der Sache dürfte am anschaulichsten sein.

Der aus dem Kessel ausströmende Dampf stösst auf das vom Tender in Folge des Druckes der Atmosphäre zuströmende Wasser und mischt sich mit demselben. Hiedurch verliert der Dampf an seiner Geschwindigkeit, während das Wasser an Geschwindigkeit gewinnt. Die Erfahrung lehrt nun,³) dass die gemeinsame Geschwindigkeit, mit welcher das Gemisch von Dampf und Wasser dem Kessel zuströmt, um circa Vs grösser ist, als die Geschwindigkeit, mit welcher das im Kessel befindliche Wasser in’s Freie ausfliessen würde. Beträgt diese Geschwindigkeit v Meter pro Secunde, so beträgt jene des Dampfgemisches: u = v + Vs v= 1'2 v Meter pro Secunde. Je mehr diese Geschwindigkeit durch jene des ausströmenden Dampfes übertroffen wird, desto mehr Wasser wird man mit einem Auf-wande von 1 k§ Dampf in den Kessel schaffen können.

Bezeichnet w die Menge von Wasser in Kilogramm, welche pro Kilogramm aufgewendeten Dampf in den Kessel gedrückt werden kann, so ist

bekanntlich: w

Kilogramm. Werden in dieser Formel die Geschwindigkeiten c und u durch die Dampfspannung ausgedrückt, so gewinnt man einen Einblick, in welcher Weise die in den Kessel pro Kilogramm aufgewendeten Dampf gepresste Wassermenge von der Dampfspannung abhängt. Beträgt diese Spannung p Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kesselwand, und wiegt lcm! des so gespannten Dampfes a Gramm, so beträgt

J) Bulletin de la Société d’Encouragement, 1859, Bd. 78.

~) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1874, pag. 148.

°) Klassen. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1868, pag. 195.

dem eingangs Gesagten zufolge die Druckhöhe

Centimeter, oder

es ist: h==

p-_l

100.a

Meter. Wiegt 1 m‘ Dampf von p Atmosphären Spannung

= ¹⁰*(V)

m Kilogramm, so ist: a.mithin die Druckhöhe: h für welchen Werth die Ausflussgeschwindigkeit des Dampfes:

Meter,

c = y2 gh = 441

p- 1

Meter pro Secunde betragen wird.

Die Druckhöhe des unter der Pressung einer Atmosphäre verbleibenden Wassers beträgt, wie bereits erwähnt, 10m; die Druckhöhe bei einer Spannung von ^Atmosphären beträgt sonach: h, = 10.p Meter, die Ausflussgeschwindigkeit des Wassers: v = J/~2 gh = j/20 . g . p . und jene des Dampfgemisches u=l⁻2v=16‘78j/p Meter pro Secunde.

Werden die so erhaltenen Werthe für u und c in die Hauptformel eingesetzt, so erhält man:

w= 26’3

Berücksichtigt man jedoch, dass für Dampfspannungen von 7—10 Atmosphären der Factor:

Formel in:

K)

- 0’9 wird, so übergeht die obige

w 25

eine Näherungsformel, worin bezeichnet:

W. . .die durch Aufwand von 1 k§ Dampf in den Kessel gepresste Menge Wasser, in Kilogramm;

m.. . das Gewicht eines Cubik-Meters Dampf von p Atmosphären in Kilogramm.

Erwägt man, dass laut §. 54 ein Cubik-Meter Dampf von:

7 Atmosphären Spannung

. . . 4-03

3⁻55 Kilogramm

■»

. . . 4-50 . . . .4-97

wiegt, so erhält man Folgendes: Mit 1 ks Dampf von 7, 8 Atmosphären Spannung kann die nachstehende Menge Wasser von 13*25, 12‘50, 1D75 und 1D25 Kilogramm in den Kessel gedrückt werden.

Vergleicht man diese Wasserquantitäten mit jenen, welche unter gleichen Verhältnissen durch gewöhnliche Pumpen gefördert werden, so gelangt man zur Einsicht, dass die Injectoren nichts weniger als ökonomisch sind. Der Grund hiefür ist aus der nachstehenden Darlegung zu entnehmen. Eine gewöhnliche Dampfpumpe, welche mit 9 Atmosphären Dampfspannung

10

))

9 und 10

arbeitet und jede Stunde 2350 k» Wasser fördert, bedarf erfahrungsgemäss 9cm1 Dampf pro Stunde. Da nun 1cmli solchen Dampfes 4⁻5k& wiegt, so beträgt der stündliche Dampfverbrauch der Dampfpumpe dO'ö¹^. Durch Aufnahme von ein Kilogramm Dampf solcher Spannung wird sonach eine 2350

58k& Wasser in den Kessel gepresst, während der

11*75 ks hineinzutreiben im

Menge von:

40-5

Injector mit demselben Dampfaufwande nur Stande ist.

Mit Rücksicht jedoch darauf, dass Injectoren vortreffliche Apparate sind, welche stets zuverlässig arbeiten, in ihrer Anschaffung und Unterhaltung billig sind, indem sie keine Theile enthalten, welche während der Arbeit sich bewegen, erweisen sich derlei Apparate, trotz des grösseren Dampfverbrauches, dennoch als Wohlthäter im praktischen Betriebe und haben daher die Pumpen definitiv verdrängt.

Zum Schlüsse sei noch einer interessanten Anwendung der Injectoren gedacht, welche die königliche Eisenbahn-Direction in Hannover (1882) gemacht hatte. Diese Direction hat nämlich bei ihren Maschinen die Einrichtung getroffen, bei welcher ein Theil des abgehenden Dampfes durch im Tender angebrachte Siederöhren geleitet wird. Die’ betreffende Einrichtung besteht je nach der Grösse der Locomotive aus 5—10 Siederöhren, welche, der Länge nach etwas geneigt, durch den Wasserbehälter des Tenders gelegt sind. Der durch diese Röhren streichende Dampf condensirt sich zu Wasser, welches am hinteren Ende des Tenders abfliesst. Durch den Gebrauch der Vorwärmung wird die Leistungsfähigkeit der Locomotive entsprechend gesteigert, auch wirkt die Speisung mit warmem Wasser günstig auf die Erhaltung des Kessels; insbesondere tritt ein Rinnen der Siederohre seltener als bei Speisung mit kaltem Wasser ein und wird im Winter dem Einfrieren des Wassers im Tender vorgebeugt. Anfänglich hat das Speisen der Locomotive mit vorgewärmtem Wasser gewisse Schwierigkeiten bereitet, weil die damaligen Injectoren warmes Wasser nicht saugen wollten; heute verstand man jedoch, diesen Schwierigkeiten zu begegnen, und baut Injectoren, welche 60" C. warmes Wasser ohne Anstand pumpen.

V. ABSCHNITT.

Der Dampf.

§• 54.

Energie des Wasserdampfes.

Es wurde bereits (§. 34) darauf hingewiesen, dass die Temperatur des unter dem Drucke einer Atmosphäre siedenden Wassers sich nicht ändert, wenn auch demselben Wärme von Aussen zugeführt wird, und wurde gezeigt, dass, um 1 k» Wasser von 100" C. in Dampf von derselben Temperatur zu verwandeln, es hierzu einer Wärme von 537 Calorien bedarf.

Der Umstand, dass trotz Zufuhr einer Wärme von 537 Calorien das Thermometer eine Erhöhung der Temperatur des Wassers nicht gezeigt hat, lässt schliessen, dass diese Wärmemenge für andere Zwecke als zur Vermehrung der Energie der Wassertheilchen (Temperatur-Erhöhung) verwendet worden sein musste. Und in der That sehen wir zu Ende des im §.34 beschriebenen Versuches, in der Schüssel kein Wasser, wir sehen nur den Dampf, in welchen es verwandelt wurde, und schliessen hieraus, dass zur Verwandlung von 1 ks Wasser von 100" C. in Dampf von 100" C. eine Wärme von 537 Calorien aufgewendet wurde.

Da diese Wärme für Zwecke der Veränderung des Aggregat-Zustandes des Wassers, also zu einer Arbeitsleistung verwendet wurde, so ist begreiflich dass zur Ausdehnung des Quecksilbers in der Thermometerröhre nichts verblieb, dass also das Thermometer diese Zufuhr von Wärme nicht ver-rathen konnte.

Der 100" C. heisse Dampf enthält also mehr Energie als das 100" C. heisse Wasser, und ist es vorauszusehen, dass der Dampf diese in ihm aufgespeicherte Energie wieder abgeben wird, sobald er in Wasser von derselben Temperatur ubergeht. Der Dampf wird also Wärme abgeben, sobald er sich zu Wasser condensirt. Und in der That fanden Favre und Silbermann, dass unter solchen Umständen 1 ks Dampf von 100" C. 537 Calorien abgibt, also gerade so viel, als bei seiner Bildung aufgewendet wurde. Durch Uebergang des Dampfes in gleich heisses Wasser entstand sonach Wärme, obgleich eine Temperatur-Veränderung nicht stattfand.

Man nennt die Wärme, welche dem Wasser zur Verwandlung in gesättigten Dampf von derselben Temperatur mitgetheilt werden muss, Ver-dampfungswärme. Die Verdampfungswärme pro 1 k£ Wasser, also die specifische Verdampfungswärme soll mit dem Buchstaben d bezeichnet und in Calorien ausgedrückt werden.

Nach Clausius lässt sich die Menge dieser Wärme recht genau durch die Formel ausdrücken¹) :

.    .    (76

d = 607-0-708. t . .

in welcher bezeichnet:

(1. . . die specifische Verdampfungswärme, d. h. die Anzahl Calorien, welche man pro Kilogramm Wasser aufwenden muss, um es in gesättigten Dampf von gleicher Temperatur zu verwandeln; t ..die Temperatur in Celsius-Graden.

Um aus 1Wasser von 100° C. Dampf von 100° C. zu erhalten, braucht man sonach: d = 607 — 0⁻708 X 100 = 536'2 Calorien. Da man zur Erwärmung von 1 ks Wasser von 0° auf t° nahezu t Calorien (§. 34) braucht, so muss die Gesammtwärme, welche man braucht, um aus 1k® Wasser von 0° C. Dampf von t° C. zu erzeugen, nothwendig (d + t) Calorien betragen.

Bezeichnet man diese Gesammtwärme mit K, so müsste :

K = 607 — 0'708t + t = 607 + 0‘292 t

betragen. Weil aber die Wärme, welche man braucht, um 1 ks Wasser von 0" C. auf t° zu bringen, nicht genau t Calorien, sondern mehr beträgt (§. 34), so hat man nach Régnault²) genauer:

(77

K = 606-5 +0-305. t

wobei also bezeichnet:

li. . . die Gesammtwärme in Calorien, welche man aufwenden muss, um aus 1kg Wasser von 0°, Dampf von 1° zu erzeugen; t . . .die Temperatur des Dampfes (nicht des Wassers), in Celsius-Graden.

Um 1 Kilogramm Wasser, dessen Temperatur 0° beträgt, um 100' zu erhöhen, bedarf es nahezu 100 Calorien; um dieses 100° heisse Wasser in ebenso heissen Dampf zu verwandeln, bedarf es circa 537 Calorien. Um aus 1 Kilogramm Wasser von 0° 1 Kilogramm Dampf von 100° zu erzeugen, bedarf es sonach eines Wärme-Aufwandes von circa (537+ 100) =• 637 Calorien. Und diesen Werth erhält man auch, wenn man in Formel 77 setzt: t=100.

Watt, der nur mit nieder gespannten Dämpfen operirte, hielt die Verdampfungswärme oder, wie sie damals hiess, die latente Wärme des Dampfes für constant, also unabhängig von der Temperatur des Dampfes, und schätzte sie auf 640 Calorien.

Besass das Wasser zur Zeit des Experimentes bereits die Temperatur von tf hatte es also ebensoviel, d. h. ty Calorien Wärme in sich aufgespeichert (§. 34), so braucht natürlich diese Wärme dem Wasser von aussen nicht mehr zugeführt zu werden, falls man es in Dampf von t° verwandeln will. Der Gesammtaufwand an Wärme, welcher nöthig ist, um aus 1k» Wasser von der Temperatur^⁰ Dampf von der Temperatur C zu erzeugen, beträgt sonach nur mehr:

Iit = 606-5 + 0-305 . t—tx ....    (78

Calorien.

!) Zeuner. Grundzüge der mechanischen Wärmelehre, Leipzig 1866, pag. 284. ²) Grashof. Theoretische Maschinenlehre, Leipzig 1875, Bd. I, pag. 147, 148.

Würde das zu verdampfende Wasser eine Temperatur von 15° C. gehabt haben, und man wollte aus diesem Wasser Dampf von 5 Atmosphären Spannung, also einen Dampf erzeugen, dessen Temperatur 151° C. beträgt, so müsste man pro Kilogramm Wasser:

606-5 -k 0-305 X 151 — 15 = 637

Calorien Wärme zuführen.

Die Wärme, welche das Wasser in Dampf verwandelt, hat bei diesem Verwandlungsprocesse zweierlei Arbeit verrichten müssen. Es mussten erstlich die Theilchen des Wassers in jene relativen Lagen gebracht werden, welche sie im Dampfe haben, und musste ausserdem der Druck überwunden werden, welcher auf der Oberfläche des verdampfenden Wassers lastet.

Die Wärme, welche für Zwecke der Verrichtung der ersteren dieser Arbeiten aufgeht, nannte man innere, die andere dagegen äussere Verdampfungswärme. Bezeichnet i die innere, a die äussere Dampfwärme, so muss: d = (a -j— i) sein.

Zeunerl) fand, dass die innere Dampfwärme sich recht genau darstellen lässt durch die empirische Formel:

.    .    (79

575*4-0-791. t .    .

in welcher bezeichnet:

i. ..die innere Dampfwärme, das ist jene Menge Calorien, welche pro Kilogramm Wasser aufgewendet werden müssten, wenn man dasselbe ohne Vergrösserung des Volumens und Aenderung der Temperatur, in Dampf verwandeln könnte; t...die Temperatur des Dampfes.

Dampf von 5 Atmosphären Spannung (5 Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Gefässwand) hat 151° C., die innere Dampfwärme beträgt sonach: 575-4 — 0-791 X 151 =456 Calorien.

Da man sowohl die gesammte Dampfwärme d, als auch die innere Dampfwärme i kennt, so ist auch die äussere Dampfwärme bekannt, da sie ja die Differenz der ersten beiden Wärmen ist.

Begnügt man sich mit einer rohen Annäherung an die Wahrheit, so ist nach Birkiy.

50 c-t-

a — ^30 -|—^ •    •

. . (80

Hier bezeichnet:

a. . .die äussere Verdampfungswärme, d. h. jene Anzahl Calorien, welche 1 kg Dampf für Zwecke der äusseren Arbeit zu liefern im Stande ist; t . . die Temperatur des Dampfes in Celsius-Graden.

Aus dieser Formel ist zu ersehen, dass heisserer, also höher gespannter Dampf eine grössere Menge von Arbeit liefern könne, als nieder gespannter, sobald er sich abkühlt.

/    164\

loO-J- g 1 = 48 Calorien entspricht, während Dampf von 12 Atmosphären Spannung, also ein

Dampf von 7 Atmosphären Spannung hat eine Temperatur von 164° C. ; 1 Kilogramm eines solchen Dampfes kann sonach bei Abkühlung eine Arbeit liefern, welche einer Wärme von:

Dampf, dessen Temperatur 185° C. beträgt, pro Kilogramm seines Gewichtes eine Arbeit abzugeben

= 50 Calorien. Im ersteren Falle

vermag, welche gleichwerthig ist einer Wärme von : ^30 -f-liefert sonach. 1 Kilogramm Dampf: 48 X 425 = 20400 Meter-Kilogramm, im letzteren eine Arbeit von : 50 X 425 — 21250 Meter-Kilogramm.

ü Grashof. Theoretische Maschinenlehre, Leipzig 1875, Bd. I, pag. 150. ²) A. Birk. Die feuerlose Locomotive, Wien 1883, pag. 14.

Die nachstehende Tabelle enthält Daten, welche den Gebrauch obiger Formeln entbehrlich machen:

ii

OCOO'lffiOiifiUM

11

12 :

9909

119-57

132-80

142-82

150-99

157-94

164-03

169-46

174-38

178-89

183-05

185-03

0-572

1-095

1- 603

2- 101

2- 590

3- 074

3- 553

4- 028 4-449

4- 967

5- 432 5-895

1-749

0-913

0-624

0-476

0-386

0-325

0-281

0-248

0-222

0-201

0-184

0-170

40- 10

41- 82

42- 85

43- 58

44- 16-

44- 63

45- 02 45-37 45-67

45- 95

46- 19 46-31

497-05

480-78

470-30

462-38

455-92

450-42

445-62

441-32

437-43

433-87

430-58

429-02

99-58 120-37 . 133 85 144-10 152-48 15963 165-89 171-49 176-58 181-24 185-50 187-61

636-73

642-97

647-00

650-06

652-56

654-28

656-53

658- 18

659- 68 661-06 662-33 662-94

In dieser Tabelle bezeichnet:

p. . . die Dampfspannung in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Grundfläche (sogenannte neue Atmosphäre) ;

t . . die Temperatur des Dampfes in der Celsius-Scala;

g . . . das Gewicht von 1Dampf in Kilogramm (specifisches Gewicht des Dampfes);

y . . . das Volumen, welches der aus 1 kg Wasser gebildete Dampf bei der Temperatur /’ C. einnimmt, in Cubik-Metern (specifisches Dampf-Volumen);

a die äussere latente Wärme, d. h. jene Wärme in Calorien, welche pro Kilogramm Dampf aufgewendet wird, um den äusseren Druck zu überwinden;

i . . .die latente innere Wärme, d. h. jene Wärme in Calorien, welche pro Kilogramm Dampf aufgewendet wird, um den Dampf in seinem Aggregatzustande zu erhalten;

. . die Wasserwärme, das ist jene Wärme in Calorien, welche benöthigt wird, um 1 kg Wasser von 0° C. auf die Temperatur von /'zu bringen;

. . die Gesammtwärme, das ist jene Wärme in Calorien, welcher man bedarf, um aus 1 kg Wasser von 0U 1 kg Dampf von f zu erhalten. Hiebei ist zu beachten, dass stets: K — (a + i + w) sein muss:

Beispiel: Wie gross ist die mechanische Arbeit, welche 1 Kilogramm Dampf von n Atmosphären Spannung höchstens wird abgeben können?

Denkt man sich in ein prismatisches Gefäss, dessen Bodenfläche 1 Quadrat-Meter gross ist, 1 Kilogramm Wasser hineingegossen, so wird es darin 1 Millimeter hoch stehen. Auf der Oberfläche dieses Wassers lastet nun der Druck der Atmosphäre, welcher nahezu 1 Kilogramm pro Quadrat-Centimeter, im Ganzen also 10⁴ Kilogramm beträgt. Wird dieses im offenen Gefässe befindliche Wasser so stark erhitzt, dass der sich bildende Dampf diesen Druck der Atmosphäre gerade noch überwindet (auf 99° C.), so wird der Dampf bis zur Höhe von 1-7 Meter reichen, also ein 1700mal grösseres Volumen einnehmen, als das Wasser hatte, aus welchem er entstand. (Das specifische Dampf-Volumen.) Die zur Dampfbildung aufgewendete Wärme hat also eine Arbeit geleistet, welche in der Verschiebung des Druckes von 10⁴ Kilogramm auf eine Distanz von

l⁻7 Meter besteht, also eine Arbeit von P7 X IO⁴ — 17000 Meter-Kilogramm. Und dies ist die grösste Arbeit, welche 1 Kilogramm Dampf von einer Atmosphäre Spannung leisten kann. Da 425 Meter-Kilogramm Arbeit durch eine Calorie geleistet werden, so entspricht der obigen Arbeit eine Wärme von 17000 : 425 = 40 Calorien, und dies ist jene Wärme, welche man äussere Verdampfungswärme genannt hat.

= ^30 -j-    = 41 Calorien, nur um eine Calorie mehr, als die obige Rechnung

Da Dampf von 1 Atmosphäre Spannung .eine Temperatur von 99° C. hat, so liefert die Birk’sehe Formel: a

ergab. Dampf von 7 Atmosphären Spannung (164° C.) nimmt nicht mehr einen 1700mal so grossen Raum ein als das Wasser, aus welchem es entstand (dessen specilisches Volumen v ist nicht mehr 1700), sondern einen Raum, der nur 280mal den Wasserraum übertrifft (das specifische Volumen eines solchen Dampfes beträgt v = 280). Da der Spannung von 7 Atmosphären ein Druck von circa 70 Tonnen = 70000 Kilogramm pro Quadrat-Meter Grundfläche entspricht, so beträgt der

Wärmewerth der maximalen Arbeit von 1 Kilogramm so hoch gespannten Dampfes :

Calorien. Zieht man genauere Daten in Rechnung, so erhält man für die maximale Wärmearbeit

70000 X 0-280 _

48 Calorien liefert. Wenn

a = 45 Calorien, während die Birk’seht Formel hiefür: a

erwogen wird, dass zur Erzeugung von 1 Kilogramm Dampf, von 7 Atmosphären, ein Wärmeaufwand von : K = 606-5 -f- 0-305 X 164 = 656-5 Calorien erforderlich war, und von diesem Wärme-aufwande nur 45 Calorien für Zwecke nutzbringender Arbeit verwendbar sind, so sieht man, dass

45 X 100

die Ausnützung der Wärme im günstigsten Falle nur:

656-5

= 7 Procent betragen könne, d. h.

dass man von der zur Dampf-Erzeugung aufgewendeten Wärme niemals mehr als 7 Procent in Form von Arbeit wieder erhalten können wird. Die Praxis lehrt, dass der Nutzeffect nur 5l/a Procent beträgt.

Die beste Locomotive verbraucht nämlich pro Stunde und Pferdekraft P6 Kilogramm Kohle (§.73), consumirt sonach einen Arbeitswerth von: l⁻6 X 7200 = 11520 Calorien (§.35). Da

eine Pferdekraft, geliefert eine Stunde hindurch, einer Arbeit von :

75 X 3600

425

— = 635 Calorien gleich

ist, so sieht man, dass man eine Arbeit von 635 Calorien erkaufen muss durch einen Arbeits-

aufwand von 11520 Calorien, dass man also mit einem Nutzeffecte von:

635 X 100 '    11520

= 5y₃ Procent

arbeitet. Hieraus darf aber durchaus nicht geschlossen werden, dass die Locomotive eine sehr schlechte Maschine ist. Dieses Beispiel zeigt vielmehr gerade das Gegentheil, es lehrt nämlich, dass die Locomotive eine ziemlich gute Maschine ist, da sie von der überhaupt erreichbaren Arbeit

S^XlOO^g

von 7 Procent, eine solche von 5¹/₂ Procent liefert, also mit einem Nutzeflfecte von:

Procent arbeitet.

Würde eine Locomotive so eingerichtet sein, dass sie pro Secunde 1 Kilogramm Dampt

von 5 Atmosphären Spannung liefern könnte, so würde sie eine Wärme von :    ^ = 46 Calorien

pro Secunde für Zwecke der mechanischen Arbeit höchstens liefern können ; die maximale Leistung

= 250 Pferdekräfte betragen.

derselben würde sonach:

46 X 425

75

Je mehr Dampf die Locomotive pro Stunde producirt, desto grösser wird sonach ihre Leistung sein, woraus zu ersehen, dass der Nutzeffect einer Locomotive nicht nur von der Spannkraft des Dampfes, welchen sie producirt, sondern auch von der Schnelligkeit abhängt, mit welcher die Dampfproduction vor sich geht. Eine Locomotive, welche pro Quadrat-Meter ihrer Heizfläche stündlich 36 Kilogramm Dampf von 10 Atmosphären Spannkraft liefert, wird sonach pro Secunde

195-28 Meter-Kilogramm leisten, also pro Quadrat-Meter ihrer

eine Arbeit von :

36 X 45-95 X 425

3600

195-28 75~

100 Quadrat-Meter betragen, so würde sie mit einer Kraft von: 2-6X100 = 260 Pferden arbeiten; deren Nutzeffect betrüge sonach 260 Perdekräfte.

Heizfläche eine Arbeit von :

= 2'6 Pferden liefern. Würde die Heizfläche dieser Locomotive

Da man mit 1 k° Dampf eine verschieden grosse Arbeit erhalten kann,

je nachdem die Spannung desselben grösser oder kleiner wird, so ist zu erwarten.

dass die Arbeit einer Locomotive, welche pro Kilogramm verbrauchten Dampf entfällt, verschieden sein wird je nach dem Nutzeffecte

der Locomotive. Und in der That fand Professor Frank ') in Hannover durch Versuche, welche (1880) auf den Reichsbahnen in Elsass-Lothringen angestellt wurden, dass die Arbeit a, welche 1 ks Dampf verrichtet, ausgedrückt werden könne durch die Formeln:

22500.N

. . (81

N + 30

37500 . N T ⁻

N + 90

von welchen die erstere sich auf eine Personenzugs- die letztere dagegen auf eine Güterzugs-Locomotive bezieht, und in welchen Formeln:

...den Nutzeffect der Locomotiven in Pferdestärken ausdrückt;

... die Arbeit des Dampfes in Meter-Kilogramm, welche 1 k& desselben liefern kann.

Eine Güterzugs-Locomotive, welche mit 360 Pferdestärken arbeitet, liefert also pro Kilo-37500 X 360 “360 + 90

= 19737 Meter-Kilogramm sinkt, sobald dieselbe Maschine mit 100 Pferdestärken

gramm verbrauchten Dampf : a =

auf:

37500X100

= 28856 Meter-Kilogramm Arbeit, während diese Arbeit

100+90

arbeitet. Man sieht also, um wie viel theurer die Arbeit schwacher Locomotiven zu stehen kommt

im Verhältnisse zu starken Maschinen.

§. 55.

Die Rostfläche.

Die Fläche, auf welcher das zur Dampf-Erzeugung herangezogene Feuerungsmateriale verbrennt, nennt man Rostfläche und dieser muss stündlich so viel Luft zugeführt werden, als die Verbrennung des Feuerungsmateriales erfordert. Die zugeführte Luft kann aber nicht durch die ganze Fläche des Rostes streichen, weil ja ein Theil derselben durch das Feuerungsmateriale bedeckt ist. Man nennt jenen Theil der totalen Rostfläche, welcher der Luft den Zutritt zum Feuerungsmateriale gewährt, freie Rostfläche.

480ks Kohle. Zur Verbrennung von man jedoch eine 1 Va fache

Die Grösse derselben bestimmt sich, wie folgt: Es ist unmittelbar klar, dass die Grösse der freien Rostfläche von dem Quantum Kohle abhängig sein wird, welches in einer gegebenen Zeit verbrannt werden soll, sowie von der Stärke des Luftzutrittes, welchen anzuwenden man für gut erachtet. Consumirt beispielsweise eine Locomotive l‘6k& Kohle pro Stunde und Pferdekraft und soll sie mit 300 Pferdestärken arbeiten, so beziffert sich der stündliche Verbrauch: 300 X 1'6 lks Kohle genügen theoretisch 12ks Luft, nimmt Luftzufuhr an, so beträgt der stündliche Luftverbrauch: (l 2 + Va X 12)"= 18

SP

13*5 m\

Kilogramm, oder da 1 cm,î kalter Luft % Kilogramm wiegt:

Die Gesammtmenge der Luft, welche die Rostspalten in der Zeit von 1 Stunde = 3600 Secunden passiren muss, beträgt sonach: 13'5X480 = 6480 Cubik-Meter oder l‘8m3pro Secunde. Würde die Luft mit einer Geschwindig-

J) A. Frank. Die Widerstände der Locomotiven und Bahnzüge. Wiesbaden 1886, pag. 67.

keit von 7m pro Secunde streichen, so müsste die freie Rostfläche mindestens: 1*8 1

= — Quadrat-Meter betragen. Da aber die Rostfläche durch die Kohlenstücke, welche auf den Roststäben liegen, zum mindesten um die Hälfte verringert wird, so muss die freie Rostfläche 2 X—= -- Quadrat-Meter

gross sein. Die totale Rostfläche sonach doppelt so gross sein, also mindestens 1 mi betragen.

Macht man dieselbe Rechnung unter der Voraussetzung durch, dass 2k» Kohle pro Pferdekraft und Stunde consumirt werden, so erhält man:

Ms

ec

rH ©

(t) • •

eine Formel zur Berechnung der Rostfläche für Steinkohlen-Feuerung. Hier bezeichnet:

f . . . die Rostfläche für Steinkohlen-Feuerung, in Quadrat-Metern;

N . der Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften;

Y . . . die Geschwindigkeit des Luftzuges, in Metern pro Secunde.

P'ür eine Locomotive von 400 Pferdekräften würde sonach bei Annahme eines Luftzuges

1    400    5

— • —g- — -g- Quadrat-Meter betragen.

von 8 Metern pro Secunde die totale Rostfläche : f=:

Man nimmt gewöhnlich an, dass zur Verbrennung von 500kg guter Kohle ein Quadrat-Meter totaler Rostfläche genüge, und berechnet darnach die Grösse der Rostfläche. Eine Locomotive von 300 Pferdestärken con-sumirt pro Stunde circa 2>< 300= 600ks Kohle. Der Rost einer solchen

= 1 V, Quadrat-Meter betragen.

Locomotive müsste sonach :

600

500

Die immer grösser werdenden Anforderungen, welche man an die Leistungen der Locomotiven stellt, brachten es mit sich, dass die Rostfläche der heutigen Maschinen bedeutend grösser geworden ist, gegen jene der früheren Zeit. So betrugen beispielsweise die Rostflächen der Personenzugs-Locomotiven der österreichischen Nordbahn im:

Jahre 1848 »    1858

» 1868 »    1878

. 1 • 15 Ouadrat-Meter . 1'24 . 1'70 .2-00

1888........2'20

Es muss ausdrücklich bemerkt werden, dass die Rostfläche stets dem Feuerungsmateriale angepasst werden müsse, und dies aus dem Grunde, weil jeder Brennstoff eine andere Menge Luft braucht, um vollständig zu verbrennen. Roste für Holzfeuerung müssen daher anders gebaut werden, als Roste für Steinkohle. Da aber auch Steinkohlen verschieden sind, so wird man die Roste den betreffenden Kohlengattungen anpassen müssen. So verträgt beispielsweise die in Amerika zur Locomotivfeuerung benützte Kohle (Anthracit) durchaus keine dicken Lagen, erfordert sonach grosse Rostflächen. Selbst der Zustand der Verkleinerung einer und derselben Kohle bedingt entsprechende Roste. Bahnen, welche darauf angewiesen sind,

Staubkohle zu verwenden, müssen daher ihre Locomotiven mit anderen Rosten versehen, wie Bahnen, deren Locomotiven Stückkohle verbrennen. So werden beispielsweise Bahnen, die in Kohlenrevieren liegen und vorwiegend Kohle verfrachten, also grosse Mengen von Staubkohle haben, darauf bedacht sein, diese Staubkohle zu verwerthen und zu diesem Zwecke Roste anwenden, welche Staubkohle zu verbrennen gestatten, während derlei Roste auf Bahnen, die ihre Kohle weit herkommen lassen müssen, nicht am Platze sein können, sobald die Verführungskosten die Verwendung einer minderwerthigen Kohle nicht gestatten. Roste, welche für Verbrennung specieller Materialien gebaut werden, wie beispielsweise Nepilly-Rost,¹) haben also nicht den Zweck, Feuerungsmateriale zu ersparen, wie dies öfters angegeben würd,²) sie sind vielmehr dazu bestimmt, das vorhandene Feuerungsmateriale, welches sonst ohne Verwendung bliebe, zur Feuerung heranzuziehen. In allen Fällen muss jedoch genau erwogen werden, ob der Vortheil, welchen man durch Verteuerung des sonst ohne Verwendung bleibenden Materiales erzielt, nicht etwa wieder durch den Nachtheil illusorisch gemacht wird, welcher durch häufige und lang andauernde Reparaturen der Maschine erwächst.

Man muss nämlich sich gegenwärtig halten', dass eine Locomotive nur Vs ihres Lebens Kohle verbrennt, während sie die übrige Zeit beim Auswaschen, in der Reparaturwerkstätte etc. zubringt, dass also vor Allem darauf gesehen werden müsse, dass diese kurze Dienstzeit durch häufige Reparaturen nicht noch mehr verkürzt werde. Und dies ist von grosser Bedeutung, da eine Locomotive täglich circa 30 Gulden kostet, es also darauf ankommt, dass sie möglichst viele Tage im Jahre arbeiten, also Geld verdienen könne.

Ob nun dieses oder jenes Feuerungsmateriale zur Verwendung gelangt, der Hauptzweck der Feuerungsanlage bleibt stets derselbe, nämlich die Production jener Menge Dampf, welcher man für Zwecke der zu leistenden Arbeit bedarf.

Producirt der Dampfkessel nicht in dem Maasse Dampf, als man ihm für Zwecke der Förderung des Zuges entzieht, oder entzieht man ihm trotz rascher Production pro Secunde mehr Dampf, als pro Secunde entwickelt wird, so gelangt in die Cylinder der Locomotive nicht mehr reiner, wasserfreier, sogenannter trockener Dampf, sondern es wird mit dem Dampfe auch Kesselwasser mitgerissen, so dass die Cylinder ein Gemisch von Dampf und Wasser enthalten. Dass unter solchen Verhältnissen die Kraftentwicklung der Locomotive nicht so vollkommen sein kann, als sie wäre, wenn in die Cylinder trockener Dampf käme, ist selbstverständlich, weil die Kraft nicht vom Wasser, sondern vom Dampfe herrührt. Ausserdem bringt aber feuchter Dampf noch den Nachtheil mit sich, dass er, vor den Cylindern durch den Kamin in die freie Atmosphäre gelangend, die Erscheinung hervorruft, welche man das Spucken der Locomotive nennt.

§. 56.

Die Heizfläche.

Die Wärme, welche durch Verbrennung des Feuerungsmateriales am Roste der Locomotive entsteht, muss dem Wasser zugeführt werden, welches sich im Kessel befindet, falls dasselbe in Dampf verwandelt werden soll. Die Uebertragung der Wärme an das Wasser erfolgt aber dadurch, dass

dieselbe durch eine Fläche aufgenommen wird, welche ringsherum mit Wasser umgeben ist, so dass sie die erhaltene Wärme gleichzeitig an möglichst vielen Punkten an die Wassermasse abgeben könne.

Bei den ersten Locomotiven war die Uebertragung der Wärme an das Wasser eine recht unvollkommene gewesen. Das Wasser befand sich nämlich in Rohren, welche vom Feuer umgeben waren, erst später (1829), als in Folge Anregung des Herrn Booth, ersten Directors der Liverpool-Manchester Bahn, die Sache in der Weise umgekehrt wurde, dass die Rohre nicht mit Wasser gefüllt wurden, sondern dass die Feuergasse dieselben durchzogen, während das Wasser die Rohre umgab, war eine rasche Dampfentwicklung ermöglicht worden.

mm

Man nennt die Fläche, welche die Wärme der Feuergase an das Wasser überträgt, Heizfläche, Dieselbe besteht aus einem Systeme von 120 — 200 Metallrohren (neuester Zeit Eisen, früher Messing), welche mitten im Wasser derart gebettet sind, dass deren Richtung mit der Längenachse des Kessels zusammenfällt, und aus der sogenannten Feuerkiste. Die im Feuerraume erzeugten Heizgase durchströmen das System der zumeist 40 im Durchmesser habenden Rohre (Siederohre genannt) und ersetzen demselben hierdurch fortwährend jene Wärme wieder, welche es an das verdampfende Wasser abgibt. Der Raum hingegen, in welchem die Heizgase sich bilden, heisst die Feuerkiste, und ist derselbe gleichfalls mit Wasser umgeben.

mm

dicken Kupferblechen, der äussere

Die Feuerkiste besteht aus zwei ineinander befindlichen durch einen Zwischenraum getrennten Gefässen, welche durch einen Ring oder auf eine andere Weise miteinander verbunden sind. Das innere Gefäss bildet die eigentliche Feuerkiste, in welcher die Verbrennung erfolgt, während jener Zwischenraum zur Aufnahme des Wassers dient. Die Feuerkiste wird mit geringen Ausnahmen aus 10—13 Theil (der Feuerkasten) aus Eisen oder Stahlblech von ungefähr derselben Dicke hergestellt. Uebrigens werden Locomotiven gebaut, welche keine eigentliche Feuerkiste haben (Verderber). In einem solchen Fälle dient der Feuerraum lediglich zur Verbrennung, während das Geschäft des Verdampfens den Siederohren zufällt. Man nennt die Fläche, welche der Feuerkiste zukommt, die directe Heizfläche zum Unterschiede von der Oberfläche der Siederohren, welche man indirecte Heizfläche benannt hat.

Die Uebertragung der Wärme durch Heizgase an die Heizfläche (directe und indirecte) hängt ganz wesentlich von der Lebhaftigkeit ab, mit welcher das Feuerungsmateriale am Roste der Locomotive verbrennt. Die Verdampfung des Wassers ist also umso stärker, je gleichmässiger die Anfachung des Feuers vor sich geht. Da aber diese letztere von der Intensität der Ausströmung des Dampfes durch das Blasrohr, also von der Umdrehungszahl der Treibräder der Locomotiven abhängt, so wird die Verdampfungsfähigkeit der Heizfläche bei schneller laufenden Maschinen eine grössere sein müssen. Da die Lebhaftigkeit der Verbrennung durch die Luftverdünnung in der Feuerkammer gemessen wird, so kann die Dampfproduction der Heizfläche als eine Function dieser Luftverdünnung dargestellt werden.

Der Maschinenmeister der dänischen Staatsbahnen, Herr N. Busse, ') fand nun durch sorgfältige Versuche, dass pro Quadrat-Meter Oberfläche

J) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1880, pag. 16.

der Feuerkiste K Kilogramm Wasser pro Stunde verdampft werden, sobald die Verdünnung a Centimeter beträgt; es ist dann:

K = 100 J/a +16 ]/a — 36 ....    (83

Bei Locomotiven, wie sie gegenwärtig verwendet werden, schwankt a zwischen 2 und 12cm. Im Mittel kann a = 6cm gesetzt werden. Für diesen Werth von a liefert aber die vorstehende Formel K= 184, was besagen will, dass jedes Quadrat-Meter der Feuerkisten-Oberfläche 184kg Wasser pro Stunde zu verdampfen im Stande ist. Bei Ueberschlags-Rechnungen wird iT=180 angenommen.

Was die Rohrheizfläche, also die indirecte Heizfläche anbelangt, so ist klar, dass dieselbe zur Erwärmung des Wassers weniger beitragen wird, als die directe Heizfläche.

Die Heizgase entstehen nämlich in der Feuerkiste, haben sonach hier die erste Gelegenheit ihre Wärme abzugeben. An die weiter entfernt gelegenen Rohre gelangen sie nur mit jener Wärme, welche sie an die Feuerkisten-Oberfläche nicht abgeben konnten. Ein Quadrat-Meter der Oberfläche der Siederohre wird daher zur Erwärmung des Wassers weniger beitragen, als ein Quadrat-Meter der Feuerkisten-Oberfläche. Aber selbst in der Rohrheizfläche ist die Dampfproduction nicht überall dieselbe. Hier liefert jeder Quadrat-Meter weniger Wärme, je weiter er von dem Feuerkasten absteht. Wie sehr aber das Vermögen der Heizfläche, Dampf zu entwickeln, von der Länge des Siederohrstranges abhängt, kann ersehen werden, sobald die Menge des Wassers gemessen wird, welche jeder Quadrat-Meter dieses Systèmes in verschiedenen Entfernungen von der Feuerkiste per Stunde verdampft, Wird der Siederohrstrang beispielsweise in 5, je lm von einander abstehende Theile getheilt, so liefert erfahrungsgemäss jeder Quadrat-Meter des :

1. Theiles der Rohrfläche

33 Kilogramm

2.

17

3.

10

4.

5.

Dampf pro Stunde.

Die ganze Rohrfläche eines 5m langen Systèmes liefert sonach: (33 + 17 + 10 + 7 + 5) = 72kg Dampf pro Stunde, und da diese 5m' beträgt, so entfällt auf 1der Rohrfläche durchschnittlich eine Production 72    ,

von — = 14Kg Dampf pro Stunde.

5

Man sieht sonach, wie wenig leistungsfähig die Rohrheizfläche im Verhältnisse zur Feuerkistenfläche ist

wo

jeder Quadrat-Meter 184kg Dampf

pro Stunde entwickelt hatte.

Würde man den entferntesten Theil der Rohrheizfläche zur Dampf

production nicht mehr heranziehen, also nur 4m lange Siederohre statt 5m langen verwenden, so würde die mittlere Dampfproduction dieses Systèmes : 33+17+10 + 7

17kg Dampf pro Stunde betragen. Die Dampfproduction pro Quadrat-Meter der Rohrheizfläche würde also grösser geworden sein.

14

Freilich würde in einem solchem Falle die Gesammtmenge des pro Stunde producirten Dampfes von 72 auf: 33 +17+ 10 + 7 — 67k® sinken müssen.

Hieraus ist zu ersehen, dass die Verdampfung der indirecten Heizfläche nicht mehr von dem Grade der Luftverdünnung in der Feuerkiste allein, wie dies bei der directen Heizfläche der Fall war, sondern auch von. der Länge der Siederohre abhängt.

Busse, gibt für die Verdampfungsfähigkeit der Rohrheizfläche die nachstehende empirische Formel:

.    .    (84

25 + 32-4 a

F ~ (1*3 + 0*05 a) (1-3 +0*05 a + l)

in welcher bezeichnet:

1*. . . die Anzahl der Kilogramme Wasser, welche jeder Quadrat-Meter der Rohrheizfläche im Durchschnitte pro Stunde liefert; a . . . den Luftverdünnungsgrad in der Feuerkiste, in ■ Centimetern gemessen;-

l . . die Länge der Siederohre, in Metern.

Für mittlere Verhältnisse kann a= 6 gesetzt werden, und für diesen Fall beträgt die mittlere Leistungsfähigkeit eines Quadat-Meters der Rohrheizfläche :

220 1-6 (1*6 + /)

Kilogramm Dampf pro Stunde, sobald die Siederohre eine Länge von /Meter haben. Für a— 14, und dies ist wohl das äusserste noch praktische Maximum (die schnellsten Locomotiven der Expresszüge), beträgt die stündliche Dampfproduction :

480

rmax —

2(1+ 2)

Kilogramm pro Quadrat-Meter der Rohrheizfläche.

Ein Dampfkessel, dessen directe Heizfläche d Quadrat-Meter, die indirecte dagegen i Quadrat-Meter beträgt, wird sonach, falls dessen Siederohre / Meter lang sind, unter mittleren Verhältnissen:

220 i

180 d +

1*6 (1*6 + /)

Kilogramm Dampf pro Stunde produciren.

Ist d—10, i = 1 20, 1—5, so beträgt die stündliche Dampfproduction 220 X 120 D6(D6 + 5)

Meter der 120+ 10= 130m'grossen Heizfläche liefert sonach

der Heizfläche : 180X10 +

= 4200 Kilogramm. Ein Quadrat-

4200

130

= 33k=

Dampf pro Stunde.

Bei den schweren Locomotiven der Südbahn beträgt die directe Heizfläche 10-7 Quadrat-Meter, bei 4-16 Meter langen Siederohren die indirecte Heizfläche 144 Quadrat-Meter. Die erstere

7406

Heizfläche liefert 2654 Kilogramm, die -letztere 4752 Kilogramm Dampf pro Stunde. Die totale

(144+10-7)

Dampfproduction beträgt sonach 2654 + 4752 = 7406 Kilogramm pro Stunde, daher Kilogramm pro Quadrat-Meter totaler Heizfläche.

Will man sich mit Schätzungen begnügen, so ist nach Peclet die Annahme zulässig, dass die Feuerkiste die eine, die Rohrheizfläche die andere Hälfte des gelieferten Dampfquantums producirt.

Aus dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass die Leistungsfähigkeit des Dampfkessels einer Locomotive sehr wesentlich von dem Verhältnisse abhängt, in welchem die directe zur indirecten Heizfläche steht. Beträgt die directe Heizfläche d Quadrat-Meter, die indirecte hingegen i Quadrat-Meter, und producirt die totale (d-f-i) Quadrat-Meter grosse Heizfläche stündlich a Kilogramm Dampf pro Quadrat-Meter, so beträgt die Gesammtproduction der Heizfläche a (d + i) Kilogramm Dampf pro Stunde. Liefert die directe Heizfläche K Kilogramm Dampf, die indirecte dagegen r Kilogramm Dampf pro Stunde und Quadrat-Meter, so beträgt die Gesammtproduction: (Kd + ri) Kilogramm. Man hat sonach die Gleichung Kd + ri = a(d + i), aus welcher sich ergibt:

(i)

K-a

.    .    (85

a — r

für das Verhältniss, in welchem die beiden Theile einer Heizfläche zu einander stehen müssen, falls die totale Heizfläche eine bestimmte Menge Dampf pro Stunde und Quadrat-Meter liefern soll.

was

Setzt man K= 180, r — 20, ö=40, so erhält man: --

besagen will, dass die Oberfläche aller Siederohre zusammengenommen etwa 7i der Oberfläche der Feuerkiste ansmachen müsse, falls der Kessel pro Stunde und Quadrat-Meter seiner Heizfläche 40k§ Dampf liefern soll.

Das Verhältniss der Rohrheizfläche zur Feuerkistenfläche betrug bei den alten Locomotiven (1834 — 1836) nach Pambour 7«— Vu, während es bei den Locomotiven der Jetztzeit beträgt, in:

Deutschland Oesterreich.

Belgien . . .

G)

7i₂-7i

= - 7l 5 7l 8 7₉ —7io

Bei normaler Leistung verdampfen pro Quadrat-Meter und Stunde:

25⁻0 Kilogramm Wasser¹)

Güterzugs-Locomotiven Personenzugs-Locomotiven ...3CP0

37-5

Schnellzugs-Maschinen Mit Rücksicht auf den Umstand, dass die Menge producirten Dampfes auch von der Gattung des am Roste verbrennenden Feuerungsmateriales abhängt, wird bezüglich der maximalen Leistungsfähigkeit der Kessel angenommen, dass:

Die Locomotive, welche verwendet wird zur Führung von

Zügen

liefert pro Quadrat-Meter ihrer totalen Heizfläche, wenn sie geheizt wird mit

Steinkohle

Holz

Kilogramm Dampf pro Stunde

Eilzüge

Personenzüge

Güterzüge

CO CO    I

-O Ol    I

CO O CD 't CO

’) Brosius und Koch. Schule für den äusseren Eisenbahnbetrieb, 1881, I. Bd., pag. 346.

14*

Die alten Locomotiven (1834— 1836) lieferten 56ks Dampf pro Quadrat-Meter ihrer Heizfläche, waren sonach in dieser Richtung leistungsfähiger als die gegenwärtigen.*)

Zum Schlüsse möge noch die Bemerkung Platz finden, dass man versucht hatte, die Grösse der Heizfläche sowohl mit dem Gewichte als auch dem Nutzeffecte der Locomotiven in Verbindung zu bringen.

So lehrt beispielsweise die Erfahrung, dass bei Maschinen, welche einen besonderen Schlepptender haben, die Heizfläche durch die nachstehende empirische Formel dargestellt werden könne:

10

. . (86

Eine Formel zur Schätzung der Grösse der Heizfläche.

In derselben bezeichnet :

H. , . die Heizfläche einer Locomotive mit Schlepptender, in Quadrat-Metern ; Q . . . das Gewicht einer Maschine mit Schlepptender, in Tonnen.

«O

Eine Locomotive, welche 30 Tonnen wiegt, würde demzufolge eine Heizfläche von : . 30=100 Quadrat-Meter haben.

Die Grösse der Heizfläche von Tendermaschinen lässt sich durch die empirische Formel:

.    .    (87

-t(H- '

ausdrücken. In dieser Formel bezeichnet:

H...die Heizfläche einer Tendermaschine, in Quadrat-Metern;

Q. . . das Gewicht einer Tendermaschine, in Tonnen; a . . . ein Constante, welche von den Constructions-Verhältnissen der Tendermaschine abhängt.

Für Tendermaschinen der Firma:

CD ^ CD

Krauss in München.............

Hägens in Erfurt...............

Henschel in Kassel.............

11-0

9-0

Preussische Maschinen mit 3 Achsen » 2

Die Heizfläche einer 21 Tonnen schweren Tendermaschine von Krauss würde sonach:

H =    ^21— öj =50 Quadrat-Meter gross sein.

pro Stunde) sich ermässigt. Wenn man daher für eine Eilzugs-

Man kann die Grösse der Heizfläche auch nach der Grösse der Arbeit bemessen, welche die Locomotive zu leisten hat, also nach dem Nutzeffecte der Maschine. Die Erfahrung lehrt, dass eine Locomotive selbst bei der grössten Fahrgeschwindigkeit nicht über 6 Pferdekräfte pro 1 m2 ihrer Heizfläche erzeugen kann, dass aber die Leistung sogar auf 4'5 Pferdekräfte sinkt, sobald die Fahrgeschwindigkeit der Maschine auf 10m pro Secunde (36 km

Locomotive 5, für eine Personenzugs-Locomotive 4 und für eine Güterzugs-

b Maey. Die Locomotiven der Jetztzeit.

Locomotive 3 Pferdekräfte pro 1m2 Heizfläche annimmt, so hat man reichlich gerechnet.

Bezeichnet man den in Pferdestärken ausgedrückten Nutzeffect einer Maschine mit N, so hat man dem Gesagten zufolge:

co

00

Eine Formel zur Abschätzung der Grösse der Heizfläche einer Locomotive. In derselben bezeichnet sonach:

..die Heizfläche, in Quadrat-Metern;

..den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdestärken;

CO -cf IO

einen Coëfficienten ; die erste Ziffer gilt für Güter-, die zweite für Personen-, die dritte für Eilzugs-Locomotiven.

Eine Güterzugs-Locomotive, welche mit 300 Pferdestärken arbeiten soll, müsste sonach eine Heizfläche von VsX300=:100 Quadrat-Meter erhalten.

Aus der nachstehenden Tabelle ist die übliche Grösse der Heizflächen verschiedener Maschinen mit Schlepptender zu ersehen:

Heizfläche

Fahrgeschwindigkeit

Gattung der Locomotiven

Kilometer

Meter

directe

indirecte

totale

pro

pro

Stunde

Secunde

Ouadrat-Meter

Personenzugs-Maschine

Eilzugs-Maschine

Güterzugs-Maschine

Verschub-Maschine

80

50

25

25

22

14

00 00 CO CD

100

90

130

80

Classificirt man aber die Locomotiven nicht nach der Gattung der Züge, welche sie führen, sondern nach der Anzahl der miteinander verkuppelten Achsen, so kann man mit Grove annehmen; dass die Heizfläche der Locomotiven mit Schlepptender, sobald sie haben:

78 Quadrat-Meter

2 verkuppelte Achsen

162

)>

246

beträgt.

Für ältere Tenderlocomotiven findet Grove bei: 2 verkuppelten Achsen

57 Quadrat-Meter

103

150

Bei den Normal-Locomotiven der deutschen Staatsbahnen beträgt die Heizfläche, sobald die Maschinen zur Führung von Güterzügen dienen, 92m°', während sie bei Personenzugs- und Schnellzugs-Locomotiven 125m' gross ist.

Aus der nachstehenden, die Güterzugs-Locomotiven der österreichischen Nordbahn betreffenden Zusammenstellung ist das allmälige Wachsen der

Heizfläche, wie es sich in der letzten Hälfte unseres Jahrhunderts vollzogen hat, zu entnehmen;

Jahr 1848 »    1858

» 1868 »    1878

» 1888

§• 57.

Wirkungsweise des Dampfes.

Angeregt durch die berühmten Experimente des Magdeburger Bürgermeisters, welche auf dem Reichstage zu Worms (1651) die Aufmerksamkeit der Welt auf die erstaunliche Kraft des Atmosphärendruckes gelenkt haben, kam Papin (1695), der vertriebene Hugenotte, auf den Gedanken, das hierzu erforderliche Vacuum statt durch eine Luftpumpe, durch Condensation von Wasserdampf zu erzeugen, und dieses Mittel der Vacuum-Erzeugung fand sofort Anwendung.

So sehen wir die vielen Dampfmaschinen Watt’s, welche bestimmt waren, aus den Bergwerken Cornwalls das Wasser herauszuschöpfen, welches die See dahin führte, sämmtlich nach diesem Principe gebaut (1702 —1801). In all diesen Maschinen spielt nämlich der Dampf nur eine secundäre Rolle, während der Luftdruck es war, der ihnen Kraft verlieh. Da aber der Luftdruck nur 1 pro Quadrat-Centimeter Kolbenoberfläche beträgt, so mussten, da grosse Kräfte zur Verwendung kamen, derlei Maschinen colossale Dimensionen erhalten, falls sie ihrer Aufgabe gerecht werden sollten; und dieser Umstand bildete einen Hemmschuh für deren gedeihliche Entwicklung.

Nur eine neue Idee konnte hier einen Ausweg bieten; eine solche konnte aber nur einer geläuterten Theorie der Wärme entspringen. Black, der gelehrte Professor der Universität zu Glasgow war es, der um die Mitte des XVIII. Jahrhunderts diesem Gegenstände seine Aufmerksamkeit schenkte und zuerst (1761) die Erklärung versuchte, warum das Wasser trotz beständiger Wärmezufuhr seine Temperatur im offenen Gefässe nicht erhöhe (§. 34, pag. 137).

Die Lehren Black’s fielen auf fruchtbaren Boden, hatten sie doch zur Folge, dass Watt, einer seiner Hörer, auf den Gedanken verfiel (1769), den Dampfzufluss in den Cylinder schon abzusperren, bevor noch der Kolben seinen Weg beendigt hatte, so dass der Dampf ohne frischen Nachschub wirken musste. Er wirkte also lediglich durch sein Bestreben zum Ausdehnen und trieb vermöge dieser seiner Expansivkraft den Kolben bis an das Ende seines Weges. Watt hat zwar die Arbeitsfähigkeit des expan-direnden Dampfes erkannt, doch brachte er diese seine Erkenntniss nicht zur Verwerthung, weil er befürchtete, der Kessel könnte durch den Druck des Dampfes gesprengt werden. Murdock, ein Gehilfe Watt’s, construite (1786) sogar ein Modell, in welchem der Dampf eine höhere als eine Atmosphäre Spannung besass, in welchem also derselbe direct drückend auf den Kolben wirkte.

Die erste mit Hochdruck betriebene Maschine, die kein Modell war, wurde jedoch nicht durch ihn, sondern durch Evans in Maryland (1801) erbaut, entstand also in einem Lande, in welchem kurz vorher der Gedanke, hochgespannte Dämpfe in Maschinen verwenden zu können, seitens der Ingenieure als eine Chimäre erklärt wurde.

Der im Kessel entstehende Dampf gelangt nicht sofort in jene Räume, in welchen er zu arbeiten hat. Schon bei seinem Austritte aus dem Dampfdome oder einer denselben ersetzenden Vorrichtung, begegnet er einem Hindernisse, welches ein weiteres Fortschreiten unmöglich macht; es ist dies ein Schieber, Regulator genannt, welcher dem Dampfe nur dann den Austritt aus dem Kessel gestattet, wenn er die freie Austrittsöffnung nicht verstellt.

Der Regulator wird vom Maschinenführerstande aus durch eine, in einer Vertical-Ebene aufgestellte, von links nach rechts zu bewegende Kurbel gehandhabt. Steht die Kurbel auf der äussersten Linken, so ist der Austritt des Dampfes aus dem Kessel verhindert, man sagt der Regulator sei »zu«. Steht sie auf der äussersten Rechten, so ist die Ausströmungs-Oeffnung des Dampfes frei, man sagt der Regulator sei offen. Die Zwischenstellungen des Regulators gestatten alle möglichen Verengungen der Dampf-Austrittsöffnung, reguliren sonach den Zufluss des Dampfes aus dem Kessel in die Cylinder.

Fliesst durch die Regulator-Oeffnung ein Theil des Dampfes ab, so sinkt natürlich der Dampfdruck im Kessel, dieser füllt sich mit neuem Dampfe, wodurch das Wasser in heftige Wallungen geräth, was zur Folge hat, dass der austretende Dampf, Wasser mechanisch mitreissen, also nass sein wird. Die Erfahrung lehrt, dass bei derlei Gelegenheiten circa 10 Procent des Dampfgewichtes an Wasser mitgenommen werden. Dieser Dampf passirt mit einer Geschwindigkeit von 35 — 50m pro Secunde eine Röhre, und gelangt nicht etwa directe in den Cylinder, woselbst er zu arbeiten hat, sondern in eine Vorkammer desselben, den sogenannten »Schieberkasten«.

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I 11 c !

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Von hier aus führen zwei Wege in das Innere des Cylinders, die sogenannten Dampfcanäle, von denen jedoch immer nur einer frei ist, so dass der Dampf nur durch den freien Canal in den Cylinder gelangen kann. Ist dieses geschehen, so treibt er den Kolben vor sich her; in dem Maasse, als derselbe vorschreitet, beginnt sich der Canal, durch welchen der Dampf eingetreten war, langsam zu schliessen, während der bisher für den Dampf geschlossen gewesene langsam sich öffnet. In dem Maasse, als der Kolbent dem Ende seines Laufes sich nähert, verengt sich die Oeffnung des offen gewesenen, und erweitert sich jene des gesperrt gewesenen Canales.

Figur 9.

Am Ende des Kolbenweges haben beide Canäle ihre Rollen gewechselt. Der früher offen gewesene Canal, durch welchen der Dampf in den Cylinder eingetreten war, ist nunmehr gesperrt, während der gesperrt gewesene jetzt offen ist. Der Dampf kann also ungehindert durch

diesen Canal in das Innere des Cylinders gelangen und drückt nunmehr von der anderen Seite auf den Kolben, treibt ihn sonach zurück.

Das Oeffnen und Absperren der Dampfcanäle besorgt ein Schieber.

In Figur 9 ist der Schieberkasten K sammt Cylinder C, in welchem der Kolben sich bewegt, sowie der Schieber 5¹ dargestellt.

Bei der Stellung in Figur 10, welche ebenso wie Figur 11 nur den Schieber und die Dampfcanäle darstellt, während der Schieberkasten und der Cylinder weggelassen wurden, gelangt der Dampf vom Schieberkasten in den Canal e, tritt in Richtung des Pfeiles z in den Cylinder und schiebt den Kolben von rechts nach links vor sich her. Der vor dem Kolben von früher her noch befindliche, bereits verbrauchte Dampf strömt durch den Canal e' in das Innere des Schiebers 5 und gelangt von dort durch den Canal o ins Freie.

öjhgBiLf

c’

Figur 11.

Figur 10.

Bei der Stellung des Schiebers, wie sie in Figur 11 skizzirt ist, tritt der Dampf durch den Canal e, gelangt also in den Cylinder von der anderen Seite des Kolbens und schiebt diesen in einer, der früheren entgegengesetzten Richtung vor sich her. Der Schieber wird in dem Schieberkasten so montirt, dass er den Zutritt des Dampfes in den Cylinder schon absperrt, bevor noch der ihn bewegende Kolben seinen Weg völlig durchlaufen hat. Der so abgesperrte Dampf dehnt sich aus und treibt vermöge seiner Expansivkraft den Kolben weiter. Dessen Bewegung bewirkt, dass der Schieber den zweiten Canal, der bisher gesperrt war, dem Dampfe schon öffnet, bevor noch der Schieber am Ende seines Weges anlangt, so dass eine Compression des Dampfes vor dem Kolben eintritt. Hinter dem Kolben Expansion, vor dem Kolben Compression.

Der Schieber welcher (1799) durch Murray in Leeds erfunden wurde, erhält seine Bewegung durch das Triebrad der Locomotive, mit welchem er durch eine Kurbel oder besser Excenter verbunden ist; er ist ¹ also eine Vorrichtung, welche die Vertheilung des Dampfes automatisch, d. h. ohne Zuthun des Maschinführers bewirkt.

Der Kolben erhält in Folge der Thätigkeit des Schiebers eine hin-und hergehende Bewegung, welche je nach Umständen mit einer Geschwindigkeit von 1³U — 2 7₂m pro Secunde erfolgt. Diese Bewegung wird in entsprechender Weise auf das Treibrad der Maschine übertragen, wodurch dieselbe eine fortschreitende Bewegung erhält.

Zur Zeit als der Dampf noch die secundäre Rolle der Erzeugung des Vacuums spielte, zur Zeit also, wo der äussere Luftdruck der Kraftspender bei den Dampfmaschinen war, verstand man es noch nicht, die Bewegung

des auf- und abgehenden Kolbens directe in eine drehende zu verwandeln ; setzte doch Smeaton noch zu Anfang des XVIII. Jahrhunderts Mühlen dadurch in Betrieb, dass er durch die Dampfmaschine (damals Feuermaschine genannt) Wasser in entsprechende Behälter hob und von hier aus auf überschlächtige Räder fallen liess. Es ist daher nicht zu verwundern, dass der erste Dampfwagen, nämlich die Strassen-Locomotive Cugnot’s (1770), eine noch sehr unvollkommene Uebertragung der Kraft des Kolbens auf das Rad besass.

Der Dampfkessel dieser Strassen-Locomotive war vorne aufgehangen und stand mit zwei nebeneinander aufrecht gestellten Dampfcylindern durch eine Röhre in Verbindung. Der Dampf wirkte lediglich auf eine Seite jedes Kolbens, die abwechselnde Zuführung desselben erfolgte durch einen Hahn. Beim Niedergange des Kolbens nahm die Stange einen lose auf die Achse des Treibrades gestellten Krummzapfen mit, wozu man die erforderliche Verbindung durch Kette und Bogenstück herbeigeführt hatte. Auf der Warze des Zapfens steckte ein doppelter, nach zwei Seiten in Wirksamkeit zu setzender Sperrkegel, der abwechselnd in die, nach der einen oder andern Seite gerichteten Zähne eines Sperrrades eingreifen konnte, eines Sperrrades, welches mit dem Treibrade fest verbunden war und wodurch dem Letzteren bei jedem Kolbenniedergange das Viertel einer Kreisumdrehung ertheilt wurde.

Bei der ersten Locomotive, welche auf Schienen lief (Trevethik’s Locomotive), also bei der Locomotive, welche am 13. Februar 1804 auf der Schienenbahn rollte, welche die Eisenwerke Merthyr Tydvill mit dem Stapelplatze Cardiff verband, war die Kolbenstange directe mit einer Speiche des Rades verbunden, und dies war auch bei Stephenson’s preisgekrönter Locomotive -»Rocketa der Fall gewesen (1829). Statt die Kolbenstange mit der Radspeiche directe zu verbinden, wurde später auf die Achse des Rades eine besondere Kurbel aufgekeilt, welche in neuester Zeit durch den bekannten Excenter ersetzt wurde, und ein solches Rad erhielt den Namen Treibrad. Da die gegenwärtig gebauten Locomotiven 2 Cylinder haben, so müssen auf beide Enden der Treibachse Excenter aufgekeilt werden, deren Stangen mit den betreffenden Kolbenstangen in Verbindung stehen.

Aus der Art der Uebertragungs-Bewegung des Kolbens auf das Treibrad, ersieht man, dass die Länge des Kolbenweges (Cylinder-Länge) dem Durchmesser der Kurbel gleich sein müsse, sowie, dass das Treibrad jedesmal eine ganze Umdrehung macht, so oft der Kolben im Cylinder einmal hin und hergegangen ist. Einer Umdrehung des Treibrades entspricht sonach ein Kolbenweg von 21 Centimeter, sobald l die Länge des Cylinders (Kolbenhub) bezeichnet und in Centimetern gemessen wird. Es werden daher in einer und derselben Zeit, nämlich während der Dauer einer Umdrehung des Treibrades, die Wege 21 und Dtr Centimeter gemacht. Der erstere dieser Wege, entspricht der Bewegung des Kolbens, der letztere hingegen jener des Treibrades, also der Bewegung des Zuges. Bezeichnet v den Weg, welchen der Kolben während einer Radumdrehung zurückgelegt hat, während u der dieser Zeit entsprechende Weg des Treibrades (Weg des Zuges) ist, so hat man: v=21 und u = Dtt, mithin:

fl

Eine Formel zur Umwandlung der Kolbengeschwindigkeit in die Fahrgeschwindigkeit. Hier bezeichnet:

11 . . . die mittlere Fahrgeschwingigkeit, in Metern pro Secunde;

V. .die Kolbengeschwindigkeit, in Metern pro Secunde;

D . . .den Durchmesser des Treibrades, in Centimetern; l . . . den Kolbenhub (Länge des Cylinders), in Centimetern.

Wir sehen also, dass die Fahrgeschwindigkeit einer Locomotive der Höhe ihres Treibrades direct, der Länge ihres Cylinders aber umgekehrt proportional ist. Schnellzugs-Locomotiven müssen daher hohe Räder, kurze Cylinder erhalten. Dies sind aber gerade jene Bedingungen, welche eine Vergrösserung der Adhäsion bewirken, es ist also nicht zu befürchten, dass es schnellgehenden Locomotiven an Adhäsion mangeln wird. Die Kolbengeschwindigkeit ist eine, durch das Materiale, aus welchem die Locomotive erbaut wird, gegebene Grösse, sie darf erfahrungsgemäss und zufolge der Bestimmungen, welche für die Construction und Ausrüstung der Eisenbahnen Deutschlands bestehen, bei Locomotiven, welche:

200 Meter

250

8fach gekuppelt sind 6 »    »    »

300

4 »    »    »

pro Minute nicht überschreiten.

Nimmt man 300m pro Minute, also 5m pro Secunde als die Maximal-Geschwindigkeit der Kolbenbewegung einer Locomotive an, so erhält man für die maximale Geschwindigkeit, mit welcher eine Locomotive fortschreiten kann, den Ausdruck :

.    .    (90

Meter pro Secunde.

Eine Locomotive, deren Treibrad-Durchmesser 120 Centimeter und der Kolbenschub 50 Centi-meter beträgt, darf also nicht schneller fahren, als mit einer Geschwindigkeit von :

c = 7-85 •

= 18-8

120

50

Meter pro Secunde oder 67-7 Kilometer pro Stunde.

§• 58.

Druck des Dampfes im Cylinder.

'»Rocket«, die preisgekrönte Locomotive Stephenson’s (§. 62), das Urbild unserer heutigen Locomotive, arbeitete mit einem Dampfdrücke von 3*4 Atmosphären, doch vergrösserte sich der Dampfdruck mit jeder Decade an Jahren sehr bedeutend, so betrug er beispielsweise bei den Güterzugs-Locomotiven der österreichischen Nordbahn im:

Jahre 1838 1848 1858 1868 »    1878

1888

6"46 Atmosphären 6-46 6-74

8-56

10- 30

11- 00

und haben wir eine stattliche Anzahl von Locomotiven, bei welchen er 12 Atmosphären beträgt. In dieser bedeutenden Vergrösserung der Dampfspannung liegt auch zum grossen Theile der Grund der wahrhaft überraschenden Leistungen unserer modernen Locomotiven, Leistungen, denen gegenüber die ersten Locomotiven wie Spielzeuge erscheinen.¹)

Der in das Innere des Cylinders eingetretene Dampf drückt auf den Kolben, dieser gibt dem Drucke nach und schreitet vor.

Würde nach Massgabe des Fortschreitens des Kolbens in den Cylinder stets frischer Dampf einströmen und den Cylinder füllen, wenn der Kolben an dem einen Ende seines Weges angelangt ist, so würde dessen Druck auf den Querschnitt des Kolbens während der ganzen Dauer der Bewegung ungeändert verbleiben, also in jeder Stellung des Kolbens dieselbe Grösse haben.

Die Oekonomie des Eisenbahnbetriebes gestattet jedoch nicht einen solchen Vorgang, er wäre") in den meisten Fällen eine Verschwendung der so kostspieligen Energie der Locomotive. Es genügt, die Cylinder nur zum Theile mit Dampf zu füllen und sodann die Verbindung mit dem Kessel abzusperren. Der in den Cylinder eingeschlossene Dampf hat das Bestreben, sich auszudehnen, und bewegt daher den Kolben, freilich mit einem Drucke, der in dem Maasse geringer wird, als der Dampf durch die Verschiebung des Kolbens sich Raum zu schaffen vermag (§. 59). Der Dampf übt also in jedem Punkte seines Weges einen anderen Druck auf den Kolben aus, dessen Druck ist daher eine veränderliche Grösse.

Würde für den im Cylinder der Locomotive abgesperrtem Dampf, das Mariotte sehe Gesetz gelten, so würde einem doppelten Wege des Kolbens die Hälfte des Druckes entsprechen.

Der mittlere Druck auf den Kolben wäre in einem solchen Falle die Hälfte zwischen Anfangs- und Enddruck. Betrüge der, auf die beschriebene Art ermittelte Dampfdruck p Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt, so würde dieser Mitteldruck einen gewissen Theil des Anfangsdruckes P ausmachen. Bezeichnet man das Verhältniss des mittleren Druckesp

zum Anfangsdrucke P mit a, so wird : a =

Gesetzt den Fall, wir lassen in den Cylinder so lange Dampf einströmen, bis der Kolben Vs seines ganzen Weges (Vs der Cylinderlänge) durchgemacht hat. Im Momente, als dies geschieht, d. h. im Augenblicke, als der Kolben Vs der Cylinderlänge durchlief, sperren wir den weiteren Dampfzufluss ab und überlassen den Dampf sich selbst. Dieser wird sich nunmehr ausdehnen und den Kolben vor sich schieben. Im Augenblicke als der Kolben am Ende seines Weges anlangt, nimmt der abgesperrte Dampf ein 5mal grösseres Volumen ein, als er im Momente der Absperrung des Zuflusses eingenommen hatte. Betrug der Anfangsdruck 10k® pro Quadrat-Centimeter Kolbenfläche, also 10 gesetzliche Atmosphären, so wird

— sein.

er am Ende des Kolbenlaufes auf:

10

— =2 Atmosphären sinken. Der mittlere 5

') Birk. Allgemeine deutsche Eisenbahn-Zeitung, Leipzig 1887, pag. 154.

Wir haben angenommen, dass der abgesperrte Dampf ursprünglich 7S, d. i. 20 Procent des Cylinder-Volumens eingenommen habe. Diesem Volumen gab man den Namen Fiillungsgrad, und wir sagen: der Füllungsgrad betrug 20 Procent. Beträgt, um allgemein zu sein, der Füllungsgrad a Procent des Cylinderinhaltes, so ist dem Gesagten zufolge der Enddruck

• P Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt, sobald P den

Anfangsdruck gleichfalls in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt bezeichnet. Der mittlere Dampfdruck p belauft sich sonach auf:

100

P(ł⁺ 25ö)

Kilogramm. Das Verhältniss des mittleren zum Anfangsdrucke ist daher:

P = ( — + - —)

P \2    200/

Für einen Füllungsgrad von 50 Procent beträgt das obige Druckverhältniss :

50 _ 3 200 “ 4

was besagen will, dass der mittlere Druck des Dampfes ³/₄ des Anfangsdruckes ausmacht, sobald die Dampfeinströmung in dem Augenblicke unterbrochen wird, in welchem der Kolben die Hälfte seines Weges zurückgelegt hatte. Würde der Dampf mit 8 Atmosphären Spannung in den Cylinder eingetreten sein, so würde bei einem Füllungsgrade von 50 Procent der mittlere Dampfdruck

CO

Dampfdruck beträgt sonach :

10 + 2

mehr:

6 Atmosphären, beträgt also nur — = 0⁻6 des Anfangsdruckes. In unserem Falle ist sonach: p = 6,

10

P = 10, daher: a =

10

= 0-6.

<8 = 6 Atmosphären, d. h. 6 Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenfläche betragen haben.

All diese Verhältnisse würden bestehen, wenn das Gesetz Mariotte Giltigkeit hätte. Dies ist jedoch für den im Cylinder abgesperrten Dampf nicht der Fall. Der im Cylinder abgesperrte Dampf verrichtet nämlich, indem er den Kolben vor sich herschiebt eine Arbeit. Jede Arbeit consumirt aber Wärme. Da eine solche dem Cylinder von Aussen nicht zugeführt wird, so muss der Dampf von seiner eigenen Wärme verlieren, d. h. er muss kälter werden. Kalt gewordener Dampf condensirt aber und hört auf Dampf zu sein, er wird zu Wasser. Im Cylinder haben wir sonach nicht mehr reinen Dampf, sondern ein Gemische von Wasser und Dampf und für ein solches gilt Mariotte's Gesetz nicht.

Aus der nachfolgenden, auf Grund directer Versuche aufgebauten Tabelle sind die Differenzen zu entnehmen, welche auf eine Kesselspannung von 8 Atmosphären sich beziehen:

Füllungsgrad in Procent des Kolbenlaufes

Mittlerer Druck des Dampfes vor dem Kolben

nach Mariotte

thatsächlich

Kilogramm pro Quadrat-Centi-meter Kolben-Querschnitt P ~

Verhältniss des mittleren Dampfdruckes zum Kesseldrucke

nach Mariotte

thatsächlich

a~(y)

10

4-00

4-40

0-50

0-55

20

5-04

4-80

0-63

0-60

30

5-92

5'20

0-74

0-65

40

6-48

5-60

0-81

0-70

50

7-04

6-00

0-88

0-75

60

7'36

6-40

0-92

0-80

70

7-68

6-80

0-96

0-85

Weiters ist zu berücksichtigen, dass der Kolben vor sich weder einen luftleeren Raum, noch atmosphärische Luft, sondern dass er Dampf findet, welcher von dem vorhergehenden Laufe her im Cylinder verblieb und nunmehr durch den vorwärts schreitenden Kolben herausgedrängt werden muss. Hiebei findet eine Compression des Dampfes statt. Der com-primirte Dampf verursacht einen Gegendruck, welcher von dem mittleren Drucke (vor dem Kolben) in Abschlag gebracht werden muss, wenn man den mittleren nutzbaren Druck im Cylinder erhalten will.

Dieser nutzbare Druck schwankt viel weniger mit dem Füllungsgrade, wie dies beim Druck vor dem Kolben der Fall ist. Aus nachstehender Tabelle, welche sich auf einen Kesseldruck von 8 Atmosphären bezieht, ist die Grösse des mittleren Gegendruckes hinter dem Kolben zu entnehmen, ebenso die Differenz beider Drucke, also der eigentlich nutzbare Druck, sowie das Verhältniss dieses nutzbaren Druckes zum Kesseldrucke.

Füllungsgrad des Cylinders mit Dampf

Mittlerer Dampfdruck in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt

von 8 Atmosphären, in Procent des Kolbenlaufes

vor

hinter

Differenz der beiden Drucke, also der mittlere nutzbare Druck

Verhältniss des mittleren nutzbaren Druckes zum Kesseldrucke

dem Kolben

10

4-00

1-79

2-21

0-28

20

30

5-04

5-92

1-82

1-82

3-22

4-10

0-40

0-51

40

6-48

1-82

4-66

0-58

50

7’04

1-82

5-22

0-65

60

7-36

1-81

3-55

0-69

70

7-68

L78

5-90

0-74

für welche wir anfänglich

Die Ziffern der letzten Colonne sind es auf Grund des Mariotte’schen Gesetzes die Formel:

a = (— +

\ 2 200/

aufgestellt haben, welche Ziffern aber diesem Gesetze nicht gehorchen.

Die mechanische Wärmetheorie lehrt zwar ein Gesetz aufzufinden, welches den thatsächlichen Verhältnissen ziemlich genau entspricht, und gibt auch die betreffenden Formeln an, doch sind dieselben für den Praktiker zu complicirt, wesshalb derselbe lieber zu Tabellen greift. Eine derartige Tabelle¹) folgt unten:

Füllungsgrad des Cylinders in Procent des Kolbenweges

auf den Kolben in Kilogr. pro Quadrat-Cent. _Querschnitt

Verhältniss des Kolbendruckes zum

Kesseldruck

Bei einem Kesseldrucke P von

Atmosphären beträgt

10

mittlerer Druck auf den Kolben in Kilogr. pro Quadrat-Cent.

Querschnitt

Verhältniss des Kolbendruckes zum

Kesseldruck

mittlerer Druck auf den Kolben in Kilogr. pro Quadrat-Cent.

Querschnitt

Verhältniss des Kolbendruckes zum

Kesseldruck

mittlerer Druck auf den Kolben in Kilogr. pro Quadrat-Cent. Querschnitt

Verhältniss des Kolbendruckes zum

Kesseldruck

*13

>o

10

0-54

043

1-37

0-23

2-21

0-28    3-03

0-30

20

1-09

0-27

2-14

0-35

3-22

0-40

4-28

0-43

30

1-56

0-39

2-83

0-47

4-10 j 0-51

538

0-54

40

1-87

0-47

3-27

0-55

4-66

0-58    6-06

0-61

50

2-17

0-54

3-69

0-61

5-22

0-65

674

0-67

60

2-35

0-60

3-94

0-66

5-55

0-69

7-14

0-71

70

2-51

1-63

4-18

0-70

5-90

0-74

7-54

075

Aus dieser Tabelle ersieht man, dass bei einer Dampfspannung von 10 Atmosphären (im Kessel) und einem Füllungsgrade von 70 Procent der mittlere Dampfdruck im Cylinder, ³/₄ jenes im Kessel beträgt, dass also jeder Quadrat-Centimeter Kolbenfläche unter einem Drucke von: 075X10—7'5 Kilogramm steht, sowie dass der mittlere nutzbare Druck auf den Kolben, bei einem Füllungsgrade von 50 Procent, auf: 0⁻54X10=5⁻4 Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenfläche sinkt.

Die oben mitgetheilte Grove' sehe Tabelle lehrt, dass das, einem bestimmten Füllungsgrade entsprechende Druckverhältniss : a =

variable Grösse sei.

(ł)

eine

So entsprechen beispielsweise bei einem Füllungsgrade von 50 Procent den Kesselspannungen: P = 6, 8, 10 Atmosphären der Reihe nach die Verhältnisse: a=0'61, 0'65, (P67. Das arithmetische Mittel dieser drei 0-61 + 0-65 + 0-67

Verhältnisse beträgt:

= 0‘643. Man könnte sonach,

sobald man sich mit Näherungswerthen begnügen darf, diesen Werth a = 0⁻643 als das mittlere Verhältniss ansehen, welches dem Füllungsgrade von a = 50 Procent entspricht; für einen Füllungsgrad von 70 Procent, findet 0-70 + 0-74 + 0-75

man : a

= 0*730. Berechnet man auf diese Weise

das mittlere Verhältniss a für die Füllungsgrade von 10 bis 70 Procent, so erhält man Zahlen, welche in der nachstehenden Tabelle unter Ueber-

’) Heusinger von Waldegg. Handbuch der speciellen Eisenbahntechnik, III. Band. Die Locomotive im Allgemeinen. Grove.

Schrift -»Grove«. enthalten sind. Diese Tabelle enthält ausserdem die Werthe von a, wie sie auf eine andere, hier nicht näher bezeichnete Weise durch die Ingenieure Borries¹), Pfeifer²) und Koch³) gefunden wurden.

Füllungs-grad des Cylinders in Procent des Kolbenhubes

Das Verhältniss des mittleren nutzbaren Dampfdruckes im Cylinder zum Dampfdrücke im Kessel beträgt nach

Grove

Borries

Pfeifer

Koch

10

20

30

40

50

60

70

0-270

0-393

0-507

0-580

0-643

0-687

0-730

0-153

0-318

0-446

0-549

0-627

0-690

0-737

0-188

0-308

0-408

0-486

0-523

0-564

0-603

0-135

0-270

0-405

0-540

0-675

0-810

0-945

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die .Werthe für a, welche man für verschiedene Füllungsgrade bei verschiedenen Dampfspannungen im Kessel erhält, aus einer einzigen Formel abzuleiten. So fand beispielsweise Welkner*) auf Grund sorgfältiger Untersuchungen, welche er diesfalls angestellt hatte, die Formel:

i-*

Yfa-2-2) .

.    .    (91

welche für die Füllungsgrade zwischen 25 — 75 Procent gilt, und in welcher bezeichnet:

das Verhältniss des mittleren nutzbaren Druckes auf den Kolbenquerschnitt zum Dampfdrücke im Kessel; die Einströmung (Admission) des Dampfes, in Procent des Kolbenhubes (Füllungsgrad).

Für einen Füllungsgrad von 70 Procent liefert diese Formel:

= 0'7

a = 9 (j/⁷⁰⁻²’²)

was besagen will,- dass der mittlere nutzbare Druck im Cylinder: 0-7X10=7 Kilogramm per Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt beträgt, sobald der Dampf im Kessel eine Spannung von 10 Atmosphären hat. Für dieselbe Dampfspannung liefert die Tabelle nach:

Grove ...7-50 Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt Borries . .7-37    ..    »    »    »    »

Pfeifer.. .6-03

Koch.. ..9⁻45    »    »    »    »    »

Welkner’s Formel liefert die Werthe von a, jedoch nur in einer groben Annäherung, wie dies schon daraus zu entnehmen ist, dass in derselben der Druck, mit welchem der Dampf in den Cylinder eintritt, gleich gross

¹

   Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1875.

²)    Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1885.

²

³)    Das Eisenbahn-Maschinenwesen, Wiesbaden 1879.

³

⁴)    G. Welkner. Die Locomotive, Göttingen 1859, pag. 68.

2 24 mit dem Drucke angenommen wird, welchen er im Kessel übt, was zur Voraussetzung hat, dass während des Weges vom Kessel zum Cylinder keinerlei Spannungs-Verluste stattfinden, was aber bekanntlich nicht der Fall ist. Die Erfahrung lehrt vielmehr, dass, sobald der Dampfdruck im Kessel 8'5 Atmosphären beträgt, derselbe bei einem Füllungsgrade von ³/s auf 7⁻4, bei ⁴ s auf 8‘1 und bei ⁶/₈ auf 8’4 Atmosphären sinkt.

In der Absicht, diesen Verhältnissen Rechnung zu tragen, stellte Clark¹) eine Formel für den mittleren Dampfdruck im Cylinder auf, und gab ihr die folgende Gestalt:

— 28

p = — ( 13-5 ]/a F 100\ F

Hier bezeichnet p den Druck in Atmosphären, mit welchen der Dampf in den Cylinder eintritt, der also, wie soeben bemerkt, eine variable, von dem Füllungsgrade a abhängige Grösse ist.

Die Clark’sehe Formel ist jedoch für den Praktiker viel zu complicirt, und erreicht sonach den beabsichtigten Zweck, Tabellen zu umgehen, nur unvollkommen, weil für die Werthe von p' dennoch eine Tabelle erforderlich ist.

Begnügt man sich mit einer oberflächlichen Schätzung des Verhältnisses a, so kann an Stelle der oben mitgetheilten Tabelle recht gut die empirische Formel²):

ÎI

74

(92

treten, weil dieselbe höchst einfach ist, und doch Werthe für a liefert, welche ziemlich nahe an jene Werthe sich anschliessen, welche die obige Tabelle für die verschiedenen Admissionsgrade liefert.

In dieser Näherungsformel bezeichnet sonach: a . . das Verhältniss des mittleren nutzbaren Dampfdruckes (auf den Kolbenquerschnitt) im Cylinder zum Dampfdrücke im Kessel: a. . .die Admission des Dampfes in Percenten des Kolbenhubes oder den sogenannten Füllungsgrad.

Für einen Füllungsgrad von 30 Procent liefert beispielsweise diese 30

Koch'sehe Formel: a =— = 0’405, während man hiefür erhält nach Grove 74

0’507, nach Borries 0'446 und nach Pfeifer 0‘408.

Bezeichnet P den Kesseldruck in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kesselwand, so beträgt der mittlere nutzbare Dampfdruck im Cylinder: p = aP Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt, wobei a entweder aus den aufgeführten Tabellen, aus Welkner’s Formel Nr. 91 oder aber, falls es sich nur um Näherungswerthe handelt, aus Koch’s Formel Nr. 92 zu entnehmen ist.

Für die preussische Normal-Güterzugs-Locomotive, bei welcher die Dampfspannung im Kessel 11 Atmosphären beträgt, ist nach Kaven³):

zu setzen.

⁴ ₅/a Kilogramm

9 Clark. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, 1879, pag. 22.

-) Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, 1879, pag. 23, woselbst a = 0-0135 a gesetzt ist. ³) Kaven. Zeitschrift des Ingenieur- u.Architekten-Vereines zu Hannover, 1887, Heft 4, pag. 335-

Gewöhnlich arbeiten unsere Locomotiven mit Füllungsgraden zwischen 50 und 55 Procent; für derlei Füllungsgrade liefern aber die obigen Tabellen sowie die angeführten Formeln a

0-65.

Man hat daher, falls man sich mit einem rohen Näherungswerthe zufrieden geben will, für den nutzbaren mittleren Druck im Cylinder die Formel:

.    .    (93

p = 0-65 P .    .

wobei bezeichnet:

p .. .den mittleren nutzbaren Dampfdruck im Cylinder, gemessen in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt.

P...den Dampfdruck im Kessel, in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kesselwand.

Für eine Dampfspannung von 10 Atmosphären (Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kesselfläche) würde sonach der mittlere Dampfdruck im Cylinder, welchen man nutzbringend verwerthen kann: p = 0-65X 10 = 6⁻5 Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt betragen, und dies ist auch der Dampfdruck, mit welchem in Europa allgemein gerechnet wird.¹)

§• 59.

Die Expansion des Dampfes.

Wer einmal siedendes Wasser in einem Topfe wallen sah, der wird wohl von der Kraft des Dampfes eine unbestimmte Ahnung gehabt haben, eine Ahnung, welche gewiss schärfer zum Ausdrucke kommen musste, als bemerkt wurde, dass diese Kraft den Deckel des Gefässes in die Höhe heben könne. Hiebei mochte sich wohl die Frage aufgedrängt haben, ob denn die Kraft des entweichenden Dampfes auch zureichen würde, den Deckel auch dann zu heben, wenn derselbe belastet worden wäre. Obgleich der Mensch zur Stellung derlei Fragen durch die alltäglichen Erscheinungen gewissermassen aufgefordert wurde, so unterblieb diese Fragestellung dennoch Jahrhunderte lang.

Watt*) kam zwar (1769) auf den Gedanken, den Dampfzutritt in das Innere des Cylinders schon abzusperren, bevor noch der Kolben das Ende seines Laufes erreicht hatte, so dass also der abgesperrte Dampf (ohne frischen Nachschub) den Kolben bis zum Ende seines Weges treiben sollte, und verwirklichte sogar denselben (1778), doch ahnte er noch nicht die volle Tragweite dieser seiner Einrichtung (§. 57). Evans in Amerika scheint der Erste gewesen zu sein, welcher klar aussprach, dass die Macht des Dampfes nicht in der Eigenschaft liege, durch Abkühlung sich stark zusammenzuziehen, also einen leeren Raum zu erzeugen, welchen die umgebende Luft auszufüllen bestrebt ist, und bei welcher Gelegenheit dieses ihr Bestreben für mechanische Zwecke verwerthbar wird, sondern vielmehr in der Eigenschaft, dass der im Cylinder eingesperrte Dampf vermöge der zu seiner Bildung aufgewendeten Wärme das Bestreben habe sich auszudehnen, also fähig ist, eine Arbeit zu leisten, sobald ihm Gelegenheit geboten wird, sich ausdehnen zu können.

b Schweizerische Bauzeitung, Zürich 1884, Bd. IV, pag. 93. '-) Rühlmann. Maschinenlehre, Bd. I, pag. 409.

15

Die in mechanische Arbeit umwandelbare Wärme von 1 kg Dampf, der die Spannung einer Atmosphäre hat, beträgt (§. 54) 40'10 Calorien, während jene eines Kilgrammes Dampf, der eine Spannung von 3 Atmosphären hat, 42’85 Calorien ausmacht. Die nach aussen nutzbar verwendbare Wärme von 1kg Dampf, der im Cylinder eingeschlossen ist und eine Spannung von 3 Atmosphären hat, beträgt sonach (42⁻85 — 40-10) = 2"75 Calorien. Diese Wärme ist aber gleichwerthig einer mechanischen Arbeit von: 2-75 X 425 = 1 168'75 Meter-Kilogramm. Zur Erzeugung* von 1 kg Dampf, dessen Spannung 3 Atmosphären beträgt,- braucht man aber 647 Calorien (Formel 77). Eine Calorie liefert daher, sobald man mit Dampf

1168-75 647

von 3 Atmosphären Spannung arbeitet:

= 1*8 Meter-Kilogramm

mechanischer Arbeit.

Bei einer Dampfspannung von 11 Atmosphären beträgt die nutzbar verwerthbare Wärme: (46"19 — 40-10) = 6"09 Calorien, ist also im Stande, eine Arbeit von: 6"09 X 425 = 2588"25 Meter-Kilogramm zu verrichten. Da zur Erzeugung von 1kg Dampf eines so hochgespannten Dampfes 662'33 Calorien erforderlich sind, so leistet eine Calorie eine Arbeit von:

3-08

2588-25

662-33

= 3-08 Meter-Kilogramm, also eine

= l’7mal mehr als

1-80

früher, wo die Spannung des Dampfes nur 3 Atmosphären betrug. Mit demselben Aufwande von Wärme hat man sonach bei Anwendung eines Dampfes von 11 Atmosphären Spannung, l'7mal mehr Arbeit erhalten, als dies bei Verwendung eines Dampfes der Fall gewesen, welcher nur drei Atmosphären Spannung hatte.

Der Vortheil der Expansion kann übrigens auch noch auf eine andere Weise zum Ausdrucke gebracht werden.

Wird die Dampfzuströmung in das Innere des Cylinders in dem Momente unterbrochen, als der Kolben den dritten Theil seines Weges zurückgelegt hat, und lässt man den Kolben von da ab durch die Kraft der Ausdehnung des Dampfes seinen Weg vollenden, so beträgt der mittlere Dampfdruck auf dessen Querschnitt, wie er während des ganzen Kolbenlaufes herrscht, laut Formel 91 (pag. 223):

cd : oo

(y

33-33 — 2-2j= 3

Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenfläche, sobald die Spannung des Dampfes im Kessel 8 Atmosphären betrug (§. 54). Gerade denselben Druck würde man natürlich erzielt haben, wenn man, statt mit Expansion zu arbeiten, die ununterbrochene Dampfzuströmung nicht beirrt hätte, dafür aber einen Dampf von 3 Atmosphären angewendet haben würde.

Man erzielt sonach denselben Effect, ob man den Cylinder mit Dampf von 3 Atmosphären ganz füllt, oder aber, ob man den Cylinder mit Dampf von 8 Atmosphären Spannung bis Vs seines Inhaltes ausfüllt. Hieraus folgt, dass 1 kg von 3 Atmosphären Spannung gerade so viel Arbeit leistet, als Vs Kilogramm eines Dampfes von 8 Atmosphären Spannung leisten würde. Nunmehr entsteht die Frage, was vortheilhafter sei, 1 kg Dampf von 3 Atmosphären Spannung oder Vs Kilogramm von 8 Atmosphären zu verwenden?

Man erhält auf diese Frage sofort eine Antwort, sobald berechnet wird, wie viel Wärme zur Erzeugung des Dampfes in beiden Fällen aufgebraucht wird.

Dampf von 3 Atmosphären Spannung hat eine Temperatur von 132'8° C., jener von 8 Atmosphären, eine solche von 169⁻46n C.(pag. 203). Um aus 1 ks Wasser, Dampf vón 132-8" C. zu erhalten, muss man (Formel 77):

K₃ = 606-6 + 0-305 X 132-8 = 647

Calorien verausgaben, während für die Erzeugung eines Dampfes von 8 Atmosphären Spannung ein Wärmeaufwand von:

Ks = 606-6 + 0-305 X 169-46 = 658

Calorien erforderlich ist. Da jedoch von diesem Dampfe nur der dritte Theil jener Menge aufgeht, welche man braucht, sobald nieder gespannte Dämpfe zur Verwendung gelangen, so beträgt die Wärmeausgabe bei Verwendung

von hochgespannten Dämpfen nur:

216 Calorien. Die Erzeu-

X 658 =

3

gung gleichwerthiger Mengen hochgespannter Dämpfe ist also billiger als die Erzeugung der vollen Menge niedergespannter Dämpfe, und stehen dies-fällige Kosten im Verhältnisse von 216 : 647, also im Verhältnisse von 1:3.

Der grosse Vortheil der Expansion kommt so recht zum Ausdrucke, wenn man den mittleren Druck "im Cylinder während der Expansion mit dem Drucke vergleicht, welcher entstehen würde, wenn man dieselbe Menge Dampf ohne Expansion (also in kleineren Cylindern) auf den Kolben wirken lassen würde.

Wird Dampf von 9 Atmosphären Spannung in den Cylinder eingelassen, und dessen Zutritt im Momente abgesperrt, als der Kolben die Mitte des Cylinders erreicht, also die Hälfte seines Weges durchlaufen hat, so wird er daselbst einen doppelt so grossen Raum einnehmen, nachdem der Kolben seinen Weg beendigt hat. Der mittlere Druck eines so expansirenden Dampfes wird also (Formel 9l):

CD CD

Ol

to

to

Cn

Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt betragen. Die Sache würde sich also in diesem Falle gerade so darstellen, als wenn der ganze Cylinder mit Dampf von 5 Atmosphären Druck angefüllt worden wäre. Würde man den Cylinder mit dem thatsächlich dort vorhandenen Quantum von einem halben Cylinder-Volumen füllen können, ohne dass der Dampf zur Expansion gelangen würde (man müsste einen halb so grossen Cylinder

g

anwenden), so würde der Kolbendruck - — 4'5 Atmosphären betragen.

Der Volldruck des nicht expandirenden Dampfes beträgt sonach Dv = 4'5k£ pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt, ist also kleiner, als der mittlere Kolbendruck Dm des expandirenden Dampfes. Ein Füllungsgrad von 50 Procent ist also noch von Vortheil.

15*

Würde man einen stärkeren Füllungsgrad anwenden, beispielsweise mit einem Füllungsgrade von 80 Procent arbeiten wollen, so würde in einem solchen Falle der mittlere Kolbendruck:

CO CO

° I co

LO

to

Ci

der Volldruck dagegeh: Dv= 0‘8 X 9 = 7,2k& pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt betragen.

Der mittlere Kolbendruck würde sonach in einem solchen Falle kleiner werden, als der Volldruck. Ein Füllungsgrad von 80 Procent bringt daher keinen Vortheil mehr.

Jene Füllungsgrade, bei welchen der mittlere Druck Dm des expan-direnden Dampfes auf den Kolben grösser ausfällt, als der Volldruck Dv derselben Menge eines nicht expansirenden Dampfes werden noch einen Vortheil bringen, können daher zur Anwendung gelangen. Führt man dieselbe Rechnung allgemein durch, berechnet nämlich den mittleren Druck im Cylinder nach Formel 91 auf:

Dm ^m

den Volldruck dagegen, welcher derselben Dampfmenge entspricht, nach Formel: Dv

100

•P wobei a den Füllungsgrad in Procenten des Kolbenlaufes, P die Dampfspannung im Kessel bezeichnet, so erhält man die nachstehende Tabelle:

Für den Füllungsgrad a gleich

Druck auf den Kolben

10 j 20    | SO

40

50

60    70    80

Procent des Kolbenlaufes, erhalten die Drucke auf den Kolben folgende Werthe in Kg. pro Quadrat-Centimet. Kolbenquerschnitt

Mittlerer Druck Dm Volldruck Dv.........

0-07    0-11

|

0-08 0-10

0-25

0-31

0-20

0-30

0-48    0-54 0-63

0-40 0-50    0-60

0-67    0-75

0-70    0-80

welche ersehen lässt, dass für den Füllungsgrad von 8 Procent der Volldruck grösser ausfällt als der mittlere Dampfdruck, dass dasselbe bei dem Füllungsgrade von 70 Procent zutrifft, dass jedoch für alle Füllungsgrade, welche innerhalb dieser Grenzen liegen, das Umgekehrte der Fall ist, dass also die Expansion nur dann von Vortheil ist, wenn sie zwischen den obigen Grenzen der Füllungsgrade angewendet wird. Es braucht nicht besonders hervorgehoben zu werden, dass man diese Grenzwerthe durch Auflösung der Gleichung: Dm=Dv also durch Auflösung der Gleichung:

100

— 2-2

liefert.

rindet, welche Gleichung die Werthe a =

| 9-13 165-43

In der Praxis liegen die Grenzen der Verwendbarkeit der Expansion etwas enger aneinander, und zwar aus dem nachstehenden Grunde :

Während der Expansion findet nämlich eine theilweise Condensation des Dampfes statt, so dass die Temperatur des verbliebenen Dampfes stets dem betreffenden Drucke und Sättigungspunkte entsprechen wird. Es herrschen somit bei starker Expansion in einem Cylinder zu Anfang und zu Ende derselben sehr verschiedene Temperaturen. Die Wände des Cylinders, der Kolben und der Deckel werden daher eine mittlere Temperatur an-nehmeh. Da nun gegen Ende der Expansion und namentlich während der Ausströmung der Dampf mit einer grösseren Fläche in Berührung ist, so wird während dieser Zeit der Dampf eine erhebliche Menge von Wärme von diesen Flächen aufnehmen und mit sich fortführen, wodurch der Cylinder abgekühlt wird. Strömt nun wieder frischer Dampf ein, so condensirt sich ein Theil desselben an den abgekühlten Wänden, wodurch er natürlich an Arbeitsfähigkeit verliert.

Diese rasche Condensation des Dampfes ist eine der Hauptursachen, wesshalb die Expansion über eine gewisse Grenze hinaus aufhört, ökonomisch zu sein.

Der Wunsch, die Vortheile hoher Expansion zu erlangen, führte auf den Gedanken, die Expansion in mehreren (gewöhnlich zwei) Cylindern in der Weise stattfinden zu lassen, dass der Dampf nach Arbeitsverrichtung im ersten Cylinder beim Kolbenrückgang statt in’s Freie, in einen zweiten Cylinder von wesentlich grösseren Dimensionen tritt, um die Expansion hier fortzusetzen. Hierdurch wird jene Wärme, welche durch Nachverdampfung im kleinen Cylinder nicht ausgenützt werden konnte, im grossen Cylinder wieder nutzbar gemacht. Ausserdem wird der, durch die schädlichen Räume des Cylinders und die Undichtheiten des Kolbens verursachte Dampfverlust wesentlich vermindert, sowie ein gleichmässiger Druck auf die Kolben erzielt.

Ingenieur Malet in Paris baute zuerst (1877) Locomotiven nach diesem System und nannte sie Compound-Locomotiven. Die erste derartige Compound-Maschine, welche auf einer Bahn des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen lief, war die Maschine »Nagy-Maros« der Kaiser Ferdinands-Nordbahn, welche (1879) nach System Malet umgebaut wurde.¹)

Um beim Anziehen schwerer Züge möglichst grosse Zugkraft auszuüben, ist es wünschenswerth, -für kurze Zeit den vollen Dampfdruck auf den kleinen Kolben und gleichzeitig einen, den grösseren Dimensionen des anderen Kolbens proportional verkleinerten Druck im grossen Cylinder auszuüben. Zu diesem Zwecke wird zwischen dem grossen Cylinder und dem Verbindungsrohre (Receiver) ein Abschlussventil angebracht, welches beim Anfahren den Zutritt des dem grossen Cylinder durch eine enge Oeffnung zugeführten direden Dampfes von verringerter Spannung in das Verbindungsrohr hindert und somit keinen Gegendruck auf den kleinen Kolben gelangen lässt.

Nach Beginn der Bewegung tritt der Dampf aus dem kleinen Cylinder in das Verbindungsrohr so lange über, bis der Druck daselbst demjenigen im Schieberkasten des grossen Cylinders gleich geworden ist, worauf sich das Abschlussventil öffnet und die Verbindung zwischen beiden Cylindern herstellt. Zugleich wird durch die Bewegung des Ventiles der Zufluss directen Dampfes zum grossen Cylinder abgesperrt, so dass die Locomotive

!) Malet. Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 243.

als Compound-Maschine weiter arbeitet. Der Dampf tritt aus dem Schornsteine der Compound-Locomotive stets etwas nass heraus; dies ist kein Zeichen des sogenannten Spuckens, es rührt vielmehr davon her, dass dem austretenden Dampfe Wärme entzogen wurde, welche, wie wir sahen, sich in Arbeit verwandelt hatte.

Die Hauptvorzüge der Compound-Locomotive, gegenüber solcher mit gewöhnlicher Anordnung der Cylinder, sind nach Borries*), dessen Aufsätze die vorstehenden Betrachtungen entnommen wurden, ein geringerer Brennmaterial-Verbrauch (15 — 20 Procent) bei gleicher Leistung und eine grössere Leistungsfähigkeit (5 —10 Procent) der Locomotive bei gleichem Gewichte.

Ueber das Ergebniss der Anwendung des Compound-Locomotiv-Systems hat die Praxis ihr letztes Wort noch nicht gesprochen, und ist die Frage noch offen, ob die wirthschaftlich vortheilhaftere Dampfverwendung der Compound-Locomotive im Verhältnisse zu den grösseren Kosten steht, welche die Schmierung und Unterhaltung derlei Maschinen verursacht. So viel dürfte jedoch sicher sein, dass die Anwendung von Compound-Maschinen eine grosse Bedeutung in Ländern hat, wo die Preise des Brennstoffes hohe sind.

§. 60.

Dampfverbrauch und Fahrgeschwindigkeit.

Im vorhergehenden Paragraphe wurde gezeigt, dass die Geschwindigkeit der Fahrt durch jene Geschwindigkeit bedingt ist, mit welcher der Kolben im Cylinder sich bewegt. Da die Ursache der Bewegung des Kolbens die Einströmung des Dampfes in den Cylinder ist, so muss zwischen der Dampfeinströmung (Admission) und der Kolbengeschwindigkeit ein Zusammenhang bestehen. Dieser Zusammenhang soll nun aufgesucht werden.

Wenn der Kolben seinen Lauf einmal in der Secunde vollbringen würde, so würde nach jedem Kolbenlaufe gerade soviel Dampf in den Cylinder einströmen, als er fasst; sein Volumen würde jede Secunde angefüllt sein. Fasst der Cylinder 100 Liter Dampf, so würden nach jedem Kolbenhübe 100 Liter Dampf in dessen Inneres gelangen. Macht der Kolben in der Secunde zweimal seinen Weg, entleert sich also der Cylinder zweimal pro Secunde, so wird die aus der Schieberkammer pro Secunde einströmende Dampfmenge nicht mehr voll nach jedem Kolbenhübe in den Cylinder gelangen, sie wird sich auf 2 Raten vertheilen; nach jedem Kolbenhübe gelangt also 100

nur mehr

— = 50 Liter Dampf in den Cylinder. Werden 5 Kolbenhübe pro

Secunde gemacht, so beträgt die Admission des Dampfes nach jedem solchen 100

= 20 Liter.

Kolbenhübe nur mehr

Wir sehen sonach, dass die Menge Dampf, welche nach jedem Kolbenhübe in das Innere des Cylinders gelangt (die Füllung), desto kleiner wird,

Borries. Ueber Compound-Locomotiven, Berlin, 1885.

je schneller der Kolben sich bewegt. Setzt man voraus, dass die Dampf-production des Kessels unabhängig ist von der Fahrgeschwindigkeit (§. 56) und werden dem Locomotivkessel i Cubik-Meter Dampf pro Secunde entnommen, so vertheilt sich diese pro Secunde zufliessende Dampfmenge auf

(4)

Cubik-

die beiden Cylinder der Maschine, so dass in eine Schieberkammer

Meter Dampf pro Secunde gelangen werden. Durchläuft der Kolben #-mal pro Secunde seinen Weg, so beträgt die Einströmung nach einem jeden Kolbenhübe (die Füllung):

CO

Cubik-Meter Dampf. Fasst der Cylinder KCubik-Meter, so beträgt die Füllung:

to

50 i

K.x

grad, so ist: a =

Procente des Cylinder-Volumens. Bezeichnet a die Einströmung in Procenten des Cylinder-Volumens oder auch, wie man zu sagen pflegt, den Fiillungs-50 . i K. x

Während einer Radumdrehung durchläuft der Kolben seinen Weg zweimal, n Radumdrehungen entspricht also eine Kolbenfrequenz x=2n.

D . 7t

Während einer Radumdrehung schreitet aber der Zug um

wärts, sobald D den Durchmesser des Treibrades in Centimetern bezeichnet. Macht das Rad n Umdrehungen pro Secunde, so legt der Zug einen Weg

100

Meter vor-

von: c

Dît

100

• n Meter zurück.

Weil aber dem Vorigen zufolge: n —

-, so folgt: x =

2 X 10*. c

D . 7t

Dieser Werth von x ist also in den Ausdruck für a einzusetzen, wobei jedoch das Volumen i des Cylinders durch dessen Dimensionen

entsprechend auszudrücken ist. Bezeichnet l die Länge des Cylinders in Centimetern, d den Durchmesser desselben gleichfalls in Centimetern, so beträgt:

l. d .7t "

4 . 10ü

Cubikmeter. Durch Einsetzung der Werthe von x und i in den Ausdruck für die Admission a des Dampfes, erhält man:

a. c = 10Ö

(b)

wobei der Kürze halber gesetzt wurde:

/.d*

In der Regel wird die Feuerung unter dem Kessel nicht bis zur äussersten Grenze, d. h. nicht so weit getrieben, als man auf die volle Leistungsfähigkeit der Heizfläche rechnen könnte. In Folge dessen wird nicht die ganze pro Secunde producirte Menge i des Dampfes in die Schieberkammer gelangen, sondern nur ß Procent derselben.

In einem solchen Falle muss in die obige Formel an Stelle von i

•i kommen. Man erhält sonach die Gleichung:

der Ausdruck:

100

a . c = 10*.

»(;>

Bezeichnet man der Kürze halber den constanten Werth mit B so

hat man:

.    .    (94

für den gesuchten Zusammenhang, welcher zwischen dem Dampfverbrauch und der Fahrgeschwindigkeit besteht.

Hiebei bezeichnet:

Sl . . die Dampfadmission, in Percenten des Kolbenlaufes, oder den sogenannten Füllungsgrad der Locomotive, d. i. jenen Theil des Cylinder-Volumens (in Procent des ganzen Cylinder-Volumens ausgedrückt), welcher nach jedem Kolbengange durch den eintretenden Dampf ausgefüllt werden würde, wenn der Dampf sich nicht ausdehnen könnte ;

C . . . die Fahrgeschwindigkeit der Locomotive, in Metern pro Secunde:

B = 10*. ß

/ d*

Strenge genommen ist B keine Constante, weil sie von der secundlichen Dampfproduction i abhängt, diese Grösse aber eine Function der Fahrgeschwindigkeit ist, indem sie mit dieser Geschwindigkeit zunimmt (§. 56, pag. 211). Das Gesetz dieser Zunahme ist zwar mit voller Sicherheit noch nicht erschlossen, es lässt sich jedoch unter dem Bilde einer Curve darstellen, welche, bei der Fahrgeschwindigkeit Null mit der natürlichen sehr geringen Verdampfung beginnend und zuerst rasch ansteigend, bei 3 bis 4 Radumdrehungen für die Secunde ihren höchsten Werth erreicht, um dann wegen Zunahme der Widerstände wieder langsam zu sinken¹).

Es lehrt die Erfahrung, dass, sobald N die Anzahl der Pferdekräfte bezeichnet, welche die Locomotive pro Secunde leistet, und der Dampfdruck im Kessel (nicht im Cylinder) P Kilogramm pro Quadrat-Centimeter der

Kesselwand (P Atmosphären) beträgt, nahezu die Relation: i ß = 0*555

besteht. Wird dies berücksichtigt, so erhält man:

B = 5550.

U.P

.    .    (95

eine Relation, welche eine approximative Berechnung der Constanten B

J) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, Heft 213, pag. 167.

gestattet, sobald der Dampfdruck im Kessel und der Nutzeffect der Locomotive bekannt sind.

In den Formeln 94 und 95 bezeichnet:

i . . . die Dampfproduction des Kessels, in Cubikmetern pro Secunde ; ß ... die Dampfentnahme aus dem Kessel, in Procent der Gesammt-production desselben;

P. . . den Dampfdruck im Kessel, gemessen in Atmosphären (in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter der Kesselwandung); l ... die Länge des Dampfcylinders oder den sogenannten Kolbenhub, in Centimetern ;

d...den Durchmesser des Cylinders, in Centimetern;

D . . den Durchmesser des Treibrades, in Centimetern.

Für die preussische Normal-Güterzugs-Locomotive fand Kaven¹) B=139'6, so dass also für derlei Locomotiven die Relation: a . c=193'6 besteht.

Aus der vorstehenden Darstellung ist zu ersehen, dass die Kolbengeschwindigkeit der Locomotive eine Folge ihrer Kraftäusserung ist, also durch die Energie der Dampfentwicklung, respective Dampfeinströmung in den Schieberkasten bedingt wird.- Es ist also ein Irrthum, die Geschwindigkeit als ein Element der Kraftäusserung der Maschine anzusehen, wie dies manchesmal zu geschehen pflegt. Nicht darum, sagt Czernin²), weil eine Locomotive so und so viele Radumdrehungen pro Minute macht, repräsentirt sie eine Macht, sondern weil sie so kräftig ist, vermag sie eine solche Geschwindigkeit zu erreichen.

Die Gleichung 94 lehrt, dass das Product aus Admission und Fahrgeschwindigkeit für eine jede Locomotive zwar ein anderes, für eine und dieselbe Maschine aber ein constantes ist. Dies ist ein wichtiges, wenngleich vielleicht wenig bekanntes oder nicht genug erkanntes Gesetz, denn es gestattet, die Kraft zu berechnen, welche eine Locomotive entwickeln muss, um eine bestimmte Geschwindigkeit zu erreichen.

Beispiel: Eine 7-92 Kilometer lange Bahn sollen die Züge in je 20 Minuten durchlaufen. Die Locomotive, welche diese Züge führt, arbeitet mit einem Dampfdrücke von 10 Atmosphären. Deren Leistungsfähigkeit soll jedoch nur mit 60 Procent ihrer Dampfproduction in Anspruch genommen werden. Die Hauptdimensionen dieser Maschine sind:

Cylinder-Durchmesser

Kolbenhub...........

Treibrad-Durchmesser Heizfläche............

30 Centimeter

50

120

100 Quadrat-Meter.

Es fragt sich, wie viel Dampf in den Cylinder nach jedem Kolbenhübe einströmen müsse (wie gross der Füllungsapparat sein müsse), damit die verlangte Fahrgeschwindigkeit erreicht werde ?

Auflösung : Da die Heizfläche 100 Quadrat-Meter beträgt, und man vorauszusetzen berechtigt ist, dass der Kessel pro Quadrat-Meter seiner Heizfläche stündlich 36 Kilogramm Wasser verdampfen wird, so beträgt die stündliche Dampfproduction 3600 Kilogramm. Pro Secunde liefert sonach der Kessel 1 Kilogramm Dampf von 10 Atmosphären Spannung. Da aber 1 Kilogramm eines solchen Dampfes ca. l/₆ Cubik-Met. einnimmt (§. 54, pag.203), so beträgt die secundliche Dampfproduction

= 6'6 Meter pro

V₅ Cubik-Meter, da die verlangte Fahrgeschwindigkeit des Zuges:

7-92 X 1000 “20 X 60

pag. 385.

V Kaven. Zeitschrift des Architekten- und Ingenieur-Vereines zu Hannover, 1887, Heft 4,

²) R. Graf Czernin. Ideen zum Locomotivbaue, Prag 1879.

Secunde beträgt, so hat man: ß = 60, i = .,/₅, c = 6⁻6, 1 = 50, d = 30 und D = 120, mithin:

50 X 30a

120

— = 375

B = 10⁴•60 •

V«

375

: = 330.

330    330

Man hat daher: a . c = 330, woraus: a = — = g-g — 50 Procent sich ergibt.

Die Cylinder der Locomotive müssen also zur Hälfte mit Dampf gefüllt werden. Weil aber in den Schieberkasten: 0'6 X Vs = 002 Cubik-Meter = 120 Liter Dampf pro Secunde eintritt, so erhält

ein Schieberkasten :

120

~2

= 60 Liter. Nach jedem Kolbengange werden daher: 0'5 X 60 = 30 Liter

Dampf in das Innere . eines jeden Cylinders eintreten können. Würde man jedoch die Dampf-production der Locomotive nicht kennen, dafür aber wissen, dass die Locomotive bei einer Dampfspannung von 10 Atmosphären im Kessel, eine Arbeit von 200 Pferdekräften zu liefern im Stande ist, so

= 296 finden. Die Dampf-Admission müsste also bei einer solchen

würde man : B = 5550 •

200

Locomotive: a =

296

375 X 10

= 45 Procent des Kolbenhubes betragen (der Füllungsgrad müsste 45 Procent

sein), sobald die Locomotive mit einer Geschwindigkeit von 6⁻6 Meter pro Secunde sich bewegen soll.

6-6

VI. ABSCHNITT.

Die Locomotive.

§.61.

Das Werden der Locomotive.

Um dem Landtransporte die Vortheile der Maschinenarbeit zuzuwenden, hatte man den Strassenfuhrwerken statt der Pferde, durch deren Kraft sie gezogen wurden, eine Dampfmaschine vorgespannt. Wenngleich die so erfundenen Dampf-Strassenwagen nur unvollkommen ihrem Zwecke entsprachen, so mochten sie doch bei den Eigenthümern der damaligen Pferdebahnen den Wunsch rege gemacht haben, auch hier die Kraft der Pferde durch jene des Dampfes ersetzt zu wissen.

Trevethik, der Monteur der vielen stabilen Dampfmaschinen, welche in Cornwalls Kohlenwerken für Zwecke des Wasserschöpfens aufgestellt worden waren, war es, der zuerst (1803), und zwar zielbewusst die Idee fasste, die Pferde der Kohlenbahnen durch ortsverändernde Maschinen zu ersetzen. Der Idee folgte rasch die That, denn schon am 13. Februar des Jahres 1804 findet mit einer hiefür erbauten Maschine die Probe statt, und dies ist die erste Locomotü fahrt, von der wir überhaupt Kunde haben. Die betreffende Locomotive, damals Tramwagen genannt (der Name Locomotive kommt erst in der Zeit von 1815— 1820 vor), war den Dampfkutschen nachgebildet gewesen, welche auf den Strassen verkehrten. Sie besass einen cylindrischen Kessel, innerhalb welchem Rost und Rauchrohr lagen. Der Dampf wurde, nachdem er seine Arbeit in dem einzigen (horizontal mon-tirten) Cylinder dieser Maschine verrichtet hatte, in den Schornstein gelassen; hiedurch wurde der Luftzug befördert, welcher zum Anfachen der Gluth des Feuerungsmateriales nothwendig war. Mit dieser Maschine wurde Eisen von den Hochöfen Pennydarrans in die Schmiede verführt, und diente die Maschine diesem Zwecke recht gut, versagte jedoch den Dienst, als sie einmal eine grössere Ladung erhielt, welche sie niederwärts nach dem Bassin zu bringen hatte. Es brachen nämlich unter dieser Last die gusseisernen Schienen der Trambahn in solcher Menge, dass an einen regelmässigen und ökonomischen Dienst nicht mehr zu denken war.

Nichtsdestoweniger lenkte diese Maschine die Aufmerksamkeit der Besitzer der Kohlengruben Englands auf sich, da sie versprach, den Transport von Kohle und Erzen billiger zu besorgen, als dies durch Pferde zu erzielen war, und war es Blacket, der Eigenthümer einer der grössten Kohlenwerke des Nordens, welcher den Entschluss fasste, die Experimente, welche in Pennydarran zu keinem guten Ergebnisse führten, wieder aufzunehmen.

Zu diesem Zwecke war nach Angaben Trevethik’s eine besondere Maschine gebaut worden, und wurde in Wylani s Kohlenwerken eine provisorische Schienenbahn hergestellt, auf welcher die neue Maschine ausprobirt werden sollte. Es zeigte sich, dass diese Maschine zu leicht war, um die schweren Kohlenzüge führen zu können, sie wurde daher von den Rädern abgetrennt und zum Betriebe vo.n Gebläsen verwendet. So wenig befriedigend auch dieses Resultat sein musste, es hat Trevethik vor weiteren Versuchen nicht abgeschreckt; er baute nämlich eine neue Maschine und bestimmte sie zur Schau für das Londoner Publikum. Die betreffenden Schaufahrten fanden richtig ( 1808) innerhalb eines eingesäumten Platzes auf einer ovalen Bahn statt und lief die neue Maschine, welche von Trevethik’s Schwester den Namen »Catch me who cami (fange mich wer kann) erhielt, mit einer Geschwindigkeit von 24km pro Stunde.

Obwohl das Publikum recht zahlreich sich einfand, und das Interesse für die Sache recht lebhaft war, ging doch nicht genug Geld ein, um die Kosten des Platzes und der Maschine zu decken. Hierzu kamen Streitigkeiten mit den Grundbesitzern, die Ungunst der allgemeinen Zeitverhältnisse, und als gar eines Tages, in Folge des Bruches einer Schiene, die Locomotive nach der Tangente des gekrümmten Gleises aus der Bahn flog, da Hess Trevethik sie nicht wieder auf’s Gleis bringen und sperrte, entmuthigt, die Planken für immer ab.

00

Trevethik gab von diesem Zeitpunkte ab alle weiteren Versuche auf, eine Locomotive zu bauen, welche die Fähigkeit hätte, ausser ihrer eigenen auch noch eine weitere Last zu ziehen. Zum Glücke war jedoch der Gedanke, die Führung von Zügen durch Maschinen zu vollziehen, nicht zu Grabe getragen. Die Bemühungen, eine brauchbare Locomotive für den Schienenweg zu construiren, wurden namentlich von dem Chef-Ingenieur der Kohlengruben zu Killingsworth, Georg Stephenson fortgesetzt, da er glaubte, den Betrieb der Kohlenbahn, die er leitete, ökonomischer zu gestalten, was bei den damaligen hohen Futterpreisen der Pferde nothwendig war. Unterstützt von Lord Ravensworth, dem Eigenthümer dieser Gruben und bauend auf die Erfahrungen Trevethik’s beschloss (1813) Stephenson, eine Maschine selbst zu bauen, und glaubte, dass diese Maschine die theueren Pferde werde ersetzen können. Nach einer zehnmonatlichen Arbeit war die Maschine fertig und versuchte ihre Kraft zum erstenmale am 25. Juli 1814 auf der Killingworther Kohlenbahn, woselbst sie auf einer Steigung von 2 — 3°

8 Wagen von 30 Tonnen Gesammtgewicht mit einer Geschwindigkeit von ß-4km pro stunde zog.

Trotz ihrer Ueberlegenheit gegenüber den anderen Maschinen war »Mylord«, so wurde diese Maschine genannt, doch immer eine plumpe Vorrichtung. Ihre Theile waren stümperhaft zusammengefügt, und der Kessel bildete die schwächste Seite der Construction; direct an ihn waren die übrigen Theile. die Achsen für die Räder befestigt, Federn fehlten gänzlich. Dies brachte eine fortwährende Erschütterung der einzelnen Theile hervor, die leicht zu Brüchen führte. Ebenso war die Kraftübertragung eine unvollkommene, und war der Lärm, denn das dahinfahrende Ungethüm hervorrief, ein höchst unangenehmer. Hingegen erwies sich die Maschine ziemlich

ökonomisch und liess dem Pferdetransporte gegenüber mindestens keine höheren Kosten auflaufen; doch war die Geschwindigkeit eine recht kleine, und hätte daher die Construction kaum reussirt, würde nicht Stephenson durch zielbewusste Einführung des Blasrohres seiner Maschine ein Element geboten haben, welches mit einem Schlage die Brauchbarkeit derselben um ein Bedeutendes hob. Er erkannte nämlich, dass der entweichende Dampf, wenn er durch eine enge Röhre in den Schornstein geblasen wird, die Luft mitreissen, hierbei den Luftzug befördern, also die Dampfentwicklung und damit die Leistungsfähigkeit der Maschine erhöhen müsse.

Wenngleich diese Maschine weit davon war, den an sie gestellten Ansprüchen gerecht zu werden, so entmuthigte dies Stephenson nicht im mindesten; er arbeitete ruhig an der Vervollkommnung seiner Maschinen fort, und dies hatte zur Folge, dass die Killingsworth-Bahn zu einer Muster-Anlage seiner Zeit ward.

Aufgemuntert durch die späteren Erfolge Stephenson’s, beschlossen die Besitzer des Heiton Kohlenwerkes in der Grafschaft Durham, auch ihre Bahn für den Locomotiv-Transport einzurichten, und erhielt Stephenson die Leitung des Baues. Am Tage der Eröffnung dieser Bahn (18. November 1822) fanden unter zahlreicher Betheiligung neugieriger Zuseher Fahrten von fünf Locomotiven Stephenson’s statt; diese Locomotiven »The iron horses« genannt, machten 64 Touren mit einer Geschwindigkeit von 6‘4km pro Stunde und befriedigten die Besitzer der Kohlenwerke.

So waren also Locomotiven in den regelmässigen Dienst der Kohlenbahnen getreten und verdrängten nach und nach die Pferde. Während Stephenson unablässig über Verbesserungen seiner Maschinen nachdachte, tauchte ein Project zum Baue einer Pferdebahn auf, welche ausser Rohmaterialien auch andere Güter und sogar Passagiere befördern sollte. Es war dies das durch Geldmittel eines Herrn Pease gesicherte Unternehmen des Baues einer Eisenbahn von Stockton nach Darlington.

Stephenson, der von der Concessionsertheilung dieser Bahn hörte, wünschte auf einem grösseren Felde sein bereits erlangtes praktisches Wissen zu verwerthen, und war aus diesem Grunde zu Pease gereist, ihm seine Dienste anzubieten. Herrn Pease gefiel das einfache, ehrliche, verständige Wesen seines Besuchers, und bald war Stephenson als Bauleiter dieser Bahn engagirt. Man hatte die Absicht, den Transport durch Pferde zu besorgen. Die Frage des Locomotivtransportes lag sowohl von Seite des Publikums, ja selbst von Seite der wissenschaftlichen Männer noch völlig unentschieden. Wenngleich Stephenson, gestützt auf seine Erfolge, für den Locomotivbetrieb plaidirte, so hielt man doch dessen Erwartungen von der Leistungsfähigkeit der Locomotive für zu sanguinisch, nur bei Pease trug Stephenson’s Zuversicht insoweit Früchte, als dieser endlich mit einem Hauptactionär der Bahn nach Kellingworth reiste, um den dortigen Locomotivbetrieb zu besichtigen. Es gelang Stephenson, diese beide Herren für den Locomotivbetrieb insoweit zu interessiren, dass sie beschlossen, in die betreffenden Patente die Clausei aufzunehmen, dass die Bahn nach Umständen auch mit Locomotiven befahren werden könne. Als jedoch die Frage der Zugkrafts-Beschaffung zur Erörterung kam, entschied man sich nicht für die Locomotive, sondern für den Gebrauch von Pferden. Schon wurden Anstalten zum Ankäufe von Pferden getroffen, als es Stephenson gelang, die Actionäre dahin zu bringen, dass man wenigstens einen Versuch mache, auch Locomotiven anzuwenden. Zu diesem Zwecke wurden 3 Locomotiven angekauft, welche von Stephenson unverzüglich beigestellt wurden.

Die Eröffnung der Stockton-Darlington-Bahn fand am 27. September 1825 unter Zuströmung ungeheurer Volksmassen statt. Die erste Fahrt begann bei der Stockton-Steigung, wo eine stabile Dampfmaschine eine Reihe beladener Wagen den Berg hinaufzog und auf der anderen Seite desselben herabliess. Am Fusse des Berges stand eine von Stephenson selbst geführte Locomotive in Bereitschaft, die Wagen zu empfangen. Von hier aus bestand der Zug aus 34 Wagen und wog 90 Tonnen. Mit diesem Zuge brach die Maschine mit einer solchen Geschwindigkeit auf, dass sie an einigen Stellen 19km pro Stunde erreichte.

Dies war zwar ein Triumph gewesen, der zur Folge hatte, dass Georg Stephenson zum Haupt-Ingenieur eines noch grösseren Unternehmens, nämlich der von Liverpool nach Manchester zu bauenden Bahn (1826) ernannt wurde; doch sollte auch diese Bahn keinen Locomotivtransport haben. Für Steigungen waren nämlich stabile Dampfmaschinen, für die Ebene dagegen Pferde in Aussicht genommen worden.

§. 62.

Sieg der Locomotive.

Die Locomotive hat zwar gelegentlich der Eröffnung der Stockton-Darlington-Eisenbahn (§. 61), welche für den gemischten Betrieb (stabile Dampfmaschinen, Pferde und Locomotive) eingerichtet war, einen glänzenden Beweis ihrer Leistungsfähigkeit abgelegt, doch vermochte sie nicht einen Umschwung der vorgefassten Meinung zu bewirken und die Opposition einer gewichtigen Unternehmung zu brechen.

Gegen den Locomotivtransport hatte sich nämlich die Opposition der Canal-Gesellschaft gerichtet, deren Canal berufen war, der zu eröffnenden Liver-pool-Manchester-EisenbahnConcurrenz zu machen. Pamphlets waren erschienen, Zeitungsartikel wurden losgelassen, um die neue Förderungsmethode mittelst Dampf als eine verfehlte, ja verderbliche hinzustellen. Man erklärte, dass die Einführung des Dampfes das Grasen der Kühe, das Eierlegen der Hennen verhindern werde. Die vergiftete Luft, welche die Locomotive ausathmet, werde tödtlich wirken auf die dahinfliegenden Vögel. Die Zucht der Fasane, die Erhaltung der Füchse wird gefährdet werden; die Eigenthümer der Häuser, welche der Bahn nahe liegen, werden in steter Gefahr leben, ihre Wohnstätten in Flammen aufgehen zu sehen, und das Firmament werde umdüstert werden von den Wolken des entströmenden Dampfes. Das Reisen mittelst Dampf wäre gefährlich, nicht nur für den Einzelnen, welchen platzende Kessel in Atome zerschmettern, sondern auch für den Bestand der Gesellschaft, da dadurch der Grundpfeiler derselben, die Land-wirthschaft, geschädiget werde, indem die Landwirthe weder Heu noch Hafer werden verkaufen können. Sollte aber trotz alledem das System der Führung der Züge mit Dampf durchdringen, so werde es sich selbst richten, da Locomotiven nicht bei jedem Wetter fahren können, indem Regen deren Wirksamkeit beeinträchtige, und der Wind die Fahrt unmöglich machen werde. Uebrigens werde das Gewicht der Locomotive nie und nimmer durch die Kraft des Dampfes besiegt werden können, u. s. w.

So ungefähr dachte man damals, und war das Misstrauen, welches man dem Locomotiv-Transporte entgegenbrachte, selbst aus dem Schosse der Actionäre des Bahnunternehmens nicht ganz zu bannen. Die Sache war eben noch neu und standen ihr zu viele wissenschaftlich tüchtige Kräfte entgegen. Zudem regnete es von allen Seiten von mehr oder minder verlockenden Projecten. Die Erfinder Englands, Frankreichs und Amerikas schienen sich verschworen zu haben, auf dem Felde der Projectmacherei einander zu überbieten. Durch Wasserkraft bewegt, sollten die Wagen rollen; Andere schlugen Hydrogen, Manche Kohlensäure vor. Der Luftdruck hatte seine beredten Advocaten; fixe und bewegliche Maschinen wurden empfohlen; endlich hatte auch der Pferdebetrieb mächtige Vertreter. Die Ansichten über den relativen Werth der Betriebssysteme differirten derart untereinander, dass die Directoren der (im Bau begriffenen) Liverpool-Manchester Bahn ausser Stande waren, bezüglich der Förderungsweise der Züge eine Entscheidung zu treffen.

Um hierin Klarheit zu haben, beschloss man, zwei Ingenieure von hohem Rufe, Walker und Rastrick, mit dem Studium der Kohlenbahn zu betrauen und von ihnen ein diesfallsiges Gutachten abzufordern. Im Frühjahre 1829 wurde das verlangte Gutachten abgegeben und lief dahin aus, dass auf dem Gebiete der Locomotivbeförderung weitere Fortschritte abzuwarten wären, und dass dermalen die Verwendung stabiler Dampfmaschinen zu empfehlen sei.

Diesen Ausspruch der Experten, welchem die öffentliche Meinung zur Seite stand, theilte jedoch Stephenson nicht. Die Macht der Ueberzeugung liess ihn standhaft bei der Locomotive ausharren, und ging er so weit, dass er sich nicht scheute, öffentlich auszusprechen, dass Locomotiv-Bahnen die Hochstrassen der Welt sein müssen; seiner Ausdauer gelang es auch, in der dunklen Zeit der Concurrenz so vieler Betriebs-Systeme durch zielbewusstes Vorgehen wenigstens die Durchführung eines Versuches mit einer seiner Maschinen durchzusetzen.

Die Probe Maschine langte 1829 an und bewog die vortreffliche Leistung derselben bei der Verführung der Materialien den General-Secretär dieser Bahn, Herrn Henry Booth, der Ueberzeugungstreue Stephenson’s Ausdruck zu geben und die Verwendung von Locomotiven beim Directorium energisch zu unterstützen. Er war es auch, der Stephenson die Anwendung kleiner Röhren zur Vergrösserung der Heizfläche des Dampfkessels empfahl. Den Argumenten Booth’s, der Zuversicht Stephenson s, vor Allem aber dem Hinweise auf die Leistungsfähigkeit der Material-Transport-Maschine, konnte das Directorium nicht länger widerstehen. Ueber Vorschlag Harrison’s wurde beschlossen, einen Preis für eine Locomotive auszuschreiben, welche, nicht mehr als 6 Tonnen wiegend, auf einer horizontalen Bahn einen Wagenzug von 20 Tonnen Ladung mit einer Geschwindigkeit von 16km pro Stunde (Geschwindigkeit der Post-Chaisen auf dem Lande) ziehen solle. Als Tag der Probe wurde der 6. October 1829, als Versuchsstrecke die Ebene bei Rainhill nacht Liverpool gewählt.

Vier Maschinen erschienen am Kampfplatze.    »Rocketa (Rakete) aus

Stephenson’s Fabrik, »Novelty« (Neuigkeit) von Braithwaite und Ericson, »Sanspareil« (Unvergleichliche) von Hackworth, »Perseverance« (Beharrlichkeit) von Burstall.

Die D8km lange horizontale Versuchsstrecke sollte nach dem Regulative lOmal hin und her durchfahren werden. An den beiden Endpunkten derselben standen Schiedsrichter, welche die Zeit der Passirung dieser Punkte durch die Locomotive zu notiren hatten. Die Herren Wood, Rastrick und Kennedy bildeten die Jury.

Der 6. October war gekommen und zeigte die Gegend bei Rainhill ein höchst lebendiges Bild, denn Tausende aus Nah und Fern hatten sich eingefunden, um dem ungewohnten Schauspiele beizuwohnen. Gelehrte, Ingenieure, Mechaniker und Laien kamen, um Zeugen zu sein der Entfaltung des mechanischen Genies, auf dessen Producte man neugierig war.

Die »Novelty« sollte laut Fahrliste die Wettfahrt eröffnen, doch war, bevor noch die Preisrichter erschienen waren, in ihrem Gebläse etwas in Unordnung gerathen, so dass sie ausser Stande war, den Reigen zu eröffnen. Die » Sanspareil « hatte in ihrem Kessel einen Fehler entdeckt und musste in Folge dessen ganz abtreten, die »Perseverance« war von den Preisrichtern von der Concurrenzfahrt ausgeschlossen worden, weil sie zu plump gebaut war und einen Aufwand an Brennmaterial erheischte, welcher es nicht zuliess, sie den Wettkampf mitmachen zu lassen. Da die »Novelty« mit ihrem Blasbalge noch immer nicht fertig werden konnte, das Publikum aber, welches gekommen war, Etwas zu sehen, anfing ungeduldig zu werden, entschloss sich Stephenson, um die Ehre des Tages zu retten, die Probefahrt, welche unter Einhaltung all der vorgeschriebenen Bedingungen recht zeitraubend werden musste, für heute aufzuschieben und seine Maschine, gewissermassen privatim, der versammelten Menge zu zeigen.

schreibt die

Rasch entschlossen liess er den mit 30 Personen besetzten Wagen an seine »Rocket« heften und fuhr dieselben mit einer für damalige Zeiten rasenden Geschwindigkeit die Rennbahn hin und her. Ein Jubelgeschrei von Tausend Kehlen begleitete diese Fahrt. »Wir wurden« geistreiche englische Schauspielerin Miss Kempie — »der kleinen munteren Maschine vorgestellt, die uns die Schienen entlang ziehen sollte. Zügel und Trense, mit denen dieses wundervolle kleine Thier geritten wird, bestehen zusammen aus einem kleinen Stahlhebel, der den Dampf auf die Beine oder Kolben wirken lässt, oder ihn davon ablenkt. Die Kohlen, welche der Hafer des Thieres sind, liegen unter der Bank und am Kessel ist ein kleines Glasrohr, mit Wasser gefüllt, das durch Fülle oder Leerheit anzeigt, ob die Creatur Wasser braucht. Dieses kleine schnarchende Thier, das ich mich immer versucht fühlte zu tätscheln, wurde nun vor unsere Wagen gespannt, und nachdem mich Mr. Stephenson zu sich auf die Bank genommen hatte, fuhren wir ungefähr mit 10 Meilen pro Stunde ab.«

Nachdem man dies sah, ahnten zwar die Preisrichter, und das Publikum fühlte, dass hier ein neues System der Beförderung geschaffen wurde, dass diesem Systeme die Zukunft gehöre, doch musste der Vorschrift entsprochen und eine regelrechte Fahrt unter Einhaltung der Concurrenz-bedingungen durchgeführt werden, bevor ein Urtheilsspruch möglich war.

Und so wurde denn die vorgeschriebene Programmfahrt für den nächsten Morgen anberaumt. Genau um die bezeichnete Stunde stand die »Rocket« am 8. October zur Prüfung bereit. Sie wurde in Bezug auf die

Dampfspannung genau untersucht, mit einer abgewogenen Menge Kohle versehen und programmmässig belastet. Um 10 Uhr 35 Minuten 5 Secunden Früh fuhr die Maschine von der westlichen Station ab und gelangte, nachdem sie die vorgeschriebenen 10 Touren ohne allen Anstand gemacht hatte, um 1 Uhr 48 Minuten 38 Secunden an ihren Ausgangspunkt wieder zurück. Hierauf wurde- sie zur Wasserstation gebracht, um nach vollzogener Wassernahme eine neue Tour zu beginnen; als auch diese Tour ebenso glatt gemacht wurde, stand der Spruch im Geiste der Preisrichter fest: Der «Rocket« müsste der erste Preis zuerkanntwerden.

Bevor jedoch das Urtheil gefällt werden durfte, mussten die Probefahrten der anderen Maschinen, welche zum Wettbewerbe eintrafen, abgewartet werden. Weder die »Novelty«, noch die »San spar eil« waren jedoch bereit, am 8. October die Probefahrt zu machen. Erst am 10. October machte die »Novelty« ihre Probefahrt, musste jedoch schon auf ihrer zweiten Fahrt die Tour unterbrechen, da die Röhre, welche das Speisewasser zuführen sollte, geplatzt war und früher reparirt werden musste, bevor man die Fahrt fortsetzen konnte. Erst als bei dem neuerlich vorgenommenen Versuche die Wirksamkeit der Maschine durch das Aufreissen einiger Verbindungen an den Heizrohren wieder unterbrochen wurde, erklärte Ericson von der Bewerbung zurücktreten zu müssen. Die «Sanspareü« konnte erst am 13. October zur Probe erscheinen, es war aber wegen eines am Kessel entstandenen Lecks unthunlich, die Brennmaterialmenge zu bestimmen, welche dem vorgeschriebenen Dampfdrücke entsprach. Uebrigens musste schon bei der ersten Tour der Versuch unterbrochen werden, da die Speisehähne schadhaft geworden waren und der Kessel den erforderlichen Zufluss nicht erhielt.

Angesichts dieses Fiasco stand die »Rocket« gross da. Die Zweifler, welche Stephenson als einen Candidaten für das Irrenhaus erklärten, als er im Parlamente behauptete, mit seiner Maschine 16km pro Stunde zu fahren,

verstummten, sahen sie doch mit eigenen Augen, dass sie zweimal so schnell fuhr. Alles fühlte, dass das Unternehmen mit Erfolg gekrönt worden sei.

Stephenson hatte an diesem Tage sein System gerettet — und um diesem seinen Gefühle Ausdruck zu geben, Hess er, nachdem ihm am 14. October der Preis zuerkannt worden war, von allen einengenden Vorschriften befreit, seine Maschine zwei Touren hindurch mit einer Geschwindigkeit fahren, welche 56km pro Stunde betrug.

»Mit dem Tage von Rainhill,« schreibt Weber, »war der eigentliche Schöpfungsact des Eisenbahnwesens geschlossen. Was von nun an geschehen in dieser Richtung, das war Ausbildung, Vervollkommnung, Entwicklung von Keimen, die fast alle schon inStephenson’s grosserSchöpfung enthalten waren.«¹)

Bald nach der Siegesfahrt bei Rainhill wurde die »Rocket« mannigfaltigen Aenderungen unterzogen und blieb auch nicht lange im Dienste der Liverpool-Manchester Bahn. Sie wurde veräussert und vielfältig anderweitig verwendet, wobei sie sich selbstverständlich ihrem jeweiligen Zwecke hat anschmiegen müssen. Als sie schliesslich, ihrem Wanderleben entzogen, nach Newcastle zur Aufbewahrung bei Robert Stephenson gebracht, dann wiederhergestellt und endlich 1876 im South Kensington-Museum untergebracht wurde, war von der wirklichen alten »Rocket« nicht viel mehr vorhanden.

') Die in den §§. 61 und 62 gegebene Darstellung der Geschichte der Locomotive wurde zum grössten Theile Steiner’s Buche: Bilder aus der Geschichte des Verkehres, Prag 1880, und Professor Engelhard’'s historischer Studie, Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung 1881, entnommen.

16

§• 63.

Die Adhäsion.

Wenn man einen Eisenbahnwagen auf eine Rampe stellt, auf der er sich nicht erhalten kann, so wird er abwärts rollen, sobald man ihn nicht mehr hält. Verbindet man diesen Wagen mit einem andern Wagen, so werden beide thalwärts ziehen. Ersetzt man aber einen dieser Wagen durch eine ungeheizte, gleich schwere Locomotive, so werden die beiden Vehikel nicht mehr abwärts sich bewegen.

Forscht man nach der Ursache dieser Erscheinung, so gelangt man zur Einsicht, dass sie nur dadurch erklärt werden könne, dass man annimmt, die Reibung zwischen Locomotivrad und Schiene sei grösser, als jene zwischen Wagenrad und Schiene. Wesshalb soll aber die Reibung des Locomotivrades auf der Schiene grösser sein, als die Reibung des ebenso schweren Wagenrades auf derselben Schiene? Die Antwort hierauf gibt die Construction der Locomotive. Während nämlich die Wagenräder in ihrer rollenden Bewegung durch nichts behindert sind, ist dies bei den Treibrädern der Locomotive, das ist jenen Rädern, auf welche die Bewegung des Kolbens übertragen wird, nicht der Fall. Das Treibrad kann nämlich nicht frei rollen, da dessen Bewegung abhängig ist, von der Bewegung des Kolbens im Cylinder.

Treibrad und Kolben sind nämlich durch eine Stange mit einander verbunden. Wenn dass Treibrad rollt, so schiebt es den Kolben im Cylinder hin und her. Das rollende Treibrad hat sonach eine Arbeit im Cylinder zu überwinden, während das rollende Wagenrad keine derartige Arbeit zu leisten hat. Werden beide Räder gleich stark angetrieben (z. B. durch den Zug der Schwerkraft-Componente im Gefälle), so wird das Wagenrad leicht rollen, während die Bewegung des Treibrades nur träge vor sich gehen wird.

Die rotirende Bewegung des Wagenrades ist frei, jene des Treibrades gezwungen. Die Reibung zwischen dem Rade des Wagens und der Schiene muss also nothwendig verschieden sein von der Reibung der Räder einer Locomotive und derselben Schiene, obgleich die Räder beider Vehikel gleich schwer belastet sind. Aus diesem Grunde gab man diesen beiden, von einander so sehr verschiedenen Reibungen, auch verschiedene Namen. Die Reibung zwischen Wagenrad und Schiene nannte man Widerstand, jene zwischen Treibrad und Schiene, Adhäsion.

Nach Professor Ftiegner *) bezeichnet man mit Adhäsion der Locomotive »den Reibungswiderstand zwischen Treibrad und Schiene, welcher ein Gleiten der durch Dampf bewegten Räder verhindert und so ein Abwälzen derselben auf den Schienen und eine Fortbewegung des Zuges ermöglicht«.

Beim Führen der Züge treten nicht selten Erscheinungen ein, welche die Wirkung der Adhäsion recht drastisch vor die Augen führen. Fährt beispielsweise ein Zug über eine Steigung hinauf, so hat er eine bestimmte Geschwindigkeit, und der Maschinführer wird in der Absicht, diese Geschwindigkeit zu vergrössern, in die Cylinder mehr Dampf einströmen lassen, also den Druck des Dampfes auf den Kolben erhöhen. Manchesmal wird nun die Erscheinung eintreten, dass durch diese Manipulation die

') Schweizerische Bauzeitung, 1884, pag. 13

Führt eine Maschine, welcher eine betimmte Adhäsion zukommt, ihren Zug im Herbste durch einen Tunnel oder durch eine Baumallee hindurch, so tritt oft das Schleifen der Räder ein, obwohl die Dampfkraft nicht vergrössert wurde. Die Adhäsion muss also in der Baumallee auf jenes Mass gesunken sein, welche die Dampfkraft hatte, während sie vorher grösser als diese Dampfkraft gewesen sein musste, weil der Zug sich sonst nicht bewegt haben würde. Im ersteren Falle hat der im Tunnel sich condensirende Dampf die Schienen nass gemacht, im zweiten Falle wurde durch das Zerquetschen der gefallenen Blätter eine Art Schmiere erzeugt, welche die Schiene geglättet hatte.

Geschwindigkeit der Fahrt nicht nur nicht vergrössert wird, sondern dass der Zug sogar stehen bleibt. Die durch den Dampf angetriebenen Treibräder drehen sich dann mit grösserer Geschwindigkeit, die Locomotive kommt jedoch nicht vom Fleck. Ihre Räder gleiten stets um dieselbe Strecke zurück, um welche sie durch die Kraft des Dampfes vorwärts getrieben wurden. Es ist gerade so, als wenn die im vollen Dampfe stehende Maschine auf eine Glastafel gestellt worden wäre. Die Reibung zwischen Treibrad und Schiene (Adhäsion) reicht nicht zu, dem Rade eine fortschreitende Bewegung zu geben.

Sind die Schienen vollkommen trocken, dann ist die Adhäsion am grössten und beträgt ungefähr den fünften Theil jenes Gewichtes, mit welchem die Treibräder an die Schienen gepresst werden, also 200 k£ pro Tonne des auf den Treibrädern lastenden Druckes. Je feuchter die Schienen

werden, umso mehr vermindert sich die Adhäsion, weil die Feuchtigkeit wie ein Schmiermittel wirkt. An Abhängen, wohin kein durchwärmender Sonnenstrahl dringt, wird oft nur der zehnte Theil (100k» pro Tonne Druck), bei Glatteis und Staubnebel selbst nur Vis des Druckes auf die Treibräder als Adhäsion auftreten.

Um möglichst viel Adhäsion zu erhalten, versuchten die älteren Ingenieure, ähnlich wie dies bei der Locomotive der Fall, auch noch die Wagen des Zuges mit Cylinder, Kolben und Steuerungstheilen zu versehen und zur Bethätigung    des    Mechanismus, Dampf aus    der Locomotive zu

nehmen. Man trachtete sonach Tender und Wagen gewissermassen zu einer Locomotive ohne Dampfkessel zu machen. (Harrison 1839). Später ging man von dieser Idee ab und suchte den angestrebten Zweck dadurch zu erreichen, dass man die freien Räder der Locomotive (Laufräder) vermittelst Stangen derart mit    den    Treibrädern verband,    dass    die so verbundenen

Laufräder genau dieselben Bewegungen machen mussten, wie die Treibräder.

Man machte also die Laufräder der Locomotive zu Treibrädern. Man sagt in solchen Fällen, die Räder der Maschine sind gekuppelt und bezeichnet derlei Locomotiven als Vier-, Sechs- oder Acht-Kuppler, je nachdem 2, 3 oder 4 Räderpaare miteinander verbunden sind.

Die Kuppelung    der    Räderpaare hat aber    den    Nachtheil, dass die

Reibungswiderstände    einer    solchen Locomotive    gross ausfallen, so dass

also ein namhafter Theil der Zugkraft für Zwecke der Ueberwindung dieser inneren Reibung verausgabt werden muss, statt für die Bewegung des Zuges nutzbar verwerthet zu werden. Je freier das Gehwerk einer Locomotive hinsichtlich der Kraftabgabe angeordnet ist, umso geringer ist die Maschinenreibung und der entsprechende Kraftverlust.

16*

Das Ideal einer Locomotive hinsichtlich der Kraftabgabe auf die Treibradumfänge wäre offenbar dann erreicht, wenn jede einzelne Treibachse mit einer besonderen Dampfmaschine als Bewegungsmechanismus versehen werden würde; alsdann wäre es in Folge Wegfall der durch Kupplung verursachten Reibungswiderstände theoretisch gleichgiltig, ob die Locomotive auf einer oder auf vielen Treibachsen liefe. Diese ideelle Motorbedingung ist thatsächlich vorhanden bei allen Locomotiven mit einer einzelnen, unabhängigen Treibachse, und es ist eine bekannte Thatsache, dass der verhältnissmässig hohe Nutzeffect der älteren Personenzugs-Loco-motiven im Wesentlichen auf die Anordnung einer freien Treibachse nebst zwei Laufachsen zurückzuführen ist.

In neuester Zeit wurden Locomotive, bei welcher jede Treibachse ihren besonderen Motor hat, thatsächlich gebaut und sind dieselben unter dem Namen Duplex-Maschinen bekannt. Bei einer Duplex-Locomotive mit 4 Treibachsen sind nur je 2 Achsen zusammengekuppelt, da die effective Gesammtzugkraft des Motors auf zwei Maschinengruppen vertheilt ist, welche unabhängig von einander gesteuert werden können. Sodann ist eine solche Maschine ein ausgezeichneter Bogenläufer und kann vortheilhaft nach dem Compound-Systeme eingerichtet werden.¹)

Um die Adhäsion künstlich zu vergrössern, was für Güterzugs-Locomotiven bei Bergbahnen manchesmal wünschenswerth sein kann, baut Ingenieur AM Locomotiven, welche je nach augenblicklichem Bedarf auf glatter oder auf verzahnter Schiene laufen. Seine Locomotive besitzt diesem zufolge 4 Dampfcylinder, von denen zwei für die Zahnräder, zwei für die Adhäsionsräder bestimmt sind. Ist die Adhäsion gross genug, um auf örtlichen Steigungen die vorgeschriebene Last zu bewältigen, so treten die Zahnräder ausser Thätigkeit.

§. 64.

Die Grösse der Adhäsion.

Es wurde im vorhergehenden Paragraphe einiger Erscheinungen gedacht, welche die Wirkung der Adhäsion recht sehr ersichtlich machen. Manche dieser Erscheinungen sind geeignet, einen Schluss auf die ungefähre Grösse der Adhäsion zu ziehen.

So bemerkte man beispielsweise auf der Londoner Untergrund-Bahn, dass, so oft die Zugkraft der Locomotive die Grösse 4620k& erreicht hatte, die Räder derselben »umzuhauen« begannen, und schloss daraus, dass die Adhäsion in derlei Momenten 4620k® betrug. Veranschlagt man den Druck, unter welchem die Treibräder der betreffenden Maschine standen auf 30 Tonnen, so entfällt auf eine Tonne dieses Druckes eine Adhäsion von 4620

30

Von einem anderen Vorkommnisse, welches auf die Grösse der Adhäsion gleichfalls einen Schluss zu ziehen gestattet, erzählt Ober-Ingenieur Maey,²) Er sagt, dass ein Güterzug auf freier Bahn durch den Wind fast zum Stillstände gebracht wurde. Der Führer öffnete den Regulator völlig und legte die Steuerung los. Durch diese vermehrte Kraftanstrengung bewirkte er jedoch nur so viel, dass die Maschine nicht nach rückwärts getrieben wurde. Die Räder derselben drehten sich in Folge des Dampfdruckes zwar um ihre Achsen, die Locomotive kam jedoch nicht von der

') Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, 1889, pag. 347. -) Betrachtungen über die Locomotive der Jetztzeit, Wiesbaden 1884.

Stelle.

Als der Wind nachliess, bewegte sie sich sofort nach vorwärts,

174k» pro Tonne des Druckes geschätzt werden.

blieb jedoch auf neue stehen, als sie abermals vom Windstosse erfasst wurde. Dieses Kraftspiel wiederholte sich 4 — 5mal, bis durch einen Waldsaum die Einwirkung des Windes abgeschwächt wurde, und der Zug seine Fahrt nunmehr unbehindert fortsetzen konnte. Da die Kraft des Dampfes damals gerade 6080^ betrug, so hatte auch die Adhäsion diese Grösse, d h. sie betrug 6080 ks. Da der auf den Treibrädern dieser Maschine lastende Druck 35 Tonnen betruer, so muss die Grösse der Adhäsion auf 6080

35

Aus der Distanz, welche gebremste Wagen durchlaufen, bevor sie zum Stillstände kommen, lässt sich auf die Grösse der Adhäsion ebenfalls ein Schluss ziehen. Verursacht nämlich jede Tonne des Gewichtes des auf der Schiene gleitenden Wagens eine Reibung von s Kilogramm (eine Adhäsion von 5 Kilogramm), und durchläuft der gebremste Wagen vom Momente des Anlegens der Bremsen bis zum Stillstände A Meter, so beträgt die Arbeit der als unveränderlich gross anzusehenden Adhäsion 5 . A Meter-Kilogramm für jede Tonne des Gewichtes des gebremsten Wagens. Bewegte sich der Wagen im Momente des Anlegens der Bremsen mit c Meter pro Secunde,

mc!

Meter-

so hatte er ein Arbeitsquantum in sich aufgespeichert, welches —

= 102 ist. Die im Wagen angesammelte Arbeit beträgt sonach

Kilogramm für jede Tonne seines Gewichtes beträgt, sobald m die auf Kilogramm bezogene Masse einer Tonne Wagengewicht bezeichnet, also 1000

9-81

102

^ c² = 51.c² Meter-Kilogramm. Da diese Arbeit während der Auslaufsdauer des gebremsten Wagens verzehrt worden ist, da ja der stillstehende Wagen keinerlei Arbeit mehr in sich angesammelt enthält, so besteht die Relation: s.A=51.c².

Da aber Versuche ergeben haben,¹) dass die kürzeste Distanz, auf

. c'

welche Züge angehalten werden können, nahezu A =— Meter beträgt

3

(§. 105), so erhält man unter Berücksichtigung dieses Werthes von A aus der obigen Gleichung s=153kg für die pro Tonne Schienendruck entfallende Adhäsion.

Die ersten zielbewussten Versuche, welche den Zweck hatten, die Grösse der gleitenden Reibung experimentell festzustellen, dürften wohl jene sein, welche Amontos²) (1699) durchgeführt hatte. Diese Versuche Hessen darauf schliessen, dass die gleitende Reibung nicht nach der Grösse der Reibungsflächen, sondern vielmehr nach der Grösse des Druckes sich richte, unter welchem die sich reibenden Flächen stehen, und dass die Grösse der Reibung von der Geschwindigkeit unabhängig sei, mit welcher die reibenden Flächen sich bewegen.

Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1886, Heft 221, pag. 87. -) Amontos. Mémoires de l’Académie des sciences, 1699.

In der Absicht, diese Gesetze, welche für die gesammte Technik von ausnehmender Wichtigkeit sind, durch neuere Experimente bestätigt zu wissen, schrieb die französische Akademie der Wissenschaften in Paris (1780) einen Preis für die beste Abhandlung aus, welche die Widerstände der Reibung bespricht, und erkannte denselben dem genialen Ingenieur Coulomb zu. Die Experimente des genannten Forschers, welche er im Marinesaale zu Rochefort im Jahre 1779 durchführte¹ 2), weiters die Versuche von Rennte''), welche 1829 in London angestellt waren und endlich die denkwürdigen Experimente Professors Gerstner³) in Prag bestätigten die bereits durch Amontos erkannten Gesetze, und so kam es, dass die Ansicht: »die Reibung sei von der Geschwindigkeit der Bewegung der sich reibenden Flächen unabhängig«, für die damaligen Ingenieure geradezu zum Postulate wurde.

Schrieb doch Gerstner in seiner Mechanik:⁴) »Der Umstand, dass die Reibung von der Geschwindigkeit, womit sich die Körper aufeinander bewegen, nicht abhängt, gab Veranlassung zu der ausserordentlichen Schnelligkeit, womit man gegenwärtig die Beförderung der Reisenden auf englischen Eisenbahnen einleitet.« Als ferners Morin’s Versuche,⁵) welche in den Jahren 1831 — 1833 in Metz mit grosser Sorgfalt durchgeführt wurden, gleichfalls darlegten, dass die Grösse der Reibung von der Geschwindigkeit der sich reibenden Körper unabhängig sei, zweifelte an der Wahrheit dieses Gesetzes kein Mensch mehr.

Und doch war es irrig. Spätere Versuche, welche mit, genaueren Instrumenten durchgeführt wurden, ergaben nämlich mit voller Zuversicht, dass unter sonst gleichen Umständen die Reibung, welche pro Tonne Druck entfällt, mit wachsender Geschwindigkeit der sich reibenden Flächen kleiner wird.

Die älteren Versuche konnten diese Thatsache nicht zur Anschauung bringen, weil die Geschwindigkeit der Bewegung der sich reibenden Flächen viel zu klein war. So betrug beispielsweise die grösste Geschwindigkeit bei den Versuchen von: Coulomb 0’64m, Rennie 2'56m und Morin 3'93m pro Secunde, während spätere Versuche, von welchen sogleich die Rede sein wird, bei einer Geschwindigkeit von 25m pro Secunde und darüber angestellt wurden.

Die frühesten der neueren Versuche, die Grösse der Adhäsion zu messen, rühren von dem französischen Ingenieur J. Poiree°) her. Diese Versuche wurden im Jahre 1851 auf der Lyoner Bahn in der Weise ausgeführt, dass man sämmtliche Räder eines Eisenbahnwagens feststellte und denselben auf gerader horizontaler Bahn mit grosser Geschwindigkeit schleifte. Der Widerstand, der vom Dynamometer angegeben wurde, war nur der gleitenden Reibung der Räder an der Schiene zuzuschreiben. Aus der Division des in Kilogramm gemessenen Widerstandes durch das in Tonnen ausgedrückte Gewicht des Versuchswagens, konnte die pro Tonne Druck

entfallende, in Kilogramm gemessene Reibung (Adhäsion) ermittelt werden. Diese Versuche lehrten, dass die zum Fortschieben gleitender Wagen erforderliche Kraft mit zunehmender Geschwindigkeit der Bewegung sich vermindere.

Röchet') war bemüht gewesen, aus den zahlreichen Versuchen Poiree's sowie aus seinen eigenen Experimenten, welche er (1856) auf der französischen Westbahn angestellt hatte, eine Formel aufzustellen, welche das Gesetz erkennen liess, nach welchem die Grösse der Adhäsion mit der Fahrgeschwindigkeit abnimmt, und fand den empirischen Ausdruck:

1 + 0 03 . c

.    .    (96

in welchem bedeutet:

. . . die pro Tonne Druck entfallende Adhäsion, in Kilogramm gemessen; ...die Fahrgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde ;

...eine Constante, welche von dem Zustande abhängt, in welchem sich die Schienen befinden:

310

220

))

Für sehr trockene Schienen ist » trockene

» nasse

140

Bei einer Geschwindigkeit von 10m pro Secunde (36 km pro Stunde) würde sonach die Adhäsion bei nassen Schienen:

140

1 4- 0-03 x 10

pro Tonne Druck betragen, während sie bei trockenen Schienen bei derselben

220

Geschwindigkeit der Bewegung auf:

1 + 0-03 X 10

= 169kg und bei sehr

310

— 236kg anwachsen kann.

trockenen Schienen sogar auf:

Später (1860) stellte Röchet auf der französischen Westbahn (Linie Saint Germain) eigene Versuche über die gleitende Reibung an, bei welchen Geschwindigkeiten von 0 — 25m pro Secunde angewendet würden. Aus den diesbezüglichen Diagrammen folgte ausnahmslos, dass die gleitende Reibung bei allen angewendeten Materialien mit steigender Geschwindigkeit stetig abnimmt.²)

Diesen Experimenten folgten die durch Capitän Duglas Galton auf der Linie London-Brigthon im Jahre 1878 bei heiterem Wetter und trockenen Schienen durchgeführten Versuche über die gleitende Reibung zwischen Rad und Schiene, welche ergaben, dass die gedachte Reibung bei einer Fahrgeschwindigkeit von circa:

88 englischen Fuss pro Secunde beträgt circa 27 Kilogramm

1 + 0-03 X 10

80

38

70

i)

i)

40

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*) Annales des Mines, Paris 1853, pag. 271.

pro Tonne bewegter Last, wobei zu bemerken, dass sowohl Radkranz als auch die Schiene, auf welcher er schleifte, von Stahl angefertigt waren.¹)

In neuester Zeit wurden durch Eisenbahndirector Wiehert'¹') in der Hauptwerkstätte zu Berlin umfangreiche Versuche über die Grösse der Adhäsion durchgeführt, welche gleichfalls ergeben haben, dass die gleitende Reibung mit dem Wachsen der Fahrgeschwindigkeit abnimmt. Director Wiehert fand für diese Reibung Werthe, welche aus der folgenden Zusammenstellung zu entnehmen sind:

Für die Fahrgeschwindigkeit von

Die Schienen waren

10

20

30

40

50    :    60 I 70    !    80    |    90

Kilometer pro Stunde, beträgt die gleitende Reibung für jede Tonne y des auf die Schiene ausgeübten Druckes s Kilogramm, wobei s gleich

trocken

438

332

269’

feucht

239

182

156

211 183 | 175 133 117 ! 113

164

97

158    157

144

94    83

Aus diesen Versuchen, deren mittlere Ergebnisse in der vorstehenden Tabelle aufgeführt sind, glaubt Herr Wiehert die nachstehende Formel ableiten zu können: in welcher: a = 0'0112, b = 0’06 und a. . . für trockene Schienen 450, für nasse Schienen 250 zu setzen, und ausdrücklich zu bemerken ist, dass die in der Tabelle angeführten Ziffern » keine an sich richtigen und zutreffenden Zahlenwerthe darstellen, vielmehr nur in Bezug auf ihre gegenseitige Abhängigkeit eine gewisse Wahrscheinlichkeit haben, und dass selbst in dieser Beziehung in der Wirklichkeit noch gewisse Verschiebungen ein-treten müssen«.

Mit Rücksicht auf die citirten Worte des Experimentators, sowie den Umstand, dass diese Ergebnisse nicht aus der Beobachtung gebremster Züge, sondern aus Experimenten auf der Drehbank in der Werkstätte abgeleitet wurden, treten sie wohl gegenüber den Beobachtungen, welche der englische Capitän Duglas Gatton³) auf der London-Brigthon Eisenbahn in den Jahren (1878 bis 1879) bei fahrenden Zügen gemacht hatte, zurück, wenngleich sie ein neueres Datum haben als die englischen.

Gestützt auf die englischen Versuche fand Professor Franke *) in Lemberg, dass die mittleren Ergebnisse derselben durch die nachstehende Formel sich wiedergeben lassen:

(S)

.    . (97

s = 290.e

wobei e — 2*718 die Basis der natürlichen Logarithmen bezeichnet und die Fahrgeschwindigkeit v in Metern pro Secunde ausgedrückt ist, während s die Adhäsion in Kilogramm pro Tonne Schienendruck bezeichnet.

J) Civil-Ingenieur, 1882, pag. 206.

²)    Organ für die Fortschritte des Eisenbahn-Wesens, 1889, pag. 117.

³)    Engineering, 1879, Bd. 25—27.

⁴)    Der Civil-Ingenieur, 1882, pag. 212.

Da diese Formel sich auf die Reibung zwischen Gusseisen und Stahl bezieht und nur für trockene Oberflächen Giltigkeit hat, so wurde geprüft, ob und wie weit die aus derselben sich ergebenden Werthe mit den aus den ausgedehnten Cassler Bremsversuchen abgeleiteten Ziffern in Einklang stehen. Die königliche Eisenbahndirection zu Bromberg (geh. Reg. Graef), welche diese Prüfung führte, fand, dass für die bei den Cassler Versuchen angewendeten Geschwindigkeiten die Reibungswerthe sich nach dem Gesetze der Franke’sehen Formel änderten, dass sie aber fast übereinstimmend nur 80% der nach Formel Nr. 97 berechneten Werthe betrugen. Hieraus dürfte geschlossen werden, dass das durch diese Formel ausgesprochene Reibungsgesetz zutreffend sei, dass es aber erforderlich erscheine in der obgedachten Formel statt 290 die Ziffer 200 zu setzen, zumal da jener Formel nicht nur die ungünstigen, sondern die Durchschnittswerthe aus allen gleichartigen Galton’sehen Versuchen zu Grunde gelegt sind, und es der Sicherheit wegen für zweckmässig befunden wurde, die unter günstigsten Verhältnissen erzielten Ergebnisse äuszuscheiden.¹)

Aus diesen Gründen, sowie in Erwägung, dass jene Formel sich nur auf die Reibung zwischen Bremsklotz und Rad bezieht, beim Bremsen der Räder aber die geringere gleitende Reibung zwischen Rad und Schiene (Stahl auf Stahl) zur Wirkung kommt, wurde für die Adhäsion die nachstehende Formel angenommen:

s = 200. e

(»)

.    . (98

in welcher sonach bezeichnet:

S...die pro Tonne Wagengewicht entfallende Adhäsion, in Kilogramm;

X. . , die variable Fahrgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde;

G. . . = 2'71 8, die Basis der natürlichen Logarithmen.

Es muss bemerkt werden²), dass der Druck auf die Treibräder der Locomotive keineswegs eine constante Grösse ist, wie es möglicherweise den Anschein haben könnte. Dieser Druck variirt bei jedem Kolbenhübe innerhalb ziemlich weiter Grenzen. Durch die Kurbelbewegung wird der Räderdruck auf die Schienen während eines Kolbenlaufes nicht nur zweimal vermehrt, respective vermindert, sondern es wird dabei auch zugleich auf die Beschleunigung und Verzögerung der Radgeschwindigkeit hingewirkt, wodurch das Maximum der Adhäsion beeinflusst wird. Zu diesen Ungleich-mässigkeiten tragen wesentlich bei: die Grösse der Cylinder, die Länge der Pleuelstangen und andere Constructionstheile der Maschine.

Hieraus erhellt, dass für die Adhäsion 5 nicht ausschliesslich das Locomotix-Gewicht, sondern auch die Locomotiv-Construction massgebend ist. Man sieht also, dass beide Factoren s und Q, welche die Adhäsion bedingen, variabel sind. Der eine derselben, nämlich die Grösse 5, hängt von den Witterungsverhälnissen und der Fahrgeschwindigkeit, der andere hingegen, nämlich die Grösse Q, von den Constructions-Verhältnissen der Locomotive ab. Es ist daher begreiflich, dass eine und dieselbe Locomotive bei verschiedener Witterung verschiedene Adhäsion zeigen wird, aber auch, dass

') Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1889, pag. 73. ²) Maey. Die Locomotiven der Jetztzeit, Wiesbaden 1884.

verschiedene Locomotiven bei derselben Witterung verschiedene Adhäsionsgrössen aufweisen können.

Handelt es sich jedoch nicht um sehr genaue Werthe, so kann man den Druck auf die Treibachse als constant ansehen oder einen gewissen mittleren Raddruck sich wirkend vorstellen, während die Verschiedenheit der Adhäsion, welche in den Witterungsverhältnissen ihren Grund hat, aus der nachstehenden Zusammenstellung zu entnehmen ist, welche die Ergebnisse der Versuche enthält, die (1866) auf der französischen Ostbahn durch die Ingenieure Vuillement, Guebhard und Dieudonné') angestellt worden sind.

Die Adhäsion der Locomotive beträgt

im Maximum

gewöhnlich

Anzahl der miteinander . verkuppelten Achsen

sobald das Wetter ist

trocken

feucht

trocken

feucht

von

bis |

von

bis :1

von

bis

von

bis

Kilogramm pro Tonne Adhäsionsgewicht

125

166

139

143

135

175

154

105

200

130

192

157

176

105

166

115

145

159

227

156

255

123

125

130    159

238

200    204

Selbstverständlich liegt es im Interesse der Förderung der Züge, die Adhäsion so gross als möglich zu haben, was einerseits durch Verlängerung der Dauer der Berührung zwischen Treibrad und Schiene, also durch Anwendung grosser schwerer Treibräder, anderseits durch Erhaltung reiner und möglichst rauher Schienen zu erreichen ist. Aus diesem Grunde benetzen die Maschinführer die Schienen mit Wasser, welches aus dem Kessel der Locomotive stammt, oder bestreuen dieselben mit Sand, sobald sie wünschen, dass die Adhäsion erhöht werden solle.

Bei dem Betriebe der elektrischen Bahnen, bei denen die Schienen als Leiter benützt werden, machte man die Erfahrung, dass die Adhäsion auf solchen Schienen grösser war, als . bei gewöhnlichen Schienen. Mr. Ries fand durch eigens für diesen Zweck angestellte Versuche, dass die Adhäsion sogar verdoppelt werden könne, sobald ein Strom von entsprechender Stärke durch die Schienen gesendet wird, und zeigte, dass die Adhäsions-Vermehrung eine Function der Stromstärke nicht aber eine solche der Stromspannung ist. Ries erklärt diese Erscheinung zum Theile aus der Erwärmung der Berührungsflächen zum Theile aus den Aenderungen der Molecularstructur des Stahles, durch welchen ein elektrischer Strom fliesst.“)

Uebrigens ist es ein Irrthum, wenn man der Meinung ist, dass eine Locomotive nie genug Adhäsion haben könne, dass es also unter allen Umständen wünschenswerth sei, möglichst viel Adhäsion zu besitzen.

Zunächst ist daran zu erinnern, dass die Adhäsion nur dann begehrens-werth ist, wenn man sie für Zwecke der Führung der Züge auch ausnützen kann, dies wird aber nur dann geschehen können, wenn die aus dem

■) De la résistance des trains et des la puissance des machines, Paris 1868. •) Railroad Gazette, 1887, pag. £42.

Dampfe stammende Zugkraft der Maschine entsprechend gross ist. Ist diese Zugkraft klein, so nützt eine noch so grosse Adhäsion nichts, denn sie kann eben nicht verwerthet werden.

Ist der Kessel einer Locomotive so gebaut, dass die Maschine keine grössere Arbeit als N Pferdekräfte zu liefern vermag, und die Maschine hat die Aufgabe, die Züge mit eine Geschwindigkeit von c Meter pro Secunde zu führen, so beträgt die grösste Zugkraft derselben, welche dem Dampfe

^    ^ Kilogramm. (§. 70, Formel Nr. 114.) Die Adhäsion

entstammt: Z = 75

der betreffenden Locomotive braucht also nicht viel mehr als ebensoviel

Kilogramm zu betragen. Wiegt die betreffende Maschine Q Tonnen sind alle Räder derselben miteinander verkuppelt, und erzeugt jede Tonne dieses Gewichtes eine Adhäsion von s Kilogramm an der Schiene, so beträgt die Gesammt-Adhäsion einer solchen Locomotive Q s Kilogramm. Man hat 75 . N

sonach die Relation:

= Q . s, aus welcher man jenes Gewicht Q

berechnen kann, welches die Maschine mindestens haben muss, um die nothwendige Adhäsion liefern zu können.

Die Erfahrung lehrt, dass schon unsere gewöhnlichen Maschinen,

wie wir sie verwenden, schwer genug sind, um soviel Adhäsion zu erzeugen, als für Zwecke der sicheren Führung der Züge erforderlich ist Unsere gewöhnlichen Locomotiven sind nämlich so gebaut, dass sie mit 500 Pferdekräften arbeiten können. Von einer solchen Maschine verlangt man nicht mehr, als dass sie ihren Zug über die stärkeren Steigungen mit einer Geschwindigkeit von 40km pro Stunde (llm pro Secunde) ziehe, 75 X 500

also eine Zugkraft von :

= 3400 Kilogramm entwickle. Dies leistet

3400

-------=25

135

Tonnen wiegt, sobald man annimmt, dass jede Tonne des Adhäsionsgewichtes eine Reibung von s=135 Kilogramm auf der Schiene erzeuge. Ja selbst für den Fall, dass die Adhäsion auf 100k® sinken sollte, braucht die Loco-

3400 100

unsere Locomotiven bereits schon.

aber dem obigen zu Folge eine Maschine, welche nicht mehr als :

motive nicht schwerer als:

= 34 Tonnen zu sein, und so schwer sind

Unsere Maschinen haben sonach genug Adhäsion, ja sie haben sogar zu viel derselben, wie aus den nachstehenden Bemerkungen zu ersehen ist. Um nämlich eine Locomotive eine Stunde lang mit einer Pferdestärke arbeiten zu lassen, bedarf es durchschnittlich 10k° Dampf, da aber eine Locomotive pro lm4 ihrer Heizfläche 30ks Dampf zu liefern vermag, so entfällt auf 1m'

3 Pferdestärken. Da

CO

dieser Heizfläche die stündliche Leistung von: das Gewicht einer solchen Maschine circa ¹ ₂ Tonne pro 1

10

1Ï12

Heizfläche

ausmacht, so beträgt die mittlere Leistung: , -—6 Pferdekräfte pro Stunde,

also: 6 X 75 = 450 Meter-Kilogramm pro Secunde. Veranschlagt man den mittleren Werth der Adhäsion auf 130ks pro Tonne Druck, so ergibt sich, 450 130

= 3⁻5 m pro Secunde

dass dieselbe schon bei einerFahrgeschwindigkeitvon :

ausgenützt werden kann. Da man aber selbst im ungünstigsten Falle nicht langsamer wird fahren wollen als mit 7m Geschwindigkeit, so folgt, dass in gewöhnlichen Fällen nur die Hälfte des Gewichtes der Locomotive für Zwecke der Adhäsion nöthig ist¹), oder mit anderen Worten: dass man in den gewöhnlichen Fällen nur die Hälfte jener Adhäsion verwerthet, welche die Maschine liefert. Bezeichnet man mit Q das Gewicht der Treibräder, oder vielmehr den Druck, welchen dieselben auf die Schiene ausüben, misst man diesen Druck (das sogenannte Adhäsionsgewicht) in Tonnen und erwägt, dass jede Tonne dieses Gewichtes auf der Schiene eine gleitende Reibung erzeugt, welche 5 Kilogramm beträgt, so wird die gesammte Adhäsion A, welche die Locomotive erzeugt, offenbar;

(99

Kilogramm betragen.

Man kann, sobald es sich um Ueberschlagsrechnungen, also um eine rohe Schätzung handelt, setzen für:

O Ol

schlechtes Wetter    II

gutes Wetter . . .

Man pflegt also in der rohen

im Mittel: s= 135 — 140ks, und annehmen, dass die Adhäsion mit der Fahrgeschwindigkeit sich nicht ändere.

Praxis anzunehmen, dass die Adhäsion bei trockenen Schienen Vs bis Vs und bei nassen Schienen Vs bis XA des auf den Treibrädern lastenden Druckes betrage, und veranschlagt sie im Mittel auf V7 dieses Druckes.²)

Die Adhäsion einer 30 Tonnen schweren Locomotive, deren sämmtliche Räder untereinander verkuppelt sind, beträgt sonach bei :

(30 X 150 = 4500 Kilogramm a = 130X 100 = 3000

gutem Wetter.... schlechtem Wetter

Bei ungekuppelten Tender-Maschinen ist die Treibradachse gewöhnlich mit 0‘6 des ganzen Gewichtes der Maschine belastet; die mittlere Adhäsion beträgt sonach für derlei Maschinen: A = 0⁻6X140Q oder: A=84.Q Kilogramm, sobald Q das totale Gewicht der Tendermaschine bezeichnet und in Tonnen gemessen wird.

•§■ 65.

Das Gewicht der Locomotive.

In einer Nummer des englischen Weltblattes »Times« vom Jahre 1825, also in einer Zeit, in welche die Eröffnung der ersten, dem öffentlichen Betriebe übergebenen Locomotiv-Eisenbahn fällt (Stockton-Darlington Bahn), ist Folgendes zu lesen: »Es ist ausgemacht, dass sehr viele Projecte (Maschinen zu bauen) von Personen ausgehen, die nur wenig Begriff von dem Wesen der Eisenbahnen haben. Die jetzigen Locomotiven sind von

*) Borries. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 187.

²) Wochenschrift des österreichischen Ingenieur- und Architekten-Vereines,Wien 1881, pag.84.

ausserordentlicher Schwere, jene der Killingworth Kohlengewerke {Stephenson’s Locomotiven) wiegen gar 8 Tonnen. Dieses immense Gewicht, welches man mit einer Geschwindigkeit von 16km pro Stunde und schneller vorwärts bringen will, wird sowohl die Strasse, als auch die Maschine zerstören, die Wagen werden aus den Schienen gerathen, und welche Kraft will man dann anwenden, um sie wieder empor zu bringen?«

Wenn schon die damaligen Locomotiven zu schwer erschienen, was würde man gesagt haben, wenn man geahnt haben würde, dass später Locomotiven gebaut werden, welche 6—7mal schwerer sind? Während die erste Locomotive »The Rocket«, die (1829) dem Verkehre auf der Liverpool-Manchester Bahn übergeben wurde, 4³/₄ Tonnen wog, hatte die (1831) durch Seguin (senior) in Frankreich gebaute Locomotive 6 Tonnen Gewicht. Stephenson¹ s Locomotive »Furia, welche (1833) für die Liverpool-Manchester Bahn geliefert wurde, wog 8'2 Tonnen. Die Kaiser Ferdinands-Nordbahn, die ihren Betrieb gleich mit einem relativ starken Güterverkehre begann, setzte (1839) die Locomotive »Nordstern« mit 13 Tonnen Gewicht in Betrieb, und heute finden wir Maschinen, die 50 und mehr Tonnen wiegen.

Wie sehr das Gewicht der Locomotiven im Laufe der Zeit zugenommen hat, kann unter Anderm auch aus der nachstehenden, die österreichische Nordbahn betreffenden Zusammenstellung ersehen werden. Es betrug das Gewicht der Güterzugs-Locomotiven :

13'0 Tonnen 27-0    »

27-0

33-5

40-8

4L0

Angesichts der beständigen Zunahme des Locomotivgewichtes fragt es sich, wo denn eigentlich die Grenze dieses Wachsthumes liegt, und inwiefern eine derartige Vergrösserung des Maschinengewichtes durch die Verkehrsverhältnisse der Eisenbahnen geboten ist.

Vor Allem ist darauf hinzuweisen, dass das Gewicht der Locomotive dem Oberbaue der Bahn angepasst sein müsse, über welche die Locomotive die Züge zu führen hat, dass also die Locomotive höchstens so schwer sein darf, als es die Schiene, über welche sie rollt, verträgt. Da zwischen Raddruck und Querschnitt der Schiene ein Zusammenhang besteht, welcher durch Gleichung 1, §.4, gekennzeichnet ist, so folgt, dass man den Raddruck wird berechnen können, sobald der Schienenquerschnitt gegeben ist.

Da der Querschnitt der gegenwärtig verwendeten Stahlschienen circa 40 cmi beträgt, so ergibt sich aus der obgedachten Relation für den höchsten Raddruck, der noch zur Anwendung gelangen darf, der Werth von 8 Tonnen. Diesem zufolge dürfte eine Locomotive mit vier untereinander verkuppelten Rädern nicht mehr wiegen als 4X8 — 32 Tonnen, eine Locomotive mit 6 Treibrädern dürfte nicht schwerer sein als 6 X 8 = 48 Tonnen und dürfte das Gewicht eines »Achtkupplers« 8x8 = 64 Tonnen nicht übersteigen. Dies wären, wie gesagt, die grössten Maschinengewichte, welche noch zugelassen werden könnten. Gesetzlich dürfen die Locomotiven nicht einmal so schwer sein, da in Oesterreichs 7 Tonnen als Maximal-Raddruck

normirt wurde. Es darf daher in Oesterreich eine Locomotive mit vier untereinander verkuppelten Rädern nicht schwerer sein als 4X7 = 28 Tonnen, eine solche mit 6 Rädern nicht schwerer als 6 X 7 = 42 Tonnen, und das Gewicht einer Locomotive mit 8 Treibrädern darf nicht über 8X7 = 56 Tonnen gehen.

Dies wären also die Grenzen, bis zu welchen man mit dem Loco-motivgewichte gehen kann mit Rücksicht auf den Oberbau der betreffenden Bahn. Nunmehr fragt es sich noch, ob es denn nothwendig ist, bis zu diesen Grenzen zu schreiten, oder ob vielleicht mit leichteren Locomotiven dasselbe erreicht werden könnte.

Auf den ersten Blick scheint es, dass man mit einer leichteren Locomotive unmöglich dieselbe Leistung erreichen kann, wie mit einer schweren, weil die leichtere Maschine weniger Adhäsion liefert einer geringeren Adhäsion aber eine kleinere Zugkraft entspricht, dass daher für grössere Leistungen, schwere Locomotiven nothwendig sind. Ueberlegt man jedoch die Sache genauer, so gelangt man zu einem anderen Resultate. Vielleicht wird das nachstehende Bild zur Klärung der Sachlage beitragen.

Ueber einem Brunnen befindet sich eine horizontale, um ihre Achse drehbare Welle, um diese ist ein Seil geschlagen, an dessen längerem Ende, tief im Brunnen ein schwerer Eimer hängt. Ich will den Eimer dadurch in die Höhe ziehen, dass ich, das kürzere Ende des Seiles in Händen haltend, auf dem horizontalen Wege vom Brunnen weg mich bewege.

Um den angestrebten Zweck zu erreichen, muss ich vor Allem genug Kraft besitzen, um den Eimer heraufzuziehen, dann muss der Weg vom Brunnen rauh genug sein, damit ich mich auf demselben halten kann, denn bei Glatteis würde ich den Eimer nicht ziehen können, weil es mir nicht möglich wäre, auf der glatten Bahn fortzuschreiten. Meine Kraft, wenn sie auch noch so gross wäre, könnte in einem solchen Falle nicht verwerthet werden. Anderseits aber würde auch die beste Bahn (sehr rauher Weg, auf dem ein Gleiten unmöglich ist) nichts nützen, wenn ich nicht genug Kraft hätte, den schweren Eimer in die Höhe zu ziehen. Das Gewicht des Eimers, meine Muskelkraft und die Rauhigkeit der Bahn stehen sonach in einem engen Zusammenhänge.

Denke ich mir an Stelle meiner Muskelkraft die Dampfkraft der Locomotive (deren Zugkraft), an Stelle der Rauhigkeit der Bahn die Adhäsion und an Stelle des Gewichtes des Eimers den Bewegungswiderstand des zu fördernden Zuges, so habe ich Verhältnisse geschaffen, wie sie auf Eisenbahnen thatsächlich Vorkommen.

Bezeichnet W den zu bewältigenden Widerstand der Bewegung, Z die Zugkraft der den Zug führenden Locomotive und A die Adhäsion, welche sie erzeugt, so muss im Allgemeinen: W< Z < A, zum Mindesten aber: W = Z

A sein. Der Widerstand richtet sich nach der Zugkraft, denn ist er zu gross, so wird er eben nicht bewältigt werden, die Adhäsion braucht nur um Weniges grösser zu sein als die Zugkraft, so dass also alles von der Grösse der Zugkraft abhängt, und diese ist durch die Dampfentwicklung des Kessels gegeben.

Ich brauche also nicht mehr Adhäsion zu haben, als nur eine Kleinigkeit mehr, als die Zugkraft beträgt. Habe ich viel mehr Adhäsion, als die Zugkraft beträgt, so bin ich ausser Stande, diesen Ueberschuss zu ver-werthen, er ist sonach zwecklos. Beträgt die Zugkraft der Locomotive (die Kraft, welche wir im Dampfe zur Verfügung haben ) Z Kilogramm, so braucht auch die Adhäsion meiner Locomotive nicht mehr Kilogramm zu betragen, sie kann ebenso gross sein, nur darf sie niemals kleiner als Z ausfallen, weil sonst die Zugkraft nicht ausgenützt werden könnte.

Da die Adhäsion (§. 64) Qs Kilogramm beträgt, sobald Q das Gewicht der Maschine (deren sämmtliche Räder gekuppelt sind), und s die pro Tonne des Gewichtes entfallende Adhäsion bezeichnet, so hat man die Relation Z = Qs. Entwickelt die Locomotive N Pferdekräfte und führt sie ihren Zug mit c Meter Geschwindigkeit pro Secunde, so ist (§. 70, Formel 114):

75 . N

75 . N

Man hat sonach: Qs =

und hieraus ergibt sich, falls

s == 135 gesetzt wird: Q

0-55

, oder mit Rücksicht darauf, dass es er

wünscht ist, einen kleinen Ueberschuss an Adhäsion zu haben, auch:

. . (100

eine Formel zur Berechnung des Gewichtes der Locomotive. In derselben bezeichnet sonach:

Q. . .das Gewicht, welche eine Locomotive mindestens haben muss, falls deren Leistungsfähigkeit voll ausgenutzt werden soll;

N...den Nutzeffect der Locomotive, gemessen in Pferdekräften;

C . . .die Fahrgeschwindigkeit des Zuges, in Metern pro Secunde.

Eine Locomotive, welche 500 Pferdestärken entwickelt, braucht sonach, falls sie ihren Zug

3

mit 10 Meter pro Secunde ziehen soll, nicht schwerer als: — • ---

500

= 30 Tonnen zu sein, gleichviel

ob sie in einer Horizontalen oder in einer Steigung sich bewegt. In einer Steigung wird nur der Zug leichter sein müssen als in der Horizontalen.

Würde man voraussetzen können, dass die Leistungsfähigkeit N der Locomotive dieselbe bleibt, ob die Maschine schnell oder langsam sich bewegt, was ja nahezu wirklich der Fall ist (§. 70), so folgt aus Formel 100, dass das Gewicht der Locomotive im umgekehrten Verhältnisse der Fahrgeschwindigkeit steht, dass also schnell fahrende Locomotiven leicht sein müssen.

Nach Formel 100 lässt sich wohl das Gewicht jener Locomotiven berechnen, welche einen besonderen Tender haben, man ersieht aber aus derselben nicht, inwiefern dieses Gewicht durch Zugabe oder Wegnahme des Tenders beeinflusst wird. Um auch in dieser Richtung einen Üeberblick zu erhalten, kann man wie folgt calculiren:

Da die Wagen eines Zuges durch die Kupplung mit der Maschine Zusammenhängen, so muss die Kupplung eine Spannung aushalten, die dem Widerstande gleich ist, welchen die der Maschine angehängten Wagen verursachen. Wiegen die Wagen zusammen W Tonnen, und beträgt der Widerstand der Bewegung w Kilogramm pro Tonne ihres Gewichtes, so hat die Kupplung eine Spannung von S —w.W Kilogramm auszuhalten.

Die Locomotive braucht also nur so viel Adhäsion zu liefern, als erforderlich ist, um diese N Kilogramm und ausserdem noch den Bewegungswiderstand der Maschine sammt Tender (als Wagen betrachtet) zu überwinden. Da dieser Widerstand w. M Kilogramm beträgt, sobald der Motor (Maschine und Tender) M Tonnen wiegt, so beträgt die Adhäsion A, welche die Locomotive zu liefern hat: A = (wM + S) Kilogramm.

Wiegt die Locomotive, deren sämmtliche Räder gekuppelt sind, Q Tonnen, so hat man, sobald jede Tonne dieses Gewichtes eine Adhäsion von s Kilogramm erzeugt, für die Gesammt-Adhäsion dieser Locomotive Qs Kilogramm. Es besteht sonach die Gleichung:

Q . s = (w . M + S)

aus welcher man erhält, sobald berücksichtigt wird, dass M = (Q + T), sobald der Tender der Maschine T Tonnen wiegt:

. . (101

S + w . T

s —w

wobei also bezeichnet:

Q. . . das Gewicht einer Locomotive, welches sie erhalten muss, wenn deren Adhäsion bis zur Grösse der erlaubten Spannung der Kupplungs-Vorrichtungen getrieben wird, gemessen in Tonnen;

...das Gewicht des Tenders dieser Maschine, in Tonnen;

. . .die zulässige Spannung der Kupplung, in Kilogramm;

S . . - die pro Tonne Adhäsionsgewicht der Maschine entfallende Adhäsion, gemessen in Kilogramm;

W. . . der Widerstand der Wagen pro Tonne ihres Gewichtes, in Kilogramm. Mit Rücksicht auf das plötzliche Anreissen beim Ingangsetzen der Züge darf die Beanspruchung der Zugstangen die Grösse von 700 — 900 pro Quadrat-Centimeter Querschnitt der Stange nicht überschreiten.

Die Eisenbahnpraxis begnügt sich mit einer Beanspruchung von 500k». Beträgt der Halbmesser der Zugvorrichtung an ihrer schwächsten , deren Querschnitt sonach 10cmi, so kann die Zugvorrichtung

mm

Stelle 1 8

mit einer Kraft von S = 10 X 500= 5000 ks in Anspruch genommen werden.

Beispiel: Ueber eine Steigung von 25‘2n/(W soll bei einem guten Wetter ein Zug mit einer Geschwindigkeit von 7 Meter pro Secunde geführt werden. Die Kuppelung hat an ihrer schwächsten Stelle einen Halbmesser von 18 Millimeter. Unter Voraussetzung, dass das Eisen, aus welchem die Kuppelung besteht, mit 500 Kilogramm pro Quadrat-Centimeter in Anspruch genommen werden kann, und die ansteigende Bahn in einer Curve von 600 Meter Radius liegt, fragt es sich, wie schwer die Locomotive höchstens sein kann, wenn bei voller Ausnützung ihrer Adhäsion die Kuppelung nicht leiden soll?

Der Querschnitt der Schraubenspindel beträgt: L8-y 314 = 10 Quadrat-Centimeter, die Zugfestigkeit desselben daher: 10 X 500 = 50C0 Kilogramm. Der Widerstand der Bewegung beträgt :

/    finn 7 2\

(3'1 -)- 25’2 -f- g -f-    = 30 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht. Wird die Adhäsion mit 150 Kilo

gramm pro Tonne Adhäsionsgewicht, und das Gewicht des Tenders mit 25 Tonnen angenommen, so ist: S = 5000, T = 2ö, s= 150, w = 30, und mithin laut Formel 101 das Gewicht der Locomotive: Q=48 Tonnen. Würde die Maschine keinen Tender zu schleppen haben, würde sie also eine Tendcr-Mascliine sein, so lässt sich das Gewicht derselben ebenfalls nach Formel 101 berechnen, nur muss man darin T = o setzen. Für diesen Fall erhält man Q =42 Tonnen. Die Adhäsion einer 48 Tonnen schweren Maschine beträgt: 48X 150 = 7200 Kilogramm, jene einer 42 Tonnen schweren Tender-Maschine dagegen nur: 42X 150 = 6300 Kilogramm. Die Maschine mit Schlepp-Tender muss sonach einen solchen Kessel erhalten, dessen Dampfproduction einer Zugkraft von 7200 Kilogramm entspricht, während bei einer Tender-Maschine ein Kessel genügt, dessen Dampfproduction einer Zugkraft von 6300 Kilogramm zukommt.

§. 66.

Zusammenhang zwischen dem Gewichte der Maschine und der

Steigung.

Aus der im vorigen Paragraphe für das Gewicht der Locomotive abgeleiteten Formel 101 ist zu ersehen, dass das Gewicht der Maschine unter Anderm auch vom Widerstande abhängt, welchen die Maschine zu überwinden hat. Der Bewegungswiderstand hängt aber bekanntlich von der zu bewältigenden Steigung ab, woraus folgt, dass das Gewicht der Locomotive als eine Function der zu überwindenden Steigung sich wird darstellen lassen.

Veranschlagt man die Maximalgeschwindigkeit, mit welcher die Steigungen noch befahren werden sollen, auf 7m pro Secunde und nimmt an, dass der mittlere Curven-Radius 500m beträgt, so hat eine jede Tonne des Zugsgewichtes einen Widerstand von:

|Vl + m +

) = (5 + m)

600 ₍ 72 500 ⁺ 70

Kilogramm zu überwinden, sobald m die Steigung der Bahn in Millimetern pro Meter Bahnlänge bezeichnet. (§. 31, Formel 60, pag. 124.)

Mit Hinblick auf diesen Werth beträgt das Maximalgewicht der

Locomotive :

S -f (5 + m) . T

Tonnen. Da die Zahl 5 im Verhältnisse zur Zahl 150, welche für die Adhäsion 5 zu setzen ist, (§. 64, pag. 252) verschwindet, so kann man schreiben:

S + (5 + m) . T

(s—:m)

während für eine Maschine ohne besonderen Tender, eine sogenannte Tender-Maschine, das Gewicht:

(s — m)

Tonnen beträgt, weil in diesem Falle T = o ist.

Setzt man in diese Formeln: S = 5000, T = 25, s=150 und berechnet nach derselben, für verschiedene m, die zugehörigen Locomotiv-gewichte, so gelangt man zu der nachfolgenden Tabelle:

Für die Steigungen pro mille

Maschine

10

20

25

beträgt das Maximalgewicht der Locomotive in Tonnen

Mit Schlepp-Tender T ender-Maschine

CO CO CO ^

CO CO Ol oo

CO 4^ OO CO

CD O

Aus dieser Tabelle ist zu ersehen, dass für grössere Steigungen Tender-Maschinen vortlieilhafter sind.

17

Diese Wahrheit tritt noch überzeugender hervor, wenn bei Maschinen mit Schlepptender das Gewicht dieses Tenders mit berücksichtigt wird. Wiegt der Tender 25 Tonnen, so erhält man für die Totalgewichte des Motors die nachstehende Tabelle:

Für Steigungen pro mille

Motor

10

20

25

beträgt das Maximalgewicht des Motors in Tonnen

Locomotive und Tender Tender-Maschine

CO

io CO

CO ID CD CO

CO CO CD CO

Ueber den Werth von Tender-Locomotiven gegenüber den Locomotiven mit besonderem Tender sind übrigens die Ansichten noch getheilt. Unzweifelhaft steht aber fest, dass Tender-Locomotiven für den Betrieb kurzer Zweigbahnen, sowie für den Rangirdienst mit Vortheil verwendet werden können, und zwar namentlich desshalb, weil die Menge des auf der Maschine befindlichen Wassers und Brennmateriales, die ja nur gering ist, also oft ersetzt werden muss, bei derlei Diensten leicht ersetzt werden kann.

Das Gewicht der Locomotive mit Schlepptender steht mit ihrem Nutzeffecte in einem engen Zusammenhänge. Bezeichnet N den Nutzeffect der Locomotive in Pferdekräften, so lehrt die Erfahrung, dass sehr nahe ist:

. . (102

Eine empirische Formel, welche besagt, dass man pro Tonne Locomotiv-Gewicht auf eine Leistung von 10 Pferdekräften rechnen kann.

Hier bezeichnet:

Q...das Gewicht der Locomotive mit Schlepptender, in Tonnen; N...den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften.

Eine Locomotive, welche mit 360 Pferdekräften arbeiten soll, müsste sonach : ^ X 360 = 36

Tonnen wiegen.

Da der Nutzeffect der Locomotive von der Dampfentwicklung ihres Kessels, diese hingegen von der Heizfläche abhängt, so wird das Gewicht der Locomotive sich auch als Function ihrer Heizfläche darstellen lassen. Die Erfahrung lehrt, dass Vs Quadrat-Meter Heizfläche erforderlich ist, um so viel Dampf zu erzeugen, als zur Leistung einer Arbeitsgrösse von einer Pferdekraft erforderlich ist, dass also, sobald H die Grösse der Heizfläche in Quadrat-Metern bezeichnet, N—3 . H gesetzt werden kann. Verbindet man diese Gleichung mit der obigen so erhält man:

Q = 0*3 H

Tonnen, eine Formel zur Schätzung des Gewichtes einer Locomotive mit besonderem Tender.

In der obigen Formel bezeichnet:

Q... das Gewicht der Locomotive mit Schlepptender, in Tonnen;

H. . .die Heizfläche der Locomotive, in Quadrat-Metern.

Eine Locomotive von 100 Quadrat-Meter Heizfläche würde sonach exclusive Tender ein Gewicht von: 0-3X100 = 30 Tonnen haben.

Für Tender-Maschinen gibt Regierungsbaumeister Wendland in Berlin die nachstehende Erfahrungsformel:

Qt = a + 0-3 H . .

.    .    (103

Aus dieser Formel erhält man für die Heizflächen : H=10, 20, 30, 40, 50m" die Gewichte: Qt — 8, 11, 14, 17, 20 Tonnen.

In dieser Formel bezeichnet:

Qt. . . das Gewicht der Tender-Locomotive, in Tonnen:

...die Heizfläche der Locomotive, in Quadrat-Metern;

...eine Constante, welche für verschiedene Systeme von Tender-Locomotiven verschiedene Werthe annimmt. Borries¹) veranschlagt diese Constante auf a =5.

Für Tendermaschinen der Firma:

4-6

Hägens in Erfurt.....

6-5

Krauss in München ... ist a = \ 6‘0 Henschel in Kassel....

Für preussische Tender-Locomotiven mit 2 Achsen beträgt a = 9, für derlei dreiachsige Locomotiven hingegen a—11.

Setzt man in die obige Gleichung für H den früher gefundenen Werth,

nämlich

co tz;

, so erhält man:

.    .    (104

eine Formel zur Bestimmung des Gewichtes von Tender-Locomotiven, sobald deren Nutzeffect N (ausgedrückt in Pferdekräften) bekannt ist.

Ein Vergleich dieser Formel mit jener 102 lehrt, dass: Qt = (Q + a) ist, dass also bei einem und demselben Nutzeffecte eine Tendermaschine schwerer ausfällt, und dies bringt auf die Frage, welche Maschinen für den Betrieb ökonomischer sind, schwere oder leichte?

Wenn man im Stande wäre, die Zugkraft der Locomotive stets auszunützen, so würde dieser Umstand allerdings für schwere Maschinen sprechen. Die Erfahrung lehrt aber, dass die Leistungsfähigkeit der heutigen Maschinen nur mit 50 — 70 Procent ausgenützt wird, und gelangt man nach einiger Ueberlegung zur Einsicht, dass eine volle Ausnützung der Zugkraft geradezu unmöglich ist. So ist beispielsweise der Personenverkehr nicht gleichmässig, sondern nimmt je nach den Monaten zu oder ab, ja er wechselt sogar mit der Tageszeit. In Folge dessen ist für einen Theil der Züge zu wenig, für einen andern wieder zu viel Belastung vorhanden, wodurch die Leistung überhaupt sich verringert, weil in keinem der beiden Fälle die volle Ausnützung stattfinden kann. Die Mehrlast erfordert nämlich Vorspann oder Extrazüge, während dieselbe sich selten so vergrössert, dass sie der Zugkraft beider Maschinen zusammen entspricht. Beim Güterverkehr treten ähnliche Erscheinungen ein, wie z. B. Sonn- und Feiertage, einseitige Richtung des Güterverkehres, Schwankungen desselben mit der Jahreszeit u. s. w.²)

') Borries. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 221.

²) Maey. Betrachtungen über die Locomotive der Jetztzeit, Wiesbaden 1884, pag. 171.

17*

All dies führt zu dem Schlüsse, dass schon unsere heutigen Loco-motiven zu schwer sind. Im Allgemeinen muss bemerkt werden, dass schwere Locomotive sich weder für Bergbahnen noch zum schnellen Transporte eignen, weil im ersten Falle die Nutzlast durch die Schwere der Locomotive wesentlich verringert wird und die Adhäsion ohnehin eine minder wichtige Rolle spielt (§. 64, pag. 251). Die Ausnützung der Betriebsanlagen wird in weit höherem Grade stattfinden können als bisher, wenn man leichtere und dabei leistungsfähigere Locomotiven verwenden, dafür aber das Gewicht der Züge vermindern und die tägliche Anzahl derselben vermehren würde. Durch einen solchen Betriebsmodus erzielte man auch eine bessere Ausnützung der Locomotive, verringerte den Bedarf an Brennmaterial, schonte die Betriebsmittel, den Unter- und Oberbau der Bahnen.

Wenn eine Locomotive ihren Güterzug mit 7m Geschwindigkeit pro Secunde führt und hiebei mit 360 Pferdekräften arbeitet, so dürfte dies das Maximum sein, was von einer Locomotive mit Rücksicht auf das Gesagte zu fordern wäre; dieser Leistung würde aber eine Locomotive von 27 Tonnen reichlich entsprechen, und hieraus würde folgen, dass ein Gewicht von 27 — 30 Tonnen so ziemlich die Gewichtsgrenze für die Güter-zugs-Locomotiven sein sollte.

Indessen wurde vor kurzer Zeit in Amerika eine Locomotive gebaut, deren Dienstgewicht sammt Tender 107 Tonnen beträgt, und welche inclusive der Tenderräder 26 Räder hat. Diese Locomotive hat eine Länge von 19⁻95 Meter, ein Adhäsionsgewicht von 58 Tonnen und wiegt leer ohne Tender 66 Tonnen. Der Tender dieser grössten Locomotive der Welt hat ein Leergewicht von 23 Tonnen, er fasst 13'5 Tonnen Wasser und 4'5 Tonnen Kohle.

Für Bahnen, welche sich eines regen Güterverkehres erfreuen, die also viel Fracht zu transportiren haben, können schwere Maschinen allerdings entsprechen, da deren Leistungsfähigkeit stets ausgenützt werden kann. Gehen aber derlei Maschinen auf die anstossenden Flügelbahnen über, die naturgemäss einen weniger intensiven Verkehr haben, so werden sie daselbst nicht mehr voll ausgenützt werden können, und sind ausserdem Fälle möglich, dass durch Abtretung der Maschinen an die Flügelbahn die Hauptbahn einen Mangel an Betriebskraft haben wird, während die schweren Maschinen auf der Flügelbahn ohne nennenswerthen Effect hin- und herfahren.

§. 67.

Umsteuerung der Locomotive.

Würde man während des Laufes der Locomotive die Verbindung zwischen Schieber und Treibrad aufheben, so würde die Locomotive bald zum Stillstände kommen, weil der Cylinderkolben nicht mehr hin und hergehen könnte. Würde man sodann die Verbindung der Schieberstange mit der Kurbel des Treibrades genau in der ursprünglichen Weise wieder her-stellen, so würde die Locomotive den unterbrochenen Weg natürlich wieder fortsetzen können, d. h. sie würde wieder vorwärts laufen, wenn sie früher vorwärts fuhr, oder rückwärts gehen, wenn sie früher diese Bewegung hatte.

Wollte man aber bewirken, dass die Locomotive nach vollzogener Trennung der Schieberstange von der Kurbel des Treibrades die entgegengesetzte Bewegung von jener einschlage, welche sie vor der Trennung dieser Maschinentheile hatte, so müsste man, nachdem die Trennung vollzogen, den Schieber etwa aus freier Hand so verstellen, dass er nach Bewirkung der Verbindung gezwungen ist, gerade die entgegengesetzte Bewegung von jener auszuführen, welche er im Momente der Trennung innehatte.

In einem solchen Falle würde aber der Dampf den Kolben nicht mehr von derselben Seite treffen, von welcher er ihn traf, bevor die Verbindung zwischen Schieberstange und Treibradkurbel aufgehoben wurde, sondern von der andern Seite. Die Locomotive würde also die Richtung ihrer ursprünglichen Bewegung umkehren. Hat der Schieber zu Anfang der Bewegung eine solche Stellung, dass der Dampf zuerst rechts eintritt, so wird der Kolben nach links geschoben, das Treibrad dreht sich hiebei im Sinne des Uhrzeigers, die Locomotive läuft vorwärts. Ist aber der Schieber ursprünglich so gestellt, dass der Dampf zuerst links eintritt, so schiebt er den Kolben nach rechts, das Treibrad nimmt jetzt die inverse Bewegung des Uhrzeigers an, die Locomotive läuft rückwärts.

Hieraus ist zu entnehmen, dass die Richtung der Bewegung der Locomotive lediglich von der Stellung abhängt, welche- der Schieber zu Beginn der Bewegung einnimmt. Will man umgekehrt fahren, so muss man bewirken, dass der Schieber gerade die entgegengesetzte Stellung von jener erhalte, in welcher er sich gerade befindet; man muss also den Schieber so verstellen, dass der Dampf nunmehr links eintritt, wenn er im Momente der Verstellung rechts eintrat oder umgekehrt.

Bei den ersten Maschinen musste der Stellungswechsel des Schiebers von der Hand bewirkt werden. Der Maschinführer musste, falls er die Richtung der Fahrt ändern wollte, den Dampf absperren, sodann von der zum Stillstände gebrachten Locomotive absteigen, den Schieber oder was auf dasselbe hinauskam, (die Kurbel des Treibrades (Excenter) umstellen, den Excenter in dieser neuen Stellung festkeilen, auf die Maschine steigen und Dampf in den Cylinder einlassen.

Stephenson’s erste Locomotive hatte noch eine solche Umsteuerung, d. h. der Excenter sass nur lose auf der Treibachse, musste von Hand umgestellt und in der neuen Lage verkeilt werden, falls man umgekehrt fahren wollte.

Ein derartiger Excenter liess sich aber nur schlecht handhaben, wetzte sich leicht aus, wodurch die Dampfvertheilung nachtheilig beeinflusst wurde. Hawthorn in New Castle kam (1837) auf den glücklichen Gedanken, auf die Treibachse zwei Excenter aufzusetzen und beide festzukeilen. Der eine erhielt die Lage, welche die Fahrt nach vorwärts erheischte, der andere war entsprechend der Fahrt nach rückwärts aufgesetzt. Diese Excenter konnten nun beliebig, natürlich nur stets einer von beiden, mit der Schieberstange verbunden werden. War die Stange des Vorwärts-Excenters mit der Schieberstange in Verbindung, so hing die Stange des Riickwärts-Excenters lose herab, und umgekehrt.

Wollte der Maschinführer die Fahrt umkehren, so hatte er nichts weiter zu thun, als die Verbindung des einen Excenters mit dem Schieber zu lösen, gleichzeitig aber die Verbindung des Schiebers mit dem anderen Excenter herzustellen.

Die Excenterstangen dieser Steuerung laufen in Gabeln aus, welche die Coulisse umfassen. In dem Schlitze der Coulisse ist ein Gleitklotz ( Coulissenstein) verschiebbar, und dieser ist mit der Schieberstange verbunden. Die Coulisse selbst war derart aufgehängt worden, dass man sie vom Standpunkte des Maschinisten aus heben oder senken konnte. Je nachdem die Coulisse gesenkt oder gehoben wird, kommt entweder die eine oder die andere der Excenterstangen an diesen Stein zu stehen. Der Stein, also auch die Schieberstange, wird sonach durch die Bewegung jener Excenterstange beeinflusst, welche oben an ihn anliegt.

Diese Operation des Lösens der einen und gleichzeitigen Einhängens der anderen Excenterstange konnte vom Standorte des Maschinisten, und zwar durch eine einzige Hebelbewegung ausgeführt werden, und man nannte den ganzen hiezu dienenden Mechanismus die Umsteuerung.

Ingenieur William fasste den Gedanken, die Enden der beiden Excenterstangen durch ein Zwischenstück, Coulisse genannt, miteinander zu verbinden und die Schieberstange in diese Coulisse eingreifen zu lassen, und zwar derart, dass der Angriffspunkt der Schieberstange entweder mit der einen oder mit der anderen Schieberstange zusammenfiel, so dass die Bewegung des Schiebers entweder durch die eine oder durch die andere Excenterstange dirigirt wurde. Diese Anfangs unvollkommene Construction erfuhr mit der Zeit Verbesserungen und ersann später (1843) Robert Stephenson die unter dem Namen Stephenson’sche Coulissen-Steuerung weltberühmte Einrichtung.

Anfänglich benützte man nur die beiden äussersten Punkte der Coulisse, so dass der Stein entweder ganz oben bei der einen, oder ganz unten bei der anderen Excenterstange stand, die Schieberstange sonach entweder mit dem Vorwärts- oder mit dem Riickwärts-Excenter in Verbindung stand.

Die beiden

Steht der Stein genau in der Mitte der Coulisse, so kann natürlich eine Bewegung des Schiebers nicht eintreten, weil um das Stück, um welches die eine Excenterstange den Schieber nach Vorwärts treiben würde, wenn sie allein zur Wirkung käme, die andere Excenterstange den Schieber nach Rückwärts treiben würde, wenn sie allein wirksam wäre.

Wirkungen heben sich sonach bei dieser Stellung des Steines in der Coulisse auf. Steht jedoch den Stein ausserhalb der Mitte der Coulisse, also in einer Zwischenstellung, so überwiegt der Einfluss jener Excenterstange, welcher der Stein näher liegt. Derlei Mittelstellungen ermöglichen also eine besondere Art der Dampf-Vertheilung; sie gestatten nämlich die Admissionsperiode des Dampfes zwischen gewissen Grenzen zu verändern, also mit variabler Expansion zu arbeiten. Später tauchten verschiedene andere Constructionen auf;, jene von Stephenson, Gooch und Allan sind jedoch die verbreitetsten. Der Unterschied dieser drei Steuerungen beruht in der Verschiedenheit der Verbindung des Steines mit den einzelnen Punkten der Coulisse.

Bei der Steuerung von Stephenson liegt der Stein fest in der Verlängerung der Schieberstange, während die Coulisse je nach der Fahrtrichtung gehoben oder gesenkt wird. Bei der Umsteuerung von Gooch liegt die Coulisse fest mit ihrer Mitte in der Verlängerung der Schieberstange, der Stein wird in der Coulisse gehoben oder gesenkt. Die Umsteuerung von Allan bildet eine Combination der beiden vorigen. Bei ihr werden

Coulisse und Stein gleichzeitig, jedoch nach entgegengesetzten Richtungen

hin bewegt.

Es ist zu bemerken, dass die verschiedenen Arten der Coulissen-steuerungen hinsichtlich der Güte der Dampf-Vertheilung so zu sagen von einander sich gar nicht unterscheiden, indem man bei gut gewählten Abmessungen für alle drei eine gleich gute Wirkung der Dampf-Vertheilung erhalten kann.

In neuester Zeit construiren Brown und Joy') Locomotiv-Steuerungen, die sich von den bereits erwähnten dadurch unterscheiden, dass dieselben keine Excenter besitzen, so dass die Bewegung von einem Punkte der Triebstange aus erfolgt.

Bei allen Locomotiv-Steuerungen lässt sich die Hebung und Senkung der Coulisse, die Bewegung des Steines in der fixen Coulisse, oder endlich die gleichzeitige Hebung der Coulisse und Senkung des Steines vom Standorte des Maschinführers durch den sogenannten Steuerungshebel bewirken, welcher Hebel um seinen unteren Endpunkt sich drehend, in einer verticalen Ebene, welche ihre Kante gegen den Maschinführer wendet, von vorne nach rückwärts oder umgekehrt bewegt werden kann.

Dieser Hebel gleitet an einem vertical aufgestellten, mit seiner Kante gegen den Maschinführer gestellten Bogen. Befindet sich der Hebel in der Mittelstellung, das heisst in der Mitte des Bogens, so bedeckt der Schieber beide Canäle, der Dampf kann in das Innere des Cylinders nicht gelangen, die Maschine bewegt sich nicht, wenngleich auch der Regulator offen ist.

Drückt der Maschinführer den Steuerungshebel aus der Mitte heraus von sich weg, um einen gewissen Bogen, so nimmt der Schieber eine solche Stellung ein, dass er den Zutritt des Dampfes in den Cylinder in dem Augenblicke absperrt, als derselbe beispielsweise bereits ¹ 4 seines Weges durchlaufen hat, so dass also der Dampf während ³U des Kolbenweges keinen Zuwachs erhält, der Kolben daher vermöge der Kraft der Expansion bis an das Ende getrieben wird. Durch entsprechende Stellung des Steuerungshebels kann der Maschinführer bewirken, dass der Dampf erst dann abgesperrt wird, wenn der Schieber Vs seines Weges durchlaufen hat u. s. w. Man sagt dann, der Maschinführer stellt die Steuerung (so wird die betreffende Vorrichtung genannt) auf 25 Procent oder 50 Procent Admission (Einströmung).

Damit der Maschinführer im Stande ist, den Grad der Admission des Dampfes zu beurtheilen, ist der mit der Kante gegen ihn fix gestellte Bogen, längs welchem der Steuerungshebel um seinen fixen, unten angebrachten Drehpunkt von Vorne nach Hinten und umgekehrt bewegt werden kann, von der Mitte aus nach beiden Seiten hin in Zähne eingetheilt. Steht der Hebel (die Steuerung) beim ersten Zahn, von der Mitte aus gerechnet, so wird hierdurch eine Dampfadmission von 10o'o, steht er beim zweiten Zahn, eine Admission von 20°o etc. bewirkt. Man arbeitet mit Admission von 10 bis 80 Procent, theilt daher jeden der beiden Halbbögen in 9 Theile, d. h. versieht ihn mit 9 Zähnen.

Stellt der Maschinführer die Steuerung auf eine Admission von 40 Procent, so weiss er, dass der Schieber die Zuströmung des Dampfes

!) Zeitschrift des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, 1884, pag. 771.

stets absperren wird, sobald der Kolben 40 Procent seines Weges durchlaufen hat. Es wird dann mit einer Expansion von (100 — 40) =60 Procent gearbeitet. Hat der Maschinführer seinen Zug, der bisher in der Horizontalen lief, über eine Steigung zu führen, so wird er, falls die Locomotive nicht mehr angestrengt werden soll, wie dies bisher der Fall gewesen, nunmehr einen grösseren Druck auf den Kolben ausüben müssen, weil der Widerstand grösser geworden ist. Er wird also entweder einen höher gespannten Dampf bei derselben Admission in den Cylinder gelangen lassen, oder er wird bei der früheren Dampfspannung eine grössere Admission anwenden. Im ersteren Falle muss er unter dem Kessel ein lebhafteres Feuer unterhalten, im letzteren die Steuerung auf den gewünschten Admissionsgrad stellen. Nicht selten geschieht beides, das heisst, es wird ein grösseres Feuer angefacht (hiezu dient das Blasrohr) und eine grössere Admission angewendet.

Wird die Steuerung zurückgelegt, während noch der Zug in der Vorwärtsbewegung begriffen ist, so wird die Vorwärtsbewegung desselben sehr wesentlich erschwert, was zur Folge hat, dass der Zug schneller zum Stillstände kommt, als dies geschehen würde, wenn die Zuströmung des Dampfes in den Cylinder abgesperrt worden wäre. Die Manipulation der Umlegung der Steuerung während der Bewegung des Zuges nennt man das Geben von Contradampf. Beim Geben des Contradampfes wird, solange die Räder noch in der Fahrtrichtung sich drehen, Luft durch den Schornstein in die Cylinder gesogen und durch die Kolben in den Kessel gedrückt, woselbst sich die Spannung in Folge dessen vergrössert. Diese kann schliesslich gefährlich werden. Es ist also nicht ausführbar, auf beliebige Zeit Contradampf zu geben, weil eine Kesselexplosion eintreten könnte. Der Contradampf tritt nicht aus dem Schornsteine aus, sondern geht mit der angesogenen Luft in den Kessel zurück, wesshalb man ihn nicht sehen kann. Der Umstand, dass dem Schornsteine kein Dampf entströmt, beweiset sonach durchaus nicht, dass der Führer keinen Contradampf gegeben hat.

¹

) Coulomb. Théorie de machines simples, Paris 1781.

²

'-) Philosophical Transaction of the Royal Society of London, 1829.

³

)    Gerstner. Mechanik, Prag 1831.

⁴

)    Gerstner. Mechanik, Prag 1831, pag. 496.

⁵

)    Morin. Nouvelles expériences sur le frottement. Mémoires presantés par divers savants à l’Academie de sciences, 1833.

ö) Mémoires de la Société des Ingenieurs civils, 1852.

§. 68.

Zugkraft der Locomotive.

Würde man eine Locomotive auf Winden stellen, deren Kessel anheizen und den gebildeten Dampf in die Cylinder derselben eintreten lassen, so würde die Maschine ihren Ort nicht verlassen, deren Räder würden sich aber drehen. Würde man um die rotirende Achse auf welche die Räder aufgekeilt sind, eine Kette schlagen und an'das Ende derselben ein Gewicht anhängen, so würde diese Achse vermöge der ihr innewohnenden Kraft der Rotation, die Kette aufwindend, das Gewicht in die Höhe ziehen. Die Grösse dieses Gewichtes multiplicirt mit dem Wege, welchen es gemacht hatte, würde ein Mass für die Arbeit der Maschine abgeben. Die auf die Einheit des Weges entfallende Arbeit würde die Grösse der Spannung der Kette abgeben, würde also das Maass für jenen Zug der Kette angeben, welchem man den Namen Zugkraft (Kraft des Ziehens, Grösse der ziehenden Kraft) gegeben hat. Die Kraft, mit welchem die rohrenden Räder einer (von dem Gleis abgehobenen) Locomotive, die ihnen ertheilte Rotation unterhalten, also jene Kraft, welche am Umfange dieser Räder sich äussert, erhielt sonach den Namen Zugkraft.

Unter Zugkraft einer Locomotive versteht man daher jenen Theil ' des auf die Kolben in den Cylindern wirkenden Dampfdruckes, welcher sich auf die Räder überträgt und dort, als Tangentialkraft auftretend, im Sinne der Rotation derselben, also im Sinne der Fortbewegung des Zuges wirkt.

Die Zugkraft ist also gänzlich unabhängig von der Adhäsion. Die Zugkraft verdankt ihre Entstehung dem Drucke des Dampfes auf den Cylinder-kolben, während die Adhäsion die Folge des Druckes ist, mit welchem das Treibrad an die Schiene gepresst wird. Dieser Druck (Schienendruck) hat mit dem Drucke des Dampfes im Cylinder (Dampfdruck) Nichts gemein.

Zur Entstehung der fortschreitenden Bewegung der Locomotive ist jedoch die Thätigkeit beider Kräfte nöthig.

Die Zugkraft allein würde nur die Rotation der Räder bewirken, nicht aber das Rollen derselben, das heisst die Räder der Maschine würden sich drehen, die Maschine würde jedoch nicht vorwärts kommen. Die Adhäsion allein würde keinerlei Bewegung erzeugen, da sie ja nichts anderes ist, als die Reibung zwischen Rad und Schiene, und daher nichts weiter, als das Anhaften des Rades an die Schiene zu bewirken vermag (§. 63).

Sind aber Zugkraft und Adhäsion zugleich vorhanden, so bewirkt die erstere, dass das Rad die Tendenz erhält, zu rotiren, die letztere, dass diese Rotation erschwert wird. Das gleichzeitige Auftreten dieser beiden Wirkungen manifestirt sich in der Erscheinung, welche wir das Rollen nennen.

Wie das Pferd mit den Hufen gegen die rauhe Oberfläche der Bahnstrasse sich stemmt, um den schweren Wagen vorwärts zu bringen, muss des Locomotivrad an der Schiene einen Anhalt finden, um den Zug zu bewegen. Das, was beim Pferde die Kraft des Fortgehens (Muskelkraft) ist, das ist bei der Locomotive die Zugkraft. Das, was beim Pferde durch Stemmen der Hufe erreicht wird, bringt bei der Locomotive die Adhäsion zu Stande (§. 21).

Das Pferd kann durch seinen Willen die Kraft seiner Muskeln bis zu einem gewissen Grade vergrössern, bei der Maschine kann man durch Verengung des Blasrohres die Verdampfung befördern (§.56, pag.208). Hieraus folgt, dass die Zugkraft derLocomotive innerhalb gewisser Grenzen willkürlich geändert werden könne. Wie das Pferd durch die Peitsche, kann die Locomotive durch das Blasrohr zu einer grösseren Leistung angetrieben werden. Die Zunahme der Leistung erfolgt jedoch selbstverständlich stets auf Kosten des Kohlenverbrauches, welcher bei solchen Gelegenheiten enorm anwächst. (§. 70, pag. 276.)

Aus dieser Darstellung geht hervor, dass die Grösse der Zugkraft niemals durch die Adhäsion gemessen werden darf, wie dies manchesmal zu geschehen pflegt,¹) sondern dass sie einzig und allein aus der Arbeit des Dampfes abzuleiten ist; weiters geht daraus hervor, dass es unzulässig ist, den Widerstand, welchen die Locomotive zu überwinden hat, mit dem Namen Zugkraft zu bezeichnen.

Der Widerstand ist die Summe aller auf das Niveau der Schiene reducirten Hindernisse der Bewegung, welche sämmtlich überwunden werden müssen, falls der Zug rollt. Die Zugkraft ist die Summe aller auf das Niveau der Schiene reducirten bewegenden Kräfte, welche zur Ueberwindung der daselbst vorhandenen Hindernisse zur Disposition stehen. Widerstand ist die zu besiegende Last, Zugkraft ist die zur Bewältigung dieser Last zur Verfügung stehende Kraft.

') Menne und Dornberger. Die Leistungsfähigkeit einer Gebirgsmaschine, Berlin 1874.

Bezüglich des Verhältnisses, in welchem die Zugkraft zum Widerstande zu stehen hat, ist Nachstehendes zu bemerken: Ist die Zugkraft genau so gross als der Bewegungswiderstand, so wird der Zug trotz ununterbrochener Dampfzufuhr dennoch nicht schneller gehen, als er in jenem Momente ging, in welchem der Widerstand der Bewegung die Grösse der Zugkraft eben erreicht hatte. Ist hingegen die Zugkraft kleiner als der zu bewältigende Widerstand, so wird, sobald die Locomotive kein anderes Arbeitsquantum in sich angesammelt hat als jenes, welches dem Dampfdrücke entspricht, der Zug nicht vom Flecke kommen. Ist endlich die Zugkraft grösser als der Widerstand, so kann die Fahrgeschwindigkeit so weit steigen, bis in Folge ihres Anwachsens der Bewegungswiderstand der Zugkraft gleich geworden ist.

In der Praxis muss die Zugkraft stets grosser sein, als der Widerstand der Bewegung, weil die Locomotive die Aufgabe hat, nicht nur den Zug zu führen (den Widerstand der Bewegung zu überwinden), sondern ihn auch vom Flecke zu bringen (den Widerstand der Ruhe zu besiegen), welcher Widerstand jenen der Bewegung um 18 bis 20 Procent übersteigt.¹)

Will man also Locomotiven bauen, welche Züge von gegebener Stärke mit einer bestimmten Geschwindigkeit über gegebene Steigungen führen sollen, so muss man die Zugkraft, welche nach den vorstehenden Formeln ermittelt wurde, um circa 20 Procent grösser nehmen. Eine zu grosse Zugkraft ist zu vermeiden, weil man bei genügender Adhäsion Gefahr läuft, die Zugsvorrichtungen

zu sprengen.

In der zu Constanz im Jahre 1876 tagenden Techniker-Versammlung wurde beschlossen, die Zugkraft nicht über 6500 Kilogramm zu treiben, und wurde mit Rücksicht hierauf, dass der Zughaken wohl nicht stärker als mit 5 Kilogramm pro Quadrat-Millimeter in Anspruch genommen werden soll (6fache Sicherheit), die Dimension desselben dieser Inanspruchnahme 'angepasst.'')

§. 69.

Grösse der Zugkraft der Locomotive.

Querschnitt:

Im Vorhergehenden (§. 68) wurde über das Wesen der Zugkraft einer Locomotive gesprochen, nunmehr soll deren Grösse ermittelt werden. Beträgt der Durchmesser des Kolbens d Centimeter, so ist dessen d"7T

^ Quadrat-Centimeter. Drückt der im Cylinder abgesperrte Dampf mit p Kilogramm auf jeden Quadrat-Centimeter des Kolbenquer-

(?)

Schnittes, so steht der Kolben unter dem Drucke von:

und dies ist der Gesammtvorrath an Kraft, welcher im Cylinder der Locomotive zur Disposition steht. Dieser Druck ist jedoch noch nicht das, was wir Zugkraft nennen, denn die Zugkraft ist jener Druck des Dampfes, welcher sich im Niveau der Schiene äussert, während der oben ermittelte Druck in der Höhe des Cylinders wirksam ist. Will man die Zugkraft haben, so muss man jenen Druck, unter welchem der Kolben sich bewegt, also

• p Kilogramm,

den Druck von:

’ P Kilogramm auf das Niveau der Schiene reduciren.

J) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 156.

J) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1877, pag. 1—9.

Einer einmaligen Umdrehung des Treibrades entspricht ein Weg des Kolbens von 2 l Centimeter, sobald l die Länge des Cylinders (den Kolbenhub) bezeichnet. Die Arbeit des Dampfes während einer Umdrehung des Treib-

rades beträgt sonach : 2 / X

d²a

——- • p Centimeter-Kilogramm. Da die Locomotive 2 Cylinder besitzt, so beträgt die Arbeit des Dampfes d²7T . p .1 Centimeter-Kilogramm pro Umdrehung des Treibrades. Der Weg, welchen das Treibrad während einer Umdrehung machte, beträgt aber, sobald D den Durchmesser desselben in Centimetern ausdrückt: D. z Centimeter. Bezeichnet Z die unbekannte Zugkraft der Locomotive in Kilogramm, so beträgt die Arbeit dieser Zugkraft, welche während einer Umdrehung des Treibrades verrichtet wird: D . tr. Z Centimeter-Kilogramm. Es besteht sonach die Gleichung: D . tu- . Z = d'Ti. p . 1, aus welcher:

SN

cn

sich ergibt.

d\ l

Mit Rücksicht hierauf,

Ca

P

in

m

2.

P

crq

CU

e3

in

<D

CD

ff-

--

=-U, erhält man:

. . (106

Z = U.p

eine recht einfache Formel zur Bestimmung der Grösse der Zugkraft aus den Dimensionen der Locomotive und dem mittleren Dampfdrücke im Cylinder.

In dieser Formel bezeichnet:

. . . die mittlere Zugkraft der Locomotive, in Kilogramm ;

. . . den mittleren Dampfdruck im Cylinder, in Kilogramm pro Quadrat-

Centimeter Kolbenquerschnitt; d'\ /

eine Constante, welche aus den Dimensionen der Locomotive ableitbar ist;

...den Durchmesser des Cylinders, in Centimetern;

...die Länge des Dampfcylinders, in Centimetern (Kolbenhub);

...den Durchmesser des Treibrades, in Centimetern.

Die Zugkraft einer Locomotive mit 120 Centimeter hohen Treibrädern, bei welcher die Länge des Cylinders 60 Centimeter, der Ko'hlendurchmesser 40 Centimeter beträgt, und bei welcher der mittlere Dampfdruck im Cylinder 6 Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenfläche beträgt,

berechnet sich sonach, da hier: D=120, d = 40, 1=60, p = 6, also: U=

40-. 60

120

= 800 ist, auf:

800.6 = 4800 Kilogramm.

Aus Formel 105 ist zu ersehen, dass die Zugkraft der Locomotive bei einer gegebenen Dampfproduction auch von der Höhe der Treibräder abhängig ist. Hätte dieselbe Locomotive kleinere Räder, wäre also bei derselben Zugsgeschwindigkeit die Kolbengeschwindigkeit grösser, so würde von der gegebenen Menge Dampf nach jedem Kolbengange eine kleinere Portion in das Innere des Cylinders gelangen. Der Füllungsgrad (die Dampfadmission) würde kleiner ausfallen.

Aus Formel 106 ist zu entnehmen, dass die Zugkraft einer Locomotive keinesfalls eine constante Grösse ist. Die Formel zeigt nämlich, dass die Zugkraft von dem mittleren Dampfdrücke im Cylinder abhängt; dieser ist aber von dem Füllungsgrade abhängig (§. 58, Formel 91, pag. 223). Da aber der Füllungsgrad eine Function der Fahrgeschwindigkeit ist (§. 60, Formel 94, pag. 232), so wird auch die Zugkraft der Locomotive von der Fahrgeschwindigkeit abhängen müssen, wird also nicht constant sein können, und zwar wird einer grösseren Geschwindigkeit eine kleinere Zugkraft entsprechen.

Versuche,¹) welche die Herren Fischer, Oestreich und Bellingrudt (1875) angestellt haben, bei welchen Versuchen sowohl die Zugkraft als auch die Fahrgeschwindigkeit directe gemessen wurden, haben beispielsweise ergeben, dass einer Locomotive bei der Geschwindigkeit von :

15 Kilometer pro Stunde eine Zugkraft von 5705 Kilogramm

20

23

Beispiel: Wie gross ist die Zugkraft einer Locomotive, welche mit 8 Atmosphären mittlerer Dampfspannung (im Cylinder) arbeitet und nachstehende Dimensionen hat :

120 Centimeter

Durchmesser des Treibrades »    » Kolbens ..

35

Kolbenhub

50

“3g⁵-—“

Hier ist : d = 35,1 = 50, D = 120, p =8, mithin die Zugkraft der Maschine : Z =

Kilogramm. Diese Locomotive würde sonach einen Widerstand überwinden können, der im Ganzen 4080 Kilogramm beträgt. Würde das Gesammtgewicht des Zuges (Maschine, Tender und Wagen)

200 Tonnen betragen, so entfällt pro Tonne Zugsgewicht eine Zugkraft von :

Bewegt sich der betreffende Zug auf einer solchen Bahn, welche bei einer Fahrgeschwindigkeit von 10 Metern pro Secunde einen Widerstand Von 15⁻4 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht bietet, so würde unter diesen Verhältnissen die Zugkraft um 5 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht grösser ausfallen, als der Widerstand. Die Fahrgeschwindigkeit würde also während der Fahrt immer grösser und grösser werden, und würde so lange und bis zu solcher Grösse wachsen, bis der Bewegungswiderstand gleich der Zugkraft geworden, das heisst, die Grösse von 20-4 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht erreicht hat. Ist dieses geschehen, dann wird der Zug trotz ungestörtem Zuflusse von Dampf doch nicht schneller gehen. Vergrössert sich der Widerstand nicht dadurch, dass die Geschwindigkeit grösser wurde, sondern in Folge Configuration der Bahn, also beispielsweise dadurch, dass der mit 10 Meter Geschwindigkeit rollende Zug in eine Steigung von 5 pro mille kommt, so wird, da in diesem Falle der Widerstand : (15‘45) =20-4 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht beträgt, also ebenso gross ist, wie die Zugkraft, die Fahrgeschwindigkeit ebenfalls nicht mehr anwachsen, das heisst, die Maschine wird ihren Zug über die Steigung von 5 pro mille nicht schneller als mit 10 Meter Geschwindigkeit ziehen können. Auf einer grösseren Steigung, z. B. auf einer Steigung von 10 pro mille beträgt der Widerstand 15,4-f-10=25,4 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht, während die Zugkraft constant 20‘4 Kilogramm gross ist. Der Widerstand ist also um 5 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht grösser geworden. Die Maschine wird also den Zug über diese Steigung nicht mehr mit 10 Meter Geschwindigkeit führen können, die Bergfahrt wird sich sonach immer mehr und mehr verlangsamen. Der Zug bleibt schliesslich stehen, und dies ist jener Augenblick, in welchem die Arbeit des Dampfes gleich geworden ist der Arbeit des Widerstandes.

4080

200

= 20'4 Kilogramm.

» 3454 » 3388

entsprach, dass also die Zugkraft einer und derselben Locomotive bei einer und derselben Dampfspannung mit der Fahrgeschwindigkeit abnimmt.

Da die Zugkraft der Locomotive vom Dampfdrücke im Cylinder abhängt, dieser aber durch die Heizfläche bedingt ist, so ist begreiflich, dass die Zugkraft einer Locomotive auch durch deren Heizfläche gemessen werden kann.

Und in der That lehrt die Erfahrung, dass zwischen der Grösse Z der Zugkraft und der Grösse H der Heizfläche bei den Locomotiven nahezu der nachstehenden Zusammenstellung zu besteht:

225---

.    .    (107

In dieser Formel, welche zur Abschätzung der Grösse der Zugkraft einer Locomotive dient, bezeichnet:

Z . . . die mittlere Zugkraft der Locomotive, in Kilogramm;

H...die Heizfläche der Locomotive, in Quadrat-Metern;

C ...die Fahrgeschwindigkeit des Zuges, in Metern pro Secunde.

Bei einer Locomotive, welche mit 10 Meter Geschwindigkeit sich bewegt und eine Heizfläche von 120 Quadratmetern hat, beträgt sonach die Zugkraft annähernd: Z = 225

120

Ao

= 2700 Kilogramm

Aus dieser Formel ist die bereits erwähnte Thatsache zu ersehen, dass unter sonst gleichen Verhältnissen die Zugkraft der Locomotive mit Zunahme der Fahrgeschwindigkeit abnimmt, sowie dass diese Abnahme dem Wachsen der Fahrgeschwindigkeit nahezu proportional sich vollzieht.

Für die preussische Normal-Güterzugs-Locomotive fand Kaven'): Z = 767⁻4. ]Ja wobei a den Füllungsgrad (§. 58) des Cylinders in Procent des Inhaltes desselben bezeichnet. Für einen Füllungsgrad a-~49 Procent, beträgt sonach die Zugkraft: Z = 767’4 . ]/49 == 5372kF

Da die Zugkraft dazu da ist, um den Widerstand zu bewältigen, der Widerstand aber gewöhnlich in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht ausgedrückt wird, so empfiehlt es sich, auch die Zugkraft der Locomotive in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht auszudrücken, weil alsdann die Gegenüberstellung dieser beiden Grössen ohneweiters thunlich wird.

Bezeichnet G das Gewicht des Zuges (Maschine und Wagen) in Tonnen, und bezeichnet man die pro Tonne Zugsgewicht entfallende Zugkraft mit z, so ist mit Rücksicht auf die Formel 106:

. . (108

in welcher Formel bezeichnet:

Z . . die mittlere Zugkraft der Locomotive pro Tonne Zugsgewicht, ausgedrückt in Kilogramm ;

ei    « ©

...das Bruttogewicht des Zuges (Maschine und Wagen), in Tonnen; . . . den mittleren Dampfdruck im Cylinder, in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt;

...den Durchmesser des Kolbens, in Centimetern;

...den Kolbenhub (Cylinderlänge), in Centimetern;

...den Durchmesser des Treibrades, in Centimetern;

/d\ l \

⁼ \ D /’ £^ne konstante.

Einen recht einfachen Ausdruck für die pro Tonne Zugsgewicht entfallende Zugkraft der Locomotive erhält man durch die folgende Betrachtung:

Laut Gleichung 92 (§. 58) ist nämlich, sobald den mittleren Dampfdruck im Cylinder, P hingegen den Dampfdruck im Kessel bezeichnet:

74

• P wobei a den Füllungsgrad ausdrückt, ausserdem besteht, sobald

die Fahrgeschwindigkeit der Locomotive c Meter pro Secunde beträgt,

(§. 60, Gleichung 94, pag. 232): beiden Relationen erhält man aus Formel 108:

B. Unter Berücksichtigung dieser

.    .    (109

■=(?)

eine Relation, welche lehrt, dass die pro Tonne Zugsgewicht entfallende Zugskraft einer Locomotive nahezu im umgekehrten Verhältnisse mit der Fahrgeschwindigkeit abnimmt, dass also auch hier das Gesetz bestätigt wird, welches die Formel 107 ausdrückt.

In der Formel 109 ist K eine Constante, welche den Werth:

pq

P .    . U

74 G~

hat. Berücksichtigt man, dass (Gleichung 95, §. 60):

B = 5550 •

ist, so erhält man :

K= 75

« IO

75 . n

sobald n das Verhältniss des Nutzeffectes N der Locomotive zum Bruttogewichte G des Zuges bezeichnet.

Unter Berücksichtigung dieses Werthes von AUibergeht die Gleichung 109 in die folgende:

z = 75 •

« ss

. . (110

in welcher bezeichnet :

SS N

...die pro Tonne Zugsgewicht entfallende Zugkraft, in Kilogramm;

. . . den Zugeffect in Pferdekräften, d. h. das Verhältniss des Nutzeffectes der Locomotive zum Bruttogewichte des Zuges;

C . . . die Fahrgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde.

Beispiel: Zur Führung eines 150 Tonnen schweren Zuges hat man eine Locomotive, deren Heizfläche 144 Quadrat-Meter beträgt. Diese Heizfläche liefert zwar pro Stunde und Quadrat-Meter 40 Kilogramm Dampf, doch sollen nur 60 Procent dieser Production in Anspruch genommen werden. Die Dampfspannung im Kessel beträgt P = 10 Atmosphären und hat die Locomotive nachstehende Dimensionen : Kolbendurchmesser 40 Centimeter, Kolbenhub 50 Centimeter, Treibrad-Durchmesser 200 Centimeter.

Es fragt sich, wie gross die Zugkraft dieser Locomotive bei den Fahrgeschwindigkeiten 10, 15, 20 Meter pro Secunde ausfallen wird?

Auflösung : Jeder Quadrat-Meter Heizfläche liefert 40 Kilogramm Dampf pro Stunde, die stündliche Dampfproduction der Maschine beträgt sonach 144 X 40 =5760 Kilogramm. Die Production pro Secunde daher: P6 Kilogramm. Da 1 Cubik-Meter eines mit 10 Atmosphären drückenden

= V₃Cubik-

1-6

Dampfes 4'9 Kilogramm wiegt (§. 54), so beträgt die secundliche Dampfproduction :

Meter. Wir haben sonach: ^ = 60, i = V₃, 1=50, d = 40, D = 200, G = 150, P=10. Mit Hilfe dieser Daten erhält man :

L_ ₌ 50 X ⁴⁰²

200

= 400, B = 10 ⁴.60 .

Va

400

= 514

514

mithin: a. c=514, daher: a =

c

74

Werden in diese Formel für c die Werthe c=10, 15, 20 substituirt, so erhält man: 4=51, 34, 26 als Werthe der Dampfadmissionen, welche den verlangten Geschwindigkeiten entsprechen. Den mittleren Dampfdruck auf den Querschnitt des Kolbens, welcher jedem dieser drei Admissionsgrade entspricht, erhält man, da (§. 58, Formel 92) a=~ ist, der Reihe nach: a=0690, 0-460

0-350, und mit Rücksicht darauf, dass a—p und P = 10 Atmosphären ist, den mittleren Dampfdruck

auf jeden Quadrat-Centimeter des Kolbenquerschnittes: p = 6'9, 4‘6, 3⁻5 Kilogramm. Die Zugkraft beträgt: Z = U . p Kilogramm, wobei U=400 ist. Wir haben somit der Reihe nach: Z = 2760, 1840, 1400 Kilogramm für die Zugkräfte, welche den Fahrgeschwindigkeiten 10, 15, 20 Meter pro Secunde entsprechen. Da das Gesammtgewicht des Zuges 150 Tonnen beträgt, so beziffert sich die pro

2

Tonne des Zugsgewichtes entfallende Zugkraft auf z = — Kilogramm, mithin ist: z = 18, 12, 9⁻3

Kilogramm. Die Widerstände welche den Geschwindigkeiten c=10, 15, 20 Meter pro Secunde in der geraden horizontalen Bahn entsprechen, berechnen sich nach der Formel (§. 25, Formel 41):

und betragen der Reihe nach: w=4'5, 6⁻3, 8-8 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht.

Die bewegenden Kräfte betragen sonach: (z — w) Kilogramm und beziffern sich für die obigen Geschwindigkeiten der Reihe nach mit: (z —w)=9⁻5, 5'7, 0⁻5 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht. Wird das Ergebniss der Rechnung zusammengestellt, so erhält man Folgendes:

F ahrgeschwindigkeit.............

Admission.......................

Druckverhältniss................

Kesselspannung.................

Druck auf den Kolben...........

Totale Zugkraft..................

Zugkraft pro Tonne Zugsgewicht

Einheits-Widerstand in der geraden Horizontalen .. w =4-5

(z—w) = 9-5

Die Maschine würde, wenn sie ihren Zug mit 10 Meter Geschwindigkeit pro Secunde führen soll, einen Widerstand von 9-5 Kilogramm pro Tonne seines Gewichtes bewältigen können, sie würde also ihren Zug über eine gerade Steigung von 9-5 pro mille mit dieser Geschwindigkeit führen können. Mit einer Geschwindigkeit von 15 Metern würde sie diesen Zug nur mehr über eine Steigung von 5’7 pro mille bringen, während die Geschwindigkeit von 20 Metern nur in einer Steigung von ¹L pro mille bei dieser Belastung.zu erreichen ist.

W=(³'¹⁺X>)

10

51

Bewegende Kraft pro Tonne Zugsgewicht

15

20

34

26

₍£    =    0-69    0-46    0-35

10

10

10

6-9

4-6

3-5

Z = 2760    1840    1400

18

12

6-3

5-7

9-3

8-8

0-5

Bezeichnet P den Dampfdruck im Kessel, und wird derselbe in Atmosphären, d. h. in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kesselwand ausgedrückt, so ist, wenn oc das Verhältnis des mittleren Druckes p im Cylinder zum

Kesseldrucke P bezeichnet: a =

, mithin p = a . P. Setzt man diesen Werth

in die Formel 106 hinein, so erhält man:

Z = a . UP . .

. . (111

eine Formel zur Berechnung der Zugkraft. In dieser Formel bezeichnet: Z...die mittlere pro Tonne Zugsgewicht entfallende Zugkraft der Locomotive, in Kilogramm ;

P...den Kesseldruck, in Atmosphären;

IT 7.d-

U = -- eine Constante;

l ...den Kolbenhub, in Centimetern; d . . . den Durchmesser des Kolbens, in Centimetern;

D . . . den Treibrad-Durchmesser, in Centimetern;

a . . . das Verhältniss des mittleren Druckes im Cylinder zum Kesseldrucke.

Handelt es sich nur um eine Ueberschlags-Rechnung, also um eine Schätzung der Grösse der Zugkraft für mittlere Verhältnisse, so kann man (§. 58, Formel 93, pag. 225) a=0’65 annehmen, für welchen Fall dann die Zugkraft einen von der Fahrgeschwindigkeit unabhängigen Werth annehmen wird, einen Werth, der sich mit Rücksicht auf Gleichung 111 durch die Formel:

Z = 0-65 U.P .    .

ausdrücken lässt.

Hiebei bezeichnet:

Z . . . die mittlere Zugkraft einer Locomotive, in Kilogramm;

. . (112

d²/

U = - eine Constante;

D

P...den Kesseldruck, in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter der Kesselwand ;

d . . . den Durchmesser des Cylinders, in Centimetern; l ...den Kolbenhub, in Centimetern;

D...den Treibrad-Durchmesser, in Centimetern.

Beträgt der Inhalt eines Locomotiv-Cylinders a Cubik-Centimeter, so ist der angenommenen d² l 7t

Bezeichnung zufolge: a = —^— und mit Rücksicht auf Formel 112: Z ~ 0⁻65 • man D = 120 Centimeter an, was ja für mittlere Verhältnisse so ziemlich zutrifft, so erhält man die Näherungsformel: Z=-^> welche lehrt, dass die Zugkraft der gebräuchlichen Locomotiven für jeden Cubik-Centimeter ihres Cylinder-Volumens circa V,. Kilogramm beträgt.

4 . a Tt . D⁻

Nimmt

Die Zugkraft, welche pro Tonne Gewicht des bewegten Zuges entfällt, beträgt zufolge Formel 112:

z = 0*65 •

.    .    (113

Kilogramm, wobei G das Gewicht des Zuges (Maschine und Wagen) in Tonnen bezeichnet, während z die pro Tonne Zugsgewicht entfallende Zugkraft in Kilogramm ausdrückt.

Beispiel: Die mittlere Zugkraft einer Locomotive, deren Kolben-Durchmesser 35, Treibrad-Durchmesser 120 und Kolbenhub 50 Centimetèr gross ist, beträgt für einen Kesseldruck von 8 Atmosphären : Z=0'65 •

30 V 35-

120

— X 8 = 2652 Kilogramme. Würde der Zug 200 Tonnen schwer sein, so

2652 200

betrüge die pro Tonne dieses Gewichtes entfallende Zugkraft: z —

die Maschine würde, wenn sie ihren Zug führt, einen mittleren Widerstand von 13⁻26 Kilogramm pro Tonne dieses Gewichtes überwinden können. Würde die Fahrgeschwindigkeit 10 Meter pro Secunde betragen, so würde die Steigung m, welche der Zug mit der gedachten Geschwindigkeit passiren

kann, aus der Formel:

= 13’26 Kilogramm, d. h.

^3⁻l + m -j-    — 13‘26 zu berechnen sein (§.56, Formel 43, pag. 111),

welche ergibt: m=8⁻63°/no. Ueber eine grössere Steigung als 8-63%o müsste der Zug langsamer fahren. Eine grössere Steigung, wie 10⁻16"/no könnte die Maschine mit ihrem Zuge nicht überwinden, weil schon bei dieser Steigung die Fahrgeschwindigkeit auf Null herabsinkt, wie aus der Formel:

^3'1 -f-1CM6 +    = 13*26 zu entnehmen ist. Die Maximal-Steigung m berechnet sich also aus der

Gleichung: (3'1+m) = 13'26, welche aus der allgemeinen Gleichung: ^3’1 -f- m -j-    = Z für den

Werth c = 0 sich ergibt.

Den grössten Widerstand hat die Locomotive beim Anziehen des Zuges zu überwinden und dieser Widerstand hängt wieder von der Kurbelstellung der Maschine ab. Durch Einschaltung eines Dynamometers zwischen dem festgestellten Gepäckswagen und der Maschine überzeugte man sich, dass der Widerstand, welchen eine Maschine beim Anziehen zu überwinden hat, jenen der Bewegung um 18 — 20 Procent übersteigt.

Will man also Locomotiven bauen, welche Züge von gegebener Stärke mit einer bestimmten Geschwindigkeit über gegebene Steigungen führen sollen, so muss man die nach den mitgetheilten Formeln berechnete Zugkraft um 20 Procent vergrössern.

Selbstverständlich darf die maximale Zugkraft niemals grösser werden, als die zulässig grösste Inanspruchnahme des schwächsten Theiles der Zugsvorrichtung (des Zughakens) beträgt, denn sonst würde die Zugsvorrichtung der Gefahr des Reissens ausgesetzt sein. Da aber die Zugvorrichtung keinen grösseren Zug aushält als 6500k& (§. 68, pag. 266), so darf auch die Zugkraft niemals grösser als 6500ks sein.

Was endlich die Kosten der Zugkraft anbelangt, so betragen dieselben im grossen Durchschnitte pro Locomotive und Kilometer Fahrt:

Unterhaltung und Erneuerung der Locomotive.

Heizung der Locomotive.................

Putzen und Schmieren...................

10'2 Kreuzer¹)

3-0

1-0

Kilometergeld der Angestellten

0-8

5 Procent von

Anschaffungskosten der Locomotive:

25000 Gulden vertheilt auf 30000km pro Jahr..... 4‘0

1800 Gulden vertheilt auf

Gehalt der Angestellten: 30000km pro Jahr. . . .

. 6-0

Summa. . 25⁻0 Kreuzer

§. 70.

Die Arbeit der Locomotive.

Die Ansprüche,' welche man an die Arbeitsfähigkeit der älteren Locomotiven gestellt hatte, waren im Vergleiche zu den heutigen Anforderungen recht sehr bescheiden gewesen. So betrug beispielsweise die Arbeit, welche die Locomotiven der Orleansbahn bei Beförderung von internationalen Zügen im Jahre 1840 pro Stunde zu verrichten hatten, nur 3600 Tonnen-Kilo-meter, während sie heute (1889) in derselben Zeit von einer Stunde eine Arbeit von 16800 Tonnen-Kilometer leisten müssen.²)

>) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1887, pag. 149.

²) Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, Berlin 1889, pag. 619.

18

Die Leistungsfähigkeit einer Locomotive beruht in der Spannkraft des Dampfes, deren Grösse nach dem Drucke bemessen wird, welche der Dampf auf den Kolben ausübt (§. 58). Als Maasseinheit wird hierbei jener Druck angesehen, welchen die atmosphärische Luft ausübt, und welcher für jeden Quadrat-Centimeter Bodenfläche nahezu 1 k° beträgt. Wenn gesagt wird, der Druck des Dampfes betrage 10 Atmosphären, so will man damit andeuten, dass die gedrückte Fläche unter dem Einflüsse eines Druckes sich befindet, welche 10kg pro Quadrat-Centimeter beträgt.

Mit diesem gewaltigen Drucke wird der Kolben in jedem Cylinder der Locomotive hin und her geschoben. Der Dampf verrichtet hierbei eine Arbeit, deren Grösse erhalten wird, wenn man die Kraft, mit welcher der Dampf drückt, mit jenem Wege multiplicirt, den der bewegte Kolben in einer Secunde durchläuft.

Die Arbeit, welche eine Locomotive pro Secunde zu leisten vermag, nennt man den Ńntzeffect derselben und pflegt diesen Nutzeffect in Pferdekräften zu 75 Secunden-Meter-Kilogramm auszudrücken.

Eine Locomotive, deren Nutzeffect 300 Pferdekräfte beträgt, vermag sonach in jeder Secunde eine Arbeit von 75 X 300 gramm zu verrichten. Bei den schweren Locomotiven, welche derzeit die Güterzüge über den Semmering (österreichische Südbahn) schleppen, drückt der Dampf auf den Kolben mit 9k» auf jeden Quadrat-Centimeter. Da jeder Kolben dem Dampfe eine Fläche von 1964cm' darbietet, so ist der auf die Kolben ausgeübte Gesammtdruck, welcher auf die Radachsen übertragen wird, durch das Product 9 X 1964= 17676ks gegeben. Nehmen wir an, dass sich der Kolben bei der Bergfahrt in der Secunde einmal von einem Ende des 60cm langen Cylinders bis zum andern Ende und zurück bewege, so hat er in dieser Zeit einen Weg von 2 X 60= 120cm zurückgelegt. Der Dampf hat also in dem Cylinder eine Arbeit von 120 X 17676 Centimeter-Kilogramm, d. h. eine Arbeit von 21210 Meter-Kilogramm in einem Cylinder und eine Arbeit von 2 X 2 1 210 = 42420 Meter-Kilogramm in beiden Cylindern in der Secunde geleistet. Die Locomotive arbeitete sonach 42420*

22500 Meter-Kilo-

2121000

mit

75

— = 565 Pferdekräften, von welchen jedoch nur 0’65 X 565 = 376

nutzbar verwerthbar sind (§. 58, Formel 93, pag. 225).

Bei der vorstehenden Berechnung wurde vorausgesetzt, dass aus dem Kessel ununterbrochen Dampf in die Cylinder ströme, dass also die Locomotive ohne Expansion arbeite. Ist dies jedoch nicht der Fall, d. h. arbeitet die Locomotive mit Expansion, so ist das eben berechnete Product der Arbeit, nämlich das Product 42420 Meter-Kilogramm nicht mehr zutreffend.

Die Arbeit des Dampfes ist in jedem Augenblicke eine andere, und wir müssen für die richtige Beurtheilung der Leistungsfähigkeit eine mittlere Grösse derselben annehmen. Die Zahl, mit welcher wir die Arbeit bei voller Füllung der Cylinder zu multipliciren haben, um die Arbeit bei Anwendung der Expansion zu erhalten, wird sich mit dem Füllungsgrade (§. 5,9) verändern, beträgt dieser 40 Procent, so beträgt der mittlere Druck im Cylinder (§. 59, Tabelle auf pag. 228) 48 Procent des Volldruckes, so dass die wirkliche Arbeit sich auf: 0⁻48 X 42420 = 12362 Meter-Kilogramm pro Secunde beziffern wird.

Eine Formel zur Berechnung des Nutzeffectes einer Locomotive, deren Zugkraft und die Fahrgeschwindigkeit bekannt sind.

sobald

In dieser Formel, deren Bau übrigens ganz selbstverständlich ist,

bezeichnet:

CO

ni

Wird die Zugkraft der Locomotive als bekannt vorausgesetzt, so

berechnet sich der Nutzeffect derselben in folgender Weise: Beträgt der nutzbare Druck, welchen der Dampf im Cylinder auf den Kolbenquerschnitt ausübt, K Kilogramm und der Kolben macht pro Secunde einen Weg von v Meter (die Kolbengeschwindigkeit beträgt v Meter), so beträgt die Gesammt-arbeit des Dampfes K.v Meter-Kilogramm pro Secunde. Da aber jede Locomotive 2 Cylinder hat, so beträgt die Secunden-Arbeit des durch ihren Kessel produeirten Dampfes 2 K.v Meter-Kilogramm oder sie ist gleich 2 K . v

einer Arbeit von

75

Maschinen-Pferden.

Bezeichnet N den Nutzeffect der Locomotive in Pferdekräften, so ist diesem zu Folge: N =

Bezeichnet ferner c die Fahrgeschwindigkeit der Maschine in Metern pro Secunde, so ist (§. 57, Formel 89, pag. 217):

I, sobald l den Kolbenhub und D den Treibrad-Durch-

75

4 K . /

—--c.

messer bezeichnet. Mit Rücksicht hierauf, hat man: N

Bezeichnet d den Kolbendurchmesser in Centimetern, so beträgt der

d²t:

Querschnitt des Kolbens: —— Quadrat-Centimeter. Drückt der im Cylinder

arbeitende Dampf mit p Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenquerschnitt,

d'^Tü

— • p Kilogramm. Wird dieser Wrerth von K in die obige Gleichung substituirt, so erhält man:

so beträgt dessen Gesammtdruck : K

75.71 D

Da aber, wie gezeigt (§. 69, Formel 105): ^^-^.p = Z ist, sobald Z die

Zugkraft der Locomotive bezeichnet und in Kilogramm ausgedrückt wird, so hat man:

c.Z

75

.    .    (114

...den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften;

...die Zugkraft der Locomotive, in Kilogramm;

...die mittlere Fahrgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde.

Eine Locomotive, deren Zugkraft bei 15 Meter Fahrgeschwindigkeit 2000 Kilogramm beträgt, 15 X 2000

würde sonach eine Arbeit von:

75

= 400 Maschinen-Pferden leisten können.

18*

der Maschine, welcher auf eine Tonne der Bruttolast entfällt, mit z, so ist:

und mithin:

75

Die auf unseren Hauptbahnen in Verwendung stehenden Locomotiven arbeiten in der Regel, wenn sie:

Güterzüge führen, mit . .

Personenzüge führen, mit Schnellzüge

Stärkere und schwächere Locomotive kommen nur vereinzelt vor.

Bezeichnet man den Nutzeffect, welcher pro Tonne der geförderten Bruttolast entfällt, mit n und nennt ihn Zugeffect, so beträgt derselbe für

Pferdekräfte.

300 Pferdekräften

340

360

Hc)

einen G Tonnen schweren Zug:

Setzt man in diese Formel statt N den früher ermittelten Werth, so c

• — Bezeichnet man den Theil der totalen Zugkraft

erhält man : n —

75

.    .    (115

eine Formel für die Berechnung des Zugeffectes. In derselben bezeichnet:

11... den Zugeffect, in Pferdekräften, das heisst die Anzahl der Pferdekräfte, welche pro Tonne Gewicht der bewegten Bruttolast entfallen;

Z . . . die pro Tonne Bruttolast des Zuges entfallende Zugkraft der Locomotive, in Kilogramm;

C...die mittlere Fahrgeschwindigkeit des Zuges, in Metern pro Secunde.

Der Bau der beiden oben angeführten Formeln 114 und 115 könnte möglicherweise zur Ansicht verleiten, dass der Nutzeffect der Locomotive der Fahrgeschwindigkeit proportional zunehme.

Dies wäre nun allerdings der Fall, wenn die Zugkraft der Maschine von der Fahrgeschwindigkeit des Zuges unabhängig wäre. Dies ist jedoch nicht der Fall, da ja, wie nachgewiesen (§. 69, Formeln 107 und 109) die Zugkraft eine Function der Fahrgeschwindigkeit ist, und zwar eine solche Function, dass die Zugkraft mit dem Wachsen der Fahrgeschwindigkeit abnimmt. Würde die Abnahme der Zugkraft genau proportional der Zunahme der Geschwindigkeit folgen, so müsste der Nutzeffect der Locomotive eine constante Grösse sein, da in einem solchen Falle die Fahrgeschwindigkeit aus dem Ausdrucke 114 herausfallen müsste. Da die Zugkraft nicht so schnell fällt, als die Fahrgeschwindigkeit wächst, so lehrt die Formel 114, dass der Nutzeffect mit der Fahrgeschwindigkeit zunehmen müsse. Das Gesetz dieser Zunahme ist jedoch, wie bereits erwähnt, nicht jenes der Proportion, es ist noch nicht mit voller Sicherheit ermittelt worden; doch weiss man so viel, dass die gleichmässige Anstrengung der Locomotiven bei Personenzügen, wo die Umdrehungszahl der Treibräder selten unter 2 pro Secunde sinkt, und der Füllungsgrad (§. 60) selten über 30 Procent steigt, mit einer constanten Leistung annähernd zusammenfällt, dass dagegen bei Güterzügen die gleiche Anstrengung der Maschine bei geringerer Fahrgeschwindigkeit einer erheblich geringeren Leistung entspricht, als bei einer grösseren Geschwindigkeit.¹)

J) Eorries. Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, Heft 213, pag. 167.

Die Zunahme der Leistungsfähigkeit des Locomotivkessels mit der Fahrgeschwindigkeit des Zuges erklärt sich dadurch, dass bei schnellerer Fahrt ein energischerer Luftzug angefacht und damit die Verdampfung gesteigert wird. (§. 56, Tabelle auf pag. 211). Diese Zunahme der Leistungsfähigkeit ist zwar eine interessante Thatsache, doch ist sie nicht von einer solchen Bedeutung, wie man ihr hie und da geben möchte.¹) (§. 68, pag. 265.)

Man war übrigens bemüht gewesen, das Gesetz der Zunahme des Nutzeffectes der Locomotive mit der Fahrgeschwindigkeit zu erforschen und dasselbe in einen einfachen Ausdruck zu kleiden. Maschinenmeister Borries²) stellt für den Nutzeffect der Locomotive, insoweit derselbe von der Fahrgeschwindigkeit abhängt, die nachstehende empirische Formel auf:

. . (116

si

K„)

in welcher bezeichnet:

N... den Nutzeffect einer Locomotive, in Pferdekräften;

H ..die Heizfläche derselben, in Quadrat-Metern;

V . . . die Fahrgeschwindigkeit, in Kilometern pro Stunde.

Der Nutzeffect einer Locomotive, welche mit 20 Kilometer pro Stunde fährt, würde sonach 3 H Pferdekräfte betragen, während derselbe auf 4 H Pferdekräfte steigt, sobald dieselbe Maschine doppelt so schnell läuft.

In der Praxis sieht man jedoch den Nutzeffect einer Locomotive zumeist als unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit an und rechnet gewöhnlich 2'8— 3 Pferdekräfte pro Quadrat-Meter Heizfläche, so dass also:

Kl

.    . (117

zu setzen wäre, falls man das Gesagte in eine Formel kleiden wollte.

Hiernach würde der Nutzeftect einer Locomotive, deren Heizfläche 120 Quadrat-Meter gross ist, 336 bis 360 Pferdekräfte betragen, gleichviel wie gross die Fahrgeschwindigkeit derselben ist.

Die stärkste Dampfarbeit, welche eine mit einer Geschwindigkeit von v Kilometer pro Stunde sich bewegende Locomotive noch überhaupt pro Secunde leisten kann, beträgt nach Frank:

. . (118

Pferdekräfte.

N-.x = ï9 + 69)/t .    .

Eine Locomotive, welche mit 64 Kilometer Geschwindigkeit sich bewegt, kann sonach keine grössere Arbeit verrichten, als höchstens : 79 + 69 V~64 = 631 Pferdekräfte.

Es muss hier ausdrücklich bemerkt werden, dass der Nutzeffect einer Locomotive nichts Anderes ist, als ein Maass für die Leistungsfähigkeit ihres Kessels, dass derselbe also niemals anders, als aus der Dampfproduction zu berechnen ist. Da aber diese für eine jede Locomotive eine bekannte Grösse ist, so ist auch der Nutzeffect einer Locomotive unter allen Umständen eine bekannte Grösse, und muss bei Ermittlung von Fahrgeschwindigkeiten stets von diesem Nutzeffecte ausgegangen werden.

Für den Nutzeffect einer Locomotive können übrigens auch noch andere Formeln aufgestellt werden, welche jedoch sämmtlich einen mehr oder weniger untergeordneten Werth für die Praxis haben.

h Wilfert. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1882, pag. 121. *) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 225.

Für mittlere Verhältnisse beträgt die Zugkraft (§. 69, Formel 112) Z = 0,65.U.P und für diesen Werth erhält man aus der Formel 114 die nachstehende:

U. P 100 c

welche den Nutzeffect einer Locomotive durch die Fahrgeschwindigkeit und den Kesseldruck ausdrückt, daher eine Schätzung der Grösse des Nutzeffectes unabhängig von der Kenntniss der Zugkraft zulässig macht.

Umgekehrt lässt sich aus dieser Formel die Geschwindigkeit ableiten, welche einem gegebenen Nutzeffecte entspricht, also jene Geschwindigkeit, welche nicht überschritten werden darf, sobald eine bestimmte Leistung von der Locomotive gefordert wird. Man könnte diese, einer bestimmten Leistung der Maschine entsprechende Geschwindigkeit die specifische Geschwindigkeit der Maschine nennen.

In der obgedachten Formel bezeichnet:

N...den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften;

P. . . den Dampfdruck im Kessel pro Quadrat-Cent, der Kesselwand, in Kilogr.

eine Constante, welche aus den Dimensionen der Locomotive abzuleiten ist;

C . . . die mittlere Fahrgeschwindigkeit der Locomotive, in Metern pro Secunde; d . . . den Durchmesser des Cylinders, in Centimetern; l .. .den Kolbenhub, in Centimetern;

D ..den Durchmesser des Treibrades, in Centimetern.

Eine Locomotive, deren Kolbendurchmesser 34 Centimeter, Kolbenhub 57-5 Centimeter und Treibrad-Durchmesser 120 Centimeter beträgt, und welche mit 9 Atmosphären . Dampfspannung

arbeitet und ihren Zug mit einer Geschwindigkeit von 8 Metern pro Secunde führen soll, muss

554X9

sonach eine Leistung von: N=

100

. 8=390 Maschinen-Pferden ausweisen, da hier:

u= 57^X34

120

P = 9, c=8, d = 34, 1=57-5, D = 120 ist.

Aus Formel 114 folgt: Z

75 . N

da aber ausserdem (Formel 111):

Z = a. U. P ist, und (Formel 9 2, pag. 224): a =

74

gesetzt werden kann, wobei

a den Füllungsgrad des Dampfes in Procent des Kolbenhubes bezeichnet, so woraus durch Gleichsetzung:

folgt: Z—

a.U. P

75 . N

a. U . P

74

74

,oderauch:

U. P

a.c =5550

eine Formel, welche lehrt, dass das Product aus Dampfadmission und Fahrgeschwindigkeit für eine jede Locomotive ein constantes ist (§. 60, Formel 94).

Handelt es sich um eine Abschätzung des Nutzeffectes einer Locomotive, deren Dimensionen man nicht kennt, von der man aber weiss, mit welcher maximalen Dampfspannung sie arbeitet, und von welcher die stündliche Dampfproduction bekannt ist, so kann man von der Erfahrung ausgehen, dass eine Locomotive, welche mit einer Dampfspannung von:

7 Atmosphären arbeitet, circa 12 Kilogramm

13

14

Dampf pro Stunde und Pferdekraft verbraucht. Kennt man nun die Gesammt-

production des Dampfes pro Stunde, und ist diese Production in Kilogramm ausgedrückt, so braucht man nur dieses Dampfquantum durch die obigen Ziffern zu dividiren, um die Anzahl Pferdestärken zu erhalten, welche die Locomotive zu entwickeln im Stande ist. Die schweren Locomotiven der Südbahn

produciren beispielsweise zu 7406 k£ Dampf pro Stunde, deren maximale Leistung (Nutzeffect) beträgt sonach bei einer Dampfspannung von:

7406

7 Atmosphären

12

= 617 Pferdekräfte

7406

13

= 569

7406

14

= 529

Wir sahen, dass die Arbeit des Dampfes numerisch gleich sein muss der Arbeit der Widerstände, sobald die Fahrt von Statten gehen soll. Für die Arbeit der Widerstände, also für die consumirte Arbeit fanden wir (§. 33,

W. c

Formel 62, pag. 133) den Ausdruck: A

Vergleicht man diese

Relation mit jener für die Grösse der producirten Arbeit, nämlich mit dem

(§. 70, Formel 114), so sieht man, dass die Gleich-7 5

heit derselben eintritt, sobald W = Z wird, das heisst, sobald der mittlere Widerstand der Bewegung gleich wird der mittleren Zugkraft der Locomotive ,(§. 65, pag. 254). Da ausserdem, wie bereits bemerkt (§. 64, pag. 250), die Zugkraft mindestens der Adhäsion A gleich sein müsse, so haben wir A = W = Z, ein Trio von numerisch gleichen Grössen.

Es kann nicht oft genug darauf hingewiesen werden, dass die numerische Gleichheit dieser drei Grössen uns nicht verleiten darf, die Begriffe: Adhäsion,. Widerstand und Zugkraft für identisch zu halten. Uebrigens besteht die-Gleichheit dieser Grössen nicht immer, sie besteht eigentlich nur für den. Fall der vollständigen Ausnützung der Arbeit, welche die Locomotive vermöge der Kraft des Dampfes abzugeben im Stande ist. Da dies aber in der Wirklichkeit fast niemals zutrifft, so besteht auch, strenge genommen,, diese Gleichheit nicht. Die Ungleichheit dieser drei Grössen ist Regel, die Gleichheit Ausnahme.

Es muss bemerkt werden, dass man den Nutzeffect einer Locomotive sowohl aus deren Gewicht, als auch aus deren Heizfläche ableiten kann. So lehrt z. B. die Erfahrung, dass man pro Tonne Gewicht einer Maschine mit Schlepptender, im Mittel 10 Pferdekräfte rechnen darf. Diesem zufolge wäre:

.    .    (119

eine Formel zur Schätzung der Grösse des Nutzeffectes einer Locomotive mit Schlepptender. Für Tender-Maschinen erhält man aus Formel 104, §. 66:

. . (120

eine Formel zur Abschätzung der Grösse des Nutzeffectes. Hierbei bezeichnet: N. . . den Nutzeffect einer Tendermaschine, in Pferdekräften;

Q. . . das Gewicht der Tendermaschine, in Tonnen;

a . . .eine von den Constructions-Verhältnissen der Tender-Maschine abzuleitende Constante.

Ausdrucke: N

Z.c

75

N = 10.Q .    .

N = 10 (Q — a) .    .

Diese Constante ist für Maschinen von:

Krcmss in München.............

Hägens in Erfurt................

Henschl in Kassel...............

Preussische Maschinen mit 3 Achsen » 2

CD CD

O CD co

11-0

9-0

Eine preussische zweiachsige Tender-Maschine von 19 Tonnen Gewicht, würde sonach einen Nutzeffect von: 10 (19—9) = 100 Pferdekräften abgeben.

Pferdekräfte, sobald a den Füllungsgrad (§. 58) in Procent

Für die preussische Normal-Güterzugs-Locomotive findet Kauen¹)-. 1979-5

|/a

des Cylinder - Volumens ausdrückt. Für a — 49 Procent beträgt sonach: 1979-5

= 283 Pferdekräfte.

|;49

Zum Schlüsse mag noch bemerkt werden, dass es Brauch ist, die Leistungen der Locomotiven nach dem durchlaufenen Wege zu bemessen. Richtiger als durch die Angabe der zurückgelegten Kilometer, wird die Leistung nach dem gefahrenen Wege und dem beförderten Gewichte, also z. B. nach Tonnen-Kilometer beurtheilt. Den sichersten Anhalt jedoch für die Leistung ergibt der Kohlenverbrauch. In ihm finden nicht nur die verschiedenen Dienstleistungen die ihnen gebührende Berücksichtigung, sondern auch die Steigungen, die Zugstärken und Fahrgeschwindigkeiten, also alle die Momente, welche durch Messung der Leistung nach Pferdekräften ihren Ausdruck finden.

§• 71.

Wichtigere Abmessungen der Locomotive.

Um einen Ueberblick zu geben, was für Dimensionen die Locomotiven gewöhnlich haben, sollen im Nachstehenden einige der wichtigeren Daten in dieser Richtung gegeben werden. Die nachstehende Tabelle ■ enthält einige Dimensionen ausgeführter Locomotiven, welche zur Führung von Eil-, Personen- und Güterzügen verwendet werden:

Gegenstand

Die Locomotive dient zur Führung von

Eilzügen

i Personenzügen

Güter

zügen

Gewicht der dienstbereiten Maschine, in Tonnen Durchmesser des Treibrades, in Centimetern . . . Kolbenhub (Länge des C}rlinders), in Centimetern Durchmesser des Cylinders, in Centimetern

Heizfläche, in Quadrat-Metern................

Dampfdruck, in Atmosphären.................

Anzahl der Siederohre......................

Breite der Locomotive, in Metern.............

Länge der Locomotive, in Metern.............

32

34

35-5

189-6

158-0

126 4

63-2

39-6

98

Oi

CO CO Ol CO

63-2

62-2

39-6

94-5

148

00 CO

42-2

103-85

164

00 co cii cd

') Kaven. Zeitschrift des Architekten- u. Ingenieur-Vereines zu Hannover, 1887, Heft 4, pag. 335.

Die Tender, welche zu diesen Maschinen gehören, haben nachstehende Dimensionen :

Tender der Locomotive für

Gegenstand

Eilzüge

Personeii-

züge

Güterzüge

Anzahl der Achsen ....................

Raddurchmesser, in Metern..............

Fassungsraum für Wasser, in Cubik-Metern Kohle

Gewicht des gefüllten Tenders, in Tonnen

Die Dimensionen der neuestenLocomotiven, wie sie die Carl Ludwig-Bahn in Galizien für Zwecke der Beförderung von Personen verwendet, sind folgende :

1-00

0-95

0-95

7>

8-2

8-4

8-4

25

24

24

Gegenstand

Locomotive für Zwecke der Führung von

Eilztigen

Personenzügen

Gewicht der dienstfähigen Maschine, in Tonnen Belastung der 1. Achse, in Tonnen...........

2.

3.

40-80

13-25

13-65

13-70

173-0

39-36

13-06

13-14

13-16

158-6

Durchmesser des Treibrades, in Centimetern . . .

Cylinders »

Kolbenhub, in Centimern..........

Totale Heizfläche, in Quadrat-Metern

Rostfläche, in Quadrat-Metern......

Dampfspannung (effectiv), in Atmosphären ....

Die Hauptabmessungen der Normal-Locomotiven der preussischen Staatsbahnen sind aus der nachstehenden Tabelle zu entnehmen:

42-2

42-2

63-2

63-2

113-75

1-898

103-64

1-922

10

10

Locomotive

Gegenstand

für

Personen

züge

mit Tender

für

Güterzüge

mit

Tendern

Tender-

Loco-

motiven für Nebenbahnen

Adhäsionsgewicht, in Tonnen................

Cylinder-Durchmesser, in Centimetern.........

Kolbenhub, in Centimetern ..................

Treibrad-Durchmesser, in Centimetern.........

Heizfläche in Quadrat-Metern ................

Rostfläche »    »    ................

Dampfdruck, in Kilogr. pro Quadrat-Centimeter Gewicht des Tenders, in Tonnen.............

24-4

38-5

29-2

42

56

173

9-18

1-718

10

27-5

45

35

63

55

133

125

1-53

10

27-5

108

60-3

1-3

12

Die wichtigsten Dimensionen einiger Gebirgs-Locomotiven enthält die nachfolgende Tabelle:

ÖS

CD

bahn

Gegenstand

Semmering

Brenner

Apenninen

Giovi

rmn*

Gotthard •Personen Zugsmaschinen

Güter

Arlberg

Per- j sonen

Güter

Zugsmaschinen

Adhäsionsgewicht, Tonn Heizfläche Treibrad - Durchmess, cm

Kolbenhub.........

Cylinder - Durchmess. Anzahl der gekuppelten

Räder..............

Maximal-Dampfdruck, in Atmosphären........

m*

46 ! 47 168-3 182-8

107

107

33

48

25

125-3

184-9

72

40 ! 38 121 128-2

26

54

54

130

120

91

131

131

61

61

65

61

54

60

64

47-4

7-8

124-1

182

164

168

110

110

63

57

61

50

45

60

32

48

48

43-5

50

55

12

10

10

10

11 12

Schlepptender.

* Die mit Stern (*) bezeichneten Maschinen sind Tender-Maschinen, die übrigen haben

Grove¹) führt die nachstehende Tabelle an:

Gattung der Locomotive

Gegenstand

Eilzüge

| Personenzüge

Cylinder-Durchmesser . .cm Kolbenhub Treibrad-Durchmesser . . »

Rostfläche ...........

Heizfläche, directe ....

indirecte . . Gewicht der leeren Maschine, in Tonnen.............

m²

38—42

51—61

40—43

51—61

170—210 | 140—170 0-95—1-7

6-7

70—100

0-95—1-75 5-5—8-0 70—110

41 — 48 61 — 66 120—140 1-1 —2-0 6—9 80—120

20—40

46-50 61 — 68 ! 51 — 61 106 - 130    95—137

1-3—2-0 7—10 100—200

0-7—1-1

4-5—8

42-90

23-32

wobei zu bemerken ist, dass die durchschnittliche Dampfspannung im Kessel 8—12Atmosph. (7 — 11 Atmosph. Ueberdruck) beträgt. Bezüglich jener Loco-motiven, welche keinen besonderen Tender haben, also der sogenannten Tender-Locomotiven, besteht auf deutschen Staatsbahnen das nachstehende Normale:

23—32

26-35

22—41    17-32

Tender-Maschinen

CD

bß

CD

zwei

drei

Achsen

Cylinder-Durchmesser, in Centimetern ...

Kolbenhub, in Centimetern..............

Treibrad-Durchmesser, in Centimetern ....

Rostfläche, in Quadrat-Metern . ..........

Totale Heizfläche, in Quadrat-Metern......

Radstand, in Metern....................

Inhalt des Wasserkastens, in Cubik-Metern Fassung der Kohle, in Kilogramm........

27

35

55

55

108

108

0-82

41-80

O Ol Oi

1-3

60-3

CO -H O

Prof.Frank') in Hannover lieferte die nachstehende, aus neueren Veröffentlichungen verschiedener technisch. Zeitschriften ausgewählte Zusammenstellung:

0 Heusinger von Waldegg. Specielle Eisenbahntechnik, III. Bd., pag. 113. •) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886, pag, 152.

■co

J9PU9X

9uqo 0ai;oui -oooq U0J00J

J9P UPIAV0O

jprup

-suoispqpy

Tonnen

33-1

38-5

33-9

36-6

40-1

42-4

44-7

***

49-8

31-4

38-5

38-6

40-2

-42 0

33-5

41-75

41-2

37-1

26-3

30-5

29-6

30-5

38-1

24-1

27-6

28-5

28-4

260

30-2

17 9

pu^ispü^l ; -;uiun?S90

•ss0uiqojriQ

-p*jqi0JX

Centimeter'

340-0

490-2

622-0

551-0

701-0 6260 725 0 450-0 569 0 533-4 655-3 5300

520-0

9-689

4800

133-0

147-3

198-0

190-5

162-2

1600

167-5

173-0

199-0

213-3

213-3

2140

1860

213-3

228 6

Anzahl

| U0sqoy U9j

I-pddnjpSun

co co

CV)

wwcowwwww

Ol

u9sqoy J0p co co

co

^ io

Tf *    *

co co co

* CO

co

co

qnqugqioji

•sssiuqojnQ

-japuipCp

Centimeter

sirogmsoH

apuo;

Heizfläche

3J09JIP

-Ul

Quadrat -Meter

spsjip

7-78 117 01 124-79 L53 45’0 63 9-80 98-06 106-86 L66 44'4 61

1-74    45-7    61

iCyhl ₆₁

76-2

1-90

1-43    45-7    61

1- 49    40-6    61

2- 20    47-0    62

1-87    400    56

1-57    42-0    50-8

45-7    61

1- 62    48-3    66

2- 09    45-6    66

1-61

1-75 42 u.60    58

61

45-7

u. 66

1-61

1-58    54-4    66

10-50    87-14 97-64

14-80 115-20 13000

88-79    97-93

81-23    88-82

108-80 124-00 96-43 103-23 116-47 124-68 100-56 111-46 93-97 104-20 112-32 122-23

101-28 108-83

89-TI T IZS-OOT

98-20 106-28

9-14

7-59

15-20

08-9

8-21

10-90

10-23

9 91

7-55

16-01

80-8

9qopUI0SS0X! .n zmo *d qorupj -S1T0QJV !

10

9-5

12

9-5

10

12

10

10

10

12

11

Bezeichnung der Loccmotiv-4 ype

Güterzugs-Locomotive der preussischen Staatsb. Güterzugs-Locomotive der Great-Eastern E. . . . Personenzugs-Locomotive der Great-Southern

and Western E..........................

Personenzugs-Locomotive der London and Northwestern E. (Verbund-System F. Webb).......

Personenzugs-Tender-Locomotive der Great-

Eastern E...............................

Personenzugs-Tender-Locomotived.Taff-Vaale E. Personenzugs-Locomotive d. Oberitalienischen E. Personenzugs - Locomotive der preuss. Staatsb. Schnellzugs-Locomotive der Köln-Mindener E... Schnellzugs-Locomotive der Great-Eastern E. . .

Schnellzugs-Locomotive der Midland E.......

Schnellzugs-Locomotive der Holländischen E.. . Schnellzugs-Locomotive der königl. Eisenbahn-Direct. Hannover (Verbund-System v. Borries) Schnellzugs-Locomotive der Great-Eastern E.

(Verbund-System W. Wordell).............

Schnellzugs-Locomotive der Manchester-Sheffield und Lincolnshire E......................

** Bei den Locomotiven Nr. 3, 4, 6, 7, 11 sind 2 Laufachsen in einem Drehgestelle vereinigt.

Bei den Locomotiven Nr. 6, 12, 15 ist das Gewicht im dienstfähigen Zustande der Maschine angegeben.

•JN QpusjnÊ'i

Ol co

UO

CD ^ CO 05 O

Ol CO

-n

lO

Aus den obigen Zusammenstellungen ist ersichtlich, dass die Eisen

bahnen eine stattliche Reihe von Gattungen der Maschinen verwenden, und dies ist ein grosser Uebelstand, denn wenn anstatt 30, beispielsweise nur 10 verschiedene Grössen vorhanden wären, so würden von jeder Gattung 3mal so viele Stücke gemacht werden können, alles Geld für Zeichnung und Ausführung der übrigen könnte erspart werden.

»Wenn z. B. für Fenster und Thüren unserer Häuser«

sagt Sir

Witworth in einem Vortrage¹) — »nur 3 oder 4 Normalgrössen festgesetzt wären, so liesse sich ihre Herstellung ohne Rücksicht auf specielle Fälle sofort fabriksmässig betreiben, man könnte stets auf Lager arbeiten und hiefür die besten Specialmaschinen verwenden, so dass wir mit einem Minimum von Kosten bessere Fenster und Thüren bekämen.«

Ein ähnlicher Gedanke schwebte offenbar dem Ingenieur der Stettiner Maschinen-Actiengesellschaft Herrn Loeben '¹) vor, als er den Ausspruch that, dass für die Bedürfnisse des Eisenbahn-Verkehres 5 Locomotiv-Typen zureichen dürften, und glaubte er für diese Typen, Nachstehendes Vorschlägen zu sollen:

Gattung der Locomotive

Gegenstand

Eilzüge

Personen

züge

Güterzüge

Tendermaschine für Stationszwecke

Gebirgs-

Maschine

Gewicht der dienstbereitenMaschine,inTonnen

Adhäsionsgewicht, in Tonnen .............

Heizfläche, in Quadrat-Metern............

Treibrad-Durchmesser, in Centimetern......

Kolbenhub, in Centimetern................

Cylinder-Durchmesser, in Centimetern......

Anzahl der verkuppelten Achsen...........

Radstand, in Metern.....................

Dampfdruck, in Atmosphären..............

Fahrgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde

34

27

109

200

50

40

12

22

37

26

99

150

50

40

4-

oi io o co

42

42

138

125

62-5

48

3-25

10

28

42

28

88

125

50

40

42

108

125

62-5

48

3-25

10

Indessen gar zu ängstlich darf man auf Reducirung der Maschinentypen denn doch nicht sein, denn schliesslich müssen sich die Maschinen dem Bedürfnisse und nicht dieses den Maschinen anpassen, wesshalb in einem jeden besonderen Falle zu calculiren ist, ob nicht das an und für sich berechtigte Princip der Einheitlichkeit denn doch hinter den Vortheil zurücktreten muss, welcher durch Specialisirung, also durch Anpassung der Maschine an das specielle Bedürfniss erreicht werden kann.³)

Was die Preise der Locomotiven anbelangt, so ergeben sich für das Jahr 1887 als Durchschnitt für Oesterreich die folgenden Werthe:

Personenzugs-Locomotive mit Schlepptender. . . .26140 Gulden

Güterzugs-Locomotive . . . Secundärzugs-Locomotive. Tender...............

27780 15500 4500

Bd. 24,

670.

') Schriften des Vereines zur Verbreitung naturwissenschaftlicher Kenntnisse, Wien 1884, pag.

'“) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1876, pag. 24.

³) Oesterreichischen Eisenbahnzeitung, 1837, pag. 169.

§. 72.

Wasserverbrauch der Locomotive.

Der Dampf, welcher aus 1 k® Wasser entsteht, kann verschieden grosse Arbeiten verrichten, je nachdem er mehr oder weniger heiss ist, wenngleich ein Maximum an Arbeit existirt, welches praktisch nicht überschritten werden kann. Hochgespannter Dampf ist heisser als niedergespannter. Der erstere hat sonach zu seiner Erzeugung mehr Wärme bedurft als der letztere. Hochgespannter Dampf wird daher mehr Arbeit liefern müssen als niedergespannter, sobald man ihm Gelegenheit gibt, seine Wärme in Form von Arbeit abgeben zu können.

Eine derartige Gelegenheit bildet sich aber stets, so oft Dampf sich ausdehnen kann, weil er dann den auf ihm lastenden Druck überwinden, also Arbeit zu leisten im Stande ist.

Die Wärme, welche in Form von Arbeit wieder gewonnen werden kann, falls 1 k® Dampf

Formel 80) nahezu: ^30 + ^ Calorien; 1 ks Dampf dessen Temperatur^0 beträgt, kann sonach eine Arbeit verrichten, welche 425

von

der Temperatur t° sich ausdehnt, beträgt (§. 54,

(³⁰⁺9)

Meter-

Kilogramm beträgt, weil eine Calorie gleichwerthig ist einer Arbeit von 425 Meter-Kilogramm. Da aber eine Secunden-Arbeit von 75 Meter-Kilogramm jenes Quantum Arbeit ist, welches man mit dem Namen Pferdekraft bezeichnet hat, so liefert ein Kilogramm Dampf eine Arbeit von: 425

Pferdekräften. Einer Pferdekraft entspricht sonach ein Auf

wand von:

75

(30+A.425

Kilogramm Dampf oder von ebensoviel Wasser pro Secunde. Der stündliche Wasser-Verbrauch pro Pferdekraft beträgt daher :

75 X 3600

635

425

(³⁰n) (³⁰⁺l)

Kilogramm. Bezeichnet man diesen Wasser-Verbrauch mit WHP, so hat man:

635

09

©I s-t-

(121

Eine Formel zur Berechnung des Wasser-Verbrauches der Locomotive pro Pferdekraft und Stunde. In derselben bezeichnet:

WHp . den Wasser-Verbrauch einer Locomotive pro Pferdekraft und Stunde, in Kilogramm;

t. . . . die Temperatur des angewendeten Dampfes, in Celsius-Graden.

sonach :

Eine Locomotive, welche mit einer Dampfspannung von 10 Atmosphären arbeitet, würde = 12'5 Kilogramm Wasser pro Stunde und Pferdekraft consumiren, weil der

635

30 +

“9

Dampf von 10 Atmosphären Spannung eine Temperatur von 179° C. hat (§. 54, pag. 203).

Man ist gewöhnt, statt von Temperatur von der Spannung des Dampfes zu sprechen, weil diese einfacher zu messen ist, als die Temperatur. Sucht man in der Tabelle des §. 54, pag. 203 die Spannungen, welche verschiedenen Temperaturen entsprechen, so kann aus der Formel 121 eine Tabelle gebildet werden, welche für den Praktiker handsamer ist.

Aus nachstehender, von Grove herrührenden Tabelle, welche ausserdem noch die bei Locomotiven üblichen Füllungsgrade (die Expansions-Verhältnisse) berücksichtigt, sind die Wasser-Quantitäten zu entnehmen, welche eine Locomotive pro Pferdekraft und Stunde unter den verschiedenen Verhältnissen verbraucht.

Der Wasser-Verbrauch beträgt pro Pferdekraft bei

Füllungs

grad

Procent

einer Dampfspannung von

10

Atmosphären, pro Stunde Kilogramm

10

12-3

10-0

96

9-2

20

14-2

12-0

30

15-4

13-5

11-0

12-2

10-6

11-7

40

17-5

15-2

14-2

13-6

50

18-9

16-7

15-6

15-0

60

70

21 0 22-6

18-7

17-4

16-8

20-0

18-7

18T

¹

Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 156.

Aus dieser Tabelle ersieht man, dass eine und dieselbe Menge Dampf verschieden grosse Arbeiten verrichten kann. Bei hoher Spannung und einem niedrigen Füllungsgrade erzielt man die Arbeit einer Pferdekraft mit der geringsten Menge Dampf. Bei 10 Atmosphären Druck und einer Füllung von 10 Procent genügen hiezu 9• 2 k£, während bei einer Dampfspannung von 4 Atmosphären und 70 Procent Füllung, dieselbe Leistung einen Aufwand von 22'6k® Dampf erheischt. Für die beim Eisenbahndienste gewöhnlich zur Anwendung kommenden Dampfspannungen (8 — 10 Atmosphären), kann der Wasserverbrauch pro Stunde und Pferdekraft nach der folgenden, durch Welknerł) auf Grund von Diagrammen ermittelten Formel ziemlich genau abgeschätzt werden :

W„p

_8(1 + ioo) '

. . (122

In dieser Formel bedeutet:

Whp. .den Wasserverbrauch einer Locomotive, in Kilogramm pro Pferdekraft und Stunde ;

a ....den Füllungsgrad des Cylinders, in Procenten des Cylinder-Volumens.

0 Welkner. Die Locomotive, Göttingen 1859, pag. 71.

12 Kilogramm.

Für eine Admission (Füllungsgrad) von 50 Procent beträgt sonach der mittlere Dampfverbrauch pro Stunde: 8

( 1 + -⁵⁰-) = V loo/

Wennzwar es richtig ist, dass ein bestimmtes Gewicht Dampf, eine grössere Arbeit verrichtet, wenn die Maschine mit hoher Expansion arbeitet, so sind doch die Unterschiede in der Praxis nicht gar so erheblich, um stets berücksichtigt werden zu müssen.

Wie weit aber die Praxis hinter diesen, durch die Theorie als möglich erkannten Werthen zurückbleibt, kann am Besten aus den zahlreichen Versuchen ersehen werden, welche im Aufträge der kaiserlichen General-Direction der Eisenbahnen in Elsass-Lothringen durch den damaligen Maschinenmeister, jetzt Professor der technischen Hochschule in Hannover, Herrn Frank,') im Jahre 1882 durchgeführt wurden.

Diese ergaben, dass die grösste Arbeit, welche durch 1kg Wasser erzielt wurde, 25126 Meter-Kilogramm betrug, dass sie aber auch auf 12420 Meter-Kilogramm gesunken sei, woraus folgt, dass höchstens 75 Procent der theoretischen Leistung gelegentlich dieser Versuche erzielt wurde, dass aber die factische Leistung auch auf 38 Procent der theoretischen sinken kann. Im ersteren Falle ergaben Frank’s Messungen, dass einer Arbeit von 17D7 Pferdekräften ein Verbrauch von 0*491 Kilogramm Wasser pro Secunde, im zweiten Falle einer Arbeit von 46*46 Pferdekräften ein Verbrauch von 0*280kg Wasser pro Secunde entspreche. Hieraus folgt, dass pro Pferdekraft im ersten Falle 10*3, im zweiten Falle 21*7kg Wasser verbraucht wurden. Begnügt man sich mit Durchschnittswerthen, so genügt es zu wissen, dass laut Versuchen,') welche auf derselben Bahn (1879) angestellt wurden, durch Verbrennung von 1 kg Kohle durchschnittlich 7*06kg Wasser verdampft wurden (§. 37, pag. 148). Da aber die Locomotiven durchschnittlich l*8kg Kohle pro Pferdekraft und Stunde verbrennen, so beträgt der mittlere Wasserverbrauch 7*06 X 1 ’8 — 1 2*7kg pro Pferdekraft und Stunde.

Man pflegt die Leistung der Locomotiven (den Nutzeffect) in Pferdekräften auszudrücken, es wird daher auch erwünscht sein, eine Formel kennen zu lernen, welche den Wasserverbrauch pro Stunde als eine Function des Nutzeffectes der Locomotive darstellt. Es muss bemerkt werden, dass die Menge des verbrauchten Wassers zwar mit dem Nutzeffecte wachsen, diesem aber nicht nothwendig proportional sein müsse. So ergaben beispielsweise die Versuche des Professors Frank,³) dass der stündliche Verbrauch an Wasser durch die nachstehende Formel sich darstellen lasse:

.    .    (123

\V₈ = a + b. N .    .

in welcher bezeichnet:

Ws. ,. den Wasserverbrauch der Maschine pro Stunde, in Kilogramm;

N . . . . den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften;

a, b .zwei Erfahrungs-Coëfficienten. Hiebei ist für Güterzugs-Locomotiven

a= 648, b = 7 2, für Personenzugs-Locomotiven : a= 360, b= 12.

Beispiel 1. Der Courierzug der österreichischen Staatsbahnen durchfährt die Strecke Wien-Salzburg in 5 Stunden, und verbraucht dessen Maschine bei dieser Fahrt 5⁻6 Tonnen Kohle. Es

') Frank. Die Widerstände der Locomotiven und Bahnzüge, Wiesbaden 1886, pag. 62.

²)    Wähler. Centralblatt für Bauverwaltung, 1882, Nr. 40.

³)    Die Widerstände der Locomotiven und Bahnzüge, Wiesbaden 1886, pag. 66.

24640

fragt sich, mit wie viel Pferdekräften diese Maschine arbeitet, sobald bekannt ist, dass 1 Kilogramm der verwendeten Kohle 4-4 Liter Wasser verdampft.

Die Locomotive consumirt 5-6X 1000X4-4 = 24640 Liter Wasser für die ganze Fahrt, also:

■— — = 4928 Kilogramm pro Stunde, man hat sonach die Gleichung: 4928 — 360-f-12 . N, aus welcher

N.= 380 Pferdekräfte für den Nutzeffect der fraglichen Maschine sich ergibt.

Beispiel 2. Eine Personenzugs-Locomotive von 420 Pferdekräften verbraucht 638 + 12 X X 420 = 5400 Kilogramm Wasser pro Pferdekraft und Stunde, während eine Güterzugs-Locomotive von 300 Pferdekräften 648 + 7-2 X 300 = 2808 Kilogramm Wasser verbraucht. Für N = 60 ergeben beide Formeln denselben Werth, nämlich einen Verbrauch von 1080 Kilogramm pro Pferdekraft und Stunde. Für grössere Werthe von N erhalten wir günstigere Werthe bei der Güterzugs-Locomotive, für kleinere Werthe von N dagegen günstigere Werthe für die Personenzugs-Locomotive. Die Verschiedenheit ist zum grossen Theile in der ungleichen Grösse der Dampfcylinder und des Kesseldruckes beider Gattungen Maschinen zu suchen.

Der grösste Wasserverbrauch einer Güterzugs-Locomotive wird gefunden, wenn man in Formel 123 für N jenen Werth substituirt, welcher sich aus Formel 118 ergibt. Man findet in einem solchen Falle: Ws = 1 2 16’8 + 496'8 j/v Kilogramm pro Stunde, wobei v die Fahrgeschwindigkeit der Locomotive in Kilometer pro Stunde bezeichnet.¹)

Nicht selten pflegt man den Wasserverbrauch der Locomotiven statt nach der ausgeübten Zugkraft nach den geleisteten Tonnen-Kilometern zu bemessen. Ein solcher Brauch hat jedoch nur dann seine Begründung, so lange es sich nicht um den Vergleich zweier Bahnen, sondern nur um eine und dieselbe Bahn handelt.

Man braucht nämlich, um einen Tonnen-Kilometer auf einer horizontalen Bahn zu leisten, d. h. eine Tonne Last in einer gewissen Zeit 1km weit zu bewegen, weniger Arbeit, als zur Leistung eines Tonnen-Kilometers auf einer Gebirgsbahn, weil man im letzteren Falle die Tonne Last nicht nur horizontal bewegt, sondern weil man sie auch auf die Höhe der Steigung heben muss. Um jedoch einen Begriff zu geben, wie viel Wasser die Locomotiven pro Tonnen-Kilometer verbrauchen, führe ich die nachstehende aus Wobier’s Versuchen (1879) auf den Elsass-Lothring’schen Bahnen resultirende Tabelle an²):

Gattung der Züge

Zugsgeschwindigkeit in Kilometern pro Stunde

Wasserverbrauch pro Tonnen-Kilometer in Kilogramm

Güterzüge

Personenzüge

Schnellzüge

23

41

65

0-165

0290

0-310

Man findet nicht selten Angaben über den Wasserverbrauch der Loco-motiven, welche sich auf einen Kilometer Fahrt beziehen. Um auch hiefür

Z

Ol

eine Formel anzugeben, muss in Formel 123 substituirt werden: N = -

(§. 70, Formel 114), wobei Z die Zugkraft der Locomotive in Kilogramm, c deren Fahrgeschwindigkeit in Meter pro Secunde ausdrückt.

Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1887, pag. 203. ²) Centralblatt für Bau-Verwaltung, 1882, Nr. 40.

Veranschlagt man die Geschwindigkeit der Personenzüge auf 15m und setzt a = 360, b= 12, so erhält man aus Formel 123:

12

Ws = 360 + —

für den Wasserverbrauch pro Stunde. Da aber die Personenzüge pro Stunde 54km (15m pro Secunde) durchlaufen, so muss man die obige Wassermenge durch 54 dividiren, um den Wasserverbrauch pro Kilometer Fahrt zu erhalten. Bezeichnet man diesen Wasserverbrauch mit WK, so erhält man:

WK

360

12

54    5 X 54

. Z= 6-6 + 0-044Z

Kilogramm. Wird berücksichtigt, dass in Anbetracht der bedeutenden Grösse von Z die Zahl 6'6 verschwindet, so erhält man in runder Zahl:

WK

25

.    .    (124

Eine Formel zur Abschätzung des Wasserverbrauches der Personenzugs-Locomotiven, wie er sich pro Kilometer Fahrt ergibt.

In dieser Formel bezeichnet sonach:

Wg . . den Wasserverbrauch, in Kilogramm pro durchlaufenen Kilometer. Z. . . . die Zugkraft der Locomotive, in Kilogramm.

5000

Eine Locomotive deren Zugkraft 5000 Kilogramm beträgt, wird sonach —200 Kilogramm Wasser für jeden durchlaufenen Kilometer verbrauchen.

Für die preussische Normal-Güterzugs-Locomotive findet Kaven¹) \Vk=:0,00322 2. Will man den Wasserverbrauch einer Locomotive kennen, welcher pro Stunde Fahrt entfällt, so hat man zu erwägen, dass dieser Wasserverbrauch Ws sofort erhalten wird, wenn man den Ausdruck der Formel 124 mit v, d. i. der Anzahl Kilometer multiplicirt, welche in einer Stunde durchlaufen werden.

Man erhält sodann:

Z.y

25

.    .    (125

eine Formel, in welcher bezeichnet:

Ws..den Wasserverbrauch einer Locomotive, in Kilogramm pro Stunde Fahrt;

...die Zugkraft der Locomotive, in Kilogramm;

...die Fahrgeschwindigkeit, in Kilometern pro Stunde.

Eine Locomotive, welche ihren Zug mit 25 Kilometer Geschwindigkeit führt, würde sonach stündlich ein Kilogramm Wasser für jedes Kilogramm Zugkraft verbrauchen.

Will man den Wasserverbrauch nach den geleisteten Tonnen-Kilo-metern abschätzen, so braucht man nichts Anderes zu thun, als in die

x) Kaven. Zeitschrift des Architekten- und Ingenieur-Vereines zu Hannover, 1887, Heft 4,

pag. 335.

19

Formel 124 statt Z den ihr gleichwerthigen Widerstand zu setzen; also zu schreiben (§. 26, Formel 43, pag. 111):

z=(

3• 1 -f m-f

u²

70,

wobei u die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde, m die Steigung der Bahn pro mille und G das Bruttogewicht des Zuges in Kilogramm bezeichnet.

Der Wasserverbrauch pro Kilometer Fahrt beträgt sodann:

WK =

25

3-1 + m +

u²

70

Kilogramm und jener pro Tonne und Kilometer, also der Wasserverbrauch pro Tonnen-Kilometer:

u*

3‘1 + m H--

WTk =

70

25

Kilogramm. Setzt man u=15, so erhält man die Näherungs-Formel:

WTK

25

. . (126

in welcher bezeichnet:

Wtk ■ den Wasserverbrauch einer Locomotive pro Tonnen-Kilometer Leistung, gemessen in Kilogramm; m ... die Steigung der Bahn in Millimetern pro Kilometer Länge.

In einer Steigung von 19%o würde sonach eine Locomotive für jeden geleisteten Tonnen-Kilometer ein Kilogramm Wasser verbrauchen. Wir haben alle bisher angeführten Formeln für den Wasserverbrauch aus der empirischen Formel 123 abgeleitet. Selbstverständlich können diese Formeln auch directe gefunden werden, wenn man den Dampfverbrauch aus den Füllungsgraden berechnet. Doch soll diese Rechnung hier nicht durchgeführt werden.

Zum Schlüsse mag noch die Bemerkung Platz finden, dass der stündliche Wasserverbrauch der Maschinen recht gut nach der Grösse ihrer Heizfläche abgeschätzt werden kann.

Da man nämlich annimmt, dass jeder Quadrat-Meter Heizfläche einer Locomotive 36 — 40 kg Dampf pro Stunde liefert, also im Mittel 38 kg Wasser stündlich verbraucht (§. 56, pag. 211), je nachdem die Maschine eine Güterzugs- oder eine Personenzugs-Locomotive ist, so kann der Wasserverbrauch einer Personenzugs-Maschine nach der Formel:

.    .    (127

Ws = 38 . H . .

berechnet (abgeschätzt) werden.

In dieser Formel bezeichnet also:

Ws..den stündlichen Wasserverbrauch der Locomotive, in Kilogramm; H...die Heizfläche, in Quadrat-Metern.

Eine Locomotive von 100 Quadrat-Meter Heizfläche verbraucht also stündlich : 38X100 — 3800 Kilogramm oder 3-8 Tonnen Wasser.

§. 73.

Kohlenverbrauch der Locomotive.

Wie viel Kohle eine Locomotive für eine bestimmte Arbeitsleistung verbraucht, lässt sich sofort bestimmen, sobald der Wasserverbrauch derselben für die fragliche Arbeitsleistung und der Verdampfungswerth der betreffenden Kohle bekannt sind.

Diese beiden Grössen sind aber stets bekannt oder können wenigstens (nach §.72 und 37) bestimmt werden.

Weiss man beispielsweise, dass eine bestimmte Locomotive 14 Kilogramm Wasser pro Pferdekraft und Stunde consumirt, und hat man eine Kohle zur Verfügung, von welcher 1 Kilo-

14

gramm 7 Kilogramm Wasser verdampft, so wird diese Maschine — =2 Kilogramm solcher Kohle pro Pferd und Stunde consumiren.

Man nimmt gewöhnlich an, dass ein Kilogramm guter Schwarzkohle 8 k'g Wasser zu verdampfen vermag. Man braucht daher nichts weiter zu thun, als die Werthe der im §.72 entwickelten Formeln durch 8 zu dividiren, um den Verbrauch an Kohle zu linden.

Bezeichnet man diesen Verbrauch mit K, und setzt diesem Zeichen die Stellenzeiger HP, s, K, TK, je nachdem man den Kohlenverbrauch pro Stundenpferd, Stunde, Kilometer oder pro Tonnen-Kilometer meint, so gelangt man zu der nachstehenden Zusammenstellung von Formeln:

Khp -

80

fr+-

Khp

(30 + --)

⁼ (*⁺ m)

Ks = 5H

Ks =50 +

!»

. . (128

Ks -

Z.y

200

Kk

Ktk =

200 m + 6

200

in welchen bezeichnet:

Khp . den Kohlenverbrauch einer Locomotive pro Pferdekraft und Stunde, gemessen in Kilogramm;

Ks ..den Kohlenverbrauch pro Stunde, gemessen in Kilogramm;

Kk ..den Kohlenverbrauch, in Kilogramm pro Kilometer Fahrt;

.den Kohlenverbrauch, in Kilogramm pro geleisteten Tonnen-Kilometer;

t....die Temperatur des Dampfes im Kessel, in Celsius-Graden;

Ktk

a. . . .den Füllungsgrad (Admission) des Dampfes im Cylinder, in Procent des Cylinder-Volumens;

H...die Heizfläche, in Quadrat-Metern;

Z ...die Zugkraft der Locomotive, in Kilogramm;

V....die Fahrgeschwindigkeit, in Kilometern pro Stunde; m ... die Steigung der Bahn pro mille ;

N . . . den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften.

Es muss ausdrücklich bemerkt werden, dass diese Formeln nur zur approximativen Bestimmung des Kohlenverbrauches dienen, also nur bei Ueberschlags-Rechnungen verwendet werden können, da ja nicht jede Kohle ihr achtfaches Gewicht an Wasser verdampft, wie dies bei Aufstellung dieser Formeln angenommen wurde. Nimmt man an, dass bei Personenzügen 40 Percent der Arbeit der Maschine auf die Bewegung der Wagen, welche sie zieht, entfällt, so vertheilt sich natürlich auch der Kohlenverbrauch in diesem Sinne. Der Kohlenverbrauch pro Kilometer Fahrt wird sonach bei einer Maschine von Z Kilogramm Zugkraft sich so vertheilen, dass:

0-4 •

200    500

200 1000

Kilogramm Kohle auf die Führung der Maschine, und: 0’6 •

Kilogramm auf die Bewegung der Wagen entfällt.

Nimmt man an, dass der Personenzug aus 12 Wagen besteht, so bedarf es zur Bewegung eines Wagens eines Kohlenaufwandes von:

12.1000    4000

also zur Bewegung von n Wagen:

Der Gesaramtaufwand an Kohle beträgt sonach:

4000

Kilogramm Kohle.

kk =

500

4000

-ooK)

Kilogramm pro gefahrenen Kilometer.

Veranschlagt man die Zugkraft einer solchen Maschine, die einen Personenzug aus 12 Wagen mit der üblichen Geschwindigkeit der Eilzüge zu führen im Stande ist, auf 2000k», so beträgt der Kohleilaufwand

.    .    (129

Kilogramm pro gefahrenen Kilometer.¹)

In dieser Formel bezeichnet:

Kk . . den Kohlenaufwand, in Kilogramm pro gefahrenen Kilometer;

II . . . die Anzahl der Wagen des Zuges.

Man ersieht aus dieser Formel, dass die Locomotive 4k& Kohle pro gefahrenen Kilometer, jeder dem Zuge beigegebene Wagen dagegen 7* Kilogramm Kohle beansprucht.

') Borries. Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, Heft 213, pag. 164.

Veranschlagt man 1 kg Kohle auf 0’7 Kreuzer, so kostet die Bewegung eines jeden einem Personenzuge beigegebenen Wagens 0‘35 Kreuzer pro Kilometer Fahrt. Die Führung eines aus 12 Wagen bestehenden Zuges

(-4 + ”) = 1 ° kg pro Kilo

verursacht sonach einen Kohlenaufwand von

meter Fahrt.

Für die preussische Normalgüterzugs-Locomotive fand Kaven,¹) sobald a den Füllungsgrad (§. 58) in Percenten des Cylinder-Inhaltes, Z die Zugkraft in Kilogramm, N den Nutzeffect in Pferdekräften bezeichnet, die nachstehenden Relationen; für den Kohlenverbrauch K pro Kilometer Fahrt, in Kilogramm:

K= 1-06 . a

]/K = 0-001342 . Z 2040

]fa =

¹    N

Der Kohlenverbrauch der preussischen Normal-Locomotive beziffert sich für einen Schnellzug auf 10kg, Personenzug auf ll'5kg, Güterzug auf 22kg pro Kilometer Fahrt.²) Auf dem Semmering beträgt der Kohlenverbrauch 19'3kg, auf dem Brenner dagegen nur 16'6kg pro Zugskilometer.³)

In der Eisenbahnpraxis veranschlagt man den Kohlenverbrauch gerne nach dem geleisteten Tonnen-Kilometer. Hiebei ist aber zu bemerken, dass es durchaus nicht einerlei ist, in was für einer Strecke der Tonnen-Kilometer geleistet wurde. Ein Tonnen-Kilometer in einer horizontalen Bahn ist eben eine andere Leistung, als ein Tonnen-Kilometer in einer Gebirgsbahn. Aus diesem Grunde wird auch der Kohlenverbauch pro Tonnen-Kilometer ein anderer sein in einer Gebirgsbahn, ein anderer in der Thalbahn. Während beispielsweise in horizontalen Strecken bei Güterzügen 100kg Kphle pro gefahrenen Tonnen-Kilometer verausgabt werden, beträgt die Ausgabe in Steigungen 150 bis 300kg für jeden Tonnen-Kilometer.

Würde man jedoch die Tonnen-Kilometer nicht durch Multiplication des rollenden Gewichtes mit dem gefahrenen Wege, sondern durch Multiplication des Widerstandes mit dem Wege bilden, also nicht die rollende Last, sondern den zu bewältigenden Widerstand in Tonnen ausdrücken, so würde die Ausgabe an Feuerungsmateriale für einen so ermittelten Tonnen-Kilometer stets dieselbe sein, ob der Verkehr in einer Ebene oder im Gebirge sich abwickelt. In beiden Fällen würde man dann dieselbe Arbeit der

Rechnung zu Grunde legen.

Nennt man einen, auf die letzt angedeutete Weise ermittelten Tonnen-Kilometer eineri Tonnen-Kilometer der Widerstands-Arbeit, so würde ein

solches Arbeitsmaass gleich sein:

3’7 Stunden-Pferdekräfte.

1000 X 1000

75 X 3600

Fährt beispielsweise ein 200 Tonnen schwerer Zug über eine 5 Kilometer lange, in einer Steigung von 10°/«, liegenden geraden Strecke mit einer Geschwindigkeit von 10 Metern pro Secunde, so beträgt dessen Leistung nach dem üblichen Maasse: 200 X 5 = 1000 Tonnen-Kilometer. Misst

ł) Kaven. Zeitschrift des Architekten- und Ingenieur-Vereines zu Hannover, 1887, Heft 4,

pag. 335.

²)    Brosius und Koch. Schule für den äusseren Eisenbahnbetrieb, 1881, I. Theil, pag. 347.

³)    Wochenschrift der österreichischen Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1888, pag. 96.

man jedoch diese Leistung nach der Arbeit des Widerstandes, so beträgt dieselbe für das Befahren

der Steigung :

(3-1 + ^ + 10)200x5

1000

= 14-5 Tonnen-Kilometer (Widerstands-Arbeit), weil der zu

(3-l + ^+ io) Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht beträgt. Fährt derselbe

bewältigende Widerstand :

Zug über eine gleich lange Horizontale, und bewegt er sich mit derselben Geschwindigkeit, so beträgt

200.5

dieLeistung der Locomotive nur mehr :

1000

= 4-5Tonnen-KilometerWiderstands-Arbeit.

Der Kohlenverbrauch einer in Dampf befindlichen Locomotive ist übrigens je nach der Dienstleistung derselben recht verschieden. Eine in Reserve stehende Maschine erfordert eine geringere Menge Kohle, als eine solche mit welcher verschoben wird, und diese wieder weniger, als eine Locomotive, welche einen Zug führt.

Man rechnet in der Regel für jede Anheizung 150 bis 200k&, für jede Stunde Reservedienst 15 bis 25ks, für jede Stunde Verschubdienst 50 bis 60k® Kohle.¹)

Zum Schlüsse mag noch angeführt werden, dass die Arbeit, welche durch die am Roste der Maschine verbrannte Kohle thatsächlich geleistet wird, im Verhältnisse zu dem Arbeitsvorrathe, welcher durch das Verbrennen der Kohle freigemacht wird, nur äusserst gering ist.

Liefert ein Kilogramm Kohle a Calorien, so entspricht dies einer

mechanischen Leistung von 425 . a Meter-Kilogramm. Will man eine Pferdekraft (75 Meter-Kilogramm pro Secunde) eine Stunde lang haben, so entspricht dies einer Leistung von 75.3600 = 27.10* Meter-Kilogramm. Da aber die Arbeit von 425 . a Meter-Kilogramm der Leistung von lkg Kohle

27.10*    653

entspricht, so wird man:

Kilogramm Steinkohle pro Stunde

425 . a

verausgaben müssen, um eine Arbeit von einer Pferdekraft zu erhalten.

Würde beispielsweise der Wärmewerth einer Kohle 6350 Calorien

betragen, so würde eine Ausgabe von:

635    1

Kilogramm Kohle genügen,

6350    10

um eine Stunde lang eine Arbeit zu unterhalten, welche gleich der Arbeit eines Pferdes ist. In der Praxis verbraucht man aber für die Arbeitsleistung 15- bis 20mal mehr Kohle, weil man ausser Stande ist, alle Wärme nutzbar zu verwenden, welche durch Verbrennen der Kohle entsteht.

§• 74.

Beispiele.

Die nachfolgenden Beispiele sollen zur Erläuterung des in den vorstehenden Paragraphen Gesagten dienen.

Beispiel 1.

Welche Last wird eine Locomotive von 300 Pferdekräften Leistung mit einer Geschwindigkeit von 10m pro Secunde über eine Bahn führen, welche der Bewegung einen Widerstand von 25k& pro Tonne bewegter Last bietet?

') Brosius und Koch. Der äussere Eisenbahnbetrieb, 1881, I. Theil, pag. 346.

geschwindigkeit 10m, mithin ergibt sich aus der Gleichung: 300 =

Der Nutzeffect der Locomotive beträgt 300 Pferdekräfte, die Fahr-

10 Z

die

7 5

Zugkraft: Z= 30 X 75ks. Da der Widerstand 25k» pro Tonne Last beträgt, so ist, sobald diese Last x Tonnen beträgt: Z = 25x, man hat sonach die Gleichung: 25 x = 30 X 75, woraus x= 90 Tonnen folgt, was besagen will, dass die Bruttolast des Zuges 90 Tonnen betragen wird.

Beispiel 2.

Auf einer geraden, 5%o ansteigenden Bahn sollen 100 Tonnen schwere Züge (Maschine und Wagen) mit einer Geschwindigkeit von 20m pro Secunde (72km pro Stunde) geführt werden; es fragt sich, was für Maschinen man hiezu benöthigen wird

Der zu bewältigende Bewegungswiderstand beträgt näherungsweise

13⁻8k° pro Tonne der zu

bewegenden Last, daher im Ganzen: 13*8 X 100 = 1380kS; so gross muss also auch die Zugkraft der Maschine mindestens sein. Die zu beschaffende Maschine muss, wenn sie 100 Tonnen schwere Züge mit einer Geschwindigkeit von 20m bewegen soll, eine Arbeit von:

(Formel 43, pag. 111): ^3*1 + 5 +

20*

1380 X 20

75

= 368 Pferde-

10

kräften leisten. Dies würde einem Gewichte von: — X 368 = 36*8Tonnen

entsprechen. (Formel 102, pag. 258.) Da aber die Adhäsion, welche die Maschine zu erzeugen hat, höchstens 1380ks zu betragen braucht (§. 68),

= 13*8 Tonnen

diese Adhäsion aber bereits durch ein Gewicht von:

1380

100

erzielbar ist (Formel 99, pag. 252), so würde dieses Gewicht genügen, wenn es möglich wäre, mit demselben eine Locomotive zu bauen, deren Kessel so viel Dampf pro Secunde erzeugt, als zur Leistung einer Arbeit von 368 Pferdekräften erforderlich ist.

Beispiel 3.

Eine Locomotive von 472 Pferdekräften führt in einer horizontalen

Bahn, die in einer Curve von 400m Radius liegt, einen 200 Tonnen schweren Zug mit einer Geschwindigkeit von 15m pro Secunde. Es fragt sich, ob diese Maschine bei dieser Arbeit ausgenützt ist, und, falls dies nicht der Fall sein sollte, über was für eine Steigung diese Maschine ihren

Zug führen könnte?

Der Widerstand, welchen die Maschine bewältigt, beträgt (Formel 52,

pag. 119):

3-1 +

600 , 15* 400 ⁺ To

7-8

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht Der totale Widerstand ist sonach: 7*8 X 200= 1560k®, und die zu leistende Arbeit:

1560 X 15

= 312 Pferde-

kräfte. Da die Maschine aber 472 Pferdekräfte leistet, so könnte sie noch eine Mehrarbeit von 472 — 312= 160 Pferdekräften verrichten. Soll diese

Mehrarbeit zur Bewältigung einer in dieser Curve liegenden Steigung von

#    pro mille verwendet werden, so beträgt der noch zu leistende Widerstand

#    Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht, im Ganzen sonach 200.x Kilogramm,

200 . 15

und die zu leistende Mehrarbeit:

75

• x = 40 x Pferdekräfte. Man hat

sonach die Gleichung 40x = 160, woraus x = 4 sich ergibt. Die Maschine wird also erst dann voll ausgenützt werden, wenn sie ihren 200 Tonnen schweren Zug in einer 4%o ansteigenden Curve von 400m Radius mit der Geschwindigkeit von 15m führt.

Beispiel 4.

Zwei Bahnen verwenden zur Beförderung ihrer Züge gleich starke Maschinen, feuern mit derselben Kohle und nützen die Leistungsfähigkeit ihrer Maschinen vollständig aus. Die eine Bahn, welche leichte Züge schnell befördert, gibt pro Tonnen-Kilometer 185® Kohle aus, während die andere, welche schwere Züge langsam befördert 148® pro Tonnen-Kilometer ausgibt. Welche von diesen Bahnen führt ihre Züge billiger?

Die Bahn A führt 56 Tonnen schwere Züge mit einer Geschwindigkeit von 15ra pro Secunde über eine Steigung von 17‘2%₀ in einer Curve von 400m Radius. Die Bahn B führt 150 Tonnen schwere Züge mit einer Geschwindigkeit von 7m pro Secunde über eine Steigung von 15'2%o, die in einer Curve von 600m Radius liegt.

Auflösung: Ein Tonnen-Kilometer, welcher auf der Bahn A geleistet wird, ist nicht gleich 1 Tonnen-Kilometer, welchen die Bahn B leistet. Weil die Beförderung von einer Tonne auf einer Thalbahn einen geringeren Arbeitsaufwand erfordert, als die Beförderung von 1 Tonne auf einer Gebirgsbahn. Weiters besteht diese Gleichheit der Arbeit nicht, weil die Tonne der einen Bahn innerhalb einer anderen Zeit an’s Ziel gebracht wird, wie die Tonne der andern Bahn. Will man die Ausgaben an Kohle vergleichen, so muss man beiden Bahnen die Arbeitsleistungen gegenüberstellen, welche innerhalb derselben Zeit bewirkt werden, also beispielsweise die Leistung in Pferde-kräften kennen, welche die Beförderung der Züge beansprucht. Für die

600    15²

400    70

Bahn A beträgt der Widerstand : |3‘1 + 17'2 +

bewegter Last (Formel 52, pag. 119). Der Aufwand an Arbeit beträgt sonach: 25X 56X 15

25k® pro Tonne

75

= 280 Pferdekräfte. Für die Bahn B beträgt der Widerstand:

3-1 +

600

600

A

⁺ 70/

20k® pro Tonne bewegter Last. Der Arbeitsaufwand

daher:

20 X 150 X 7

75

= 280 Pferdekräfte. Die Arbeitsleistungen sind also

bei beiden Bahnen dieselben. Nun kommt es darauf an, zu ermitteln, wie gross die Ausgabe an Kohle pro Pferdekraft und Stunde bei diesen Bahnen

56 X. 15 X 3600

ist. Die Leistung der Bahn A betrug:

1000

= 3024 Tonnen-Kilo-

meter pro Stunde, die Leistung der Bahn B hingegen :

150 X 7 X 3600

1000

= 3780

Tonnen-Kilometer pro Stunde. Die Bahn A gab daher pro Stunde 3025 X 187 = 5594408 oder rund 560k® Kohle Bahn B betrug für dieselbe Zeit: 3780 X 148 = 559440® oder rund 560kg Kohle. Die beiden Ausgaben sind sonach gleich. Da in beiden Fällen dieselbe Arbeit, nämlich 280 Pferdekräfte geleistet wurden, so gab jede dieser beiden 560

aus.

Die Ausgabe der

Bahnen

= 2kg Kohle pro Pferdekraft und Stunde aus. Beide Bahnen

280

arbeiten also gleich gut und beide arbeiten ökonomisch.

Beispiel 5.

Zur Beförderung von 150 Tonnen schweren Zügen über eine Steigung von 14%o, welche in einer Curve von 600m Radius liegt, haben wir eine Locomotive von 390 Pferdekräften. Es entsteht die Frage, wie schnell wird diese Locomotive ihre Last führen können?

Bezeichnet x die gesuchte Geschwindigkeit in Metern pro Secunde, so beträgt der Widerstand (Formel 52, pag. 119):

)*(l9-53+i)

/    x~\

Kilogramm pro Tonne Last, beträgt sonach im Ganzen : 150 ( 19’53 + — j

3-1 + 14 +

600 x2 600 ⁺ 70

Kilogramm. Die Locomotive arbeitet sonach mit einem Nutzeffecte von:

/    x² \

150 (19-53 + Jx

75

Pferdekräften (Formel 114, pag. 275). Man hat daher die Gleichung: 1 50 ( 19'53 +y)x

= 390, welche x=10 ergibt, was besagen will, dass

die fragliche Locomotive ihre Züge nicht schneller als mit 10m pro Secunde führen können wird.

75

Beispiel 6.

Was für eine Zugkraft und wie viel Pferdestärken entwickelt eine Locomotive bei 10'5 Atmosphären Druck im Kessel und einer Inanspruchnahme der Dampfproduction von 70 Procent, sobald sie mit einer Geschwindigkeit von 8m pro Secunde läuft und nachstehende Dimensionen hat: Treibrad-Durchmesser 120, Kolbenhub 50, Kolbendurchmesser 35 und Heizfläche 130m’. Da die Heizfläche dieser Locomotive 130mJ gross ist, und man 3 6 kg Dampf pro Quadrat-Meter und Stunde erwarten kann (p. 211),

130 X 36

cm

so beträgt die secundliche Dampfproduction:

3600

= l⁻3kg Dampf. Da

1 m3 von 10*5 Atmosphären Spannung 5’2k® wiegt (pag. 203), so beträgt die

m!. Da aber: U

secundliche Dampfproduction : i

1-3    1

50 X 32*

5-2

4-

120

510

ist (§.69, pag. 267), so hat man : B = 10⁴. 70 --— — 343 (§. 60, pag. 232),

510

mithin der Füllungsgrad:

343

= 43 Procent (Formel 94, pag. 232). Bei

einem solchen Füllungsgrade beträgt der mittlere Druck im Cylinder

^ = 5ks pro Quadrat-Centimeter

(Formel 91, pag. 223): p Kolbenquerschnitt, daher die Zugkraft (§. 69, Formel 106, pag. 267): 5 X 510 — 2550k£, also der Nutzeffect:

(§. 69, Formel 114, pag. 275).

— 22

2550 X 8

75

— 272 Pferdekräfte

Beispiel 7.

Steigung sollen 120 Tonnen schwere Züge mit einer mittleren Geschwindigkeit von 7m pro Secunde geführt werden. Es fragt sich, wie starke Stahlschienen für diese Bahn anzuschaffen sind?

Auf einer Bahn von 13⁻3°

/00

Der pro Tonne Zugsgewicht entfallende Widerstand beträgt annähernd

(Formel 60, pag.

124): (3-1+ 13-3 + A) =

17 ks; da die Züge 1 20 Tonnen

schwer sein sollen, so beträgt deren Gesammtwiderstand : 17 X 120 = 2040 k». Mit Rücksicht darauf, dass die Fahrgeschwindigkeit 7m beträgt, beziffert

2040 X 7

= 190 Pferdekräfte. So

sich die Arbeit des Widerstandes auf:

gross muss also auch der Nutzeffect der betreffenden Maschine sein, welche diese Züge zu führen hat. Dies ist also eine recht geringe Inanspruchnahme der Maschinen. Eine Tender-Maschine genügt sonach vollkommen. Würde man Tender-Maschinen von Kranss in München verwenden, so würde das

1

Gewicht einer solchen Maschine: — X 190 + 6 = 25 Tonnen betragen

(Formel 104, pag. 259). Die Adhäsion, welche diese Maschine auch bei schlechtem Wetter liefern wird (pag. 252), beträgt: 100 X 25 = 2500k». Da diese Adhäsion grösser ist als der Gesammtwiderstand, welcher nur 2040k® beträgt, so wird obiges Gewicht genügen. Der Raddruck, welchen

25

diese Maschine auf die Schiene ausüben wird, beträgt: — = 6‘25 Tonnen

3__

der Querschnitt der Schiene sich mit: 101/6*25² =

Centimeter (§. 4, Formel 1, pag. 11), die Höhe derselben mit: 63j/6'25 = = 116 Millimeter (§. 4, Formel 4, pag. 13), das Widerstandsmoment mit 17*2 X 6*25 = 107 (§. 4, Formel 5, pag. 14) und das Gewicht pro Current-

3 __

: 7*8]/6*25 = 25‘5k= ergibt (§. 4, Formel 2, pag. 12).

woraus

Schiene mit:

75

34 Quadrat-

Beispiel 8.

Für eine Industriebahn, welche in einer Curve von 400m Radius 24,14%o ansteigt, wurden bereits gebrauchte Stahlschienen von 2520 Quadrat-Millimeter Querschnitt angekauft. Ueber diese Schienen sollen Nutzlasten mit einer Geschwindigkeit von 5m pro Secunde bergauf befördert werden. Es fragt sich, wie schwer die anzuschaffende Tender-Maschine mindestens zu sein braucht und wie schwer noch die Lasten sein werden dürfen, welche sie bergauf wird schaffen können?

Der Raddruck, welchen eine Stahlschiene von 2520 mm2 = 25'2 cm'

Querschnitt auszuhalten im Stande ist, berechnet sich aus der Gleichung:

3_

zu p = 4 Tonnen. Die anzu-

25'2 = lOj/p* (§ 4, Formel 1, pag. 11) schaffende Tender-Maschine darf daher nicht mehr als 4X4=16 Tonnen wiegen (§. 65, pag. 253). Der Nutzeffect einer solchen Locomotive wird sonach 10 X 16= 160 Pferdekräfte betragen (Formel 119, pag. 279) und die

160 X 5

= 2400k®

75

grösste Zugkraft, welche sie auszuüben imStande sein wird:

(Formel 110, pag. 270). Diese Zugkraft genügt zur Bewältigung eines gleich grossen Widerstandes (pag. 254). Der Widerstand, welcher pro Tonne Zugsgewicht zu bewältigen ist, beträgt aber (Formel 60, pag. 124):

30

600    5"

3-1 + 24-14 + —— + — 400    70

Kilogramm, der totale Widerstand daher 30# Kilogramm, sobald x das Gewicht des Zuges (Maschine und Wagen) in Tonnen ausdrückt. Die Nutzlast, welche die Maschine bewegen kann, berechnet sich sonach aus der Gleichung: 30x=2400, welche x = 80 ergibt, was besagen will, dass die Bruttolast, welche die Maschine zu bewegen im Stande ist, inclusive des Maschinengewichtes 80 Tonnen beträgt.

Für die Wagen verbleiben daher nur mehr 80 — 16 = 64 Tonnen. Die Beförderung derlei Züge wird jedoch nur bei gutem Wetter stattfinden

2400

können, denn nur bei einem solchen beträgt die Adhäsion 16 X 150 Kilogramm (Formel 99, pag. 252), also gerade so viel, als die Zugkraft. Bei schlechtem Wetter sinkt die pro Tonne Maschinengewicht entfallende Adhäsion auf 100k& (pag. 252), in welchem Falle dann die Locomotive nur mehr 16 X 100= 1 600k& Adhäsion liefern wird. Der zu bewältigende Widerstand darf daher höchstens 1600kg betragen (pag. 254). Es wird also die Gleichung 30x= 1600 bestehen, aus welcher x=53 Tonnen sich ergibt. Da die Maschine 16 Tonnen wiegt, so verbleibt für die Nutzlast 53—16 = 27 Tonnen. Soll diese Last in vierräderigen Wagen transportirt werden, so darf ein beladener Wagen nicht mehr als 4X4=16 Tonnen wiegen, weil ja der Maximaldruck pro Rad 4 Tonnen beträgt.

Beispiel 9.

Mit was für Geschwindigkeiten wird eine gegebene Maschine verschiedene Steigungen befahren können?

Beispiel 10.

Mit welchem Füllungsgrade muss eine Locomotive bei einer Dampfspannung von P Atmosphären im Kessel arbeiten, wenn sie einen Gesammt-widerstand von FF Kilogramm überwinden soll?

Aus Welkner’s Formel (Formel 91, pag. 223) folgt: a = (2*2 + 9 a)², wobei a das Verhältniss des mittleren Dampfdruckes im Cylinder zum Kessel-

Da die Zugkraft Z der Locomotive

P

drucke bezeichnet, also: a — —ist.

Z = Up Kilogramm beträgt (Formel 106, pag. 267), wobei U eine Constante ist, welche aus den Dimensionen der Maschine ableitbar ist, so haben wir:

U. P

Sobald die Maschine und deren Kesselspannung gegeben sind, und das Gewicht des Zuges bekannt ist, welchen die Maschine zu befördern hat, so lässt sich die mittlere Zugkraft derselben (Formel 113, pag. 272):

z — 0⁻65

/d³. 1\    ,

— y——J eine Constante ist (pag. 267), die

berechnen, in welcher Formel: U

aus den Dimensionen der Maschine stets ermittelt werden kann, während P den Kesseldruck in Atmosphären, und G das Zugsgewicht in Tonnen bezeichnet. Die mittlere Zugkraft ist also stets bekannt. Bezeichnet c die Geschwindigkeit in Metern pro Secunde, mit welcher die Maschine ihren Zug über die Steigung m pro mille zu führen hat, so beträgt der durch die Zugkraft zu überwältigende Widerstand (Formel 60, pag. 124):

3-1 + m +

c²

70;

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht. Da dieser Widerstand der mittleren Zugkraft gleich sein muss (pag. 254), so besteht die Gleichung:

c²

70,

z,

aus welcher: c = 8⁻37]Az — m — 3⁻l für den Zusammenhang sich ergibt, welcher zwischen Fahrgeschwindigkeit und Steigung besteht.

Diese Formel gilt jedoch nur dann, solange m> 3’1 ist. Eine Maschine welche in einer Curve von 500m Radius mit einer Geschwindigkeit von 7m pro Secunde einen 100 Tonnen schweren Zug zu ziehen hat, und hiebei mit 280 Pferdekräften arbeitet, würde sonach ihren Zug über keine grössere Steigung als 25 pro mille bringen können. Der Widerstand pro Tonne Zugsgewicht beträgt nämlich (Formel 52, pag. 119):

600 5ÖÖ

3⁻1 + m +

7öMm+5)

Kilogramm. Die Zugkraft der Maschine, welche pro Tonne Zugsgewicht

N

entfällt, beträgt hingegen (pag. 270): 75-

75 •

280

7 X 100

besteht sonach die Gleichung: m + 5 — 30, welche m = 25 liefert.

= 30k». Es

p =—, daher: a =

Berücksichtigt man, dass die Zugkraft zum mindesten gleich sein müsse, dem Widerstande W(pag. 254), so haben wir Z = W, daher: a

mithin :

U.P’

/    9 W\

a = (2-2 +--)

V U.P/

für die Formel, welche die Grösse jenes Füllungsgrades in Procent des Kolbenlaufes angibt, welcher dem Widerstande W entspricht.

Hier bezeichnet U

d\l .

■ (pag. 231), wobei d den Durchmesser des

Cylinders, l den Kohlenhub, D den Durchmesser des Treibrades, alles in Centimeter ausgedrückt, bezeichnet.

§. 75.

Anzahl der Locomotiven, welche der Betriebsdienst erfordert.

Den zuverlässigsten Anhalt für die Zahl der zur Durchführung des Dienstes erforderlichen Locomotiven liefert der Fahrplan. Könnten die Fahrpläne schon vor dem Ausbau der Bahn mit Sicherheit erstellt werden, und wäre die Arbeit, welche der Rangirdienst erheischt, im Vorhinein bekannt, so würde die Ermittlung der Anzahl der erforderlichen Maschinen nur insoferne Schwierigkeiten bereiten, als es sich um Feststellung des Reparaturbestandes handeln würde.

Man pflegt in der Regel einen Reparaturstand von 25% des Gesammt-standes der Locomotiven anzunehmen. Dieser vertheilt sich auf Personen-und Güterzugs-Locomotiven zumeist so, dass der Reparaturstand der ersteren circa 30% des Gesammt-Reparaturstandes beträgt, während der Rest von 70% auf Güterzugs-Locomotiven fällt.

Als Beispiel für die Ausstattung der verschiedenen Bahnen mit Locomotiven in den verschiedenen Staaten, diene die nachstehende Tabelle.¹)

Die Zahl der Locomotiven betrug

im Jahre

für je

100 Kilometer Bahnlänge

1875

1874

1874

1876

1875

Amerika

England

Deutsches Reich

Cisleithanien (Oesterreich)

Ungarn

T IO N Cd CD ^ ^ CO Cd r-l

') Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, Wiesbaden, 1879, pag. 133 — 137.

VII. ABSCHNITT.

Locomotive für besondere Zwecke.

§. 76.

Die Rangir-Locomotive.

Bisher war von Locomotiven die Rede, deren Hauptaufgabe war, Züge zu führen, welche auf glatten Schienen rollen. Nunmehr sollen Locomotiven besprochen werden, welche zwar gleichfalls auf glatten Schienen arbeiten, deren Aufgabe jedoch weniger in der Führung von Zügen auf Hauptbahnen, als vielmehr in der Verrichtung von Arbeiten in den Stationen und Zweigbahnen besteht.

In erster Reihe sollen Locomotiven besprochen werden, welche für Zwecke der Bewegung des Verschubdienstes dienen.

Man könnte zwar zum Verschieben dieselben Locomotiven verwenden, welche Züge führen, und dies geschieht auch zumeist, doch kann ein solcher Vorgang als rationell kaum bezeichnet werden, weil der Verschubdienst unter wesentlich anderen Bedingungen abgewickelt wird als der Zugsdienst, daher es anderer, seiner Eigenart entsprechender Maschinen bedarf, falls er ökonomisch werden soll. Von einer Verschubmaschine verlangt man beispielsweise nicht, dass sie grosse Lasten ziehe, einen grossen Vorrath an Brennmateriale und Wasser mit sich führe, dass sie grosse Steigungen erklimme, dass sie schnell laufe; man verlangt aber von ihr, dass sie die Kreuzungen und Wechsel in den Stationen nicht ruinire, dass sie gleich gut vorwärts und rückwärts gehe und dg.ss sie möglichst leicht sei.

Dies sind aber Anforderungen, welche von jenen, die man an eine Zugslocomotive stellt, recht sehr verschieden sind. Die principielle Verschiedenheit des Stationsdienstes vom Förderungsdienste war wohl den Betriebstechnikern von jeher bekannt, doch glaubte man bis in die neueste Zeit dem Stationsdienste keine besondere Wichtigkeit beimessen zu sollen, da er ja nur einen verschwindend kleinen Bruchtheil des gesammten Zugsdienstes ausmache, daher es unmöglich am Platz sein könne, für diesen zwar besondere Anforderungen stellenden Dienst besondere Locomotiven bauen zu müssen. Durch Beschaffung besonders construirter Locomotiven wurde nämlich eine neue Type der Locomotiven erzeugt, und dies ist angesichts der Geringfügigkeit des Stationsdienstes, sowie der Möglichkeit, diesen Dienst auch durch Zugslocomotiven besorgen zu können, gewiss zu vermeiden.

So dachte man, obgleich man wusste, dass in manchen Stationen der Rangirdienst geradezu grossartige Dimensionen angenommen hat, wie

beispielsweise in Aussig, einer Station der Aussig-Teplitzer Bahn, deren Gleise die Länge von 40km haben, über welche jährlich 30.000 Züge gehen und Vs Millionen Wagen verschoben werden, zu welcher Dienstleistung täglich 5 Locomotiven verwendet werden. Erst die Statistik hat gelehrt, dass der Stationsdienst im Verhältnisse zum Förderungsdienste durchaus nicht so klein sei, wie man dies anzunehmen für gut fand; so ersieht man beispielsweise aus der folgenden Tabelle:

Die Locomotiven, welche ihren Dienst verrichten

Im Jahre

in Oesterreich

im Deutschen Reich

auf den Vereinsbahnen

haben zurückgelegt Millionen Kilometer

b. Stationsdienste

im Ganzen

b. Stationsdienste

im Ganzen

b. Stations- I dienste

im Ganzen

1880

1881

1882

1883

17- 74

18- 51 20-12 23-13

88-55

93-57

102-42

113-86

82-07

86-87

95-64

101-28

298-06

312-01

336-03

356-03

108-87

113-51

123-76

132-86

421-68

440-57

474-16

508-79

Mittel

19-50

99-60

91-46    325-50

i 119-75

461-30

dass der Stationsdienst in Oesterreich 20, in Deutschland 28, und auf den Vereinsbahnen 26 Procent des gesammten Zugdienstes ausmache, dass also im Mittel 25 Procent, d. h. der vierte Theil der im Dienste stehenden Locomotiven für Verschubzwecke verwendet wird. Dies ist aber gewiss ein Percentsatz, der es rechtfertigt, diesem Dienste solche Locomotiven zuzuwenden, welche für denselben am besten sich eignen.

DTm aber festzustellen, was für Locomotiven für den Stationsdienst am besten passen, muss man sich über die Bedingungen klar sein, welche beim Stationsdienste zu erfüllen sind.

Die Erfahrung lehrt, dass sobald eine Maschine beim Verschieben 25 Wagen auf einmal nimmt, und diese Wagen mit einer Geschwindigkeit von 5m pro Secunde bewegt werden, dies eine ganz ausreichende Arbeitsleistung sei. Einer grösseren Leistung bedarf es beim Verschieben kaum. Veranschlagt man das Durchschnittsgewicht eines bewegten Wagens auf 10 Tonnen, so beträgt die Last, welche die Verschub-Maschine zu bewältigen hat, 25 X 10 = 250 Tonnen, wofür mit Rücksicht auf das Gewicht der Verschub-Locomotive 300 Tonnen angenommen werden soll. Nimmt man an, dass die Stationsgeleise in Curven von 200m Radius liegen, so

600

beträgt der Widerstand der Verschubbewegung:

3-1 +

200

V)=

70/

6-8

2 100 kg.

oder rund 7kS pro Tonne Zugsgewicht, im Ganzen also 7 X 300 So gross und nicht grösser braucht also die Adhäsion der Verschub-Maschine zu sein. Da man auch bei schlechtestem Wetter verschieben will, so muss die Adhäsion mit 100k& pro Tonne Locomotivgewicht angenommen werden. Wiegt die Maschine, deren Räder sämmtlich miteinander verkuppelt

sind, # Tonnen, so besteht die Gleichung: 100x= 2100, aus welcher x=21 sich ergibt. Eine Verschub-Maschine braucht also nicht mehr als 21 Tonnen zu wiegen. Da sie gleich gut nach vorne und rückwärts laufen muss, so darf sie keinen besonderen Tender haben, den sie rückwärts

gehend, vor sich herschieben müsste, sie muss daher eine Tender-Maschine sein. Und dies ist um so eher ausführbar, als sie keinen grossen Vorrath an Material und Wasser mitzuschleppen braucht, da sie ja jeden Augenblick mit Beidem versorgt werden kann. Eine 21 Tonnen schwere Tender-Maschine genügt also für Verschubzwecke vollkommen; es fragt sich nur, ob die Arbeit einer solchen Locomotive ökonomisch sein wird, da man ja weiss, dass die Arbeit schwacher Maschinen stets theurer ist, als jene der stärkeren (§. 54, Formel 81, pag. 205).

Lehrreich in dieser Richtung ist die Erfahrung der Galizischen Erzherzog Albrecht-Bahn, welche im Jahre 1882 die Kosten der Führung der Züge mit einer 36 Tonnen schweren Maschine mit Schlepptender, mit jenen der Führung derselben mit einer 19 Tonnen schweren Tender-Maschine verglich. Die betreffenden, über Anregung des Hofrathes Pichler, des damaligen Directors dieser Bahn, erstellten Daten sind aus der nachstehenden Tabelle zu entnehmen:

Gattung

der

Maschine

I Maximallast in Tonnen, welche die Maschine zu ziehen im Stande ist

Zurückgelegter Weg in Kilometern

Verbrauch

Kosten

Brennholz

an

an

Schmiere

des

Brennholzes

pro Cubik-

Meter

der

Schmiere

pro

Kreuzer

Geleistete

Tonnen-Kilometer

Gesammtkosten der Führung des Zuges in Kr

euzern

Kosten in Kreuzern pro

Tonnen-Kilometer

Schwere

Leichte

300 : 150 10-5 100 I 150    5-0

CO CO cii ö

198 j 215 !

CD CO CO CO

45000    2187    0-048

15000    1167    0-078

mit kleinen Maschinen

= L6mal theurer zu stehen kommt, als

Aus dieser Tabelle ist zu ersehen, dass die Führung gleicher Lasten 0-078 0*048

die Führung mit schweren Maschinen. Da ausserdem leichte Maschinen für eine und dieselbe Leistungsfähigkeit theurer in der Anschaffung sind, als schwere, so springt der Vortheil der Verwendung schwerer Maschinen sofort in die Augen (§. 66, pag. 259).

Um zu entscheiden, ob, trotz der viel theueren Bewegung der Wagen durch kleine Maschinen, solche Maschinen für Verschubzwecke dennoch mit Vortheil verwendet werden können, muss Nachstehendes erwogen werden. Beträgt der beim Verschieben mit der Geschwindigkeit von c Meter pro Secunde zu überwindende Widerstand w Kilogramm pro Tonne der bewegten Last, und wiegt die schwere Maschine Q Tonnen, so beträgt der Gesammtwiderstand w.Q Kilogramm und die Secunden Arbeit w.Q.c = = c . w . Q Meter-Kilogramm. Kostet die billige Arbeit der grossen Maschine k Kreuzer pro Secunden-Meter-Kilogramm , so betragen die Kosten der Bewegung der Wagen mit der grossen Maschine c . w . k . Q Kreuzer. Wird statt der schweren Maschine zu derselben Arbeitsleistung eine leichte von nur q Tonnen Gewicht verwendet, und wird deren Gewicht q so ermittelt, dass es genau so gross ist, als es die zu verrichtende Arbeit erfordert, so stellt die Differenz (Q — q) jenes Maschinengewicht dar, welches für Zwecke des Verschiebens nicht verwerthet werden kann.

Procent, was besagt, dass der Verschubdienst unter Anwendung der schweren Maschine um 62 Procent theurer ist, als jener mit der kleinen Tender-Maschine.

Aus dieser Darstellung ist zu entnehmen, dass die Verwendung von Zugs-Locomotiven, wie dies auf manchen Bahnen Brauch ist, für Verschub-zwecke nicht immer empfohlen werden kann. Es wird ganz und gar von der Grösse des zu verrichtenden Verschubdienstes abhängen, was vortheil-hafter ist, mit (nicht neu anzuschaffenden) billigen Zugs-Maschinen theuer zu verschieben, oder mit (neu anzuschaffenden) theueren Rangir-Maschinen billig zu manipuliren.

Es ist unschwer zu ermitteln, in welcher Zeit die Anschaffungskosten einer neu zu

beschaffenden Verschub-Maschine durch deren billigere Arbeit hereingebracht werden. Nimmt man beispielsweise an, dass eine Tender-Maschine um 20.000 Gulden angekauft wurde, so beträgt ihr Werth mit Rücksicht, dass sie # Jahre Dienste leistet und nach Ablauf dieser Zeit immer noch

)    Gulden. Dieses

/ x

20000 — 2000

Bei Verwendung schwerer Maschinen für Verschubzwecke wird sonach eine Last von (Q — q) zwecklos bewegt, daher eine Arbeit von c . w (Q — q) Secunden-Meter-Kilogramm zwecklos ausgegeben, welche Arbeit c. w. k. (Q — q) Kreuzer kostet. Die Leistung der kleinen Maschine kostet c . w . K . q Kreuzer, wo K die grösseren Kosten der Bewegung mit der kleinen Maschine bezeichnet. Die Mehrausgabe an Geld bei Verwendung schwerer Maschinen beträgt sonach:

w. k(Q —q)

• 100 = 100 •

(9_uS)

LT

Procent der Ausgabe für die kleinen Maschinen. Die Arbeit der grossen

k /O — q\

(-J = a Procent theuerer als jene der kleinen.

V q /

Maschine ist also um : 100-

Vergleicht man die Verschubkosten mit einer 36 Tonnen schweren Albrecht-Maschine, deren leerer Tender 12 Tonnen wiegt, mit jenen mit einer für Verschubzwecke als entsprechend erkannten 21 Tonnen schweren Tender-Maschine, und nimmt man an, dass im Tender der grossen Maschine ebenso viel Feuerungs-Materiale sich befindet, wie im Reservoire der Tender-Maschine, nämlich 6 Tonnen, so beträgt das Gewicht der leeren grossen Maschine 36 Tonnen, des leeren Schlepptenders 12 Tonnen, der Munition 6 Tonnen, Summa 54 Tonnen Gewicht des dienstbereiten schweren Motors.

Andererseits haben wir: Für die kleine Maschine: Gewicht der Tender-Maschine 21 Tonnen, Gewicht der Munition 6 Tonnen, Summa 27 Tonnen als Gewicht des dienstbereiten leichten Motors.

Da aus dem oben mitgetheilten Versuche der Albrecht-Bahn die Kosten der Bewegung von Wagen mit leichten Maschinen zu den Kosten der Bewegung mit schweren Maschinen, im Verhältnisse 1 : T6 stehen, so haben wir:

= ~0—0'62, und mit Rücksicht, dass Q = 54, q = 21 ist:

a = 100X0-62 X

54-27

27

= 62

2000 Gulden werth ist (§. 13, Formel 17, pag. 47) : 200004-10 ^

Geld muss nun durch die in x Jahren erzielten Ersparnisse beim Verschubdienste wieder herein gebracht werden. Diese Ersparnisse berechnen sich aber, wie folgt:

Nehmen wir an, dass die Verschub-Maschine 180 Tage des Jahres im Dienste steht, und täglich 6 Stunden lang arbeitet, so beträgt deren jährliche Arbeitsdauer: 6X180=1080 Stunden. Die mechanische Arbeit, welche sie während dieser Zeit leistet, berechnet sich wie folgt: Bewältigt die Maschine beim Verschieben einen Widerstand von w Kilogramm pro Tonne ihres Gewichtes und verschiebt sie mit c Meter Geschwindigkeit, so leistet jede Tonne ihres Gewichtes eine Arbeit von c . w . Meter-Kilogramm pro Secunde, oder:    . c . w = 48 c . w . Pferdekräfte pro Stunde.

Arbeitet sie im Jahre durch 1080 Stunden, so beträgt die Jahresleistung einer Tonne ihres Gewichtes:

20

48X1080 . c . w = 51840_. c . w . Stunden-Pferdekräfte. Nimmt man an, dass sie pro Pferdekraft und Stunde nur 1-8 Kilogramm Kohle absorbirt, und veranschlagt die Kosten von 1 Tonne Kohle auf nur 4 Gulden, so kostet die Arbeit einer Pferdestärke 1'8X0’4=0‘72 Kreuzer pro Stunde. Die ' jährlichen Heizungskosten der Verschub - Maschine betragen sonach¹: 072 X 51840 . c . w = = 37324-8 . c . w Kreuzer, oder: 373-25 . c . w Gulden pro Tonne ihres Gewichtes.

Verbleibt die Verschub-Maschine tr Jahre im Dienste, so betragen die totalen Kosten deren Heizung 373-25 c . w . x Gulden pro Tonne ihres Gewichtes. Verschiebt die Maschine mit 4 Meter Geschwindigkeit und bewältigt dabei den Widerstand von nur 5 Kilogramm pro Tonne ihres Gewichtes, so ist: c = 4, w = 5, mithin: c . w = 20.

Die totalen Heizungskosten der Verschub-Maschine betragen daher: 373-25X20= 7465 x Gulden pro Tonne ihres Gewichtes. Nimmt man an, dass der Gewichts-Unterschied zwischen einer schweren Zugs-Maschine, welche zum Verschieben verwendet worden wäre, und der neu eigens für diese Zwecke angeschafften leichten Tender-Maschine TTonnen beträgt, so erspart man durch die Verwendung der leichteren Maschine an Heizmateriale in x Jahren die Summe von 7465 . T. x

Gulden. Wir haben sonach die Gleichung: 7465 . T . x=~woraus: x= =_ sich ergibt. Man

ersieht hieraus, dass die Verschub-Maschine sich in fünf Jahren auszahlt, wenn der Gewichtsunterschied me Tonne beträgt. Bei 4 Tonnen Gewichts-Unterschied zahlt sich die Maschine schon in 2¹/₂ Jahren aus (§. 66).

§. 77.

¹

Peetz. Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, 1885, pag. 789.

Locomotiven für den Local-Verkehr.

Derselbe Dampf, welcher die Durchzugsbahnen des europäischen Continentes stark gemacht, beginnt nunmehr denselben verderblich zu werden. Die Dampfschiffe mit ihrer billigen Seefahrt drängen sich nämlich, durch die vielen Buchten unseres Continentes angezogen, immer näher an die Küsten heran und reissen, dieselben absuchend, jene Frachten an sich, welche sonst dem Transit-Verkehr zugedacht waren. Hiedurch wendet sich der Frachten-Verkehr vom Innern des Continentes ab und sucht auf dem kürzesten Wege jene Häfen zu erreichen, von welchen aus die Frachten nach den grossen Centralmärkten im Westen verschifft werden können. Die Zeiten, wo die Wagen gefüllt mit Waare die langen Transitlinien durchrollten, sind vorbei. Es scheint sich nach und nach eine Wandlung des Verkehres zu vollziehen. Der Verkehr wird eben complicirter und schwieriger. Es erblüht eine neue Art des Verkehres, der sogenannte Local-Verkehr, und dieser erzwingt sich mit elementarer Macht jenes Maas.s von Beachtung, welches er zur gedeihlichen Entwicklung bedarf.¹)

Die Ansprüche, welche der Local-Verkehr an die Eisenbahnen stellt, sind aber von jenen des Durchgangs-Verkehres wesentlich verschieden. Dieser erfordert grosse Fahrgeschwindigkeit, grösste Bequemlichkeit des Reisens, dagegen nur seltene Fahrgelegenheit, während der Local-Verkehr geringere Geschwindigkeit und Bequemlichkeit, aber in ersterer Linie häufige Fahrgelegenheit, d. h. eine grosse Anzahl von Zügen verlangt.

Betrachtet man diese Anforderungen, so ergibt sich nicht nur, dass dieselben in den einzelnen Punkten einander widersprechen, sondern auch, dass sie für die Gestaltung der Betriebsmittel, welche bisher beiden Verkehrsarten genügen mussten, von grossem Einflüsse sind. Der durchgehende Verkehr bedingt schwere Locomotiven, während der Local-Verkehr leichte Maschinen verlangt.

Regierungs-Baumeister Borries¹) in Hannover nimmt an, dass un. gekuppelte Locomotiven im Gewichte von 8, 11, 14, 17, 20 Tonnen vollkommen genügen, um allen Anforderungen des Local-Verkehres zu entsprechen, und gibt die nachstehende Zusammenstellung:

Gewicht der ungekupp. Locom., in Tonnen 8    11    14    17    20

Adhäsionsgewicht, in Tonnen

Wasserberührte Heizfläche, in Quadr.-Metern 10

Rostfläche, in Quadrat-Metern .

Dampfdruck, in Atmosphären .

Die Lasten, welche derlei Maschinen befördern können, ergeben sich sofort, sobald der zu bewältigende Widerstand und die Fahrgeschwindigkeit bekannt sind, mit welcher die Züge befördert werden sollen. Wiegt nämlich der Zug (inclusive der Maschine) G Tonnen, und hat jede Tonne dieses Gewichtes einen Widerstand von w Kilogramm zu überwinden, so beträgt der zu bewältigende Gesammtwiderstand, also die Zugkraft Z, der Maschine

Z = w . G Kilogramm, woraus G =

4-8

0-2

12

36

24

2-8

8 4    10-2

30

40

0-6

0-8

12

50

12

12

12

CO CO

30

2-8

113

113

133

44

44

50

37

26

3-2

CO CO

Z

— sich ergibt. Da aber (§. 70, Formel w    v

75 . N

114, pag. 275): Z Pferdekräften und c die Fahrgeschwindigkeit des Zuges in Metern pro

oder, falls die Fahrgeschwindig-

sobald N den Nutzeffect der Maschine in

Secunde bezeichnet, so hat man: G — 75

w. c

keit in Kilometern pro Stunde gemessen, also: c = —- v gesetzt wird, wobei

5

v die Geschwindigkeit in Kilometern pro Stunde bezeichnet, auch:

18

G = 270-

.    .    (130

Tonnen, wobei bezeichnet:

G...die Bruttolast des Zuges (inclusive Maschine), in Tonnen;

N...die Leistung der Locomotive, in Pferdekräften;

T ...die Fahrgeschwindigkeit, in Kilometern pro Stunde;

W...den zu bewältigenden Widerstand, in Kilogramm pro Tonne bewegter Last.

9 Borries. Die Betriebsmittel für den Local-Personenverkehr. Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens 1881, pag. 183, 224.

20*

Borries veranschlagt den Widerstand in gerader horizontaler Bahn für die Geschwindigkeit von: v = 24, 30, 34, 40 Kilometer pro Stunde auf: w = 3'4, 4‘0, 4'4, 5 Kilogramm pro Tonne Bruttogewicht des Zuges und erhält demzufolge die nachstehende Tabelle:

Das Gewicht des Local-Zuges beträgt

Steigung pro mille

Geschwindigkeit in

Kilometern pro Stunde

bei einem Gewichte der ungekuppelten Locomotive von

11

14

17

20

Tonnen, inclusive des Locomotiv-Gewichtes Tonnen

O CD »O O

40

34

30

24

42

90

138

186

234

33

72

110

148

196

25

55

85

115

145

17

39

62

85

108

Bei Localzügen auf stärkeren Steigungen als 10%o kann man, sobald die Fahrgeschwindigkeit auf derlei Steigungen erheblich reducirt werden darf, ein gewisses Ersparniss an Beschaffungskosten der Betriebsmittel dadurch erzielen, dass der Gepäcksraum des Zuges auf der Maschine angebracht wird, welche dann einen entsprechend kleineren Kessel erhält; doch eignet sich nach BorriesQ diese Anordnung, welche von Maschinen-Director Elbel³) stammt, nur für leichte Localzüge von etwa 30—50 Tonnen Gewicht. Die Anwendung solcher Maschinen erscheint daher vorzugsweise für diejenigen Bahnen zweckmässig, welche die Localzüge nur vereinzelt oder zu Tageszeiten mit geringem Verkehre zur Herstellung besonderer Anschlüsse an Hauptzüge oder zur Entlastung derselben führen, mit einem Worte dort, wo man Verbindungen für den Local-Verkehr herstellen, aber aus Mangel an Frequenz schwere Züge nicht fahren lassen kann.

Die nachstehende Zusammenstellung macht die Hauptdimensionen einer Elbel'sehen Locomotive ersichtlich:

Gesammtgewicht des Motors .

Adhäsionsgewicht.........

Heizfläche..............

Maximaldruck des Dampfes .

Treibrad-Durchmesser......

Kolbenhub..............

Cylinder-Durchmesser......

Rostfläche...............

18 Tonnen

11

36 Quadrat-Meter 10 Atmosphären 95 Centimeter

37

22-5    »

0’63 Quadrat-Meter

Für Industriebahnen von circa 60cm Spurweite dürften Tender-Loco-motiven genügen, wie solche seitens der Staatseisenbahn-Gesellschaft in Wien in der Gewerbe-Ausstellung zu Wien im Jahre 1888 zu sehen waren. Die Dimensionen derlei Maschinen betrugen:

Gesammtgewicht des leeren Motors Gesammtgewicht des dienstbereiten Motors.    45

Heizfläche

36 Tonnen

7 Quadrat-Meter

x) Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 225, 226. -) Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1880, pag. 52.

024 Quadrat-Meter 12 Atmosphären 58 Centimeter

Rostfläche..............

Maximaldruck des Dampfes

Treibrad-Durchmesser.....

Kolbenhub..............

Cylinder-Durchmesser.....

Zum Schlüsse sollen noch die Dimensionen der kleinsten Locomotive angegeben werden, welche für Verkehrszwecke gebaut worden war. Es ist dies die sogenannte Liliput-Locomoiive, welche der König der Belgier dem Sultan von Marokko zum Geschenke gemacht hatte, und welche bestimmt war, dem Materialtransporte zu dienen, welcher aus Anlass des Baues des Palastgartens nothwendig war. Diese Locomotive stammt aus der Fabrik Krauss & Co. in München und hat nachstehende Abmessungen: Gesammtgewicht der leeren Maschine Gesammtgewicht der dienstbereiten Maschine L4

Heizfläche..............

Rostfläche..............

Maximaldruck des Dampfes Treibrad-Durchmesser ....

Kolbenhub ............

Cylinder-Durchmeser .....

Diese Liliput-Locomotive arbeitet mit 4 Pferdekräften und hat eine Zugkraft von 150k®. Bei voller Entwicklung dieser Zugkraft würde sonach

4 X 75 150

Beanspruchung der Zugkraft dagegen das Doppelte, also 4m pro Secunde, d. i. l4-4km pro Stunde betragen.¹)

die Fahrgeschwindigkeit der Maschine

24

14

IT Tonnen

D91 Quadrat-Meter 0-14 ~    »

12 Atmosphären 39 Centimeter

16

= 2m pro Secunde bei halber

§• 78.

Dampf-Omnibus.

Auf manchen minder frequentirten Bahnen sinkt der Personenverkehr oft so tief, dass mit einem Zuge nicht mehr Reisende fahren, als in einem mittelmässig besetzten Tramway-Wagen einer wenig volkreichen Stadt. In derlei Fällen wäre es gewiss gegen alle Oekonomie, einen complet ausgerüsteten, aus den modernen schweren Personenwagen bestehenden Zug zusammenzustellen und denselben eine starke Maschine vorzuspannen, ja es wäre unzweckmässig, für so schwach besetzte Züge überhaupt eine separate Locomotive zu verwenden, weil in derlei Fällen das Gewicht, selbst der leichtesten Maschine immer noch in einem Missverhältnisse zur bewegten Nettolast stehen würde.

Es ist dies gerade so, als wenn man einem Trambahn-Wagen eine schwere Zugs-Locomotive Vorspannen wollte.

Um derlei Uebelständen, welche die nachgewiesene ") Unrentabilität des Personen-Verkehres verursacht haben, thunlichst zu beseitigen, hat man

') Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, 1887, pag. 724.

versucht Motoren zu bauen, welche zugleich Maschine und Wagen sind, die also gleichsam einen ganzen Eisenbahnzug in sich vereinigen, und nannte sie Omnibusse oder auch Dampfwagen.

Dass aber der Betrieb mit derlei Dampfwagen billiger sein müsse als mit Locomotiven, ist zu ersehen, sobald man Folgendes erwägt:

Nehmen wir an, dass für beide Fälle, also für separirte Maschine und Maschine in einem Wagen, die Bewegungskraft eine kleine Dampfmaschine von 12 Pferdekräften und 2 Tonnen Gewicht wäre, so wird eine solche Maschine als kleine Locomotive auf 4 Rädern nicht im Stande sein, einen angehängten Wagen von 3 Tonnen Leergewicht, mit 60 Personen gleich 4*/a Tonnen Gewicht, jedenfalls nicht auf Steigungen, in Bewegung zu setzen, weil die Adhäsionskraft der Triebräder von V₂ Tonne dazu nicht ausreicht. Bringen wir aber dieselbe Maschine in dem Wagen selbst an, so dass dieselbe auf die Wagenräder selbst wirkt, so erhalten wir ein Adhäsionsgewicht von circa 8 Tonnen, also von 2 Tonnen auf jedes Rad, und dieses Gewicht wird zum Anfahren des Wagens vollständig ausreichen. Diese Wirkung könnte man bei der vorgespannten Locomotive zwar auch erreichen, wenn man sie entsprechend schwer machte, allein man würde in diesem Falle eine todte Last von 6 Tonnen unnütz herumschleppen und das Gleis weit mehr beanspruchen.¹)

Adams in London scheint der Erste gewesen zu sein, welcher einen solchen Omnibus gebaut und im Verkehre erhalten hat. Die Haupteinrichtung dieses, auf der Bristol-Exter Bahn in England (1849) eingeführten Omnibus bestand darin, dass eine kleine Locomotive mit einem vierrädrigen Wagen zu einem einzigen Fahrzeuge fest verbunden war. Das Gewicht dieses Omnibus betrug, wenn er mit Wasser und Brennstoff ausgenützt wurde, 10 Tonnen, und war in demselben Platz für 42 Personen.

Später (1870) baute Fairlie in London einen Omnibus, der aus einem Wagenkasten bestand, welcher auf zwei vierrädrigen Drehgestellen so aufruhte, dass ein Theil des Wagengewichtes für Zwecke der Adhäsion verwendet werden konnte. Seit dem Jahre 1876 verkehrt auf der 14km langen Schmalspurbahn Lausanne-Eschallons in der Schweiz der von Brunner construire Omnibus. Gleich den früher geschilderten, stellt derselbe eine Combination des Wagens mit der Maschine dar. Die Maschine, die einen liegenden Kessel hat, kann leicht vom Wagen getrennt werden.

Die grösste Aufmerksamkeit der Fachmänner erregte indess der durch den belgischen Ingenieur Belpaire (1878) gebaute Omnibuswagen, von welchem Elbel*) sagt, dass man diesem Vehikel auf den ersten Blick ansieht, dass es nicht ein Experiment ist, sondern dass es den Stempel der praktischen Verwendbarkeit an sich trägt. Dieser Omnibus ist sechsrädrig und im Allgemeinen wie ein gewöhnlicher Eisenbahnwagen gebaut, dessen Kasten einen Raum für Personen, Gepäck und Dampfkessel enthält.¹⁵) Der Personenraum hat zwei Abtheilungen mit zusammen 44 in der Längenrichtung des Wagens angebrachten Sitzplätzen, zu welchen der Eintritt von den beiden Stirnwänden aus stattfindet. Der Gepäcksraum ist durch einen Gang vom Personenraum getrennt und von diesem aus zugänglich.

J) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1889, Nr. 287, pag. 211. ~) Elbel. Ueber Dampf-Omnibusse, Wien 1879, pag. 6 und 1.

³) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1878, Nr. 6.

Neben dem Gepäcksraum befindet sich der Führerstand und der Kesselraum, in welch letzterem ein liegender Röhrenkessel mit seiner Längenachse in der Querachse des Wagens eingesetzt ist.

Die Dimensionen sind folgende:

17 Centimeter

Cylinder-Durchmesser .

32

Kolbenhub.........

98

Treibrad-Durchmesser .

22⁻5 Quadrat-Meter 0-54 ~    »

11'4 Meter

Heizfläche..........

Rostfläche..........

Länge des Omnibus . .

6-8

Radstand.........

• . 16*5 Tonnen 50 HP 60 Kilometer 10 Atmosphären 370 Kilogramm

Gesammtgewicht (leer)

Nutzeffect..........

Maximal-Geschwindigkeit pro Stunde

Dampfdruck..................

Totalgewicht pro Sitzplatz........

Einen grossen Erfolg trug der Dampfwagen von Rowan im Jahre 1885 in Antwerpen während der dortigen Weltausstellung davon. Durch den Ausschuss dieser Ausstellung war nämlich ein internationaler Wettbewerb von mechanischen Strassenbahn-Motoren veranstaltet worden, dessen Verfahren 4 Monate lang andauerte, während welcher Zeit die concurrirenden Motoren durch die Strassen der Stadt auf der 2*5km langen Bahnstrecke hin und her fuhren und die Ausstellungsgäste beförderten. Hier schlug Rowan s Omnibus alle übrigen Concurrenten aus dem Wege. Seiner äusseren Erscheinung nach ist der Rowan'sehe Omnibus ein gewöhnlicher amerikanischer Eisenbahnwaggon. Denken wir uns einen solchen Wagen mit zwei zweiachsigen Drehgestellen und denken uns das eine Drehgestell durch das Maschinengestell mit seinen 2 Achsen ersetzt, so haben wir das Princip des Rowan sehen Dampfwagens. Auf diese Art erhält man ein Fahrzeug, welches infolge seiner weiten Achsenstellung und seiner Drehschemel durch Curven von 15 — 20m Radius noch leicht und dabei ruhig läuft.

Bei diesem Fahrzeug wird also das Princip durchgeführt: Réduction des todten Gewichtes durch Anwendung einer Maschine, deren Zugkraft die Adhäsion bedeutend übersteigt, mit Wiedergewinnung der erforderlichen Adhäsion vermittelst des Gewichtes der Passagiere.

Rowan baut diese Wagen in verschiedenen Typen. Die kleinste Sorte für Wagen im Stadtverkehr und bei schwachen oder doch nur kurzen starken Steigungen hat folgende Masse und Gewichte bei normaler Spur:

8’2 Meter

Länge des Wagens .

2*2

Breite »    »

Todtes Gewicht im betriebsfähigen Zustande 6950 Kilogramm Adhäsionsgewicht bei vollbeladenem Wagen 5800    »

1 : 30

1 : 25

Maximale Steigung mit Condensation »    » ohne »

15 Meter 20 Kilometer 80 Quadrat-Meter

Minimaler Radius der Curven......

Geschwindigkeit pro Stunde.......

Oberfläche des Condensators.......

Anzahl der Passagiere............

6‘2 Quadrat-Meter 130 Millimeter 250    »

Heizfläche des Kessels Cylinder-Durchmesser .

Kolbenhub.........

Dampfspannung .....

Rad-Durchmesser Zugkraft der Maschine

14 Atmosphären 750 Millimeter 400 Kilogramm

Ausserdem baut Rowan für Linien mit stärkeren Steigungen Wagen von folgenden Dimensionen:

Cylinder-Durchmesser .

Kolbenhub.........

Rad-Durchmesser . . . . Heizfläche des Kessels Gewicht der Maschine Zugkraft »    »

160    166    Millimeter

Die erstere Type hat ebenfalls zwei Kessel und zwischen denselben liegende Maschinen, die zweite Type blos einen Kessel und an den Seiten liegende Cylinder, deren Kolbenbewegung mittelst Balancier auf die Triebachse übertragen wird.')

Die Verbindung der Wagen mit den Maschinen ist auf folgende Art

hergestellt :

Der Wagenkasten ruht auf zwei (zweiachsigen) Drehschemeln. Auf einem derselben ist die Maschine mit stehendem Kessel derart angebracht,

dass dieselbe unmittelbar auf die Räder des Drehschemels wirkt, auf welchem sie steht. Dieser Drehschemel bildet zugleich den Tender für die Maschine, indem er zwischen seinen Rädern das Wasser-Reservoir trägt.

Eine einfache Vorrichtung an diesem Wagen-Ende gestattet, dass die Maschine aus dem Wagen leicht herausfahren kann, um beispielsweise in einen anderen Wagen eingestellt zu werden. Die Maschine belästigt die Reisenden nicht, da sie von denselben durch eine Scheidewand getrennt ist. Sie ist compendiös und hat je nach den Anforderungen 15 bis 25 Pferdekräfte; sie braucht nur sehr wenig Wasser, da der Dampf fortwährend condensirt und wieder benützt wird. Das Gewicht des leeren, mit 1 5 Pferdekräften arbeitenden Omnibus beträgt im Ganzen 7 Tonnen.

Was etwa bei Anwendung der Dampfwagen Anstand ergeben könnte, ist der Umstand, dass sie am Ende der Fahrt gedreht werden müssen, doch ist dieser Anstand in der Regel zu überwinden. Mündet man an einem freien Platze aus, so kann ein Kehrdreieck angelegt werden oder eine Drehscheibe, doch ist ersteres einer Drehscheibe immer vorzuziehen. Selbst bei der Ausmündung in einer Strasse wird die Umkehr dadurch ermöglicht werden können, dass man entweder ein Häuserquadrat umfährt, oder ein Kehrdreieck durch Einfahrt in die nächste senkrecht auf die Bahnlinie stehende Strasse herstellt, und da die Wagen das Durchfahren von Curven bis 15m Radius gestatten, so wird dies fast immer möglich sein.

Was die Betriebskosten anbelangt, so stellen sich dieselben erfahrungs-gemäss für den Zweispänner beim Pferdebetrieb auf 15—18 Kreuzer für den durchlaufenen Kilometer, beim Dampfwagenbetrieb auf circa 12 Kreuzer.

*) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1889, Nr. 287, pag. 211.

Den Nutzeffect (in Pferdekräften) und die Zugkraft (in Kilogramm) der Omnibusse der verschiedenen Systeme, ist aus der folgenden Zusammenstellung zu ersehen:

Omnibus

Nutzeffect

Zugkraft

Rowan

Brunner

Belpaire

Elbel

Krauss

15

375

25

750

40

60

80

518

1000

2000

Bei dem Concurrenzverfahren zu Antwerpen (1885) lieferte Rowan's Omnibus den Beweis, dass er im Stande gewesen, am Morgen das Depot zu verlassen und den ganzen Tagdienst (14 Stunden), ohne neues Feuerungsmateriale oder Wasser einnehmen zu müssen, zu verrichten. Für diese Dienstleistung, wobei er 100 km zurücklegte, betrug der Coaksverbrauch 100ks, der Wasserverbrauch 136kg.

§• 79.

Die Pressluft-Locomotive.

Der Betrieb in den Tunnels unserer Gebirgsbahnen, sowie jener der englischen Untergrundbahnen, hat die Aufmerksamkeit der Eisenbahn-Techniker auf Locomotiven gelenkt, welche ohne Feuer sich hewegen, bei denen also all die Uebelstände wegfallen, welche die Rauchentwicklung mit sich bringt. Nördling, der ehemalige Generaldirector des österreichischen Eisenbahnwesens, lenkte zuerst die Aufmerksamkeit der Techniker darauf hin, dass Locomotiven, welche ihre Betriebskraft der comprimirten Luft verdanken (sogenannte Pressluft-Maschinen) die geeignetsten Motoren für den Betrieb in Tunnels sein dürften.

Wird in einem Behälter Luft zusammengepresst, so kann die zur Comprimirung derselben aufgewendete Arbeit wieder gewonnen, also nutzbar verwerthet werden, sobald man der gepressten Luft Gelegenheit gibt, sich wieder auszudehnen. Wird also aus einem Behälter, welcher comprimirte Luft enthält, dieselbe in einen Cylinder gelassen, in welchem sich ein Kolben bewegt, so kann man durch abwechselndes Einlassen der comprimirten Luft von der einen oder anderen Seite des Kolbens bewirken, dass dieser eine hin- und hergehende Bewegung erlangt, und kann diese Bewegung, ähnlich wie dies bei der Dampfmaschine der Fall, auf das Treibrad übertragen werden. Man wird dann eine mit comprimirter Luft betriebene Locomotive haben, welcher man den Namen Pressluft-Locomotive gegeben hat.

Da die Pressluft-Locomotive ihre Energie jener Arbeit entnimmt, welche zur Compression der Luft aufgewendet wurde, zur Bethätigung der Com-pressions-Pumpen aber Dampf verwendet wurde, so ist ersichtlich, dass Pressluft-Locomotiven im Grunde doch nichts Anderes sind als Dampfmaschinen. Hieraus darf jedoch keinesfalls gefolgert werden, dass Pressluft-Locomotiven, weil sie ihre Kraft indirect dem Dampfe entnehmen, theurer arbeiten müssen als Dampfmaschinen, welchen die Betriebskraft direct zuströmt, denn es muss erwogen werden, dass der in stabilen Maschinen erzeugte Dampf im Allgemeinen billiger ist als Dampf der Locomotiven, indem bei dessen Erzeugung billigere Kräfte, z. B. Wasserkräfte, und ein minderwerthiges Brennmateriale zur Verwendung gelangen.

m³

Die Erfahrung lehrt, dass 1

Luft, welche unter einem Drucke von 30 Atmosphären steht, im Stande ist, eine Gesammtarbeit von 35 X 10* Meter-Kilogramm zu liefern, sobald die gepresste Luft durch Fortfall des Druckes sich so ausdehnen kann, dass deren Spannung auf eine Atmosphäre sinkt.

Dies ist also der Gesammtvorrath an mechanischer Energie, welche in jedem Cubik-Meter einer mit 30 Atmosphären Druck zusammengepressten Luft uns zur Verfügung steht.

Beim Betriebe wird die comprimirte Luft selbstverständlich nicht mit einer Spannung von 30 Atmosphären, sondern mit einer geringeren, gewöhnlich mit einer Anfangs-Spannung von 5 — 8 Atmosphären in den Cylinder eingelassen, in welchem ihr Gelegenheit gegeben wird, sich so auszudehnen, dass deren Spannung auf eine Atmosphäre sinkt.

cm

der

Mekarski in Paris baute zuerst (1876) derlei Locomotiven, und stehen dieselben auf den Strassenbahnen zu Nantes noch heute in Verwendung. Eine derartige Strassenbahn-Locomotive wiegt 7 Tonnen und enthält 14 Luftbehälter, welche in drei Abtheilungen zu 1500, 300 und 200 Liter Inhalt geschieden sind. Die erste dieser Abtheilungen steht im regelmässigen Betriebe, die anderen dienen als Reserve.¹) Die Pressluft-Locomotiven des Aachen-Höngener Bergwerks-Vereines haben einen Pressluftbehälter, dessen Volumen 2¹/*m3 beträgt. Der Durchmesser der Arbeitscylinder beträgt 16 Kolbenhub 32cm, und tritt die comprimirte Luft mit einer Anfangsspannung von 5 Atmosphäen in diese Cylinder ein. Die Geschwindigkeit dieser Gruben-Maschinen beträgt 7m pro Secunde.²)

Die Grösse des Luftbehälters, welchen man einer Pressluft-Locomotive geben muss, richtet sich nach der Grösse der Arbeit, welche eine solche Maschine ohne Nachfüllung zu verrichten hat. Soll beispielsweise die Pressluft-Locomotive mit einer Kraft von N Maschinen-Pferden z Stunden hindurch arbeiten, so beträgt die abzugebende Arbeit: 75 . N.z X 60 X 60 = 27.10\ N.z Meter-Kilogramme. Beträgt das Volumen des Pressluftbehälters V Cubik-Meter, so hat man unter Voraussetzung, dass die gepresste Luft 30 Atmosphären Spannung hat (und eine solche Spannung wird stets angewendet) mit Rücksicht auf das früher Gesagte, die nachstehende Gleichung: 35 . 10⁺. V= 27 . 10\ N . z, aus welcher:

©*i

• N.z

(131

sich ergibt. In dieser Formel bezeichnet also:

Y. . . das Volumen des Pressluftbehälters, in Cubik-Metern ;

N...den Nutzeffect der Pressluft-Locomotive, in Pferdekräften;

Z . . . die Zeit in Stunden, durch welche hindurch die Pressluft-Locomotive ohne Nachfüllung arbeiten kann.

') Birk. Die feuerlose Locomotive, Wien 1883, pag. 19.

-) Hentsclike. Zeitschrift für Transportwesen und Strassenbahnen, Berlin 1886, pag. 123.

Aus der Formel 131 ist also zu ersehen, dass der Behälter einer Pressluft-Locomotive Vs Cubik-Meter Inhalt pro Pferdekraft und Stunde haben muss, also sehr gross ausfällt.

Der Pressluftbehälter einer Rangir-Locomotive, welche eine Stunde lang mit löPferdekräften^ ohne nachgefüllt zu werden, arbeiten soll, beträgt sonach ⁴/sXt5Xl = 12 Cubik-Meter. Wollte man von einer Pressluft-Locomotive eine Leistung von 300 Pferden eine Stunde lang fordern, so müsste deren Luftbehälter ⁴'₅X300 = 240 Cubik-Meter gross sein, also ein Volumen erhalten, welches für die Praxis ganz und gar unannehmbar ist. -

Die unverhältnissmässige Grösse der Behälter ist der Grund, wesshalb

Pressluft-Locomotiven nur für Zwecke der Verrichtung geringerer Arbeiten verwendet werden können.

Aber selbst bei derlei Verrichtungen treten Umstände ein, welche bewirken, dass derlei Maschinen nur in sehr wenigen Fällen mit Vortheil verwendet werden können. Bei der Expansion einer stark comprimirten Luft entsteht nämlich eine so bedeutente Kälte, dass die Feuchtigkeit der umgebenden Luft auf die arbeitenden Theile der Maschine sich als Reif niederschlägt, deren Schmiermittel fest macht, ja nicht selten zum Gefrieren bringt. Bei einer solchen Kälte werden aber die Kautschuk-, resp. Lederdiaphragmen steif und verursachen einen namhaften Widerstand, welcher die Leistungsfähigkeit der Maschine erheblich vermindert.

Der Hauptnachtheil einer übergrossen Temperatur-Erniedrigung besteht aber darin, dass hierdurch die Arbeitsfähigkeit der Pressluft sehr bedeutend vermindert wird, so zwar, dass dieselbe bis auf die Hälfte des ursprünglichen Werthes sinken kann. Um derlei Uebelständen zu begegnen, hat man die Vorrichtung getroffen, dass die comprimirte Luft, bevor sie noch in den Arbeits-cylinder gelangt, also bevor sie noch zu expandiren beginnt, ein Gefäss mit heissem Wasser passirt, so dass der Wärmeverlust bei der Expansion durch die Wärme dieses Wasser ausgeglichen wird. Dieser Vorwärmer besteht aus einem am Plateau des Maschinführers angebrachten Blechcylinder, welcher circa 120 Liter Wasser fasst, welches Wasser durch einen kleinen Dampfkessel auf circa 160° C. erwärmt wird.¹)

Durch diese Einrichtung hört aber die Pressluft-Locomotive auf, feuerlos zu sein und wird zu einem recht plumpen Mechanismus, welcher unmöglich ökonomischer arbeiten kann, als eine gewöhnliche Locomotive. Dass dies in der That so der Fall ist, erhellt beispielsweise schon aus dem Umstande, dass eine Pressluft-Locomotive nur 5 Pferdekräfte pro Tonne ihres Gewichtes zu liefern im Stande ist,²) während eine gewöhnliche Locomotive deren 10 producirt.

Allerdings ist es bei Pressluft-Locomotiven, wie bereits gesagt, möglich, zum Betriebe der Compressionspumpen statt Dampf die billigere Wasserkraft zu benützen, in welchem Falle die Kosten der Luftcompression bedeutend herabgemindert werden. Die Installationskosten erhöhen sich jedoch,³) da unter allen Umständen Dampfmaschinen in Reserve gehalten werden müssen, um bei etwaiger Abnahme der Betriebsluft oder beim Eintritte anderer Eventualitäten im Bahnbetriebe keine Störung zu erfahren. Schliesslich muss bemerkt werden, dass die Erhaltungskosten von derlei Locomotiven

0 Hantschke. Zeitschrift für Transportwesen und Strassenbahnen, Berlin 1886, pag. 123.

²)    L. c. pag. 131.

³)    Birk. Die feuerlose Locomotive, Wien 1883, pag. 20.

recht bedeutend sind, da die Luftbehälter, welche grosse Spannungen auszuhalten haben, oft reparirt werden müssen.

Die einzigen Vortheile der Pressluft-Maschinen bestehen darin, dass sie frei von allen Unzukömmlichkeiten sind, welche aus Anlass von Rauchbildung erwachsen, sowie dass bei ihnen durch Wärmestrahlung keinerlei Kraftverluste entstehen, welche bei heissen Kesseln der mit einem Feuerherde versehenen Maschinen niemals zu vermeiden sind.

§. 80.

Die Warmwasser-Locomotive.

Die Nothwendigkeit, den Pressluft-Locomotiven grosse Luftbehälter geben und dieselben mit Vorwärmern ausstatten zu müssen, welche bestimmt sind, die Wärmeverluste zu decken, die bei der Expansion der Pressluft entstehen, haben die Ingenieure gezwungen, auf die Verwendung der Pressluft zu verzichten und auf Mittel zu sinnen, welche es gestatten die Vortheile, welche feuerlose Locomotiven bieten, auf eine andere Weise zu erreichen. Einen solchen Anstoss gab, wie dies oft zu geschehen pflegt, ein Zufall.

Im Jahre 1872 wüthete nämlich') unter den Pferden Nerv-Orleans eine verheerende Seuche, so dass die dortige Strassenbahn-Gesellschaft sich gezwungen sah, auf ihren Hauptlinien den Maschinenbetrieb einzuführen.

Lamm baute zu diesem Zwecke einen Omnibus, dessen Triebkraft Ammoniakgas bildete. Trotz sinnreicher Construction war jedoch eine dauernde Anwendung dieser Erfindung ob der schädlichen Wirkung des Ammoniaks auf die Maschinentheile und wegen des starken Geruches des ausströmenden Gases nicht möglich. Lamm wendete sich daher der Dampfkraft zu, indem er erkannte, dass von keinem Gase eine so eminente Wirkung in so einfacher Weise erhalten werden könne, wie vom Wasserdampfe.

Um aber den Feuerherd auf der Locomotive zu vermeiden, verwerthete er das bereits im Jahre 1823 durch Perkins bei seinen Dampfgeneratoren angewandte Princip, zufolge welchem in einem verschlossenen, mit heissem Wasser gefüllten Gefässe eine Dampfentwicklung erfolgt, sobald eine Verminderung des Druckes eintritt, welcher auf der Oberfläche des Wassers lastet. Wird in einem nicht ganz vollgefüllten Glaskolben, wie man solche in einem jeden chemischen Laboratorium antrifft, Wasser zum Sieden gebracht, der Kolben sodann vom Feuer genommen, verstopft und umgestürzt, so wird man daran nichts Besonderes bemerken. Das heisse Wasser welches bereits aufgehört hatte zu sieden, steht darin ruhig. Begiesst man jedoch den Kolben von aussen mit kaltem Wasser, so fängt das im Kolben abgesperrte heisse Wasser sofort zu sieden an. Man kann diesen Versuch einigemale wiederholen, und man wird stets ein Aufwallen des Wassers im Kolben bemerken.

Diese Erscheinung erklärt sich dahin, dass durch Aufgiessen kalten Wassers der im Kolben über dem heissen Wasser stehende Dampf condensirt, *) Birk. Die feuerlose Locomotive, Wien 1883, pag. 5.

wodurch der Druck auf den Wasserspiegel aufgehoben wurde. Das vom Drucke entlastete Wasser erhält sonach Gelegenheit zur Bildung neuen Dampfes, welches Spiel solange wiederholt werden kann, bis das Wasser im Kolben sich abkühlt, also jede Möglichkeit zur weiteren Dampfbildung verschwindet.

Die Erscheinung der sofortigen Dampfbildung aus heissem, vom Drucke entlasteten Wasser muss natürlich auch dann eintreten, wenn man den auf den Wasserspiegel drückenden Dampf aus dem verschlossenen Gefässe nach aussen abtreten lässt, statt ihn im Gefässe zu condensiren, denn die wesentliche Bedingung der neuerlichen Dampfbildung ohne Hinzutreten von Feuer ist die Druckentlastung, und diese ist auch hier vorhanden.

Die Dampf-Entnahme braucht übrigens nicht nothwendig absatzweise, sie kann stetig, und zwar so lange erfolgen, als das im Behälter abgesperrte Wasser noch heiss genug ist, um neuen Dampf zu bilden.

Nach diesem Principe lässt sich also ein mit stark überhitztem Wasser gefülltes Gefäss als Kraftquelle für den Betrieb einer Locomotive verwenden. Natürlich muss dieser Behälter nach seiner, in bestimmten Stationen erfolgten Füllung, möglichst vor Abkühlung geschützt werden. Auch muss zwischen dem Heisswasser-Behälter und der Maschine eine Vorrichtung eingeschaltet sein, welche gestattet die Spannung des heissen Wassers, da sie durch den stattfindenden Dampfverbrauch abnimmt, zu einer annähernd sich gleichbleibenden Arbeitsleistung auszunützen.

Auch bei Warmwasser-Locomotiven ist die Betriebsdauer eine beschränkte, denn die Spannung des Wassers wird schliesslich auf einen so geringen Grad herabgemindert, dass ihre Nutzbarmachung nicht mehr angeht. Sollen daher längere Strecken mit derlei Locomotiven befahren werden, so müssen an geeigneten Punkten Betriebsstationen eingerichtet sein, auf denen entweder die Heisswasser-Kessel wieder frisch gefüllt, oder, was jedenfalls weniger Zeit in Anspruch nimmt, die Locomotiven gewechselt werden.

Die erste nach obigem Princip construirte Heisswasser-Locomotive brachte Dr. Lamm im Jahre 1873 auf der, dem Mississippi entlang führenden Strassenbahn zwischen Carolton und New-Orleans zur Anwendung. Sie besass ein wagrecht liegendes, cylindrisches, vor Abkühlung geschütztes Gefäss von l‘3m3 Inhalt. Das Wasser dieses Behälters war auf 193° C. überhitzt worden, besass sonach eine Anfangsspannung von 13 Atmosphären. Die ganze Locomotive wog 4 Tonnen und legte 12km pro Stunde zurück.¹)

Der französische Ingenieur Francq”) verbesserte (1875), die in ihrer ersten Ausführung allerdings mangelhaft construirte Locomotive Lamm’s dadurch, dass er das Wasser im Behälter nicht durch Feuer, sondern durch einen Dampfstrom unter starkem Drucke erwärmte, wodurch er erzielte, dass dem Wasser eine Temperatur ertheilt werden konnte, deren Höhe nur von der Widerstandsfähigkeit der Apparate abhängig ist.

Der im Warmwasserkessel gebildete Dampf geht zuerst, bevor er in die Arbeitscylinder der Locomotive tritt, durch das sogenannte Abspannungsventil durch, welchem Ventile die Aufgabe zufällt, den Dampf nicht mit der hohen Spannung, welche im Kessel herrscht, sondern mit einer geringeren,

!) Zeitung des Vereins deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, Berlin 1886, pag. 1061. -) Birk. Die feuerlose Locomotive, Berlin 1883, pag. 7.

den Betriebsverhältnissen entsprechenden Spannung in die Arbeitscylinder gelangen zu lassen.

Die Arbeit, welche ein Kilogramm gepresstes Wasser leisten kann, wenn die Spannung im Behälter von p Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Oberfläche desselben, auf p Kilogramm sinkt, berechnet Birk auf:

A = 318

A •    •    •    (132

Meter-Kilogramm, wobei:

3( t-t'

900—t')’

Hier bezeichnet also:

A...die Arbeit, in Meter-Kilogramm, welche ein Kilogramm gepresstes Wasser zu verrichten im Stande ist;

T . . . die mittlere Temperatur, in Celsius-Graden, bei welcher die Locomotive arbeitet;

p . . . die mittlere Dampfspannung, in Atmosphären, bei welcher gearbeitet wird ;

t ...die ursprüngliche Temperatur des Warmwassers im Behälter, in Celsius-Graden;

f . . . die Endtemperatur, in Celsius-Graden, bis zu welcher das Wasser im Behälter zu Ende der Arbeit sinkt.

Beispiel: Wie gross ist die mechanische Arbeit, welche man von einer Warmwasser-Locomotive pro Kilogramm des gepressten Wassers erwarten kann, sobald im Behälter eine Anfangs-Spannung von 15 Atmosphären herrscht und dieselbe zu Ende der Arbeit auf 4 Atmosphären sinkt?

Auflösung : Der Dampfspannung von 15 Atmosphären entspricht eine Temperatur von 200’ C., jener von 4 Atmosphären eine solche von 143° C.; die mittlere Temperatur, bei welcher

200 + 143 _

171 Grad, die mittlere Dampfspannung beträgt:

gearbeitet wird, beträgt sonach:

—h“- ⁼ 9⁻5 Atmosphären. Man hat sonach in die obige Formel zu setzen: T=171, p=9⁻5

t = 200, t'=143 und erhält aus derselben für diesen Fall a =0⁻075 und mithin A = 1052 Meter-Kilogramm. Jedes Kilogramm des im Behälter eingeschlossenen Wassers liefert sonach unter diesen Verhältnissen eine Arbeit von 1052 Meter-Kilogramm. Natürlich würde diese Arbeit grösser ausgefallen sein, wenn die Endspannung weiter, beispielsweise bis zu 2 Atmosphären gesunken wäre.

Die Locomotive kann so lange arbeiten, bis die Spannung im Warmwasser-Reservoir auf circa 2 Atmosphären sinkt, welcher Spannung eine Temperatur des Wassers von circa 120UC. entspricht. In einem solchen Falle beträgt

200 + 120

die mittlere Temperatur, bei welcher gearbeitet wird:

160° C.

15 + 2

— 8‘5 Atmosphären. Setzt man daher

die mittlere Dampfspannung:

in die obigen Formeln : T=160, p = 8*5, t = 200, t' = 120, so erhält man in runder Zahl: A = 2000 Meter-Kilogramm, was besagen will, dass bei den Warmwasser-Locomotiven jedes Kilogramm des im Behälter eingeschlossenen Wassers höchstens 2000 Meter-Kilogramm i\rbeit liefern kann. Fasst nun

IO

der Behälter P Kilogramm heisses Wasser, so liefert die Locomotive 2000 P Meter-Kilogramme Arbeit. Bezeichnet N den Nutzeffect der Locomotive, « die Zeit in Stunden, durch welche hindurch sie Arbeit leisten soll, so besteht offenbar die Relation: 2000 P = 75 X 60 X 60 . N . z . welche ergibt:

(133

P = 135 . N . z

In dieser Formel bezeichnet:

P...das Gewicht Wasser in Kilogramm, welches eine Warmwasser-Locomotive in ihrem Behälter haben muss, wenn sie mit einer Füllung z Stunden lang mit einer Kraft von N Maschinen-Pferden arbeiten soll;

iaä

...den Nutzeffect der Warmwasser-Locomotive, in Pferdekräften;

. . .die, einer Füllung des Warmwasser-Behälters entsprechende Arbeitsdauer, in Stunden.

Eine Warmwasser-Locomotive braucht sonach pro Pferdekraft und Stunde 135 Kilogramm Wasser, während eine gewöhnliche Locomotive mit dem zehnten Theile dieses Quantums auskommt (§• ”2, Formel 121, pag. 258). Der Wasserbehälter einer nach diesem Systeme erbauten Rangir-Locomotive, welche mit einer Kraft von 15 Maschinen-Pferden zu arbeiten hätte, müsste sonach zum Mindesten 135X 15 = 2025 Kilogramm Wasser fassen, das Wasser nicht gerechnet, welches im Behälter nothwendig als Ueberschuss vorhanden sein muss,’ und dessen Gewicht wohl mindestens 175 Kilogramm betragen sollte. Schlägt man zu dieser Wassermenge noch die Wasser-Reserve hinzu, so muss der Behälter einer solchen Warmwasser-Locomotive 2⁻2 Tonnen Wasser fassen, also einen Rauminhalt von mindestens 2'2 Cubik-Meter haben. Eine gleich starke Pressluft-Locomotive bedürfte eines Behälters von 12 Cubik-Meter Fassungsraum (§. 79).

Aus dieser Formel ist zu ersehen, dass die Behälter der Warmwasser-Locomotiven zwar wesentlich kleiner ausfallen, als jene der Pressluft-Maschinen, dass aber dies auf Kosten der Leistungsfähigkeit der Warmwasser-Locomotive erzielt wurde. Die Erfahrung¹) lehrt nämlich, dass derlei Locomotiven nur 1’7 Pferdestärken pro Tonne ihres Gewichtes liefern, während bei Pressluft-Maschinen 5, bei Locomotiven mit Feuerherd sogar 10 Pferdekräfte pro Tonne ihres Gewichtes entfallen (§. 70, Formel 119, pag. 279).

Kurze Zeit nach Erfindung der Warmwasser-Locomotiven, weil schon im Jahre 1879, wurde eine solche nach System Francq erbaute Maschine in Wien auf der Tramwaystrecke von Simmering bis zum Centralfriedhofe von einer Commission geprüft, welche aus Vertretern der Stadtgemeinde Wien, der Polizeidirection, der Statthalterei, der General-Inspection und des Handelsministeriums bestand.') Der Wasserbehälter dieser Locomotive hatte einen Fassungsraum von 2000ks, und wog dieselbe vollkommen ausgerüstet 8 Tonnen. Der Tramway wagen, welchen diese Warmwasser-Locomotive zog, war mit 43 Personen besetzt, und wurde die 3940m lange Strecke, in welcher Steigungen von 21 pro mille Vorkommen, in 21 Minuten durchfahren. Gegenwärtig baut Francq Locomotiven, deren Warmwasser-Behälter wesentlich grösser sind, wie dies aus nachstehender, dem Birk’sehen³) Buche entnommenen Zusammenstellung zu ersehen ist:

J) W. Hantschke. Zeitschrift für Transportwesen und Strassenbau, 1886, pag. 131. -) A. Birk. Die feuerlose Locomotive, Wien 1883, pag. 37.

. ®) Ljc.pag. 44.

Daten der Warmwasser-Locomotive

Locomotiv-Type

Cylinder-Durchmesser, in Centimetern.....

Kolbenhub, in Centimetern..............

Gewicht des heissen Wassers, in Tonnen . Leergewicht der Locomotive, in Tonnen... Gewicht der ausgerüsteten Locom., in Tonnen

o o

CO CO

CO co Ol CO

CO I

CO 00

33

45

W CO 05

Ô-1 CD 00

»o

36

60

9-5

23-5

15-5

36

§. 81.

Die Regenerativ-Locomotive.

Bei einer Warmwasser-Locomotive vermindert sich der Dampfdruck im Behälter nach Maassgabe der geleisteten Arbeit, und in diesem Umstande liegt eine Beschränkung der Leistungsfähigkeit derartiger Maschinen.

Diese stetige Druckverminderung hat nämlich Wärmeverluste zur Folge, welche bewirken, dass Warmwasser-Locomotiven zu einer und derselben Leistung mehr wie lOmal mehr Dampf benöthigen, als unsere gewöhnlichen mit Feuer betriebenen Maschinen (§. 80). Der Wärmeverlust der Warmwasser-Locomotive entsteht nicht etwa durch Ausstrahlung, denn diese kann durch sorgfältige Umhüllung des Warmwasser-Behälters mit schlechten Wärmeleitern ziemlich gut verhindert werden. Er entsteht vielmehr dadurch, dass mit Entnahme jeder einzelnen Portion Dampf aus dem Warmwasser-Behälter, der darin zurückbleibende Dampf einen grösseren Raum vorfindet, diesen daher ausfüllt, wobei er eine Arbeit verrichtet, für welche, wie für eine jede Arbeit, Wärme aufgewendet wird. Da diese zur obgedachten inneren Arbeit erforderliche Wärme dem heissen Wasser entnommen wird, welches sich im Behälter befindet, so kühlt sich dasselbe ab. Es ist also nicht der Verlust durch Strahlung, sondern der Verlust durch Ausdehnung des Dampfes im Behälter, welcher bei Warmwasser-Locomotiven unersetzt bleibt, während bei der gewöhnlichen Locomotive ein derartiger Ersatz durch fortwährende Zufuhr von Wärme, welche das am Roste verbrennende Feuerungsmateriale liefert, thatsächlich besteht.

Will man also die Arbeitsfähigkeit einer feuerlosen Locomotive ver-grössern, so bedarf es Nichts weiter, als den Entgang der Wärme zu ersetzen, was jedoch ohne Zuhilfenahme des Feuers geschehen müsste, wenn die Locomotive feuerlos sein soll.

Der nächstliegende Gedanke, in welcher Weise dies zu bewerkstelligen wäre, ist wohl der, den verbrauchten Dampf der Warmwasser-Locomotive statt nach Aussen entweichen zu lassen, aufzufangen, und um den Warmwasser-Behälter derart herumzuführen, dass dieser Abdampf Gelegenheit finde, den Rest von Wärme, welchen er noch besitzt, an diesen Behälter, also an das in demselben befindliche Wasser abzugeben.

Freilich würde man hiedurch nicht den ganzen Abgang an Wärme decken, welchen das Warmwasser durch Abgabe von Arbeitsdampf erlitt, weil der abgegebene Dampf in den Cylindern der Locomotive gearbeitet, also von seiner Wärme verloren hat. Immerhin würde aber durch eine

derartige Vorrichtung dem Warmwasser-Behälter einiger Ersatz für den Wärmeabgang geboten, es würde also eine theilweise Regeneration der Wärme in demselben stattfinden.

Dies Alles wäre aber nur dann möglich, wenn der Abdampf heisser wäre, als der im Warmwasser-Behälter befindliche, weil nur in einem solchen Falle ein Uebergang der Wärme vom Abdampf zu dem Behälter stattfinden könnte. Leider aber ist der Abdampf weniger heiss, als der Behälter, weil der Abdampf gearbeitet hatte, während der im Behälter befindliche Dampf seine Wärme durch Arbeit noch nicht verlor (weil er nicht gearbeitet hatte). Es würde also nichts nützen, Abdampf so wie er aus dem Cylinder strömt, um den Warmwasser-Behälter herumzuführen; er würde diesen Behälter nicht erwärmen, im Gegentheil, er müsste ihm Wärme entziehen, den Behälter sonach abkühlen. Will man bewirken, dass der Abdampf den Warmwasser-Behälter erwärme, so muss diesem Dampf eine höhere Temperatur gegeben werden, als jene ist, welche der Behälter hat. Da aber hiezu Feuer nicht verwendet werden soll, so muss eine Wärmequelle herangezogen werden, welche nicht vom Feuer stammt.

Derlei Wärmequellen gibt es viele. Jede galvanische Batterie ist eine solche. Würde man also in der Nähe des Warmwasser-Behälters auf der Maschine selbst, eine galvanische Batterie aufstellen und durch ihren elektrischen Strom das Wasser im Behälter um so viel auswärmen, als es in Folge der Abgabe des Dampfes sich abgekühlt hatte, so würde man dem Behälter für die abgegebene Arbeit Ersatz bieten, ohne hiezu ein directes Feuer herangezogen zu haben. Ein derartiges Arrangement würde freilich keinen Vortheil gewähren, weil die Wärme des galvanischen Stromes auf Kosten des Zinkes entsteht, welchen das Element verbraucht, man würde also die Maschine statt mit billiger Kohle, mit dem theueren Zinke heizen.

Aber nicht nur galvanische Batterien liefern Wärme, ohne dass ein directes Feuer herangezogen wird. Wärme entsteht auch bei den meisten chemischen Verbindungen, wie dies beispielsweise beim Löschen von Aetzkalk der Fall ist. Statt nun den Aetzkalk mit Wasser zu löschen, für welches man neben dem Warmwasser-Behälter ein besonderes Reservoire haben müsste, könnte man dies mit grösserem Vortheile durch den Abdampf der Maschine thun, weil dann dessen, ganze Wärme, welche verloren geht, für Zwecke der Vorwärmung des Wasserbehälters verwerthet werden könnte.¹)

Das Wasser des zugeführten Dampfes würde nämlich den Kalk löschen, und die durch diesen chemischen Process entstehende Wärme, durch seine Wärme vermehren. Soll aus einem derartigen Arrangement ein Nutzen erwachsen, so muss die Summe dieser beiden Wärmen (chemische Wärme und Dampfwärme) von einer so geringen Menge des herangezogenen Körpers aufgenommen werden, dass die Temperatur desselben jene des Behälters übersteigt. Würde man einen solchen Körper finden, so könnte mit Hilfe desselben bewirkt werden, dass der Behälter mehr Wärme erhielte, als er durch Abgabe des Arbeitsdampfes verlor. In diesem Falle würde im Behälter mehr Dampf entstehen, als entwichen war, oder, da der Behälter verschlossen ist, es würde sich die Spannung des darin eingeschlossenen Dampfes erhöhen. Es würde also heisserer Dampf in die Cylinder der Locomotive treten, und

]) Grüneberg und Hardt in Köln verwenden (1884) die beim Löschen von Kalk entstehende Wärme für Zwecke der Regeneration des Dampfes in der Locomotive.

21

wenn deren Arbeit gleich bliebe, ein heisserer Dampf aus denselben entweichen, welcher den Warmwasser-Behälter wieder mehr erhitzen, und in dessen Innern zur Entwicklung einer grossen Spannung beitragen würde.

Der im Warmwasser-Behälter entstandene Dampf ginge in die Cylinder der Locomotive, der Abdampf in den herangezogenen Körper, welchen wir Lauge nennen wollen. Die in der Lauge frei gewordene Wärme würde sich dem Behälter mittheilen; dieser würde hiedurch neuen Dampf produciren, welcher wieder dem Motor zugeleitet würde. Dieser Kreislauf müsste so lange andauern, bis die Lauge durch die Aufnahme von Dampf sich so weit verdünnt, dass sie anfängt zu sieden. Von diesem Momente an ist sie nicht mehr im Stande den Dampf vollständig zu absorbiren. Es wird ein Theil des i\bdampfes aus dem Laugenbehälter entweichen und die verminderte Wärmezufuhr wird zur Erzeugung neuen Dampfes nicht mehr genügen.

Zur Fortsetzung, beziehungsweise zum Wiederbeginn des Verfahrens muss die verdünnte Lauge abgelassen, der Behälter mit neuer Lauge beschickt werden. Behufs Wiederverwendung der abgelassenen Lauge muss dieselbe auf ihren ursprünglichen Concentrationsgrad wieder eingedampft werden, und weil hiezu mehr Wärme erforderlich ist, als der ins Freie abziehende Abdampf mitnimmt, so ist ersichtlich, dass mit diesem Verfahren ein Wärmegewinn nicht verbunden ist.

In dem beschriebenen Processe ersetzt sonach die Kohle, welche zum Eindampfen der während der Arbeit der Locomotive verdünnt gewordenen Lauge aufgewendet wird, jenes Zink, welches man zur Regeneration der Wärme im Warmwasserkessel hätte verbrauchen müssen, wenn statt der Lauge eine galvanische Batterie zur Anwendung gekommen, der Abdampf aber ins Freie gelassen worden wäre.

§. 82.

Locomotive Honigmann.

Aehnlichen Ideengang wie er in §.81 skizzirt wurde, mochte Honigmann, Eigenthümer einer Aetznatronfabrik in der Nähe von Aachen, gehabt haben, als er auf den Gedanken verfiel, concentrirte Natronlauge als jenen Körper zu benützen, der durch Dampf sich stärker erwärmt, als Wasser.

Honigmann bemerkte (1883) nämlich, dass der in eine concentrirte Aetznatronlösung geleitete Dampf, von dieser Lösung absorbirt wird, und dass dieselbe hiebei sich stärker erwärmt, als Wasser unter gleichen Umständen (vollkommene Absorption) sich erwärmt haben würde.

Für die praktische Verwerthung dieser chemischen Wärme ist es von Wichtigkeit zu wissen, wie viel derselben durch Verbindung von ein Kilogramm Abdampf mit dem entsprechenden Gewichte Aetznatron entsteht. Es ist zwar bis jetzt nicht gelungen, die Menge dieser Wärme zuverlässig zu bestimmen, doch lassen gewisse Erscheinungen auf deren Quantität ziemlich sichere Schlüsse ziehen.

Riedler aus München bemerkte nämlich, dass die Spannung des Dampfes im Warmwasser-Behälter, also auch dessen Temperatur, während der ganzen Dauer der Arbeit der Locomotive nahezu constant verbleibe. Hieraus folgt, dass der Natronbehälter gerade so viel Wärme an den

Wärmebehälter abgebe, als mit dem Arbeitsdampfe abgeht. Arbeitet nun die Locomotive mit einer Spannung von 5 Atmosphären, also mit einem Dampfe von 152 Grad Celsius, so entführt dieser Dampf eine Wärme von: (652— 152) = 500 Calorien mit jedem Kilogramm seines eigenen Gewichtes (§. 54, pag. 203). So viel Calorien muss also auch der Natronbehälter pro Kilogramm zugeströmten Abdampf producirt haben. Beträgt die Spannung des in die Lauge strömenden Abdampfes eine Atmosphäre, dessen Temperatur also 100 Grad, so bringt jedes Kilogramm desselben der Lauge eine Wärme von i Calorien, wobei i = 497 ist (pag. 54). Besass die Lauge, in welche der Abdampf einströmte, 155° C., so musste das Wasser des zuströmenden Dampfes auf (155 —100) = 55° erhitzt werden, wozu 55 Calorien pro Kilogramm Dampf erforderlich sind.

Diese Wärme musste natürlich der zuströmende Abdampf liefern, soviel Wärme sonach verlieren. Ein Kilogramm Abdampf bringt sonach nur (497 — 55) — 442 Calorien. Diese Wärme und die chemische Wärme, welche x Calorien beträgt, geben zusammen jene 500 Calorien, welche der aus dem Warmwasser-Kessel entweichende Dampf entführt.

Es besteht sonach die Relation: (442 -f- x) = 500, aus welcher x—58 sich ergibt, was besagt, dass die chemische Wärme 58 Calorien pro Kilogramm zuströmenden Abdampfes beträgt.¹)

Diese ganze Rechnung ist aber wie gesagt unzuverlässig, und kann desshalb das Ergebniss derselben durchaus nicht als Grundlage zur Construction einer Regenerativ-Locomotive dienen.

C.

anwächst, welche

Man hat aber Erfahrungsdaten, welche den Mangel an Kenntniss der genauen Grösse der chemischen Wärme recht gut ersetzen. Neuere Untersuchungen²) haben nämlich gezeigt, dass, sobald dem Aetznatron 10 Procent seines Gewichtes Wasser in Form von Dampf zugeführt wird, die Temperatur der so entstehenden Lösung auf 256°

Temperatur jedoch sofort sinkt, sobald dem Aetznatron mehr Dampf zugeführt wird. Bei einer Zufuhr von 20 Procent sinkt sie auf 220° C., bei einer Zufuhr von 50 Procent des Natrongewichtes auf 174" C. etc. Aus der nachstehenden Tabelle sind die bezüglichen Daten zu entnehmen:

Procent

Siedepunkt

Procent

Siedepunkt

10

256

65

15

237

70

20

25

220-5

208

75

80

162-5

159-5

156-5

154

30

200

85

151-5

35

40

45

50

55

192-5

185-5

179-8

174-5

170-3

90

95

100

120

140

149

146-5

144

136

130

60

166

9 Wehhage. Der Gesundheits-Ingenieur, 1884, pag. 59.

2) A Riedl&r. Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 1883, pag. 729.

21*

Würde eine Warmwasser-Locomotive mit einem Dampfe von beispielsweise 8 Atmosphären arbeiten, also mit einem Dampfe, dessen Temperatur 170° C. beträgt, so müsste, falls die bei der Arbeitsleistung verausgabte Wärme wieder ersetzt, die Maschine sonach zu einer Regenerativ-Locomotive werden sollte, deren Warmwasser-Behälter mit einem zweiten Behälter umgeben werden, in' welchem sich Natronlauge von einer solchen Concentration befindet, dass trotz fortwährender Zufuhr des Abdampfes zu derselben, deren Temperatur doch nicht unter 170° C. sinken könnte.

Würde man ursprünglich, d. h. beim Beginn der Arbeit der Locomotive in deren Natronbehälter, welcher den Warmwasser-Behälter ein-schliesst, 100 Kilogramm festes Aetznatron geben, so würde schon nach Zutritt von 10k& Abdampf das kalte Aetznatron eine Temperatur von 256'* C. erhalten. Nach Zutritt von weiteren 10kS Dampf (wo also die Natronlauge bereits 20 Procent ihres Natrongehaltes an Wasser besitzt) würde deren Temperatur auf 210UC. sinken, und wenn die Dampfzufuhr so lange andauert, dass die Lauge ebensoviel Wasser als festes Natron enthält, würde deren Temperatur auf 174° C. herabgehen. Sie würde aber immer noch um 4° C. grösser sein, als jene des Warmwasser-Behälters ist, welche nur 170" C. beträgt.

Eine solche Natronlauge musste sonach Wärme an den Warmwasser-Behälter abgeben, diesen daher erwärmen. Die Wärmezufuhr könnte sogar grösser ausfallen, als der Wärmeverlust beim Arbeiten ist, mindestens aber würde derselbe ganz gedeckt werden, so dass der Warmwasser-Behälter trotz fortwährender Abgabe an Arbeitsdampf, dennoch nicht erkalten würde, was zur Folge hätte, dass die Dampfspannung zu Ende der Arbeit so gross, als zu Anfang derselben sein könnte.

In einem solchen Falle würde also die Warmwasser-Maschine so lange arbeiten, bis die Natronlauge auf 50 Procent verdünnt ist. Ist dieser Moment erreicht, so ist die Natronlösung nicht mehr fähig, sämmtlichen Abdampf zu absorbiren. Ein Theil desselben muss entweichen. Die geringer gewordene Wärmezufuhr hört auf, die Verluste zu decken.

Der Vorgang bei einer Regenerativ-Maschine ist sonach folgender: Der Abdampf der Locomotive wird in eine Natronlösung geleitet, welche den Dampfkessel umschliesst. Die Natronlösung wird hierdurch auf einen höheren Wärmegrad gebracht, als jener ist, welchen das Wasser im Dampfkessel hat. Die Wärme der Natronlösung dient sonach zur Erhöhung der Temperatur im Kessel, also zur Erzeugung eines neuen Betriebsdampfes, welcher, nachdem er in dem Cylinder seine Arbeit vollbracht hat, als Abdampf wieder in die Natronlösung zurückgeleitet wird, um mittelbar frischen Arbeitsdampf im Kessel zu erzeugen.

Dieses Spiel ist zu Ende, wenn die Natronlauge, deren Concentrations-grad durch den nach und nach aufgesaugten Dampf allmälig verringert wird, und demgemäss allmälig die Eigenschaft verliert, sich so stark wie früher zu erhitzen, so weit verdünnt ist, dass deren Temperatur jene des Kesseldampfes nicht mehr übersteigt. Von diesem Augenblicke an wird nämlich der Dampf nicht mehr vollständig niedergeschlagen (aufgesaugt), übergibt sonach nicht mehr seine ganze Wärme an die Natronlauge, diese wird daher immer weniger stark erwärmt werden, je mehr sie verdünnt wird. Die Dauer der Betriebskraft ist sonach eine beschränkte, denn mit der Erreichung des Siedepunktes der Natronlösung, wie hoch derselbe auch liegen möge, ist die zur Dampf-Erzeugung dienende Wärmequelle erschöpft und die Grenze der Arbeitsfähigkeit erreicht.

Es ist dies gerade so, wie wenn bei einem geheizten Dampfkessel der zur Unterhaltung des Feuers dienende Kohlenvorrath zu Ende geht. Gleichwie in solchen Fällen die Locomotive neue Kohlen einnehmen muss, damit ihre Betriebskraft erhalten werden könne, so muss bei einer bestimmten Verdünnung der Lauge die Natron-Locomotive mit frischer concentrirter Lauge beschickt, das heisst, es muss die gebrauchte Lauge auf ihren ursprünglichen Concentrationsgrad wieder eingedampft werden.

Der Vortheil, welchen dieser Process gewährt, liegt also darin, dass die Dampfspannung im Warmwasser-Behälter während des ganzen Vorganges nahezu constant bleibt, dass nur ein geringer Unterschied der Temperaturen (8 — 10° C.) des Laugenbehälters und des Warmwasser-Kessels erforderlich ist, um die nöthige Wärme-Emission zu erhalten.

Weiters ist zu erwähnen, dass im Natronkessel kein Druck entsteht, der Bau dieses Behälters sonach höchst einfach sein kann. Was aber der Regenerativ-Locomotive den entschiedenen Vorzug vor der Pressluft und Warmwasser-Locomotive verleiht, das ist ihre grössere Leistungsfähigkeit gegenüber den beiden anderen Locomotiven, und dies nicht blos in Bezug auf Kraftäusserung, sondern auch in Beziehung auf die Zeitdauer derselben.

Während nämlich eine Pressluft- oder Warmwasser-Maschine schon nach zurückgelegten 15km eine neue Füllung erhalten muss, diese beiden Systeme also für längere Bahnstrecken wegen zunehmender Anzahl von Füllstationen kaum anwendbar sind, legt die Regenerativ-Locomotive, weit grössere Leistungen bewältigend, 100km mit einer Füllung zurück, eine Strecke, wie sie selbst Locomotiven mit Feuerherd nicht immer zurücklegen können.ł)

Die Verwerthung dieses Verfahrens in der Praxis hängt wesentlich ab von der Kenntniss des Zusammenhanges zwischen dem Siedepunkte der Lauge und der Dampfspannung. Zwar fehlt es nicht an Versuchen² 3) diesen Zusammenhang theoretisch zu ergründen, doch führten dieselben leider nicht zum Resultate, weil es an genügend scharf ermittelten Daten mangelt. Ein Wassergehalt der Lauge⁴) von 20 — 25 Procent, entsprechend 210° Siedetemperatur hat sich für die praktische Verwendung am zweckmässigsten erwiesen. Bei Benützung solcher Lauge kann aber, wie wiederholte Versuche gezeigt haben, der Behälter nur mit Warmwasser von 80 — 90° C. (ohne Druck) gefüllt werden, wobei während des Füllens der Lauge, die Temperatur des Wassers bis zu 150" C. steigt, im Behälter aber eine Dampfspannung von 5 Atmosphären eintritt. Und diese Spannung ist wohl für die meisten Fälle ausreichend, in welchen Regenerativ-Locomotiven verwendet werden.

Bei Benützung des Honigmann sehen Verfahrens wird also in der Regel für die stationäre Anlage kein Dampfkessel nothwendig sein. Es ist nur vorgewärmtes Wasser zu beschaffen, was wohl von grosser Bedeutung für die Praxis ist, da in derlei Fällen eine Concessions-Ertheilung zum Betriebe einer Bahn mit derlei Maschinen nicht erforderlich sein dürfte.

Endlich wäre zu bemerken, dass bei Aufnahme des Abdampfes durch Natron die weit ausgedehnte Ausnützung des Arbeitsdampfes durch Expansion in Bezug auf die Gesammtleistung durch den Process keine wesentliche Rolle spielt, da die Wärme des Abdampfes nicht verloren geht, sondern vollständig wieder ausgenützt wird.

Beispiel: Eine Regenerativ-Locomotive, welche für Rangirzwecke bestimmt ist, soll eine Stunde lang mit der Kraft von 15 Maschinen-Pferden arbeiten (eine Arbeit von 15 Pferdekräften entwickeln), es fragt sich, wie gross deren Behälter für Natron und Wasser sein müssen.

Auflösung : Nehmen wir an, die Maschine arbeite mit einer Dampfspannung von 5 Atmosphären, also mit einem Dampfe, dessen Temperatur 151⁰ betrage. Nimmt man weiters an, dass die kleinste Temperatur der Natronlauge mindestens um 9° grösser sein müsse, als jene des Arbeitsdampfes, so muss die zulässig niedrigste Temperatur der Lauge immerhin noch (151-)-9) = 160° C, betragen. Laut Tabelle (pag. 323) entspricht dieser Temperatur ein Concentrationsgrad von 70% was besagen will, dass die Verdünnung der ursprünglich in den Behälter gegebenen concentrirten Lauge durch den zufliessenden Abdampf nur so weit getrieben werden könne, bis auf 100 Kilogramm festes Natronhydrat, 70 Kilogramm Wasser kommen. Wenn der Natronbehälter ursprünglich mit einer Lauge gefüllt wurde, deren Concentrationsgrad 20 Procent betrug, so kann diese Lauge für je (100 -f- 20) = 120 Kilogramm ihres Gewichtes (70— 20) = 50 Kilogramm Abdampf aufnehmen.

Bei grossen Locomotiven, welche mit einer Kraft von mehreren Hunderten Maschinen-Pferden arbeiten, beträgt der Dampfverbrauch pro Stunde und Pferdekraft (§. 72, pag. 286) 12⁻5 Kilogramm. Für kleine Locomotiven jedoch ist derselbe bedeutend grösser, doch dürfte er 20 Kilogramm wohl nie übersteigen. Veranschlagt man den Verbrauch auf 20 Kilogramm, so wird die geforderte Maschine 20 X 15 = 300 Kilogramm Dampf pro Stunde consumiren, also ebenso viel als Abdampf in dieser Zeit an den Natronbehälter abgeben. Wenn nun die Natronlauge durch diesen Zufluss nicht stärker verdünnt werden soll, als zu 70 Procent, so muss deren Gewicht:

300

50'

• 120 = 720 Kilogramm betragen. Der Natronbehälter muss also mindesten so gross sein, um

diese Gewichtsmenge Lauge zu fassen. Was den Wasserbehälter anbelangt, so braucht derselbe, da hier keinerlei Wärmeverluste Vorkommen, nicht mehr als jene.Menge Wasser zu fassen, welche er in Form von Dampf verausgabt, also 300 Kilogramm. Rechnet man einen Ueberschuss von 100 Kilogramm hinzu, so wird das Gewicht des Wassers 400 Kilogramm betragen. Das Gesammt-gewicht der Flüssigkeit beträgt sonach 400 -j- 720 = 1120 Kilogramm. Die beiden Behälter zusammen haben also einen um die Hälfte kleineren Inhalt als der Behälter einer gleich starken Warm-wasser-Locomotive (§. 80).

Für die meisten Verwendungen¹) der Honig mann’ sehen Natron-Maschinen wird die Einrichtung für die Wiedereindampfung der verdünnten Lauge die feststehende Auslage bilden. Bezüglich des Brennstoff-Verbrauches

für das Wiedereindampfen der verdünnten Lauge möge die Erfahrung der Honigmann’sehen Fabrik bei Aachen dienen, dass dieselbe Kohle, welche 6ks Wasser verdampft, 5⁻6kg verdünnte Lauge zu verdampfen vermag.

Im praktischen Gebrauche ist Honigmann s Verfahren vielfach erprobt worden. Auf mehreren Strassenbahnen sind bereits mehr oder weniger ausgedehnte Versuche mit Natron-Locomotiven angestellt worden, so z. B. in Aachen, Leipzig, Chicago etc. Auf der Aachen-Jülicher Eisenhahn ist seit 1884 eine für den Bergbahnbetrieb gebaute 45 Tonnen schwere Locomotive mit feuerlosem Betriebe nach Honigmann’s Verfahren im Gebrauche.

cm

Diese auf 6 gekuppelten Rädern von 120

Durchmesser versehene Maschine mit einem Kolben-

Durchmesser ruhende

cm

mit Cylindern von 60 hübe von 62cra besitzt einen liegenden 6m langen Natronkessel, in welchen ein Wasserkessel mit liegenden Röhren eingesetzt ist, der 7m) Wasser bei

!) Riedler. Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, Berlin 1883, pag. 745.

5 '/a Atmosphären verdampfen kann.

einem mittleren Drucke von:

Diese Maschine zieht täglich einen aus 5 bis 10 Wagen bestehenden Personenzug von Aachen nach Jülich und zurück. Die Strecke ist 27km lang, hat viele und lange Steigungen, von welchen die stärkste 15 pro mille beträgt.

Eine Natron-Locomotive von geringerer Leistungsfähigkeit hat die . nachstehenden Dimensionen¹):

Cylinder-Durchmesser........

Kolbenhub................

Rad-Durchmesser...........

Heizfläche................

Lichte Weite des Natronkessels Cubik-Inhalt des Behälters.... Dienstgewicht der Maschine . . . Zugkraft..................

40 Centimeter

30

70

25 Quadrat-Meter L8 Meter 2 Cubik-Meter 20 Tonnen 1600 Kilogramm

Der Verwendung der Natron-Locomotive steht der Umstand im Wege dass die Heizfläche derselben eine sehr grosse sein muss.²) Wollte man beispielsweise eine sechsrädrige Gotthard-Locomotive von 120m" Heizfläche durch eine Honigmann’sehe Maschine ersetzen, so müsste dieselbe eine Heizfläche von 480m2 erhalten und damit zu einem Ungeheuer werden, das höchstens sich selbst fortschleppen könnte. Auch dürften die Betriebskosten bei Verwendung der Regenerativ-Locomotive im Vergleiche zur Leistung derselben unverhältnissmässig gross ausfallen.

§. 83.

¹

Peetz. Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, 1885, pag. 789.

²

)    Hantschke. Zeitschrift für Transportwesen und Strassenbau, 1886, pag. 131.

³

)    Gutermuih. Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 1884, pag. 109.

⁴

)    Riedler. Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, Berlin 1883, pag. 747.

Die elektrische Locomotive.

Locomotiven, welche keinen sofortigen Ersatz für die verausgabte Nutzarbeit erhalten, müssen einen Behälter mit einem Energie-Vorrathe führen, aus dem sie ihre Arbeit schöpfen können. Die Leistungsfähigkeit derlei Locomotiven ist sonach wesentlich von der Menge der Energie abhängig, welche in dem Behälter aufgespeichert werden kann, ist also bei gegebener Energie durch die Grösse dieses Behälters bedingt.

Je kleiner der Energie-Behälter bei sonst gleicher Leistungsfähigkeit der Locomotive ist, desto mehr Chancen wird die Maschine haben, einen durchgreifenden Erfolg in der Praxis zu erzielen.

Der Energie-Behälter einer Pressluft-Locomotive, welche mit der Kraft von 15 Maschinen-Pferden eine Stunde lang arbeitet, beträgt 12 Cubik-Meter (§. 79). Bei einer Warmwasser-Maschine ist derselbe bei gleicher Leistungsfähigkeit schon kleiner, er beträgt nur 2'2mi (§. 80), bei Honig-mcmn’s Locomotive sinkt die Grösse derselben sogar auf die Hälfte, der Energie-Behälter nimmt nämlich bei einer solchen Maschine nur Dlm3 ein (§• 82).

•) Der praktische Maschinen-Constructeur, 1887, pag. 217.

-) Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, 1884, Nr. 99, pag. 1283.

Angesichts dieser Verhältnisse fragt es sich, ob man mit der Réduction des Volumens des Energie-Behälters bereits an die Grenze des überhaupt Erreichbaren angelangt ist, oder aber, ob es möglich sei, Locomotiven zu bauen, welche noch kleinere Energie-Behälter haben können.

Wenn es gelänge, einen Körper zu finden, dessen Verbindung mit Wasserdampf mehr Wärme liefern würde, als die Verbindung des Aetznatrons, so ist es klar, dass dann der Energie-Behälter einer Vorraths-Locomotive noch kleiner ausfallen müsste. Bis jetzt kennt man jedoch einen solchen Körper nicht, man kennt aber Körper, welche mit anderen Körpern als Wasserdampf recht energische Verbindungen eingehen, deren Verbindungswärme daher für den in Rede stehenden Zweck verwerthet werden könnte.

Blei beispielsweise hat ein bedeutendes specifisches Gewicht, nimmt also einen kleinen Raum ein und verbindet sich recht energisch mit Schwefelsäure, wodurch sogenannte Bleisulfate entstehen. Da die Verbindung mit grosser Energie erfolgt, d. h. eine grosse Menge Wärme frei macht, so wird man eine grosse Menge Energie wieder aufwenden müssen, falls man eine Spaltung des gebildeten Körpers in seine Bestandtheile bewirken wollte. Die von einander getrennten Theile absorbiren also eine grosse Energie, welche sofort wieder frei gegeben wird, sobald man den getrennten Theilen Gelegenheit gibt, sich wieder zu vereinigen. Stammt die Energie, welche zur Spaltung des Bleisulfates aufgewendet wurde, aus einer billigen Quelle, so hat man in den gespalteten Theilen einen Energie-Vorrath um einen billigen Preis erhalten. Findet diese Vereinigung an Orten statt, an welchen die Energie theuer ist, so kann die Verwerthung der durch die Vereinigung der gespaltenen Theile frei werdenden (billigen) Energie mit Vortheil bewerkstelligt werden. Schwefelsäure und Blei bilden sonach, wenn sie unter solchen Umständen aufbewahrt werden, unter welchen deren Verbindung sofort nach unserem Belieben erfolgen kann, einen Energie-Vorrath und nennt man solche Apparate Accumitlatoren.

In den Accumulatoren wird durch die reducirende Wirkung eines (aus billiger Quelle stammenden) elektrischen Stromes aus Bleisulfaten die Schwefelsäure frei gemacht, wodurch chemische Arbeit, beziehungsweise elektrische Energie aufgespeichert wird. Gibt man der Schwefelsäure später Gelegenheit, mit den Bleisalzen sich wieder zu verbinden, welche ihr früher entrissen wurden, so wird die hiebei entstehende Verbindungswärme in elektrische Energie umgewandelt, und diese kann zur mechanischen Arbeitsleistung herangezogen werden.

Will man dieses Princip für die Fortbewegung eines Wagens verwerthen, so hat man nichts weiter zu thun, als auf einem Wagen einen Accumulator aufzustellen, und dessen Strom in einen Elektromotor zu leiten, dessen Welle mit dem Treibrade des Wagens verbunden ist, auf welchem der elektrische Motor aufmontirt wurde. Der vom Accumulator kommende Strom wird die Welle des Elektromotors in Rotation versetzen, diese wird ihre Bewegung auf das Treibrad übertragen und dadurch eine fortschreitende Bewegung des Vehikels bewirken. Man wird sonach eine elektrische Locomotive vor sich haben. Die (1880) von Faure eingeführten Accumulatoren, welche anfänglich viel Aufsehen erregt hatten, wurden bald als ungeeignet für den Locomotivbetrieb befunden. Mehr Erfolg hatte der Ingenieur Reckenzaun in London. Dessen Accumulatoren bestehen aus

einem System von Zellen, deren jede durch einen mit Blei ausgekleideten Kasten aus Teakholz gebildet wird, in welchem 21 Bleiplatten (10 positive, 11 negative) untergebracht sind. Jede Platte stellt einen Rost dar, dessen freie Räume mit einer Masse ausgefüllt sind, und zwar bei den positiven Platten mit Mennige, bei den negativen mit Bleiglätte. Die Accumulatoren werden in lange Tröge gestellt, die auf Rollen laufen und unter die Sitze der Fahrzeuge geschoben werden können. Das ganze Gewicht der Betriebsvorrichtung für einen mit 46 Personen besetzten Tramway-Wagen, der 20km weit gefahren werden soll, beträgt ⁷/₄ Tonnen. In neuester Zeit (1886) ist in Hamburg auf der Strassenbahnlinie Rathhausmarkt—Barmbeck durch Ingenieur Huber ein elektrischer Betrieb mit Accumulatoren eingerichtet und einige Zeit erhalten worden.¹)

Das Gewicht der Accumulatoren, welches zur Erzeugung einer bestimmten Energie erforderlich ist, berechnet sich folgendermassen :

Die elektrische Energie wird bekanntlich durch das Product aus der Potentialdifferenz an den Klemmen des Accumulators und der Elektricitätsmenge, welche derselbe liefert, gemessen. Bezeichnet e die Potentialdifferenz in Volt, Q die Elektricitätsmenge im Coulombs, so beträgt die mechanische Arbeit A,

Meter-Kilogramm, wobei g = 9*81 ra

die Accélération der Schwere bezeichnet. Nun lehrt die Erfahrung, dass die Potentialdifferenz eines Blei-Accumulators nur wenig von 2 Volt²) abweicht (sie kann etwas grösser, aber auch etwas kleiner ausfallen), und dass 1 kg des Gewichtes der Accumulatorplatten 54. 10³ Coulombs Elektricität liefert.'¹) Diesem zufolge beträgt die mechanische Energie, welche ein Accumulator pro Kilogramm seiner Elektroden (Platten) aufzuspeichern vermag, da:

54. 10³. 2 9-8 1

dies ist so ziemlich das Maximum der zu gewärtigenden Arbeit.

In der Praxis pflegt man jedoch aus Gründen, deren Aufführung hier zu weit führen würde, niemals so weit zu gehen, die Erfahrung lehrt, dass man wohl kaum mehr als die Hälfte der angesammelten Energie nutzbringend verwerthen kann,

Wie viel aber praktisch verwerthbare Energie die Accumulatoren liefern, ist aus der nachstehenden Zusammenstellung zu ersehen :

welche ein Accumulator liefert: A =

Q = 54 . 10³

e — 2 ist: A =

— 1 1 . 10³ Meter-Kilogramm, und

Capacität in 10³ Meter-Kilogramm

>o o io ira co P m 4 à

Accumulator-System

Plante

Faure

Volkmar

Farbaky

Khotinsky

') Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, 1886, pag. 1074.

'-) J. H. Gladstone et A Triebe. Die chemische Theorie der Secundär-Batterien, Wien 1884,

pag. 38.

:i) A. Waltenhofen. Zeitschrift für Elektrotechnik, 1886, pag. 246.

Für die Folge soll die mittlere Capacität eines Accumulators mit 5 . 10³ Meter-Kilogramm angenommen werden.

Auf Grund dieser Daten lässt sich aber das Gewicht der Platten eines Accumulators berechen, welches dieselben erhalten müssen, falls der Accumulator eine gegebene Arbeit liefern soll.

Soll eine elektrische Locomotive mit der Kraft von N Maschinen-Pferden z Stunden lang, also durch 3600. z Secunden arbeiten, so beträgt die Arbeit, welche sie zu leisten hat, offenbar: 75.3600.N.Z Meter-Kilogramm. So viel Arbeit muss also der Elektromotor an das Treibrad abgeben. Dieser erhält aber seine Energie vom Accumulator, und da derselbe für jedes Kilogramm des Gewichtes seiner Platten: 5 . 10:i Meter-Kilogramm Energie liefert, und dieses Gewicht a Kilogramm beträgt, so liefert der Accumulator eine Arbeit von 5.10³. a Meter-Kilogramm. Es muss also die Gleichung bestehen: 5 . 10’. a = 75.3600 . N . z, aus welcher sich ergibt:

a = 54 . N . z

.    .    (134

eine Formel zur Berechnung des Gewichtes der Elektroden des Accumulators einer elektrischen Locomotive, welche eine Stunde lang mit einer Kraft von N Maschinen-Pferden arbeiten soll.

Hier bezeichnet also:

a ...das Gewicht der Accumulatorplatten, in Kilogramm;

N...den Nutzeffect der elektrischen Locomotive, in Pferdekräften; z ... die Arbeitsdauer der elektrischen Locomotive, in Stunden.

Eine elektrische Rangir-Locomotive benöthigt sonach pro Stunde und Pferdekraft eines Accumulators, dessen Plattengewicht 54 Kilogramm beträgt. Eine elektrische Rangir-Locomotive, welche eine Stunde lang mit der Kraft von 15 Pferden arbeiten soll, bedarf sonach eines Accumulators, dessen Gewicht 54 . 15 = 810 Kilogramm beträgt.

Das Blei der Accumulatorplatten ist ein künstlich gelockertes Blei, das specifische Gewicht eines solchen schwammigen Bleies beträgt 5. Die

810

-== 162 5

Platten, welche 810k° wiegen, werden sonach einen Raum von

Liter einnehmen, und da man der Schwefelsäure ebensoviel Raum lassen muss,¹) so beträgt der Raum des Kraftbehälters: 162 + 162 = 324 Liter, oder 0'33m‘, also Vs Cubik-Meter. Der Energie-Behälter einer mit 15 Maschinen-Pferdekräften arbeitenden elektrischen Locomotive beträgt sonach an Volumen nur: V₃ : l'l = 0‘3 des Behälters einer gleich starken Regenerativ-Locomotive. Der Energie-Behälter ist also erheblich kleiner geworden, doch ist man in dieser Richtung noch nicht an die Grenze gelangt, wie sofort zu ersehen, sobald erwogen wird, dass derselbe Strom, welcher zum Laden des Accumulators verwendet wurde, directe in den Elektromotor geleitet werden kann, in welchem Falle dann der Accumulator wegfällt, ein Energie-Behälter sonach gänzlich entbehrlich wird.

In einem solchen Falle wird die Arbeit der Strom liefernden Maschine (Generator) directe, das heisst, ohne Zuhilfenahme des Accumulators auf den Elektromotor übertragen, welcher auf den Wagen aufmontirt wurde.

ł) Dingler. Polytechnisches Journal 1885, Bd. 257, pag. 461.

Der elektrische Strom des Generators wird also zur Bethätigung des Elektromotors, mithin zur Bewegung der Locomotive directe verwendet. Circulirt ein Strom, so wird der Elektromotor eine fortschreitende Bewegung erhalten, während der Generator unverrückt an seiner Stelle verbleibt; da hierdurch die Distanz zwischen beiden geändert wird, so muss die Zuleitung, durch welche der Strom vom Generator zum Elektromotor gelangt, entsprechend eingerichtet sein.

§. 84.

Nutzeffect elektrischer Locomotiven.

Die erste Bahn, welche nach dem Kraftübertragungsprincipe ausgeführt worden war, zeigte Siemens (1879) auf der Gewerbe-Ausstellung zu Berlin. Der Strom lief durch die Schienen, auf welchen der Wagen mit dem Elektromotor rollte, und war das Arrangement derart getroffen, dass der vom Generator kommende Strom durch die eine Schiene zum Rade des Wagens gelangte, auf welchem der Elektromotor aufgestellt war; von da an floss er durch die Achse des Wagens, welche in ihrer Mitte durch ein isolirendes Zwischenstück getheilt war, in die Windungen des Elektromotors, deren Ende mit dem zweiten Theile der Achse verbunden war, so dass der Strom in diesen Achsentheil und von da in das zweite Rad und den andern Schienenstrang gelangen konnte, von wo er in den Generator zurückfloss, wodurch der Stromlauf geschlossen war.

Eine solche Bahn steht seit 1880 zwischen Berlin und dem Cadetten-Institute Lichterfelde in Betrieb und war auch zur Zeit der elektrischen Ausstellung in Wien (1883) zu sehen gewesen.

Da jedoch die Theilung der Achse die Betriebssicherheit gewiss nicht vergrössert, so dachte man daran, den Strom des Generators nicht mehr durch die Schienen, sondern durch eine besondere Leitung dem Elektromotor zuzuführen. Zu diesem Zwecke wurde längs der Bahn eine ihrer ganzen Länge nach unten aufgeschlitzte Röhre auf Telegraphensäulen geführt, in welcher sich ein Piston bewegte, welcher seinerseits durch ein Kabel mit dem Elektromotor derart in Verbindung stand, dass der fortschreitende Wagen den Piston nach sich ziehen konnte. Der elektrische Strom durchfloss die Röhre, kam in den Piston, von da durch das Kabel zum Elekto-motor, von wo er durch die Laufschienen wieder zum Generator gelangte.

Eine solche Bahn war zur Zeit der Pariser Ausstellung (1881) zu sehen und steht seit Anfang 1884 nächst Wien zwischen Mödling und der Brühl im Betriebe.

Eine dritte Zuführungsart ist in Irland bei Portrush zu sehen, hier wurde zwischen den beiden Laufschienen ein Canal gegraben, in welchem eine dritte den beiden ersteren parallele Schiene eingelegt wurde. Diese Schiene führt den Strom zu und überträgt ihn auf ein besonderes Contactrad, welches auf ihr rollt und den Zweck hat, den erhaltenen Strom dem Elektromotor zuzuführen, von wo derselbe in die Laufschiene gelangen und durch diese zum Generator zurückkehren kann.

Die Locomotiven, welche nach dem Kraftübertragungs-Principe gebaut sind (Elektromotoren wurden sie soeben genannt), haben den Nachtheil, dass bei gegebener elektromotorischer Kraft des Generators, die Nutzkraft derselben von der Länge der Bahn abhängt.

Es besteht nämlich zwischen der elektromotorischen Kraft e, der zu leistenden Arbeit^ und der Länge / der Bahn, der nachstehende Zusammenhang¹): e= 10]/p . sobald e in Volt, p in Meter-Kilogramm und l in Kilometer ausgedrückt wird. Bezeichnet man den Nutzeffect der elektrischen Locomotiven mit N und drückt denselben in Pferdekräften aus, so ist: p

-CI

— = N, und man erhält für diesen Fall:

N = =r.

e²

7500.1

.    .    (135

eine Formel zur Berechnung des Nutzeffectes einer auf dem Principe der Kraftübertragung construirten elektrischen Bahn.

In dieser Formel bezeichnet also:

N...den Nutzeffect der elektrischen Locomotive in Pferdekräften; l ... die Länge der elektrischen, nach dem Principe der Kraftübertragung construirten Bahn, in Kilometern; e . . . die elektromotorische Kraft, in Volt.

Sieht man die Spannung von 1000 Volt als die äusserste Grenze an, bis zu welcher die Spannung des elektrischen Stromes gesetzlich getrieben werden kann, so geht die vorstehende Formel 135 über in die nachfolgende :

©»

.    .    (136

in welcher sonach bezeichnet:

N...den Nutzeffect der elektrischen Locomotive, in Pferdekräften; l . . . die Länge der elektrischen Bahn, in Kilometern.

Man sieht sonach, dass der Nutzeffect einer nach dem Principe der Kraftübertragung gebauten Locomotive mit der Länge der zu befahrenden Strecke abnimmt.

Ist die elektrisch zu betreibende Bahn nur ein Kilometer lang, so kann man bei obgedachter Spannung (1000 Volt) Locomotiven erhalten, welche mit 135 Pferdekräften arbeiten. Auf einer 5km langen Bahn sinkt

135

der Nutzeffect bereits auf:

— 27 Pferdekräften herab.

Eine elektrische Locomotive, welche mit einer Kraft von 15 Maschinen-Pferden arbeiten soll, setzt sonach eine Bahn voraus, welche nicht länger 135

sein kann als :

15

= 9 km.

1885, pag. 97.

*) Gostkowski. Elektricität als Betriebskraft auf Eisenbahnen. Zeitschrift für Elektrotechnik,

Und dies ist der Grund, dass die bis jetzt ausgeführten elektrischen Bahnen nur äusserst kurz sind, wie dies beispielsweise aus der folgenden Zusammenstellung entnommen werden kann:

Name der Bahn

Grösste

Länge    Steigung in

in    Millimetern

Kilometern pro Kilometer

Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde

Stromstärke in Ampère

Elektro-

Gesammt- motor. Kraft widerstand des in Ohm Generators in Volt

Mödling-Brühl

Lichterfelde

Beuthen

Portrush

1-5

7-0

0-8

IO;0

CO 4s. Ol Ol

►— ó di cä

I CO I 4-I -ci 1 O

0-7

1-6

P5

350

90

1000

500

Aber selbst auf einer so kurzen Bahn haftet dem nach dem Principe der Kraftübertragung eingerichteten elektrischen. Betriebe der Nachtheil an, dass die Dampfmaschine, welche den Generator treibt, 100, der Generator dagegen 1600 Umdrehungen pro Minute macht, sowie dass die Geschwindigkeit des Elektromotors, welche 1400 Umdrehungen beträgt, in einem solchen Verhältnisse auf die Räder der elektrischen Locomotive übertragen werden muss, dass diese nicht mehr als 200 Umdrehungen pro Minute ausführen. Wir haben sonach vom Dampfmotor auf den Generator eine Vergrösserung der Geschwindigkeit von 1:16, vom Elektromotor auf das Wagenrad eine Verkleinerung von 1:7 auszuführen, was zur Vereinfachung der Construction gewiss nicht beiträgt.

Dagegen muss bemerkt werden, dass der elektrische Betrieb es gestattet, jeden einzelnen Wagen das Zuges gewissermassen zu einer kleinen Locomotive zu machen, es also ermöglicht, das Adhäsionsgewicht, welches zur Führung des Zuges unerlässlich ist, auf den ganzen Zug zu vertheilen, was beim Dampfbetriebe unthunlich ist, da hier das ganze Adhäsionsgewicht in der Zugslocomotive concentrirt ist.

Die Möglichkeit der Vertheilung des Adhäsionsgewichtes auf sämmt-liche Achsen des Zuges trägt aber sehr wesentlich zur Schonung des Oberbaues bei. Die Belastung der Treibräder einer Dampf-Locomotive unterliegt nämlich während der Fahrt unausgesetzten Aenderungen ihrer Grösse, welche Aenderungen so weit gehen, dass die Radbelastung der Locomotive während der Fahrt nicht selten doppelt so gross ausfällt als während des Stillstandes.

Diesen dampfhammerähnlichen Einwirkungen der Treibräder auf die Schienen, sowie den ungleichen Abwicklungen zwangsläufig unter einander verbundenen Locomotivräder, ist es zuzuschreiben, dass der Oberbau unter einmaliger Durchfahrt einer schweren Dampf-Locomotive oft mehr leidet, als unter dem Durchgänge hunderter von Wagen mit freilaufenden und geringer belasteten Achsen.¹)

ł) Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, Berlin 1890, pag. 244.

.

.

• ••

-

. :: •

DER ZUG.

VIII. ABSCHNITT.

Die Eisenbahnfahrt.

§• 85.

Die ersten Fahrten auf dem Schienenwege.

Bis tief in die Neuzeit hinein sehen wir den Verkehr der Menschen und Güter fast ausschliesslich auf dem Rücken der Thiere sich vollziehen. Reisen werden nur wenige gemacht, und das sind Berufsreisen der Beamten, der Kaufleute, der Gelehrten (um Einsicht in Manuscripte und Bücher zu nehmen). Vergnügungsreisen kennt man nicht. Männer und Frauen machen die Reisen zu Pferde oder auf Mauleseln. Minister reiten zu Hofe, Rathsherren zur Sitzung.

Noch zu Anfang des XVI. Jahrhunderts (1588) verbietet Herzog Julius von Braunschweig seinen adeligen Vasallen, der Kutschen sich zu bedienen, weil derlei Fahrten nur Faullenzern zukommen, und überdies durch Fahrten in Kutschen die männlichen Tugenden (Redlichkeit und Tapferkeit) beeinträchtigt werden.

Die werthvollsten und praktischesten Anregungen bezüglich des Postverkehres gehen von England aus; dieses führte zuerst, und zwar schon im XVII. Jahrhundert die Eilpost, de »flying coach« ein, welche den Weg in der Hälfte der Zeit, welche die schwere »Stage coach« braucht, zurücklegt, sie verkehrt bald von London nach allen grossen Städten und auf allen Stationen ist für gute und schnelle Bewirthung und Unterkunft gesorgt. Zur selben Zeit führt eine Privatgesellschaft die »Penny-Post« in London ein, die aber wegen ihrer Billigkeit, als eine Schädigung des Monopols, unterdrückt wird.

Die 1784 von Palmer erfundenen »Malles postes« wurden vom Convent in Frankreich und dann auch in Deutschland eingeführt. Diese vierspännigen, gelblackirten Cabrioletwagen mit dem eisernen Koffer am Rücken, welche vorschriftsmässig zwei Meilen pro Stunde zurücklegen müssen, sowie die ebenfalls aus England stammende »Mail coach« und die leichte, bequeme »Berline«, welche bereits 16 Kilometer in der Stunde zurücklegen, bleiben lange Zeit hindurch das beste Beförderungsmittel.¹)

Als Zugkraft werden ausschliesslich Pferde verwendet. Erst gegen Ende des XVIII. Jahrhunderts (1759) taucht die Idee auf, die Kraft des Dampfes zur Fortbewegung der Fuhrwerke zu verwenden. Wir sehen nämlich

]) Walter. Aus der alten Zeit der Habsburger. Neues Wiener Tagblatt, 17. März 1877.

(1769) Cugnot's Dampf-Droschke die Strassen von Paris durchziehen. Die Droschke verunglückte zwar, doch der Gedanke, bei Strassenfuhrwerken animalische Kraft durch Maschinen zu ersetzen, blieb nicht erstorben. Watt’s berühmtes Patent vom Jahre 1784 verräth nämlich die Absicht des Erfinders, ein mit Dampf betriebenes Strassenfuhrwerk zu bauen; doch kam dessen Idee nicht zur Ausführung, weil dessen Princip, nur niedergespannten Dampf anzuwenden, nothwendig zu Dimensionen führen musste, welche die Beweglichkeit einer jeden derartigen Maschine im Vorhinein lahm legen würden.

Aus diesem Grunde hatten die Ideen des Amerikaners Evans, hochgespannte Dämpfe zur Anwendung zu bringen, weit mehr Aussicht auf Erfolg, obwohl es auch diesem Ingenieur nicht gelang, sie zu realisiren, weil er Niemanden finden konnte, der die Kosten des Baues einer solchen Reisemaschine tragen wollte. Erst später (1799) kam eine solche Maschine wirklich zu Stande, und tauchten nach derselben noch so manche Con-structionen auf, doch wollte keine derlei Maschinen sich so bewegen, wie man dies von der Kraft des Dampfes glaubte erwarten zu sollen.

Der Dampf lieh zwar dem Wagen Schwingen,') doch gestatteten ihm diese noch nicht den sicheren Flug. Unbeholfen blieb das Dampfross am holperigen Pfade, bis ein Genie es mit dem Gleise vermalte. Wie jeder Charakter ein Product seiner Zeit, so tritt uns auch in Richard Trevetliik, dem grossen, phantastischen Geiste, der diese epochemachende Vereinigung vollzog, ein solcher entgegen.

Trevetliik baute nämlich ( 1804) eine Reisemaschine, doch Hess er sie nicht auf der holperigen Strasse, sondern auf glatter .Schiene laufen, und dies war, wie gesagt, ein mächtiger Schritt nach vorwärts. Leider brachen aber unter der schweren Last der Reisemaschine die gusseisernen Schienen so häufig, dass sich Trevetliik genöthigt sah, leichtere Maschinen zu bauen. Solche konnten aber wieder nur eine geringe Adhäsion ausüben, denn hing man einer solchen Locomotive viele Wagen an, oder galt es grössere Steigungen zu überwinden, so drehten sich ihre Räder, sie selbst aber bewegte sich nicht von der Stelle.

Dies führte auf den Gedanken, dass die Reibung zwischen Locomotivrad und Schiene (Adhäsion) unzureichend sei, um der Locomotive eine solche Kraft im Fortschreiten zu geben, welche nöthig ist, damit die Maschine ausser ihrer eigenen Last, auch noch Wagen ziehen könne. Der vorgefassten Meinung, man müsse die Adhäsion künstlich vergrössern, Folge gebend, construirte man Maschinen mit verzahnten Rädern, welche durch die Kraft des Dampfes auf einer gezahnten Stange sich bewegten (Blenkinsop 1811). Auf einer derartigen Zahnstange ging jedoch die Fahrt nur schwerfällig von Statten, statt auf dem Gleis zu fahren, fuhr man fast stets aus dem Gleis heraus, und dies hatte zur Folge, dass einer solchen Locomotive stets Pferde nachgeschickt werden mussten, um die Maschine, wenn sie entgleisen wird, nach Hause bringen zu können. Die Arbeiter bezeichneten diese Förderungs weise als eine Plage, die Nachbarn verlachten die betriebsamen Eigenthümer der Kohlenwerke und die öffentliche Meinung sprach den Dampffahrten jedwede Zukunft ab.")

'•) Steiner. Bilder aus der Geschichte des Verkehres, Prag 1886, pag. 50.

'-) Steiner. Bilder aus der Geschichte des Verkehres, Prag 1886, pag. 88-92.

Erst die durch Blackett (1814) angebahnte Erkenntniss, dass es einer Zahnstange gar nicht bedürfe, um vorwärts zu kommen, sobald nur die nöthige Anzahl glatter Locomotivräder zur Bewegung auf glatter Schiene herangezogen wird, brachte in die Eisenbahnfahrten eine Sicherheit, welche Stephenson (1825) zu dem prophetischen Worte veranlasste, dass der Tag kommen werde, wo die Postkutsche auf den Schienen gehen und man mit dem Dampfwagen billiger als zu Fuss wird reisen können.

Den ersten Anlass, bei welchem die Postkutsche thatsächlich auf den Schienen rollte, und durch die Kraft des Dampfes getrieben wurde, gab die am 27. September 1825 erfolgte Eröffnung der Stockton-Darlington Eisenbahn. Der Eröffnungszug bestand aus sechs mit Kohle und Mehl beladenen Wagen, einer Postkutsche für das Directorium und die geladenen Gäste, 21 mit provisorischen Sitzen für Passagiere eingerichteten Wagen und schliesslich aus 6 Kohlenwagen. Die Zahl der mitfahrenden Personen betrug 450, und man fuhr mit einer Geschwindigkeit von 14km pro Stunde.

Doch hatte man die Tragweite der neuen Erfindung noch nicht erkannt, behauptete man doch im belgischen Abgeordnetenhause, dass die Beförderung der Reisenden auf einer Eisenbahn nichts Anderes, als eine Luxussache sei, da die Locomotive keinesfalls des Nachts fahren könne,¹) und Harrison, einer der bedeutendsten Parlamentarier Englands, sprach sich gelegentlich der Ertheilung der Concession für den Bau der Liverpool-Manchester Bahn (1826) folgendermassen aus: »Jeder Theil des vorgelegten Projectes zeigt, dass dieser Mann (Georg Stephenson) nichts versteht. Würden wir der Original-Vorlage Glauben schenken, so hätten wir 12 (englische) Meilen in der Stunde mit Hilfe des Teufels zu galoppiren, des Teufels, der als Postillon an der Vorderplatte die Gestalt der Locomotive angenommen hat. Jeder frische Wind wird die Locomotive hemmen, sei es durch Stören des Feuers oder durch Festhalten des Dampfes. Ein Regenguss wird die Bahn, aufhalten, und Schnee wird sie gänzlich zum Stillstände bringen.«

Die Londoner »Beware the Rubbler«-Zeitung schrieb (1831): »Der Mangel an Bequemlichkeit längs der Linie würde Kranke, Damen und Kinder von Eisenbahnreisen abschrecken, es sei denn, dass die Eisenbahn-Directoren auf ihre eigenen Kosten Gasthäuser erbauen. Geschäftsreisende werden die Eisenbahnen niemals benützen. Der Vergnügungsreisende wird ebenfalls die Post vorziehen, und zwar wegen der fröhlichen Reisegesellschaft und der guten Mahlzeiten. Keiner vom Adel oder von den Vornehmen, welche eigene Equipagen besitzen, werden am Schwänze einer Reihe von Wagen gezogen sein wollen, deren Eisenstangen mit einem Gelärme klappern, welches alle Glocken des Districtes übertönt. Aber auch derjenige, welcher keine Equipage hat, wird keine Veranlassung haben, eine solche unsichere Fahrgelegenheit zu benützen.«

Und doch³) bezeichnet der Tag der Eröffnung der Liverpool-Manchester Bahn, der 15. September 1830, für alle Zeiten den Anfang des Reisens auf Eisenbahnen. Seit jener Stunde war es nämlich den Einsichtsvollen nicht mehr zweifelhaft, dass das Reisen der Zukunft ein Reisen per Locomotive auf Schienenbahnen sein werde.

') Civil-Ingenieur, Leipzig 1886, pag. 85. ²) Civil-Ingenieur, Leipzig 1886, pag. 83.

22*

Unter all den Wundern, welche unser Jahrhundert hervorgebracht hat, nimmt die Locomotive den ersten Rang ein. Sie hat auf der Erdkugel die grösste politische, merkantile und sociale Umwälzung hervorgebracht, deren Andenken die Annalen der Menschheit bewahren.¹)

Dem Beispiele Englands folgte zuerst Amerika durch Eröffnung der Eisenbahn Albany-Scherectady, welche Eröffnung am 31. Juli 1832 stattfand. Hierauf kam Belgien mit der am 5. Mai 1835 eröffneten Bahn Brüssel-Mecheln. Einige Monate später (7. December 1835) eröffnete Deutschland die Bahn von Nürnberg nach Fürth und am 23. November 1837 übergab Oesterreich eine Theilstrecke der Kaiser Ferdinands-Nordbahn dem öffentlichen Verkehre.

Die traurigen Folgen²) der lang andauernden Kriege des laufenden Jahrhunderts lasteten damals schwer auf Oesterreich, das Capital, durch die in Folge der finanziellen Krise hervorgerufene Veränderung so vieler Einkommens- und Vermögens-Verhältnisse vorsichtig gemacht, scheute zurück vor Investitionen zu industriellen Zwecken, der Handel, durch lästige Zollschranken auf ein beschränktes Verkehrsgebiet gewiesen, bewegte sich in engen Grenzen, und das Reisen beschränkte sich bei der äusserst strengen Handhabung der complicirtesten Passvorschriften auf das Allernothwendigste. Bedurfte man doch zu einer Reise von Wien nach Brünn (Entfernung 144km) zweier Pässe und dauerte eine solche Fahrt je nach Fahrbarkeit der Strasse 2 — 3 Tage!

Bei diesem Stande der Dinge und zu einer Zeit, wo auf dem Continente von Eisenbahnen noch nicht die Rede war, gehörte mehr als gewöhnlicher Muth, mit dem Projecte einer Eisenbahn hervorzutreten. Diesen Muth besass Professor Gerstner, indem er (1825) eine Bahn projectirte, welche bestimmt war, die Moldau mit der Donau zu verbinden, und zur Ausfuhr des Salzes aus dem Salzkammergut dienen sollte.

Weitergehend war das (1829) ausgearbeitete Project des Professor Riepl in Wien, ein Project, das in seiner Grossartigkeit alle bis dahin in, fremden Ländern, selbst im Mutterlande der Eisenbahnen Versuchte weit überragte; es war dies das Project des Baues einer 5001<m langen Linie von Wien nach den galizischen Salzbergwerken in Bochnia. Die Grossartigkeit des Projectes, der Muth seines Schöpfers, nicht minder dessen feurige und überzeugende Beredsamkeit, welche dem heftigen Anpralle der mächtigen, allen Fortschritt fürchtenden Factoren siegreich Stand zu halten wusste, errangen Bewunderung weiterer Kreise, und nicht lange dauerte es, so war die Idee zur That geworden, denn die erste Baustrecke dieser Bahn, von Wien bis Wagram, war bereits im Spätherbste 1837, nach kaum 8 Monaten Bauzeit, mit Ausnahme der Donaubrücken vollendet, so dass bereits am 19. November 1837 Probefahrten zwischen Wagram und Floris-dorf vorgenommen werden konnten.

Der erste Probezug, zü welchem Gäste geladen wurden, verkehrte von Florisdorf ab am 23. November 1837, derselbe wurde durch Stephenson’s Locomotive Austria geführt. Die Fahrt dieses aus 8 Wagen bestehenden, 164 Personen führenden Zuges gewährte, wie ein Zeitgenosse in der Wiener «Allgemeinen Theater-Zeitung« vom 25. November 1837 schrieb, »einen imposanten

ł) Aus der Festrede des Bürgermeisters von Charleroi, Herrn Audent, gehalten aus Anlass des fünfzigjährigen Jubiläums der belgischen Staatsbahnen. August 1885.

²) Die ersten fünfzig Jahre der Kaiser Ferdinands Nordbahn. Wien 1887, pag. 7, 9, 10, 12, 50.

Anblick, Jubelgeschrei und freudiger Zuruf erscholl ihm von allen Seiten, man begrüsste ihn mit Freudenschüssen, Schwenken der Hüte u. s. w. und rings zeigte sich der lebendigste Antheil an der interessanten Fahrt. . . . Die Bewegung selbst ist für den Fahrenden von der angenehmsten Art. In den bequemen Sitzen ruhend, ohne die geringste Erschütterung, so dass man während der Fahrt bequem lesen kann, gewahrt man die ausserordentliche Schnelligkeit nur an dem magischen Vorübergleiten der an der Bahn stehenden Zuschauer, welche wie in einer laterna magica erscheinen und verschwinden.«

Ein anderer Augenzeuge¹) schreibt von dem zweiten gleichfalls von Florisdorf abgelassenen

Probezuge :

»Die Equipagen entledigten sich ihrer Insassinnen und manche nervenschwache Heldin bestieg, jegliche Gefahr vergessend, todesmuthig und lebenslustig zugleich den hohen Damm, auf welchem das qualmende Vorwärtsbewegungsgeräthe stand. Sausend und brausend und gährend und zischend schoss es in unheimlich weissen Strahlen und Perlen aus allen Fugen der Maschine hervor, als sträube sie sich gegen den Lauf, den ihr der Mensch, ihr Schöpfer, vorgezeichnet. Da wurde von einem der drei Söhne Albions, welche das Dampfwunder lenkten, das Ventil geöffnet. Ein heulender markdurchdringender Pfiff schallte aus dem Eingeweide hervor, der letzte Schrei des von Menschenkraft besiegten Elementes, und Rauch speiend, wie das Gespann des Pluto, schoss es mit seiner angehefteten Last .auf den metallenen Gleisen dahin und schnob gewaltig und rauchte gespenstig und dampfte wie die Nüstern des Cerberus.«

Die eigentliche Eröffnung fand erst am 6. Jänner 183 8 statt und zwar von Wien aus. Der Eröffnungszug bestand aus 10 Wagen, in welchen 218 Personen Platz genommen hatten und wurde von Stephenson’s Locomotive »Moravia« geführt, die regelmässigen Personenfahrten begannen jedoch erst Mitte April 1838.

§. 86.

F ahrgeschwindigkeit.

Die Schnelligkeit der Eisenbahnfahrt hatte nicht nur Anfangs, als Eisenbahnen gebaut wurden, sondern sie hat heute noch etwas so Blendendes, dass man sie als Werthmesser für den technischen Fortschritt der Eisenbahnen ansieht, doch geschieht dies mit Unrecht weil die Fahrgeschwindigkeit nur ein Theil des Ganzen ist, nach welchem eine Eisenbahnfahrt beurtheilt wrerden müsse. Das Ganze ist aber das Potential, d. h. die Arbeitsfähigkeit der Locomotive, und diese setzt sich aus Factoren zusammen, von denen nur einer die Fahrgeschwindigkeit ist.

Das Arbeitsvermögen, d. i. die mechanische Arbeit, welche eine Locomotive jede Secunde zu verrichten im Stande ist, wird nämlich durch das Product aus dem pro Secunde durchlaufenen Wege und dem Widerstand dargestellt, welcher während dieses Weges durch die Kraft der Locomotive bewältigt wird.

Bezeichnet man die Secunden-Arbeit einer gegebenen Locomotive mit A, das Gewicht des Zuges, welchen sie führt mit G, die Fahrgeschwindigkeit mit c und den pro Einheit des Zugsgewichtes entfallenden Widerstand mit w, so hat man: A = w.G.c für jene Relation, welche, zwischen Arbeit, Fahrgeschwindigkeit, Zugsgewicht und Bewegungswiderstand besteht. Aus dieser Relation ist ersichtlich, dass die Leistungsfähigkeit (Secunden-Arbeit) einer Locomotive aus drei Factoren (iv, G und c) besteht, von denen einer die Fahrgeschwindigkeit ist.

Wenn also auf einer Bahn vom gegebenen Widerstande die Züge schnell verkehren, so kann dies nur auf Kosten ihres Gewichtes geschehen,

²) Fitzinger. Zeitschrift »Der Wanderer« vom 29. November 1837.

es hat also durchaus keinen Werth, zu sagen: auf dieser Bahn verkehren die Züge schneller als auf jener, sobald nicht gleichzeitig nachgewiesen wird, dass die Bewegungswiderstände der einen Bahn ebenso gross sind, wie jene der anderen, und dass die Zugsgewichte in beiden Fällen dieselben sind.

Aus diesen Gründen kann die Fahrgeschwindigkeit allein einen Vergleichs-masstab für die Leistung einer Locomotive unmöglich abgeben; als ein solcher kann nur die Grösse der mechanischen Arbeit angesehen werden, welche verrichtet werden muss, um auf einer gegebenen Bahnstrecke ein und dasselbe Zugsgewicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu führen. Da aber ein bestimmtes Quantum Arbeit dasselbe ist, ob es in England oder in Oesterreich zur Verausgabung gelangt, so ist ersichtlich, dass man in Oesterreich wird genau so schnell fahren können als in England, denn hier und dort muss für ein und dieselbe Arbeit das Product aus Widerstand, Gewicht und Geschwindigkeit dasselbe sein.

Die Reisegeschwindigkeit, d. h. das Verhältniss des durchlaufenen Weges zur Fahrtdauer (einschliesslich der Aufenthalte in den Stationen) kann daher auf den verschiedenen Bahnen sehr verschieden sein, obwohl die Arbeit der Locomotiven, welche die betreffenden Züge führen, gleich gross ist.

Aus der nachfolgenden, auf Grund des Sommerfahrplanes des Jahres 1889 zusammengestellten Tabelle sind die Reisegeschwindigkeiten einiger Züge in Oesterreich, Deutschland, Italien und Frankreich zu entnehmen:

Die Reisegeschwindigkeit beträgt in Kilometern pro Stunde

j! Kilometer

Strecke

Kilometer j

Strecke

Wien—Triest.......................

»    —Budapest (via Bruck).......

»    — Eger........................

» -Neustadt ...................

»    —Salzburg...................

» —Prag (Franz Josefs-Bahn)...

»    — Simbach...................

» —Budapest (via Pressburg) ..

»    —Brünn (Nordbahn) .........

Brünn—Prag......................

Berlin—Stuttgart . . »    —Frankfurt .

>.    - Rostock ...

» —Breslau ... »    — Stargard ...

»    - Königsberg

»    - Köln.......

»    —Dresden....

» —Bamberg ... »    —Hannover ..

Rom - Ancona . » —Brindisi. » —Verona . » —Bologna » —Mailand. » —Genua .. » —Turin ... » —Venedig » —Neapel.. » —Florenz .

Paris—Köln......

» —Calais.....

» —Brüssel ...

» —Havre.....

» —Basel.....

» —Marseille..

» —Lyon......

• » —Strassburg »    —Bordeaux .

» —Orleans ...

agsggggggè

In der vorstehenden Tabelle wurde für jede der dort angeführten Bahnstrecken aufs Geradewohl ein beliebiger Schnellzug herausgegriffen. Unterzieht man sich jedoch der Mühe und bildet für jede einzelne Bahn das Product aus allen auf dieser Bahn während einer Saison verkeilenden Schnellzügen und der Länge der betreffenden Strecken, dividirt sodann die so erhaltenen

Zugskilometer durch die Summe der Fahrzeiten (inclusive der Aufenthalte) der betreffenden Züge, so erhält man auf diese Art die mittlere Reisegeschwindigkeit der betreffenden Bahn.

Durch dieses Verfahren gelangt man zu der nachstehenden, für Oesterreich gütigen, auf die Sommer-Fahrordnung des Jahres 1888 sich beziehenden Tabelle¹):

Eisenbahn

Zugs

kilometer

Reisedauer der verkehrenden geschwindigkeit I Schnellzüge, in Kilometer in Minuten

Reise-

pro Stunde

Südbahn

Buschtëhrader Bahn Nordwestbahn Ungarische Staatsbahnen Oesterr. Staatsbahnen Staatseisenbahn-Gesellschaft Nordbahn

4042

5764

42-1

297

399

44-0

1420

1804

47-0

3084

3784

48-6

6584

6528

1278

8062

7614

1456

49T

57-4

526

Auf dieselbe Art gerechnet erhält man für mittlere Reiseschnelligkeit in :

Die schnellsten Züge in Oesterreich sind der Eilzug in der Strecke : Budapest—Belgrad

Wien—Brünn.....

Prag—Gmünd.....

Brünn—Bodenbach Wien—Orsowa....

Oesterreich-Ungarn Süddeutschland ...

Belgien ... Holland ... Frankreich

England

57’8 Kilometer pro Stunde .61-0 »

64-0

65-9

69-0

Für die schnellsten .Züge in Europa hält man jene, welche zwischen Schottland und Irland verkehren, da sie, obwohl die Grampian-Berge zu übersteigen sind, immer noch mit 99km pro Stunde fahren, doch haben derlei Vergleiche, wie bereits erwähnt, im Allgemeinen nur wenig Werth und wären nur dann berechtigt, wenn es sich beim Schnellzugsbetriebe ausschliesslich um den Sport handelte, einen Zug auf eine gegebene Distanz in der kürzest erreichbaren Zeit zu befördern.

Da es sich aber nicht um einen Sport, sondern um Verkehrsbewältigung handelt, so wird der Werth eines Schnellzuges nicht von der reinen Fahrzeit, sondern auch von der Zahl der Reisenden und dem Umfang der Güter (Post) abhängig zu machen sein, denen er die rasche Beförderung bietet, d. h. von der Zahl und Ausstattung der mitgeführten Wagen, sowie der Zahl der dem Schnellzugverkehre erschlossenen Ortschaften, also der Anlaufstationen. Alle diese Dinge, Hindernisse, Zugsgewicht und Anlaufstationen sind aber von einem so maassgebenden Einflüsse auf die reine Fahrzeit zwischen den Endzielen eines Zuges, dass, wenn sie bei Beurtheilung der Leistungen einzelner Verwaltungen und Länder im Schnellzugsbetriebe ganz ausser Acht gelassen werden, eine solche Beurtheilung ihre praktische Bedeutung vollkommen einbüsst.')

So erfreut sich, um nur ein Beispiel anzuführen, England eines das ganze Jahr hindurch gleichbleibenden Massenverkehres, und dieser gestattet

denVerkehr vieler rasch aufeinanderfolgenden schnellfahrenden Züge, während in Oesterreich gerade das Gegentheil besteht, indem hier der Massenverkehr zumeist auf wenige Monate, ja sogar Wochen sich zusammendrängt und daher einen auf das ganze Jahr vertheilten gleichmässigen Schnellzugs-Verkehr geradezu ausschliesst.

Im Allgemeinen ist die Fahrgeschwindigkeit der Züge in einem fortdauernden Wachsthum begriffen, wie dies beispielsweise aus der folgenden Zusammenstellung der grössten Fahrgeschwindigkeiten zu ersehen ist, wie solche seit Eröffnung der österreichischen Nordbahn auf dieser Bahn prakticirt waren. Man fuhr nämlich im:

Jahre 1838 mit einer Geschwindigkeit von 26'0 Kilometer pro Stunde

«    30-5

»    42-0

» 48-5 » 56-0 » 59-5

Doch sind dies immer noch nicht die grössten Geschwindigkeiten, mit welchen die Züge auf Eisenbahnen gefahren wurden, fahren ja doch die Schnellzüge der Bristol-Exter Eisenbahn stellenweise mit 128km pro Stunde, und ist man bei Probefahrten noch schneller gefahren.

1848 «

))

))

))

1858 » 1868 » 1878 » 1888 »

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Um einen Vergleich der Geschwindigkeiten der Eisenbahnzüge mit anderen sonst vorkommenden Geschwindigkeiten zu geben, möge die nachstehende Zusammenstellung dienen:

Ein Mensch im Schritte .............

Halley’s Komet (in der Sonnenferne)

Schnellster Fluss....................

Luftballon (bei Windstille)..........

Schnell-Läufer......................

Eine Fliege.........................

Bicycle..............................

Eisläufer...........................

Rennpferd...........................

Bergstrom.........................

Schnellzug .........................

Brieftaube...........................

Orkan...............................

Schwalbe...........................

Schall in der Luft...................

Kanonenkugel.......................

Fluthwelle..........................

macht    1-25 Meter    pro    Secunde

»    3-00    »    »

»    4-00    »    »    »

6-40

7-10

7-60

9-70

11-60

12-60

14-30

16-70

27-50

45-00

67-00

333-00

500-00

800-00

Die ersten Eisenbahnen Englands konnten keine grossen Geschwindigkeiten anwenden, weil die Räder der damaligen Wagen, nach Art der Strassenfuhrwerke nur lose auf ihren Achsen sassen,¹) daher deren Parallel-lismus nur schwer oder gar nicht zu erhalten war, die Kraft der Maschine auf die von einander unabhängigen Räder nur einseitig wirken konnte, wodurch die Regelmässigkeit des Laufes beeinträchtigt, eine Schmierung der Achsen mit flüssiger Schmiere fast unmöglich wurde, und endlich, weil die Achsen, auf welchen die Räder lose sassen, in Folge einseitiger Abnützung recht bald schadhaft wurden. Erst als man die Räder auf die zugehörige Achse festgekeilt hatte, so dass sie mit derselben ein festes Ganzes bildeten, d. h.

]) Gerstner. Mechanik, Prag 1831, Bd. L, pag. 610.

als man bewirkte, dass nicht die Räder um die Achse, sondern diese sammt ihren Rädern in der Pfanne umlief, konnte die Fahrgeschwindigkeit ver-grössert werden.

Die Locomotiven werden umso schneller laufen können, je weniger Theile sie aufweisen, welche miteinander verbunden sind, was zur Folge hat, dass Locomotiven bei denen 3 Achsen miteinander verkuppelt sind, bei sonst gleichen Umständen weniger schnell sein werden, als Locomotiven mit nur zwei verkuppelten Achsen (pag. 218).

Aus der nachstehenden Tabelle sind übrigens die bezüglichen Erfahrungsdaten zu entnehmen:

Es beträgt die zulässig grösste

Die Räder sind verkuppelt

4-fach j 6-fach 8-fach

Kolbengeschwindigkeit, Meter pro Minute Umdrehungszahl des Treibrades pro'Minute

300

250

200

260

200

160

Drückt man diese Geschwindigkeit in Metern pro Secunde aus, so

erhält man:

Gegenstand

Für Locomotiven mit verkuppelten Rädern

4-fach

6-fach

8-fach

5-00

4T6

333

433

333

2-66

wobei v die Kolbengeschwindigkeit in Metern pro Secunde, n hingegen die Anzahl der Umdrehungen des Treibrades der Maschine pro Minute bezeichnet.

Im Allgemeinen kann angenommen werden, dass die Fahrgeschwindigkeit der verschiedenen Locomotiven jenes Maass erreicht, welches aus der folgenden Tabelle zu entnehmen ist:

Fahrgeschwindigkeit in

Locomotive

pro

von

Metern

Secunde

I bis

Kilometern pro Stunde

von

bis

ungekuppelte 2 Achsen gekuppelt

20

25

72

90

18

25

65

90

13

18

45

65

Man kann behaupten, dass in Oesterreich die Züge mit jenen Geschwindigkeiten verkehren, welche aus der folgenden Tabelle zu entnehmen sind:

Eilzüge .......

Es kann gesagt werden, dass am Continente gefahren werden:

mit 75 Kilometer pro Stunde

Postzüge......

Güterzüge.....

Die Maximal-Geschwindigkeiten der Züge sind in den meisten Staaten durch ein Gesetz festgestellt. So schreibt beispielsweise das Eisenbahn-Polizei-Reglement in Deutschland (1872) die nachstehenden Maximal-Geschwindigkeiten vor:

12⁻5 Meter pro Secunde 20-8

Güterzüge . .

cmax —

25-0

von

bis

von

bis

Eilzüge Personenzüge Gemischte Züge Güterzüge

oi a> cd to

O IM IN CD C<|

to CO 4-00 to o Ol

io w ^ M IO Ol Ol Ol

Metern pro Secunde

Gattung der Züge

Fahrgeschwindigkeit in

Kilometer pro Stunde

Personenzüge Schnellzüge .

Nur ausnahmsweise darf, wenn besonders günstige Umstände obwalten, die Fahrgeschwindigkeit bis auf 90 Kilometer pro Stunde erhöht werden. Doch bedarf eine derartige Erhöhung einer ausdrücklichen Genehmigung der Aufsichtsbehörde.

In Oesterreich erlitt das Gesetz, welches die Maximal-Fahrgeschwindigkeit normirt, eine dreifache Modification, wie dies aus der nachstehenden Tabelle zu ersehen ist:

Die zulässig

grösste Fahrgeschwindigkeit

beträgt laut Verordnung vom Jahre [    1876

1852

1862

des Monates

für

16. November |    26. Jänner

18. October

Kilometer pro Stunde

Personenzüge

Güterzüge

<M 00 <o CO

75

38

80

40

Die maximale Fahrgeschwindigkeit beträgt sonach in Oesterreich für Personenzüge 22⁻2 Meter und Güterzüge 11 • 1 Meter pro Secunde und darf diese äusserste Grenze nur in Fällen der Gefahr oder bei Probefahrten überschritten werden.

Die gestatteten grössten Geschwindigkeiten werden übrigens selbst bei günstigen Bahnverhältnissen nur auf wenigen Bahnen angewendet, weil entweder die Bauart oder die Leistungsfähigkeit der in Verwendung befindlichen Locomotiven, die Beschaffenheit der sonstigen Fahrzeuge, die Zugstärke, wirthschaftliche Gründe oder endlich Verkehrsbedürfnisse die Einhaltung derselben nicht räthlich, beziehungsweise nicht nothwendig erscheinen lassen.

DTeberblickt man das bisher Gesagte, so wird sich Jedem die Frage aufdrängen, warum man auf Eisenbahnen nicht schneller als mit 25m pro Secunde fährt, ist ja doch die Geschwindigkeit der Kanonengeschosse 20mal so gross, und da könnte man doch wohl glauben, dass eine Geschwindigkeit von 100 oder 130lim pro Stunde nicht die äusserste Grenze sein wird, welche der Schnelligkeit der Eisenbahnfahrt gesteckt ist.

Vor Allem ist zu bemerken, dass die Leistungsfähigkeit einer Locomotive, wie dies bereits Eingangs dieses Paragraphen gesagt wurde, ein Product aus Zugkraft und Fahrgeschwindigkeit ist. Da dieses Product in der Heizfläche seinen Ausdruck findet, diese aber in der Achsbelastung der Maschine begrenzt ist, welche letztere wieder von der Widerstandsfähigkeit der Schienen abhängt, so ist ersichtlich, dass die Fahrgeschwindigkeit der Züge in letzter Instanz von der Stärke der Schienen abhängen wird.

Eine gegebene Schienenstärke vorausgesetzt, wird die Schnelligkeit der Fahrt durch die Natur des Dampfes begrenzt, wie dies die folgende Ueberlegung darthufi wird.

Die schnellsten Züge der Bristol-Exter Eisenbahn fahren, wie bereits bemerkt, stellenweise mit 128km pro Stunde, die Räder deren Locomotive drehen sich 320mal in der Minute um, so dass also die Cylinder derselben in dieser Zeit 640mal sich füllen und ebenso oft entleeren müssen; der Dampf muss also den Cylinder lOmal in der Secunde füllen und muss ebenso oft aus demselben entweichen. Jede Füllung und Entleerung braucht aber eine gewisse Zeit, und diese ist durch die Natur des Dampfes bedingt. Welche die kürzeste Zeit ist, die zum Füllen und Entleeren des Cylinders nothwendig ist, lässt sich theoretisch nicht gut bestimmen, doch bedarf es einer solchen Bestimmung kaum, weil wir ausser Stande sind, Räder zu bauen, die so schnell sich drehen könnten, als es der Dampf zulassen würde.

Während nämlich das Treibrad eine Umdrehung macht, legt der Kolben den Weg l (die Länge des Cylinders) 2mal zurück. Der Weg des Kolbens während n Umdrehungen des Treibrades beträgt somit 2 n / Centimeter. Macht das Treibrad n Umdrehungen pro Secunde, so beträgt der pro Secunde

Da aber (pag. 218) die Kolbengeschwindigkeit höchstens

250

durchlaufene Weg des Kolbens, d. h. die Kolbengeschwindigkeit, 2n./ Centimeter.

5m= 500 Centimeter betragen darf, so ist: 2 n . I = 500, woraus l sich ergibt.

Setzt man diesen Werth von / in die Formel 90 (§. 57, pag. 218) hinein, so erhält man:

C max

= 0*03 n . I) .    .

,    .    (137

eine Formel für die grösste Fahrgeschwindigkeit einer Locomotive.

Hier bezeichnet:

Cinax-die grösste zulässige Fahrgeschwindigkeit der Locomotive, in Metern pro Secunde;

11 . . die Anzahl der Umdrehungen, welche das Treibrad pro Secunde höchstens machen kann;

J)... Durchmesser des Treibrades, in Centimetern.

Man ersieht sonach, dass die Fahrgeschwindigkeit einer Locomotive durch die Höhe ihrer Treibräder begrenzt wird.

Die Erfahrung lehrt, dass das Treibrad wohl nur in Ausnahmsfällen mehr als 4 Umdrehungen pro Secunde ausführen können wird, wenn dessen Bau nicht leiden soll. Setzt man aber in die obige Formel n = 4, so erhält man in runder Zahl: cmax = -g' D, eine Formel für die Maximalgeschwindigkeit der Locomotive. Eine Locomotive mit 2 Meter = 200 Centimeter hohen Treibrädern = 25 Meter pro Secunde laufen.

könnte sonach mit

200

Wollte man mit der Geschwindigkeit des Schalles (c=333 Meter) fahren, so müssten die Treibräder eine Höhe von: 8 X 333 = 2664 Centimeter = 26‘6 Meter erhalten. Dies ist aber eine Dimension, welche praktisch unmöglich ist. Der Schwerpunkt von Rädern, welche bis zum Dache eines vier Stock hohen Hauses reichen, würde hoch liegen; um die Stabilität eines solchen Colosses zu erzielen, müsste die Spurweite entsprechend gross, der Unter- und Oberbau entsprechend stark gemacht werden. Der Kessel einer solchen Locomotive müsste gewaltige Dimensionen erhalten, und würde, selbst wenn die Dampf-Erzeugung mit der Fahrgeschwindigkeit gleichen Schritt halten könnte, eine solche schon wegen der störenden Bewegungen einer so grossen Locomotive ganz unmöglich sein. Bei geringer Geschwindigkeit der Maschine kommen diese störenden Bewegungen wenig in Betracht, da die wirkenden Kräfte klein sind und die Reibung der Räder auf den Schienen genügt, um das Schlingern des Maschinengestelles zu verhindern. Mit zunehmender Geschwindigkeit wachsen aber diese Kräfte mit dem Quadrate derselben und gewinnen mehr und mehr Uebergewicht über die entgegenwirkenden Reibungswiderstände, deren Wirksamkeit schon durch die zunehmenden Erschütterungen mehr und mehr beschränkt wird. Das Gestell geräth daher in so heftige Schlingerbewegungen, dass die Fahrt ganz unmöglich sein würde.¹) Aber selbst wenn es gelänge, die schädlichen Bewegungen derart grosser Locomotiven zu paralysiren, den Oberbau entsprechend stark zu machen, und eine so ausserordentlich rasche Dampf-Erzeugung herzustellen, so würde man sich fragen müssen, ob denn ein Zug, der mit der Geschwindigkeit des Schalles dahinsaust, auch wohl rasch genug wird angehalten werden können, was namentlich in Fällen von Gefahr ganz ausserordentlich wichtig sein müsste. Wir werden sehen (§. 136), dass unter derartigen Umständen ein rasches Anhalten selbst durch unsere Luftbremsen, welche ja mit der Geschwindigkeit des Schalles in Action treten, doch unmöglich sein würde.

Will man für eine gegebene Locomotive die ihr zukommende Maximal-Geschwindigkeit bestimmen, so darf man nicht mehr v=5, n=4 nehmen, wie wir es gethan haben, sondern man muss für jede einzelne Locomotive die ihr zukommenden Werthe von v und n aus der auf pag. 345 angeführten, durch die General-Versammlung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen genehmigten Tabelle entnehmen und dann entweder nach Formel 90 (§. 57) oder nach Formel 137 rechnen. In der Praxis berechnet man die maximalen Fahrgeschwindigkeiten nach beiden Formeln und nimmt dann den kleineren Werth der Fahrgeschwindigkeit als das für die betreffende Locomotive zulässige Maximum an. In der nachstehenden Tabelle sind die Dimensionen der Räder und der Kolbenhub einiger Locomotiven, wie sie öfters Vorkommen, angegeben und wurde die, diesen Daten entsprechende Geschwindigkeit mit Rücksicht auf die Angaben der ersteren Tabelle nach Formeln 137 und 90 (§. 57) berechnet :

Die Locomotive ist bestimmt zur Führung der

Zahl der verkuppelten Räder

Treibrad-

Durch

messer

Umfang

Centimeter

Radumdrehungen pro Kilometer Weglänge

Kolbenhub in Centi-metern

Maximal-

Geschwindigkeit mit Rücksicht auf die

Radum

drehungen

Kolben

geschwin

digkeit

Kilometer pro Stunde

189

5-94

168

63 2

92-8

85

Schnellzüge

152

4-77

210

63-2

74-3

70

110

3-45

289

48-0

54-0

65

4-93

203

61-0

Personenzüge

CO

3-71

270

63'2

2-86

349

50-0

104

3-27

305

Güterzüge

110

3-45

290

118

3-71

269

52-0

57-0

550

31-4

33-1

35-7

38

36

38

*) Borries. Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, Berlin 1889, pag. 821.

Der Durchmesser des Treibrades der Maschine sei beispielsweise so gross, dass zum Durchlauf eines Kilometers Weg das Rad 168mal sich umdrehen muss; da es aber laut Tabelle auf pag. 345 sich nicht öfter als 260mal in einer Minute umdrehen soll, so wird die Loco-

Kilometer, in einer Stunde sonach:

motive während einer Minute

o ‘co

260

X60 = 92⁻8 Kilometer

' 168”

machen. Die Maximal-Fahrgeschwindigkeit einer solchen Locomotive beträgt sonach 92-8 Kilometer pro Stunde. In der Praxis wird man hiefür 80 Kilometer setzen.

Strenge genommen sollte die Bemessung der Fahrgeschwindigkeit der Züge nach der Anzahl der Wagen erfolgen, welche die Züge führen, weil ein aus vielen Wagen zusammengesetzter Zug Störungen und Gefahren ausgesetzt ist, welche bei einem Zuge von wenigen Wagen nicht in Betracht kommen.

Die Braunschweig’sehe Bahn ') schlägt mit Rücksicht auf das Gesagte, die folgende Normirung für die Maximal-Geschwindigkeit der Züge vor. Für Züge von:

1—10 Wagen 11-15'    »

16-20 21-25    »

26—30 31-35 36-40 41—45 46—50    »

IS

8/

IS

welche für die Locomotive zulässig ist. Hiernach dürfte ein aus 50 Wagen zusammengesetzter Personenzug nur halb so schnell gefahren werden, als ein Zug aus 10 Wagen, und dürfte dessen Geschwindigkeit nur halb so gross sein wie jene, welche für die Maschine desselben zulässig ist, wenn sie allein fährt, d. h. wenn sie keinen Zug zieht.

Die General-Inspection österreichischer Eisenbahnen hat vorgeschrieben, dass für Zwecke der Statistik, welche von dieser Behörde alljährlich veröffentlicht wird, die Fahrgeschwindigkeit der Eisenbahnzüge aus der nachstehenden Formel zu ermitteln und in die betreffende Statistik einzusetzen ist:

T — 0 04o ni

y i*«

+ +

I—l,

CO

OO

In dieser Formel bezeichnet:

V ...die Fahrgeschwindigkeit des Zuges, in Kilometern pro Stunde; H...die Heizfläche der Locomotive, in Quadrat-Metern ;

D . . . den Durchmesser des Treibrades, in Centimetern; d ...den Durchmesser des Cylinders, in Centimetern; l ...den Kolbenhub (Länge des Cylinders), in Centimetern; p . . . den höchsten im Kessel zulässigen Druck des Dampfes, in Kilogramm pro Quadrat-Meter Kesselfläche;

. . .den mittleren Dampfdruck im Cylinder, in Kilogramm pro Quadrat-Meter Kolbenquerschnitt;

m...ist eine Verhältnisszahl, welche angibt, wie vielmal das Volumen des Wassers ausgedehnt wird, um Dampf von der Spannung (p + l) zu erzeugen; für die Bestimmung dieses m wird das specifische Volumen für die Dampfspannungen: 5• 5, 6, 7, 8, 9, 10kg pro Quadrat-Centimeter mit 336, 310, 269, 239, 215, 196 in Rechnung zu stellen und das Volumen für dazwischen liegende Dampfspannungen durch Interpolation zu ermitteln sein.

Nach dieser Formel erhält man für eine Locomotive, bei welcher H = 120, D = 180, d=40, 2 = 63, p = 7, Pi = 6 ist, mit Riicksichf darauf, dass in einem solchen Falle m=269, die Geschwindigkeit v = 20 Kilometer pro Stunde.

Zum Schlüsse mag noch die Bemerkung Platz finden, dass der Weg, welchen ein mit einer constanten Geschwindigkeit bewegter Zug einschlagen würde, wenn er von allen äusseren Hindernissen befreit werden könnte, in Folge der Drehbewegung der Erde eine Curve sein müsste, und würde der Zug auf der nördlichen Halbkugel, wie ein Geschoss, welches die Kanone verlässt, nach rechts abgelenkt werden.

Die Bewegung der Erde kann also die treibende Kraft des Zuges unterstützen in dem Falle, wo die Bahnlinie der Curve folgt. Fährt der Zug von Süden nach Norden, so ist der durch die Achsendrehung entstehende horizontale Druck auf die Schiene nach Osten gerichtet, fährt der Zug in der umgekehrten Richtung, so ist der horizontale Druck nach Westen gerichtet. Dieser Horizontaldruck ist also stets nach rechts gerichtet und beträgt dessen Grösse für jede Tonne des Gewichtes des Zuges 1D5.C Gramm wobei c die Fahrgeschwindigkeit des Zuges, in Metern pro Secunde gemessen, bezeichnet.¹)

Ein 400 Tonnen schwerer Zug, der sich mit einer Geschwindigkeit von 80 Kilometern pro Stunde (22-2 Meter pro Secunde) bewegt, würde sonach einen Horizontaldruck von 400XH'5X X 22.2= 102560 Gramm, also einen Druck von 102'56 Kilogramm ausüben, falls er im Meridian fahren würde.

¹

Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, Berlin 1890, pag. 264. -) Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, Berlin 1890, pag. 64.

§. 87.

Zusammenhang zwischen Fahrgeschwindigkeit und Bewegungswiderstand.

Die Geschwindigkeit, mit welcher Züge gefahren werden können, lässt sich sofort berechnen, sobald man die mechanische Arbeit kennt, welche bei Führung derselben zu leisten ist, und man die Voraussetzung macht, dass die Maschine so gebaut ist, dass sie diese Arbeit auch zu liefern vermag.

Beträgt der zu überwindende Widerstand W Kilogramm, und die Maschine hat diesen Widerstand längs des Weges von c Meter zu überwinden, so muss die Maschine eine Arbeit von c.W Meter-Kilogramm,

d. i. eine Arbeit von

Pferdekräften leisten. Soll diese Arbeit in

einer Secunde geleistet werden, so wird c die Fahrgeschwindigkeit bedeuten, und falls der Nutzeffect der Maschine (Leistung in Pferdekräften pro Secunde) mit N bezeichnet wird, erhält man: c.W=75.N, eine Gleichung, welche besagt, dass das Product aus Fahrgeschwindigkeit (c) und Widerstand (W), für eine jede Locomotive constant sein müsse.

Was man also an Fahrgeschwindigkeit gewinnt, das verliert man an Grösse des zu bewältigenden Widerstandes. Man wird sonach entweder schnell fahren und geringe Widerstände bewältigen oder man wird grosse Widerstände bewältigen aber nur langsam fahren können. Man könnte versucht sein zu glauben, dass, wenn der zu überwältigende Widerstand

’) Zeitschrift der deutschen Ingenieure, 1889, pag. 864.

sehr klein ist, alsdann die Fahrgeschwindigkeit ausserordentlich gross ausfallen könne. Dies ist jedoch ein Irrthum. Die beiden Factoren, Geschwindigkeit und Widerstand können nämlich nur innerhalb gewisser Grenzen schwanken, keiner derselben kann unendlich gross oder unendlich klein werden.

Aus der obigen Gleichung ergibt sich für die Fahrgeschwindigkeit

die Formel:

c = 75

(w)- '

.    .    (139

in welcher also bezeichnet:

C . . . die Fahrgeschwindigkeit der Locomotive mit Rücksicht auf den gegebenen Nutzeffect derselben, also die sogenannte specifische Geschwindigkeit der Maschine, gemessen in Metern pro Secunde;

W...den zu überwindenden Widerstand, in Kilogramm;

N . . . den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften.

Bei der Entwicklung der vorstehenden Formel wurde die stillschweigende Voraussetzung gemacht, dass die Zugkraft der Locomotive während der ganzen Dauer der Fahrt sich nicht ändert, eine Voraussetzung, welche in Wirklichkeit wohl nicht ganz zutrifft, da ja die Zugkraft mit der Fahrgeschwindigkeit abnimmt (§. 69, Formel 107, pag. 269). Für die rohe Praxis kann jedoch diese Voraussetzung immerhin gelten.¹)

/ N \

Quotient ( ^ I die pro Kilogramm

Hält man sich vor Augen, dass der

Widerstand entfallende Energie des Dampfes angibt, so gelangt man zur Einsicht, dass die specifische Fahrgeschwindigkeit abhängig ist von der Energie des Dampfes, welche auf je 1kg des zu überwindenden Widerstandes entfällt.

Einer Locomotive, welche pro Kilogramm des zu bewältigenden

Widerstandes Vs Pferdekraft entwickelt, würde sonach, da

= Vs ist,

die specifische Geschwindigkeit von 75 X Vs Die specifische Geschwindigkeit einer Locomotive von 400 Pferdekräften

und einer Zugkraft von 5000kg beträgt sonach: 75-

15m pro Secunde entsprechen.

400

= 6 m.

5000

Schneller als wie mit 6m pro Secunde wird unter solchen Verhältnissen die Fahrt nicht stattünden können, weil die Maschine keine Kraft hat, den Widerstand von 5000 kg mit einer grösseren Geschwindigkeit zu überwinden. Langsamer kann die Maschine wohl fahren, dann wird aber die Dampfproduction ihres Kessels nicht ausgenützt sein. Der Kessel erzeugt nämlich mehr Dampf, als zur Ueberwindung eines Widerstandes von 5000kg mit einer kleineren Geschwindigkeit als 6m erforderlich ist. Bei einer Fahrt mit 6m Geschwindigkeit ist die Leistungsfähigkeit der Maschine vollkommen ausgenützt, weil deren Kessel gerade so viel Dampf erzeugt, als zur Ueberwindung eines Widerstandes von 5000 kg mit 6¹¹¹ Fahrgeschwindigkeit erforderlich ist.

Handelt es sich darum, die grösste Last zu befördern, welche eine Locomotive überhaupt führen kann, so wird die specifische Geschwindigkeit zur Geltung kommen. Da aber bei Führung derlei Lasten die Geschwindigkeit klein ausfällt, so verzichtet man in vielen Fällen auf die Förderung schwerer Lasten, fährt aber dafür schneller.

Bei Güterzügen wird sich daher die Fahrgeschwindigkeit im Allgemeinen nach der zu führenden Last richten, während bei Personenzügen zumeist das Gegentheil eintritt; bei diesen richtet sich die Belastung nach der gewünschten Schnelligkeit der Fahrt. Nur wenn durch gewisse Umstände die Belastung fixirt ist, muss man auch hier die Geschwindigkeit der zu bewegenden Last anpassen. Was für eine Geschwindigkeit jedoch in jedem besonderen Falle zu wählen ist, dies ist eine Frage, deren allgemeine Beantwortung unmöglich ist. Hier sind die Local-Verhältnisse Ausschlag gebend, und wird jene Fahrgeschwindigkeit die zweckmässigste sein, welche diesen Verhältnissen am Besten Rechnung trägt. Bei Personen- und Schnellzügen ist die Zugsgeschwindigkeit in der Mehrzahl der Fälle nach der Zahl der einzustellenden Post- und Courswagen, nach den zu erreichenden Anschlüssen und nach der Concurrenz mit Nachbarbahnen zu bemessen.

Hätten wir auf dem Festlande Städte wie London, Glasgow, Manchester mit 5 Millionen, 800.000 und 600.000 Einwohnern untereinander zu verbinden, brauchten wir nur geringe oder keine Rücksicht auf Abzweigungen, Anschlüsse der Nachbarbahnen und Nachbarstaaten zu nehmen, und hätten nur auf ankommende oder abgehende Schiffe zu achten, so könnten wir ebenso schnell fahren, als man in England fährt.

Für eine massige Fahrgeschwindigkeit sprechen ausserdem noch Rücksichten der Oekonomie. Durch geringe Geschwindigkeiten wird nämlich sowohl das rollende Material als auch der Bahn-Oberbau geschont, und wird hierbei in den meisten Fällen ein Ersparniss an Brennmateriale erzielt. Langsamere Fahrten machen aber die Beschaffung eines grossen Wagen- und Locomotiv-Parkes nöthig. Ausserdem wachsen mit abnehmender Geschwindigkeit die Ausgaben für Besoldung des Zugspersonales. Geringe Geschwindigkeiten bewirken, dass der Tag zur Abwicklung des Zugsverkehres nicht zureicht, wesshalb zu dessen Bewältigung die Nacht herbeigezogen werden muss, was wieder den Betrieb ganz erheblich vertheuert. Auch machen geringe Fahrgeschwindigkeiten eine intensive Ausnützung der Bahnanlage unmöglich.

an.

Die Geschwindigkeit, bei welcher die Summe aller Ausgaben ein Minimum wird, ist übrigens nicht für alle Züge und alle Bahn-Neigungen dieselbe. Sie wird für ansteigende Strecken schon deshalb geringer, weil die Ausgaben für das Speise-Materiale hier eine grössere Rolle spielen, als in der Horizontalen oder im Gefälle. Die vortheilhafteste Geschwindigkeit, welche den Güterzügen zu geben ist, wurde mit voller Sicherheit bisher noch nicht ermittelt, wie dies aus den schwankenden Angabe erhellt, welche die Eisenbahn-Verwaltungen diesfalls machen. R. Koch¹) nimmt hiefür 16km, Kluge¹) 25km, Frank³) hingegen 30km

*) Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, Wiesbaden 1879, pag. 111.

-) Kluge. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 163. ³) Frank. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1887, pag. 205

Da der Nutzeffect einer Locomotive durch die Heizfläche derselben ganz wesentlich bestimmt wird (§. 70, pag. 273), so kann man die Fahrgeschwindigkeit, statt sie als eine Function des Nutzeffectes und des Widerstandes auszudrücken, wie dies in Formel 139 geschehen ist, dieselbe auch als Function der Heizfläche und der Zugkraft darstellen.

Setzt man zu diesem Zwecke die Werthe welche die Formeln 125

und 127 des §. 72 liefern, einander gleich, so erhält man die Relation:

38 H =

Z.v

25

aus welcher sich ergibt:

v = 950

ts x

.    .    (140

In dieser Formel bezeichnet sonach:

NS

. . die specifische Geschwindigkeit der Locomotive, in Kilometern pro Stunde ;

..die Heizfläche der Locomotive, in Quadrat-Metern;

. . die Zugkraft der Maschine in Kilogramm.

' 6000

= 32 Kilometer

Eine Locomotive, welche vermöge ihrer Zugkraft einen Totalwiderstand von 6000 Kilogramm zu überwinden vermag, wird sonach, sobald deren 200 Quadrat-Meter grosse Heizfläche die grösst zulässige Dampfentwicklung zulässt, mit einer Geschwindigkeit von nur: 950 pro Stunde fahren können.

Aus den Formeln 139 und 140 ist die interessante Thatsache abzuleiten, dass es der Kenntniss des inneren Mechanismus der Locomotive gar nicht bedarf, um deren Fahrgeschwindigkeit zu ermitteln. Es genügt, das Verhältniss zu kennen, in welchem Nutzeffect und Zugkraft (oder Heizfläche und Zugkraft) zu einander stehen.

Bis jetzt wurde von den grössten und specifischen Geschwindigkeiten der Locomotive gesprochen, nunmehr soll von den kleinsten Geschwindigkeiten die Rede sein, also von Geschwindigkeiten, welche man einer Locomotive noch geben kann, ohne an wirthschaftlichem Nutzen zu verlieren.

Wird während der Bewegung eines Zuges die Dampfkraft des Loco-motivkessels für Zwecke der Ausnützung des Adhäsionsgewichtes voll aufgebraucht, so ist die dieser Bedingung entsprechende Fahrgeschwindigkeit die kleinste, welche noch einen wirthschaftlichen Nutzen bringt.

Bezeichnet A die Gesammt-Adhäsion einer Locomotive in Kilogramm, so ist in die Formel 139: Z — A zu setzen, und man erhält sodann:

»o

für die gesuchte Minimal-Geschwindigkeit.

Hier bezeichnet:

C„,i„. .jene Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde, bei welcher noch die Adhäsion der Locomotive voll ausgenützt werden kann;

.... den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften;

.... die gesammte Adhäsion, welche eine Locomotive liefert, in Kilogramm.

Eine Locomotive von 300 Pferdestärken und einer Adhäsion von 6000 Kilogramm darf sonach nicht langsamer, als mit einer Geschwindigkeit von : 75.^^ = 3³/₄ Meter pro Secunde fahren

falls sie einen .Widerstand überwältigen soll, dessen Grösse gleich der Adhäsion ist (also 6000 Kilogramm beträgt).

Auf Flachlandsbahnen pflegt man indess die Minimalgeschwindigkeiten der Personenzüge nicht unter 10m, jene der Schnellzüge nicht unter 14m pro Secunde zu wählen.¹)

Zum Schlüsse sei hier in Erinnerung gebracht, dass die mittlere Geschwindigkeit einer Fahrt, welche mit der Geschwindigkeit c beginnt und mit der Geschwindigkeit v endigt (oder auch umgekehrt), nicht etwa durch

das arithmetische Mittel, also nicht etwa durch: Formel 59, pag. 124), durch:

C V = u, sondern (§. 31,

V² +Ci + VC

.    .    (142

ausgedrückt wird.

Flier bezeichnet:

U . .die mittlere Geschwindigkeit (in Metern pro Secunde) einer Fahrt, welche mit v Metern Geschwindigkeit beginnt und mit c Metern Geschwindigkeit aufhört, oder auch einer Fahrt, die mit c beginnt und mit v endigt.

Ist eine dieser beiden Geschwindigkeiten Null, z. B.: v= 0, so ist-

sodann :

.    .    (143

die mittlere Geschwindigkeit einer solchen Fahrt (pag. 124).

§. 88.

Die Fahrt in der Horizontalen.

In einer geraden horizontalen Bahn trifft der Zug auf den geringsten Widerstand, und kann daher die Fahrgeschwindigkeit desselben den grössten Werth annehmen, welcher mit Rücksicht auf die Dampfentwicklung des Kessels überhaupt erreichbar ist. Entwickelt die Maschine mit Rücksicht auf die Leistung ihres Kessels N Pferdekräfte, und beträgt der totale zu überwindende Widerstand W Kilogramm, so ist die grösste Geschwindigkeit, welche unter diesen Verhältnissen erreicht werden kann (§. 87, Formel 139):

Bezeichnet n den pro Tonne Bruttolast des Zuges entfallenden Nutzeffect der Locomotive, und w den pro Tonne dieser nämlichen Last entfallenden

]) Frank. Die Widerstände der Locomotiven und Bahnzüge, Wiesbaden 1886, pag. 70.

Widerstand in Kilogramm, so ist: N = n.G und W — w . G, sobald G das Bruttogewicht des Zuges (Maschine sammt Wagen) in Tonnen bezeichnet.

= 75^ Da aber (Formel 41

, pag. 109) : w

Man hat sonach: u

also eine

ist, so erhält man durch Substitution dieses Werthes in die Eingangs aufgestellte Formel die Gleichung: u³+217.u — 5250.n = 0 Gleichung des dritten Grades, aus welcher die Fahrgeschwindigkeit der Züge zu berechnen ist.

Schreibt man der Kürze halber: a =2 17, b = 5250 n, so erhält man die Gleichung¹): u³+a.u — b = 0, aus welcher sich ergibt:

11 =

(0+(0

(IW9

. . (144

Für die Praxis ist diese zur Berechnung der Fahrgeschwindigkeit dienende Formel recht unbequem, doch kann man sie vereinfachen, sobald erwogen wird, dass :

0-055

n'd

to i a*

ist, so dass also:

¥+(!)-

toi er

wird, wobei:

5-5

ist.

(10 n)²

Unter Berücksichtigung dieser Umstände, übergeht die obige Gleichung in die nachstehende:

u = 13-Sj n (j/a + 1 — /a — l)

In dieser Formel bezeichnet also:

. . . .die Fahrgeschwindigkeit des Zuges in einer geraden, horizontalen Bahn, gemessen in Metern pro Secunde; den sogenannten Zugseffect, d. i. die Anzahl der Pferdekräfte, welche pro Tonne der bewegten Last entfallen;

. . . . den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften;

.....das Bruttogewicht des Zuges (Maschine und Wagen), in Tonnen;

-©

5-5

(10. nV

Beispiel 1: Wie schnell wird eine Locomotive, welche mit 303 Pferdekräften arbeitet, einen 300 Tonnen schweren Zug in einer horizontalen Geraden ziehen können?

!) Mecklenburg. Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1885, pag. 164.

23*

|/(a—1) =

0-28,

Hier ist :

300

5-5

300

(10 . n)²

= 1-02,

j/(a + 1) -—

1 '27.

und für diese Werthe liefert die Formei 145: u = 13-8X 1 (1(27—0⁻28) = 13³/₃ Meter pro Secunde, was besagen will, dass die mit 300 Pferdestärken arbeitende Locomotive einen 300 Tonnen schweren Zug in einer horizontalen Geraden nicht schneller ziehen können wird, als mit einer Geschwindigkeit von 13'-y₃ Meter pro Secunde, d. i. 49 Kilometer pro Stunde.

Beispiel 2: Werden die Fahrgeschwindigkeiten der Züge gesucht, welche den Verhältnissen :

T-*' I G

= ^“^ = 3, 2, 1, Vai ¹/a entsprechen, so erhält man die nachstehende Tabelle:

Formel

V*

V»

1-22

1-15

1-02

1-007

1-003

yä+t

1-31

1-30

1-27

1-26

1-25

a—1

0-60

0-55

0-28

0-20

0-14

3

Vn

0-69

0-79

1-00

1 26

1-45

6-76

8-14

13-66

18-35

22-22

Eine leere Maschine, welche mit 180 Pferdekräften arbeite: und sammt ihrem Tender 60 Tonnen wiegt, würde sonach mit einer Geschwindigkeit von 22-22 Meter pro Secunde oder mit einer Geschwindigkeit von 80 Kilometern pro Stunde laufen können, falls sie darnach gebaut wäre (entsprechend hohe Räder, erforderliche Dampfproduction, nothwendige Zugkraft, Adhäsion etc.

hätte), weil für diesen Fall    ist und für diesen Werth die obige Tabelle u = 22-22

n loü o

Meter gibt.

Verlässt der Zug die horizontale Gerade und kommt in eine (gleichfalls horizontale) Krümmung, deren Radius R Meter beträgt, so vergrössert

Kilogramm pro

/600\

Vr/

sich der zu bewältigende Widerstand um circa Tonne seines Gewichtes (§. 28, Formel 48), so dass dann der pro Tonne Zugsgewicht entfallende Widerstand nicht mehr:

(3 1 + 7o)

sondern :

-=(3-1 +

600

u³

Kilogramme betragen wird.

Die Widerstands-Vermehrung beträgt sonach für Curven mit einem Radius von 600 Meter 1 Kilogramm, für Curven von 900 Meter daher    “ Kilogramm u s. w.

Bezüglich der Berechnung der Fahrgeschwindigkeit tritt also nur in-soferne eine Aenderung ein, als dass die Grösse a nicht mehr: 3'1 X 70 = 217 sondern :

(l+$ = *l₇fr

/ 600\

(3-1 +—170 = 217

betragen wird, in Folge dessen wird a nicht mehr den früheren, sondern den Werth:

5-5

(10 n)" ' ^

erhalten, während die ganze Anlage der Rechnung ungeändert bleibt, so dass die Fahrgeschwindigkeit in Curven ebenfalls nach der Formel 145 berechnet wird, wobei a den obigen Werth mit dem Factor p hat und wo:

/ 18 + P = (¹⁺Tf)

bezeichnet.

Wie aus dieser Formel zu ersehen, ist der Factor p für die verschiedenen Curven nur ganz unbedeutend-, nur für Curven mit scharfen Krümmungen wird er bedeutender. Die Grösse desselben ist aus der nachstehenden Zusammenstellung zu entnehmen:

500

R = 200

300

600

800

1000

p = 1-30    1-14    1-11    1-09    1-07    1-05

Einfacher als in der angedeuteten Weise erfolgt die Berücksichtigung der Curven dadurch, dass man sie nach den Gesetzen des §.29 in gleich-werthige Steigungen verwandelt, Bahnstrecken also, welche in horizontalen Curven liegen, als gerade aufsteigende Strecken behandelt.

Die Curven üben aber dadurch, dass deren Ueberhöhungen den verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten, wrelche auf der Bahn Vorkommen, nicht angepasst werden können, einen weit grösseren Einfluss auf den Zugsverkehr aus, als jener ist, welcher durch Vergrösserung des Widerstandes erwächst.

also die Grösse von 0'lm nicht übersteigen. Erwägt man, dass

mm

In Oesterreich ist beispielsweise die grösste zulässige Ueberhöhung des äusseren Schienenstranges vorgeschrieben, und darf die Grösse von 100

die Spurweite s=l‘435m ist, so erhält man aus dem bekannten, für die Ueberhöhung des äusseren Schienenstranges abgeleiteten Ausdrucke (§. 18,

Formel 24, pag. 68), nämlich aus: h

mit Zuhilfenahme dieser Daten:

.    .    (146

eine Formel für die grösste Fahrgeschwindigkeit, welche mit Rücksicht auf die constante Ueberhöhung noch zugelassen werden darf.

In dieser Formel bedeutet:

V . . . die zulässig grösste Geschwindigkeit, in Kilometern pro Stunde, mit welcher eine Curve von gegebenem Radius überhaupt noch befahren werden darf;

R...den Curven-Radius, in Metern.

.    .    (147

Auf vielen Bahnen wird jedoch auch diese Geschwindigkeit nicht zugelassen, so verwendet beispielsweise dit Altona-Kieler Bahn¹) die nachstehende Formel:

y = ä]/it .    .

Inwieferne aber die nach diesen beiden Formeln entwickelten Fahrgeschwindigkeiten, für verschieden stark gekrümmte Bogen, untereinander differiren, erkennt man aus der folgenden Tabelle:

Curven-Radius in Metern

Die zulässig grösste Fahrgeschwindigkeit beträgt in Curven laut Formel

147

146

Kilometer pro Stunde

200

42

28

300

58

39

400

60

40

500

66

44

600

75

50

700

76

53

800

84

56

900

90

60

Wird die Geschwindigkeit von 75km als die zulässig grösste Geschwindigkeit angesehen, welche in geraden horizontalen Strecken zur Anwendung kommen kann, so beträgt die Geschwindigkeit, mit welcher Curven

60

— 0'8 jenes Maximum,

von 900 m Radius noch befahren werden dürfen, nur

75

welches durch Formel 147 ausgedrückt ist; für Curven von 200m würde

dieser Coefficient nur mehr

= 0'38 betragen etc. etc.

Baurath Schäffler hat den Techniker-Versammlungen, welche in den Jahren 1877 und 1878 tagten, derlei Coëfficienten zur Annahme empfohlen. Die Grösse derselben ist aus der folgenden Zusammenstellung zu entnehmen.

Gattung der Züge

Radius in Metern

Schnellzüge

Personenzüge

Sicherheits-Coëfficient

200

300

400

500

600

700

800

900

0-500

0-600

0-689

0-760

0-821

0-874

0-921

0-963

0-626

0-740

0-822

0-884

0-930

0-962

0-984

0-996

Darnach dürften also Curven von 200 Meter Radius mit Schnellzügen nur mit der Hälfte der zulässig grössten Geschwindigkeit befahren werden, während Personenzüge derlei Curven mit einer Geschwindigkeit befahren dürften, welche 62-6 Procent des erwählten Maximums beträgt.

§• 89.

Die Grundgeschwindigkeit.

Es wurde bereits bemerkt (§. 87), dass für die Wahl der grössten Fahrgeschwindigkeit auf einer Eisenbahn stets deren Local-Verhältnisse massgebend sein müssen.

Bahnen, welche im Thaïe liegen und vorwiegend auf den Transit-Verkehr von Personen angewiesen sind, werden eine grosse, Bahnen hingegen, welche das Gebirge durchziehen, eine massige Geschwindigkeit, als das für ihre Local-Verhältnisse zulässige Maximum wählen. Diese, mit Rücksicht auf die Local-Verhältnisse einer Bahn, für diese Bahn als zulässiges Maximum erkannte Fahrgeschwindigkeit nennt man Grundgeschwindigkeit und wird dieselbe für verschiedene Bahnen natürlich verschieden gross ausfallen.

Die Geschwindigkeit, mit welcher Curven befahren werden, sowie die Geschwindigkeit, welche mit Rücksicht auf die Leistungsfähigkeit der Locomotive für einen gegebenen Zug berechnet wurde, darf sonach niemals die Grundgeschwindigkeit übersteigen, denn diese letztere ist ja, wie soeben gesagt, das Maximum der Schnelligkeit, welche für die betreffende Bahn noch als zulässig erkannt wurde.

Beispiel 1: Eine Locomotive, welche mit 400 Pferdekräften arbeitet, soll einen 200 Tonnen schweren Schnellzug in einem horizontalen Bogen von 500 Meter Radius auf einer Bahn ziehen, für welche 60 Kilometer als Grundgeschwindigkeit gewählt wurde. Es fragt sich, mit welcher grössten Geschwindigkeit dieser Schnellzug fahren können wird ?

Auf eine Tonne Zugslast entfällt hier = 2 Pferdekräfte, der Zugseffect beträgt sonach:

N 400    ..

n =-G.⁼ 2ÖÖ = 2’ W6lterS 1St:

500,

200

400

= (i+iiv=

l ^ 500/

Ml

mithin :

1-008

1 + 5'5 X Ml X

daher :

3 _

j/a + 1 =

1-26.

j/a.

= 0-2,    ]/n = 1-26

mithin laut Gleichung 145 : u = 13⁻8 X 1 '26 (1 -26—0'2) = 18-35 Meter pro Secunde oder 66 Kilometer pro Stunde.

Die Locomotive ist also im Stande, ihren Zug mit einer Geschwindigkeit von 66 Kilometer pro Stunde zu ziehen; da jedoch die Grundgeschwindigkeit nur 60 Kilometer beträgt, so darf der Zug nicht schneller als mit dieser Geschwindigkeit fahren. Mit Rücksicht jedoch darauf, dass die Bahn in einem Bogen von 500 Meter Radius liegt, darf die maximale Fahrgeschwindigkeit nach Schäffler’s Tabelle nur 0-76 X 60 = 46 Kilometer pro Stunde betragen, und müsste diese Geschwindigkeit sogar auf 44 Kilometer sinken, wenn man die Formel der Altona-Kieler Bahn als massgebend ansehen wollte.

Man sieht sonach, dass die Locomotive für den beabsichtigten Zweck viel zu stark ist, dass sie sonach zweckmässig durch eine schwächere zu ersetzen wäre.

Beispiel 2: Auf einer Bahn, für welche 20 Kilometer als Grundgeschwindigkeit angenommen wurde, sollen in Curven von 200 Meter Radius 900 Tonnen schwere Güterzüge mit einer Maschine befördert werden, welche mit 300 Pferdekräften arbeitet.

Es fragt sich, mit welcher Geschwindigkeit der Gütertransport vollzogen werden kann?

Hier ist:

N = 300, G - 900, n =

300

900

/ ¹⁸

0-69, R = 200, p = <1 +

200

)“

1-3,

a = j/l + 0-055 X 1:3 X 3² = 2-72, j/(a + 1) = 1-56,    ]/(a—1) = 1-2 mithin die gesuchte Fahrgeschwindigkeit (Formel 145): u=13-8X0⁻69(l-56—1-2)=3'4 Meter pro Secunde oder 12 Kilometer pro Stunde.

Da diese, der Leistungsfähigkeit der Locomotive entsprechende Geschwindigkeit kleiner ist, als die Grundgeschwindigkeit (welche 20 Meter beträgt) und die in der Curve von 200 Meter Radius zulässige Geschwindigkeit (welche 2^200 = 28 Kilometer pro Stunde oder 8 Meter pro Secunde beträgt), so wird der Transport mit keiner grösseren Geschwindigkeit vor sich gehen können, als mit 3‘4 Meter pro Secunde, d. i. mit einer Geschwindigkeit von 12 Kilometer pro Stunde.

§• 90.

Die Fahrt in der Steigung.

Bei der Wahl der Geschwindigkeit, mit welcher Steigungen zu befahren sind, unterlaufen in der Praxis, welche die Rechnung meidet, öfters Ver-stösse. Es werden nämlich häufig Züge mit 2 Maschinen gefahren, obwohl zu deren Beförderung das Adhäsionsgewicht einer Maschine vollkommen zureichen würde.*) Da aber die Unterhaltungskosten von Vorspann-Maschinen recht bedeutend sind (§. 119), so muss sorgfältig darauf gesehen werden, dass derlei Fahrten überall dort vermieden werden, wo sie zu vermeiden sind. Ob aber bei einem gegebenen Zuge Vorspann nöthig ist oder nicht, entscheidet bei normalen Witterungs-Verhältnissen einzig und allein die einzuhaltende Fahrgeschwindigkeit.

Ist die Fahrgeschwindigkeit für jede einzelne Strecke der zu befahrenden Linie so gewählt worden, dass die Leistungsfähigkeit der Locomotive überall ausgenützt erscheint, so wird zur Beförderung eines solchen Zuges, diese Maschine zureichen, die Beigabe einer zweiten sonach entbehrlich werden. Hieraus folgt, dass die Fahrgeschwindigkeit überall so zu wählen ist, dass die Arbeitskraft der Locomotive auf jeder Stelle der Bahn voll ausgenützt wird, was erreicht wird, wenn das Product aus Zugsgeschwindigkeit in den Zugswiderstand für jede Stelle der Bahn constant bleibt.

Hieraus ist ersichtlich, dass die Geschwindigkeit in der Steigung wird genau in derselben Weise sich berechnen lassen, wie dies bezüglich der Geschwindigkeit in der horizontalen Geraden erörtert wurde (§. 88). Es dient nämlich hiezu wieder die Gleichung 145, nur die Coëfficienten derselben werden sich ändern.

Die Aenderung betrifft eigentlich nur einen dieser Coëfficienten, nämlich jenen a, welcher mit Rücksicht auf den Umstand, dass der Widerstand in

us

. Kilogramm pro Tonne Bruttogewicht des Zuges beträgt (§. 26, Formel 43, pag. 111), nicht mehr:

einer Steigung von m pro mille: w = ( 3‘1 + m +

') Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, Wiesbaden 1879, pag. 417.

a = 3'1 X 70 = 217, sondern : a = (3"l + m) 70 = 217^1 + wird. Mit Rücksicht hierauf ist:

co ] 3

betragen

G) =

0-055

n²

OS ' 3

0-055

n²

-P-

to ! er

und sonach:

wobei:

h- y

ist.

5-5

(l0n)²'P

Hiernach gestaltet sich der Gang der Berechnung wie folgt: Vor allem ermittle man nach der obigen Formel den Coëfficienten p; hierauf berechne man a und setze den hiefür ermittelten Werth in die Gleichung 145, welche sodann die gesuchte Fahrgeschwindigkeit gibt.

Will man beispielsweise die Geschwindigkeit kennen lernen, mit welcher eine Locomotive bei einem Zugseffecte Eins (n = l) einen Zug über eine Steigung von' m = 9%₀ zu bringen im Stande ist, so calculire man folgendermassen.

Für die Steigung m=9°/₀₃ beträgt der Steigungs-Coëfficient :

64 mithin :

a = 1/

5-5

100

• 64 = 2-13

für welchen Werth die Gleichung 145: u — 4-6 Meter liefert. Die Fahrt über den Berg wird sonach mit einer Geschwindigkeit von 4'6 Meter pro Secunde (16'5 Kilometer pro Stunde) stattfinden können.

Liegt die Steigung, über welche der Zug fährt, in einer Curve, so muss diese (nach §. 29) in eine gleichwerthige gerade Steigung umgerechnet werden. Würde man beispielsweise nach der Geschwindigkeit fragen, mit welcher die früher gedachte Maschine ihren Zug über eine

600

Steigung von 8°/c<) bringen wird, sobald diese Steigung in einer Curve von 600 Meter Radius

= 1 Kilo

liegt, so weiss man, dass eine solche Curve eine Widerstands-Vermehrung von

600

gramm pro Tonne Zugsgewicht verursacht (§. 28, Formel 48, pag. 115); man darf daher nicht mehr mit der Steigung von 8, sondern mit einer solchen von (8 —1) = 9°/(X) rechnen und für diese Steigung wurde die Fahrgeschwindigkeit soeben mit 16'5 Kilometer gefunden.

Zur Berechnung der Fahrgeschwindigkeiten in Steigungen dient sonach

die Formel:

ll =

13°8]/n. [K(« -hl) — K (a— 1)] •

. (148

in welcher bezeichnet:

11 . .die Fahrgeschwindigkeit in der Steigung, in Metern pro Secunde;

N . . den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften;

11 =

G. das Bruttogewicht des Zuges (Maschine sammt Wagen), in Tonnen; /N \ den pro Tonne Zugsgewicht entfallenden Nutzeffect der Locomotive, \G/ oder den sogenannten Zugseffect, in Pferdekräften;

111..die Steigung der Bahn in Millimetern, pro Meter horizontaler Entfernung, das heisst die Steigung pro mille;

ir

5-5

(10.n)

2-P-

Die Gleichung 148 erhielt die denkbar einfachste Form; trotzdem bedingt sie die Ausziehung der dritten Wurzel. Dies ist jedoch leider nicht zu umgehen, man mag die Fahrgeschwindigkeit aus dem Nutzeffecte der Zugkraft, oder der Heizfläche berechnen, stets stösst man auf eine Gleichung des dritten Grades. Die pro Tonne Zugsgewicht entfallende Zugkraft z ist nämlich

K

keine constante Grösse, sie nimmt vielmehr mit der Fahrgeschwindigkeit ab und beträgt z=— sobald K eine Constante bezeichnet (§. 69, Formel 109, pag. 270). Da die Zugkraft stets dem zu über

windenden Bewegungswiderstand gleich sein muss, so besteht die Gleichung: Akl -f- m -j-

Diese Relation führt aber genau auf dieselbe Gleichung des dritten Grades, nämlich auf die Gleichung 144, wie dies ja schon daraus zu ersehen sei, dass die Constante: K = 75.n, so dass

also: z=75 • / wird, also genau jene Grösse erhält, von welcher bei der Ableitung der Gleichung 144 ausgegangen wurde.

Ein ähnliches Bewandtniss besteht, wenn man die pro Tonne Bruttogewicht des Zuges, entfallende Zugkraft durch die Heizfläche ausgedrückt hat. Es ist nämlich (§. 69, Formel 107,

(?)

■ Man erhält sonach die Relation :

pag. 269): z = ~ = ~ •

/a i ,    , u®\    225 . H

|3⁻1 4- m -\--1 —------

\    70/ G

welche wieder auf eine Gleichung des dritten Grades führt, welche Gleichung natürlich denselben Bau zeigt, wie die Grundgleichiing 144.

§• 91.

Die kritische Steigung.

Von allen möglichen Fahrgeschwindigkeiten, welche auf einer Bahn prakticirt werden, hat die Grundgeschwindigkeit einen besonderen Werth, weil sie jene Grösse der Geschwindigkeit angibt, welche auf der betreffenden Bahn nicht überschritten werden darf.

Aber auch die Steigung, welche der Grundgeschwindigkeit entspricht, hat ein besonderesinteresse. Sie bezeichnet nämlich jene Grenze der Steigungen, unterhalb welcher alle Steigungen mit dieser Grundgeschwindigkeit befahren werden können, während Steigungen oberhalb dieser Grenze, nur mit geringeren Geschwindigkeiten befahren werden können. Man könnte daher diese Steigung die kritische Steigung nennen und würde dann unter der kritischen Steigung jene Steigung verstehen, auf welcher die Leistungsfähigkeit der Locomotive schon bei der Grundgeschwindigkeit ausgenützt erscheint. Die kritische Steigung theilt sonach die auf einer Bahn vorkommenden Steigungen in zwei Gruppen. In die eine dieser Gruppen gehören alle jene Steigungen, welche sanfter sind, als die kritische Steigung, in die zweite Gruppe dagegen gehören alle jene Steigungen, welche schärfer sind, als die kritische Steigung.

Für Steigungen der ersten dieser beiden Gruppen braucht die Fahrgeschwindigkeit nicht erst berechnet zu werden; sie gleicht auf allen diesen Steigungen der Grundgeschwindigkeit. Für Steigungen der zweiten Gruppe dagegen muss für jede derselben die Fahrgeschwindigkeit besonders ermittelt werden.

Eine derartige Theilung der auf einer Bahnstrecke vorkommenden Steigungen in zwei Gruppen hat einen eminent praktischen Werth. Wenn nämlich für eine Eisenbahn der Fahrplan erstellt werden soll, so müssen

vor Allem die Geschwindigkeiten berechnet werden, mit welchen jeder Zug, all die auf der Strecke vorkommenden Steigungen, mit Rücksicht auf seine Last, befahren kann. Da aber eine Bahn die verschiedensten Steigungen aufweist, so wird man für jede derselben die Fahrgeschwindigkeit berechnen müssen. Diese Fahrgeschwindigkeit muss ausserdem für jede einzelne auf der Bahn zur Verwendung gelangende Locomotive und für verschiedene Belastungen einer und derselben Locomotive ermittelt werden. Da nun eine jede Bahn viele Steigungen, Maschinen und Züge hat, so ist die Zahl der zu berechnenden Fahrgeschwindigkeiten, also die Mühe des oftmaligen Auflösens von Gleichungen des dritten Grades recht gross. Durch Anwendung der kritischen Steigung wird diese Mühe wesentlich verringert, weil in einem solchen Falle die Anzahl Gleichungen dritten Grades, welche zur Auflösung gelangen, verkleinert wird.

Die Berechnung der kritischen Steigung kann aber auf folgende Art durchgeführt werden :

Wenn eine Locomotive ihren Zug über eine Steigung führen soll, so muss deren Zugkraft zum Mindesten gleich dem Widerstande sein, welcher in dieser Steigung zu überwinden ist.

Bezeichnet w, den pro Tonne Bruttolast in einer Steigung entfallenden Bewegungswiderstand in Kilogramm, und bezeichnet z die pro Tonne dieser Last entfallende Zugkraft der Locomotive, gleichfalls in Kilogramm, so muss w, = z sein. Der Widerstand wL in der Steigung setzt sich aber aus dem Widerstande w in der Horizontalen und dem Zuschüsse m, welcher durch diese Steigung bedingt ist, zusammen, so dass man hat: wl = (w + m), da aber wl==z sein soll, so ist: (w + m) = z, und hieraus die kritische Steigung:

.    .    (149

m = (z — w) .    .

in welcher Formel bezeichnet:

111. . die kritische Steigung, in Millimetern pro Meter Bahnlänge;

Z ...die pro Tonne Bruttolast entfallende Zugkraft, in Kilogramm;

W . . . den pro Tonne Bruttolast entfallenden Widerstand in der Horizontalen, gemessen in Kilogramm.

Die vorstehende Gleichung lehrt, dass der Unterschied zwischen Zugkraft und Widerstand, sobald er sich auf eine Tonne Bruttolast des Zuges bezieht und in Kilogramm ausgedrückt wird, jene Steigung pro mille angibt, welche noch mit jener Geschwindigkeit befahren werden kann, die diesem Unterschiede entspricht.

Es ist dies ein ganz merkwürdiges Gesetz, dessen Richtigkeit ohne-weiters einleuchtet, welches aber trotzdem einmal ausgesprochen werden muss, wenn es verwerthet werden soll.

Sowohl der Widerstand, als auch die Zugkraft sind Functionen der Geschwindigkeit. Einer gegebenen Geschwindigkeit entspricht sonach ein ganz bestimmter Widerstand, und ebenso eine ganz bestimmte Zugkraft. Die Differenz der Zahlen, welche die Grösse dieser beiden (einer und derselben Fahrgeschwindigkeit angehörenden) Kräfte angibt, gibt uns also die Steigung pro mille an, über welche die Maschine von der obigen Zugkraft ihren Zug zu führen im Stande ist.

Würde beispielsweise einer gewissen Fahrgeschwindigkeit der Widerstand von 10 Kilogramm pro Tonne Bruttolast entsprechen, und die Zugkraft der zur Führung des Zuges bestimmten Locomotive, welche derselben Fahrgeschwindigkeit entspricht, betrüge 15 Kilogramm pro Tonne Bruttolast des Zuges (Maschine und Wagen), so könnte diese Maschine ihren Zug mit der obigen Geschwindigkeit über keine stärkere, als höchstens über eine Steigung von : m = (15 — 10) = 5%o führen.

Sieht man nun m für jene Steigung an, welche der Grundgeschwindigkeit entspricht, so braucht man, wie aus Formel 149 zu ersehen, um diese Steigung zu ermitteln, nur die Differenz zwischen jener Zugkraft und jenem Widerstande zu bilden, welche dieser Grundgeschwindigkeit entsprechen.

Die Zugkraft z und der Widerstand w, welche beide Grössen in der obgedachten Formel 149 Vorkommen, sind aber wie bekannt, nach den Formeln :

z = 75

.    . (150

(³'¹⁺ê)l

zu berechnen, in welchen bezeichnet:

Z . .die pro Tonne Zugsgewicht entfallende Zugkraft der Maschine, ausgedrückt in Kilogramm;

W . . den pro Tonne Zugsgewicht in der geraden Horizontalen entfallenden Widerstand, in Kilogramm; a . .die Grundgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde;

(I)

11 =

das Verhältniss des Nutzeffectes der Maschine, ausgedrückt

in Pferdekräften, zum Totalgewichte des Zuges, gemessen in Tonnen, oder den sogenannten Zugseffect.

Beispiel 1 : Wie gross ist die kritische Steigung für eine Bahn, auf welcher 150 Tonnen schwere Züge mit einer Maschine befördert werden sollen, die mit 260 Pferdekräften arbeitet, und

auf welcher nirgends schneller als mit 36 Kilometer pro Stunde gefahren werden darf?

200

Auflösung : Der Zugseffect beträgt hier: n = keit ist c = 10 Meter. Dieser Grundgeschwindigkeit entspricht eine Zugkraft:

150

— P74 Pferdekräfte. Die Grundgesch',rindig-

1-74

z = 75 • —— = 13

10

Kilogramm pro Tonne Bruttolast, während der Bewegungswiderstand :

w = 3-1 +

10²

7"

- = 4-5

Kilogramm pro Tonne dieser Last ausmacht. Die kritische Steigung ist daher: m = (13 —4⁻5) = 8,5 pro mille. Auf allen Steigungen, welche sanfter sind, als 8⁻5°/₀₀ wird die Maschine ihren Zug schneller als mit 10 Meter Geschwindigkeit ziehen können. Da man aber an keiner Stelle der Bahn schneller als mit 10 Meter pro Secunde fahren darf, so wird die Fahrgeschwindigkeit auf allen Steigungen, welche sanfter sind als 8'5⁰Jm, überall dieselbe bleiben, sie wird überall 10 Meter betragen. Die Kraft der Maschine wird daher auf derlei Steigungen nicht ausgenützt, dies geschieht erst auf der Steigung von 8'5⁰l00. Hier erst wird die Kraft der mit 10 Meter Geschwindigkeit sich bewegenden Maschine voll ausgenützt. Kommt der Zug auf eine schärfere Steigung, so wird die Kraft der Maschine nicht mehr zureichen, denselben mit der Geschwindigkeit von 10 Meter zu führen, der Zug wird langsamer fahren. Die Fahrgeschwindigkeit auf Steigungen, welche schärfer sind als die kritische Steigung, wird also nicht mehr constant sein, wie dies auf Steigungen der Fall war, welche sanfter waren, wie die kritische Steigung. Die Fahrgeschwindigkeit wird auf jeder dieser Steigungen verschieden sein, muss daher für jede derselben separat ermittelt werden.

Beispiel 2: Aus Sicherheitsgründen wurde beschlossen, auf einer Bahn, welche Steigungen von 3, 5, 7, 8, 11 und 15° (l0 aufzuweisen hat, die 160 Tonnen schweren Personenzüge nirgends schneller als mit 72 Kilometer pro Stunde zu fahren. Für Zwecke der Förderung dieser Züge stehen Maschinen zur Verfügung, deren Treibrad-Durchmesser 200, Kolben-Durchmesser 40, Kolbenhub 50 Centimeter, und Heizfläche 144 Quadrat-Meter beträgt, welch letztere pro Quadrat-Meter ihrer Fläche und Stunde 40 Kilogramm Dampf von 9'5 Atmosphären Spannung liefert, von welchem Quantum jedoch nur 60 Procent verwendet werden sollen. Es fragt sich, mit welcher Geschwindigkeit jede der obgedachten 6 Steigungen wird befahren werden können?

144 40

Auflösung: Die Heizfläche liefert : -%qqo~

Meter des Dampfes von 9⁻5 Atmosphären Spannung 4'8 Kilogramm wiegt (pag. 203), so beträgt die 16 1

secundliche Dampfproduction : —-g=- Cubik-Meter. Die Zugkraft der Locomotive berechnet sich

nach Formel: Z = U.p (§. 69, Formel 106, pag. 267), wobei zu setzen ist: ß = d0, d = 40,

Va_

' 400

man, dass das Product aus dem Füllungsgrade a und der Fahrgeschwindigkeit c constant ist (§.60, Formel 94, pag. 232), dass also: a . c=514. Für c=10 ergibt sich hieraus: a = 51'4. Diesem Füllungsgrade entspricht aber das Verhältniss des mittleren Druckes im Cylinder zum Dampfdrücke im Kessel, nämlich das Verhältniss: « = 0-67 (§.58, Formel91, pag.223),und da der Dampf im Kessel eine Spannung von 10 Atmosphären hat, so beträgt der mittlere Drucke auf den Kolben : p = 9'5, Kilogramm für jeden Quadrat-Centimeter des Kolbenquerschnittes. ■ Der Grundgeschwindigkeit von 10 Meter entspricht sonach eine Zugkraft von: Z = U . p = 400 X 6'4 = 2560 Kilogramm.

Die pro Tonne Bruttolast entfallende Zugkraft * beträgt also: z-f-^j^ = 16 Kilogramm. Der Widerstand in der Horizontalen, welcher der Grundgeschwindigkeit von 10 Meter entspricht, beläuft sich auf: w=|3⁻14- ^ j=4’5 Kilogramm für jede Tonne der bewegten Last. Diesem zufolge beträgt die kritische Steigung: m = (16—4-5) = ll-5%₀‘

Die Fahrgeschwindigkeit braucht daher nicht mehr für die Steigungen 5, 8 und 10% berechnet werden, da diese Steigungen sanfter sind, als die kritische-Steigung. Es erübrigt dahe nur, die Fahrgeschwindigkeit für die Steigung von 15⁰/œ zu ermitteln und diese findet sich aus der Formel 148, pag. 361, wenn darin:

= 1-6 Kilogramm Dampf pro Secunde. Da 1 Cubik-

/ = 50, D = 200, i = y₃, U =

50.40 -

200

= 400, B = 10⁴. 60

514. — Um p zu berechnen, erwäge

10.4'5

75

75

5-5

(10.6?

• 216 = 1*15

substituirt wird, zu u = 19 Meter pro Secunde oder 68 Kilometer pro. Stunde. Man wird sonach auf allen Strecken der Bahn mit der Grundgeschwindigkeit von 72 Kilometer pro Stunde fahren

auf welcher die Fahrt mit 68 Kilometer vor sich

können mit Ausnahme auf der Steigung 15°%, gehen wird.

§• 92.

Näherungsweise Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit der Züge.

Durch das Auskunftsmittel der kritischen Steigung wurde die Zahl der Gleichungen des dritten Grades, welche bei Berechnung der Fahrgeschwindigkeiten aufzulösen sind, bedeutend reducirt, die Auflösung der verbliebenen Gleichungen konnte jedoch nicht umgangen werden. Die Auflösung derlei Gleichungen entfällt jedoch ganz, wenn man sich mit einer Annäherung zufrieden geben will. Für einen solchen Fall berechnet man nach Formel 150.

Beispiel: Auf einer Bahn kommen die Steigungen 3, 4, 7 und 12%0-vor. Ueber diese Steigungen sollen 300 Tonnen schwere Züge mit Maschinen befördert werden, welche mit 300 Pferdekräften arbeiten. Es fragt sich, mit was für Geschwindigkeiten die . obigen Steigungen werden befahren werden können.

300

300

Auflösung : Im vorliegenden Falle kommt auf 1 Tonne Bruttolast (Maschine und Wagen), 1 Pferdekraft. Es ist sonach n = l, daher die Zugkraft, welche pro Tonne Bruttolast entfällt:

75

pag. 364 sowohl die Zugkräfte als auch die Widerstände, welche den willkürlich zu wählenden Geschwindigkeiten: c₁c₂c₃. . . entsprechen. Wurde beispielsweise gefunden, dass diesen Geschwindigkeiten die Zugkräfte: z[z.iz₃... und die Widerstände: wlwnw.i.\. entsprechen, so drücken die Differenzen: (zt — wj, (z., — wj, (z₃ — w₃). . . zufolge Gleichung 149, pag. 363 die Steigungen aus, welche mit den obgewählten Geschwindigkeiten befahren werden können.

Bezeichnet man diese Steigungen der Reihe nach mit:    . . .

so ist ersichtlich, dass befahren werden kann die:

Steigung ml pro mille, mit der Geschwindigkeit ci mz » m₃ »

Zwischen den willkürlich gewählten Fahrgeschwindigkeiten: c₁c.tc₃... können nun die Intervalle recht klein genommen werden, und zwar so klein, dass die Intervalle zwischen den Steigungen m₁ m., m₃ . . . ebenfalls recht klein werden. Die bezüglichen Daten können ein für allemal berechnet und in eine Tabelle zusammengestellt werden.

An Stelle der Gleichung 148, pag. 361 tritt sonach eine Tabelle, aus welcher durch einfache Interpolation die betreffenden Geschwindigkeiten abgelesen werden können. An Stelle der Tabelle könnte man natürlich auch ein Graphicon verwenden, aus welchem die gesuchten Geschwindigkeiten ebenfalls abzulesen oder abzugreifen wären.

))

))

))

))

)>

)>

c.

z = — Pferdekräfte, sobald c die noch unbekannte Fahrgeschwindigkeit (in Metern pro Secunde)

bezeichnet. Substituirt man nun sowohl in diese als auch in die Gleichung: w=^3T +für c der

Reihe nach die beliebig gewählten Werthe 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, so erhält man die nachstehende Tabelle, in welcher auch schon die einzelnen Differenzen ersichtlich gemacht wurden:

(z—w)

10

18-7

3-3

15-4

15-0

12-5

10-7

9-4

8-3

7-5

3-4

3-6

3-8

4-0

4-2

11-6

8-9

6-9

5-4

4-1

30

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass der Steigung von :

3 pro mille entspricht die Geschwindigkeit von 10 Metern 4-1 »

6-9 »

11-6 »

Man wird sonach die Steigungen 3, 4, 7 und 12°/₀₀ mit den Geschwindigkeiten von 10, 9, 7 und 5 Metern pro Secunde befahren können. Sollte man sich mit dieser Annäherung nicht zufrieden

geben wollen, so müsste man nach derselben Methode die Steigungen für die Geschwindigkeiten berechnen, welche durch kleinere Intervalle voneinander getrennt sind, als dies in diesem Beispiele der Fall ist.

Nach Professor Frank¹) in Hannover beträgt die vorteilhafteste Geschwindigkeit der Güterzüge für eine Steigung von m pro mille:

v = (30—ni) .    .

.    .    151)

Kilometer pro Stunde. Die Abnahme der Fahrgeschwindigkeit bei zunehmender Steigung findet jedoch ihre Grenze, sobald die Zugkraft der Locomotive die Grösse der Adhäsion erreicht. Bei der normalen Güterzugs-Locomotive in Preussen findet dies bei der Geschwindigkeit von 16km statt.

An dieser Stelle mag noch erwähnt werden, dass Ingenieur Sauer"¹) vorschlägt, die Fahrgeschwindigkeit in den Steigungen so zu wählen, dass die Züge ohne Unterschied der Steigung eine gegebene Höhe in der gleichen

Zeit erreichen, und behauptet, dass die empirische Formel: v

Praxis übereinstimmende Resultate gebe, sobald in derselben v die Fahrgeschwindigkeiten in Kilometern pro Stunde, m die- Steigung pro mille bezeichnet.

100

mit der

§. 93.

¹

Fortschritte der Technik des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1884, pag. 342.

Die Fahrt mit Anlauf.

Bei Entwicklung der Formel für die grösste Steigung, welche eine Locomotive überwinden kann, wurde vorausgesetzt, dass die Fahrt über den Berg mit der Geschwindigkeit Null beginnt. Diese Voraussetzung trifft jedoch in der Regel nicht zu, denn der Zug kommt zum Fusse des Berges mit einer bereits erworbenen Geschwindigkeit, so dass die Bergfahrt nicht mit der Geschwindigkeit Null, sondern mit jener Geschwindigkeit beginnt, mit welcher der Zug an den Fuss des Berges angekommen ist.

Im Momente des Beginnes der Bergfahrt hat sonach der Zug bereits einen gewissen, der Fahrgeschwindigkeit im Thaïe entsprechenden Vorrath an mechanischer Energie, welcher Vorrath während der Bergfahrt successive verausgabt wird, so dass hierdurch die Zugkraft eine Nachhilfe erhält. Die anlaufende Locomotive wird also eine gegebene Steigung leichter überwinden, d. h. sie wird in derselben eine grössere Geschwindigkeit erlangen oderj falls diese ungeändert bleibt, einen längeren Weg in der gegebenen Steigung machen, oder aber eine steilere Steigung überwinden, als jene ist, welche der Zugkraft allein zukommt und deren Grösse durch die Formel 149 (§. 91) mit m = (z — w) Millimeter pro Kilometer Bahnlänge ermittelt wurde.

Im Allgemeinen pflegt man diesen, durch das Anlaufen bedingten, der Bergfahrt zugute kommenden Umstand bei Berechnung der Fahrgeschwindigkeiten nicht zu berücksichtigen und erhält durch diese Nichtbeachtung die Beruhigung, dass die nach der obigen Formel berechneten Steigungen umso sicherer in der Praxis überwunden werden. Es gibt jedoch

') Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1887, pag. 205. '0 Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1880, pag. 167.

Umstände, bei welchen man von der allgemeinen Regel abweicht und den Kraftzuschuss des Anlaufes doch in Rechnung nimmt. Dies geschieht beispielsweise in allen jenen Fällen, wo es sich um das Befahren von kurzen Steigungen handelt, welche schärfer sind, als die schwierigste Steigung (grösste Steigung mit den schärfsten Curven) die noch ohne Anlauf überwunden werden kann.

Man pflegt solche Steigungen Anlaufs-Steigungen zu nennen. Diese sind also die schwierigsten Steigungen, welche noch mit einer Locomotive befahren werden können. Haben derlei Steigungen eine grosse Länge, so muss eine zweite Maschine zu Hilfe genommen werden, so dass dann die Bergfahrt mit zwei gleichzeitig arbeitenden Maschinen (sogenanntem Vorspann oder Nachschub) sich vollzieht. Aus dem Gesagten geht hervor, dass es für den ökonomischen Betrieb von hohem Interesse ist, derlei Steigungen kennen zu lernen, d. h. ein Mittel zu haben, Anlaufs-Steigungen zu erkennen.

Zu der gewünschten Erkenntniss gelangt man aber auf folgende Weise.

Geht die Bergfahrt ohne Anlauf vor sich so muss die pro Tonne Bruttolast entfallende Zugkraft z gleich sein dem pro Tonne dieser Last entfallenden, auf der Bergfahrt zu überwindenden Widerstande w₁. Es muss also die Relation: z = wt bestehen. Bezeichnet w den Widerstand in der Horizontalen, m die Grösse der Steigung, so ist: w, = (w + m), und daher: z —(w + m). Bezeichnet s die Länge dieser Steigung in Metern, so ist: z . s = (w + m)s, wobei also z . s die Arbeit in Meter-Kilogramm bezeichnet, welche die Zugkraft leistet, während (w + m) s das Mass der Arbeit ist, welche der Bewegungswiderstand in der Bergfahrt absorbirt. Beginnt die Fahrt über den Berg nicht mit der Geschwindigkeit Null, sondern mit der Geschwindigkeit v Meter pro Secunde, d. i. mit jener Geschwindigkeit, mit welcher der Zug am Fusse des Berges ankommt, so hat derselbe einen

v'

Energie-Vorrath mitgebracht, welcher: M •-

Bruttolast beträgt, sobald M die pro Tonne dieser Last entfallende Masse bezeichnet. Da aber diese (§. 23, pag. 90) 112 ist, so beträgt der Energie-

= 56 v' Meter-Kilogramm. Soll diese Arbeit während der

Bergfahrt gänzlich aufgebraucht werden, so dass also der Zug am Ende der Steigung stehen bleibt (mit der Geschwindigkeit Null ankommt), so beträgt die Gesammtarbeit, welche zur Ueberwindung der Widerstände in der Steigung nunmehr zur Disposition steht: (56.v'+z.s) Meter-Kilogramm. Man hat sonach die Gleichung:

Meter-Kilogramm pro Tonne

v²

IC

Vorrath : 112-

(56. v'-fz.s) = (w+m).s

aus welcher:

m = 56

T-

- + (z-w)    •    •

s

sich ergibt; ein Ausdruck für die Stärke der Anlaufs-Steigung, d. h. jener Steigung pro mille, welche der rollende Zug so befährt, dass die Fahrt über den Berg mit der Geschwindigkeit v Meter pro Secunde beginnt, mit der Geschwindigkeit Null aufhört.

Es bezeichnet also in dieser Formel: m...die Stärke der Anlauf-Steigung pro mille;

V . . . die Geschwindigkeit in Metern pro Secunde, mit welcher die Bergfahrt beginnt;

Z ... die mittlere Zugkraft während der Bergfahrt, in Kilogramm pro Tonne der Bruttolast;

W. . . den mittleren Widerstand während der Bergfahrt, in Kilogramm pro Tonne der Bruttolast;

S . . . die Länge der Anlaufs-Steigung, in Metern.

§• 94.

Länge der Anlaufs-Steigung.

Aus der im vorigen Paragraphe abgeleiteten Formel 152 ist ersichtlich, dass die Stärke der Anlaufs-Steigung nicht nur von der Zugkraft und der anfänglichen Fahrgeschwindigkeit, sondern auch von der Länge des Weges über den Berg abhängt, also von einer Grösse, welche in den Steigungsformeln bisher nicht vorgekommen ist.

Beträgt die Anfangsgeschwindigkeit der Bewegung (die Geschwindigkeit, mit welcher die Bergfahrt beginnt) Null, wird also v=0, so bezeichnet dann m die Grösse der schwierigsten Steigung, welche noch ohne Anlauf genommen werden kann. Bezeichnet man diese Steigung mit m₀, so ist:

m₀

(z — w), hat also jenen Werth, welcher durch Gleichung 149 bereits ausgedrückt wurde.

Setzt man diesen Werth von m₀ in die Gleichung 152, so erhält man: v³

56---}- mn ; und wenn das Verhältniss der Stärke der Anlaufs-

s

wird, wenn also :

m₀

Steigung m zur Stärke der schwierigsten Steigung m₀ mit r bezeichnet = r gesetzt wird, so erhält man aus der obigen

Gleichung:

S-Ö

V m0 /

oder, wenn Kürze halber geschrieben wird:

a = (WA

\ mo /

, auch:

.    .    (153

s=(^ï)tt '

Eine Formel für die Länge der Steigung, welche mit Anlauf genommen werden kann.

24

In dieser Formel bezeichnet:

S . . .die Länge der Anlaufs-Steigung, in Metern;

r . . . die Zahl, welche angibt, wie oft die Anlaufs-Steigung steiler ist, als die schwierigste Steigung;

56 . v²

m₀

eine Constante, deren Grösse abhängig ist, von der Geschwindigkeit v, mit welcher die Bergfahrt beginnt, und von der Stärke der schwierigsten Steigung (m₀) pro mille. lH₀ = (z— w), die Stärke der schwierigsten Steigung, welche noch ohne Anlauf genommen werden kann;

Z . . . die pro Tonne Zugsgewicht entfallende Zugkraft der Maschine, in Kilogramm;

W. . .den pro Tonne Zugsgewicht entfallenden Widerstand, in Kilogramm.

Beispiel 1 : Beträgt die schwierigste Steigung ll'Z⁰/,^ und beginnt die Bergfahrt mit

56 . 10²

= 500. Die Länge der Anlauf-

10 Meter, so ist m₀ = ll⁻2%„, c = 10 Meter und mithin: a =

Steigung beträgt sonach (Formel 153): s=^——^ 500. Setzt man für r nach und nach die Werthe

1*1, 1'2, 1'3, 1 *4, l⁻5, 2 in diese Gleichung hinein, so erhält man für die Anlauf-Steigungen die nachfolgenden Längen : 5500, 3000, 2165, 1750, 1500, 1000 Meter. Wenn also unter den verschiedenen Steigungen, welche eine Bahn aufweist, eine vorkommt, die zweimal so steil, ist, als die schwierigste Steigung (welche noch ohne Anlauf genommen werden kann), so wird diese Steigung durch einen mit 36 Kilometer pro Stunde anfahrenden Zug nur in dem Falle ohne Zuhilfenahme einer Vorspann-Maschine überwunden werden, wenn sie kürzer ist, als 1 Kilometer (kürzer als 1000 Meter).

Beispiel 2: Auf einer Bahn, auf welcher nirgends schneller gefahren werden darf, als mit 12 Meter pro Secunde, kommen die Steigungen 5, 8 und 11 vor, von denen die letztere 2500 Meter lang ist, in einem Bogen von 600 Meter Radius liegt und einer längeren Horizontalen nachfolgt. Die Belastung der Maschine wurde so gewählt, dass die Züge die Steigung von 8°/^ ohne anzulaufen, noch passiren können. Es fragt sich, ob zur Förderung der Züge über den 11 %o ansteigenden Berg eine Hilfsmaschine herangezogen werden müsse, oder aber, ob diese Steigung mit Anlauf genommen werden könne?

Auflösung: Der Widerstand, welchen eine Steigung von 11%oi die in einem Bogen von 600 Meter liegt, dem Verkehre darbietet, ist gerade so gross, als der Widerstand einer geraden

= 12%„ (§.28, Formel 48, pag. 115). Da die schwierigste Steigung hier

Steigung von: 11 —|—

600

600

8%q beträgt, so übertrifft die Anlaufs-Steigung dieselbe Steigung darf sonach:

= 1-5mal. Die Länge der Anlaufs-

(r£i)-=-

Meternicht übersteigen. Da diegrösste Fahrgeschwindigkeit 12 Meter beträgt und die Anlaufs-Steigung nach einer längeren Horizontalen folgt, so werden die Züge an den Fuss dieser Steigung mit einer

56 . 12²

Geschwindigkeit von höchstens 12 Meter ankommen. Es ist demnach: a =

= 1008, woraus

folgt, dass die fragliche Anlaufs-Steigung eine Länge von 3 X 1008 = 3024 Meter haben könne. Da aber die Länge derselben thatsächlich nur 2500 Meter beträgt, so wird diese Steigung anstandslos mit Anlauf genommen werden können. Die Heranziehung einer Vorspanns- oder Schiebe-Maschine ist also nicht nöthig.

Soll die Bergfahrt in der Weise ausgeführt werden, dass die Züge am Ende der Steigung noch eine Geschwindigkeit von c Metern behalten, so braucht nicht mehr die Energie 56 v¹ Meter-Kilogramm für Zwecke der

Ueberwindung der Widerstände während der Bergfahrt ganz aufgewendet werden, da ja noch die Energie von 56c² Meter-Kilogramm bei der Ankunft am Ende der Steigung verbleiben soll. Die aufzuwendende Energie beträgt sonach nur: 56 (v²— c²) Meter-Kilogramm pro Tonne Bruttolast.

Man erhält daher die Bedingungsgleichung:

5 6 (v ' — c²) + z s = (m + w) s

aus welcher sich wieder die Formel 153 ergibt, nur wird a nicht mehr , sondern den Werth: a

den Werth: a

56 v²

56 (v²— c')

m₀

m₀

erhalten.

Wollte man die Anfangsgeschwindigkeit berechnen, mit welcher der Anlauf über eine gegebene Steigung von bekannter Länge ausgeführt werden soll, damit die Züge bei Ankunft am Ende der Steigung noch eine gewisse Geschwindigkeit haben, so müsste man folgender Weise calculiren :

Die Grundgleichung, von welcher auszugehen ist, lautet: 56 (va—c²)-f-zs = (m -j- w) s. Da die Bewegung des Zuges über den Berg hinauf eine verzögerte ist, so muss ein mittlerer Widerstand in Rechnung gezogen werden, und muss man ausserdem berücksichtigen, dass die Zugkraft z nicht mehr constant ist, sondern mit dem Kleinerwerden der Fahrgeschwindigkeit wächst, also in dem Maasse grösser wird, je mehr man sich dem Ende der Anlaufs-Steigung nähert, dass also eine mittlere Zugkraft in Rechnung zu stellen sein wird. Was den mittleren Widerstand anbelangt, so beträgt derselbe (§. 31, Formel 57, pag. 123):

w = ^3T -f-

v² + vc + c²

210

Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht.

Bezeichnet n den Zugseffect in Pferdekräften, d. i. die Anzahl der Pferdekräfte, welche pro Tonne Bruttolast des Zuges entfällt, und bezeichnet u die constante Geschwindigkeit in Metern

, da aber

pro Secunde, mit welcher die Fahrt über den Berg vor sich geht, so ist: z = 75 (§. 31, Formel 59, pag. 124):

V² -f C² -f VC

so ist:

z = 75 •

Hw

-j- C² + VC

Handelt es sich um eine Fahrt, welche mit der Geschwindigkeit v beginnt und mit jener gleich Null endigt oder umgekehrt, so ist, da c = 0:

= 130 •

z = 75 •

Werden nun die ersteren oder die letzteren Werthe für w und z in die obige Grundgleichung substituirt, und wird dieselbe sodann nach den Potenzen von v geordnet, so erhält man die Gleichung: v³— av-\-ß — 0, aus welcher die Anfangsgeschwindigkeit v berechnet werden kann.

Die Coëfficienten a und ß werden Functionen von s, n und m sein, also von der Länge und Stärke der schwierigsten Steigung, sowie von dem Zugseffecte, also von lauter bekannten Grössen abhängen.

Wenn auch der Betrieb einer Anlauf-Steigung keine grössere Ausgabe an Dampf verursacht als eine horizontale Strecke, so entsteht doch aus dem Zeitverlust eine, wenn auch unerhebliche Vertheuerung und dieser Umstand bewirkt, dass man nur selten mit Anlauf fährt.

24*

§• 95.

Die Fahrt im Gefälle.

Die Fahrt im Gefälle vollzieht sich unter wesentlich anderen Bedingungen, als jene sind, welche die Fahrt in Steigungen begleiten. Während nämlich die zur Bergfahrt nöthige Kraft erst künstlich erzeugt werden muss, man daher nur selten einen Ueberfluss an derselben hat, entstammt die Kraft, welche den Zug thalwärts treibt, der Natur, ist also im Ueberfluss vorhanden.

In der Thalfahrt haben wir sonach keine Sorge um die Beschaffung der Betriebskraft, wir haben im Gegentheil daran zu denken, dass die Naturkraft in solchen Grenzen verbleibe, dass die Fahrt gefahrlos verlaufe.

Die den Zug thalwärts treibende Kraft ist die Schwere, und beträgt deren Intensität gerade so viele Kilogramme pro Tonne Bruttolast (Maschine und Wagen), als wie viele Millimeter die Bahn pro Meter horizontaler Länge fällt (pag. 92 und 111). In einem Gefälle

in einem Gefälle von 25 °/oo, 25k& pro Tonne Zugsgewicht, wirkende, den Zug abwärts ziehende Kraft der Schwere beschleunigt die Fahrt derart, dass die Geschwindigkeit eines thalwärts rollenden, nur unter dem Einflüsse der Schwerkraft verbleibenden Zuges, in einem Gefälle von

von

10%o beträgt sie sonach 10ks,

Die constant

j Meter pro Secunde zunimmt (§. 23, pag. 90).

m°loo, um circa

Würde die Fahrt über ein Gefälle von 15 %o mit einer Geschwindigkeit von 5m pro Secunde beginnen, so wird diese Geschwindigkeit in

Folge der Einwirkung der Schwere jede Secunde um ¹⁰

== 0‘14m,

112

also um 14cm zunehmen; nach Ablauf von 100 Secunden wird sonach die Geschwindigkeit eines thalwärts frei rollenden Zuges:

5 + 100 X. 0’14— 19m

pro Secunde betragen, falls kein Bewegungswiderstand vorhanden wäre. Da aber ein solcher Widerstand thatsächlich vorhanden ist, und zu Beginn 10²

der Thalfahrt :

3-1 +

70

^ —4⁻5k§ für jede Tonne des Gewichtes des

rollenden Zuges beträgt, so vollzieht sich die Bewegung (einen con-stanten Widerstand vorausgesetzt) unter dem Einflüsse einer abwärts treibenden Kraft, welche nicht mehr 15ks pro Tonne Zugsgewicht, sondern nur

10-5 ÏÎ2

d. i. eine Beschleunigung von nur 9cm pro Secunde erzeugt. Nach Ablauf von 100 Secunden würde sonach die Fahrgeschwindigkeit nicht mehr 19m, sondern nur: 5-f 100 x 0⁻09 — 14m betragen.

Wir sehen also, dass derselbe Widerstand, welcher die Bergfahrt erschwert, der Thalfahrt zugute kommt; obgleich er sich in der Thalfahrt nützlich erweist, so reicht er dennoch nicht aus, um in starken Gefällen einem übermässigen Anschwellen der Geschwindigkeit zu steuern. Es müssen daher künstliche Mittel zur Anwendung kommen, falls man die Schnelligkeit der Thalfahrt beherrschen soll. Derlei Mittel sind die Bremsen.

(15 — 4'5) = 10'5k§ beträgt, also eine Beschleunigung von

0-09m,

80

Durch Bremsen des Zuges kann erreicht werden, dass die Räder ihre Rotation derart verlangsamen, dass der Zug zu gleiten beginnt. Und dies ist ein grosser Vortheil, da die gleitende Reibung zum mindesten 20mal, nach Umständen aber auch 50mal grösser ist als die rollende Reibung. Da die gleitende Reibung selbst unter den ungünstigsten Umständen immer noch 80 k» pro Tonne Bruttolast beträgt (§. 64, pag. 252), so erzeugt sie

im schlimmsten Falle eine Verzögerung der Bewegung von

7lcm pro

112

Secunde, ist sonach jener Verzögerung, welche die rollende Reibung erzeugt, weit überlegen. Hieraus folgt, dass die Geschwindigkeit der Thalfahrt niemals bis zu einer solchen Grösse anwachsen darf, dass die Beschleunigung der Bewegung grösser als 71cm pro Secunde ausfällt, weil man in einem solchen Falle selbst durch das Bremsen aller Wagen im Zuge der Bewegung des Zuges nicht Meister werden könnte.

Die Grenze, bis zu welcher die Schnelligkeit der Fahrt getrieben werden darf, ist natürlich für jedes Gefälle eine andere; sie muss stets nach der Stärke des Gefälles bemessen werden. In starken Gefällen wird man sonach im Allgemeinen nicht so schnell fahren dürfen, als in sanften.

Oberbaurath Schäffler schlug den Techniker-Versammlungen, welche ihre Sitzungen in Harzburg und Eisenach in den Jahren 1877 und 1878 abhielten, die nachstehenden Grenzen für die Geschwindigkeiten der Züge in Gefällen vor :

Die grösste Fahrgeschwindigkeit, welche mit Rücksicht auf die Sicherheit des Verkehres noch geduldet werden könne, beträgt bei

Eilzügen

Personenzügen

Kilometer pro Stunde

Gefällen pro mille

Meter

pro Secunde

Kilometer pro Stunde

Meter

pro Secunde

io C^ 00 o

CO

75

60

to tO M

o o o

74

73

71

70'

69

67

65

58

57

55

54

53

51

48

CO CO

ai o

62

45

58

40

wobei unter Eilzügen jene Züge zu verstehen sind, deren Fahrgeschwindigkeit bis zu 75km reicht, während die maximale Fahrgeschwindigkeit der Personenzüge mit 60km angenommen wurde.

Diese Tabelle bezieht sich jedoch nur auf Gefälle, welche in geraden Strecken liegen. Kommen Curven vor, so ist die Fahrgeschwindigkeit in denselben nach den Bestimmungen des §.78 zu massigen.

Wird diese Reductinon in dem angedeudeten Sinne vorgenommen, so erhält man. die nachstehende Tabelle:

Die maximale Fahrgeschwindigkeit darf betragen in Gefällen pro mille

10

11

12

14

17

20

25

Curven-Radius

in Metern

Eilzüge

Personenzüge

Eilzüge

Personenzüge

Eilzüge

Personenzüge

Eilzüge

Personenzüge

Eilzüge

Personenzüge

Eilzüge

Personenzüge

Eilzüge

Personenzüge

Eilzüge

Personenzüge

Eilzüge

Personenzüge

Eilziige

Personenzüge

CD

CD

Oh

in

CD

O.

CB

1000

21

17

20

16

950

20

17

20

16

900

20

17

19

16

CO CO CD O O

CD CD CD

850

800

750

700

650

600

550

500

19 17 19 17 18 16 18| 16 17 16 17 16 16J15 16 15

19

16

19

16

450

15

14

400

14

14

350

300

13 13 1212

250

200

1845 17 15 1745 1744 16 14 16 14 15 j 13 14 13 13112 12 12 1141 1040

19 16 1846 18 15 1745 1745 16 14

2045 19 15 1845 18 15 17 15 17 14

19 Jfe 19 15

18

18

17

17

16

14

16

16

16

15

14

13

14

14

13

13

12

12 12 11 11 10 10

15

15

15

14

14

16 14 16 14 15 14 15 14 15 13 15 13 15 13 15 13 14 13 14 13 13 12 13 12 13 12 13 12 1211 1211

ui Ol Q O) ^ Kl 00 00 CD CD

4^ Ol Ol Ol Ol Ol

»—*■ I—*

4^ 4^

t—h-*-

4^ cn

CO co

tc CO CO CO CO ^

18

18

14

14

18

17

13

13

18 14 17 13 17 14 16 13 17 14 16 13 16 13 15 13 16 13 15 13 16 13 15 12

N N © CD CO CO IO

<M<MCM<M<M

OlOl Ol

N M CO CO

CO CO

00 Cd

CD O

CD

10 10 10 9

cp_ O CD CD O

co o o

co co co o

O GO GO

-4 00 CO CD CO O O

co cd io m is -f cc n cm <m <m cm

05 03 00

O^JCOOOCDCDCDO

§• 96.

Die zulässig grösste Fahrgeschwindigkeit in Gefällen.

Die beiden Tabellen für die zulässigen Fahrgeschwindigkeiten in Gefällen, welche in dem vorhergehenden Paragraphe aufgeführt wurden, beziehen sich auf die fixe Geschwindigkeit von 60 und 75km. Es wird erwünscht sein, eine allgemeine Methode kennen zu lernen, nach welcher die zulässig grössten Geschwindigkeiten in Gefällen berechnet werden können, sobald die Fahrgeschwindigkeit für die Horizontale, mit Rücksicht auf die gegebenen Localverhältnisse, gewählt wurde.

Der Aufstellung der betreffenden Formel liegt der Gedanke zu Grunde, dass die Fahrgeschwindigkeit der Züge nach, der Repressivkraft der Bremsen bemessen werde, welche beim Zuge bethätigt werden. Die Züge sollen also in Gefällen auf dieselbe Distanz mit den vorhandenen Bremsen angehalten werden können, wie in der Horizontalen.¹)

Beträgt der Widerstand, welchen man durch die beim Zuge be-thätigten Bremsen erzielt, a Kilogramm pro Tonne Bruttolast des Zuges (Maschine und Wagen), und beträgt der Widerstand in der Horizontalen w

') Dr. Mecklenburg. Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1885, pag. 164.

Kilogramm pro Tonne derselben Last, so beläuft sich die gesammte beim Zuge auftretende repressive Kraft auf: (o + w) Kilogramm pro Tonne Bruttolast. Soll der Zug auf die Distanz von A Meter zum Stillstände kommen, so absorbirt das Geschäft des Hemmens der Fahrt eine Arbeit von (a + w) A Meter-Kilogramm. Besitzt der Zug im Momente, als gebremst wird, in der Horizontalen die Geschwindigkeit von c Meter pro Secunde, und erwägt man, dass die pro Tonne Bruttolast des Zuges entfallende Masse des Zuges M Kilogramme

— • c². Bezeichnet wl den

Widerstand im Gefälle und v die Geschwindigkeit, welche der im Gefälle rollende 'Zug im Momente des Bremsens hat, so ist analog :

beträgt, so hat man die Gleichung: (a + w) A

"(° + w,)A =    v².

Aus diesen beiden Gleichungen ergibt sich:

q + w,_

w -f 5

Beträgt die Neigung des Gefälles rn pro mille, und erwägt man, dass der Widerstand tvl des Gefälles das entgegengesetzte Zeichen der im Gefälle thätigen, bewegenden Kraft (m — w) hat, dass also: w,= —(m — w) =

Da aber in

(w + a) ‘

= (w — m) zu setzen ist, so erhält man: v = c

genügender Annäherung:

H-fe)]

, r, - 1₁

L 2 (w + o)J

(a + w)

gesetzt werden kann, so hat man:

.    .    (154

eine Formel zur Berechnung der grössten Geschwindigkeit, welche in Gefällen noch zulässig ist.

In dieser Formel bezeichnet:

Vmax • • • die grösste Fahrgeschwindigkeit, welche in Gefällen noch zugelassen werden kann, in Metern pro Secunde; die zulässig grösste Geschwindigkeit in der Horizontalen, gleichfalls in Metern pro Secunde; die Stärke des Gefälles, in Millimetern ;

die pro Tonne Bruttolast entfallende repressive Kraft, welche durch die beim Zuge befindlichen Bremsen erzielt werden kann, gemessen in Kilogramm;

W.....den Widerstand in der Horizontalen, welcher der Fahrgeschwin

digkeit c entspricht, in Kilogramm pro Tonne Bruttolast.

Beispiel: Bei einem 200 Tonnen schweren Zuge hat man jeden achten Wagen bremsbar eingerichtet. Es fragt sich, welche grösste Geschwindigkeit dieser Zug in einem Gefälle von 14°/m noch erreichen wird dürfen, wenn man die Möglichkeit haben will, denselben mit den vorhandenen Bremsen auf dieselbe Distanz im Gefälle anzuhalten, auf welche er in der Horizontalen bei der Geschwindigkeit von 8'3 Metern angehalten werden könnte?

200

Auflösung : Da Vs der Bruttolast bremsbar ist, so beträgt das gebremste Brutto — — 25

Tonnen. Da nun jede voll gebremste Tonne selbst im ungünstigsten Falle eine repressive Kraft von 80 Kilogramm (§. 64, pag. 252) erzeugt, so beträgt die gesammte Bremskraft, welche beim Zuge dis

ponibel ist, 25X80=2000 Kilogramm, also ^^=10 Kilogramm pro Tonne Bruttolast. Es ist so-

200

nach '> = 10. Da der Widerstand des Zuges bei der Geschwindigkeit von 8⁻3 Meter 3-1 -f gramm pro Tonne Bruttolast beträgt, so ist w=4. Und da m = 14 ist, so gibt die obige Formel

70

-=4 Kilo-

14

2 (10 + 4)

was besagen will, dass die grösste Geschwindigkeit im Gefälle nur die Hälfte jener Geschwindigkeit betragen darf, für welche die Bremsen in der Horizontalen bemessen waren, also nur V2-8'3=4’15 Meter pro Secunde.

Die Formel 154 ist indessen für die Praxis wenig brauchbar, weil sie die Kenntniss der repressiven Kraft und des Widerstandes erfordert, also Grössen als bekannt voraussetzt, welche für den Praktiker nicht immer einfach und schnell genug ermittelbar sind.

In der Praxis ist gewöhnlich das Bremspercent gegeben, d. h. es ist jener Theil des Zugsgewichtes bekannt, welcher für ein jedes Gefälle auf bremsbaren Achsen zu ruhen hat. Es wäre daher erwünscht, eine Formel zu haben, welche die zulässig grösste Geschwindigkeit der Züge als eine Function des Bremspercentes und des Gefälles darstellen würde.

Eine derartige Formel ergibt sich aber aus der im §.91 abgeleiteten Formel 173 und lautet:

c in hx -— KlO (z    in) .

.    .    (155

Meter pro Secunde.

In dieser Formel bezeichnet:

Cmax die grösste in Gefällen noch zulässige Fahrgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde;

Z ...das Bremspercent, d h. das auf bremsbar eingerichteten Achsen ruhende Gewicht des Zuges, in Procenten des totalen Zugsgewichtes; in . . . das Gefälle, pro mille.

Ein Zug, bei welchem Vs seines Gewichtes (20 Procent) auf gebremsten Achsen ruht, darf sonach in einem Gefälle von 10%o niemals schneller, als mit c = V4o (20 —10) = 10 Meter pro Secunde fahren.

Aber selbst diese einfache Formel kann entbehrt werden, sobald festgesetzt wird, dass die Geschwindigkeit in einem Gefälle von m pro mille höchstens ebenso gross sein dürfte, als die Geschwindigkeit in der Steigung von m pro mille war, *) und derlei Bestimmungen kommen auf Eisenbahnen gerade nicht selten vor.

V Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, Wiesbaden 1879, pag. 110 und 415.

IX. ABSCHNITT.

Das Bremsen der Züge.

§. 97.

Das Bremsen der Züge.

Den Ingenieuren, welche es verstanden haben, der Locomotive die Geschwindigkeit des Sturmes zu verleihen, erwächst die Pflicht, Vorrichtungen zu schaffen, welche diese Geschwindigkeit zu zügeln gestatten, wenn sie nicht in die Lage des Zauberlehrlings gerathen wollen, der die Geister heraufzubeschwören, nicht aber zu bannen verstand.

Die Anforderungen, welche man an die Bremsen der Eisenbahnwagen zu stellen hat, dürfen nicht zu weit gehen, weil die Stösse, welche durch ein allzu rasches Anhalten des Zuges entstehen, dem Reisenden unangenehm, ja verderblich werden könnten. Der im Wagen sitzende Passagier theilt nämlich die Geschwindigkeit des Zuges; bliebe der Zug plötzlich stehen, so würde der Reisende, da er die ihm eingeprägte Geschwindigkeit noch nicht verloren hat, mit derselben in der Richtung der Fahrt an die Wand des Wagens geschleudert. Die Heftigkeit mit der dies geschieht, hängt von der Fahrgeschwindigkeit ab, welche der Zug im Augenblicke des Wirksamwerdens der Bremse besitzt, und ist gerade so gross, als die Wucht, mit

c*

— h Meter fallend, auf den

Boden anprallen würde; sobald c die Fahrgeschwindigkeit des Zuges in Metern pro Secunde und g = 9’81m, die Accelleration der Schwere, bezeichnet.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Fallhöhen zusammengestellt, welche den auf Eisenbahnen üblichen Fahrgeschwindigkeiten entsprechen:

2g

welcher der Reisende von der Höhe von

Gattung des Zuges

Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde

Fallhöhe in Metern

Anmerkung

7z

Güterzug Gemischter Zug Personenzug Courierzug

1-8

20'0

Hochparterre    eines    Hauses

Nimmt man an

dass ein Fall von der Höhe von 20cm=Vs Meter für den Menschen ohne allen Schaden ist, so hat man damit auch schon gesagt, dass die durch das Bremsen bewirkte Aenderung der Fahrgeschwindig-

keit, die Grosse p — j/2 . g . 7s = 2 m nicht übersteigen soll. Bezeichnet M die Masse des Zuges auf Kilogramm bezogen, so beträgt die Kraft K, welche die obgedachte Geschwindigkeits-Aenderung hervorbringt: K = M.p

1000

Kilogramm oder pro Tonne Zugslast —• 2, d. i. rund 200k£.

Hieraus ist ersichtlich, dass der Widerstand, welcher durch das Bremsen des Zuges noch erzeugt werden kann, die Grösse von 200k« pro Tonne gebremster Last nicht übersteigen darf, dass man also für Zwecke des Bremsens von Eisenbahnzügen keine grössere Kraft heranziehen darf, als eine solche, die höchstens 200ks pro Tonne des zu bremsenden Gewichtes beträgt. Da die Reibung zwischen einem Wagenrade, dessen rollende Bewegung künstlich gehemmt wird, und der Schiene jene Grösse nur unter ganz besonderen Verhältnissen erreicht, sonst aber kleiner ist als 200ks pro Tonne Schienendruck (§. 64, pag. 250), so wird man diese Kraft, für Zwecke des Bremsens der Eisenbahnzüge heranziehen können, ohne besorgen zu müssen, dass sie jemals grösser ausfallen könnte, als es wünschenswerth wäre.

Man pflegt auf Eisenbahnen den künstlichen Bremswiderstand zumeist dadurch zu erzeugen, dass man an den Umfang der zu bremsenden Räder, Klötze mit solcher Gewalt anpresst, dass die Rotation der Räder auf jenes Maass herabgedrückt wird, welches der grössten Reibung zwischen Rad und Schiene entspricht.

Die Bremsklötze selbst werden gewöhnlich in ein Hängeeisen gelagert, welches um einen am Untergestelle des Wagens befindlichen festen Punkt nach Art eines Pendels von links nach rechts und zurück schwingen kann, so dass die Bremsklötze vom Radumfange sich entfernen oder an denselben näherrücken können. Da die Hängeeisen am Untergestelle des Wagens aufgehangen sind, so ist die Lage der Bremsklötze den Rädern gegenüber, in verticaler Richtung eine veränderliche. Die Bremsklötze hängen nämlich bei belasteten Wagen mehr nach unten, bei unbelasteten mehr nach oben. Es wird also ein gutes Anliegen nur für den beladenen oder nur für den leeren Wagen möglich sein. Zur Vermeidung dieses Uebelstandes bringt man die Bremsklötze drehbar an den Hängeeisen an und sichert deren relative Lage zum Rade durch geeignet angebrachte Federn.

In der nachfolgenden Figur ist ein Rad mit zwei, es umfassenden Bremsklötzen a und b dargestellt, welche Klötze in den Hängeeisen e und e

~ y////////////sp//////y////// y/////////////////^////////////- x

gelagert sind, welche Hängeeisen um die am Untergestelle xx des Wagens angebrachten fixen Punkt m und m in der Ebene des Papieres von rechts nach links und zurück schwingen können.

Figur 12.

Man pflegt die Bremsklötze entweder auf einer Seite oder auf beiden Seiten eines Rades anzubringen Wird der Bremsklotz von einer Seite gegen ein rotirendes Rad gepresst, so sucht er, je nach der Fahrtrichtung des Zuges unter der Einwirkung der zwischen Rad und Klotz

entstehenden Reibung, an dem Rade in die Höhe zu steigen oder sich der Schiene zu nähern. Es ist also eine Entlastung oder Mehrbelastung der Federn, die so lange stattfindet, bis das Drehungsmoment des Rades zerstört wird, bis das Rad sich also nicht mehr dreht, die nothwendige Folge jeder einseitig auf das Rad ausgeübte Bremswirkung. Tritt die Bremswirkung sehr stark und plötzlich auf, so bleibt eine Entgleisung des Rades nicht ausgeschlossen, wenn die Fahrtrichtung des Zuges eine derartige ist, dass das Rad an dem Bremsklötze in die Höhe zu steigen bestrebt ist.¹)

Bezeichnet W den normalen Druck des Rades gegen die Schiene, und B die Reibung zwischen Bremsklotz und Rad, so vermindert sich W unter der Einwirkung der Bremse und sinkt auf (W—B) herab, während der Bremsklotz mit der Kraft B abwärts gedrückt wird. Diese letztere Kraft wird durch die Hängeeisen des Bremsklotzes auf das Wagen-Untergestell und von diesem durch die Feder wieder auf das Rad übertragen. Die Resultirende wird demnach (W — B) + B = W betragen.

Bremsen, bei denen zwei Bremsklötze auf ein Rad wirken, erfordern eine Vorrichtung, welche das gleichzeitige Anpressen beider Bremsklötze an das Rad ermöglicht. Zu diesem Zwecke wird zwischen den Hängeeisen eine horizontale Welle quer unter dem Wagen in fixen Lagern gelegt, durch deren Drehung nach rechts oder links beide Hängeeisen dem Radumfange näher gebracht oder von demselben entfernt werden.

Figur 13 zeigt eine derartige Einrichtung, in welcher o die im Sinne der Pfeile drehbare, sonst aber fixe Welle be- ~y y/zy^'///////////// yi’///////■a zeichnet, an welcher ein Hebel nn aufgekeilt ist, der wieder mit den Druckstangen d d' in Verbindung steht, welche an die Hängeeisen in den Punkten ii' drehbar befestigt sind. An der Welle o ist ein einarmiger Hebel aufgekeilt, an welchem die Kraft Z angreift, welche die Welle zu drehen strebt, die also das Bremsen des Rades bewirkt.

Nicht selten werden die Bremsklötze durch Zug und Druckstangen bewegt, welche keine fixe Welle haben. Derlei Vorrichtungen werden Bremsen mit schwingenden W^ellen genannt und ist die Einrichtung derselben aus der nachstehenden Figur 14 ersichtlich.

An dem Untergestelle des Wagens hängen die üblichen Hängeeisen ee mit den an denselben angebrachten Klötzen a, b.

Am Hängeeisen e ist ein Stützpunkt o angebracht, an welchem der Hebel nn befestigt wurde, der mit den Stangen d d' verbunden ist. An demselben Untergestelle befindet sich der fixe

fjn

4-

Figur 13.

1’

a.

a’

Figur 14.

J) Koch. Das Maschinen-Eisenbahnwesen. Wiesbaden 1879, pag. 322.

Punkt 5, um welchem der zweiarmige Hebel zsr drehbar ist. Am unteren Ende dieses Hebels greift im Punkte z die Kraft Q an, durch deren Einwirkung das Hebelgestänge in Bewegung gesetzt wird, welches wieder die Bremsklötze anpresst. Die Bewegung des Gestänges erfolgt im Sinne der Pfeile.

Was das Material anbelangt, aus dem die Bremsklötze angefertigt werden, so ist zu bemerken, dass hiefür in früheren Zeiten ausschliesslich Holz (Pappel oder Linde) verwendet wurde. Derlei Klötze gaben ein weiches elastisches Material ab, das sich möglichst gut an die Lauffläche der Räder anschmiegte. Die hölzernen Bremsklötze hatten aber den Uebelstand, dass bei längerer starker Inanspruchnahme leicht ein Verkohlen derselben eintrat, wodurch die Betriebssicherheit gefährdet wurde. Um das Verkohlen hölzerner Bremsklötze zu vermeiden, wurden dieselben mit Stoffen imprägnirt, welche das Verkohlen erschweren sollten, doch haben alle dahin abzielenden Versuche keine günstigen Resultate gegeben. Zu einem solchen gelangte man erst, nachdem Eisen statt Holz als Material zu den Bremsklötzen verwendet wurde. Dieses letztere Material ist nun thatsächlich vielfach in den letzten Jahren für Bremsklötze verwendet worden, und zwar in Gestalt von Schmiedeeisen, Stahl, Gusseisen und Gussstahl. Was die Zweckmässigkeit des verschiedenen zu Bremsklötzen verwendeten Materiales anbelangt, so ist Nachstehendes zu bemerken.¹)

Holz hat bei meist billigen Beschaffungskosten die Nachtheile der raschen Abnützung, verursacht leicht ein Feststellen der Räder, wodurch die Radreifen leiden.

Schmiedeeisen vermindert zwar die Gefahr des Feststellens der Räder, dagegen macht sich aber bei Anwendung desselben eine bedeutende Abnützung der Radreifen bemerkbar.

Gusseisen hat den Vortheil billiger Anschaffung, vermindert das Feststellen der Räder und bedingt eine gleich massige Abnützung der Radreifen, dessen Verwendung kommt jedoch wegen starker Abnützung der Klötze theuer zu stehen.

Stahl erhitzt die Radreifen und greift sie stark an.

Gussstahl ist billig in der Erhaltung, nützt die Radreifen wenig und gleichmässig ab und verhindert das Feststellen der Räder, so dass es sich ob dieser Eigenschaften als das geeignetste Material für Bremsklötze erwiesen hat.

Heute ist der hölzerne Bremsklotz dem eisernen (Gussstahl) ganz unterlegen, so dass neue Bremsen nur mehr mit eisernen Klötzen gebaut werden. Aus diesem Grunde sollen alle folgenden Betrachtungen sich sämmt-lich auf eiserne Bremsklötze beziehen.

§. 98.

Grenze zwischen Rollen und Gleiten.

Würde man einen Eisenbahnwagen in seinem Schwerpunkte aufhängen und schwebend über dem Gleis halten, und in dieser Lage dessen Achsen durch irgend einen Antrieb in Rotation versetzen, so würden diese in ihren Lagern umlaufen. Würde man diesen Wagen zur Zeit, als noch dessen

!) Meyer. Grundzüge des Eisenbahn-Maschinenbaues, Berlin 1884, pag. 116.

Achsen umlaufen, auf das Gleis senken, so würde er auf demselben fortschreiten, und zwar in der Weise, dass in derselben Zeit, in welcher dessen Achse einen vollen Umschwung vollzieh, der Wagen um eine Distanz auf der Schiene fortschreitet, welche gleich ist dem Umfange des Rades.

Man nennt eine solche Bewegung, also eine Bewegung, bei welcher der in einer Secunde auf dem Gleis durchlaufene Weg gleich ist jenem Bogen am Radumfange, um welchen das Rad in eben dieser Secunde um seine Achse sich gedreht hatte, das Rollen.

War die anhängliche Rotation rasch, so werden die Räder ihren Umfang auf der Schiene rasch abwickeln, d. h. der Wagen wird rasch rollen, war die ursprüngliche Rotationsgeschwindigkeit klein, so wird auch die Geschwindigkeit des Rollens massig ausfallen. Man kann nun von Haus aus die Achsen des Wagens in schwache Rotation versetzen, oder aber deren ursprüngliche grosse Rotationsgeschwindigkeit dadurch massigen, dass man an den Umfang der frei rotirenden Räder des ober dem Gleis noch schwebenden Wagens Bremsklötze anpresst. Senkt man sodann den Wagen, an dessen umlaufende Räder Bremsklötze angedrückt sind, auf das Gleis herab, so wird er auf demselben ebenfalls fortrollen, nur wird dessen Rollgeschwindigkeit nicht mehr so gross werden, als sie sein würde, wenn die Bremsklötze nicht angepresst worden wären.

Man sieht sonach, dass die rollende Bewegung trotz Anliegen der Bremsklötze bestehen bleibt und insolange andauert, als die Räder unter den Bremsklötzen noch rotiren können. In dem Augenblicke, in welchem etwa durch ein zu starkes Anpressen der Bremsklötze die Rotation unmöglich gemacht wird, hört das Rollen auf, und tritt an dessen Stelle die reine fortschreitende Bewegung des Wagens auf, welche man das Gleiten nennt.

Von der Stärke der Pressung der Bremsklötze an den Umfang der Räder wird es sonach abhängen, ob der Wagen auf den Schienen rollen oder gleiten wird. Ist der Druck auf die Bremsklötze (Klotzdruck) so bedeutend, dass die Räder des von den Schienen abgehobenen Wagens nicht rotiren können, so wird der auf die Schienen gestellte Wagen auf denselben gleiten, ist der Klotzdruck kleiner so wird er rollen.

Professor Bartl in Brünn bezeichnet den Augenblick, in welchem das Rollen in das Gleiten eben übergeht, sehr treffend mit dem Namen Rollgrenze, und ist es bekannt,¹) dass die grösste Bremswirkung (grösste Reibung zwischen gebremstem Rad und Schiene) nicht etwa dann eintritt, wenn der gebremste Wagen schon gleitet, sondern bevor noch dies geschieht, also im Augenblicke der Rollgrenze.

Soll nun ein Wagen so gebremst werden, dass durch Anliegen der Bremsklötze an dessen Räder ein Gleiten derselben auf der Schiene nicht eintritt, so braucht man nichts Anderes zu thun, als nur dafür zu sorgen, dass die Räder unter den Bremsklötzen rotiren. Wird dann der so gebremste Wagen auf die Schiene gestellt, so wird er, obwohl die Bremsklötze an dessen Räder anliegen, dennoch nicht gleiten, sondern auf der Schiene rollen.

Wähler. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1867, pag. 126. — Lochner. Specielle Eisenbahntechnik (Locomo'tivbau), 1875, pag. 762. — Pippart. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1878, pag. 231. — Perron. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1878, pag. 141. — Duglas Gallon. Proceeding of the Inst, of mech. Ing., 1878, pag. 467—590. — Meyer. Grundzüge des Eisenbahn-Maschinenbaues, 1884, II. Theil, pag. 112. — Bartl. Der Civil-Ingenieur, 1885, pag. 312. Studien über die Wirkung der Eisenbahnwagen-Bremsen, 1887, pag. 15 des Sonderabdruckes.

Ist dies geschehen, d. h. rollt der gebremste Wagen, so ist dies ein Beweis, dass das Rad in derselben Zeit, in welcher es eine Umdrehung macht, nicht weiter auf der Schiene fortschreitet, als die Länge seines Umfanges beträgt, dass es also in seiner ursprünglichen Bewegung durch Schienenreibung gerade so stark verzögert wird als durch die Backenreibung, dass also die Backenreibung ebenso gross ist als die Schienenreibung.

Beträgt die Backenreibung B Kilogramm, die Schienenreibung 5 Kilogramm, so wird das Gleiten so lange nicht eintreten, so lange B < S ist. Verursacht jede Tonne des Druckes D, welcher auf die Bremsklötze ausgeübt wird, zwischen Bremsklotz und Rad ß Kilogramm Reibung, so beträgt die ganze durch den Klotzdruck D hervorgebrachte Backenreibung ß . D Kilogramm. Bewirkt jede Tonne des Gewichtes W des Wagens zwischen Rad und Schiene eine Reibung von a Kilogramm, so beträgt die totale Schienenreibung a .W Kilogramm. Für den Zustand des Rollens hat man sonach die Bedingung: ß . D < a.W.

Soll der Wagen durch das Bremsen zum Gleiten gebracht werden, und verursacht jede Tonne des Gewichtes des gleitenden Wagens eine Schienenreibung von o₀ Kilogramm, so muss die Backenreibung mindestens o₀ W Kilogramm betragen; ist sie kleiner als a, W Kilogramm, so wird der Wagen rollen, ist sie grösser, so wird er gleiten. Man kann sonach für den Moment des Ueberganges des rollenden in die gleitende Reibung, also für die Rollgrenze schreiben:

.    .    (156

ßD = a₀W . .

Will man einen tieferen Einblick in die Vorgänge des Bremsens erhalten, so muss Nachstehendes erwogen werden.

Von dem Augenblicke an, in welchem die Bremsklötze an den Umfang der Räder des zu bremsenden Wagens angepresst werden, gerathen diese Räder unter den Einfluss zweier Kräfte, und zwar wirkt auf den Umfang derselben jene Kraft, welche die Rotation zu erhalten, und jene, welche dieselbe zu vernichten sucht. Beide Kräfte sind im Gleichgewichte, sobald der Beharrungszustand der Bewegung eintritt. Für diesen Zustand soll die Grösse dieser beiden Kräfte ermittelt werden.

bekanntlich beträgt sonach :

Die Kraft, welche das Rollen des Rades zu erhalten strebt, besteht aus zwei Theilen, und zwar aus der Kraft des Umschwunges der rotirenden Massen des Wagens und aus der Kraft der fortschreitenden Bewegung desselben, welch’ letztere Kraft numerisch gleich ist der Reibung zwischen den auf einer und derselben Achse aufgekeilten Rädern und der Schiene. Beträgt diese Reibung s Kilogramm pro Tonne des auf die Schiene durch eine jede Wagenachse ausgeübten Druckes, so beziffert sich die Schienenreibung eines Wagens, auf W. a Kilogramm, sobald TU das Gewicht des Wagens in Tonnen bezeichnet. Beträgt die Winkelbeschleunigung der Rotation « Meter pro Secunde, der Radhalbmesser r Meter, und das Trägheitsmoment der rotirenden Räder, bezogen auf Kilogramm, wäre T, so beträgt die Kraft des Umschwunges der Räder eines Wagens • T Kilogramm. Die Gesammtkraft, welche das Rollen der Räder zu erhalten strebt,

Kilogramm.

[w + (y). t]

Die Kraft hingegen, welche die Radrotation zu vernichten strebt, ist die Backenreibung. Wird auf sämmtliche Bremsklötze der'zu bremsenden Wagen ein Druck von D Tonnen ausgeübt, und erzeugt jede Tonne dieses Druckes zwischen Bremsklotz und Radumfang eine Reibung von ß Kilogramm, so beträgt die gesammte Backenreibung ß . D Kilogramm. Man hat sonach für die Bedingung, dass das Gleiten noch nicht eintritt, die Relation:

ß . D = (ff . W + y TJ

wobei nur noch « und T des Näheren zu besprechen sind.

Was das Trägheitsmoment T anbelangt, so zeigte Professor A. Frank,¹) dass für die üblichen Eisenbahnwagen T = 80 gesetzt werden kann. Bezüglich der Winkelbeschleunigung « sei bemerkt, dass a . r die Geschwindigkeitsänderung am Radumfange bezeichnet, also das ist, was man Beschleunigung der Vorwärtsbewegung nennt, und dass dieser Beschleunigung eine gleich grosse Verzögerung entgegenwirken muss, sobald der Beharrungszustand eintreten soll. Da nun

1000

= T8i = 102 beträS¹' 50 ist (m)

das Mass

die Masse einer Tonne des Wagengewichtes: dieser Verzögerung. Man hat sonach cc r — dD. Unter Berücksichtigung dieser beiden Relationen erhält man die Gleichung: ß . D = n (W-j-³/₄).

In derselben bezeichnet sonach D jene Grösse (gemessen iu Tonnen), bis zu welcher man mit dem Klotzdrucke noch geben kann, ohne das Gleiten der Räder herbeizuführen, W das Gewicht des zu bremsenden Wagens in Tonnen, a die für jede Tonne dieses Gewichtes entfallende Schienenreibung in Kilogramm, ß die Backenreibung, welche jede Tonne des auf die Bremsklötze ausgeübten Druckes zwischen Bremsklotz und Radreifen erzeugt, gemessen in Kilogramm.

Erwägt man, dass bei den auf Eisenbahnen verwendeten Wagen das Gewicht W eines Wagens zwischen 5 und 17 Tonnen schwankt, dass also im Mittel W=ll ist, so kann man angesichts dieser Zahl die Grösse ³/₄ vernachlässigen, und man gelangt dann zu der bereits eben aufgestellten Näherungsgleichung ß . D = n . W.

Ist die durch das Anpressen der Bremsklötze erzeugte Backenreibung so gross als jene Schienenreibung, bei welcher die Rotation der Räder in das Gleiten überzugehen eben beginnt, so standen die Räder des so gebremsten Wagens während der ganzen Bremsdauer an der Rollgrenze, und man hat durch Anwendung dieses Klotzdruckes die grösste Bremswirkung erzielt, welche durch Bremsen überhaupt erreichbar ist.

Bezeichnet man diesen Klotzdruck mit D, und beträgt die Schienenreibung, welche erwacht, sobald die gebremsten Räder in jener Rollung begriffen sind, welche der Rollgrenze entspricht, n₀ Kilogramm, für jede Tonne des Gewichtes des gebremsten Wagens, so hat man als Bedingungsgleichung für die Erzielung der grössten Bremswirkung, die Relation : /S.D = ff₀.W, also jene Gleichung, welche Anfangs dieses Paragraphen aufgestellt wurde (Formel 156).

§• 99.

Abhängigkeit des Klotzdruckes vom Gewichte des zu bremsenden

Wagens.

Im vorhergehenden Paragraphe wurde gesagt, dass, solange die Reibung zwischen Bremsklotz und Rad (Backenreibung) kleiner gehalten wird, als die gleitende Reibung zwischen Rad und Schiene (Schienenreibung), der so gebremste Wagen, trotz Anliegens der Bremsklötze auf der Schiene rollen wird, und dass die grösste Bremswirkung dann eintritt, wenn die Backenreibung fast gleich wird dieser gleitenden Schienenreibung.

Der Druck, unter welchem die Bremsklötze des zu bremsenden Wagens noch verbleiben dürfen, ohne dass ein Gleiten auf der Schiene eintritt, also der Klotzdruck, welcher der grössten Bremswirkung entspricht, berechnet

sich aus der Gleichung 156 und beträgt sonach: D =

(-^W Kilogramm,

oder, falls Kürze halber gesetzt wird:

(y) = 8, auch:

I) = S.W .    .

Kilogramm.

.    .    (157

!) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1883, S. 71.

In dieser Gleichung bezeichnet sonach:

D...den Klotzdruck, d. h. jenen Druck in Tonnen, unter welchen die sämmtlichen Bremsklötze eines Wagens gestellt werden müssen, wenn durch das Anpressen derselben an die Räder die grösste Bremswirkung erreicht, d. h. der Wagen vollgebremst, oder kürzer, gebremst werden soll;

W ..das Gewicht des zu bremsenden Wagens, gemessen in Tonnen;

⁸=(t)

einen Coëfficienten, dessen Bedeutung später angegeben werden soll.

Würde man beispielsweise wissen, dass = so würde man die Bremsklötze eines 10 Tonnen schweren Wagens unter einen Druck von VsXtO —8 Tonnen stellen müssen, wenn man durch das Bremsen den grössten Effect erzielen wollte, der überhaupt erreichbar ist. Zum Bremsen (Erzielung der Maximalwirkung) eines 15 Tonnen schweren Wagens würde ein Klotzdruck von Vs X 15 = 12 Tonnen erforderlich sein, u. s. w.

Aus der Formel 157 ist ersichtlich, dass der zum Bremsen erforderliche Klotzdruck abhängig ist von dem Gewichte des zu bremsenden Wagens, dass es also zum Bremsen eines schwereren Wagens einer grösseren Pressung auf dessen Bremsklötze bedarf, als zum Bremsen eines leichteren. Hieraus ergibt sich aber die Nothwendigkeit, die Bremsvorrichtung so zu con-struiren, dass durch Bethätigung desselben jener Druck auf sämmtliche Bremsklötze eines Wagens erzeugt werde, welcher dem Gewichte des zu bremsenden Wagens entspricht, und dessen Grösse durch Formel 157 gegeben ist.

Auf den ersten Blick scheint die Erfüllung dieser Bedingung auf keine sonderlichen Schwierigkeiten zu stossen, sobald der Coefficient 8 gegeben ist. Erwägt man aber, dass ein und derselbe Wagen einmal leicht, das andere Mal schwer sein kann, je nach dem Gewichte der Ladung, welche er in sich birgt, so entsteht sofort eine Schwierigkeit in der Construction der Bremse, da vorerst die Frage beantwortet werden muss, welchem Gewichte des fraglichen Wagens die Bremsconstruction angepasst sein müsse, dem Eigengewichte (der sogenannten Tara) oder dem Bruttogewichte (Tara plus Ladung).

Passt man den Klotzdruck dem Eigengewichte des Wagens an, so wird man durch Bethätigung einer solchen Bremse einen leeren Wagen zur vollen Bremswirkung bringen können. Wird der Wagen jedoch beladen, so wird der gewählte Klotzdruck nicht mehr zureichen, um die Räder dieses nunmehr schwerer gewordenen Wagens gleichfalls an die Rollgrenze zu bringen. Man wird daher durch Antreiben der Bremse des beladenen Wagens keine grössere Bremswirkung erzielen, als durch das Bremsen eines leeren. Macht man hingegen den Klotzdruck so gross, dass er die Räder des vollbelasteten Wagens an die Rollgrenze zu bringen vermag, so wird derselbe für das Bremsen dieses Wagens zu gross sein, wenn aus dem Wagen Waare ausgeladen wird. Dieser Klotzdruck wird dann die Räder des leichter gewordenen Wagens feststellen, wodurch aber wieder an Bremswirkung verloren geht.

Wollte man durch Antreiben der Bremse stets die grösste Bremswirkung erzielen, so müsste der die Bremse bedienende Mann (Bremser) stets genau unterrichtet sein, wie schwer der Wagen in dem Augenblicke ist, in welchem er ihn zu bremsen hat, um darnach die Stärke des An-mit welchem die Bremsvorrichtung zu bethätigen ist, auch müsste der Bremser die Möglichkeit haben, den Klotzdruck beliebig verändern zu können.

triebes zu richten

Da dies aber mit Schwierigkeiten verbunden, wenn nicht ganz unmöglich ist, so bleibt nichts Anderes übrig, als für alle Wagen, gleichviel was für Gewicht sie haben, einen fixen Klotzdruck zu wählen und die Bremse für diesen Klotzdruck zu construiren, oder aber für jeden einzelnen Wagen einen seinem Eigengewichte entsprechenden Klotzdruck zu normiren, also einen Klotzdruck, dessen Grösse einen gewissen, ein für alle Male fixirten Theil des Eigengewichtes dieses Wagens zu betragen habe.

Die Eisenbahnpraxis hat beide Auskunftsmittel gewählt. Die Bremsen älterer Construction gestatten nämlich, einen Klotzdruck auszuüben, der 3 Tonnen für jede Achse des zu bremsenden Wagens beträgt, gleichviel wie schwer dieser Wagen ist¹)» und ist ausserdem bekannt, dass Con-structeure, welche Bremsen bauen, die diesfälligen Constructionen so einrichten, dass man durch Bethätigung der Bremse keinen grösseren Druck auf die Bremsklötze eines zweiachsigen Wagens ausüben kann, als einen solchen von 6 Tonnen.-)

In neuerer Zeit werden zwar die Bremsen so gebaut, dass der Klotzdruck ein gewisses Procent des Eigengewichtes des zu bremsenden Wagens ausmacht, doch ist man über die Grösse des diesfälligen Procentsatzes noch nicht einig geworden.

Ingenieur Rotier;i) führt an, dass die Räder eines Wagens schon bei einem Klotzdrucke zum Gleiten kommen können, welcher 31 bis 86 Procent des Schienendruckes (Wagengewichtes) beträgt. Ingenieur Gassebiier⁴) glaubt mit einem Klotzdrucke das Auslangen finden zu sollen, der 83 Procent des Wagengewichtes beträgt. Wiehert⁵) und Grimm⁶) erachten einen Klotzdruck für erforderlich, der 85 Procent des Wagengewichtes ausmacht. Czernin⁷) veranschlagt die Grösse des zum wirksamen Bremsen erforderlichen Klotzdruckes auf 100 Procent des Wagengewichtes, während ich im Jahre 1886 die Grösse dieses Druckes auf ⁶/₅ also auf 120 Procent des Wagengewichtes veranschlagt habe.⁸)

Ein fixer Klotzdruck hat aber stets den Nachtheil, dass er sich dem augenblicklichen Gewichte des zu bremsenden Wagens nicht anpassen lässt, dass er also im Allgemeinen entweder zu gross oder zu klein und nur zufälligerweise gerade recht sein wird. Dieser Nachtheil ist aber für die Eisenbahnpraxis von grosser Bedeutung.

Macht man nämlich den Klotzdruck nur so gross, dass er zum Vollbremsen leerer Wagen zureicht, so wird man durch Bethätigung derlei Bremsen beladene Wagen nicht vollbremsen können. Wählt man dagegen den Klotzdruck so, dass durch Anwendung desselben auch beladene Wagen vollgebremst werden können, so wird man, falls diese Wagen leer geworden sind, einen Ueberschuss an Klotzdruck haben. Ein Ueberschuss an Klotzdruck hat aber den Nachtheil, dass durch Anwendung desselben die Räder des zu bremsenden Wagens festgestellt werden, dass man sonach nicht nur an Bremswirkung verliert, sondern auch den Uebelstand hervorbringt, dass die Räder derlei Wagen unrund werden, d. h. dass sie sogenannte »flache Stellen« erhalten.

Ü Bericht über die Verhandlungen der Commission für technische und Betriebs-Angelegenheiten, Berlin 1888, pag. 18.

a) Hardy. Die Zweiwagenbremse, Berlin 1883, pag. 6. — Rudolff. Gewichts- und Gruppenbremse, Wien 1882, pag. 12. — Oesterreichische Eisenbahnzeitung, Wien 1883, pag. 53 und 82.

³)    Wochenschrift des Oesterreichischen Ingenieur- und Architektenvereines, 1887, Heft 21.

⁴)    Gassebner. Die Schnellbremse, Wien, ohne Jahreszahl.

s) Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1886, pag. 89.

⁸) Grimm. Automatische und vielfache Vacuumbremse, Berlin 1883, pag. 17.

’) Czernin. Die automatische Bremse, Prag 1881, pag. 21.

⁸) Zeitschrift des Oesterreichischen Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1886, Heft 2.

25

Man ersieht sonach, dass sowohl ein zu starker, als auch ein zu schwacher Klotzdruck dem Betriebe nachtheilig ist. Der Betriebstechniker sieht sich sonach gezwungen, von zwei Uebeln das kleinere zu wählen. Welches aber von diesen beiden Uebeln das kleinere ist, das dürfte theoretisch kaum zu entscheiden sein, da ja die Betriebsverhältnisse der einzelnen Bahnverwaltungen so sehr von einander abweichen, dass das, was die eine Bahn für das kleinere Uebel hält, von der anderen leicht als das grössere bezeichnet werden kann. Die einzelnen Bahnen werden nämlich von den Folgen eines Drucküberschusses verschieden getroffen. Jene Bahnen, bei denen das Bremsen während der Fahrt des Zuges unter normalen Verhältnissen nur selten, d. h. in kurzen Strecken zur Anwendung kommt, also Flachlandbahnen werden die Folgen eines Ueberschusses an Klotzdruck leichter ertragen als jene Bahnen, bei welchen die Bremsen während der Fahrt des Zuges fast ununterbrochen in Thätigkeit sein müssen, wie dies beispielsweise bei Gebirgsbahnen zumeist der Fall ist. Da also die Folgen eines Ueberschusses an Klotzdruck den Flachlandbahnen keinen Nachtheil bringen, ein hoher Klotzdruck aber bei Zügen aus vollbelasteten Wagen ein namhaftes Ersparniss an Bremspersonale ermöglicht, so dürften Flachland-Bahnen den hochwerthigen Bremsen den Vorzug geben. Bei Gebirgsbahnen dagegen hat ein Ueberschuss an Klotzdruck ob vieler Bremsstrecken eine erhebliche Abnützung der Radreifen und der Schienen zur Folge, bringt also Nachtheile hervor, die durch das Ersparniss an Bremspersonale bei Zügen kaum gedeckt werden. Gebirgsbahnen dürften sonach niederwerthige Bremsen vorziehen.

Mit Rücksicht auf das Gesagte, sowie auf manche andere, hier nicht berührte Umstände, dürfte es kaum zu erwarten sein, dass bezüglich Feststellung eines bestimmten, für alle Bahnverwaltungen gleichen Klotzdruckes eine Einigung erzielt werden könnte. Immerhin aber kann man behaupten, dass die Praxis geneigt zu sein scheint, einen niederen Klotzdruck zu acceptiren, und zwar einen solchen, dessen Grösse zwischen 6 und 9 Tonnen pro Wagen schwankt.

§• 100.

Abhängigkeit des Klotzdruckes von der Rollgeschwindigkeit

des Wagens.

Aus der Formel 157 (§. 99) ist ersichtlich, dass der zum Bremsen eines Eisenbahnwagens erforderliche Klotzdruck durch den Coëfhcienten § mitbedingt wird. Dieser Coefficient ist aber, wie aus dem Ausdrucke

*-(?)

zu ersehen, durch das Verhältniss bestimmt, in welchem die

gleitende Reibung zwischen Rad und Schiene (o₀) zur Reibung zwischen Bremsbacken und Radumfang (ß) steht.

Diese beiden Reibungen sollen nun ihrer Grösse nach bestimmt werden. Was zunächst die Backenreibung ß anbelangt, so zeigte der englische Capitän Duglas Galion¹), dass dieselbe mit der Umfangsgeschwindigkeit

der rotirenden Räder sich ändert und zwar in der Weise, dass sie mit zunehmender Schnelligkeit der Rotation kleiner wird.

Galton fand nämlich aus seinen, in den Jahren 1878 und 1879 auf der London-Brigthon-Eisenbahn während der normalen Fahrt der Züge aufgenommenen Indicatormessungen, dass die Reibung gusseiserner Backen an stählernen Radkränzen ß Kilogramm pro Tonne des auf die Bremsbacken ausgeübten Druckes betrage, wobei ß aus der folgenden Tabelle zu entnehmen ist:

Fahrgeschwindigkeit in Kilometern pro Stunde

Die Backenreibung ß beträgt im

Maximum

Minimum

Mittel

pro Tonne Druck auf die Bremsklötze

Kilogramm

96-559

88-877

80-100

72-418

64-739

55-958

48-280

40-050

31.820

24-138

15-908

12-071

iNDOOOO^OCDCOCD^OlCOtO O'i O O O» OS *4 CD CO Oi CO

58

60

50

83

88

87

98

108

133

131

161

123

74

111

116

127

140

142

164

166

192

213

242

244

330

Den Professoren Franke*) in Lemberg und Fliegner²) in Zürich glückte es, das Gesetz aufzufinden, welches die in der letzten Vertical-Colonne aufgeführten Ziffern befolgen. Professor Fliegner fand im Jahre 1885

4096

12-46 + x ’

im Jahre 1882 hiefür die nachstehende Formel aufgestellt hatte:

während Professor Franke

hiefür die nachstehende Formel: ß

(n)

ß = 290 . e

in dieser Formel bezeichnet:

ß. . . die Backenreibung in Kilogramm pro Tonne Druck, welcher auf die Bremsklötze ausgeübt wird;

x. . .die veränderliche Umfangs-Geschwindigkeit des rotirenden Rades, in Metern pro Secunde;

e= 2-718 die Basis der natürlichen Logarithmen.

0 Der Civil-Ingenieur, 1882, pag. 207.

²) Schweizerische Bauzeitung, 1885, pag. 19.

25*

Aus der folgenden Tabelle ist zu entnehmen, inwieferne die angegebenen Formeln die Versuche Galton’s wiedergeben :

Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde

Für eine jede Tonne des auf die Bremsklötze ausgeübten Druckes entfällt eine Reibung von Kilogramm

Galton (1879)

Franke (1882) Fliegner (1885)

IsslgÊïlëlil

T-tV-lT-lT—I rt H M N N CO

.8 82SSÏPSK&S8

1—< 'r~' ■*—■ 1—I 1—1 -H 1—I CI c 1

to to

CD oi

o o

In der Absicht, dieses Gesetz der Backenreibung zu prüfen, hatte die königliche Eisen-bahn-Direction Berlin unter Leitung des Eisenbahn-Directors Wiehert ') in ihrer Hauptwerkstätte eine Reihe eingehender Versuche durchgeführt. Dieselben wurden in der Weise angestellt, dass eine Wagenachse in eine Drehbank eingespannt wurde, auf welcher Achse man ein Wagenrad festgekeilt hatte. Ueber der Achsmitte der cylindrisch abgedrehten Lauffläche des stählernen Radreifens hing auf einer Kette ein Bremsklotz, welcher aus Gussstahl angefertigt worden war, und welcher nach Belieben auf den Radreifen niedergelassen und von demselben abgehoben werden konnte. Die Ergebnisse der Versuche, deren mehr als 700 angestellt worden waren, wurden automatisch durch einen Stift auf einem Blatt Papier gezeichnet.

Diese, in mancher Beziehung grundlegenden Experimente ergaben, dass der Coefficient der Backenreibung gegen das Ende der Bremszeit rasch zunahm, dass das Gesetz dieser Zunahme im Grossen und Ganzen den oben aufgeführten Formeln entspreche und lehrten ausserdem, dass bei Dauerversuchen mit gleichbleibender Rotationsgeschwindigkeit der Coefficient (Beiwerth) der Backenreibung fast ungeändert verbleibt. Da durch diese Versuche die Richtigkeit der angeführten Formeln erwiesen, Galton’s Reibungsgesetz sonach seine Bestätigung gefurjden hatte, so muss dieses Gesetz der Berechnung der Bremsen der Eisenbahnwagen zu Grunde gelegt werden. Da die Formel Franke’s für die Rechnung bequemer ist, als jene Fliegncr’s, beide Formeln aber das Galton’sehe Reibungsgesetz gleich gut wiedergeben, so soll für die Folge Franke’s Formel benützt werden.

Bezüglich der Schienenreibung g ist zu bemerken, dass dieselbe gleichfalls von der Geschwindigkeit des Fortschreitens des gebremsten Wagens abhängt und dass sie für jede Tonne des Gewichtes des Wagens (§. 64, Formel 98, pag. 249):

o= 200 . e

Kilogramm beträgt, sobald e=2 718 die Basis der natürlichen Logarithmen bezeichnet. Setzt man in diese Formel, in welcher x die veränderliche Geschwindigkeit, des gebremsten Wagens bezeichnet und in Meter pro Secünde gemessen wird, x=0, so erhält man die Schienenreibung, welche der Ruhe entspricht, also den maximalen Werth der (gleitenden) Reibung, d. i. jenen Werth, welcher früher (§. 99) mit a, bezeichnet wurde und man wird finden, dass a₀ — 200ks pro Tonne Wagengewicht beträgt.

') Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1889, pag. 115.

wobei also bezeichnet:

8... den für jede Tonne des Gewichtes des zu bremsenden Wagens entfallenden Klotzdruck, gemessen in Kilogramm;

X . .die veränderliche Geschwindigkeit des gebremsten Wagens, gemessen in Metern pro Secunde ;

2 ■ 7 1 8 die Basis der natürlichen Logarithmen.

Wird der Wagen in jenem Augenblicke gebremst, in welchem er mit einer Geschwindigkeit von 25 Meter pro Secunde rollt, so muss für jede Tonne seines Gewichtes, auf dessen Bremsklötze

(H) »

/'₃X2'718 = 1,8 Tonnen ausgeübt werden. Wiegt der Wagen 10 Tonnen

Setzt man nun in die Formel 8 =

•ra LQ

sowohl für a₀, als auch für ß die gefundenen Werthe, so erhält man für den Coëffïcienten § den Werth

60

OS to

a>

sh

ein Druck von ®/₃ e

so bedarf es zum Vollbremsen desselben, bei der obigen Rollgeschwindigkeit, eines Klotzdruckes

von 10 X 1'8 = 18 Tonnen. In dem Augenblicke aber, in welchem die Geschwindigkeit des gebremsten Wagens auf die Hälfte des früheren Werthes gesunken ist, also den Werth 12'5 Meter angenommen

X10 = ll Tonnen. Im

hat, genügt zum Vollbremsen schon ein Klotzdruck von nur a/₃ Xe Momente des Stillstandes des Wagens sinkt der zum Vollbremsen erforderliche Klotzdruck sogar auf % • e°X10=6,6 Tonnen. Der zum Bremssn des Wagens erforderliche Klotzdruck nimmt.also während der Dauer des Bremsens, d. h. vom Momente des Anlegens der Bremse bis zum Stillstände des Wagens alle möglichen Werthe an, welche zwischen 18 und 6'6 liegen, würde sonach,

falls man das arithmetische Mittel nehmen dürfte, circa

18+11+6-6

= 12 Tonnen betragen.

Aus der vorstehenden Gleichung 158 ist zu ersehen, dass der zum Bremsen eines Wagens erforderliche Klotzdruck, nicht nur von dem augenblicklichen Gewichte des zu bremsenden Wagens, sondern auch von der Geschwindigkeit abhängt, welche der Wagen während der Bremsdauer besitzt.

Da aber diese Geschwindigkeit von dem Augenblick des Anlegens der Bremsen, bis zum Stillstände des Wagens fortwährend sich ändert (stetig abnimmt), so muss auch der Klotzdruck während der Bremsdauer seine Grösse stetig verändern, und zwar so, dass er mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit sich verkleinert. Diese Verkleinerung müsste im Sinne des Gesetzes erfolgen, welches durch die Formel 158 gekennzeichnet ist, also nach dem Gesetze einer Logistik.

§. 101.

Der mittlere Werth des Klotzdruckes.

Im vorhergehenden Paragraphe wurde nachgewiesen, dass man durch das Anpressen der Bremsklötze an die Räder eines Eisenbahnwagens nur dann die grösste Bremswirkung (die grösste Schienenreibung) erzielt, wenn man den Klotzdruck während des Bremsens in der Weise verändert, dass dessen Grösse von dem Augenblicke des Anlegens der Bremse, bis zum

Stillstände des Wagens nach einem Gesetze abnimmt, welches durch die Gleichung 158 gekennzeichnet ist.

zweifelsohne auf recht erhebliche

Da aber die Construction einer derartigen Bremse, also einer Vorrichtung, welche eine automatische Regulirung des Klotzdruckes nach dem Gesetze der Logistik gestattet Schwierigkeiten stossen, in keinem Falle aber einfach und verlässlich sein dürfte, so bleibt nichts Anderes übrig, als den Klotzdruck während der ganzen Bremsdauer in unveränderlicher Grösse zu belassen, wodurch dann freilich die Schienenreibung in jedem Augenblicke der Bewegung des gebremsten Wagens eine andere Grösse haben, also variabel sein wird.

Würde man den Klotzdruck so gross machen, dass die noch frei rollenden Räder im Momente des Anlegens der Bremse, also zur Zeit, als die Geschwindigkeit des Zuges den grössten Werth hat, an die Rollgrenze gebracht werden, und würde man diesen Klotzdruck während der ganzen Bremsdauer in unveränderter Grösse belassen, so würde er bewirken, dass schon in dem nächsten Momente die Räder ins Gleiten gerathen und in diesem Zustande bis an das Ende der Bremsdauer verbleiben würden. Da die Schienenreibung gleitender Räder geringer ist, als jene der Rollgrenze, so würde ein solcher Klotzdruck unpraktisch sein, weil er viel weniger Schienenreibung hervorbringen würde, als zu erzeugen möglich ist.

Würde man dagegen den Klotzdruck gleich zu Anfang des Bremsens kleiner, und zwar so klein machen, als erforderlich ist, um die Rollgrenze erst dann zu erreichen, wenn der Wagen dem Stillstände sich nähert, und würde man einen solchen Klotzdruck während der ganzen Bremsdauer in unveränderlicher Grösse belassen, so würde derselbe gleichfalls unpraktisch sein, weil er für den.grössten Theil des Weges zu schwach wäre, um die Räder an die Rollgrenze zu bringen, also ungeeignet wäre, die grösste Bremswirkung zu erzeugen.

Man wird also gezwungen sein, dem Klotzdrucke einen gewissen Mittelwerth zu geben, und dürfte es sich empfehlen, hiefür jene Grösse zu nehmen, welche den Mittelwerth aller jener Werthe darstellt, die der Klotzdruck 5, Formel 158, §. 100 erhält, sobald die Geschwindigkeit a des gebremsten Wagens von dem Werthe x = c, welchen sie im Momente des Anlegens der Bremse hat, bis zum Werthe x = o, welchen sie im Momente des Stillstandes desselben annimmt.

Bezeichnet d diesen auf die obige Weise ermittelten mittleren Werth

des variablen Klotzdruckes, dessen Grösse: § = % . e²'¹ Tonnen beträgt (§. 100, Formel 158), so hat man (§. 31, Formel 54, pag. 122):

Cu

fD

Q.

Tonnen für jede Tonne des auf die Schiene ausgeübten Druckes. Da aber:

■c

(*)

e

ist, so erhält man für den mittleren Klotzdruck:

CO ; CO

; cn

CD

in welcher bezeichnet:

d...den Druck in Tonnen, welcher auf sämmtliche Bremsklötze eines Wagens für jede Tonne seines Gewichtes ausgeübt werden muss, falls durch das Anziehen der Bremse die möglichst grösste Schienenreibung erzielt werden soll, d. h. wenn die Räder des Wagens an die Rollgrenze gebracht werden sollen.

C ... die Rollgeschwindigkeit des Wagens im Momente des Anlegens der Bremse, gemessen in Metern pro Secunde.

Zum Bremsen eines Wagens, welcher mit einer Geschwindigkeit von 25 Metern rollt, würde man sonach eines Klotzdruckes bedürfen, welcher für jede Tonne des Gewichtes dieses Wagens:

» ('+§)='T<"“beWBt’cines Kioizdrudies “iso’der gieich «d“ Ge'v‘ch,e des *

bremsenden Wagens. Rollt dagegen derselbe Wagen im Augenblicke des Anlegens der Bremse um die Hälfte langsamer, also mit einer Geschwindigkeit von 12Vg Meter, so genügt zum Bremsen

/    12*5\    5

II ' ~q ) =-g- Tonne, also ein Klotzdruck, dessen Grösse

<1

»o

.    .    (159

CU

P

in

/.

X

<D

--

o.

CO

°X |<M

to! X

ist, so erhält man, wenn x = Näherungsformel :

gesetzt wird, für den Klotzdruck die

desselben schon ein Klotzdruck von :

83 Procent des Wagengewichtes beträgt. Für einen mit 10 Meter pro Secunde rollenden Wagen kann der Klotzdruck sogar auf 40 Procent des Wagengewichtes sinken.

Aus der Formel 159 ist zu entnehmen, dass der zum Bremsen (zum Erzielen der Rollgrenze) eines Eisenbahnwagens erforderliche mittlere Klotzdruck während der Dauer des Bremsens zwar unveränderlich ist, dass aber dessen Grösse je nach der Geschwindigkeit c schwankt, welche der zu bremsende Wagen im Augenblicke des Anlegens der Bremse eben hat. Da man aber gezwungen ist, die Eisenbahnwagen zu bremsen, wenn sie die verschiedensten Geschwindigkeiten haben, so wird man zum Bremsen eines und desselben Wagens, je nachdem er im Momente des Anlegens der Bremse schnell oder langsam rollt, eines starken oder eines schwachen (während der Bremsdauer aber stets in unveränderlicher Grösse verbleibenden) Klotzdruckes bedürfen.

Da man aber den Klotzdruck nach der jeweiligen Rollgeschwindigkeit des Wagens wohl nicht gut regeln kann, so wird man eine gewisse Rollgeschwindigkeit annehmen, und diese angenommene Geschwindigkeit der Bremsconstruction zu Grunde legen müssen.

Gelegentlich eines Unfalles wurde in England berechnet, dass wenn die Treibräder der Locomotive und sämmtliche Wagenräder mit Bremsklötzen versehen gewesen wären, man durch das Bremsen des Zuges auf der Schiene eine solche Reibung erhalten haben würde, als entstehen müsste, wenn eine Last vollgebremst (Rollgrenze) wäre, welche 77 Procent des Zugsgewichtes ausmacht.¹) Hieraus würde folgen, dass zum Bremsen eines Wagens bei jener Rollgeschwindigkeit, welche der Zug im Momente des Anlegens der Bremsen damals hatte, ein Klotzdruck von 77 Procent des Wagengewichtes genüge.

Ich glaube, dass man so ziemlich das Richtige treffen wird, wenn man die Rollgeschwindigkeit mit c— 16 Meter fixirt (als den Normalzustand annimmt), in welchem Falle dann der zum Bremsen unter normalen Verhältnissen erforderliche Klotzdruck (nach Formel 159) d—0'88 Tonnen, also rund 90 Procent des augenblicklichen Gewichtes des zu bremsenden Wagens betragen müsste, gleichgiltig, wie schnell der Wagen im Augenblicke des Anlegens der Bremse rollt.

Will man die Möglichkeit haben, unter normalen Verhältnissen einen 10 Tonnen schweren Wagen möglichst vortheilhaft bremsen zu können, so wird man auf sämmtliche Bremsklötze desselben einen Druck ausüben müssen, der 0⁻9 X 10 = 9 Tonnen beträgt. Zum Bremsen eines 15 Tonnen schweren Wagens wird es sonach eines Klotzdruckes von 0'9 X15 = 13*5 Tonnen bedürfen, während zum Bremsen eines 5 Tonnen schweren Wagens ein Klotzdruck von 0⁻9 X 5 = 4'5 Tonnen genügen wird.

§. 102.

Bremswerth eines gebremsten Wagens.

Im vorhergehenden Paragraphe wurde gezeigt, dass, wenn der auf sämmtliche Bremsklötze eines Wagens ausgeübte Druck (Klotzdruck) 90 Procent des augenblicklichen Gewichtes dieses Wagens ausmacht, man die Möglichkeit gewinnt, Eisenbahnwagen möglichst vortheilhaft bremsen zu können. Hieraus folgt jedoch durchaus nicht, dass die Bremsen aller Eisenbahnwagen auch wirklich so construirt sind, dass durch Bethätigung derselben stets ein Druck auf die Bremsklötze ausgeübt wird, welcher 90 Procent des Gewichtes des Wagens ausmacht. Dies ist schon aus dem Grunde unthunlich, weil das Gewicht eines Wagens, welches er im Momente des Anlegens der Bremsen besitzt, verschieden gross ist, da es ja von dem Gewichte der Waare abhängt, mit welcher der zu bremsende Wragen eben verladen ist. Man kann annehmen, dass der Klotzdruck je nach Construction und Leergewicht des Wagens zwischen 5 —10 Tonnen schwankt.

Angesichts solcher Verhältnisse bleibt nichts Anderes übrig, als mit dem jeweilig vorhandenen Klotzdrucke zu rechnen, bei Ermittlung der Wirkung der Bremse sonach den jeweilig vorhandenen Klotzdruck in Betracht zu ziehen, d. h. jene Bremswirkung in Rechnung zu nehmen, welche durch diesen vorhandenen Klotzdruck fallweise erzielbar ist.

So beträgt beispielsweise der fixe, durch die Kraft eines Mannes auf sämmtliche Bremsklötze ausgeübte Druck (der disponible Klotzdruck) für einen offenen 7-1 Tonnen schweren deutschen Normalwagen, nach Baurath Schrey-) 7'56 Tonnen. Zum Vollbremsen eines solchen Wagens gehört nach §. 101 unter normalen Verhältnissen ein Klotzdruck von 0'9 X 7*1 = 6'39 Tonnen, da aber der fixe, d. h. der zur Disposition stehende Klotzdruck 7’56 Tonnen beträgt, so hat man, sobald die Bremse eines solchen Wagens bethätigt wird, einen Drucküberschuss von (7-56—6'39) = 1*17 Tonnen. So lange der Wagen leer ist, gelangt dieser Drucküberschuss nicht zur Verwendung,

ł) Railroad Gazette, 1889, pag. 567.

²) Centralblatt für Bauverwaltung, Berlin 1888, pag. 22.

dies geschieht aber sofort, sobald in das Innere des Wagens Waare eingeladen wird. Ladet man 1’3 Tonnen Waare in den Wagen hinein, so steigt dessen Bruttogewicht auf (7T -f- 1-3) = 8'4 Tonnen. Da durch Anwendung des disponiblen Klotzdruckes von 7'56 Tonnen kein grösseres Wagengewicht

7⁻56

zur vollen Bremswirkung gelangen kann, als das Gewicht von = 8'4 Tonnen, der Wagen aber

gerade so viel wiegt, so wird man durch Bethätigung der Handbremse desselben den so belasteten Wagen eben noch vollbremsen können. Wird aber derselbe Wagen stärker, z. B. bis zu dessen Tragfähigkeit von 10 Tonnen belastet, so steigt dessen augenblickliches Bruttogewicht auf (7-1 -j- 10) = 17-1 Tonnen. Dieses Wagengewicht wird jedoch durch den Antrieb der Bremse nicht mehr voll zur Bremswirkung gebracht werden können, da der disponible Klotzdruck nur so weit ausreicht, als es nöthig ist, um die Räder eines 8‘4 Tonnen schweren Wagens an die Rollgrenze zu bringen.

Wie gross aber die Bremswirkung ist, welche man erreicht, wenn der verfügbare Klotzdruck nicht jene Grösse hat, welche zum Vollbremsea des augenblicklichen Wagengewichtes erforderlich ist, lässt sich unschwer ermitteln, sobald man sich erinnert, dass die Backenreibung niemals grösser sein dürfe als die Schienenreibung (§. 98, Formel 156, pag. 382). Erzeugt beispielsweise jede Tonne des Gewichtes des vollgebremsten Wagens eine Schienenreibung von 200kg, und wiegt der zu bremsende Wagen 10 Tonnen, so beträgt die der Rollgrenze entsprechende Schienenreibung 10 X 200 = 2000 kg. Die Backenreibung braucht daher nicht grösser als 2000kg zu sein. Erzeugt jede Tonne des Klotzdruckes eine Backenreibung von 250kg, so braucht der Klotzdruck x nicht grösser zu sein als jener Werth, welcher sich aus der Gleichung: 250 x = 2000 ergibt, braucht also nicht mehr als x=8 Tonnen zu betragen.

Hat man eine Bremse, bei welcher der Klotzdruck gerade 8 Tonnen beträgt, so wird durch Antreiben einer solchen Bremse eine Backenreibung von 8 X. 250 = 2000kg hervorgebracht, also genau so viel, als zum vortheilhaftesten Bremsen (Erzeugung jener Bewegung, bei welcher der gebremste Wagen an der Rollgrenze sich befindet) des 10 Tonnen schweren Wagens erforderlich ist. Würde man einen stärkeren Klotzdruck, etwa einen solchen von 9 Tonnen anwenden, so würde man zwar hiedurch eine grössere Backenreibung, nämlich eine solche von 9 X 250 = 2250kg erzeugen, doch würde diese grössere Backenreibung keine grössere Schienenreibung hervorrufen, weil ja die grösstmöglichste Schienenreibung eines 10 Tonnen schweren Wagens nur 2000kg beträgt.

Der Ueberschuss an Backenreibung, welcher hier (2250 — 2000) = 250 kg beträgt, würde sonach für die Bremswirkung verloren gehen. Würde jedoch der Wagen schwerer gewesen sein als 10 Tonnen, würde dessen Gewicht z. B. gerade so viel betragen, als zur Erzeugung einer Schienenreibung von

2250kg erforderlich ist, würde also der zu bremsende Wagen

= 11-25

2250

200

Tonnen gewogen haben, so würde der obige Ueberschuss an Backenreibung nicht vergeudet worden sein, weil dann die zum Bremsen erforderliche Backenreibung 1 1-25 X 200 = 2250 Kilogramm betragen müsste, also genau so gross wäre als die vorhandene Schienenreibung, welche dann 1 U25 X 200 = 2250 Kilogramm betragen würde.

Mit der Backenreibung von 2250kg kann man sonach ein Wagengewicht von 1D25 Tonnen voUbremsen. Sinkt die Backenreibung auf 2000kg, so kann mit dieser geringeren Backenreibung kein grösseres Wagengewicht zur vollen Bremswirkung gebracht werden, als ein solches von 10 Tonnen. Man wird sonach durch Antreiben der Bremse eines 1D25

Tonnen schweren, mit einer unzureichenden Backenreibung versehenen Wagens, nur so viel Schienenreibung (Rollgrenze-Reibung) erzeugen, als durch Vollbremsen eines 10 Tonnen schweren Wagens erzeugt worden wäre.

Man findet sonach das Wagengewicht, welches durch eine gegebene Backenreibung zur vollen Bremswirkung gebracht werden kann, wenn man diese gegebene Backenreibung durch den Reibungs-Coëfficienten dividirt, welcher der Rollgrenze entspricht.

= 5 Tonnen vom Gewichte dieses Wagens zur vollen Brems

Würde man beispielsweise eine Backenreibung von nur 1000k- bei einem gewissen Wagen haben, so würde man mit derselben nicht mehr 1000

ais

200

Wirkung (Erreichung der Rollgrenze) bringen können, sobald der Reibungs-Coëfficient, welcher der Rollgrenze zukommt, 200ks beträgt.

Macht man dieselbe Rechnung allgemein durch, so verhält sich die Sache folgendermassen : Der gegebene Klotzdruck von D Tonnen erzeugt eine Backenreibung von ß . D Kilogramm, sobald jede Tonne dieses Klotzdruckes einer Reibung von ß Kilogramm entspricht. Die Schienenreibung (Reibung an der Rollgrenze) darf sonach höchstens ebenso viel, d. h. ebenfalls ß . D Kilogramm betragen. Erzeugt jede Tonne des Gewichtes des Wagens eine Schienenreibung von o„ Kilogramm, so darf der Wagen keine grössere Schienenreibung als a₀. G Kilogramm erzeugen, wobei G jenes Gewicht in Tonnen bezeichnet, welches zur Bremswirkung voll gelangt. Man hat sonach die Gleichung: ß . D = a . G, aus welcher unter Berücksichtigung:

oo.

d für das zur vollen Bremswirkung gelangende Wagengewicht:

. . (160

sich ergibt.

In dieser Gleichung bezeichnet sonach:

0 . . .jenes Gewicht des zu bremsenden Wagens, welches derselbe höchstens haben kann, wenn bei dem vorhandenen Klotzdrucke dessen Räder durch Antreiben der Bremse an die Rollgrenze gebracht werden sollen; dieses Gewicht soll Bremsgewicht heissen und ist in Tonnen zu messen;

l)...den disponiblen Klotzdruck in Tonnen, d. h. den Druck, welchen man durch Bethätigung der Bremse mit sämmtlichen Bremsklötzen auf die Räder des zu bremsenden Wagens auszuüben im Stande ist;

(1 = 0’9 einen Coefficient, dessen Grösse in §. 101 bestimmt wurde.

Bei den deutschen Normalgüterwagen beträgt der disponible Klotzdruck 7’56 Tonnen.¹)

Durch Bethätigung der Bremse derlei Wagen kann sonach höchstens ein Gewicht von

= 8-4

7-56 0-9

Tonnen zur vollen Bremswirkung gelangen. Wiegt der betreffende Wagen im Augenblicke, als er gebremst wird, gerade 8’4 Tonnen, so wird dessen ganzes Gewicht für Bremszwecke zur Verwendung gelangen. Dasselbe wird der Fall sein, wenn er weniger wiegt. Ist er aber schwerer als 8’4 Tonnen, so kann von dessen augenblicklichem Gewichte (vom Gewichte 15 Tonnen, wenn der Wagen so

>) Centralblatt für Bauverwaltung, Berlin 1888, pag. 22.

viel wiegen würde) nur ein Theil, und zwar nur ein Gewicht von 8'4 Tonnen zur vollen Bremswirkung gebracht werden. Es ist dies gerade so, als wenn man den 15 Tonnen schweren Wagen in-zwei Wagen zerlegt haben würde, von denen der eine 8’4 Tonnen wiegt und mit der Normalbremse versehen ist (Bremse, welche einen Klotzdruck von 7-56 Tonnen liefert), der andere hingegen, nämlich der (15—8’4) = 6⁻6 Tonnen schwere Wagen aber ohne Bremse wäre.

Ist das augenblickliche Bruttogewicht des zu bremsenden Wagens, d. h. das Gewicht Ga desselben, welches er im Momente des Bremsens besitzt, gerade so gross, als das Bremsgewicht G, d. h. gerade so gross, als es dem vorhandenen Klotzdrucke entspricht, ist also Ga=G, so wird das volle Gewicht (das Gewicht Ga) desselben zur Bremswirkung gelangen. Dasselbe geschieht auch dann, wenn Ga < G ist. Ist dagegen Ga > G, d. h. wiegt der zu bremsende Wagen mehr, als durch den vorhandenen Klotzdruck gebremst werden kann, so wird nur das Gewicht G (das Bremsgewicht) zur Bremswirkung gelangen. Man ersieht sonach, dass von beiden Gewichten G und Ga stets das kleinere zur Bremswirkung gelangt. Man darf daher im Allgemeinen nicht das volle Gewicht des gebremsten Wagens, sondern nur einen gewissen Theil desselben bei Bemessung der Bremswirkung in Rechnung nehmen. Dieser in Rechnung zu ziehende Theil des Bruttogewichtes des zu bremsenden Wagens soll dessen Bremswerth genannt werden.

Wird nun für einen jeden einzelnen mit einer Bremsvorrichtung versehenen Wagen in der Werkstätte ein für allemal jenes Gewicht ermittelt, welches in Folge der durch Antreiben der Bremse erzeugbaren Klotzdruckes zur vollen Bremswirkung gebracht werden kann, d. h. wird die Grösse des Bremsgewichtes für diesen Wagen experimentell festgestellt, und wird dieses Gewicht G (dessen Grösse nach Formel 160 auch berechnet werden kann) am Langbaume des betreffenden Wagens dauernd ersichtlich gemacht, so ergibt die Vergleichung dieses am Langbaume angeschriebenen Bremsgewichtes, mit dem augenblicklichen Gewichte des Wagens (dem thatsäch-lichen Gewichte des Wagens, welches er im Momente des Anlegens der Bremse besitzt) den gesuchten Bremswerth, denn das kleinere dieser beiden Gewichte ist eben der Bremswerth.

Will man sonach den Bremswerth des gebremsten Wagens kennen lernen, so braucht man nur dessen augenblickliches Bruttogewicht mit dem am Langbaume angeschriebenen Gewichte (dem Bremsgewichte) zu vergleichen und die kleinere dieser Zahlen für den gesuchten Bremswerth zu nehmen.

Der deutsche Normalgüterwagen wiegt, falls er leer ist, 7-1 Tonnen. Durch Bethätigung der Bremse desselben kann auf sämmtliche Bremsklötze des Wagens ein Klotzdruck von 7'56 Tonnen ausgeübt werden. Da die Tragfähigkeit eines solchen Wagens 10 Tonnen beträgt¹), so wird das augenblickliche Bruttogewicht desselben je nach dem Gewichte seiner Ladung alle Werthe annehmen, welche zwischen 7-1 und (7-1 -f- 10) = 17T Tonnen liegen. Ebenso verschieden wird natürlich auch dessen Bremswerth ausfallen. Da durch Bethätigung der Bremse dieses Wagens 7¹56

nur ein Gewicht von = 8-4 Tonnen zur vollen Bremswirkung gelangen kann, so wird am

Langbaume eines solchen Normalgüterwagens die Ziffer G = 8-4 anzusetzen sein. Wiegt nun der Wagen im Momente, als gebremst wird, 7'1 Tonnen, ist er also leer, so beträgt dessen Bremswerth 7T Tonnen, weil 7⁻l <8'4 ist; wiegt derselbe Wagen 9 Tonnen, so beträgt dessen Bremswerth 8⁻4 Tonnen, weil 8'4<9 ist; wiegt der Wagen 15 Tonnen, so beträgt dessen Bremswerth ebenfalls nur 8⁻4 Tonnen, weil 8‘4    15 ist, und man für den Bremswerth stets die kleinere von den Zahlen

anzusehen hat, von denen die eine das augenblickliche Gesammtgewicht des zu bremsenden Wagens, die andere aber dessen Bremsgewicht bezeichnet, welches letztere am Langbaume angeschrieben steht.

Verlangt die Vorschrift, dass bei einem Zuge ein Gewicht von 30 Tonnen gebremst, das heisst zur möglichst grössten Bremswirkung gebracht werde, und man verfügt über Bremswagen, deren Bruttogewichte 9, 6 und 15 Tonnen betragen, so wird dem Bremsbedürfnisse von 30 Tonnen nicht etwa dadurch Genüge geleistet, dass man diese drei Wagen durch Bremser bedienen und die Bremsen derselben antreiben lässt. Durch diesen Vorgang würde man nichts weiter bewirken, als dass ein Gewicht von (9 -f- 6 -f- 15) = 30 Tonnen auf bremsbare Achsen zu liegen käme und theil-weise zur Bremswirkung gelänge, keinesfalls aber, dass ein Gewicht von 30 Tonnen zur vollen Bremswirkung gelangt. Will man dies letztere erzielen, so muss man statt der Bruttogewichte die Bremswerthe der betreffenden Wagen in Rechnung nehmen, d. h. man muss so viele Bremswagen bedienen lassen, dass die Summe der Bremswerthe derselben 30 Tonnen ausmache.

Würden an den Langbäumen der betreffenden Wagen die Ziffern 7, 6, 10 stehen, so hätte man: G = 7, 6, 10 Tonnen; Ga == 9, 8, 7 Tonnen und B = 7, 6, 7 Tonnen, sobald das augenblickliche Gewicht des Wagens mit Gn, das am Langbaume desselben angeschriebene Bremsgewicht mit G, und der Bremswerth mit B bezeichnet wird. Um dem Bremsbedürfnisse von 30 Tonnen zu entsprechen, müsste man sonach 5 Wagen zum Bremswerthe von je 6 Tonnen, oder 3 Wagen von je 7 Tonnen Bremswerth und 2 Wagen von je 6 Tonnen Bremswerth nehmen. Im ersteren Falle würde man 5 X 6 = 30 Tonnen, im letzteren (3 X 7 -j- 2 X 6) = 33 Tonnen bremsen, in beiden Fällen sonach 5 Bremswagen bemannen müssen.

§. 103.

Die hemmende Kraft eines gebremsten Wagens.

Würde man im Stande sein die Räder eines gebremsten Wagens während der ganzen Dauer des Bremsens, also vom Momente des Anlegens der Bremse bis zum Stillstände des Wagens, an der Rollgrenze zu erhalten, so würde jede Tonne des Gewichtes eines so gebremsten Wagens an der Schiene eine Reibung von 200 erzeugen. Würde der Wagen ID Tonnen wiegen, so betrüge die totale Schienenreibung 200 TD Kilogramm, und diese wäre das Maass für die hemmende Wirkung der Bremse (§. 100).

Um aber die Räder des gebremsten Wagens an der Rollgrenze zu erhalten müsste man auf die Bremsklötze desselben einen Druck ausüben, welcher in jedem Augenblicke der Bewegung des gebremsten Wagens, also vom Momente des Anlegens der Bremse bis zum Stillstände des Wagens, einen anderen Werth hat, da dies aber schon aus constructiven Gründen unthunlich ist, so hat man einen unveränderlichen Klotzdruck gewählt (§. 1.01), was zur natürlichen Folge hat, dass die Reibung an der Schiene nicht mehr den constanten Werth 200 TD Kilogramm haben, sondern in jedem Augenblicke der Bremsdauer einen anderen Werth haben wird.

Diese veränderliche Schienenreibung wird bewirken, dass die Verzögerung in der Bewegung des gebremsten und sich selbst überlassenen Wagens in jedem Augenblicke einen anderen Werth haben wird. Beträgt dieser veränderliche Werth p Meter pro Secunde, und bezeichnet x den Weg des Wagens in Metern, welchen derselbe vom Momente des Anlegens der Bremse bis zum erfolgten Stillstände durchläuft, v dessen veränderliche Geschwindigkeit in Metern pro Secunde, so ergibt sich aus den bekannten Grundgleichungen der Phoronomie:

in welchen t die Zeit in Secunden bezeichnet, welche der Wagen zum Durchlauf des Weges x Meter braucht, durch Elimination von dt, die Rela-

tion: p.dx —v.dv, aus welcher der Bremsweg x berechnet werden kann, sobald die Verzögerung p als Function von v ausgedrückt und bekannt ist. Man erhält nämlich: sobald die Anfangsgeschwindigkeit des gebremsten Wagens, d. h. dessen Geschwindigkeit im Momente des Anlegens der Bremse mit c bezeichnet, und in Meter pro Secunde gemessen wird.

Da die Schienenreibung s bekanntlich (§. 64, Formel 98, pag. 249):

- (i)

s — 200 . e

Kilogramm für jede Tonne. Gewicht des bewegten Wagens beträgt, die Masse aber, welche einer Tonne Wagengewicht entspricht und auf Kilo-

= 102 ausmacht, so beträgt, die Verzögerung p,

gramm bezogen

1 X 1000

9 81

welche durch diese Reibung hervorgebracht wird:

200

102

.e“®

Meter in jeder Secunde. Man hat sonach:

102

200

eC»)

.v.dv

für den Bremsweg.

Muster: t

(id

Entwickelt man die Exponentialgrösse e

. so erhält man, sobald z

in eine Reihe, nach dem

1 -f z -

z~

2 + • •

und die Reihe bei z’ abgebrochen wird:

gesetzt

CM

25

und daher:

102

200

j:

r£

vdv-f

CM

V " d V 4-

V³ d V

50 Jo

also auch:

102 / c2 200 \ 2

c³

c⁺

_j---g .

75    200

102

200

• c*

c²

75    200

Meter.

Denkt man sich statt der thatsächlich vorhandenen, variablen Schienenreibung s eine constante Reibung /z, so beträgt die Arbeit dieser Reibung während des Bremsweges hx Meter-Kilogramm. Da der gebremste Wagen im Momente des Anlegens der Bremse die Geschwindigkeit c Meter

Gewichtes beträgt, dieses Arbeitsquantum aber durch die Arbeit der Schienenreibung auf dem Bremswege aufgezehrt worden ist, so besteht die Relation h . x = 5 1 . c², aus welcher man für die fictive constante Reibung, welche dieselbe Wirkung hat, wie die thatsächliche vorhandene, aber variable

51 . c²

erhält. Setzt man in diesem Ausdrucke

Reibung s, den Ausdruck h = obigen für x gefundenen Werth, so erhält man nach kurzer Réduction:

200

¹¹    1 + 0-0266 c +0-0004 c²

Kilogramm. In dieser Formel bezeichnet sonach:

ll. . . die fictive Reibung, welche, wenn sie während der ganzen Bremsdauer in unveränderlicher Grösse wirken würde, genau dieselbe Wirkung hervorbringen müsste, welche die thatsächlich vorhandene, aber veränderliche Reibung während desselben Bremsweges und in derselben Zeit wirklich hervorbringt; es ist also h das, was man hemmende Kraft eines gebremsten Wagens nennt, wobei Ji den Werth dieser hemmenden Kraft bezeichnet, welcher dem Gewichte einer Tonne des gebremsten Wagens entspricht und in Kilogramm gemessen wird;

C. . . die Geschwindigkeit des zu bremsenden Wagens, im Momente des Anlegens der Bremse, gemessen in Metern pro Secunde.

Aus diesem Ausdrucke erhält man für: c = 5, 10, 15, 20 Meter pro Secunde h— 176, 155, 134, 1 18 Kilogramm pro Tonne Wagengewicht.

Einen, wenn zwar minder genauen, für die Rechnung jedoch bequemeren Ausdruck für die hemmende Kraft h eines gebremsten Wagens

erhält man, wenn man den Mittelwerth bestimmt, welchen die Function

annimmt, wenn v von dem

besitzt, also ein Arbeitsquantum in sich angesammelt enthält, welches • c²=51.c² Meter-Kilogramm für jede einzelne Tonne seines

c²

102

(§. 64, Formel 98, pag. 249): y = 200 . e Werthex = c angefangen, bis x — o stetig sich ändert. Verfährt man nach bekannten Regeln (§. 31, Formel 54), so erhält man:

200X25

Kilogramm. Mit Rücksicht darauf, dass e ^ = 1—x-f

CO ] X _

. . . also:

(l-e-X) =

x“

co X

25

erhält man unter Berücksichtigung, dass x = — ist:

I Ol

to

Ol

Ol

oder auch:

In dieser Formel bezeichnet also:

ll. . .die hemmende Kraft des gebremsten Wagens, in Kilogramm, welche für jede Tonne Schienendruckes im Durchschnitte entfällt;

C...die Rollgeschwindigkeit des Wagens im Momente des Anlegens der Bremse, gemessen in Metern pro Secunde.

Würde man einen 10 Tonnen schweren Wagen in dem Augenblicke bremsen, in welchem er mit einer Geschwindigkeit von- 15 Meter pro Secunde rollt, so würde man hierdurch an der Schiene eine Reibung von 10 X 4 (50—15) = 1400 Kilogramm erzeugen, und diese Reibung wäre das Maass für die hemmende Wirkung seiner Bremse.

Die Formel 162 gibt nur wenig verschiedene Werthe für h von jenen der Formel 161, so erhält man für: c = 5, 10, 15, 20 Meter pro Secunde h == 180, 160, 140, 120 Kilogramm pro Tonne Wagengewicht, also praktisch dieselben Werthe wie früher.

Hat der Bremsdruck nicht jene Grösse, welche dem augenblicklichen Gewichte des Wagens entspricht, so muss, falls man pro Tonne Schienendruck dieselbe Reibung h erzielen will, statt des wirklichen Gewichtes des Wagens, dessen Bremswerth genommen werden (§. 102). Beträgt dieser für einen gebremsten Wagen b Tonnen, so erhält man für die hemmende oder repressive Kraft r des gebremsten Wagens, den Werth: r = b . h Kilogramm.

Strenge genommen, stellt dieser Ausdruck nur einen Theil der gesammten repressiven Kraft eines Bremswagens dar, nämlich jenen Theil, welcher durch den zur vollen Bremswirkung gelangenden Bruchtheil des Wagengewichtes an der Schiene erzeugt wird, während die Reibung des nicht zur vollen Bremswirkung gelangten Gewichtstheiles, nicht berücksichtigt erscheint.

Man kann sich nämlich den zu bremsenden Wagen in zwei kleinere Wagen zerlegt denken, von denen der eine mit Bremse versehen ist, während der andere keine Bremsvorrichtung hat. Das Gewicht des ersteren Wagens ist gleich dem Bremswerthe, das Gewicht des anderen ist der Rest, welcher vom thatsächlichen Gewichte W des wirklichen Wagens verbleibt, sobald von demselben der Bremswerth b abgezogen wird. Das Gewicht des kleinen Wagens ohne Bremsvorrichtung beträgt sonach (W — b) Tonnen. Da dieses Gewicht nicht gebremst ist, so erzeugt es an der Schiene nicht etwa die Reibung h, deren Grösse die Formel 162 angibt,

ca

Kilogramm

3-1 +

210

für jede Tonne dieses Gewichtes beträgt, sobald c die Rollgeschwindigkeit des Wagens im Momente des Anlegens der Bremse bezeichnet.

Die gesammte Schienenreibung des wirklichen W Tonnen schweren Wagens vom Bremswerthe b beträgt sonach, sobald der Wagen im Momente gebremst wird, in welchem er mit c Meter pro Secunde rollt:

sondern nur die Reibung w, welche (§. 31)

r = b. h -j- (W — b) . w

Kilogramm, oder auch:

r = w. W + (h—w). b ....    (163

Kilogramm.

In dieser Formel bezeichnet sonach: r . . .die gesammte hemmende (repressive) Kraft eines gebremsten Wagens, in Kilogramm;

W . .das augenblickliche Gewicht des zu bremsenden Wagens, in Tonnen; b.. den Bremswerth des gebremsten Wagens, in Tonnen; h — 4 (50 — c) |

Coëfficienten oder Beiwerthe;

(3I + 2iö)

w =

C = Rollgeschwindigkeit des Wagens im Momente des Anlegens der Bremse, gemessen in Metern pro Secunde.

Die Hemmkraft eines 5 Tonnen schweren Güterwagens, auf dessen Bremsklötze ein Gesammtdruck von 6 Tonnen ausgeiibt wird, beträgt sonach bei einer Geschwindigkeit von 15 Meter pro Secunde, mit Rücksicht darauf, dass das am Langbaume desselben ungeschriebene

Bremsgewicht um

7^ X 6 = 6⁻6 Tonnen grösser ist als dessen Gesammtgewicht, der Bremswerth

sonach 5 Tonnen gross ist, mithin : b=5, W = 5, c = 15, w= ^3T    ^q) — 3m7, h — 4 (50 — 15) = 140,

nach Formel 163: r == 3'7 X 5 + (140—3'7) 5 — 700 Kilogramm. Würde der Klotzdruck desselben Wagens nicht 6, sondern 9 Tonnen betragen, und würde der Wagen 12 Tonnen wiegen, so betrüge

dessen Bremsgewicht ^ X 9 = 10 Tonnen, dessen Bremswerth sonach ebenfalls 10 Tonnen (da

10 kleiner ist als 12). Man würde in einem solchen Falle haben: b = 10, W=12, c = 15, w = 3 7, h = 140 und mithin nach Formel 163: r = 3’7 X 12 -f- (140—3'7) 10 = 1319 Kilogramm, also fast doppelt so viel an Hemmkraft erzielen als früher.

§. 104.

Die hemmende Kraft eines Zuges.

Ein ungebremster Wagen, welcher über ein Gefälle rollt, steht unter dem Einflüsse der ihn thalwärts treibenden Componente der Schwerkraft und des der Bewegung entgegenwirkenden Widerstandes. Fällt die abschüssige Bahn für jeden Meter ihrer Länge um m Millimeter (das Gefälle beträgt m pro mille), so wird jede Tonne des Gewichtes des Wagens mit einer Kraft von m Kilogramm abwärts gezogen (pag. 92), während der Widerstand der Bewegung w Kilogramm pro Tonne dieses Gewichtes ausmacht. Die Bewegung des Wagens erfolgt sonach unter dem Einflüsse einer bewegenden Kraft, welche für jede Tonne dieses Gewichtes (m — w) Kilogramm beträgt (§. 23, Formel 36, pag. 92).

Die Kraft m wirkt continuirlich, würde daher, falls sie allein thätig wäre, den Lauf des Wagens beschleunigen. Würde der Widerstand w constant sein, so würde, je weiter der Wagen abwärts kommt, die Differenz (m — w) sich vergrössern, der Wagen würde immer schneller und schneller rollen. Würde keine dritte Kraft eingreifen, so könnte er in seinem Laufe nicht gehemmt, noch weniger aber angehalten werden können. In der Wirklichkeit wird dies freilich nicht eintreten, weil der Widerstand w mit der Rollgeschwindigkeit wächst, daher einmal der Moment eintreffen muss, in welchem derselbe der abwärts treibenden Kraft m nahezu gleich geworden ist. Von diesem Augenblicke an wird die Bewegung des Wagens nicht mehr beschleunigt werden, dessen Geschwindigkeit wird also nicht mehr zunehmen, der Widerstand wird daher nicht mehr grösser werden können. Die Folge hievon wird sein, dass der Wagen mit einer constanten Geschwindigkeit wird rollen müssen.

Der natürliche Widerstand der Bewegung kann also nicht mehr bewirken, als dass die Bewegung eines Wagens im Gefälle statt beschleunigt zu werden, gleichförmig wird. Eine Verzögerung wird also nicht eintreten, woraus folgt, dass man einen im starken Gefälle rollenden Wagen wird nicht anhalten können, sobald man kein Mittel hat, den natürlichen Widerstand künstlich zu vergrössern.

Die Vorrichtungen, welche es ermöglichen, an Stelle des natürlichen Widerstandes w einen künstlichen Widerstand k zu setzen, der grösser ist als jener, heissen Bremsen.

Die Bewegung eines gebremsten Wagens in einem Gefälle von m pro mille vollzieht sich sonach unter dem Einflüsse einer bewegenden Kraft, welche nur mehr (m — k) Kilogramm pro Tonne seines Gewichtes beträgt, während sie früher, als der Wagen noch nicht gebremst war, (m — w) Kilogramm betrug.

Da aber k im Durchschnitte 40 — 50mal grösser werden kann, als w ist, so sieht man, dass die bewegende Kraft (m — k) eines gebremsten Wagens namhaft kleiner ausfällt, als jene eines frei rollenden Wagens. So lange m > k ist, so lange verbleibt der abwärts ziehende Wagen unter dem Einflüsse einer beschleunigenden Kraft. Dessen Bewegung wird also nach Maassgabe der Dauer derselben immer schneller und schneller. Ver-grössert man aber die Bremsreibung k so weit, dass sie grösser wird als ;«, dann hat man k>m und der Ausdruck (m — k) für die bewegende Kraft wird negativ, was besagt, dass in einem solchen Falle die beschleunigende Kraft sich in eine verzögernde verwandelt. Der gebremste Wagen wird also immer langsamer und langsamer laufen und schliesslich im Gefälle stehen bleiben.

Fällt die Bremsreibung k gerade so gross aus, dass sie m Kilogramm pro Tonne des Wagengewichtes beträgt, so wird k=m. In diesem Falle wird der Ausdruck (m — k) für die bewegende Kraft gleich Null, was besagt, dass in einem solchen Falle keinerlei bewegende Kraft vorhanden ist. Die Bewegung des gebremsten Wagens wird sonach weder beschleunigt noch verzögert, sie wird gleichförmig werden. Der gebremste Wagen wird also im Gefälle derart abwärts gleiten, dass in jeder Secunde ein gleich grosser Weg zurückgelegt wird.

Hieraus folgt, dass die durch das Bremsen zu erzeugende Reibung nothwendig mehr Kilogramm pro Tonne Bremswerth des Wagens betragen müsse, als das Gefälle Millimeter hat, d. h. es muss stets k> m gemacht werden.

Da aber bei Adhäsionsbahnen das stärkste Gefälle wohl niemals über 80° oo gehen kann (§. 17), so ist ersichtlich, dass es genügt, über eine Hemmkraft zu verfügen, welche grösser ist als 80pro Tonne Bremswerth eines Wagens. Hieraus ist aber auch zu ersehen, dass es gar nicht wünschens-werth ist, über eine grössere Hemmkraft zu verfügen, als jene ist, welche

80

1000

X 100=8 Procent des Zugsgewichtes beträgt. In der Eisenbahnpraxis begnügt man sich gewöhnlich mit 2 — 5 Procent.

Führt ein Zug Bremswagen, welche der Reihe nach Wl5 W , W₃. . . Tonnen wiegen, und betragen deren zugehörigen Bremswerthe b₁,b₂, b₃...

26

Tonnen, so betragen die hemmenden Kräfte rl5 rs, r„. . . dieser Wagen der Reihe nach (Formel 163):

Tj - w . W, -f- (h — w). bj r₂ = w . W, + (h —w) . b., ra = w. W₃ + (h-w). b₃

Die Summe der repressiven Kräfte der beim Zuge vorhandenen und bedienten Bremswagen beträgt sonach:

(r, + r, + r₃ + . .) = w(W₁ + W,+ W, +...) + (h — w) (b, + b, + b₃ + . . .) Kilogramm. Setzt man: so erhält man:

R'= w(W, + W₂ + W₃ +. . .) + (h-w)B

Der Zug hat aber ausser gebremsten auch noch bremsfreie Wagen; wiegen diese der Reihe nach: W), W./, W₃' Tonnen, so sind die Widerstände: wW/, wW/, w W₃' Kilogramm zu bewältigen, so dass der totale Widerstand, welchen die bremsfreien Wagen verursachen:

w (W, ' + W/ + W₃' + ...) = R"

Kilogramm beträgt.

Die Summe (R' + R,') = R gibt den totalen Widerstand in Kilogramm, über welchen man bei einem Zuge verfügt; dieser beträgt sonach:

R = w (W, -f W₂ + W₃ + . . . + W, ' + W., ' + W₃ ' + . . . ) + (h — w) B Kilogramm. Da aber:

(W, + W₂ + W₃ + . . . + w/+ w/-+ W₃'+ .,.)--= G

nichts anderes ist, als das Gewicht sämmtlicher beim Zuge befindlichen (gebremsten und ungebremsten) Wagen, so hat man:

11= W . Cr + (11 —W) B .    .    .    .    (164

eine Formel zur Berechnung der Hemmkraft, über welche man bei einem G Tonnen schweren Zug verfügen kann/)

In dieser Formel bezeichnet sonach:

R...die Hemmkraft der Bremsen, in Kilogramm, über welche man bei einem Zuge verfügt.

B. . . die Summe der Bremswerthe der beim Zuge bethätigten Bremswagen, in Tonnen;

. . .das Gewicht des Zuges in Tonnen, exclusive Maschine und Tender; ...die pro Tonne Bremswerth entfallende Hemmkraft, in Kilogramm;

. . die mittlere Reibung in Kilogramm, welche pro Tonne rollender Last auf der Schiene entsteht.

pag 199.

*) Adamicka. Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1877,

Bei einem mit 10 Meter Geschwindigkeit rollenden, 130 Tonnen schweren Zuge werden 3 Bremsen bethätigt, deren Bremswerthe der Reihe nach 4, 8 und 12 Tonnen betragen. Es fragt sich, wie gross der Widerstand sein wird, welchen man durch das Bremsen des Zuges unter solchen Umständen zu gewärtigen hat? Die Summe der Bremswerthe der zum activen Dienste • herangezogenen Bremswagen beträgt hier : B = (4 -f- 8 -f- 12) = 24 Tonnen, das Gesammtgewicht des Zuges ist: G = 130 Tonnen, dessen Geschwindigkeit zu Beginn des Bremsens: c = 10 Meter, 10*

ferner ist: w = 3'1 -f- —. = 3’6 Kilogramm und h = 4 (50—10) = 160 Kilogramm, mithin die gesuchte Hemmkraft des gebremsten Zuges: R = 3-6 X 130 -j- (160 + 3-6) 24 = 4222 Kilogramm.

§. 105.

Das Anhalten der Züge.

Im Vorhergehenden wurde die Grösse der Hemmkraft berechnet, über welche man bei einem Zuge verfügt, sobald ein gewisser Gewichtstheil desselben gebremst wird. Nunmehr soll die Wirkung ermittelt werden, welche man durch die Anwendung dieser Hemmkraft erzielt, d. h. es soll die Distanz berechnet werden, auf welche hin ein frei. rollender Zug durch Bethätigung der Bremsen aufgehalten werden kann. Diese Distanz nennt man Anhaltedistanz des Zuges.

Die Anhaltedistanz eines Zuges lässt sich näherungsweise berechnen, sobald man erwägt, dass die Energie, welche der Zug im Momente der Bethätigung seiner Bremsen besitzt, durch jene Arbeit vernichtet werden muss, welche die Hemmkraft während der Auslaufsdauer verrichtet. Bezeichnet M die Masse des Zuges, bezogen auf Kilogramm, so beträgt die

Energie eines mit c Meter pro Secunde rollenden Zuges nahezu M • —-

Meter-Kilogramm. Bezeichnet A den Weg in Metern, welchen der Zug vom

Momente des Anlegens der Bremsen bis zum Stillstände durchläuft, so

beträgt die gedachte Arbeit der Hemmkraft R\ Meter-Kilogramm. Man hat

W    .    ,

sonach die Gleichung: M • — = R ■ A, aus welcher die Anhaltedistanz a

berechnet werden kann. Besteht der G Tonnen schwere Zug aus n Wagen, so ist nach Frank: M=102G-f-80.n (pag. 88) da aber (Formel 164): R w G + (h — w) B ist, so erhält man für diese Anhaltedistanz den Ausdruck:

ca

51 . G + 40 . n

w . G + (h — w) B

Meter, welcher Ausdruck des Näheren bestimmt wird, sobald das Gewicht G des Zuges, dessen Fahrgeschwindigkeit c im Momente des Bremsens, die Anzahl n seiner Wagen, die Summe B deren Bremswerthe und die beiden Reibungen h und w bekannt sind.

beträgt, hat man: w = 3’l -f-

Für einen aus 10 Wagen bestehenden, 100 Tonnen schweren Zug, welcher mit 15 Meter pro Secunde rollt, und bei welchem die gebremste (zur Vollwirkung gebrachte) Last 50 Tonnen I52

= 4 Kilogramm und h = 4 (50—15) = 140 Kilogramm, weiters ist: c = 15, n = 10, G = 100, B = 50, mithin die Anhaltedistanz : /! = 172 Meter.

26*

Für Züge, welche mit einer Geschwindigkeit von 75 Kilometer pro Stunde verkehren und mit Luftdruckbremsen versehen sind, fand Eisenbahn-Director Wiehert ') Anhaltedistanzen, welche aus der nachstehenden Tabelle zu entnehmen sind:

Von der Gesammt-zahl

derAchsen

sind

gebremst

16

650

Luftdruckbremsen

System Westinghouse

System Carpenter

Anzahl der Achsen beim Zuge

24

32

40

16

24

32

40

Anhaltedistanz in Metern

665

680

695

680

705

■u

455

455

455

455

355

345

345

355

490 ! 510 405 ; 425

730

760

540

450

565

485

⁴/4

295

285

285

295

350

375

410

450

Für den speciellen Fall, dass die Summe der Bremswerthe der zur Dienstleistung herangezogenen Wagen gleich ist der Summe der Gesammt-gewichte dieser Wagen, und dass sämmtliche Wagen des Zuges gebremst werden, wird die obige Formel die kleinste Distanz geben, auf welche hin Züge durch das Bremsen angehalten werden können. Veranschlagt man das durchschnittliche Gewicht eines Güterwagens auf 10 Tonnen, so ergibt sich aus der obigen Formel für die kleinste Anhaltedistanz der Züge,

der Ausdruck: Amjn=55-

(t)

Meter. Setzt man in diesen Ausdruck

h —4(50— c)(Formel 1 62) und nimmt c= 1 0man, so erhält man für dieminimale Anhaltedistanz A

c²

— eine Näherungsformel, welche ihre Bestätigung in 3

der Praxis insoferne gefunden hatte, als Eisenbahn-Director Wickert zeigte, dass die kürzeste Distanz, auf welche Züge durch Luftdruckbremsen angehalten werden können, A = 0’0236 . v² Meter beträgt, sobald v die Rollgeschwindigkeit des Zuges im Momente des Anlegens der Bremsen bezeichnet und in Kilometern pro Stunde gemessen wird.¹) Wird in dieser Formel die Geschwindigkeit in Metern pro Secunde ausgedrückt, so erhält man

min

c²

nahezu A = —, d. h. die obige, auf Grund theoretischer Beobachtungen o

abgeleitete Formel.

Die bisher für die Anhaltedistanz entwickelten Formeln beziehen sich sämmtlich auf eine horizontale Bahn. Sollen aber Züge in Gefällen angehalten werden, so muss die Arbeit R A der Hemmkraft nicht nur die

Energie M— überwinden, welche der rollende Zug im Momente des Anlegens der Bremse hat, sondern auch jene Arbeit, welche die Schwerkraft-Componente verrichtet, wenn sie den G Tonnen schweren Zug abwärts zieht. Diese Schwerkrafts-Componente beträgt in einem Gefälle von m°₀o in Kilogramm pro Tonne des Zugsgewichtes (pag. 92), bei einem G Tonnen schweren Zug beträgt sie sonach m G Kilogramm. Soll nun der Zug auf die Distanz A Meter angehalten werden, so beträgt diese Arbeit: m'GA-Meter-

J) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1886, Heft 221, pag. 87.

Kilogramm für einen, in einem Gefälle von m pro mille rollenden Zug. Es

.    c²

besteht sonach die Gleichung: R.A = M- — + m- G-A, aus welcher, durch

Substitution des Werthes: M= 102 G + 80 . n, die nachstehende Formel sich ergibt:

51 . G+ 40 .n (h — w) B — (m — w) G

c\

Setzt man in diese allgemeine Formel für die Anhaltedistanz der Züge, wie dies früher geschah : B = G und nimmt G = w . n, so erhält man für die kürzeste Anhaltedistanz den

/55 c \

Näherungswerth : z7min=    j

Meter. Ein, in einem Gefälle von 20°/oo> mit einer Geschwindigkeit

von 10 Metern rollender Zug wird sonach, selbst wenn alle Wagen desselben vollgebremst werden, auf eine kürzere Distanz als auf 40 Meter nicht angehalten werden können.

Nach den Versuchen, welche auf den Linien der österreichisch-ungarischen Staatseisenbahn angestellt wurden, und auf Grund deren bei der Dresdener Versammlung deutscher Eisenbahntechniker (1868) die Anzahl der erforderlichen Bremswagen festgestellt wurde, betrug der Bremsweg 650 Meter.

Dieser durch wiederholte Versuche ermittelte Bremsweg bezog sich auf lange, schwere Züge. Seitdem wurden die Kuppelungs-Vorrichtungen wesentlich verbessert, die Gliederkuppeln nahezu ganz durch Schraubenkuppeln ersetzt, bei Schnell- und Personenzügen durchlaufende Bremsen eingeführt. Dies alles trägt dazu bei, dass die heutigen Züge auf kürzere Entfernungen als durchschnittlich 650 Meter ohne gefährliche Stösse angehalten werden können.

§. 106.

¹

Centralblatt für Bauverwaltung, Berlin 1888, pag. 22.

Anzahl der Bremsen bei Zügen.

Auf den ersten Blick dürfte es scheinen, dass die Frage nach der Zahl der Bremsen, welche die Züge zu führen haben, eigentlich eine müssige sei, da man ja, falls die grösste Betriebssicherheit erreicht werden soll, alle Wagen beim Zuge bremsen sollte. Eine derartige Massnahme würde allerdings die Frage nach der Anzahl der Bremsen bei Zügen überflüssig machen, sie würde sie aber nicht lösen. Eine solche Massnahme würde nämlich, abgesehen von den Kosten, welche aus Anlass der Beschaffung, Bedienung und Erhaltung der Bremsen entstünden, den Transport vertheuern. Durch das Anmontiren der Bremsvorrichtung an einen Wagen erhöht sich nämlich dessen Leergewicht um 300 — 500wird also um circa 10 Procent des früheren Werthes grösser. Dies ist aber für den Transport von Nachtheil, weil das Leergewicht eines Güterwagens pro Tonne Nutzlast ohnehin gross ist (es beträgt 500k«). Durch Vergrösserung dieses Leergewichtes verschlechtert sich sonach das Verhältniss der zahlenden Last zum todten Gewichte, wodurch der Transport vertheuert wird.

Bei Personenzügen wäre das Bremsen aller Wagen des Zuges eher durchführbar, doch würde man hiedurch bewirken, dass Reisende, welche ihre Fahrt gut bezahlen, alsdann weniger sicher fahren würden als jene, welche um billigeres Geld fahren. Werden nämlich alle Wagen des Zuges gebremst, so wird man durch Bethätigung der Bremsen derselben, einen langsamer fahrenden Zug früher anhalten können, als einen schnelleren

(Formel 164). Will man in Bezug auf die Sicherheit des Verkehres gleiches Maass halten, so genügen für langsamer fahrende Züge so viele Bremsen, als erforderlich ist, um derlei Züge auf dieselbe Distanz anzuhalten, auf welche schneller fahrende Züge (unter Voraussetzung, dass alle Wagen gebremst werden) zum Stillstände gebracht werden. Mit Rücksicht auf das Gesagte hat die Frage nach der Anzahl der den Zügen beizugebenden Bremswagen ihre volle , Berechtigung.

Wenn beispielsweise die kürzeste Anhaltedistanz eines Schnellzuges 200 Meter beträgt, so braucht ein Personenzug nicht mehr Bremsen zu haben, als deren erforderlich sind, um denselben gleichfalls auf 200 Meter anzuhalten.

Ist die Distanz gegeben, auf welche die Züge angehalten werden sollen, so braucht man nichts weiter zu thun, als aus der allgemeinen Formel, welche im vorigen Paragraphe für die Anhaltedistanz abgeleitet wurde, die Last B zu berechnen, welche zur vollen Bremswirkung gelangen muss (die Summe der Bremswerthe der zur Dienstleistung herangezogenen Bremsen), sobald der Zug auf die gegebene Distanz A zum Stillstand gebracht werden soll. Man erhält dann aus der gedachten Formel:

B ==

w[

51 . G + 40 . n

c³ + (m — w) gJ

für die Grösse der zur vollen Bremswirkung zu bringenden Last in Tonnen.

Ein 100 Tonnen schwerer, aus 12 Wagen bestehender, mit einer Geschwindigkeit von 15 Meter pro Secunde fahrender Zug soll in einem Gefälle von 25°/₀₀ auf eine Distanz von 600 Meter durch Bethätigung von Bremsen angehalten werden, deren Bremswerthe 8, 10 und 12 Tonnen betragen. Es fragt sich, wie viele Bremsen dieser Kategorie man wird activ machen müssen, um der gestellten Anforderung zu entsprechen ? Hier ist : G = 100, n = 12, m = 25, c — 15, /i — 600,

^3'1 -f- 2{q) — T und ft,r diese Werthe liefert die obige Formel : B = 30

h = 4 (50—15) = 140, w =

Tonnen, was besagen will, dass die Summe der Bremswerthe der activ zu haltenden Bremsen 30 Tonnen betragen müsse. Da man Bremsen von 8, 10 und 12 Tonnen Bremswerth zur Disposition hat, so wird man von jeder dieser Gattung eine Bremse bethätigen, weil in einem solchen Falle die Summe der Bremswerthe B = (8 -j- 10 -4- 12) — 30 gibt.

In der Eisenbahnpraxis pflegt man die Summe B der Bremswerthe der zur Dienstleistung herangezogenen Bremsen, nicht in absoluten Zahlen auszudrücken, wie dies hier geschehen ist, sondern man gibt sie in Pro-centen des Zugsgewichtes an. Man fragt also nicht nach der Grösse B,

/ B \

(¹⁰⁰g)

sondern nach der Grösse

z, welche Grösse man mit dem Worte

Bremsprocent benannt hat. Aus der vorigen Formel erhält man:

100

40

(w + ł)

c³ + (m — w)

. 165)

für die Grösse des Bremsprocentes.

Ein 80 Tonnen schwerer, aus 10 Wagen zusammengestellter, in einem Gefälle von 8%o mit einer Geschwindigkeit von 20 Meter pro Secunde rollender Zug soll auf eine Distanz von 500 Meter angehalten werden. Es fragt sich, wie viel Procent der Zuglast man bremsen muss, um

Vernachlässigt man in der Formel 165 den Widerstand w der rollenden Reibung gegen die Hemmkraft h, was ja ohneweiters geschehen kann, da ja für die Geschwindigkeit von 20m: h= 4(50 — 20)= 120kg, 202 2T0

= 5kg, so gelangt man zu der nachstehenden Formel:

den beabsichtigten Zweck zu erreichen ? Hier ist : G = 80, n = 10, c — 20, m = 8, _ / = 500,

h = 4 (50-201 = 120, w

= (»+$ =

5. Mit Hilfe dieser Daten ergibt sich aus der vorstehenden

Formel : z = 42 Procent, und dies will heissen, dass die Summe der Bremswerthe aller zum Dienste heranzuziehenden Bremswagen 42Procent derZugslast also: 0‘42X80 = 33'6 Tonnen betragen müsse, falls der gedachte Zug unter obigen Umständen auf eine Distanz von 500 Meter zum Stehen gebracht werden soll. Hat man Bremsen von 10 und 15 Tonnen Bremswerth zur Verfügung, so wird mau entweder vier Bremsen, jede zu 10 Tonnen, oder zwei Bremsen jede zu 15 Tonnen und eine Bremse zu 10 Tonnen Bremswerth bethätigen müssen. Im ersteren Falle müssen vier Bremsen zur Dienstleistung herangezogen werden, im letzteren genügen deren drei.

Vernachlässigt man in der Formel 165 die Grösse

(Ô)

angesichts der Ziffer 1-3, und setzt ausserdem X = 500, w = o, h = 100, was ja für Ueberschlagsrechnungen ohneweiters geschehen kann, so erhält man die Näherungsformel'): z

= (-+£)

• Setzt man in diese Formel c = o, so

erhält man z = m, und dies besagt, dass, um einen Zug, welcher in einem Gefälle von m⁰/,*, steht, also nicht rollt, vor dem Zurückrollen zu sichern, man so viele Procente seines Gewichtes zu bremsen habe, als das Bahngefälle Millimeter pro Meter seiner, Länge hat. Um also einen im Gefälle von 25°/₀₀ (1 : 40) stehenden Zug vor dem Zurückrollen zu sichern, muss man 25 Procent, das ist ein Viertel seines Gewichtes zur vollen Bremswirkung bringen. Die Summe der Bremswerthe der activ zu haltenden Bremsen muss sonach 25 Procent des Zugsgewichtes betragen.

in welcher bezeichnet:

ts:

© US

Z. . . das Bremsprocent, d. h. die Summe der Bremswerthe der zur Dienstleistung herangezogenen Bremsen, gemessen in Tonnen;

. . .die Distanz in Metern, auf welche hin der Zug angehalten werden soll; . . . die Rollgeschwindigkeit des Zuges im Momente des Anlegens der Bremsen, gemessen in Metern pro Secunde ;

Hl . . das Bahngefälle, in Millimetern pro Meter Bahnlänge ; h = 4(50 —c)

w = (Vl +

c²

210

Coëfficienten.

Bei einem mit 10 Meter Geschwindigkeit in einem Gefälle von 15%o rollenden Zuge, muss sonach die Summe der Bremswerthe der zur Dienstleistung heranzuziehenden Bremsen 14 Procent, des Zugsgewichtes ausmachen, falls der Zug auf eine Distanz von 500 Meter zum Stillstände

kommen soll. Es ist nämlich: c = 10, m = 15, _/=500, h = 4 (50—10) =

und für diese Werthe liefert die Formel 166 für das Bremsprocent: z = 14. Wiegt der Zug 100 Tonnen, so muss die Summe der Bremswerthe der zur Dienstleistung herangezogenen Bremsen 0-14X 100=14 Tonnen betragen. Verfügt man beim Zuge über Bremsen von 7 Tonnen Brems-

14

werth, so genügen zum Anhalten desselben - = 2 in Thätigkeit gesetzte Bremsen.

Zu der Formel 166 gelangt man einfacher auf folgende Weise: Wiegt der ganze Zug (exclusive der Locomotive) P Tonnen, und ruht von diesem Gewichte der Theil G auf gebremsten

160, w - (3T +

= 3-6,

Achsen, so verursacht jede Tonne dieses letzteren Gewichtes, sobald es gebremst wird, auf der Schiene eine Reibung von h Kilogramm, die ganze gebremste Last sonach eine Reibung von h . G Kilogramm, während der ungebremst gebliebene Zugstheil eine Reibung von (P—G) . w Kilogramm verursacht, sobald w die pro Tonne rollender Last erzeugte Reibung in Kilogramm bezeichnet. Rollt der Zug in einem Gefälle von m pro mille, so wird jede Tonne seines Gewichtes mit einer Kraft von m Kilogramm thalwärts gezogen; die gesammte, den Zug abwärts ziehende Kraft, beträgt sonach mP Kilogramm. Der Gesammtwiderstand des gebremsten Zuges beträgt daher: [hG-f w (P—G) — m . P] Kilogramm. Durchlauft der gebremste Zug Meter, bevor er zum Stillstände gelangt, so beträgt die hierbei verrichtete Arbeit: [hG-fw(P-G) — mPJ /1 Meter-Kilogramm. Betrug die Geschwindigkeit des rollenden Zuges c Meter pro Secunde im Momente des Anlegens der Bremsen, so hat derselbe in diesem Momente eine Arbeit von 55 c² Meter-Kilogramm in sich angesammelt. Da diese Arbeit durch die Arbeit der Widerstände vernichtet wurde, so besteht die Gleichung : [h G -j- w (P—G) — m P] „ / = 55 . P . c², aus welcher sich ergibt :

55 . c²

h-w[ A

+ (m - W)1

Bezeichnet man den Bruch

1-p— = z, und vernachlässigt w angesichts h, so erhält man:

100 T55 . c²

h L

+ (m — w)

also genau die bereits entwickelte Gleichung 166.

Bei der Entwicklung der Formel 166 wurde die stillschweigende Voraussetzung gemacht, dass die bethätigten Bremsen sämmtlich in einem und demselben Augenblicke in Wirksamkeit treten, und zwar in jenem Augenblicke, in welchem das Signal zum Bremsen gegeben wurde. Diese Voraussetzung könnte allenfalls für continuirliche Bremsen noch gelten, oder, wenn man weit gehen will, für sogenannte Schnell- und Maschinenbremsen, weil bei diesen der Leerlauf der Bremse in Wegfall kommt; für gewöhnliche Handbremsen jedoch, wie solche bei Güterzügen fast durchwegs verwendet werden, kann und darf eine derartige Voraussetzung nicht gemacht werden.

Bei den gewöhnlichen Handbremsen unserer Güterwagen ist vor Allem die Zeit zu berücksichtigen, welche vom Augenblicke der Wahrnehmung des Bremssignals bis zum Eintritte der vollen Bremswirkung verfliesst, und welche Zeit erfahrungsgemäss auf rund 10 Secunden zu veranschlagen ist. Während dieser Zeit macht der mit einer Geschwindigkeit von c Meter pro Secunde rollende Zug einen Weg von 10 . c Meter, welcher Weg in die Anhaltedistanz einbezogen zu werden pflegt, obwohl er nicht unter dem Einflüsse der Bremsen durchlaufen wurde.

Will man richtig rechnen, so muss man diesen Umstand berücksichtigen, d. h. man muss von dem Wege A den Weg 10 . c Meter in Abschlag bringen, weil unter Einwirkung der Bremsen nicht der Weg A, sondern jener (A— 10. c) durchlaufen wurde. Setzt man also in die Formel 166 statt A den neuen Werth (A—10 c), so erhält man die nachstehende, zur Ausrechnung der Bremsprocente dienende Relation:

100

i-O

A — 10 . c

ca + (m — w

in welcher die Buchstaben die frühere Bezeichnung haben.

Der Staatsbahn-Ausschuss, welcher von dem preussischen Minister der öffentlichen Arbeiten für Zwecke der Untersuchung der Bremsfrage im

Jahre 1888 eingesetzt worden war, gelangte auf Grund einer grossen Zahl von Versuchsrechnungen und vielseitiger Erfahrung zur Erkenntniss, dass die Anhaltedistanz der Züge auf 650m zu veranschlagen sei, sobald es sich um Berechnung des Bremsprocentes handelt.¹)

wobei

3-6’

v die Fahrgeschwindigkeit in Kilometern pro Stunde bezeichnet, so erhält man den Ausdruck:

Setzt man diesem zufolge in die obige Formel A = 650, c

180 — v [234 —

90

1*5. v²

- -f (m — w v v

.    .    (167

für die Berechnung der Bremsprocente.

Hier bezeichnet:

Z . . . das Bremsprocent, d. h. die Summe der Bremswerthe ausgedrückt in Procenten des Zugsgewichtes;

V . . . die Rollgeschwindigkeit des Zuges im Momente des Anlegens der Bremsen, gemessen in Kilometern pro Stunde;'

Hl. . . das Bahngefälle, in Millimetern pro Meter Bahnlänge;

W = (3-l +

ein Coefficient.

2730

Setzt man in diese Formel für die Gefälle m und die Fahrgeschwindigkeiten v verschiedene Werthe, so gelangt man zu der nachfolgenden Zusammenstellung :

Bei einer Fahrgeschwindigkeit von

Gefälle pro mille

25

30

35

40

45

50

60

70

80

Kilometer pro Stunde, hat die gebremste Last zu betragen n Procent des Gesammtgewichtes des Wagenzuges, wobei n gleich

O »O O »O O IO o >o o

< th <m <m CO CO ^

CO

^H(X)ÜltO0000

H H C'l

to tC tO i-⁴ k m h

OOClCO.COC^COO^CS

CO CO CO CO H-*- hA * H^GOOiCOOOO«tO0a>

CC-HiOCCT-HVO00v-tiO

T-łiOOO-r-łLOGifMłOGi

oi^^cococotoww 005(00^0^ ^0

r-H co o io cs oo io io CD CD 0 N N

in welcher gemäss der Annahme des bereits gedachten Staatsbahn-Ausschusses berücksichtigt wurde, dass das Bremsprocent in keinem Falle weniger als z = 6 betragen dürfe.¹)

Da eine Locomotive, wenn sie stets mit gleicher Kraft arbeitet, ihren Zug mit sehr verschiedenen Geschwindigkeiten führt (§. 92), so fragt es sich, welcher von diesen Geschwindigkeiten das Bremsprocent anzupassen sei. Im Interesse des schnellen Anhaltens liegt es zwar, in der zu befahrenden Strecke die grösste Geschwindigkeit herauszusuchen und nach dieser das

Bremsprocent zu bestimmen, doch würde ein derartiger Vorgang gegen alle Oekonomie verstossen, weil dann die Züge wegen einer örtlich vorkommenden, oft recht kurzen Steigung, nicht selten lange Strecken hindurch unnöthig viele Bremsen führen, also unnöthig viel Bremser haben müssten. Man wird daher die Anzahl der Bremsen für alle zwischen zwei Nachbarstationen liegende Strecken besonders bestimmen und hiebei jene Fahrgeschwindigkeit des Zuges der Ermittlung des Bremsprocentes zu Grunde legen, welche die grösste ist, die in dieser Strecke vorkommt.

Aus der vorstehenden Tabelle ist zu ersehen, dass bei einem Zuge, der mit 60 Kilometer Geschwindigkeit über ein Gefälle von 15%o rollt, man so viele Bremsen zu bethätigen hat, dass die Summe der Bremswerthe der zur Dienstleistung herangezogenen Wagen 30 Procent der Zugslast ausmache, falls man die Möglichkeit haben will, den Zug auf eine Distanz von 650 Meter durch das Bremsen desselben anzuhalten. Wiegt der betreffende Zug 100 Tonnen, so muss die Summe der Bremswerthe der zu bethätigenden Bremsen 0’30 X 100 — 30 Tonnen betragen. Ver-

30

wendet man Bremsen jede von einem Bremswerth von 10 Tonnen, so muss man —=3 Bremsen

bedienen, während deren 2 genügen würden, falls der Bremswerth jeder derselben 15 Tonnen betrüge.

§. 107.

Die auf Eisenbahnen gütigen Bremsvorschriften.

Der Wunsch, eine allgemeine Regel zu besitzen, nach welcher man die Anzahl der Bremsen bestimmen könnte, welche den fahrenden Zügen beizugeben sind, wurde schon im Jahre 1850 ausgesprochen. In diesem Jahre haben nämlich hervorragende Fachmänner einen Entwurf ausgearbeitet, welcher 1857 von der Versammlung der Techniker in Wien geprüft und im Jahre 1858 von der Generalversammlung des Vereines Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, welche damals in Triest getagt hatte, angenommen wurde.

Die betreffende Vorschrift, welche auf Grund von Erfahrungen aufgebaut wurde, die man bis dahin (also mit hölzernen Bremsklötzen) gemacht hatte, ist aus der folgenden Tabelle zu entnehmen:

Es soll gebr'ernst werden bei

Gefälle pro mille

Güterzügen

Personenzügen

von den vorhandenen Räderpaaren der nachstehende Theil

Vs

3 Vs

10

■*

16%

25

J/

/*

Man ersieht, dass dieser Tabelle wesentliche Mängel anhaften. Sie bemisst nämlich die Zahl der Bremsen nicht nach dem Bremswerthe, sondern nach der Länge des Zuges, enthält nur zwei Abstufungen bezüglich der Rollgeschwindigkeit der Züge, indem sie nur einen Unterschied zwischen Personen- und Güterzügen macht (ohne zu sagen, worin dieser Unterschied

besteht', statt die Bremsverhältnisse für alle möglichen Geschwindigkeiten anzugeben, und hat ungenügende Abstufungen bezüglich der Gefälle.

Trotz dieser Mängel hat die obige, durch ausgezeichnete Männer, wie Negrelli, Schmid, Klinger, Francesconi, Engerth, Rnppert etc., auf Grund vielseitiger Erfahrung entworfene Tabelle 20 Jahre lang entsprochen, wie dies daraus hervorgeht, dass die Versammlungen der Techniker, welche seitdem in Dresden (1868) und Hamburg (1871) tagten, keinen Anlass fanden, an derselben irgendwelche Aenderungen vorzunehmen. Erst als im Jahre 1874 Director Teilkampf¹') in Altona rechnungsmässig nachwies, dass zur Wahrung der Betriebssicherheit weit weniger Bremsen genügen, als diese Tabelle fordert, wurde eine eingehende Revision dieser Vorschrift eingeleitet, deren Resultat war, dass die Technikerversammlung, welche 1876 in Constanz tagte, der obigen Tabelle noch die Bestimmung hinzufügte, dass es zulässig sei, die Zahl der Bremsen beim Zuge statt nach Räderpaaren in demselben Verhältnisse nach der Bruttolast des Zuges zu bemessen.

Solange die Eisenbahnwagen bezüglich ihrer Gewichte nur wenig von einander differirten, konnte die ursprünglich für die Länge der Züge aufgestellte Regel ohneweiters auch auf das Gewicht derselben ausgedehnt oder übertragen werden, und so entsprach denn die alte Regel auch später, und dies umsomehr, als ja immer noch ausschliesslich hölzerne Bremsklötze verwendet und alle Wagen in gleicher Art gebaut wurden. Erst als man anfing, eiserne Bremsklötze einzuführen und Eisenbahnwagen vom verschiedensten Gewichte zu bauen, und überdies grössere Steigungen allgemein wurden, bemerkte man, dass die Züge unter Umständen mehr Bremsen erfordern, als die Norm vorschreibt, und da drängte sich von selbst die Nothwendigkeit auf, die neue Vorschrift einer rechnerischen Kritik zu unterziehen.

Ich habe versucht, eine solche Kritik zu üben,') da jedoch diese Arbeit in einer fremden (polnischen) Sprache und in einem fremden Staate (Russland) publicirt war, so blieb sie unbeachtet. Drei Jahre später bemächtigte sich Herr Petrossi, damaliger Oberinspector der Ersten ungarisch-galizischen Eisenbahn-Gesellschaft, desselben Gegenstandes und wurde dessen verdienstliche Arbeit auf die Tagesordnung der im Jahre 1882 nach Graz einberufenen Techniker-Versammlung gesetzt.

Da mittlerweile auch von anderen Seiten Vorschläge bezüglich Bemessung von Bremsen eingelaufen waren, so beschloss man, diese Angelegenheit einem besonderen Ausschüsse anzuvertrauen, welcher seinerseits wieder behufs gründlicher Vorbereitung diese Frage einem engeren Ausschüsse abgetreten hatte, welcher engere Ausschuss seine erste Sitzung im Jahre 1883 in Berlin abgehalten hatte.

Als nächste Grundlage für die Arbeiten dieses engeren Ausschusses diente die bereits abgeleitete Formel 166, welche jedoch statt in Meter pro Secunde auf Kilometer pro Stunde umgerechnet war. Setzt man nämlich

in der gedachten Formel c = —

Ci i

und schreibt 1000h = f, wo also f den

J) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1875, pag. 31. ²) Przegląd Techniczny, Warschau 1879, Heft 1 und 2.

Coëffîcienten der gleitenden Reibung zwischen Rad und Schiene bezeichnet, so erhält man:

1 /0*4. v2 Z = f( Ä

10

. . (168

d. i. jene Formel, von welcher der gedachte Unterausschuss ausgegangen war. In dieser Formel bezeichnet sonach: f...den mittleren Coëffîcienten der gleitenden Reibung zwischen Rad und Schiene;

. . . den Bremsweg, in Metern ;

... die Zugsgeschwindigkeit, in Kilometern pro Stunde, gemessen im Augenblicke des Anlegens der Bremsen

Sollen die Züge durch das Bremsen auf eine Distanz von 600m angehalten werden, und rechnet man, dass der Zug den Weg von l‘5.v Meter durchlauft, bevor die Bremsen in Thätigkeit treten, so ist :

A = 600 — 1-5 v

zu setzen, und man erhält sodann die Schlussformel, welche der engere Ausschuss in seiner Berliner Sitzung angenommen hatte:

f \600 — 1-5.v

m — w \

To /

0-4 . v²

in welcher noch die Werthe f und w des Näheren zu besprechen sind.

Was zunächst den ersteren dieser Werthe anbelangt, so nahm der engere Ausschuss die Formel 98, §. 64 an, welche jedoch die folgende Gestalt erhält:

Gö)

f— 0-2 . e

sobald die Geschwindigkeit des Wagens nicht mehr in Metern pro Secunde, wie dies bei Formel 98 der Fall gewesen, sondern in Kilometern pro Stunde ausgedrückt wird, und man sich gegenwärtig hält, dass f nicht die Reibung in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht, wie in der Formel 98, sondern den Reibungs-Coëfficienten bezeichnet, also s= 1000f gesetzt werden müsse.

Der Mittelwerth des Reibungscoëfficienten f ergibt sich nach den bekannten Regeln (§. 31, Formel 54, pag. 122) zu:

CD

Für die rollende Reibung nahm der engere Ausschuss den Werth:

w =■ ( 2'5 -f \ \    3000/

an. Mit Rücksicht auf die Erfordernisse der Praxis hat man die Formel 168 später dahin umgestaltet, dass sie für die geringsten Geschwindigkeiten

25%o und v=25km annähernd

mindestens z = 5 gebe z=25 werde, und dass für m=25°'₀o, v = 50km, z=50 ausfalle. Die

dass für m

Umgestaltung dieser Formel gemäss diesen Forderungen, über deren Zweckmässigkeit beim Ausschuss nahezu Einstimmigkeit herrschte, veranlasste nicht nur umfangreiche Berathungen, sondern auch die Durchführung besonderer Versuchsfahrten, welche auf der ungarischen Staatsbahn von dem damaligen Director Verderber (1884, 1885), auf der Kaschau-Oder-berger Bahn vom Generalinspector Scharf (1884), auf den Reichsbahnen in Elsass-Lothringen vom geheimen Regierungsrath Wähler (1885), und auf der österreichischen Südbahn vom Oberbaurath Prenninger (1885) veranstaltet worden waren.

Das Ergebniss dieser mit vieler Sorgfalt durchgeführten Versuche, deren Anzahl weit über 300 betrug, war, die Aufstellung einer empirischen Formel, welche seitens des engeren Ausschusses dem technischen Ausschüsse in der Sitzung zu Budapest im Jahre 1885 unterbreitet, von diesem jedoch desshalb nicht angenommen wurde, weil die neue Formel für die mit 45km Geschwindigkeit fahrenden Züge erheblich mehr Bremsen gefordert hätte, als die bisherigen Vorschriften.

Der engere Ausschuss, der mittlerweile verstärkt worden war, unterzog die schwebende Frage einer neuerlichen Berathung und stellte auf Grund neuer, auf der sächsischen Staatsbahn durch Finanzrath Strick (1885) und auf den Linien der Eisenbahndirection Erfurt durch Eisenbahndirector Lochner (1885) durchgeführten Versuchen, deren Anzahl 282 betrug, die folgende Formel auf:

0-4 . v²

f (<300— 1-5 v— 13 . m

w\

10 I

Diese Formel wurde dem technischen Ausschüsse unterbreitet, von demselben in seiner Sitzung zu Frankfurt a. M. (1886) angenommen und der Technikerversammlung, welche ihre Sitzung in Salzburg (1886) abhielt, zur Sanction vorgelegt. Die Versammlung nahm zwar die Formel an, doch erlangte dieselbe trotzdem keine Rechtskraft, weil mehr als ein Zehntel der Vereinsstimmen derselben widersprochen hatten.

Die Formel wanderte also an den technischen Ausschuss wieder zurück und wurde diesmal nicht nur in diesem, sondern auch in einem durch den preussischen Minister der öffentlichen Arbeiten einberufenen Staatsbahn-Ausschusse, abermals berathen. Um den Reibungs-Coëfficienten f möglichst genau zu bestimmen, wurden in der Hauptwerkstätte zu Berlin, unter der Leitung des Eisenbahndirectors Wiehert besondere Versuche durchgeführt, welche für den mittleren Werth dieses Coëfficienten der gleitenden Reibung zwischen Rad und Schiene während der Bremsdauer die nachstehende Formel ergaben¹):

v²

er

. v³ b — a

2a

a:!

a

- log (a v + 1)

in welcher: a = 0‘25, a=0'0112, b = 0"06 zu setzen ist. liefert für f die nachstehenden Werthe:

Diese Formel

to

30

50 î 60    70

co

90

f=' 0-250 0-201 0-164 0-142 0-128

0-1 17 0-109 0-103 0-098 0-093

für die rollende Reibung nahm Herr Wiehert an: w —2"5 -f- 0"0006 . v und stellte für das Bremsprocent die nachstehende empirische Formel auf:

«HÜ

0-42. v*

111 —w

050

10

W(M)12m.v .    .    (169

in welcher mit Rücksicht auf das Trägheitsmoment rohrender Wagenachsen statt 0⁻4 der Werth 0⁻42 gesetzt wurde. Da die Locomotive bei geringeren Geschwindigkeiten einen Ueberschuss an Bremskraft liefert, bei grosser Geschwindigkeit aber unter ungünstigen Umständen sogar noch einen Theil der Bremskraft des Zuges als Aushilfe für sich in Anspruch nimmt, so hatte der Staatsbahn-Ausschuss der Bremsformel das additive Glied 0"012m.v hinzugefügt, dessen Grösse sowohl mit dem Gefälle als auch mit der Fahrgeschwindigkeit zunimmt.

Den Mangel, den diese Formel besitzt und der darin besteht, dass für geringe Geschwindigkeiten und Gefälle kleine Ziffern für die Brems-procente herauskommen, durch ein zusätzliches Glied zu beheben (Ziffer 5), erschien dem Staatsbahn-Ausschüsse nicht gerechtfertigt, weil jene Vermehrung nicht für alle, sondern nur für ganz geringe Geschwindigkeiten erforderlich ist. Als einfachstes Mittel wurde die ergänzende Bestimmung zu der Hauptformel erkannt, dass das Bremsprocent z, in keinem Falle weniger als z = 6 betragen dürfe.

Diese Festsetzungen des Staatsbahn-Ausschusses wurden zur Kénnt-niss des technischen Ausschusses gebracht und von diesem in allen Punkten acceptirt und wurde die Formel 169 seitens der Generalversammlung, welche in Amsterdam (1888) tagte, einstimmig angenommen, womit eine der mühevollsten Arbeiten beendet wurde, die je von dem technischen Ausschüsse geleistet worden sind. ')

In der obigen Formel bezeichnet sonach:

Z . . . das Bremsprocent;

111 . . das Bahngefälle, in Metern pro Kilometer Weglänge, d. h. das Bahngefälle pro mille;

V.    . . die Geschwindigkeit des zu bremsenden Zuges, in Kilometern pro Stunde;

W, f. Beiwerthe, deren Grösse soeben angegeben wurde.

Hierbei ist zu bemerken, dass unter Bremsprocent nicht etwa die Summe der Bremswerthe der zur Dienstleistung herangezogenen Wagen, wie es sein sollte, zu verstehen ist, sondern die Summe der Bruttogewichte der gebremsten Wagen, sowie dass nicht gesagt wurde, auf welche Art der Verkehrsbeamte die Geschwindigkeit des Zuges zu ermitteln habe, welche der Berechnung des Bremsprocentes nach dieser Formel zu Grunde gelegt wurde.

Aus der nachfolgenden Zusammenstellung ist zu entnehmen, inwieferne die Lochner'sehe Formel und die Vereinsformel (169) von den alten bis

zum Jahre 1888 gütigen Bremsbestimmungen abweichen. In dieser Tabelle bezeichnet I die alte, nunmehr ausser Kraft gesetzte Bremsvorschrift (pag. 410), II die Bremsprocente nach Lochner s Vorschläge (pag 413), III die nunmehr (seit 1888) in Kraft getretene Bremsvorschrift (Formel 169), deren Angaben mit fetten Lettern gedruckt sind:

Bei einer Fahrgeschwindigkeit von

Gefälle Formel pro mille Nr.

25

30

35

40

45

50

60

70

80

Kilometer pro Stunde hat die gebremste Last u Procente des Gesammt-gewichtes des Wagenzuges zu betragen, wobei n gleich

Ol

Ci co co , Ci o> o

co Ci o

Ci co o

O CO co

so co co

-öS

co

-öS - ö E

co

Ol

$£'8 g.gg!£S.g £ £ £

OO CO    CO    IO CO    co    lO CO    CO    »—*■ b-*-    H-*.

Ov CO    Ol    -^1 Ci    OI    H-k. H-*.    o    Ü’ 05    ^

OC    CO    co lv CO CO    )—*■ H-».    t—1—^    I

•    O    Ol    I ^4-^0    X CO    ^ j LnS    Ol    CO

20

20

18

oo co co

•^1 -sj Ol '

^ oi üi o: 4^ oi ¹ oo co co i>s co co

—atOOi    i o CO CO o» O) Üi

o oo >o in w co I eo ■'f <N ocdo

—' <M i—I    N N IN N CO CO CO s# lOlOO

19

31

25

22

38

22

42

36

25

52

35    46

28

30

48

44

36

64

56

38

60    80

53    65

50

73

58

CM CD CM    N I 1-H

IO N CO    KO 1 t—

58

35

II

37

45

56

III

34

39    44

«<1 I

CO co I

92

55

61    74    89

I o OS

I CD CC

H** CO I O« l

Ci

so

SS I i

Schliesslich sei noch das für Localbahnen gesetzlich festgesetzte Bremsausmaass, wie es in Oesterreich gilt, angeführt:

1. In jedem Zuge müssen ausser den Bremsen am Tender oder an der Locomotive so viele gut wirkende Bremsen bedient, beziehungsweise in Thätigkeit gesetzt werden können, dass mindestens die aus der nachfolgenden Tabelle zu entnehmenden Procente des Gesammtbrutto-gewichtes der Wagen auf bremsbaren Achsen ruhen:

Bremsprocente für eine Geschwindigkeit von

Neigung pro mille

30

20

Kilometer pro Stunde

SoœlfcMOOlOMO o 6 w 6i 6 'j ó üi o

11

12

11

14

13

14

15

18

21

16

18

19

22

27

2. Für die Berechnung der Bremsprocente nach dieser Tabelle gelten nachfolgende

Bestimmungen :

a) Massgebend ist diejenige grösste Geschwindigkeit, welche bei dem Zuge auf der betreffenden Strecke in Anwendung kommen darf;

V) für Geschwindigkeiten unter 20 Kilometer in der Stunde gelten die in der Tabelle für eine Geschwindigkeit von 20 Kilometer pro Stunde angeführten Bremsprocente; c) bei der Verwendung von Schiebe-Locomotiven ist die Geschwindigkeit von 20 Kilometer in der Stunde massgebend.

3.    Für Geschwindigkeiten und Neigungen, welche zwischen den in der Tabelle aufgeführten liegen, können die Bremsprocente durch Zwischenschaltung ermittelt werden.

4.    Bei grösseren Bahnneigungen als 25 pro mille bis einschliesslich 33 pro mille müssen wenigstens 50 Procent des Gesammtbruttogewichtes der Wagen auf bremsbaren Achsen ruhen. Bei grösseren Neigungen als 33 pro mille muss jedes Räderpaar bremsbar sein.

Die nunmehr für Hauptbahnen gütige Bremstabelle lautet also folgen-

dermassen:

Gefälle pro mille

25

Bei einer Fahrgeschwindigkeit von

30

35

40

45

50    !    60

70

80

Kilometer pro Stunde hat das Bremsprocent zu betragen

OI o

CD CD

O IO o »o o»oo

T-4 T-t <M <M CO CO

O WO IO O 'f Œ h h n n « n n

cotvoococoai^asira

<M <M CO CO ^

CDOÎIO—if^OOOOTfO

•-< m w n m io

tO^rttOiOMOOiOM

OO OO O < ►P-COCO tO *—*■ CD^^^CDWOIGOO

CO -O GO Ol Ol 4^ co to ►—* C0^05000WC001*4

CDOOCOrlQOl^COtO CO CD O ^ w CO ^ Ol Oi

CO    CD CD    iß IO    IO lO    : I    I

CO    ^ lO    CD N    CO 05    i    I

Damit der Beamte, dessen Aufgabe es ist die Züge abzufertigen, diese sollte unter Fahrgeschwindigkeit die grösste

Tabelle benützen kann Geschwindigkeit verstanden werden, mit welcher der betreffende Zug zwischen zwei aufeinander folgenden Stationen laut Fahrplan fährt; und dürfte es sich empfehlen, in dem Fahrordnungsbuche neben den von Station zu Station angegebenen kürzesten Fahrzeiten, das Bremsprocent anzusetzen, welches diesen Fahrzeiten (respective der Fahrgeschwindigkeit) entspricht.

So z. B. fährt der Courierzug der nunmehr verstaatlichten österreichischen Westbahn von Wien bis Penzing 4 Minuten, da Penzing 2-6 Kilometer von Wien entfernt ist, so beträgt die Fahrgeschwindigkeit des Courierzuges 39 Kilometer pro Stunde, da das grösste Gefälle in dieser Strecke 1-58%» beträgt, so hat laut obiger Tabelle das Bremsprocent 6 Procent zu betragen. Inder 5‘3 Kilometer langen Strecke Böheimkirchen—Pottenbrunn beträgt die kürzeste Fahrzeit desselben Zuges laut Fahrplan 5 Minuten, dieser Zug fährt sonach in dieser Strecke mit einer Geschwindigkeit von 63-6 Kilometer pro Stunde, da diese Strecke horizontal ist, so liegt laut obiger Tabelle-das Bremsprocent zwischen 17 und 25 Procent, und beträgt laut Formel 169 rund 20 Procent.

Auf diese Weise gerechnet, erhält man für die Strecke Wien—St. Pölten der österr. Westbahn die nachstehende, auf Grund des Sommerfahrplanes von 1890 zusammengestellte Tabelle:

Strecke

Entfernung in Kilometern

(jS Kürzeste Fahrun ~ zeit in Minuten

■Sr Schnell- Güter- Schnell-zug I ■ zug zug

Fahrgeschwindigkeit in Kilo- Bremsprocent metern p. Stunde

Güter- Schnell- Güterzug

zug

zug

Wien—Penzing............

Penzing-Hütteldorf........

Hütteldorf—Weidlingau Weidlingau—Purkersdorf... Purkersdorf—Pressbaum ... Pressbaum—Rekawinkl Rekawinkl—Neulengbach ... Neulengbach—Kirchstetten.. Kirchstetten—Böheimkirchen Böheimkirchen—Pottenbrunn Pottenbrunn —St. Pölten

2-6

3-3

3-4

2-6

8-1

48

13-2

5-6

5-5

5-3

6-2

II

1-58

0-Ï3

10-80

2-20

2-40

0-40

O CD »O

10

12

10

30

20

38

16

15

15

16

39

50

51

52

22

20

10

17

16

49    • 16

48

53

56

55

64

53

10

10

10

14

10

21

21

22

21

23

26

17

17

17

10

05 03050)0 0 0100030

Verkehrt beispielsweise ein Schnellzug von Wien bis Rekawinkl, so muss laut dieser Vorschrift 10 Procent seines Gewichtes auf gebremsten Achsen ruhen, da in dieser Strecke 10 das höchste ßremsprocent ist. Verkehrt dagegen derselbe Zug von Wien bis St. Pölten, so muss 26 Procent seiner Bru'ttolast gebremst werden, weil 26 das höchste Bremsprocent ist, welches in dieser Strecke vorkommt. Bei einem Güterzug, welcher zwischen Wien und Rekaminkl verkehrt, genügt es, wenn 6 Procent seines Gewichtes gebremst wird, während man 10 Procent dieses Gewichtes bremsen muss, falls dieser Zug bis St. Pölten verkehrt. Es ist nämlich laut vorstehender Tabelle in der Strecke Wien-Rekaminkl das höchste Bremsprocent 6, während jenes in der Strecke Wien—St. Pölten 10 beträgt.

Wollte man an Bremsern sparen, so dürfte man die Strecke Rekaminkl—Neulengbach nicht so schnell befahren, wie dies thatsächlich der Fall ist, man dürfte eben nicht schneller fahren als mit 18 Kilometer pro Stunde, weil dieser Fahrgeschwindigkeit in einem Gefälle von 10'8 Procent das Bremsprocent 6 entspricht.

§. 108.

Vergleich der Vereinsformel mit der Theorie.

Um zu erkennen ob und inwieferne die durch den Verein Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen angenommene Bremsformel (§. 107, Formel 169) mit der theoretisch geforderten (§. 106, Formel 167) übereinstimmt, muss zunächst darauf hingewiesen werden, dass, falls die Vereinsformel all der Zusätze beraubt wird, welche mit Rücksicht auf praktische Erwägungen gemacht wurden (§. 107), sie auf die Formel 168 (§. 107) zurückführt, also genau auf die theoretisch begründete Formel 166 kommt, wobei jedoch die Voraussetzung bestehen bleibt, dass der zur Anwendung kommende Klotzdruck gleich dem Schienendrucke der betreffenden Achse ist.¹) Da aber

27

der Schienendruck dem augenblicklichen Gesammtgewichte des zu bremsenden Wagens gleich ist (auf einer horizontalen Bahn) dieses Gewicht aber je nach der Ladung des Wagens sich verändert, der Klotzdruck dagegen schon aus constructiven Gründen unverändert verbleiben muss, so ist ersichtlich, dass die der Ableitung der Vereinsformel zu Grunde liegende Voraussetzung nur in den allerseltensten Fällen zutreffen wird, die Formel daher nicht allgemein giltig ist.

Stehen Bremswagen zur Verfügung, deren Bremsvorrichtungen so gebaut sind, dass durch Bethätigung derselben die zulässig grösste Schienenreibung hervorgebracht wird, so sollten beide Bremsformeln dieselben Resultate liefern. Dies ist jedoch nicht der Fall, wie aus der nachfolgenden Zusammenstellung zu entnehmen ist, in welcher unter der Bezeichnung T die Ergebnisse der theoretisch abgeleiteten Formel 167 und unter F jene der empirisch aufgebauten Formel 169 (Vereinsformel) enthalten sind.

Bei einer Fahrgeschwindigkeit von

Gefälle pro mille

Formel

25    !    30

35

40

45

50

60

70

80

Kilometer pro Stunde, hat die gebremste Last n Procent des Gesammt-gewichtes des Wagenzuges zu betragen, wobei n gleich

CD CD

10

< -3

CD CD ! CD O

CD CD I CD N

CD CD

CD CD

00 co

^4

co co Ol co

LO

co

05

CO co

LO

CO CD

Ol

co co

Ol 4^

CD LO

co co

00 CO

LO

co

04

co

Ol

co co

CO ^4

4^ 4^ 4^ O

CD CD I O CD : LO Tf CD uo

LO

Ol CD

00

co

co

10

00

co

co

4^

co

00

co

co

O 04

co ^

34

65

53

65

co

4^

CD

00

co

co

04

co

co

co

Ol

co co

CD Ol

c- o

CO LO

05 4^ CO CD

69

75

co

Ol

CO

01 01

00 o

—< CO

CO CO I co K-4^ O CD ^4

co co ; co m CO CO j CO CD

CO CO -o CO

4^ CO CO Ol

05 F-04 ^

Ol 00 CO CD

Ol

CO

io CO 04

00 00 04 ^

co

Ol

CO CO I CO CO CD 4^ j 4- >—*■

44 CO | co CO Ol 05 I CD CO

Ol CO    4^ co

O 00    4^ OI

Ut CO    4^ CO

05 i—*■    CD 00

—< LO CO LO

05 CO | Ol 02 ^ CH 4^ CO

LO 04 CO CD

05 05 CO CD

F-    O    I ^    D    I LO    CO

LO    CO CD    00    ! CD    05

co >o

05

Diese Differenzen haben ihren Grund darin, dass die Vereinsformel ein Zusatzglied, nämlich das Glied 0'012m.v enthält, welches wissenschaftlich nicht begründet ist. Es gehört nämlich in das Bereich der Willkür, den Zuschlag zum Bremsprocente, der Bahnneigung und der Fahrgeschwindigkeit des Zuges proportional zu setzen, so lange nicht erwiesen wird, dass dieser Proportionalismus nothwendig bestehen müsse. Welche Folgen aber eine derartige Willkür nach sich zieht, möge daraus entnommen werden, dass der Zuschlag, welcher zur berechneten Ziffer zu machen ist, nicht selten bis zur Hälfte ihres Werthes anschwillt, also eine Höhe annimmt, die ohne Bedenken nicht hingenommen werden kann.

Dies ist beispielsweise der Fall bei einem Zuge, welcher mit 50 Kilometer Geschwindigkeit über ein Gefälle von 30%o rollt. Für diesen Fall fordert nämlich die Vereinsformel 54 Procent Bremsen beim Zuge, da aber das Zusatzglied in diesem Falle 0-012 X 50 X 30 = 18 Procent beträgt, so erheischt die Formel eigentlich nur (54—18) = 36 Procent Bremsen. Das willkürliche Zusatzglied beträgt sonach die Hälfte jenes Werthes, welchen die Bremsformel fordert.

Aus dem Umstande, dass die Theorie im Allgemeinen ein geringeres Bremsprocent fordert als die Vereinsformel, darf übrigens durchaus nicht geschlossen werden, dass man den Zügen wird weniger Bremsen beizugeben haben, wenn die theoretische Formel Eingang in die Praxis finden wird. Die Anzahl der Bremsen, welche in einem solchen Falle die Züge werden haben müssen, hängt nämlich vom Bremswerthe der. bethätigten Bremswagen ab Ist der Bremswerth bedeutend, d. h. werden kräftige Bremsen verwendet, so wird man nach der theoretischen Formel weniger Bremsen benöthigen als nach der Vereinsformel. Kommen hingegen schwache Bremsen zur Verwendung, so wird man deren, trotz des geringen Bremsprocentes, welches die Theorie fordert, dennoch mehr verwenden als die Vereinsformel vorschreibt.

Die theoretische Formel berücksichtigt eben den, dem betreffenden Bremswagen in jedem einzelnen Falle thatsächlich zukommenden Bremswerth, während die Vereinsformel eine derartige Unterscheidung nicht kennt. Die theoretische Formel rechnet mit der Individualität der Bremse, während die Vereinsformel einen ideellen Fall zur Voraussetzung hat.

Beispiel: Es sei ein Güterzug aus 40 deutschen offenen Normalgüterwagen zusammengestellt und es rolle derselbe mit einer Geschwindigkeit von 35 Kilometer pro Stunde über ein Gefälle von 15°/oo- Besteht dieser Zug aus lauter leeren Wagen, so wiegt er 40 X 7'1 = 284 Tonnen. Da in einem Gefälle von IS⁰;«, laut Vereinsformel 21 Procent der Bruttolast des Zuges auf gebremsten Achsen zu ruhen hat, so muss eine Last von 0-21 X 284 = 59⁻6 Tonnen gebremst werden. Da ein leerer Normalgüterwagen dieser Kategorie, wie bereits erwähnt, 7-1 Tonnen wiegt, 59-6

so muss man

7-1

= 8 Wagen mit Bremsern besetzen, also 8 Bremser verwenden. Nach der Theorie

hat in einem Gefälle von 15°/on die Summe der Bremswerthe der zu bethätigenden Bremsen 13% der Zugslast, also 0-13 X 284 = 36-9 Tonnen zur vollen Bremswirkung zu gelangen; da der Brems-

36-9 7-1

Bremser. Die Theorie fordert sonach in diesem Falle um 2 Bremser weniger als die Vereinsformel. Werden jedoch die Wagen, welche den Zug bilden, vollbelastet, so wird, da die Tragfähigkeit eines Normalgüterwagens 10 Tonnen beträgt, jeder derlei Wagen nunmehr (7T -)- 10) = 17-1 Tonnen wiegen, das Gewicht des Zuges wird sonach 40 X 17-1 = 684 Tonnen betragen. Nach der Vereins-

143-6

formel muss sonach eine Last von 0-21 X 684= 143-6 Tonnen gebremst werden, wozu

Bremsen genügen. Nach der Theorie dagegen hat in diesem Falle die Summe der Bremswerthe der zu bemannenden Wagen 13 Procent der Zugslast zu betragen, d. h. sie muss 0-13X684 = 88-9 Tonnen ausmachen. Da der Bremswerth eines Normalwagens in diesem Falle 8-4 Tonnen beträgt

88-9 8 4

werth derlei Güterwagen 7-1 Tonnen beträgt, so genügen hierzu

= 6 Bremswagen, also 6

(§. 102), so benöthigt man zum Bremsen der gedachten Last mehr, als die Vereinsformel vorschreibt.

= 11 Bremsen, also um 3 Bremsen

27*

Hier möge die Bemerkung Platz finden, dass ich der Erste war, welcher darauf hingewiesen hat, dass beim Bremsen nicht das Gesammtgewicht des zu bremsenden Wagens, sondern dessen Bremswerth massgebend sei, dass dieser Bremswerth nicht nur vom Klotzdruck, sondern auch von der Geschwindigkeit abhängt, mit welcher der Wagen im Momente des Anlegens der Bremsen rollt; dass ich zuerst den Begriff des Bremswerthes und auch den Namen für diesen Begriff eingeführt und eine Regel angegeben habe, nach welcher der Bremswerth eines jeden Wagens ermittelt werden könne.¹)

§. 109.

Die Kraft des Mannes, welcher die Bremskurbel antreibt.

Es wurde gezeigt (§. 98), wie gross der Druck sein müsse, welcher auf sämmtliche Bremsklötze eines Eisenbahnwagens auszuüben ist, falls durch das Bremsen dieses Wagens ein bestimmter Betrag von Reibung auf der Schiene erzeugt werden soll. Ueber die Quelle, woher dieser Klotzdruck stammt, wurde jedoch bisher nichts gesagt. Die Kraft, welche zur Erzeugung des Klotzdruckes herangezogen wird, kann nun entweder der Muskelkraft der Menschen entnommen werden, oder sie kann die Kraft einer Maschine sein.

Man nennt jene Bremsen, welche durch die Muskelkraft der Menschen bethätigt werden, Handbremsen, zum Unterschiede von Maschinenbremsen, bei welchen der Klotzdruck durch die Kraft einer Maschine erzeugt wird. Bevor auf die Besprechung der einzelnen Bremsen eingegangen werden kann, soll von der Kraft die Rede sein, welche ein die Bremskurbel einer Handbremse antreibender Mann auf dieselbe auszuüben im Stande ist.

Die Erfahrung lehrt, dass die Arbeitsleistung eines Menschen nicht nur von der Race, vom Klima, Alter, Gewicht und Geschlecht, sondern auch von Uebung, Gewohnheit und von der Willenskraft abhängt, sowie dass der Mensch nicht in allen Stellungen und nicht unter allen Verhältnissen seine Muskelkräfte gleich günstig verwenden kann.

Die Leistung eines Mannes, der einen Graben gräbt, wird bei gleicher Anstrengung eine andere sein, als jene ist, welche er producirt, wenn er eine Kurbel dreht.

Name des Beobachters

Arbeitsleistung in Secunden-Meter-Kilogramm

Navier

Rühlmann

Kaven und Köpke

Rühlmann

Kaven und Köpke

Dessaugulier

Christian

600

7-19

8-84

9-15

11-31

13- 28

14- 00

i:

Aus vorstehender Tabelle ist die Grösse der Leistung zu entnehmen, welche durch verschiedene Beobachter bei Menschen constatirt wurden, deren Geschäft es war, die Kurbel anzutreiben.

Weissbach bemerkt, dass, sobald es sich um Arbeitsleistungen handelt, die nur etliche Minuten dauern, man für die mittlere Leistung eines die Kurbel antreibenden Mannes 17 Meter-Kilogramm annehmen kann. Mit Rücksicht jedoch darauf, dass bei Eisenbahnwagen das Antreiben der Bremskurbel nur einige wenige Secunden andauert, dürfte es gestattet sein, anzunehmen, dass die Arbeitsleistung in derlei Fällen bis zum Maximum, also bis circa 25 Meter-Kilogramm pro Secunde wird gesteigert werden.

Wenn nun angenommen wird, dass der Bremser, welcher die Kurbel der Spindelbremse eines Eisenbahnwagens bedient, eine Arbeit von 25 Secunden-Meter-Kilogramm leistet, so fragt es sich, mit welcher Kraft derselbe die Kurbel wird antreiben können. '

Würde man die Geschwindigkeit kennen, mit welcher der Bremser die Kurbel seiner Spindelbremse bewegt, so würde man leicht die Kraft des Antriebes der Kurbel berechnen können, da ja jede Kraft durch Division der Secunden-Arbeit durch die Geschwindigkeit erhalten wird.

Glücklicherweise hat es an Beobachtungen nicht gefehlt, welche den Zweck hatten, die Geschwindigkeit kennen zu lernen, mit welcher ein die Kurbel antreibender Mann diese bewegt. So beträgt beispielsweise die vor-theilhafteste Geschwindigkeit nach:

0¹75 Meter pro Secunde 1-00 1-00

1-017 »

Navier ....

Christian . . .

Dessaugulier

Rühlman . . .

Kaven und Köpke......L247 »

. . . . 1-280 ■»

Rühlmann .    ...

Kaven und Köpke

im Mittel also L08m oder rund 1ra pro Secunde.

Da wir die Arbeit des Menschen, welcher die Bremskurbel antreibt, auf 25 Secunden-Meter-Kilogramm geschätzt haben, so würde sich die Kraft

25

des Antriebes der Bremskurbel auf

= 25kg beziffern.

Stil manL) in Paris schätzt die Kraft des die Bremskurbel antreibenden Mannes auf 30ks. Gassebneri) behauptet, dass ein Bremser, der über keine grössere Kraft als von 30 k° verfügt, nicht der richtige Mann auf seinem Posten sei, und glaubt, dass im gegebenen Falle die Kraft des Antriebes der Kurbel auf das Doppelte angesetzt werden könne. Doch dürften diese Angaben kaum zutreffend sein und stehen auch nicht im Einklänge mit den diesfalls in neuester Zeit in Eisenbahnwerkstätten angestellten Versuchen.³)

- §• HO.

¹

’) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1868, pag. 23—25.

²)    Oesterr. Eisenbahn-Zeitung, Wien 1883, pag. 94.

³)    Gostkowski. Eine Bremsstudie. Zeitschrift des österr. Ingenieur- und Architektenvereines, Wien 1886.

Handbremsen.

Ein vollbelasteter Güterwagen unserer Eisenbahnen wiegt durchschnittlich 15 Tonnen oder 15000k®; soll das volle Gewicht desselben für Bremszwecke verwerthet werden, so müssen die eisernen Bremsklötze dieses Wagens mit einer Kraft von 0'9 X 15000 — 13500k» an den Umfang der Räder gepresst werden (§. 101), da aber die Kraft des Mannes, welcher die Bremskurbel des Wagens antreibt nur 25k& beträgt (§. 109), so ist

13500

ersichtlich, dass diese Kraft

= 540 mal übertragen werden muss, falls

der gewünschte Effect hervorgebracht werden soll. Für einen leeren Fünf-

0-9 X 5 X1000

180malige Uebertragung.

25

Tonnen-Wagen genügtschon eine

Anfänglich wurde diese Uebertragung durch Anwendung eines langen einarmigen Hebels zu erzielen gesucht, so z. B. bei der Stockton-Darlington Bahn (1825), ja man findet noch heute ähnlich construire Bremsen und nennt sie Rangirbremsen. Natürlich können derlei Bremsen nicht vollkommen sein, da ein einarmiger Hebel, ohne unhandlich zu werden, eine so starke Uebersetzung kaum zulässt. Ein weit besseres Auskunftsmittel fand man in der Schraube, weil diese eine sehr bedeutende Uebersetzung der Kraft zulässt, ohne dass deren Dimensionen zu gross werden, und daher kommt es auch, dass die meisten Handbremsen der Eisenbahnwagen Schraubenbremsen oder, wie man auch sagt, Spindelbremsen sind.

Hiebei wird die Schraubenspindel zumeist an der Stirnseite des Wagens in fixen Lagern vertical aufgestellt und mit einer horizontalen Kurbel (Bremskurbel) versehen, welche vom Standpunkte des Bremsers, der seinen Sitz zumeist am Wagendache hat, bequem gehandhabt werden kann.

Da die Schraubenspindel vermöge ihrer Lagerung, bei der Drehung der Kurbel an ihrem Orte verbleibt, sich also nicht auf und ab bewegt, sondern nur um ihre eigene Achse rotirt, so muss die Schraubenmutter, in welcher sie¹ steckt, auf und abgehen, sobald die Bremskurbel angetrieben wird. An der Schraubenmutter ist das Gestänge befestigt, durch dessen Zug nach hinauf ein Druck auf die Bremsklötze ausgeübt wird in einer Weise, wie dies aus den später folgenden Figuren dieses Paragraphes zu ersehen ist. Das Bremsgestänge muss durch die Aufwärtsbewegung der Schraubenmutter mit einer so grossen Kraft angezogen werden, dass auf die Bremsklötze jener Druck hervorgebracht wird, welcher zum wirksamen Bremsen erforderlich ist (§. 101).

Wird das Bremsgestänge abgenommen, so kann man sich vorstellen, dass die Schraubenmutter mit einem Gewichte Q belastet wird, welches nummerisch gleich dem Zuge ist, der den erforderlichen Bremsdruck hervorbringt. Dieses Gewicht wird nicht selten die Zugkraft der Bremse genannt. Da nun die Kraft des Bremsers eine beschränkte ist, und die Schraube an gewisse, durch die Praxis eingeführte Dimensionen gebunden ist, welche Dimensionen nicht gut überschritten werden können, so ersieht man, dass die Zugkraft Q nur eine ganz bestimmte Grösse haben wird, welche eben von den Dimensionen der Schraube abhängig ist. Es muss daher vor Allem die Grösse der Zugkraft Q ermittelt werden, d. h. es muss eine Relation aufgesucht werden, welche die Grösse der Zugkraft Q berechnen lässt, sobald die Dimensionen der Schraube bekannt sind.

Bezeichnet P die Kraft des Antriebes der Bremskurbel in Kilogramm, R den Halbmesser der Bremskurbel, h die Ganghöhe der Schraubenspindel und r deren Halbmesser, alle Dimensionen in Millimetern ausgedrückt, so besteht, sobald f den Coëfficienten der Reibung zwischen Spindel und Schraubenmutter bezeichnet, die bekannte Relation¹):

R 2 r Tr — h . f

• p.

Durch eigene in Eisenbahn-Werkstätten angestellte Versuche²) wurde constatât, dass unter normalen Verhältnissen f = Y₁₀ ist, und wenn man berücksichtigt, dass für den ungünstigen Fall h = r— 15

ausmacht, während 27C=6,28, also mindestens 60mal grösser ist,

so erhält man aus der obigen Formel unter Berücksichtigung des Umstandes, dass P = 25 ist, die Näherungformel:

• f=

mm

wird, dass also

k + 0-63 . r

.    .    169)

in welcher bezeichnet:

Q. .. die Zugkraft der Bremse, d. h. die Last, welche ein Bremser durch

Antrieb der Kurbel in die Höhe bringen kann, gemessen in Kilogramm;

R. ..den Halbmesser der Bremskurbel, in Millimetern;

ll . . . die Ganghöhe der Schraube, in Millimetern;

1* . . den Halbmesser der Schraube, in Millimetern.

zu setzen ist. Man erhält sodann aus Formel 169

mm

Die Formel 169 lässt zwar für eine jede Spindelbremse die Zugkraft berechnen, welche der Bremser durch Bethätigung der Bremskurbel produ-ciren kann, sie lässt aber nicht den Mittelwerth erkennen, welchen die Zugkraft bei den auf Eisenbahnen üblichen Bremswagen hat. Diesen Mittelwerth der auf Eisenbahnen disponiblen Zugkraft der Handbremsen erhält man durch Halbirung der Summe aus der maximalen und minimalen Zugkraft. Die maximale Zugkraft lässt sich nach Formel 169 sofort berechnen, sobald daselbst für R der grösste Werth gesetzt wird, welchen die Bremskurbeln der auf Eisenbahnen vorkommenden Spindelbremsen haben, und wenn gleichzeitig für h und r die kleinsten auf Eisenbahnen vorkommenden Werthe substituirt werden. Die Erfahrung lehrt, dass für diesen Fall R = 270, h= 8, r= 15 für diese Werthe Qmax — 2361 ks. Die Zugkraft Q erhält den kleinsten Werth, wenn für R der kleinste Kurbelhalbmeser gesetzt wird, welcher auf Eisenbahnen angetroffen wird, wobei aber gleichzeitig für h und r die zulässig grössten Werthe zu wählen sind. Substituirt man in die gedachte Formel R=160, h=15, r—25, so erhält man Qmjn = 817ks, und daher der mittlere Werth einer Zugkraft der auf Eisenbahnen vorkommenden, durch

') Heusinger von Waldegg. Specielle Eisenbahntechnik, erste Auflage, Wagenbau, pag. 225. -) Gostkowski. Zeitschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1886, pag. 60.

die Kraft eines Mannes bethätigten Spindelbremsen : Q

2361 X 817

1500k»

oder % Tonnen, sich ergibt.

Da aber zum wirksamen Bremsen eines vollbelasteten (15 Tonnen schweren) Eisenbahnwagens, dessen Bremse mit eisernen Backen ausgerüstet wurde, eine Kraft von 0⁻9X15 = 13‘5 Tonnen gehört (§. 101), so sieht man, dass die bei den Eisenbahnen übliche Zugkraft beiweitem nicht zureicht, um das ganze Gewicht eines vollbelasteten Wagens für Bremszwecke

13-5

dienstbar zu machen, dass sie sonach

= 9 fach vergrössert werden

muss, sobald man bewirken will, dass jeder Wagen nach Massgabe seines Gewichtes zur Bremswirkung gelangen soll.

Die nachstehende Zusammenstellung enthält die üblichen Dimensionen der Bremsen der Wagen einiger Eisenbahnen, und auch die, diesen Dimensionen entsprechenden, auf Grund der Formel 169 berechneten Zugkräfte in Kilogramm.

Name der Bahn

Millimeter

Kilogramm

Lemberg-Czernowitz-Jassy Eisenbahn ..

Sächsische Staatsbahn.................

Elsass-Lothringer Eisenbahn .......

Dniesterbahn (in Galizien).............

Ungarische Staatsbahn...............

Oberschlesische Eisenbahn ............

Böhmische Westbahn ..................

Óesterreichische Südbahn .............

Galizische Carl Ludwigbahn ...........

166

171

197

186

180

160

200

200

225

200

Elberfelder Bahn............

Kaiser Ferdinands-Nordbahn

195

200

200

Franz Josefsbahn.......................

Óesterreichische Südbahn.............

Rudolfsbahn............................

Magdeburg-Halberstädter Eisenbahn ....

180

200

200

268

260

SÄ §;Si £ S 3-3 8 S 8 g iS £ K 8 8

Ol CM

13

13

15

13

11

13

10

10

10

10

1018

1048

1071

1135

1139-

1191

1269

1322

1380

1389

1485

1494

1568

1616

1736

1799

1862

2098

In diese Tabelle wurden natürlich nicht alle Gattungen von Wagen aufgenommen, welche die daselbst angeführten Bahnverwaltungen besitzen, es wurden darin lediglich jene Wagen eingesetzt, wie sie eine grössere Eisenbahnstation zufällig passirtep, mir also unter die Hand kamen, wie sie eben der Verkehr gebracht hatte. Bei dieser Gelegenheit wurden obige Dimensionen durch unmittelbare Abmessung erhalten. Diese Zusammenstellung, die also ganz und gar dem Eisenbahnverkehre auf’s Geradewohl entnommen wurde, lehrt, dass die auf Eisenbahnen zur Disposition stehende Zugkraft der Bremsen innerhalb recht erheblicher Grenzen, nämlich zwischen 1 und 2 Tonnen schwankt, im Mittel

also

1 -r- 2

—g - = ³/₂ Tonnen beträgt, also im Allgemeinen nicht grösser ist, als früher angenommen wurde, dass also ein Uebersetzungs-Verhältniss von 1:9 wird angewendet werden müssen,, sobald jeder Wagen nach Massgabe seines Gewichtes zur Bremswirkung gelangen soll.

Bei den üblichen Handbremsen unserer Eisenbahnwagen ist übrigens das factisch angewendete Uebersetzungs-Verhältniss nur selten so gross. Die nachstehende Tabelle enthält das Hebel-Uebersetzungs-Verhältniss einiger Bahnen und den Gesammtdruck, welcher auf die Bremsklötze der betreffenden Wagen thatsächlich ausgeübt wird :

Nqrdbahn ........................

Südbahn .......................

Carl Ludwigbahn .................

Dniesterbahn......................

Magdeburg-Halberstädter Eisenbahn . .

Sächsische Staatsbahn..........

Lemberg-Czernowitz-Jassy Eisenbahn.

Südbahn.........................

Rudolfsbahn.....................

Nordbahn ........................

Carl Ludwigbahn ..............

Franz Josefsbahn.................

Sächsische Staatsbahn ...... . . ......

Magdeburg-Halberstädter Eisenbahn . .

Oberschlesische Bahn..............

Böhmische Westbahn, i....... . . . . . .

Erzherzog Albrechtbahn............

Elsass-Lothringer Eisenbahn........

Ungarische Staatsbahn .............

ca. oo co co co co ' co co co öGcocö-i— óóócótL

5-2

52

6-0

7-5

8/8

9-1

9-1

10-4

13-0

1568

1322

1380

1135

2098

1048

1018

1736

1799

1494

1389

1616

1238

1862

1191

1269

1351

1071

1139

3763

3834

4140

3405

6294

3248

3359

5729

6656

5776

7223

8403

7698

13965

10480

11548

12294

11138

14807

Name der Bahn

Uebersetzungs-

Verhältniss

Zugkraft in

Kilogramm

Totaler Klotzdruck

in Kilogramm

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass die auf Eisenbahnen übliche Uebertragung im Mittel 1:8 beträgt, also' nur ⁸/s = 90 Procent jener beträgt, welche erforderlich ist, um alle Wagen nach Massgabe ihres Gewichtes bremsen zu können. Hieraus folgt aber, dass der bei Handbremsen faktisch angewendete Bremsdruck im Allgemeinen nicht jene Grösse hat, welche zum vollkommenen Bremsen erforderlich ist.

Dass ähnliche Verhältnisse nicht nur bei Spindelbremsen bestehen, welche mit der Kraft eines Mannes bethätigt werden, sondern dass sie-auch bei Bremsen sich vorfinden, bei welchen der Druck auf die Bremsklötze durch eine andere Kraft erfolgt, kann unter Anderem auch daraus entnommen werden, dass die pneumatischen Bremsen, mit welchen in jüngster Zeit (1887) vergleichende Versuche¹) durchgeführt wurden, Bremsdrücke aufwiesen, welche unzureichend waren, zu bewirken/dass das ganze Gewicht der betreffenden Wagen zur vollen Bremswirkung gelange. Aus der nachstehenden Zusammenstellung sind sowohl die Bremsdrücke, als auch die Bruttogewichte einiger, der bei diesen Versuchen verwendeten Wagen zu entnehmen :

Klotzdruck des Wagens

Gattung der Bremse

Gewicht

des Bremswagens

Tonnen

Westinghouse

Schleifer

Westinghouse

Schleifer

Schleifer

11-220

13-825

13-130

12-480

12-430

9-968

9-797

8-234

8-087

7-906

D Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1887, pag. 110—111.

Aus dieser Tabelle sieht man, dass der bei pneumatischen Bremsen angewendete Klotzdruck circa ³/₄ des Wagengewichtes ausmacht, während er doch s/l0 betragen sollte (§. 101), dass also

( 3    )

der angewendete Bremsdruck nur —^ 100 = 67 Procent des Erforderlichen beträgt.

(/To)

Man ist daher im Irrthume, wenn man glaubt, dass die Bremsen unserer Eisenbahnwagen stets die Fähigkeit besitzen, jeden Wagen seiner Belastung entsprechend zu bremsen.¹)

Der Bremser wird, da er die Bremskurbel des Wagens, welchen er bedient, stets mit derselben Kraft antreibt, ob der Wagen beladen oder leer ist, und das Hebel-Uebersetzungs-Verhältniss der Bremsvorrichtung durch die Beladung des Wagens nicht geändert wurde, beim beladenen Wagen genau denselben Druck' auf die Bremsklötze ausüben, als beim leeren.

Ist dieser Druck so gross, dass er das Vollbremsen auch des schwersten Wagens gestattet, so wird ein weniger schwerer Wagen allerdings seiner Belastung entsprechend gebremst werden können; dies ist jedoch nicht mehr der Fall, sobald der disponible Klotzdruck jene Grösse nicht besitzt, welche zum Vollbremsen eines schwer belasteten Wagens gehört.

Gestattet beispielsweise eine Handbremse die Erzeugung eines Klotzdruckes von 7 Tonnen, so wird der Bremser einen Druck von 7 Tonnen stets ausüben, ob der betreffende Wagen leer oder belastet ist. Ist der Wagen leer, so wird er durch die Kraft des Bremsers vollgebremst werden können, sobald er 7 Tonnen wiegt und die Bremsbacken aus Holz bestehen; ist er aber so stark belastet, dass dessen Bruttogewicht 14 Tonnen beträgt, so wird, da der Bremser nur einen solchen Wagen vollbremsen kann, der 7 Tonnen wiegt, der 14 Tonnen schwere Wagen nur zur Hälfte gebremst werden. Der 14 Tonnen schwere Wagen wird daher keine grössere Bremswirkung hervorbringen, als der 7 Tonnen schwere. In einem solchen Falle ist also die beladene Bremse nicht wirkungskräftiger als die leere.

Wir haben gesehen, dass bei der üblichen Hebel-Uebersetzung der Bremsen die volle Kraft des Bremsers im Allgemeinen nicht zureicht, um das ganze Gewicht des belasteten Wagens für Bremszwecke zu ver-werthen. Wenn daher angenommen wird, dass die persönliche Kraft des Bremsers beim Bremsen des Wagens nicht gehörig ausgenützt wird²) und diesem zufolge Vorrichtungen ersonnen werden, mittelst welcher ein Bremser mehrere Wagen gleichzeitig wirksam bremsen soll, so befindet man sich offenbar in einem Irrthume.

Es muss erwähnt werden, dass man versucht hatte, die hemmende Wirkung statt durch Anpressen der Klötze an den Umfang des Rades auch noch auf andere Art hervorzubringen.

Man baute beispielsweise die sogenannten Keilbremsen, bei welchen irgend ein Gegenstand zwischen Rad und Schiene eingezwängt wurde, wodurch das Rad theilweise von der Schiene abgedrängt wurde (Lee, Micas, RabbJ. Bei den Schlittenbremsen wird ein Theil des Wagenwichtes nicht mittelst Rädern, sondern direct auf die Schiene übertragen, wodurch eine, diesem Gewichte entsprechende gleitende Reibung erzeugt wird. Derlei Bremsen bestehen aus eisernen Schuhen, welche bei ihrer Auslösung unter die Räder fallen, letztere aufnehmen und mit ihnen auf den Schienen hingleiten (Cochot, Laiquel, Adams).

!) Gassebner. Die Schnellbremse, Wien, ohne Jahreszahl, pag. 1 und 5.

*) Ändert. Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1886, pag. 78.

Bandbremsen sind solche Bremsen, bei welchen um eine besondere auf der Wagenachse befestigte Scheibe ein Band geschlagen wird, welches durch Anziehen den Bremswiderstand erzeugt (Sutherland, Dietz).

Keine von derlei Bremsen hat sich jedoch Geltung verschaffen können, weshalb von deren Beschreibung Umgang genommen wird.

§• Hl.

Berechnung der Handbremsen.

Es wurde nachgewiesen (§. 99), dass die Wirkung einer Bremse von dem Drucke abhänge, welcher auf die Bremsklötze des zu bremsenden Wagens ausgeübt wird.

Da man nicht immer Gelegenheit hat, diesen Druck zu messen, da hiezu besondere Apparate erforderlich sind, so ist man in den meisten Fällen angewiesen, den Klotzdruck auf Grund des Hebel-Uebersetzungs-Verhältnisses zu berechnen. Im Nachfolgenden soll an einigen Beispielen gezeigt werden, auf was für eine Weise derlei Rechnungen ausgeführt werden könnten.

Beispiel 1.

Die ehemalige Rndoljbalin, welche nunmehr verstaatlicht ist, verwendet unter anderm auch Spindelbremsen mit fixen Wellen und einer Hebel-Uebersetzung, wie solche in der nachstehenden Figur ersichtlich gemacht wurde.

Ihr

LÊJ

TT

b""¹*

y.'l

ht

Figur 15.

Unter Voraussetzung, dass der Kurbel-Halbmesser 200

und die Ganghöhe der Schraube 8

, der Halb-

messer der Bremsspindel 15 beträgt, soll der Druck berechnet werden, welchen der Bremser auf sämmt-liche Bremsklötze des zu bremsenden Wagens auszuüben im Stande ist.

Man hat hier: R = 200, r = 20, h=l0, daher die Zugkraft der Bremse, das heisst die Kraft, mit welcher das Bremsgestänge gespannt wird:

mm

mm

der Hebelarm a aufwärts bewegt. Da nun diese Kraft im Verhältnisse

CT p

verstärkt wird, so wird die Hauptwelle (fixe Welle) o im Punkte A mit a

einer Kraft von — • O Kilogramm angegriffen, und da die Uebertragung dieser b

Kraft im Verhältnisse die Bremsklötze (der Klotzdruck):

157

10 + 0-63X 20

• 200= 1799k& (Formel 169). Mit dieser Kraft wird also

stattfindet, so beträgt der Gesammtdruck D auf

Q- O

IO

Ol

und: n =

Kilogramm, wobei n das Uebersetzungs-Verhältniss der Bremse bezeichnet a c

---beträgt. In unserem Falle ist:

b d

3-7.

220 300 180 ' 100

Der Klotzdruck K beträgt daher 3'7 X 1799 = 6656kg, oder abgerundet 6‘7 Tonnen.

Da nun ein leerer Wagen dieser Bahn 6 Tonnen wiegt, so bedarf man zum Vollbremsen eines solchen Wagens eines Klotzdruckes von 0'9 X 6 = 54 Tonnen (§. 101); da der thatsächlich angewendete Druck 6'7 Tonnen beträgt, so reicht er zum Bremsen des leeren Wagens vollständig hin, ja man hat sogar einen Druck-Ueberschuss.

Aus der nachstehenden Tabelle sind die Dimensionen der Bremsen mit fixen Wellen zu entnehmen, wie sie auf Eisenbahnen vorzukommen pflegen, und sind dabei auch die Zugkräfte und die Klotzdrücke angegeben, wie sie sich auf Grund dieser Dimensionen laut Formel 169 ergeben:

Bremsdimensionen

Zugkraft

iUotZiirucIc

Name der Bahn

Kilogramm

Millimeter

Südbahn ...............

Dniesterbahn .........

Magdeburg-Halberstadt .

Carl Ludwigbahn .......

Sächsische Staatsbahn Lemberg-Czernowitz-Jassy

Südbahn .............

Rudolfsbahn..........

Carl Ludwigbahn .....

Sächsische Staatsbahn .

200    25

8    220 190 250 1100

166 20

200

16

.    .    .    .    v    n    M    N    N    o

cci    co    co    co    co    co    co    co    ib    tb

O O O CD

1322

1135

2098

1380

1048

3834

3405

6294

4140

3248

1018

1736

1799

3359

5729

6656

1389 .7223

1283

7698

Beispiel 2.

Es sollen Bremsen mit schwingenden Wellen berechnet werden, wie solche in Oesterreich auf der nunmehr im Staatsbetriebe stehenden Albrechtbahn verwendet werden. Die Construction dieser Bremsen ist aus der nachstehenden Figur zu ersehen:

lir

il

ki

ml

II

'cl

Figur 16.

Bei dieser Bremse beträgt der Kurbel-Halbmesser 200mm, der Halbmesser der Bremsspindel 21 mm, die Ganghöhe 10mm. Die Zugkraft dieser

157

10-f 0-63 X 21

• 200= 1 35 lks (Formel

Bremse belauft sich sonach auf: Q =

169, §. 110).

Das Hebel-Uebersetzungs-Verhältniss einer solchen Bremse berechnet sich nach Formel¹):

■-

cr p

CA i O

irr

C-t ) '

O.

Mit Rücksicht jedoch darauf, dass bei beiden üblichen Constructionen :

beträgt, kann wohl als Mittelwerth

m= 730, / = 460, e

650, k = 580

mm

m e

angenommen werden: ---= — — 1 *3, wodurch die vorstehende Formel in

die einfachere: n— 1*3

©m

übergeht. Für den vorliegenden Fall, wo

a = 350, b = 200. c= 300, d = 200 ist, hat man aber:

350 /2 X 300 + 200

n = 1 *3 •

200

200

9-1

daher der Klotzdruck: K = 9⁻1 X 1351 = 1 2294k+ oder rund 12'3 Tonnen.

Das Gewicht eines leeren Wagens beträgt bei der Albrechtbahn im Mittel 6 Tonnen; wird dieser mit 10 Tonnen Waare verladen, so beträgt das Bruttogewicht desselben 16 Tonnen. Da die Albrechtbahn hölzerne Bremsklötze anwendet, so braucht der zum Vollbremsen eines solchen Wagens erforderliche Druck auf die Bremsklötze nicht mehr 0’9 des Wagen-

0 Heusinger von Waldegg. Specielle Eisenbahn-Technik, 1870, Wagenbau, pag. 227.

gewichtes zu betragen. Ein Druck, der 0'6 des Wagengewichtes ausmacht also ein Bremsdruck von 0‘6X16 = 9,6 Tonnen, dürfte vollauf genügen. Da derselbe aber thatsächlich 12• 3 Tonnen beträgt, so sieht man, dass die Bremsen dieser Bahn jeden Wagen nach Massgabe seines augenblicklichen Gewichtes zu bremsen gestatten.

Aus der nachstehenden Tabelle sind die Dimensionen der Bremsen mit schwingenden Wellen zu ersehen, wie sie auf Eisenbahnen vorzukommen pflegen, und sind darin auch die Zugkräfte und Klotzdrücke angegeben welche diesen Brems-Dimensionen entsprechen :

Zugkraft Klotziiruck

Kilogramm

Bremsdimensionen

Name der Bahn

Millimeter

. 195    20

. 180    15

Elberfelder Bahn.

Erzherzog Albrechtbahn . .

Elsass-Lothringen........

Ungarische Staatsbahnen.

00 00 O

200 21 197    22

180    25

350 260 256 247 [ 5 2 250 200 210 1901 5 2 422 331 371 204    7'5

455 265 300 200 j 8-8 260 260 316 105    9 1

250 200 300 200 ! 94 406 196 328 228 104 320 210 315 105 13-0

1485

1616

7722

8403

1862 i13965 10480 11548 12294 11138 14807

1191

1269

1351

1071

1139

Beispiel 3.

Es soll die Tenderbremse der österreichischen Nordwestbahn berechnet werden, deren Dimensionen aus der nachfolgenden Skizze zu entnehmen sind.

'.■///./'-g'-':,'///'.

Iii-

ii

H-

Figur 17.

Die Zugkraft Q dieser Bremse beträgt, falls die Bremse durch die Muskelkraft des Bremsers bethätigt wird, da hier: R=210, r=17‘5, h=8'37 ist (nach Formel 169, §. 110):

• 210=1700ks.

157

8-37+0-63X 17-5

Bezeichnet Z die Grösse des Zuges, mit welchem das Bremsgestänge gespannt wird, so besteht, da diese Kraft im Punkte m angreift, und K den Klotzdruck bezeichnet, die Relation: Z(245 + 365) — 365 K, aus welcher sich ergibt: K = 1 ’67 Z, da aber, wie aus der Figur zu entnehmen : 345 • Q = 257 Z, also: Z = 1'53Q, so ist: K = 1'67 X 1 '53 Q = 2’55 Q, das Uebersetzungs-Verhältniss beträgt also: n = 2‘55 und der totale Klotzdruck: K—2'55X X 1700 = 4335ks. Sind die Bremsbacken der Tenderbremse aus Gusseisen, so ist zum Vollbremsen eines 16 Tonnen schweren Tenders ein Bremsdruck von 0'9X16=14'4 Tonnen erforderlich (§. 101). Da der factisch disponible Druck nur 4‘34 Tonnen beträgt, so wird durch Antreiben der 4-34 14-4

= 0‘3, also circa 30 Procent des Tender-Gewichtes

Bremskurbel nur

zur Bremswirkung gelangen. Durch Bremsen deä Tenders dieser Bahn erhält man also keine grössere Wirkung als durch Bremsen eines Wagens,

10

X 4335 = 4816ks=4-8 Tonnen beträgt.

dessen Gewicht

§. 112.

Maschinenbremsen.

Bei den Wagen der ersten Eisenbahnen wurden die Bremsen durch die Muskelkraft des Menschen bethätigt und ist diese Kraftquelle bei den Güterzügen unserer Eisenbahnen fast die einzige, welche ausgebeutet wird.

Die Kraft des Menschen ist aber im Verhältnisse zur Wirkung, welche sie hervorbringen soll, nur sehr gering, beträgt sie doch nur 25k» (§. 169), während der zum Bremsen erforderliche Druck auf die Bremsklötze eines

Wagens zwischen 5 —15 Tonnen schwankt (§. 101), also im günstigsten 5 X 1000

Falle

25

— 200mal grösser ist. Man war daher gezwungen, um

einen so bedeutenden Druck durch eine so schwache Kraft zu erzeugen, zu einer sehr namhaften (200—600fachen) Kraft-Uebertragung zu schreiten, was aber den Nachtheil brachte, dass man hiebei sehr viel an Raschheit der Action einbüssen musste. Da aber bei den Bremsen der Eisenbahnwagen sowohl Raschheit der Action, als auch Grösse des Druckes auf die Bremsklötze unerlässliche Bedingungen sind, falls die Bremsen ihrem Zwecke entsprechen sollen, beide Factoren aber sich gegenseitig ausschliessen, so blieb nichts Anderes übrig, als einen derselben oder beide zugleich erheblich zu vergrössern.

Eine Vergrösserung des Klotzdruckes hat ihre Grenzen, weil der Klotzdruck nicht grösser sein darf, als zur Erreichung der Rollgrenze erforderlich ist, indem jeder grössere Druck von Nachtheil ist (§. 101, pag. 390), es blieb daher nichts Anderes übrig, als die Muskelkraft des Mannes durch eine stärkere Kraft zu ersetzen, und man nannte solche Bremsen, bei denen dies geschah, also Bremsen, bei welchen die Kraft der Muskeln durch die Kraft einer Maschine ersetzt wurde — Maschinenbremsen.

Als Ersatz der Muskelkraft der Menschen wurden die verschiedensten Kräfte in Anwendung gebracht, als: Kraft des Dampfes, Spannkraft von Federn, Schwerkraft, Energie des rollenden Zuges, Elektricität und Druck der Luft.

§. 113.

Bremsen, welche durch die Kraft des Dampfes bethätigt werden.

Jene Bremsen, zu deren Bethätigung die Kraft des Dampfes herangezogen wird, nennt man Dampf bremsen. Derlei Bremsen hat schon Stephenson (1833) bei seinen Locomotiven verwendet. Später (1854) bauten Raux und Esra Miles derlei Bremsen für Wagen und war die Einrichtung derselben etwa die folgende: Zwischen den Achsen eines jeden Wagens befindet sich ein kleiner Cylinder mit zwei Kolben, welche mit den Bremsklötzen in Verbindung stehen. Zwischen diese beiden Kolben mündet ein Rohr, welches längs des ganzen Zuges unterhalb des Wagens angebracht ist und vom Dampfkessel der Locomotive seinen Ausgang nimmt. Lässt man Dampf durch diese Röhre zwischen die beiden Kolben des Cylinders treten, so gehen dieselben auseinander und bewirken einen Druck auf die Bremsklötze. Hat der Druck nachgelassen, so werden die Bremsklötze vermittelst Federn in ihre frühere Stellung zurückgezogen.

Dass bei derlei Einrichtungen schon bei einer verhältnissmässig schwachen Uebersetzung der Kraft der zumVollbremsen unerlässliche Bremsdruck auf die Bremsklötze erreicht werden kann,beweisen beispielsweisen die für den Dampfbetrieb eingerichteten Bremsen der Tendermaschinen der österr. Nordwestbahn. Bei diesen Bremsen beträgt der Querschnitt des Dampfkolbens 224 Quadrat-Millimeter und steht der Kolben unter einem Drucke von 10 Atmosphären. Die Zugkraft Q an der Wurzel der Spindelbremse beträgt sonach Q = 224X 10=2240 Kilogramm. Da die Gesammt-Uebersetzung dieser Bremsen n = 8 beträgt, so erhält man einen Klotzdruck 8;X’2240 = 17920 Kilogramm oder rund 18 Tonnen, also einen Druck, der zum wirksamen Bremsen der Tender-Maschine zureicht,

falls sie nicht mehr als ~X 18=20 Tonnen wiegt (pag. 392), und eiserne Bremsklötze angewendet

werden. Da jedoch leere Tender-Maschinen der Nordwestbahn 28 Tonnen wiegen, so reicht der disponible Bremsdruck zum Festbremsen derselben nicht zu. Von diesem Drucke gelangen eben nur 20 Tonnen zur Bremswirkung, der Rest von 8 Tonnen geht für Bremszwecke verloren

Einer ähnlichen Construction bedient sich die holländische Eisenbahn-Gesellschaft, welche die Dampf bremse Middelberg ') verwendet. Der Mechanismus dieser Tenderbremse besteht aus einem Dampf-Cylinder und einem Vertheilungs-Schieber. Bei nicht angezogener Bremse befindet sich Dampf auf beiden Seiten des Kolbens. Durch die Kolbenstange wird die Oberfläche des Kolbens vor demselben verringert, mithin ist hinter dem Kolben ein Ueberdruck vorhanden, welcher ihn stets nach vorne drückt. Wird durch Bewegung des Vertheilungs-Schiebers der hintere Theil des Cylinders mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt, so wird der Kolben durch den Dampfdruck nach hinten, und werden die Bremsklötze gegen die Räder gedrückt.

Wenngleich auch die Kraft des Dampfes die Muskelkraft des Menschen bedeutend überwiegt und es ermöglicht, bei einer unbedeutenden Uebersetzung den erforderlichen Klotzdruck stets zu erzielen, so hat die Anwendung des Dampfes zur Bethätigung der Bremsen bei Wagen doch den Missstand im Gefolge, dass hochgespannte Dämpfe bei ihrer Fortleitung durch Schläuche, welche die zu bremsenden Wagen eines Zuges unter einander verbinden, Schwierigkeiten verursachen. Um diese zu umgehen, dachte man an Stelle des Dampfes ein anderes Medium zur Ueber-tragung der Dampfkraft heranzuziehen.

ł) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1884, pag. 133.

Einem solchen Bestreben verdankt Clark’s Wasserbremse (1873) ihre Entstehung. Unter dem Tender ist ein Cylinder angebracht, welcher mit den Leitungsröhren, die längs des ganzen Zuges führen, in Verbindung steht. Dieser Cylinder sowohl, als auch die Leitungsröhren sind permanent mit Wasser aus dem Tender gefüllt. Im Cylinder selbst ist ein Kolben ohne Kolbenstange. Wird nun durch ein Rohr Dampf aus der Locomotive in diesen vertical aufgestellten Cylinder von oben eingeführt, so wird der Kolben nach unten gedrückt und hiedurch der nöthige Druck erzeugt, um die Bremsklötze an die Räder anzupressen. Das Auslösen der Bremse geschieht durch das Ausströmen des Dampfes aus dem Cylinder.

§.114.

Bremsen, welche durch die Kraft von Federn bethätigt werden.

Wird der zum Bremsen eines Wagens erforderliche Klotzdruck (§. 101) durch die Kraft gespannter Federn erzeugt, so nennt man solche Bremsen Federbremsen.

Um die in einer gespannten Feder ruhende Kraft im gehörigen Augenblick in Thätigkeit zu bringen, bedarf es einer sogenannten Auslösung, und für diesen Zweck wurde die Muskelkraft des Menschen, die Kraft des gepressten Wassers und auch die Elektricität herangezogen.

Fay und später (1852) Nevall in England bauten Federbremsen, bei denen die Auslösung durch die Muskelkraft des Menschen bewerkstelligt wurde. Derlei Bremsen wurden in der Weise ausgeführt, dass durch Umdrehung einer längs des Wagens angebrachten Walze die in der Nähe des Bremsklotzes befestigten Federn in Action kommen und die Bremsklötze an den Umfang der Räder pressen. Die Drehung der Walze erfolgte durch die Hand des Menschen. Bei diesen Bremsen spielte also die Muskelkraft des Bremsers nur die Rolle einer Auslöse-Vorrichtung, während die Elasticität gespannter Federn die Kraft abgab, welche zur Erzeugung des Bremsdruckes verwendet wurde. Seinerzeit hat die Bremse Nevall's die Aufmerksamkeit der Eisenbahn-Techniker im hohen Grade auf sich gelenkt, heute ist sie vergessen. Diese Bremse hatte den Uebelstand, dass zur Auslösung der in Thätigkeit zu tretenden Federkraft die Muskelkraft des Menschen kam. Später versuchte man die Auslösung der schlummernden Betriebskraft durch den Stoss einer Wassersäule zu ersetzen, da ein solcher Stoss jedenfalls viel rascher erfolgen musste, als die Drehung der Bremswalze durch die Hand des Menschen.

Barker in England construirte (1874) die hydraulische Bremse. Um den nöthigen Druck zu erzeugen, ist eine Druckpumpe im Gepäckswagen angebracht, welche das Wasser aus einem, unter dem Wagen befindlichen Behälter in den Accumulator presst, welcher Accumulator den nöthigen Druck durch Federn erzeugt. Die Druckpumpe selbst wird vermittelst einer an das Wagenrad anlaufenden Frictionsscheibe durch einen an der Welle derselben befindlichen Excenter in Bewegung gesetzt. Vom Accumulator aus geht ein Rohr nach der ganzen Länge des Zuges unter den Wagen, um die Leitung mit der eigentlichen Bremsvorrichtung herzustellen.

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Ob der vielen Schwierigkeiten, welche die Erhaltung einer, längs des Zuges laufenden Wasserleitung, namentlich im Winter, hervorruft, haben derlei Bremsen sich nicht behaupten können und kommen gegenwärtig fast nicht mehr vor.

In der Absicht, Unzukömmlichkeiten zu begegnen, welche die Erhaltung einer Wasserleitung nach sich zieht, versuchte Siemens in London (1882) die Bremsklötze durch den Zug einer Leine von den Rädern, permanent entfernt zu halten, welche Leine durch eine Elektrodynamo-Maschine gespannt war, die auf den Bremswagen aufmontirt wurde. Die Bewegung der Dynamo-Maschine erfolgte durch die Kraft des aus der Locomotive entnommenen Dampfes. Wurde die Leine nachgelassen, so kam die Spannkraft der Federn zur Geltung, welche Federn nunmehr die Bremsklötze an die Räder anpressen konnten.

§. 115.

Bremsen, welche durch den Zug hängender Gewichte bethätigt

werden.

Man nennt Bremsen, bei welchen die Schwere zur Erzeugung des Klotzdruckes (§. 1 01 ) herangezogen wird, Gewichtsbremsen. Exter in England construite derlei Bremsen bereits 1847. Die Gewichtsbremse des französischen Ingenieurs Bricogne (1860) hat jedoch eine weit ausgedehntere Verbreitung gefunden, wesshalb diese etwas näher beschrieben werden soll. Auf einer mit einem sehr steilen Schraubengewinde versehenen, im Wagen vertical aufgestellten Bremsspindel sitzt eine Mutter, die mittelst zweier Arme schwere Gewichte trägt, von denen der eine mit einer kleinen Rolle versehen ist, welche an einer entsprechend angebrachten Führungsschiene sich bewegt, so dass die zwischen den Laufgewichten befestigte Mutter beim Drehen der Spindel eine Bewegung im verticalen Sinne ohne jedwede Rotation anzunehmen gezwungen ist. Um dieses Gewicht in Bewegung zu setzen, ist an dem oberen Theile der Schraubenspindel ein Sperrad angebracht, dessen Sperrkegel stets in Eingriff gehalten wird, und die Spindel am Rückgänge hindert, sobald das Gewicht am oberen Theile dieser Spindel sich befindet. Die Bremsspindel tritt unten durch den Boden des Wagens in dessen Inneres ein und trägt an ihrem unteren Ende ein Getriebe, welches durch mehrere Zwischenglieder eine Zahnstange in Bewegung setzt. Durch die Bewegung der Zahnstange wird das Bremsgestänge so gespannt, dass ein Anpressen der Bremsklötze an die Tyres erfolgt. Um die ganze Vorrichtung in Gang zu setzen, hat der Bremser von seinem Sitze aus mittelst eines passend angebrachten Hebels die Sperrklinke auszulösen, worauf das Anziehen der Bremse von selbst erfolgt, da die abwärts gleitende schwer belastete Mutter die hiezu nöthige Kraft liefert. Das Lösen der Bremse hat durch Zurückdrehen der Schraubenspindel, wodurch die Mutter in die Höhe geht, zu erfolgen.

Eine solche Bremse nimmt einen grossen Raum ein, ihr Mechanismus ist schwerfällig, und wird durch dieselbe ein ruhiges Bremsen nicht erzielt, auch hält es schwer die Gewichte so zu bemessen, dass durch deren Fall jedesmal jenes Maass des Klotzdruckes erzeugt wird, welches eben zum Bremsen erforderlich ist.

Während bei der beschriebenen Bremse die Schwerkraft insofern als Bremskraft auftritt, als sie eine Schraubenmutter zwingt, in einer verticalen Coulisse abwärts zu gleiten, construirte (1882) Rudolff, Ingenieur der österr. Staatseisenbahn-Gesellschaft, eine Gewichtsbremse, bei welcher der freie Fall eines Gewichtes die Kraft zum Spannen des Bremsgestänges liefert. Das he’rabfallende Gewicht zieht mittelst eines Sperr- und Zahnrades an der Zugstange und spannt das Bremsgestänge derart, dass die Bremsklötze mit derjenigen Kraft an die Radreifen angepresst werden, welche dem angewendeten Hebel-Uebersetzungs-Verhältnisse entspricht. Das Lenken des Gewichtes geht ruhig vor sich, wobei jeder Stoss vermieden wird, da das fallende Gewicht von dem federnden Gestänge aufgefangen wird. Durch die Elasticität des Gestänges ist ferner auch die leichte Zulässigkeit der moderirenden Bremsen bedingt. Man braucht nämlich nur das Gewicht nicht ganz herabfallen zu lassen, um das Gestänge weniger zu spannen, also einen geringen Druck auf die Bremsklötze auszuüben und dadurch ein schwächeres Bremsen zu bewirken.

Wie schwer aber das Gewicht sein muss, um einen bestimmten Druck auf die Bremsklötze auszuüben, lässt sich aus der Construction und den Dimensionen des Gestänges unschwer ableiten. Rechnung und Erfahrung lehren nämlich, dass es im Allgemeinen genügt, ein Gewicht von 50k» frei fallen zu lassen, um bei einer massigen Uebersetzung einen Klotzdruck von 6 Tonnen hervorzubringen.¹) Derlei Bremsen sind noch zu wenig erprobt worden, und kann aus diesem Grunde gegenwärtig ein Urtheil über den Verwendungswerth seitens des Praktikers nicht gefällt werden.

Die bisher betrachteten Bremsen leiden sämmtlich an dem Uebelstande, dass die Kraft, mit welcher die Bremsklötze an die Räder angepresst werden, stets dieselbe bleibt, ob ein schwerer oder leichter Wagen gebremst wird, während doch deren Grösse dem Gewichte des zu bremsenden Wagens angepasst sein muss (§. 101).

Berechnet man den Klotzdruck für leere Wagen, so werden die vollbelasteten mit diesem Drucke unvollkommen gebremst; passt man aber den Bremsdruck den vollbelasteten Wagen an, so werden die Räder der minder belasteten oder leeren Wagen mit einer überflüssig grossen Kraft gepresst, wodurch dann die Achsbüchsen leiden, da dieser Druck in letzter Instanz auf sie übertragen wird. Auch kann es kommen, dass durch einen solchen übermässig grossen Druck die Räder des Wagens festgestellt werden, wodurch nicht nur die Bremswirkung vermindert, sondern auch eine nicht gerechtfertigte Abnützung der Schiene und Räder eintritt.

Um derlei Uebelständen zu begegnen, wurde die (früher sehr verbreitete) Construction erdacht, das Wagengewicht selbst für Zwecke der Erzeugung des Klotzdruckes auszunützen. In diese Kategorie der Bremsen gehört beispielsweise die Bremse von Klunzinger (1876), sowie die neueste automatische Bremse von Sloan und Hawkes.

Bei derlei Bremsen ruht der Wagenkasten auf Stöckeln, welche sich auf die Achsen der Wagen stützen, und sind sämmtliche Stöckeln eines Zuges durch eine Leine miteinander verbunden. Wird die Leine angezogen, so kippen die Stöckeln um, die Wagenkästen sinken herab und drücken vermöge und nach Maassgabe ihres Gewichtes auf die Bremsklötze. Derlei Bremsen wurden für Giiterziige der Secundärbahnen construirt, entsprachen auch ihrem Zwecke, doch sind die Stosswirkungen des fallenden Kastens viel zu gross, als dass diese Art des Bremsens in der Verkehrs-Praxis Eingang finden konnte. Maschinen-Chef der holländischen Eisenbahn-Gesellschaft Herr Middelberg¹) versuchte zwar die rapide Stosswirkung des seiner Unterlage beraubten, auf die Bremsklötze sinkenden Wagenkastens dadurch zu mildern, dass er den Wagenkasten durch Kolben auffing, welche in Glycerin schweben; doch dürften hiedurch Complicationen erwachsen, welche durchaus nicht einladen, für dieses Brems-System besonders sich zu erwärmen.

Das Lösen der Bremse erfolgt durch Heben des Wagenkastens, welches Heben mit Hilfe einer Zahnstange, die durch ein drehbares Zahnrad bewegt wird, sich vollzieht.

§• 116.

Bremsen, welche durch die lebendige Kraft des rollenden Zuges

bethätigt werden.

Bremsen, bei welchen der erforderliche Klotzdruck durch die Energie erzeugt wird, welche der zu bremsende Zug im Momente des Anlegens der Bremsklötze an die Räder besitzt, wurden Frictionsbremsen genannt.

Figur 18.

Die Idee, welcher der Construction derlei Bremsen zu Grunde liegt, ist die folgende: Auf der Achse A des Bremswagens wird eine Scheibe a festgekeilt, während eine zweite Scheibe c pendelartig mittelst einer Stange b auf dem Untergestelle des Wagens aufgehängt wird. Im normalen Zustande stehen beide Scheiben ausser Berührung. Soll gebremst werden, so wird die Frictionsscheibe c frei gelassen, wodurch sie sich an die Scheibe anlegt und durch diese in Rotation gebracht wird. Durch diese Drehbewegung der Frictionsscheibe wird auf die verlängerte Nabe derselben eine Kette K aufgewickelt, welche mit dem Bremsgestänge in Verbindung steht und die Bremse anzieht. Durch Versuche wurde constatirt, dass die Bremswirkung am Anfänge des Zuges sofort, am Ende später, am 12. Wagen nach 5—6 Secunden erfolgt.

Werden die Rollen ausser Berührung gebracht, so lauft die durch ein Gegengewicht angezogene Kette ohne Rückdrehung der Frictionsbremse wieder ab. Eine Verkürzung der Kette um 20 cm reicht schon hin, die Frictions-rollen zu trennen, also den Wagen loszubremsen, und erfolgt die Aufhebung der Bremswirkung recht schnell, so dass sie den letzten Wagen des Zuges schon nach circa 15 Secunden erreicht. Die in der Kette wirkende Zug-

') Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1884, pag. 134.

kraft, also auch die auf die Räder des Wagens ausgeübte Bremskraft ist demnach dem Drucke proportional, mit welchem die Frictionsscheibe an die fixe Scheibe a angepresst wird. Da aber dieser Druck dem Gewichte der Frictionsrolle, vermindert um die doppelte Kettenspannung, proportional ist, so wird die Bremswirkung durch die Spannung der Kette regulirt werden können.

Bemerkenswerth ist die Einrichtung, welche die amerikanische Bracke-Gesellschaft St. Louis an ihren Frictionsbremsen anbringen liess, und welche darin besteht, dass auf’ den Wagenachsen Centrifugal - Regulatoren sich befinden, welche ein Anstellen der Bremse erst dann gestatten, wenn eine Geschwindigkeit von 2⁻7—3’5m pro Secunde erreicht ist.¹) Dies ermöglicht, dass der Führer diese Bremse auch beim Rangiren verwenden kann, da dann nur die Locomotiv-Räder, nicht aber jene der Wagen und des Tenders gebremst werden.

Die Idee, die im rollenden Zuge aufgespeicherte Bewegungs-Energie für Zwecke des Bremsens zu verwerthen, ist an und für sich rationell, weil hier nicht erst die Kraft zum Bremsen erzeugt werden muss, sondern die vorhandene Kraft zum Bremsen herangezogèh wird. Diese Idee ist eine deutsche und stammt aus dem Jahre 1855, in welchem der damalige Locomotivführer Heberlein derlei Bremsen ersann.

Heberlein’s Idee hat viele Nachahmer gefunden, unter welchen Schmid, Maschinenmeister in München, wohl der Hervorragendste sein dürfte, dessen Bremse, «Schraubenradbremse« genannt, wurde im Jahre 1888 vom Vereine Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen preisgekrönt und steht in Deutschland bei 37 Bahnen an mehr als 300 Wagen in probeweiser und definitiver Verwendung.

Der Hauptvorzug der Schmid’sehen Bremse gegenüber der älteren Schwester besteht darin, dass sie in langen und starken Gefällen eine Bremskraft im Cylinder ausdauernd aufspeichert, und dass diese Kraft nach Massgabe des Wagengewichtes und Bahngefälles regulirbar ist. Der Brems-Cylinder²) vermittelt und multiplicirt die Wirkung der den Heberlein-Bremsen ähnlichen Reibungsrollen auf die Bremsklötze, und es ist eine Einwirkung der Reibungsrollen von nur wenigen Secunden nothwendig, um im Brems-Cylinder eine dauernde, unerschöpfliche, beliebig starke, für die längsten und stärksten Gefälle ausreichende Bremskraft zu erzeugen und festzuhalten, und diese so genau zu reguliren, dass das so nachtheilige Schleifen der gebremsten Räder nie eintreten kann. Nachdem die Einwirkung der Reibungsrollen nur wenige Secunden nothwendig ist, so entfällt auch das sehr lästige Geräusch und das Stossen, das der Heberlein-Bremse anhaftet.

Ein weiterer Vortheil der Schmid-Bremse besteht darin, dass selbst bei Schadhaftwerden einzelner Apparate die übrigen gemeinschaftlich durch eine Leine verbundenen Apparate dennoch thätig bleiben. Die Kuppelung der Leine mit sogenannten Carabinern, die in kleinen Rahmen mit vertical und horizontal einander gegenüberstehenden Leitrollen geführt werden, ist eine höchst einfache und leicht zugängliche.

0 Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1886, pag. 151. ²) Oesterreichische Elsenbahnzeitung, Wien 1889, pag. 158.

Bei einem Zuge von neun Wagen streckt oder dehnt sich die Leine je nach den Witterungs-Verhältnissen höchstens um einen halben Meter, der sich auf die einzelnen Wagen vertheilt und daher gar nicht nachtheilig ist.

Die Wirkung des Bremsens erfolgt durch Ausheben des Sperrriegels des Haspels, überhaupt durch Nachlassen der leichtgespannten Leine. Beim Aufwickeln derselben wird zuerst der dem Haspel zunächst befindliche Brems-Apparat ausser Wirksamkeit gesetzt, durch weiteres Aufwickeln der zweite u. s. f., bis beim Anspannen der ganzen Leine auch der letzte Brems-Apparat ausser Thätigkeit gesetzt ist. Es ist leicht begreiflich, dass es auf diese Art möglich wird, blos einen Theil des Zuges, und zwar den rückwärtigen gebremst zu halten und den vorderen zu entbremsen, was beim Fahren in langen Gefällen mit vielen Curven schon deshalb vor-theilhaft ist, weil der Zug immer gestreckt bleibt und nie nachdrückt.

Die beste Wirkung der Reibungsbremsen, gleichviel welcher Construction sie sind, tritt bei trockenem Wetter ein. Nebel wirkt besonders bei Beginn der Nacht ungünstig, weil der feuchtgewordene Rost auf den Frictionsscheiben eine Art Schleim bildet, welcher erst während des Bremsens abgerieben wird. Regen und Schnee bei Thauwetter haben wenig Einfluss. Schnee bei Frostwetter verringert die Bremswirkung etwas, indem derselbe zwischen die Frictionsscheiben dringt und dort schmierend wirkt. Feuchter Frost, sogenannter Rauchfrost (Nebel bei Frost) bewirkt, dass die Frictionsrollen mit einer Eiskruste sich überziehen, welche die Bremswirkung so lange aufhebt, bis das Eis abgerieben ist. Doch kann diesem Uebelstande einigermassen dadurch begegnet werden, dass der Frictions-Apparat durch einen Holz- oder Blockkasten geschützt wird.¹)

So sehr den Frictionsbremsen eine gesunde Idee zu Grunde liegt, und so sehr dieselben in jüngster Zeit ausgebildet wurden, so haften ihnen dennoch manche Mängel an, welche nicht verschwiegen werden dürfen.

Wegen der constant verbleibenden Länge der Leine neben den Längen-Veränderungen des Zuges aus Anlass des Zusammendrüekens und Auseinandergehens der Puffer ist eine Gleichförmigkeit in der Bremswirkung nicht immer erzielbar. Auch dürften bei einem schnellfahrenden Zuge die Frictionsscheiben sich wohl nur selten gleichmässig anlegen, da die Achse, auf welcher die Frictionsscheibe sitzt, auf- und niederspringt, die Entfernung der beiden Frictionsscheiben daher veränderlich ist. Dieser Umstand in Verbindung damit, dass die Scheiben mit der Zeit unrund werden, verursacht ein Geräusch, welches den Reisenden lästig ist.

Weiters ist zu bemerken, dass die Manipulation des Aus- und Einsetzens von Wagen ziemlich umständlich und eine Contrôle der Grösse der Bremswirkung, sowie jene der Bremsfähigkeit des Apparates während der Fahrt ganz unmöglich ist.') Auch darf nicht unerwähnt bleiben, dass durch ein zufälliges Festklemmen der längs des Zuges laufenden Leine der Eintritt der Bremswirkung ganz verhindert werden, sowie dass ein Fehler in der Leitung die Bremswirkung illusorisch machen kann.

ł) Borries. Frictionsbremse, System Heber lein, Berlin 1881, pag. 11.

²) Meyer. Grundzüge des Eisenbahn-Maschinenbaues, Berlin 1884, pag. 146. — Max Grimm. Automatische und einfache Vacuumbremse, Berlin 1883, pag. 15.

§• 117.

Bremsen, welche durch die Kraft der Elektricität bethätigt werden.

Bremsen, bei welchen die Elektricität als Motor zum Anpressen der Klötze an die zu bremsenden Räder dient, heissen elektrische Bremsen.

Der Gedanke, die Elektricität für Zwecke des Bremsens der Eisenbahnwagen nutzbar zu verwenden, stammt aus England. Ein gewisser Grover nahm nämlich bereits 1840 ein Patent auf eine Bremse, bei welcher der Electro-Magnetismus die Kraft war, welche zum Anpressen der Bremsklötze hätte zur Verwendung gelangen sollen. Dessen Bremse kam jedoch niemals zur Ausführung. Dasselbe geschah mit dem Patente, welches Amberger im Jahre 1851 auf eine ähnliche Bremse erhielt, denn auch diese gelangte nicht zur Ausführung. Erst der Franzose Achard baute (1856) die erste elektrische Bremse.

Bei den elektrischen Bremsen, welche Anfangs gebaut wurden, diente jedoch die Elektricität nicht als Motor, um die Bremsklötze an die Räder anzupressen; sie diente lediglich zur Auslösung, d. h. dazu, um die im Bremswagen aufgespeicherte Kraft in einem gegebenen Momente in Action zu bringen. Die Kraft, welche zum Anpressen der Bremsklötze diente, war verschieden, z. B. die Elasticität gespannter Federn, die im rollenden Zuge angesammelte Bewegungs-Energie u. s. w.

Die erste Bremse, welche die Elektricität nicht mehr als Auslösung, sondern als Motor zum Anpressen der Bremsklötze an das Rad verwendet, wurde durch den Engländer Cardew (1881) gebaut. Dieser verwendete die Rotation der Wagenachse zur Erzeugung von Inductionsströmen, welche nach Belieben des Bremsers zur Fortbewegung des Zuges mithalfen, oder dessen Bewegung hemmten. Durch einen Druck auf den Taster konnte die Richtung des elektrischen Stromes gewechselt, also gebremst oder losgebremst werden. Edison in Amerika verwerthete (1882) die mechanische Energie des rollenden Zuges zur Erzeugung von Elektro-Magneten, welche die Rotation der Räder hemmten. Zu diesem Zwecke setzte Edison auf die Achse des zu bremsenden Wagens eine kupferne Scheibe und befestigte sie auf dieser Achse so, dass deren Ebene parallel den Ebenen der Räder war, welche auf derselben Achse sassen. Diese Kupferscheibe rotirte also mit der Wagenachse, sie rotirte jedoch zwischen den Schenkeln eines Elektro-Magneten, durch dessen Windungen der Bremser einen Strom in jedem Augenblicke senden konnte. So lange in den Windungen des Elektro-Magneten kein Strom circulirte, rotirte die Kupferscheibe ohne jede Hemmung; eine solche trat jedoch sofort auf, sobald ein elektrischer Strom die Windungen des Elektro-Magnetes durchlief (ein bekanntes Experiment Faraday’s).

§• HB.

Bremsen, welche durch den Druck der Luft bethätigt werden.

Den Bremsen, bei welchen der Druck der Luft für Zwecke des An-pressens der Klötze an die zu hemmenden Wagenräder verwendet wird, könnte man den Namen pneumatische Bremsen geben.

Man kann die Luft auf zweierlei Weise zum Anpressen der Bremsklötze verwenden, je nachdem der Druck der atmosphärischen oder jener der künstlich gepressten (comprimirten) Luft zur Dienstleistung herangezogen wird. In beiden Fällen wird der Dampf der Locomotive benützt, um mittelst geeigneter Apparate entweder Luft zu verdichten oder Luft zu verdünnen. Die Bremsen, welche mit verdichteter Luft arbeiten, erhielten den Namen Luftdruckbremsen, während jene, die verdünnte Luft verwerthen, Luftsaugebremsen (auch Vacuumbremsen) genannt wurden.

Bei den Liftdruckbremsen wird mittelst einer an der Locomotive angebrachten Dampfpumpe Luft in einem Behälter comprimirt. Die gepresste Luft tritt sodann in einen unter dem Fussboden des Wagens angebrachten Cylinder (Brems-Cylinder) ein, wo sie die Bewegung eines Kolbens und im weiteren Verfolge das Anlegen der Bremsklötze bewirkt.

Bei Luftsaugebremsen hingegen erzeugt der Dampf, indem er durch einen Ejector ausströmt (§§. 46 und 123) und die Luft hinter sich nachsaugt, im Brems-Cylinder einen luftverdünnten Raum (sogenanntes Vacuum). Der Ueberdruck der Atmosphäre presst den Kolben in den Cylinder hinein, dessen Bewegung die Annäherung der Bremsklötze an das Rad zur Folge hat. Durch Reguliren der Blasrohrwirkung des Dampfes im Ejector lässt sich der Grad der Luftverdünnung im Brems-Cylinder bestimmen, was eine äusserst genaue und bequeme Regulirung des Bremsdruckes gestattet. Dies ist der Vorzug der Luftsaugebremse vor der Luftdruckbremse und macht die erstere namentlich für den Betrieb langer und starker Gefälle befähigt. Doch hat die Luftsaugebremse den Nachtheil, dass der Brems-Effect von der Grösse der Cylinder abhängig ist, was zur Folge hat, dass der Klotzdruck innerhalb ziemlich enger Grenzen verbleiben muss, wenn man die Cylinder nicht in unbequemer Weise vergrössern will.

Die pneumatischen Bremsen haben für den Betrieb eine Wichtigkeit erlangt, und sollen daher später, und zwar gelegentlich der Beschreibung continuirlicher Bremsen des Näheren besprochen werden.

§. 119.

Schnellbremsen.

So vorzüglich die Hand- und Maschinenbremsen in mancher Richtung auch sind, so haftet ihnen doch der Mangel an, dass sie nicht schnell genug in Action treten. Der Grund dieser Säumniss liegt in dem Umstande, dass der Bremser eine erhebliche Anzahl von Kurbel - Umdrehungen ausführen muss, bevor eine Bremswirkung erzielt wird.

Man braucht nur den ersten besten Eisenbahnwagen zu besteigen und man wird sich leicht die Ueberzeugung verschaffen können, dass zum vollkommenen Anlegen der Bremsklötze (zum Anbremsen), durchschnittlich 6—10 Umdrehungen, in manchen Fällen sogar bis 14 und mehr Umdrehungen nöthig sind. Erwägt man, dass bei der Schnelligkeit unserer Eilzüge nicht selten Secunden schwer in die Wagschale fallen, da die Möglichkeit eines rascheren Anhaltens (ein Stehenbleiben um wenige Meter früher) manches Unglück verhütet oder doch in seinen Folgen abschwächt, so wird man sich der Einsicht nicht verschliessen können, dass Apparate willkommen sein müssen, welche eine rasche Bethätigung der Bremsen ermöglichen.¹)

') Kalus. Oesterreichische Eisenbahnzeitung, Wien 1884, pag. 597.

Angesichts solcher Verhältnisse lag es nahe, Vorrichtungen zu ersinnen, welche den Zweck hatten, jene Kurbel-Umdrehungen zu ersparen, welche zum Nähern der Bremsklötze an die Radreifen dienen. Bremsen, welche mit derlei Vorrichtungen ausgerüstet sind, die also schnell wirken, nennt man Schnellbremsen.

Ingenieur Weickum¹ ) in Wien erreichte den beabsichtigten Zweck dadurch, dass er die Schraubenspindel so construirte, dass sie, sobald sie gedreht wird, Anfangs mit einem grossen Hube, also schnell (jedoch weniger kräftig) wirkt, während beim weiteren Drehen der kleine Hub zur Geltung kommt, wodurch eine grosse Kraft (wenn zwar langsamer) ausgeübt wird. Die ersteren Kurbel-Umdrehungen dienen zum Anlegen der Bremsklötze an das Rad, die letzteren hingegen zum Anpressen derselben.

Weickum zerlegte nämlich die Schraubenspindel in lose übereinander gelegte Ringe, von welchen jeder mit einem Schraubengange versehen ist. Die Ringe gestatten unter sich eine Drehung von circa 120° und werden gegen weitere Drehung mittelst Zähnen (Erhöhungen) aufgehalten, welche auf den Schraubenflächen angebracht sind. Bei der Action, d. h. bei der Drehung der Bremskurbel entfernen sich die verticalen .Stege der einzelnen Ringe von einander und schliessen sich erst wieder nach vollständiger Zurückdrehung der Ringe.

Durch Einschaltung der Ringe kann der Hub, mit welchem das rasche Zuführen des Bremsklotzes durchgeführt wird, beliebig erhöht -werden, wodurch die Anzahl der Kurbel-Umdrehungen, welche für das Annähern der Bremsklötze an den Radreifen verwendet wird, erheblich verkleinert wird.

Weickum construirt Bremsen mit 12mm Gewindesteigung und einem Gesammthub von 100mm. Während 1 Vs Umdrehungen der Kurbel (dies ist die Anzahl der zum Anbremsen erforderlichen Kurbel-Umdrehungen) beträgt der Hub 32

, während er später, als die Bremsklötze bereits am Rade

anliegen, als also das Anpressen derselben an die Tyres erfolgt, auf das normale Maass, d. i. auf 12mm sinkt.

Paulitschky'¹) in Wien nahm gleichfalls ein Patent auf eine Schnellbremse, welche desshalb von Interesse ist, weil sie nebst dem möglichst schnellen Bremsen auch noch die Eigenthümlichkeit besitzt, den Abstand zwischen Bremsklotz und Rad automatisch zu reguliren, d. h. die Bremsklötze nach Maassgabe deren Abnützung selbstthätig gegen das Rad nachzudrücken.

Rudolff³), Ingenieur der österr. Staatseisenbahn-Gesellschaft, verwendete (1882) die Schraubenspindel zum Anbremsen, d. h. zum Nähern der Bremsklötze an das Rad gar nicht, es bewirkt das Anbremsen durch den Fall eines besonderen Gewichtes, verkürzt also hiedurch die Zeit des Anbremsens sehr erheblich.

Gassebner*), Inspector der Nordwestbahn, bringt diese Zeit fast auf Null, indem er die Bremsklötze fast momentan, also mit einem Ruck mit einem immerhin nennenswerthen Druck an das Rad anstellt (1881). Zur Erreichung dieser Absicht wird die Bremsspindel mit ihrem einen Ende derart mit einem Zahnstücke verbunden, dass eine Drehung desselben un-

ü Weickum. Differentialschraube, Wien 1883, pag. 1

²)    Kalus. Oesterreichische Eisenbahnzeitung, Wien 1884, pag. 596.

³)    Rudolff. Gewichts- und Gruppenbremse, Wien 1882, pag. 4.

*) Gassebner. Schnellbremse, Wien ohne Jahreszahl, pag. 1.

möglich bleibt, beim Heben der Spindel jedoch auch dieses Zahnstück mitgehoben wird. Das Heben der Spindel erfolgt aber mit Hilfe eines einfachen Hebels, dessen Drehpunkt am Wagen fix angebracht ist, und dessen Ende durch einen Fusstritt des Bremsers niedergedrückt wird. Da auf diese Art das Niederdrücken des Hebels rasch erfolgen kann, so wird das Anbremsen fast momentan ausgeführt.

Die Schnellbremsen haben sich trotz der unbestrittenen Vortheile, welche sie haben, im Eisenbahnbetriebe nicht eingebürgert, die Erfindung ist eben noch zu neu, um sofort durchgreifen zu können.

§. 120.

Gruppenbremsen.

So lange jeder einzelne Bremswagen eines Zuges eines besonderen Mannes bedarf, um die Bremse in Action zu bringen, so lange wird das Zusammengreifen aller Bremser des Zuges auf Schwierigkeiten stossen, sobald es sich darum handelt, sämmtliche Bremsen des Zuges in einem und demselben Momente und gleich kräftig zu bethätigen.

Est ist dem Locomotivführer fast unmöglich¹), alle einzelnen Bremser im Zuge derart zu instruiren, dass unter normalen Verhältnissen Keiner zu viel und Keiner zu wenig bremst. Der Eine wird vielmehr von seiner Bremse nicht ausreichenden Gebrauch machen, während der Andere die Räder seines Wagens zum Gleiten bringt. Auf anhaltenden Gefällen werden namentlich bei langen Güterzügen die vielen Bremser unter sich und mit dem Führer schwerlich darüber einig werden, in welchem Grade den wechselnden Neigungs - Verhältnissen entsprechend der Bremsdruck zu verändern sei, um eine gleichmässige Geschwindigkeit zu erzielen, und sie unterlassen wohl aus Bequemlichkeit jede Regulirung der Bremse, sobald sie ihrer stricten Pflicht durch Anziehen der Bremse genügt haben.

Um derlei Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, verfiel man auf den Gedanken, die Anzahl der die Bremsen bedienenden Bremser beim Zuge thunlichst zu vermindern, weil dann der Maschinführer, von weniger Menschen abhängend, das Bremsen des Zuges kräftiger durchführen kann.

Wenn die Anzahl der Bremswagen dieselbe bleiben, die Anzahl der sie bedienenden Bremser aber verringert werden soll, so kann dies nur dadurch erreicht werden, dass man mehrere (nebeneinander zu stellende) Bremsen, durch einen und demselben Bremser bedienen lässt. Damit aber der Mann die ihm zur Bedienung übergebenen Bremsen gleichzeitig bethätigen könne, musste man die zu einer Gruppe gehörenden Bremsen derart miteinander verbinden, dass durch eine und dieselbe mechanische Bewegung, welche der Bremser veranlasst, alle zu einer Gruppe gehörenden Bremsen bedient werden. Derlei Bremsen nannte man Grnppenbremsen.

Die älteste Gruppenbremse dürfte wohl die durch den Engländer Fay im Jahre 1860 erdachte Vorrichtung sein, welche darin bestand, dass unter den zu einer Gruppe gehörenden Wagen eine Stange gelegt wurde, welche man von einem beliebigen Punkte des Zuges um ihre Achse drehen

') Czernin. Automatische Dampf bremse, Prag 1881, pag. 6.

konnte. Der zwischen den Rädern der zu bremsenden Wagen liegende Theil dieser Eisenstange bestand aus einer Schraubenspindel, auf welche eine in einer Coulisse gleitende Mutter aufgesetzt wurde, welche beim Drehen der Stange nicht eine rotirende, sondern eine fortschreitende Bewegung erhielt, welche Bewegung für Zwecke des Anpressens der Bremsklötze an die Räder verwerthet wurde.

Später construirten die Ingenieure Hardy, G&ssebner, Fuchs, Becker und Andere Gruppenbremsen; der bayerische Maschinenmeister Anderl¹) ging (1883) sogar soweit, Vorrichtungen zu ersinnen, welche den Zweck haben sollten, 2 bis 3 in einem Zuge zufällig zusammentreffende Handspindelbremsen verschiedener Construction miteinander derart zu verbinden, dass durch Zudrehen einer Handspindel die gruppenweise verbundenen Bremsen gleichzeitig in Wirksamkeit gesetzt, und die Bremsklötze mit derselben Kraft an die Räder angepresst werden sollen, mit welcher sie angepresst worden wären, wenn jeder einzelne Wagen für sich durch einen besonderen Bremser bedient worden wäre.

Wenn aber erwogen wird, dass bei dem allgemein üblichen Hebel-Uebersetzungs-Verhältnisse der Handbremsen unserer Eisenbahnwagen die Kraft eines Mannes nicht immer zureicht, um auch nur einen Wagen stets wirksam zu bremsen (§. 110), so ist klar, dass dessen Kraft zur gleichzeitigen und erfolgreichen Bethätigung zweier oder mehrerer Bremsen umsoweniger wird zureichen können.

Man knüpfte an die Gruppenbremsen die Erwartung, dass durch Einführung derselben ein Ersparniss an Bremspersonale eintreten werde, welche Erwartung jedoch angesichts des Gesagten nicht in Erfüllung gehen konnte. Die Kraft des Bremsers hat nämlich nur eine bestimmte Grösse (§. 109), es muss daher, falls durch diese Kraft mehrere Bremsen mit demselben Erfolg bethätiget werden sollen, welchen man bei Bedienung einer Bremse erzielt, eine desto grössere Uebersetzung zwischen dem Angriffspunkte der Kraft und zwischen den Bremsklötzen vorhanden sein, je grösser die Zahl der von einem Manne zu bedienenden Bremsen ist. Oder es wird auch, wenn die Bremsen nacheinander angezogen werden, die Zeit bis zum festen Anlegen aller Bremsklötze umso grösser sein, je mehr Bremsen miteinander verbunden sind.')

§. 121.

Zusammenhangbremsen.

Die Tendenz der Betriebstechniker geht dahin, die Geschwindigkeit der Züge soweit als thunlich zu vergrössern. Da aber die Betriebssicherheit unter sonst gleichen Verhältnissen im höheren Grade abnimmt, als die Fahrgeschwindigkeit wächst³), so muss man trachten, durch geeignete Mittel denjenigen Grad von Betriebssicherheit wieder zu gewinnen, der durch Vermehrung der Geschwindigkeit verloren ging. Diese Sicherheit wird aber durch rasch wirkende Bremsen erreicht.

’) Anderl. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1886, pag. 77.

2)    Meyer. Grundzüge des Eisenbahn-Maschinenbaues, Berlin 1884, pag. 123.

³)    Meyer. Grundzüge des Eisenbahn-Maschinenbaues, Berlin 1884, pag. 126.

Für die Erzielung der grössten Bremswirkung ist nächst der Schnelligkeit, mit welcher die Bremsklötze an die Räder zum Anliegen kommen, auch noch die Gleichmässigkeit der Intensität des Bremsdruckes für alle Bremsen des Zages von Wichtigkeit. Es müssen nämlich die Bremsen aller Räder eines Zuges so gleichmässig als möglich zum Anlegen gebracht werden. Geschieht dies nicht, sondern tritt die Wirkung der Bremsen bei den vorderen Wagen des Zuges früher ein, als bei den hinteren, so laufen zunächst die hinteren Wagen gegen die vorderen auf, und werden dadurch die Pufferfedern zusammengepresst. Tritt dann die Wirkung der Bremse bei den hinteren Wagen ein, so erfolgt die Gegenwirkung der zusammengedrückten Pufferfedern, welche sich in Stössen der Wagen bemerkbar macht.¹)

Die Gruppenbremsen (§. 120) würden, da sie die gleichzeitige Bethäti-gung mehrerer Bremsen ermöglichen, zur Erzielung der angestrebten Gleichmässigkeit der Bremswirkung beim Zuge wesentlich beitragen, wenn sie sonst keine Uebelstände hätten, da sie die Anzahl der Punkte im Zuge, von welchen aus die Bremsen in Action gesetzt werden, namhaft reduciren.

Eine weit vollkommenere Gleichmässigkeit der Bremswirkung würde natürlich erzielt werden, wenn es gelänge, sämmtliche Bremsen des Zages von einem einzigen Punkte arts bethätigen zu können.

Um dieses Ziel zu erreichen, gibt es aber nur ein einziges Mittel und dies ist die Verbindung sämmtlicher beim Zuge befindlichen Bremsen untereinander. Zu diesem Mittel hat man denn auch gegriffen, und nannte derlei miteinander verbundene, von einem Centralpunkte aus zu bethätigende Apparate continuirliche Bremsen oder auch Zusammenhangbremsen.

Forny, Secretär der Vereinigten Wagenbau-Gesellschaften in New-York, zeichnete bereits 1855 oder 1856 eine Bremse, welche durch eine Kette bethätigt werden sollte, welche Kette über die ganze Länge des Zuges sich erstreckte. Es war dies die Erfindung eines Herrn Longhridge, welche auf der Baltimore and Ohio-Eisenbahn angenommen wurde. Diese Vorrichtung scheint die erste Zusammenhangbremse gewesen zu sein. Ambier baute (1864) ähnliche Bremsen für die Illinois-Central-Eisenbahn.'Q

Ist die Verbindung sämmtlicher im Zuge vorhandenen Bremsen hergestellt, so ist zu unterscheiden, ob die Bremskraft im Centralpunkte concentrât ist, oder aber ob jeder zu bremsende Wagen seine eigene Kraftquelle hat, welche den für diesen Wagen erforderlichen Bremsdruck zu liefern bestimmt ist. Im ersten Falle, d. h. im Falle der Concentrirung der Bremskraft in einem einzigen Punkte des Zuges muss die Kraft nach den einzelnen Wagen hingeleitet werden, während im letzteren Falle eine Kraftäusserung jeder Einzelnbremse durch Einwirkung vom Centrale aus möglich sein müsse.

Als Quelle der Kraft können in beiden Fällen verschiedene Motoren dienen, als: Druck des Dampfes (Dampfbremse von Stephenson, Esra-Miles, Czernin, Grover); Magnetismus (elektrische Bremse von Cardew); Abstossungs-kraft elektrischer Ströme (Bremse von Edison); Federkraft (Federbremsen von Fay, Nevall, Clark); Bewegungs-Energie des Zuges (Frictionsbremsen

*) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1884, pag. 75, Heft 160. ²) Kapteyn. Die Wahrheit in der Bremsfrage, Hannover 1885, pag. 31.

von Heberiem, Mayer, Barker, Becker, elektrische Bremse von A char d) ; Gewichte (Gewichtsbremsen von Exter und Bricogne); Luftdruck (pneu-matische Bremse von Kendall, Westinghouse, Carpenter; Luftsaugebremsen von Smith, Hardy, Sanders, Körting, Clayton).

Was die Anwendung der vorstehend genannten Bremsen anbelangt, so ist in Deutschland die Bremse von Carpenter für Schnellzüge und die von Heberlein für Güterzüge angenommen. In Oesterreich wird meistens die Bremse von Hardy, in Frankreich, England, Belgien, Holland, Württemberg und den Vereinigten Staaten von Nordamerika jene von Westinghouse verwendet.

Aus der nachstehenden Zusammenstellung¹) kann die Schnelligkeit ersehen werden, mit welcher Zusammenhangbremsen in England sich verbreitet haben:

Mit Zusammenhangbremsen wurden ausgestattet

im Jahre

Locomotiven

Wagen

Stück

Procent

Stück

Procent

1878

634

13

7310

19

1879

907

19

1880

1340

27

1881

2002

39

1882

2773

51

1883

3478

60

9919

14872

21431

27819

32685

25

36

48

61

69

Aus dieser Tabelle ist beispielsweise zu entnehmen, das 60 Procent aller in England laufenden Locomotiven und 69 Procent aller dortselbst in Verwendung stehenden Wagen mit Zusammenhangbremsen ausgestattet sind.

Was die Schnelligkeit der Bremswirkung anbelangt, so ergaben vergleichende Versuche,²) dass die elektrische Bremse von Achard am schnellsten zur Action kommt; ihr folgt die automatische Luftsaugebremsen von Hardy, und erst in dritter Reihe erscheinen die andern Zusammenhangbremsen.

§. 122.

Oekonomischer Werth der Zusammenhangbremsen.

Es wurde im vorhergehenden Paragraphe gesagt, dass der Vortheil, welchen Zusammenhangbremsen bringen, in der Raschheit und Gleichförmigkeit liegt, mit welcher derlei Bremsen in Action gesetzt werden können. Dies sind jedoch nicht die einzigen Vortheile, welche den Bremsen dieser Kategorie eigen sind.

Durch Einführung der Zusammenhangbremsen können nämlich auch ökonomische Vortheile, und zwar dadurch erzielt werden, dass bei Anwendung derlei Bremsen eine Réduction des Zugspersonales möglich wird. Wie gross aber das durch eine Réduction der Bedienungsmannschaft eines

Zuges erzielbare Ersparniss sein kann, lässt sich auf folgende Weise abschätzen :

Auf einer Bahn verkehren täglich n Züge, von denen jeder k Kilometer durchläuft, werden bei jedem Zuge b Bremsen erspart, so würden diese Bremsen, wenn sie im Dienste gestanden wären, täglich n . k. b . Kilometer gemacht haben. Da nun erfahrungsgemäss ein Bremser täglich

n . k . b .

150km macht, so erspart man bei den Zügen täglich Bezieht ein Bremser a Gulden Jahresgehalt, so beträgt dessen Taglohn

150

Mann.

(Wj

\360/

Gulden, und weil der Bremser ausser seinem Lohne für jeden

durchlaufenen Kilometer c Kreuzer Weggeld in’s Verdienen bringt, so beträgt

c

der tägliche Verdienst eines Bremsers an Kilometergeld: 150Xy^ = 1'5 c

Gulden; der gesammte Tages-Verdienst beziffert sich sonach auf:

n . k . b

/ a    \    n

I--hl'5-c) Gulden, da aber täglich —

\360    /

Bremser erspart werden, so beträgt das tägliche Ersparniss, welches durch Zusammenhangbremsen

150

erzielbar ist:

/ a    \ n . k . b

(--h 1 • 5 c 1 ---Gulden, also pro Jahr:

\360    /    150    F

a + 540 c

150

Gulden.

In dieser Formel bezeichnet:

e . . .das jährliche Ersparniss in Gulden, welches durch Zusammenhangbremsen erzielbar ist;

...den Jahresgehalt des Bremsers, in Gulden;

...das Weggeld des Bremsers per Kilometer, in Kreuzern;

...die Anzahl der pro Tag verkehrenden Züge;

...den täglichen Weg eines Zuges, in Kilometern;

. . . die Anzahl der Bremser, welche bei einem Zuge erspart werden können.

Beispiel: Auf einer Bahn verkehren täglich 4 Züge, welche mit Zusammenhangbremsen ausgerüstet sind. Wenn durch Einführung dieser Bremsen bei jedem Zuge nur 1 Mann erspart wird, so würde diese Bahn mit Rücksicht hierauf, dass ein Bremser einen Jahresgehalt von 280 Gulden bezieht, und */₂ Kreuzer pro Kilometer Weg in’s Verdienen bringt:

280 + 540 X 7,

150

X4X 1 X 180 = 2365

Gulden jährlich ersparen.

Die Formel 170 lässt die Summe berechnen, welche jährlich durch Einführung von Zusammenhangbremsen erspart werden kann. Diese Summe könnte also für Anschaffung derlei Bremsen jährlich verausgabt werden, was zur Folge haben würde, dass man von Einzelnbremsen zu Zusammenhangbremsen ohne alle Ausgaben übergehen könnte.

Es entsteht nun die Frage, wie lange ein derartiger Uebergangs-process dauern würde.

Nach Formel 170 kann man die Summe berechnen, welche jährlich erspart wird, falls m Wagen mit Zusammenhangbremsen ausgerüstet werden, welche Wagen in die täglich verkehrenden n Züge einzurangiren sind. Die Ausgabe pro Zug und Wagen dürfte sonach nicht grösser sein als : a + 150 • c lSOTm

• k • b • Gulden pro Jahr.

Um diese Summe jährlich verausgaben zu können, muss man über ein Capital verfügen, dessen jährliche Zinsen dieser Summe gleich kommen. Wird dieses unbekannte Capital mit 10 Procent amortisirt, so wird es gerade lOmal so gross sein müssen, als jene Summe, d. h. es wird betragen müssen:

a+ 150. c

15. m

.    .    (171

Gulden. Das Capital B repräsentirt also die Geldquote, welche für Anschaffung und Erhaltung der Zusammenhangbremsen eines Zuges verausgabt werden darf, wenn die Beschaffung derlei Bremsen mit keinen materiellen Opfern verbunden sein soll.

In dieser Formel bezeichnet also:

B . . den Geldbetrag, welcher für Beschaffung und Erhaltung der Zusammenhangbremsen pro Zug verausgabt werden kann, sobald die Bremsen sich selbst auszahlen sollen;

...den Jahresgehalt eines Bremsers, in Gulden;

...die Anzahl der Bremser, welche durch Einführung der Zusammenhangbremsen pro Zug erspart werden können;

C ...das Weggeld eines Bremsers, in Kreuzern pro Kilometer; k ...den täglichen Weg eines Zuges, in Kilometern; in . . . die Anzahl der beim Zuge befindlichen Wagen, welche für Zusammenhangbremsen eingerichtet wurden.

Beispiel: Eine Bahn, welche bei jedem ihrer Personenzüge 4 mit Zusammenhangbremsen ausgestattete Wagen führt, zahlt einem jeden ihrer Bremser einen Jahresgehalt von 300 Gulden und gewährt ihm ¹/.i Kreuzer Weggeld für jeden durchlaufenen Kilometer. Infolge Einführung der Zusammmenhangbremsen wird pro Zug, der täglich 150 Kilometer durchläuft, ein Mann des Be-dienungs-PersJhales erspart. Es fragt sich, was für ein Capital diese Bahn pro Wagen in die Zusammenhangbremsen investiren darf, wenn es innerhalb 10 Jahren durch die Ersparnisse wieder hereingebracht werden soll, welche durch derlei. Bremsen in dieser Zeit erzielt werden.

Hier ist a = 300,'k = 150, c=V2.'b = l, m=4, mithin: B = §⁰⁰+⁵⁴⁰^.4 150 X 1 = 1425 Gulden

15 X 4

pro Wagen. Die Beschaffung der Einrichtung für Zusammenhangbremsen, bestehend aus vier, für derlei Bremsung eingerichteten Wagen, dürfte sonach nicht mehr als 4 X 1425 = 5700 Gulden kosten, sobald man die Möglichkeit haben will, die verausgabte Summe nach Ablauf von 10 Jahren wieder hereinbringen zu können. Wenn die Instandhaltung der Zusammenhangbremsen per Wagen und Jahr 50 Gulden kosten würde, so würde dies in 10 Jahren 500 Gulden ausmachen, so dass für die Beschaffung der Einrichtung für Zusammenhangbremsung pro Wagen nicht mehr als (1425 — 500) = 925 Gulden verbleiben.

Wenn angenommen werden dürfte, dass durch Einführung der Zusammenhangbremsen alle Bahnunfälle hintangehalten werden, so könnte das Capital, welches in Zusammenhangbremsen investirt werden darf, auf Grund der Summe ermittelt werden, welche aus Anlass stattgehabter Unfälle jährlich verausgabt wird.

Wenn man die Beträge für die Anschaffung eines mit Zusammenhangbremsen ausgestatteten Wagens in jährlichen Raten zahlen könnte, so würde eine solche Jahresrate a Gulden ausmachen. Kostet die Erhaltung der Brems-Einrichtung eines Wagens jährlich e Gulden, so beträgt die jährliche Ausgabe (a-f-e) Gulden pro Wagen. Betragen dieselben Ausgaben bei Einzelnbremsen (z. B. Handbremsen) al und ev Gulden, so belaufen sich die Jahreskosten der Einrichtung und Erhaltung einer Einzelnbremse auf (aj + eJ Gulden. Der Unterschied der Jahresausgaben beträgt sonach: u = (a-f-e) — (aj + eJ Gulden pro Wagen. Dieser Unterschied darf nicht grösser sein, als die Geldsumme ist, welche aus Anlass von Unfällen pro Wagen und Jahr zu entrichten ist, falls die Kosten der Einführung der Zusammenhangbremsen durch jene Summe gedeckt werden sollen, welche aus Anlass der Unfälle verausgabt werden würde, falls Zusammenhangbremsen nicht in Verwendung stünden.

Aus der obigen Gleichung folgt: a = (u + a,) — (e — ej als Jahresquote, welche man für die Beschaffung der Zusammenhangbremsen pro Wagen verausgaben kann. Soll sich das Capital, dessen Zinsen gleich dieser Quote a Gulden sind, in 10 Jahren rückzahlen, so muss es:

K = 10 •

[(u + aj- (e-ejl

.    .    (172

Gulden betragen. Hiebei bezeichnet also:

K . . . die Geldsumme in Gulden, welche man für die Beschaffung von Zusammenhangbremsen pro Wagen ausgeben darf, falls das angelegte Capital in 10 Jahren wieder hereingebracht werden soll; U ...den pro Bremswagen entfallenden Betrag in Gulden, welchen die Bahn aus Anlass von Unfällen jährlich zahlt; a ... die Anschaffungskosten der Einrichtung eines mit Zusammenhangbremsen ausgerüsteten Wagens, in Gulden pro Jahr; ax . . . die Anschaffungskosten der Einrichtung eines mit Zusammenhangbremsen ausgerüsteten Wagens, in Gulden pro Jahr; e . . die jährlichen Erhaltungskosten der Einrichtung der Zusammenhangbremsen pro Wagen, in Gulden; et . . . die jährlichen Erhaltungskosten der Einrichtung eines als Einzelnbremse hergerichteten Wagens, in Gulden.

Beispiel: Die Staatsbahnen Deutschlands haben im Jahre 1881 aus Anlass stattgehabter Unfälle 600.000 Gulden ausbezahlt. Beträgt die Erhaltung eines für Zusammenhangbremsung eingerichteten Wagens jährlich um 50 Gulden mehr als die Erhaltung einer Einzelnbremse, so fragt sich, welches Capital zur Anschaffung von Zusammenhangbremsen verwendet werden darf, sobald vorausgesetzt wird, dass nach Einführung derlei Bremsen keinerlei Bahnunfälle mehr sich ereignen werden.

Auflösung: Die Staatsbahnen verwendeten 6896 Personenwagen, und kann auf Grund von Erfahrung angenommen werden, dass 25 Procent hievon Bremswagen waren, so dass also der Stand der Bremswagen auf 0⁻25 X 6896= 1724 Stück geschätzt werden kann; ausser diesen Bremsen befanden sich noch Gepäcks- und Güterwagen, welche gleichfalls mit Bremsen versehen waren. Veranschlagt man die Zahl der ersteren auf 1000, jene der letzteren auf 3000 Stück, so beläuft sich die Gesammtzahl der verwendeten Bremswagen auf 1724+1000 + 3000 = 5724 Stück.

Da man als Entschädigungs-Summe aus Anlass der Unfälle den Betrag von 600.000 Gulden

ausbezahlt hatte, so entfällt pro Wagen eine Ausgabe von

=105 Gulden. Veranschlagt man

600.000 5724

die Anschaffungskosten der Brems-Einrichtung einer Einzelnbremse auf 360 Gulden, so beträgt '/jo hievon 36 Gulden. Man hat sonach: u = 105, aj —36 (e — e,) = 50. Mit Hilfe dieser Daten erhält man: K = 10 [(105 + 36) — 50] =910 Gulden als Geldsumme, welche für Anschaffung der Einrichtung für Zusammenhangbremsen pro Wagen verausgabt werden darf, falls das ausgelegte Capital in 10 Jahren dadurch hereingebracht werden soll, dass alle Ausgaben für Bahnunfälle gänzlich ausbleiben. Falls also Zusammenhangbremsen sich rentiren sollen, so darf die Einrichtung eines aus Locomotive und 4 Bremswagen bestehenden Zuges nicht mehr als 4X910 = 3640 Gulden kosten, da in der vorstehenden Rechnung die Einrichtungskosten der Locomotive für Zusammenhangbremse mit inbegriffen sind.

Um einen Einblick zu erhalten, ob für dieses Geld ein Zug mit Zusammenhangbremsen eingerichtet werden kann, sind in der nachfolgenden Tabelle die Anschaffungskosten der Einrichtung für Zusammenhangbremsung eines Zuges, bestehend aus einer Locomotive, einem Tender, einem Gepäckswagen und 6 Personenwagen, von denen 4 nicht bremsbar sind, ersichtlich gemacht :

System

Gegenstand

Westing

house

Smith.

Hardy

Heberlein

Becker

Gulden

Locomotive sammt Tender.....

1    Gepäckswagen...............

2    Personenwagen..............

Schläuche für 4 Personenwagen 2 Hilfswagen....................

1181-00

337-75

677-00

100-00

1164-25

233-75

473-00

292-00

1100

722-00

250

155

177

310

220

506-25

240 00

354

136

Summa.

2295-75

2163-00

1785

1468-25

917

aus welcher Zusammenstellung zu ersehen ist, dass man mit dem Gelde, welches in dem Zeiträume von 10 Jahren als Entschädigung aus Anlass von Unfällen hinausbezahlt wird, einen Zug mit Zusammenhangbremsen ausrüsten und die Ausrüstung während dieser Zeit erhalten kann.

Die beste Würdigung ihrer vorzüglichen Eigenschaften erhielten die Zusammenhangbremsen wohl dadurch, dass in dem abgeänderten Bahnpolizei-Reglement, welches mit 1. April 1886 in Wirkung trat, die Bestimmung aufgenommen wurde, dass alle Personenzüge, welche mit einer Geschwindigkeit von 60km pro Stunde verkehren, mit einer Zusammenhangbremse ausgestattet sein müssen.

§. 123.

Luftdruckbremsen.

Die Idee, comprimirte Luft für Zwecke des Bremsens der Eisenbahnwagen zu verwenden, stammt aus Amerika, woselbst Ingenieur Westinghouse (1868) dieses Princip zum ersten Male zum Anpressen der Bremsklötze an den Umfang der Räder verwendet hatte.

Zu diesem Zwecke wird die Luft in einem an der Locomotive angebrachten, circa 72m3 grossen Behälter durch eine Dampfpumpe auf 4 — 6 Atmosphären comprimirt, und in eine Rohrleitung gepresst, welche längs des Zuges unter den Wagen führt. Diese Rohrleitung besteht aus engen eisernen Röhren, welche zwischen den einzelnen Wagen durch Gummischläuche mit einander verbunden sind; sie steht mit kleinen Behältern in Verbindung, welche unter dem Boden der zu bremsenden Wagen angeschraubt sind, und welche ihrerseits mit etwas grösseren Cylindern (Brems-Cylindern) jeden Augenblick in Communication gebracht werden können, welche Brems-Cylinder gleichfalls fest am Wagenboden verschraubt sind.

29

Soll gebremst werden, so wird aus der Hauptrohrleitung durch Drehung eines Hahnes an der Maschine etwas gepresste Luft herausgelassen, also eine Verminderung des Luftdruckes hervorgebracht. Diese Druckverminderung hat zur Folge, dass ein sogenanntes Functions-Ventil¹) in Thätigkeit tritt, zufolge welcher eine Communication zwischen dem kleinen Behälter unter dem Wagenboden und dem nachbarlichen Brems-Cylinder hergestellt wird, während dieser Behälter selbst von der Hauptrohrleitung abgeschnitten wird. Hiedurch tritt die im kleinen Behälter angesammelte comprimirte Luft, welche bisher von dem Brems-Cylinder abgesperrt war, nunmehr in denselben ein und bewirkt durch ihren Druck die Bewegung des darin befindlichen Kolbens, welcher mit den Bremsklötzen in Verbindung steht, und das Bremsen des Wagens erfolgt.

In neuerer Zeit erhalten die Brems-Cylinder je zwei Kolben mit Lederdichtung, welche in ihrer Ruhelage durch Spiralfedern aneinander gehalten werden. Beim Bremsen tritt die comprimirte Luft zwischen diese beiden Kolben und treibt sie auseinander; dies hat aber das Anpressen der Bremsklötze zur Folge. Will man die Bremse lösen, so muss man die Communication des kleinen Behälters unter dem Wagen mit seinem nachbarlichen Brems-Cylinder aufheben, dagegen jene zwischen diesem kleinen Reservoire und der Hauptrohrleitung wieder hersteilen. Hierdurch entweicht die gepresste Luft aus dem Brems-Cylinder in’s Freie, und die Bremskolben werden durch die Spiralfedern wieder zusammengedrückt, während das kleine Reservoir mit gepresster Luft angefüllt wird.

Luftdruckbremsen wirken ausserordentlich schnell, weil die zum Bremsen dienende Kraft stets vorräthig ist, und nicht erst erzeugt zu werden braucht, wenn gebremst werden soll. Die Bremskraft ist in den kleinen, unter den Wagen angebrachten Behältern stets angesammelt, sie ist gewisser-massen in jedem einzelnen Wagen latent, tritt aber sofort in Action, sobald sie ausgelöst, d. h. durch Verminderung des Luftdruckes in der Hauptrohrleitung frei gemacht wird.

Die Aufspeicherung von jederzeit zur schnellen Wirksamkeit verfügbarer Kraft ist eine hervorragende Eigenschaft der Luftdruckbremse.

Was die Dimensionen anbelangt, welche man der Westinghouse-Bremse zumeist gibt, so sind dieselben aus der folgenden Tabelle^) zu entnehmen:

Gegenstand

Locomotive

Tender

Wagen

Anzahl der Druckcylinder ............

Durchmesser des Druckcylinders, in cm

Wirksame Kolbenfläche, in cm².......

Uebersetzungs-Verhältniss.............

Anzahl der gebremsten Räder........

Druck der gebremsten Räder auf die Schienen, in Tonnen .............

1 mit2Kolben

12-7

33-0

20-3

253-3 1 : 16

855-3 1 : 4-22

647-3

Ol

22

22

Wagengewicht

*) Gostkowski. Teorva ruchu kolejowego, Lemberg 1883, Bd. 2, pag. 94. — Meyer. Grundzüge des Eisenbahn-Maschinenbaues, Berlin 1884, pag. 137.

*) Grimm. Automatische und einfache Vacuumbremse, Berlin 1883, pag. 24.

Inwieferne die Veränderungen des Luftdruckes im Brems - Cylinder Einfluss nehmen auf den Druck, welcher auf die Bremsklötze ausgeübt wird, kann aus der folgenden Tabelle¹) entnommen werden:

Luftdruck in Atmosphären

Klotzdruck in Kilogramm

Locomotive

Tender

Wagen

0)010\i|ii^it>MCO

óócócóóŃciiob

11396

14246

17095

18519

19944

21268

22793

24219

10150

12687

15225

16494

17762

•19031

20300

21569

9101

11376

13652

14790

15928

17065

18203

19340

Die Grösse der Wirkung der Weslinghouse-Lußdr-ttckbremse ist aus den Versuchen zu entnehmen, welche seitens der Direction der grossherzoglich badischen Staatsbahnen (1886) durchgeführt wurden. Einige wenige dieser Versuche sind in der nachstehenden Tabelle angeführt:

Zeit in Secunden vom Ansetzen der Bremse bis

Luftdruck in Atmosphären

zum

Stillstände des Zuges

im letzten Wagen die Vollwirkung eintritt

vor dem Bremsen in der Leitung

nach dem Bremsen im Cylinder

Bremsweg in Metern

Fahrgeschwindigkeit in Kilometern pro Stunde

Anzahl der Wagen beim Zuge

Gefälle pro mille

41-4

14-6

30-4

9'8

17-8

46

17-8

4-6

16-4

4-6

160

4-4

15-6

3-0

15-4

4-8

14-6

3-2

14-4

30

13-4

3'2

130

6-4

12-6

6'5

oó-óAdsLcódscócócócói-kó

cococococococococo^^coco

Ldicócóóobcóobcócócócócó

co co O cn

CO

190

191

167

173

166

165

160

152

139

105

101

383

46-2

61-0

63-2

56'3

63-2

62-0

62-0

64-3

610

60-0

41-8

46'7

COCOOOOOOOOOOCDCD

diöioi^occh^dc

Aus der nachstehenden Tabelle, welche sich auf Versuche bezieht, die mit vervollkommten Bremsen auf derselben Bahn im Jahre 1889 durchgeführt wurden, ist die überraschende Wirkung der Luftdruckbremse zu ersehen :

0 Bissinger. Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1887, pag. 138.

29*

Die durch das Bremsen hervorgerufene Verzögerung im Laufe des Zuges wurde aus der Formel s = Va p t² berechnet, in welcher p die Verzögerung in Metern pro Secunde, s der Bremsweg in Metern, t die Bremsdauer in Secunden bezeichnet. Der durch das Bremsen des Zuges für jede Tonne seines Gewichtes erzeugte Widerstand beträgt 112mal so viel Kilogramm als die Verzögerung, weil die Masse einer Tonne Zugsgewicht (§. 23, pag. 90) 112 beträgt. Beim letzten Versuche betrug sonach der durch das Bremsen erzeugte Widerstand: 1 ’3 X 1 1 2 X 247 — 35963k&, also 35"9 Tonnen.

Der Luftverbrauch der Westinghouse-Bremse berechnet sich, wie folgt:

Wenn bei einer Luftbremse, welche mit 5 Atmosphären Ueberdruck arbeitet, der Luftdruck in der Leitung um 3"5 Atmosphären sich verringert, so arbeitet die Bremse erfahrungsgemäss schon mit ihrer vollen Kraft, da dann im Brems-Cylinder eine Pressung von 3‘5 Atmosphären herrscht, welche genügt, um den erforderlichen Klotzdruck hervorzubringen.

==3⁻82 Liter Luft von 5 Atmosphären Ueberdruck.

Beträgt der Luft-Inhalt der Leitung inclusive Functions-Ventil 5"08 Liter, so verbraucht die Luftleitung 5‘08 (5 — 3-5)= 5-08Xl'5 Liter Luft. Veranschlagt man den Luft-Inhalt des Brems-Cylinders bei angezogener Bremse auf 4'37 Liter, und erwägt, dass im Cylinder eine Pressung von 3'5 Atmosphären herrscht, so beziffert sich der Luftverbrauch des Brems-Cylinders auf 4‘37 X3'5 Liter. Zur Herbeiführung einer vollen Bremsung wird sonach: 1'5 X 5-08 + 4'37 X 3'5 = 22*92 Liter Luft von 1 Atmosphäre Spannung 22-92

5+1

verbraucht, oder:

Bei einer 9'68fachen Hebel-Uebersetzung wird damit ein Klotzdruck erzielt von: 323-65 X 3-5 X 9-68 = 10965kg, sobald die Kolbenfläche 323-65cm2

beträgt. Mit 1 Liter Luftverbrauch ist sonach ein Klotzdruck von : 10965

22-92

Gesammtgewicht des Zuges (inclusive der Locomotive) in Tonnen

Gewicht der gebremsten Last in Tonnen

das gebremste Gewicht beträgt in Procenten des Zugsgewichtes

Luftdruck im Cylinder, gemessen in Atmosphären

vor

nach

dem Bremsen

Bremsdauer in Secunden

Bremsweg in Metern

Der durch das Bremsen erzeugte Widerstand p. Tonne bewegter Last in Kilogramm

Verzögerung der Bewegung in Metern pro Secunde

3-90

3-95

3-95

3-90

3-45

3-55

3-50

3-45

12-50

14- 50

15- 50

15-75

92

135

128

155

157

135

146

146

ci ci ti ti

= 478k& erzielbar.

Carpenter hat die Westinghouse-Luftdruckbremse dahin abgeändert, dass die comprimirte Luft nicht dann erst in die Brems-Cylinder eintritt, wenn gebremst werden soll, sondern dass die Cylinder selbst dann mit com-primirter Luft angefüllt sind, wenn nicht gebremst wird.

Zu diesem Zwecke sind die Räume zu beiden Seiten des Kolbens im Brems-Cylinder mit gepresster Luft gefüllt. Soll gebremst werden, so wird der Dreiweghahn (welcher hier die Stelle des Functions-Ventiles vertritt), so gestellt, dass die Rohrleitung mit der Atmosphäre in Verbindung tritt, und wird in Folge dessen die Spannung der Luft in der Rohrleitung und auf der einen Seite des Kolbens vermindert. Da nun die comprimirte Luft, welche sich im Cylinder auf der andern Seite des Kolbens befindet, durch die enge Nuth in der Abdichtung des Kolbens in die andere Hälfte, in welcher verdünnte Luft sich befindet, nicht so rasch gelangen kann, um auf beiden Seiten des Kolbens gleiche Spannung der Luft herbeizuführen, so wird der Kolben im Brems-Cylinder durch die Differenz der auf beiden Seiten vorhandenen Pressungen bewegt, und dadurch die Bremse in Thätig-keit gesetzt.

Die Carpenter-Bremse arbeitet in der Regel mit einem Luftdrucke von 4 Atmosphären (Ueberdruck). Infolge der verschiedenen Widerstände treten jedoch Verluste ein, welche bewirken, dass der nutzbare Bremsdruck auf 2‘8ks pro Quadrat - Centimeter (Atmosphären) Kolbenfläche sinkt.¹) Die Hindernisse, welche diesen Druckverlust verursachen, sind: Widerstand der Feder im Brems-Cylinder, Widerstand des Gegengewichtes des Bremsgestänges, Reibung der Kolbenmanchette und Stopfbüchsen und Expansion des Luftdruckes im Brems-Cylinder.

Zum Zwecke des Lösens der Bremsen wird in die Hauptrohrleitung ein grösserer Druck dadurch hineingebracht, dass man dieselbe mit dem Haupt-Reservoire wieder in Verbindung bringt.

Bei all ihren Vorzügen besitzt die Carpenter-Bremse den Nachtheil, dass sie langsamer wirkt, als die Westinghouse-Bremse. Bei der Carpenter-Bremse kann nämlich die Maximalkraft erst dann zur Wirkung kommen, wenn der ganze Luft-Inhalt der Hauptleitung wie auch die Luft aus dem todten Raume der Brems-Cylinder abgelassen wird. Genaue Versuche haben ergeben,²) dass dieses Ablassen der Luft bei einem Zuge von 12 Bremswagen und 2 Leitungswagen 32 Secunden erfordert, während die gewöhnliche Westinghouse-Bremse schon nach 20 Va Secunden, die (durch Kapteyn verbesserte) Westinghouse-Bremse sogar schon nach 4Va Secunden ihre Maximalwirkung abgibt.

mm

beträgt.) Besteht nun ein Zug aus 15 Wagen, von denen jeder mit der Carpenter-Bremse versehen ist, so ergibt sich die ab-

Bei den ausgeführten Carpenter-Bremsen beträgt der Luft-Inhalt per Vehikel (Wagen oder Locomotive) circa 6 Liter, während der Luft-Inhalt des Brems-Cylinders 7 Liter beträgt (da der Kolbendurchmesser 300mm, der Kolbenhub 100

zulassende Luftmenge, wie folgt: Bremsrohrleitung von 15 Fahrzeugen 15X6 = 90, 15 Brems-Cylinder 15X7=105, Summa 195 Liter; da aber der Luftdruck, mit welchem die Carpenter-Bremse arbeitet, 4 Atmosphären beträgt, so erhöht sich die abzulassende Luftmenge auf 4X195 = 780 Liter Luft.

Für die Westinghouse-Bremse eines gleich starken Zuges ergibt sich die abzulassende Luftmenge, wie folgt: 15 Fahrzeuge Bremsrohrleitung 15 X 6 = 90; da aber ein Luftdruck von 5 Atmosphären angewendet wird, ein Luftquantum von 5X90 = 450 Liter. Da aber nur V* dieser Luftmenge auszuströmen braucht, um den Maximaldruck zu erzielen, so stellt

9 Wiehert. Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, Heft 221, pag. 81. ² Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1887, Heft 242, pag. 30.

Querschnitt zu entweichen, was zur Folge hat, dass diese Bremse 7‘8mal langsamer wirken muss, als die Westinghouse-Bremse. Je grösser die Anzahl der mit Carpenter-Apparaten versehenen Wagen in einem Zuge ist, desto langsamer muss nothwendigerweise die Bremswirkung eintreten,¹) und dies ist der Grund, dass die Carpenter-Bremse bei langen Zügen wohl nicht vortheilhaft ist.

Dem Ingenieur Schleifer in Berlin gelang es ( 1885) zwar, den Mechanismus der Carpenter-Bremse zu vereinfachen, eine grössere Sicherheit der Function-nirung derselben zu erzielen, den ganzen Bremsapparat billiger herzustellen, doch ist der Klotzdruck dieser Bremse immer noch nicht so gross als jener von Westinghouse. Die Schleifer-Bremse arbeitet mit 4 Atmosphären Ueberdruck, deren Cylinder-Durchmesser beträgt 300 mm, die Kolbenfläche 675,7cmĆ der Luftinhalt des todten Raumes 5'4 Liter, jener der Luftleitung 5 Liter. Zur Erzeugung der vollen Bremswirkung benöthigt sonach diese Bremse (5'4 + 5) . 4 = 41'6 Liter Luft von der Pressung einer Atmosphäre, also

4'6

8⁻32 Liter Luft von 4 Atmosphären Ueberdruck. Da der Luftdruck

4+1

von 4 Atmosphären infolge Reibungsverlusten auf 3 Atmosphären sinkt, und die Hebel-Uebersetzung dieser Bremse 5'8 beträgt, so erzielt man durch das Bremsen einen Klotzdruck von 675 7 X 3 X 5’8 = 1 1 757 k&. Pro Liter

= 2 8 3 k£,

1 1757

verbrauchte Luft resultirt sonach ein Klotzdruck von

450

sich die abzulassende Luftmenge auf —^—=112 Liter. Bei der Carpenter-

7'8mal grössere Luftmenge durch denselben

Bremse hat also eine

780

112

4L6

während bei der Westinghouse-Bremse pro Liter Luft ein l’69mal grösserer Klotzdruck erhältlich ist, nämlich ein Klotzdruck von 478 k&.')

Brüggemann in Breslau hat die Carpenter-Bremse durch Weglassung per Nuth im Brems-Cylinder und Einführung eines Auslass-Ventiles wesent-ich verbessert und hierdurch bewirkt, dass die volle Wirkung seiner Bremse am letzten Wagen eines Zuges aus 18 Wagen schon nach 4‘4 Secunden, das Anziehen der Bremse schon nach 2⁻8 Secunden eintrat, während ohne Anwendung des Auslass-Ventiles die volle Wirkung nach 18, das Anziehen nach 13 Secunden erfolgte.³)

Es muss bemerkt werden, dass man bei Luftdruckbremsen vor Spannungs-Verlusten nie gesichert ist, und dies hat zur Folge, dass die Druckpumpe, welche die Luft comprimirt, während der Fahrt des Zuges unausgesetzt thätig sein muss, was mit Rücksicht auf den Dampfverbrauch, das Bremsen mit Luftdruck-Apparaten ziemlich theuer macht. Die Pumpe ist übrigens für den Führer eine sehr missliche Sache, weil sie nie verlässlich ist. Die Erinnerung an die früheren Kesselspeisungen mit ihren Uebelständen lebt noch fort und bewirkt, dass die Führer zu derlei Apparaten durchaus kein Vertrauen haben. Die Nothwendigkeit der beständigen Erhaltung eines constanten und dazu hohen Luftdruckes, die Subtilität und relative Com-

]) Kapteyn. In Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, Heft 214, pag. 184. -) Bissinger. Organ für Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1887, pag. 138.

³) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1890, Heft 309, pag. 227.

plicirtheit der Construction, die Abhängigkeit von der nicht immer verlässlichen Luftpumpe, der Eintritt von Bremswirkungen bei Schäden in der Leitung, welche verhängnissvoll werden können, und endlich die Ungewissheit über die Grösse des Druckes, mit welchem augenblicklich gebremst wird, sind Uebelstände, welche den Luftdruckbremsen anhaften.

§• 124.

Luftsaugebremsen oder Vacuumbremsen.

Ein im Gefälle rollender Zug verbleibt unter dem Einflüsse der unausgesetzt wirkenden Kraft der Schwere, welche ihn thalwärts zieht. Diese Kraft bewirkt, dass der Zug, immer schneller und schneller abwärts rollend, eine Geschwindigkeit annehmen kann, welche der Fahrt verderblich werden könnte.

Soll die Fahrt gefahrlos sein, so muss der unausgesetzt wirkenden Schwerkrafts-Componente eine gleichfalls unausgesetzt wirkende Gegenkraft entgegengestellt werden, d. h. es müssen die Bremsen eines im Gefälle rollenden Zuges während der ganzen Dauer der Thalfahrt unausgesetzt in in Action verbleiben. Sind die Gefälle lang, so muss der Ivraftvorrath, welcher für Zwecke der Bethätigung der Bremsen aufzuspeichern ist, recht gross sein, oder falls dies nicht angehen sollte, muss die Bremskraft nach Massgabe des continuirlichen Verbrauches continuirlich ersetzt werden.

So vorzüglich auch die Luftdruckbremsen sind, so leiden sie doch an dem Mangel, dass bei ihnen der Ivraftvorrath nur gering ist und continuirlich nicht ersetzt werden kann. Man kann nur bewirken, dass der während der Bremsperiode verbrauchte Ivraftvorrath nach Ablauf derselben während einer Zeit ersetzt werde, während welcher nicht gebremst wird. Ein continuirliches Bremsen ist sonach in längeren Gefällen geradezu un-thunlich. Nur ein unterbrochenes Bremsen ist ausführbar.

Der Vorrath an gepresster Luft erschöpft sich nämlich schon in ver-hältnissmässig kurzer Zeit (wozu der hohe Druck und das Undichtsein der Brems-Cylinder wesentlich beitragen), und man ist gezwungen, falls man einen frischen Vorrath erzeugen will, loszubremsen, und die Luft-Compressions-Apparate auf’s Neue in Thätigkeit zu setzen Während dieser Zeit des Sammelns des neuen Kraftvorrathes bleibt aber der abwärts rollende Zug ohne Bremsen, bleibt also der unausgesetzt lauernden Feindin (der Schwerkraft), welche ihn abwärts treibt, preisgegeben.

Für den Betrieb auf Flachland und Hügellandbahnen ist die Dauer der Bremsperiode nur kurz, und es kommen niemals so lange und starke Gefälle vor, dass selbst bei andauerndem Bremsen auf diesen Gefällen eine Erschöpfung des Luftvorrathes zu befürchten ist, beziehungsweise, dass ein Wiederfüllen des Luftbehälters nicht möglich sein sollte. Anders ist dies jedoch auf Gebirgsbahnen (Semmering, Brenner, Vorarlberg, Gotthardbahn etc.), auf denen die Züge länger als eine Stunde in einem ununterbrochenen Gefälle (V«) ohne Anhalten herabfahren, und während dieser Zeit die Bremsen unausgesetzt in Thätigkeit verbleiben müssen. Hier liegt die Befürchtung nahe, dass während der langen Dauer der Bremsperiode der Luftvorrath sich erschöpft und alsdann eine Bremswirkung nicht mehr eintreten kann.

In neuester Zeit suchte man diesem Uebelstande (der Unmöglichkeit eines continuirlichen Bremsens) durch Anwendung zweier Rohrleitungen zu begegnen, doch wurde hiedurch der Brems-Apparat schwerfällig und theuer gemacht. Ein weiterer Nachtheil der Luftdruckbremsen ist die Noth-wendigkeit einer Compressionspumpe, weil zu deren Bedienung eine separate, auf der Locomotive aufzustellende kleine Dampfmaschine erforderlich ist. Wenn man bedenkt, dass die kleine Dampfmaschine mit ihren Kolben und Ventilen ein Mechanismus ist, der unmöglich Anspruch auf Verlässlichkeit im Functioniren erheben kann, so wird man den Wunsch begreiflich finden, Vorrichtungen zu besitzen, welche das Bremsen der Züge ohne Zuhilfenahme derlei wenig verlässlicher Apparate ermöglichen.

Erwägt man weiters, dass die Anwendung comprimirter Luft sehr gut abgedichtete Röhren und Cylinder voraussetzt, weil sonst Spannungsverluste eintreten, welche ein energisches Bremsen beeinträchtigen, die Herstellung, namentlich aber die Instandhaltung einer derartigen Rohrleitung beim Zuge aber nothwendig gewisse Schwierigkeiten bieten muss, so gelangt man zur Einsicht, dass die Erzeugung des Klotzdruckes durch comprimirte Luft wohl nicht das denkbar beste Auskunftsmittel für Zusammenhangbremsen ist.

Ganz anders würde sich aber die Sache darstellen, wenn man zur Erzeugung des Klotzdruckes nicht comprimirte Luft, sondern den Druck der gewöhnlichen Luft verwenden würde, was ja leicht geschehen könnte, wenn der Brems-Cylinder leer gemacht werden und auf den Kolben desselben der Druck der atmosphärischen Luft pressen würde. Derlei Bremsen wurden nun thatsächlich gebaut, und erhielten zum Unterschiede von den Bremsen, welche mit comprimirter Luft arbeiten, den Namen Luftsauge-oder auch Vacnumbremsen.

Der Gedanke, den Druck der Atmosphäre für Zwecke des Bremsens zu verwerthen, stammt aus Frankreich, woselbst (1854) derlei Bremsen zuerst durch den Ingenieur Andraut versuchsweise gebaut wurden. Diese Apparate zeigten aber damals recht viele Mängel, und die Sache gerieth in Vergessenheit. Die Ingenieure Dutramblai und Martin griffen (1860), zwar die verlassene Idee wieder auf, doch vermochten sich auch deren Bremsen trotz der Verbesserung, welche sie durch den Engländer Kendall (1864) erfuhren, dennoch nicht zu behaupten. Erst als der Amerikaner Smith (1872) die Sache in die Hand nahm, kam der Stein in’s Rollen; er construirte nämlich Luftsaugebremsen, welche als gefährliche Concurrenten der in Amerika bereits ziemlich stark verbreiteten Luftdruckbremsen auftraten.

Die Art und Weise wie Smith den Druck der Atmosphäre für Bremszwecke verwerthet, kann aus der nachfolgenden Darstellung entnommen werden.

Unter dem Fussboden eines jeden zu bremsenden Wagens ist ein verticaler Cylinder derart angeschraubt, dass dessen oberer Deckel mit dem Boden des Wagens fest verbunden ist. Der Cylinder selbst besteht aus Kautschuk und ist nach Art einer Harmonika zusammendrückbar. Im normalen Zustande ist der hängendeKautschuk-Cylinder in Folge des abwärts ziehenden Gewichtes seines unteren Deckels ausgedehnt. Mit diesem schweren unteren Deckel ist eine Stange fest verbunden, welche ihrerseits mit der Bremswelle in Verbindung steht.

Wird Luft aus dem Kautschuk-Cylinder ausgepumpt, so drückt die äussere Luft den unteren Deckel desselben in die Höhe, hiedurch wird die Stange aufgezogen und die Bremswelle gedreht, so dass die Bremsklötze an das Rad angepresst werden. Für Zwecke des Losbremsens muss das Vacuum (richtiger die Luftverdünnung) im Cylinder vernichtet werden, was durch Einlassen der atmosphärischen Luft in dessen Inneres bewirkt wird. Der schwer belastete untere Deckel des Cylinders sinkt dann vermöge seines Gewichtes abwärts, wodurch sich der Cylinder streckt; die Bremswelle bewegt sich in der entgegengesetzten Richtung, und die Bremsklötze entfernen sich vom Rade.

Würde man auf einem jeden Wagen eine Pumpe aufstellen, welche die Luft im Brems-Cylinder verdünnt, so würde nach Bethätigung der Pumpe das Bremsen des Wagens erfolgen. Zum Betriebe der Pumpe müsste man natürlich auf einem jeden Wagen die erforderliche Kraft im Vorrathe halten müssen, was aber gewiss sehr umständlich wäre.

Um derlei Unzukömmlichkeiten zu begegnen, hat man sämmtliche Brems-Cylinder des Zuges durch Röhren untereinander verbunden, und auf der Locomotive einen Apparat aufgestellt, der die Luftverdünnung sowohl im Hauptrohrstrange, als auch in allen Zweigröhren und allen Brems-Cylindern zu besorgen hat. Da aber eine Pumpe, wenngleich sie auch mit dem Dampf der Locomotive betrieben wird, unsicher und überdies nur langsam wirkt, so brachte Smith an der Locomotive einen Ejector an, wie solche (§. 46) bereits beschrieben wurden. Die Verwendung von Ejectoren an Stelle von Pumpen ist von grosser praktischer Wichtigkeit, weil ein Ejector viel einfacher ist als eine Luftpumpe, und man sich auf ihn sehr gut verlassen kann, da er nie versagt, während dies von Pumpen nicht behauptet werden kann.

Soll gebremst werden, so lässt der Maschinenführer Dampf durch den Ejector strömen. Der mit Vehemenz entweichende Dampf reisst die atmosphärische Luft, welche in den Brems-Cylindern und dem Röhren-System des Zuges enthalten ist, mit sich fort und entleert sie daher zum grossen Theile. Hiedurch entsteht in den Brems-Cylindern ein luftverdünnter Raum (in der Praxis Vacuum genannt), was zur Folge hat, dass die unteren Deckel sämmtlicher Brems-Cylinder durch den Druck der umgebenden Luft in die Höhe getrieben werden, was aber wie bereits erwähnt, das Bremsen der Räder zur Folge hat. Damit die Kautschuk-Cylinder durch den Druck der Atmosphäre nicht deformirt werden, wurden in das Innere derselben Metallringe in der Weise gelegt, dass die einzelnen Ringe einander wohl näher rücken, nicht aber seitwärts ausweichen können. Bei all’ ihren Vortheilen besitzt die Smitli sehe Bremse den grossen Nachtheil, dass die Elasticität des Kautschuk-Cylinders mit den Schwankungen der Temperatur sich ändert, und dass derlei Cylinder einer verhältnissmässig raschen Abnützung unterliegen.

§. 125.

¹

   Schweizerische Bauzeitung, II. Bd. 1883, pag. 110.

²

²)    Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1886, pag. 57.

Die Hardy-Bremse.

Im vorhergehenden Paragraphe wurde der Uebelstände gedacht, welche Smith’s Construction der Luftsaugebremse anhaften. Die Erkenntniss derselben führte (1876) den Werkstätten-Chef der österr. Südbahn, Herrn G. Hardy, auf den Gedanken, den Kautschuk-Cylinder gänzlich aufzulassen

und ihn durch zwei mit ihren Hohlräumen übereinander gestülpte und miteinander verschraubte Schalen aus Gusseisen zu ersetzen, welche zwischen sich eine Membrane c aus Leder fassen, die entsprechend beschlagen, vermittelst der Bremsstange d mit der Bremswelle des Wagens in Verbindung steht.

Der obere Raum A, der durch das Uebereinanderstürzen der gusseisernen Schalen aa,bb gebildeten TrommeUBrems-trommel) steht mittelst der Oeffnung / mit dem Ejector in Verbindung, während in den unteren Raum B die atmosphärische Luft freien Zutritt hat.

Figur 19.

Wird Dampf durch den Ejector getrieben, so wird im Raume A die Luft verdünnt (das Vacuum hergestellt), wodurch die Atmosphäre einen Ueberdruck erhält, so dass die Ledermembrane c nach aufwärts gestülpt wird. Hiedurch wird aber die Bremsstange d in die Höhe gezogen, die Bremswelle gedreht, der Wagen also gebremst.

cm

Barometerdruck statt 76cm, wie es im

Die Grösse des Vacuums oder richtiger, der Grad der Luftverdünnung beträgt unter normalen Umständen, d. i. bei einer Dampfspannung von 6 Atmosphären im Kessel, 16 Freien der Fall ist. Die Maximalhöhe der Luftverdünnung beträgt bei einer Dampfspannung von 9 Atmosphären 6cm.

Soll losgebremst werden, so braucht man nichts weiter zu thun, als in den oberen Raum A der Bremstrommel atmosphärische Luft einzulassen. Hiedurch wird auf beiden Seiten der Leder-Membrane ein gleicher Druck, nämlich der Druck der Atmosphäre hergestellt und die schwer belastete Membrane sinkt in Folge ihres eigenen Gewichtes in ihre ursprüngliche Lage wieder zurück, wodurch die Bremswelle nach rückwärts gedreht wird.

Die beschriebenen Verbesserungen, welche Hardy an Smith’s Bremse machte, sind von grosser praktischer Wichtigkeit, wie dies schon daraus zu entnehmen ist, dass Smith’s Bremsen seit 1879 nicht mehr gebaut werden.

Die Luftsaugebremse von Hardy besitzt die Eigenschaft, dass bei ihr der Klotzdruck sehr genau regulirt, und was wichtig ist, jeden Augenblick gemessen werden kann, sowie dass der Maschinenführer stets Ivenntniss hat von dem Zustande, in welchem sich die ganze Bremsvorrichtung des Zuges augenblicklich befindet. Der Druck auf die Bremsklötze ist nämlich bei dieser Bremse eine Function des Grades der Luftverdünnung, oder wie man in der Praxis zu sagen pflegt, er hängt von der Grösse des Vacuums ab.

Wird in den Ejector mehr Dampf eingelassen, so ist die saugende Wirkung desselben grösser, die Luft wird im Brems-Cylinder stärker verdünnt, die atmosphärische Luft findet einen geringen Gegendruck, die Bremwirkung wird energischer.

Da nun der Zufluss des Dampfes zum Ejector durch eine Klappe regulirt und die Stärke der Luftverdünnung an einem auf der Locomotive aufgestellten Manometer abgelesen werden kann, so ist der Maschinführer

über die Grösse des Klotzdruckes, welchen er gerade anwendet, in steter Kenntniss.

Aus der nachstehenden Tabelle¹) ist die Grösse des Bremsdruckes zu entnehmen, wie sie in der Praxis bei den üblichen Verdünnungsgraden angewendet wird:

Druck der Luft in Kilogramm pro Quadrat-Cent.

Klotzdruck in Kilogramm

Locomotive

Tender

Wagen

OT3

0-26

0-33

0-39

0-46

0-53

0-59

0-66

0-72

3804

7607

9505

11410

13312

15213

17116

19017

20918

4715

9430

11788

14145

16503

18860

21218

23575

25933

2390 4780 5975 7170 8365 9560 10755 11950 ■ 13145

Ein anderes Mittel der Regulirung des Klotzdruckes besteht darin, dass man durch Aufdrehen eines Hahnes Luft in die Röhrenleitung ein-treten, also die Bremswirkung abschwächen kann. Dieses Mittel der Regulirung ist sehr bequem und wird auch desshalb seitens der Maschin-führer weit öfter angewendet, als das Durchlässen des Dampfes durch den Ejector, welche Operation eine Verstärkung des Klotzdruckes zur Folge hat.

Damit der Maschinführer jeden Augenblick in Kenntniss ist, in was für einem Zustande die Luftsaugebremse sich befindet, erzeugt Hardy durch einen besonderen, ganz kleinen Ejector (Tel-Tale-Ejector), in welchen Dampf permanent einströmt, ein sehr schwaches, aber continuirlich andauerndes Vacuum, d. h. eine so geringe Luftverdünnung, dass hiedurch die Bremsklötze nicht bewegt werden können. Der Grad dieser Luftverdünnung kann aus dem sogenannten Vacuummesser, welcher gleichfalls an der Maschine angebracht ist, abgelesen werden, gleichviel ob gebremst wird oder nicht. Da aber dieser Verdünnungsgrad ein directes Maass für die Dichte der Rohrleitung ist, so kann er für den Grad der Dienstfähigkeit der Vacuumbremse ein untrügliches Maass abgeben.

Der Tel-Tale-Vacuum-Meter wird an der Führerhauswand so befestigt, dass der Führer ihn vor Augen hat. Wenn an der Bremsvorrichtung alles in Ordnung ist, so zeigt der Tel-Tale-Apparat eine weisse Scheibe; sind Undichtigkeiten vorhanden in dem Maasse, dass der kleine Ejector sie nicht überwinden kann, so erscheint eine rothe Tafel. Der Führer kann dann den grossen Ejector ansetzen und beurtheilen, ob die Bremse diensttauglich ist.

Die Anwendung dieses Apparates ist keine Nothwendigkeit. und nicht alle Bahnen verwenden denselben, so z. B. die Berliner Stadtbahn nicht. In England dagegen wird derselbe sehr geschätzt, auch die dänischen Staatsbahnen haben den Anzeige-Apparat aufstellen lassen, ferner die Chemin de fer du Nord, die rumänischen Bahnen, die österr. Nordbahn, die Strada ferrata adriatica etc.²)

Es soll hier noch der eigenthümlichen Einrichtung gedacht werden, welche in jüngster Zeit (1884) an den Luftsaugebremsen angebracht wurde, nämlich des sogenannten Einschaltungs -Ventiles.

*) Grimm. Automatische und einfache Vacuumbremse, Berlin 1883, pag. 22.

²) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1886, pag. 136.

Die Maschinen-Direction der österr. Nordwestbahn¹) hat nämlich in die Luftrohrleitung ihrer Saugebremsen ein Ventil eingeschaltet, dessen Handhabung dem Locomotivführer jederzeit gestattet, die Locomotivräder nur dann zu bremsen, wenn deren Hemmung gewünscht wird. Diese Einführung hat das Gute, dass in Fällen der Gefahr das Maximum der zur Verfügung stehenden Bremswirkung, also auch das Adhäsionsgewicht der Locomotive zur Verwendung gelangen kann, ohne den Nachtheil, welchen ein öfteres Bremsen der Locomotivräder hervorbringt, mit in Kauf nehmen zu müssen.

CJayton in England hat (1881) die Luftsaugebremse dadurch verbessert, dass er den Kolben im Cylinder auf eine höchst einfache Weise gut gedichtet hat. Diese Dichtung wird durch einen Kautschukring hergestellt, welcher mit dem Kolben nicht auf- und abgeht, sondern im Cylinder an einem und demselben Orte verbleibend, sich auf dem Kolben abrollt.

Die auf diese Weise erzeugte Dichtung ist eine wahrhaft überraschende. CJayton s Bremse arbeitet mit einer Luftverdünnung, welche einer Quecksilbersäule von nur 16 — 6cmHöhe entspricht, während der Normal Barometerstand 76cm beträgt. Der Druck auf den Kolben beträgt sonach

HS

0-92

= 0’78, im letzteren hingegen

des Atmosphären-Druckes im ersten Falle also 0‘78k°, im zweiten dagegen 0'92ks pro Quadrat-Centimeter des Kolben-Querschnittes.

Ein kleines Kugel-Ventil am unteren Theile des gusseisernen Cylinders vermittelt die Communication der Rohrleitung mit dem Vacuum-Reservoire. Soll die Bremse in Thätigkeit treten, so wird Luft eingelassen, das Ventil schliesst die Oeffnung nach dem Reservoire und der Kolben wird durch den atmosphärischen Druck gehoben. Soll die Bremse frei werden, so wird das Vacuum in der Leitung neu erzeugt, die Kugel legt sich zurück und das Vacuum ist wieder unterhalb des Kolbens da.

im ersten Falle

In der Absicht, die Stopfbüchse gänzlich zu umgehen, construirte Raines Bremsen, welche sich von den übrigen Saugebremsen dadurch unterscheiden, dass eine Luftverdünnung im Cylinder erst dann hervorgebracht wird, wenn gebremst werden soll, während sonst die Bremskraft durch Zulassung von Luft auf einer Seite des vorher entleerten Brems-Cylinders hervorgerufen wird. Die Brems-Cylinder bedürfen daher keiner Stopfbüchsen, sondern nur einer einfachen Biegeplatte, haben dagegen ein Ventil, welches bei Verwendung der Luftverdünnung in der Hauptleitung die Luft hinter der Biegeplatte in den entleerten Hilfsbehälter entweichen lässt.

§. 126.

Wirkung der Luftsaugebremsen.

Die Ansicht, dass pneumatische Bremsen, sei es nun Luftdruck- oder Luftsaugebremsen in ihrer Wirkung viel stärker sind, als andere Maschinenbremsen, ist sehr verbreitet, ich möchte sagen eingewurzelt, und doch ist sie vollständig irrig.

Die pneumatische Bremse ist durchaus nicht stärker als irgend eine andere Maschinenbremse, denn sie unterscheidet sich von anderen Bremsen nur dadurch, dass der zum Bremsen erforderliche Klotzdruck durch die Pressung von Luft erzeugt wird, während dieser Druck bei anderen Brems-

Constructionen auf eine andere Weise erzeugt wird. Die pneumatische Presse erzeugt nicht mehr Klotzdruck (sie presst die Bremsklötze nicht stärker an die Räder), als andere Maschinenbremsen; sie bewirkt nur, dass die Bremsklötze schneller an die Radkränze angepresst werden, als dies bei den anderen Maschinenbremsen der Fall ist.

Um die Schnelligkeit der Luftsaugebremsen zu prüfen, d. h. um die Zeit zu messen, welche von dem Augenblicke verfliesst, in welchem die Bremsvorrichtung bethätiget wird, bis zum Augenblicke, in welchem die Bremswirkung eintritt, wurden wiederholt und zu verschiedenen Zeiten Versuche angestellt, und ist deren Zahl gegenwärtig eine recht bedeutende.

Die jüngsten von derlei Experimenten sind jene, welche Capitän Dnglas Gallon, in den Werkstätten der Firma Greshem 8c Eraven in Manchester¹) durchgeführt hatte (1899). Diese Versuche ergaben, dass die Bremsklötze des:

10. Wagens im Zuge zum Anliegen kommen ⁷/io Secunden

Ol L CO IO

))

111 1 12

co co to

))

)) nach der Drehung des Ejector-Handgriffes.

Versuche, welche (1885) auf der Gotthardbahn angestellt wurden, lehren, dass der Zeitaufwand zum Lösen der Luftsaugebremsen je nach der Grösse des Ejectors, schwankt. So fand man beispielsweise, dass bei 9 Atmosphären Dampfdruck der grosse Ejector losbremst in 57s, der kleine dagegen in 17 7a Secunden.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse einiger Versuche derselben Eisenbahn angeführt, welche Körting’s Bremse betreffen²):

Horizontale Bahn

Fahrgeschwindigkeit in Kilometern pro Stunde

Gewicht der gebremsten Last

in Procent des Zugsgewichtes

Bremsdauer

Bremsweg

in

in

Secunden

Metern

Durch das Bremsen er-zeugterWider-stand in Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht

Verzögerung der Bewegung in Metern pro Secunde

396

38

16-5

116

95

0-85

48-4

41

17-0

126

96

0-86

54-8

49

20-0

176

98

0-88

58'6

49

19-0

197

122

1-09

57-0

49

16-5

160

134

1-20

60-0

47

16-0

188

165

1-47

Die Verzögerung der Bewegung, welche durch das Bremsen des Zuges

entstand, wurde aus der Gleichung s =— • p t² berechnet, in welcher s den

Bremsweg in Meter, t die Bremsdauer in Secunden bezeichnet. Der durch das Bremsen erzeugte Widerstand beträgt, da die Masse einer Tonne des Zugsgewichtes (pag. 90) 112 ist, 112 . p Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht.

ł) Oesterreichische Eisenbahnzeitung, 1889, pag. 283.

²) Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, Heft 213, pag. 170.

Ein weiterer Irrthum, dem man häufig begegnet, ist der, dass man glaubt, ein grösserer Luftdruck erzeugt bei den Bremsen eine grössere Bremswirkung, dass also Luftdruckbremsen nothwendig stärker sein müssen, als Luftsaugebremsen.

Dass diese Ansicht unbegründet ist, erhellt sofort, sobald erwogen wird, dass der zum Bremsen eines Wagens erforderliche Klotzdruck ein fixer ist (§. 101), es daher gleichgiltig ist, ob er durch den Druck com-primirter Luft, oder durch den der Atmosphäre hervorgebracht wird, es kommt vielmehr einzig und allein darauf hinaus, dass er hervorgebracht wird. Dies geschieht aber thatsächlich sowohl durch die Luftverdichtung als auch durch Luftverdünnung, denn die Bremskraft eines Saugbremse-Cylinders ist dieselbe, wie jene eines Luftdruckbremse-Cylinders, sobald nur der Druck auf den Kolben dieselbe Grösse hat. Versuche¹) ergaben, dass ein Westing-house-Cylinder von 1 Ol5cm Radius bei 4 Atmosphären Spannung das Bremsgestänge mit einer Kraft von 1367‘6kg spannt, während ein Sauge-Cylinder von 22'85cm Radius bei einer Luftpressung von 08 Atmosphäre dasselbe Gestänge mit einer Kraft von 1375'3kg spannt. Der Unterschied besteht nur in der Grösse der Cylinder. Die Sauge-Cylinder müssen eben doppelt so gross und noch grösser gemacht werden, wenn man denselben Effect erreichen will.

§. 127.

Vorzüge der Luftsaugebremsen.

Die Luftsaugebremsen besitzen den nicht hoch genug anzuschlagenden Vorzug vor den Luftdruckbremsen, dass sie mit einem niederen Druck (gewöhnlich ³U Atmosphäre) dasselbe erreichen, was bei Luftdruckbremsen durch einen hohen Druck (gewöhnlich 4 — 5 Atmosphären) erzielbar ist.

Bei Anwendung eines niederen Druckes leiden aber die Kuppelungsschläuche weit weniger, als dies bei einem hohen Drucke der Fall ist, und ist ein Zerspringen derselben bei Luftsaugebremsen gar nicht möglich. Hiermit soll nicht gesagt werden, dass die Schläuche der Luftsaugebremsen niemals undicht werden können, im Gegentheile, die Schläuche leiden auch bei den Luftsaugebremsen an derlei Gebrechen, doch sind bei derlei Bremsen die Undichtigkeiten für die Bremswirkung von keinem allzugrossen Nachtheile, da durch Versuche²) erwiesen wurde, dass Luftsaugebremsen selbst dann noch ziemlich kräftig wirken, wenn die Rohrleitung defect ist, ja selbst in diesem Falle, wenn sie am letzten Wagen ganz offen ist.

Uebrigens lassen sich bei Luftsaugebremsen die Undichtigkeiten weit leichter beheben, als bei Luftdruckbremsen, weil bei ersteren die Spannung nur einen Bruchtheil des Atmosphärendruckes ausmacht, während sie bei Luftdruckbremsen den Atmosphärendruck vielfach übersteigt.

Die Möglichkeit, mit einem niederen Drucke dieselbe Wirkung zu erzielen, wie mit einen starken, wird freilich auf Kosten der Grösse, also mittelbar auf Kosten des Gewichtes der Brems-Apparate erzielt, doch ist dieser Umstand für die Praxis von keiner besonderen Bedeutung, weil man

!) Hardy. Continuirliche Bremsen, Wien 1886, pag. 13.

'-) Hardy. Continuirliche Eisenbahnbremsen, Wien 1881, pag. 16.

für die Anbringung der grösseren Cylinder stets Raum unter den Wagen findet, und was die Gewichte anbelangt, so ist der Unterschied so klein gegenüber dem Gewichte des Wagens, dass derselbe gar nicht in Betracht kommt. Das Gewicht des Brems-Apparates pro Wagen beträgt nämlich bei der Westinghouse-Bremse 94, bei der Luftsaugebremse 125ks. Dieser Brems-Apparat der Luftsaugebremse ist also nur um 31ks, d. i. um 0⁻031 Tonnen schwerer als jener einer Luftdruckbremse, dieses Mehrgewicht verschwindet aber gegenüber dem Gewichte eines Personenwagens, welches 7—10 Tonnen beträgt.

Der wesentliche Unterschied der beiden Bremsen liegt darin,¹) dass wir es einerseits bei der Hardy-Bremse mit einer einfachen, vor- und rückwärts gleich frei gangbaren Transmission zu thun haben, welche den Willen des Führers in jeder Richtung unmittelbar überträgt, während anderseits die Westinghouse-Bremse (sowie die Abarten derselben) ein Sperrwerk bildet, dessen Spiel in mehrfacher Hinsicht nicht unmittelbar vom Willen der leitenden Person abhängt.

Diese Betrachtung zeigt zunächst, dass eine Bergbahn, bei welcher das Bremsen auf der Thalfahrt ein Haupt-Erforderniss ist, keine Bremse wählen soll, deren allfälliger Defect sich erst in dem Momente zeigt, wo sie nach unterbrochener Wirkung erst recht kräftig mit erneuter Thätig-keit eingreifen sollte. Die Bremse der Bergbahn muss so beschaffen sein, dass sie bei der Thalfahrt dem stets lauernden Feind, der Schwerkraft, auch nicht einen Augenblick die Zügel schiessen lässt.

Aehnliche Erwägungen mögen wohl Ursache gewesen sein, dass in Australien, nachdem vorher umfangreiche Versuche mit Luftdruck- und Luftsaugebremsen durchgeführt wurden (1886), die Luftsaugebremse zur Einführung gelangte.

Das über diese Versuche herausgegebene amtliche Document hat folgenden Wortlaut:

Vacuum-Bremse 14. Jänner

Art des Versuches

Westinghouse-Bremse 13. Jänner

1.    Auf einem beliebigen Punkt gebremst:

Erforderliche Zeit, um den Zug zum Stehen zu bringen und wieder zu obigem Punkt zurückzufahren *)    ............

2.    Bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 80 Meilen pro Stunde wurde der Zug vollständig zum Stillstände gebracht und die Fahrt wieder fortgesetzt. Zeit im Ganzen³) ......

3.    In der Nähe von Highfields wurde auf einem Gefälle von

1 Inch 60 bis zu 1 Inch 50 plötzlich gebremst, der Zug lief noch⁴)..............................................

4.    Erforderliche Zeit, um die Bremse voll zu laden :

Für Westinghouse 65 Pfund Luftdruck..................

» Vacuum 20 Inch Vacuum............................

50 Secunden

63 Secunden

25

30

239 Fuss

184 Fuss

3 Min. 17 Sec.

40 Secunden

Der Zug mit Westinghouse-Bremse bestand aus 6 Druckgestell-Wagen, Locomotive Nr. 32, Führer: Pringle, Conducteur: Green. — Der Zug mit Vacuumbremse bestand aus 6 Druckgestell-Wagen, Locomotive Nr. 31, Führer: Sparron, Conducteur: Hall.

') Stocker. Schweizerische Bauzeitung, 1886, Bd. VII, Nr. 15, pag. 94.

²)    Die Geschwindigkeit der Züge war: bei Westinghouse 31 Meilen pro Stunde, bei Vacuum 33 Meilen pro Stunde.

³)    Der Zug mit der Vacuumbremse würde die Fahrt um einige Secunden früher wieder begonnen haben, doch war die Locomotive gerade auf einem todten Punkt.

⁴)    Der Zug mit der Vacuumbremse hatte, wie vermuthet wird, eine etwas geringere Geschwindigkeit, wie der mit der Westinghouse-Bremse, und das Gefälle war geringfügig leichter.

§. 128.

Automatisch wirkende Luftsaugebremsen.

Man glaubte anfänglich den Luftdruckbremsen schon desshalb einen Vorzug vor den Luftsaugebremsen einräumen zu müssen, weil erstere beim Zerreissen der Kuppelung in Folge Austrittes der comprimirten Luft in Thätigkeit kommen, also automatisch wirken, während eine derartige Functio-nirung bei Luftsaugebremsen ausgeschlossen war.

Den Bestrebungen, diesen Vortheil auch den Luftsaugebremsen zukommen zu lassen, haben wir die Existenz der automatisch wirkenden Luftsaugebremsen zu verdanken und verdienen hier die Brems-Constructionen von

Hardy, Sanders, Clayton und Körting einer besonderen Beachtung.

Bei derlei Bremsen erfolgt die Hemmung des Zuges nicht mehr dadurch, dass in der Rohrleitung erst dann ein luftverdünnter Raum hergestellt wird, wenn gebremst werden soll, sondern dadurch, dass man einen luftverdünnten Raum im Röhrenzuge und in den Brems-Cylindern permanent erhält, und durch Vernichtung desselben die Bremsen in Thätigkeit setzt. Diese Vernichtung erfolgt aber einfach durch Einlassen freier Luft in das Röhren-System.

Um das Bremsen durch Einführung der freien Luft in die Rohrleitung zu ermöglichen, wurde unter den einzelnen Wagen ausser dem Brems-Cylinder noch ein besonderes Vacuum-Reservoire angebracht. Unter dem ganzen Zug hindurch geht eine Rohrleitung, welche mit den Brems-Cylindern durch kleine Zweigrohre in Verbindung steht. Die Rohrleitung ist am Ende des Zuges geschlossen, steht aber vorne an der Locomotive mit dem Ejector in Verbindung, mit dessen Hilfe in der Rohrleitung und in den Brems-Cylindern, und zwar zu beiden Seiten des Kolbens eine Luftverdünnung (Vacuum) hergestellt werden kann.

Wenn die Bremsen in Thätigkeit treten sollen, so wird das Vacuum in der Rohrleitung, und zwar nur auf der einen Seite des Kolbens vernichtet. Durch den auf diese Weise entstehenden Ueberdruck der Atmosphäre auf der einen Seite des Kolbens wird die Bremse in Thätigkeit gesetzt. Soll also gebremst werden, so wird durch Oeffnen einer Luftklappe Luft in das Hauptrohr eingelassen, und es ist dann auf der einen Seite des Kolbens atmosphärische Pressung, auf der anderen Seite hingegen ein Vacuum vorhanden.

Bei jeder automatischen Bremse, mag sie eine Sauge- oder Druckbremse sein, muss während der Fahrt im Brems-Apparate ein gewisser Zustand constant erhalten werden: der Luftdruck oder die Luftverdünnung. Durch das Aufheben dieses Zustandes erfolgt das Bremsen. Bei der einfachen, nicht automatischen Bremse befindet sich dagegen während der Fahrt Alles im zwanglosen Zustande. Erst wenn gebremst werden soll, wird der nothwendige künstliche Zustand (^Luftdruck oder Luftverdünnung) erzeugt.

Diese Verhältnisse haben zur nothwendigen Folge, dass die automatischen Bremsen stets complicirter sein müssen, als die nichtautomatischen.

Für die Verwendung der automatischen Bremsen spricht der Umstand, dass derlei Bremsen beim Reissen des Zuges ohne Mithilfe des Zugspersonales selbstthätig in Action treten und daher geeignet sind, Unglücksfälle, wenn schon nicht ganz zu verhüten, so doch zu mildern.

Das Unglück, welches bei Armagh in Amerika am 8. Juli 1889 sich ereignete, wobei 78 Reisende getödtet und 260 mehr oder minder verletzt worden sind, wird als ein sprechender Beweis für die Nothwendigkeit der Einführung von Bremsen angesehen, welche selbstthätig in Action treten können.

Die Umstände des schrecklichen

waren folgende : Am 12. Juni fuhr ein schwer beladener Vergnügungszug der Kinder der Sonntagsschule und deren Angehörigen von Armagh. Der Zug bestand aus Maschine, Tender und 15 Wagen einschliesslich eines Brems-Abtheils hinter dem Tender und eines Bremswagens am Schluss des Zuges. Der Zug war mit der nicht selbstthätig wirkenden durchgehenden Luftsaugebremse durchweg ausgerüstet und sollte um 10 Uhr Vormittags von Armagh nach Warrenpoint fahren; es gelang demselben nicht, den Gipfel einer auf dieser Strecke befindlichen Steigung zu erreichen. Es wurde daher der Zug zwischen dem fünften und sechsten Wagen von der Maschine abgetheilt, um es der Locomotive möglich zu machen, ihn in zwei Hälften über den höchsten Punkt zu holen. Aber die losgehängten letzten zehn Wagen, welche nicht hinreichend festgestellt waren, begannen bergab nach Armagh zurückzulaufen und trafen im schnellsten Lauf ungefähr 2'5 Kilometer von der Stelle, wo sie ihren Rücklauf begannen, den gewöhnlichen Personenzug, welcher Armagh um 10 Uhr 35 Minuten verlässt, und welcher 20 Minuten nach dem Vergnügungszug abgefahren war. Derselbe bemerkte die kommenden Wagen und bremste, doch erfolgte der Zusammenstoss, als er noch etwa 8 Kilometer Geschwindigkeit in der Stunde hatte. Die Wirkung war eine furchtbare. Die drei letzten

Wagen des Vergnügungszuges wurden völlig zersplittert, ihreTheile wurden zum grösstenTheile zur Rechten ihrer Bewegungsrichtung über eine Böschung von 15 Metern hinuntergeworfen. Die Maschine des Personenzuges, welcher ausser Maschine und Tender aus einem Gepäckswagen, Bremswagen, drei Wagen und einem Bremswagen III. Classe bestand, und mit derselben durchgehenden, nicht selbst wirkenden Luftsaugebremsen versehen war, wurde vom Tender abgerissen und auf die andere Seite geworfen. Die hinteren fünf Wagen rissen vom Gepäckswagen ab, liefen nun gleichfalls im Gefälle bergab und wurden von dem Bremser im letzten Wagen durch Anziehen seiner Handbremse zum Stehen gebracht, nachdem sie etwa 400 Meter gelaufen waren. Der Tender mit dem Gepäckswagen folgte ihnen, wurde aber von dem Führer ein paar Wagenlängen vor den fünf Wagen durch Anziehen der betriebsfähig gebliebenen Tenderbremse zum Stehen gebracht.

Dieser schreckliche Zusammenstoss würde nach aller .menschlichen Voraussicht verhindert

worden sein, wenn der Zug mit einer selbstthätig wirkenden durchgehenden Bremse ausgerüstet gewesen wäre,- anstatt der vorhandenen nicht selbstthätigen. Wäre dies geschehen, so würde bei der Zugtheilung die Bremse sich selbstthätig angelegt haben und die abgehängten Wagen würden unbeweglich stehen geblieben sein, unabhängig von jedem Stoss, welchen sie beim Zurückdrücken von der Maschine erhalten konnten.¹)

Wenngleich dieser Unfall für die automatische Bremse spricht, so darf doch anderseits nicht verschwiegen werden, dass auch Unglücksfälle eben desshalb entstanden sind, weil beim Zuge automatische Bremsen sich befanden, die selbstthätig zur Unrechten Zeit in Action traten.

Als Beleg für das Gesagte möge der Unfall dienen, welcher am 7. Jänner 1886 in der Nähe von London sich zugetragen hat, und über welchen der nachstehende Bericht erstattet wurde.²)

- »Abends 5 Uhr verliess der Expresszug Xonvich, die Liverpoolstreet-Station (bei London), fahrplanmässig, ebenso der Personenzug nach Ramford dieselbe Station, aber 3 Minuten später. Sobald der Norwich-Zug die Station Monarpark passirt hatte, platzte ein Rohr der Westinghouse-Luftdruckbremse, diese trat automatisch in Thätigkeit und der Zug wurde auf offener Strecke zum Stillstände gebracht. Der Locomotivftihrer des 3 Minuten später nachfolgenden Zuges konnte wegen Nebel den auf offener Strecke durch unzeitiges Bremsen der Luftdruckbremse zum Stillstände gebrachten Expresszug nicht bemerken, und als dies geschah, war es bereits zu spät; trotz Anwendung der Bremse konnte er den Zusammenstoss nicht verhindern. Der letzte Wagen des ersten Zuges wurde total zertrümmert und der zweitletzte beschädigt, während die Locomotive des zweiten Zuges entgleiste. Leider sind bei diesem Zustammenstosse 10 Passagiere des ersten Zuges, sowie der Locomotivführer und Heizer des zweiten Zuges schwer verwundet worden.«

J) Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, Berlin 1889, pag. 984. -) Oesterreichische Eisenbahnzeitung, Wien 1886, pag. 64.

30

Desgleichen darf nicht unerwähnt gelassen werden, dass die automatischen Bremsen, ob ihrer complicirten Bauart weit öfter versagen, als die nicht automatischen.

So weist beispielsweise der Bericht des englischen Handelsamtes (Board of Trade) für den ersten Semester des Jahres 1887 aus, dass bei automatischen Luftsaugebremsen eine Versagung schon nach Durchlauf eines Weges von 102.000 englischen Meilen eintrat, während bei nicht automatischen Lufsaugebremsen ein Versagungsfall erst nach Durchlauf von 162.000 englischen Meilen sich ereignet hatte.

dass die automatische

Mit Hinblick auf das Gesagte scheint es Bremse vor der einfachen Zusammenhangbremse nichts voraus hat, während es ausser allem Zweifel steht, dass die selbstthätige Bremse im regelmässigen Betriebe, was die sichere Functionirung und leichtere Instandhaltung anbetrifft, der einfachen Zusammenhangbremse entschieden nachsteht.

Auch muss bemerkt werden, dass automatische Bremsen zur Führung von Zügen in langen ununterbrochenen Gefällen sich nicht gut eignen, weil man bei ihnen nicht im Stande ist, einen so grossen Vorrath an Kraft aufgespeichert zu erhalten, als erforderlich ist, um den thalabwärts rollenden Zug während seiner lang andauernden Fahrt mit der nöthigen Bremskraft continuirlich zu versehen (pag. 453).

Die Unzulässigkeit der Verwendung automatisch wirkender Luftbremsen führt uns Ingenieur Grimml) recht drastisch vor die Augen, indem er sagt:

»Ich will dem, der es nicht glaubt, nicht wünschen, einen Luftdruckzug auf langen Gefällen zu fahren. Wenn Jemand es wagte, einen Carpenter-Zug am Brenner thalwärts zu führen, der wäre auf ewig curirt. Wenn der Zug, seiner Gewalt entzogen, bergab sauste, würde er nie wieder von einer automatischen Luftdruckbremse reden.« Mit der einfachen (nicht automatischen) Hardy-Bremse bedient man dort die Züge bekanntlich spielend. Dies sind wohl die Gründe, warum die einfache (nicht automatische) Saugebremse heute noch am Semmering und Brenner, sowie auch am Gotthard in so hohem Ansehen steht und vom Personale als eine wahre Wohlthat gepriesen wird.

Indessen muss bemerkt werden, dass man in neuerer Zeit (1886) automatische Luftbremsen mit Vorrichtungen versehen hat, welche es gestatten, derlei Bremsen zu jeder Zeit als nicht automatische Apparate zu gebrauchen, und dass Clayton’s Saugebremse als Vorbild für derlei Con-structionen dienen kann.

Ohne ein Urtheil fällen zu wollen, was zweckmässiger sei, einfache oder automatische Bremsen, möge ein Punkt erwähnt werden, der bei Beurtheilung der Sachlage nicht ausser Acht gelassen werden darf.

Bei dem Bestreben der letzten Jahre nach Erhöhung der Sicherheit der Züge, durch Zuthaten an der Einrichtung der Locomotive, durch Inanspruchnahme derselben für Zwecke der Beheizung, Beleuchtung, Signali-sirung etc. wird nach der Grenze der Leistungsfähigkeit des Locomotiv-personales nicht gefragt.

’) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, pag. 136.

Auf der Strecke gibt es stets grössere Leistungen zu bewältigen, in Vermehrung und Verstärkung der Züge; eine Menge neuer Signale steigert die Aufmerksamkeit nach Aussen und auf dem Führerstand erwächst successive ein Labyrinth von Hähnen, Ventilen, Hebeln und Griffen. Auf einer stark frequentirten Bergbahn culminiren diese Verhältnisse. Mit einem com-plicirten Brems-Apparat würde man die Aufgabe des Führers in einer Weise erschweren, dass die erhöhte Sicherheit der Bremse durch die grössere Unsicherheit der Manipulationen des Führers wieder aufgehoben würde.¹)

§. 129.

Werth der pneumatischen Bremsen.

Um zu zeigen, welchen Werth pneumatische Bremsen haben, soll im Folgenden sowohl eine Luftdruck- als auch eine Luftsaugebremse, berechnet werden.

Beide Bremsen sind dazu bestimmt, einen Wagen von 14 Tonnen Gewicht derart zu bremsen, dass dessen volles Gewicht für Bremszwecke verwerthbar werde (§. 99). Die Luftdruckbremse soll mit einem Drucke von 5 Atmosphären, die Luftsaugebremse hingegen mit einem Drucke von */2 Atmosphäre arbeiten.

Da der zu bremsende Wagen 14 Tonnen wiegt und mit eisernen Bremsklötzen versehen ist, so muss auf die Bremsklötze desselben ein Druck von 0'9 X 14=12 Tonnen ausgeübt werden (§. 101). Beträgt das Hebelübersetzungs-Verhältniss der Bremse V₁₀, so genügt es, wenn auf den Kolben ein Druck von 1 2 X 'Ao = 1'2 Tonnen = 1 200k» ausgeübt werde.

Beträgt der Querschnitt der zu bauenden Liiftdrnckbi'emse z Quadrat-Centimeter, so steht der Kolben unter einem Drucke von 5 2 Kilogramm. Man hat sonach die Gleichung 5z= 1200, aus welcher z = 240cmi sich ergibt. Dieser Querschnittsfläche entspricht aber ein Halbmesser von r = 9cm. Werden für einen jeden zu bremsenden Wagen zwei Brems-Cylinder angewendet, so genügen sonach Cylinder vom Halbmesser r = 4'5cra.

Was die Saugebremse anbelangt, so schliesst man aus dem Umstande, dass, da sie dieselbe Wirkung bei V* Atmosphäre Druck hervorbringen soll, wie die Luftdruckbremse bei 5 Atmosphären, deren Brems-Cylinder beiweitem grösser ausfallen müssen, als dies bei der soeben berechneten Luftdruckbremse der Fall war. Man nimmt an, dass von dem Vacuum, welches der Ejector ansagt, gewöhnlich 20 Procent verloren gehen, so dass man für Zwecke der Berechnung des Druckes auf den Kolben nicht jenen Druck nimmt, welcher dem durch den Ejector angezeigten Volumen entspricht, sondern nur 80% dieses Druckes. Würde beispielsweise der Ejector eine Verdünnung zeigen, welche % des Druckes einer Atmosphäre, also einem Drucke von 7₂ Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Querschnitt entspricht, so darf man nicht diesen Druck der Berechnung der Bremse zu Grunde legen, sondern nur einen Druck von 0’8 XV2 = 0⁻4, oder sagen wir einen Druck von 73 Kilogramm pro Quadrat-Centimeter.

') Stocker. Schweizerische Bauzeitung, 1886, Bd. VII, Nr. 15, pag. 95.

30*

Die Totalpressung auf den Brems-Cylinder, welche die atmosphärische Luft zu leisten hat, beträgt auch hier, wie im vorigen Falle 1200 Kilogramm, oder, wenn zwei Cylinder angewendet werden, 600 Kilogramm pro Cylinder, sobald keinerlei Reibungen berücksichtigt werden.

Veranschlagt man das Gewicht der beschlagenen Ledermembrane einer Hardy’schen Bremstrommel auf 25 Kilogramm, die Grösse der zu überwindenden Reibung gleichfalls auf 25 Kilogramm, so hat die atmosphärische Luft einen Druck von 600 + 25 -j- 25 = 650ks auf den Querschnitt der Bremstrommel auszuüben. Beträgt dieser Querschnitt « Quadrat-Centimeter, so ist, da die atmosphärische Luft eine Pressung von nur Vs Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolbenfläche ausübt, Vs . z der Druck der Atmosphäre auf die Kolbenfläche. Es besteht demnach die Gleichung:

- = 650, welche für den Trommelquerschnitt z die Grösse: z = 1950cnv

ergibt. Diesem Querschnitte entspricht ein Halbmesser von etwas mehr als r = 25cm. Man ersieht sonach, dass der Halbmesser jeder der beiden unter einem Personenwagen anzubringenden Bremstrommeln der Saugebremsen circa 5 V2 mal grösser ausfällt, als der Kolbenhalbmesser der Brems-Cylinder bei Luftdruckbremsen, sobald beide Bremsen gleich stark wirken sollen. Als Vortheile der pneumatischen Bremsen gegenüber den anderen conti-nuirlichen Bremsen sind anzuführen :

1.    Als Bremskraft dient die Luft, also ein elastisches Medium, welches stets und in genügender Menge vorhanden ist, und dessen Kraft regulirbar ist.

2.    Pneumatische Bremsen treten sehr schnell in Action, was bei Unfällen von ausserordentlicher Wichtigkeit ist.

3.    Die Manipulation der Bremsen ist äusserst einfach, ja sie ist die denkbar einfachste.

4.    Alle Bremsklötze des Zuges werden an die Räder gleich stark angepresst, was energische Bremswirkung, eine Schonung der Radreifen und ein sanftes Bremsen zur Folge hat.

Diesen eminenten Vortheilen, welche die pneumatischen Bremsen vor den übrigen continuirlichen Bremsen auszeichnen, stehen aber Nachtheile entgegen, welche gleichfalls aufgeführt sein müssen. Es sind dies die folgenden :

1.    Die Möglichkeit des Bremsens ist eine Function der Locomotive. Befindet sich diese nicht beim Zuge, so ist ein Bremsen unmöglich. Sinkt die Spannung des Dampfes bedeutend, so ist ein wirksames und schnelles Bremsen unthunlich.

2.    Pneumatische Bremsen erfordern eine sorgfältige Instandhaltung; namentlich bezieht sich dieses auf Luftdruckbremsen, bei welchen selbst kleine Defecte die Bremswirkung beeinträchtigen.

3.    Werden ungeheizte Locomotive transportirt, so ist deren Bremsung unthunlich.

Bilancirt man die Vortheile mit dem Nachtheilen, so gelangt man zur Ueberzeugung, dass pneumatische Bremsen ganz ausserordentlich vorzügliche Vorrichtungen sind, denen die Zukunft zweifellos gehört; denn sie

fördern nicht nur die Schnelligkeit, sondern auch die Sicherheit der Fahrt in einem hohen Grade, und diesem Umstande ist der rasche Fortschritt zuzuschreiben, welches die durchgehenden Bremsen sich zu erfreuen haben.

Aus den Berichten des englischen Handelsamtes (Board of Trade) hat nämlich Hasvell in Wien, die nachstehende Tabelle zusammengestellt, aus welcher zu ersehen, dass im Jahre 1888 94 Procent der in England laufenden Locomotiven und 91 der Personenwagen mit durchgehenden Bremsen versehen waren.

Es waren in England mit pneumatischen Bremsen eingerichtet gewesen

in Procent

im Jahre

Locomotiven

der

Gesammt-

zahl

Wagen

in Procent der

Gesammt-

zahl

1881

2002

39

1882

2773

51

1883

3478

60

1884

1885

4297

5212

67

75

1886

6613

89

1887

7790

92

1888

8417

94

21431 27819 32685 37196 40852 43238 45668’ 47703

48

61

69

76

79

83

86

91

§. 130.

Vermittlungsbremsen.

Der Umstand, dass einige Bahnen Luftdruckbremsen, die anderen hingegen Luftsaugebremsen bei sich eingeführt haben, hat zur Folge, dass einzelne Wagen, ja selbst ganze Züge, welche auf fremde Bahnen übergehen, complet mit beiden Brems-Constructionen ausgerüstet sein müssen damit das eine oder andere Brems-System, wie es eben auf der Nachbarbahn eingeführt ist, in Thätigkeit gesetzt werden könne. Nachdem dies mit bedeutenden Kosten und auch sonst mit erheblichen Unzukömmlichkeiten verbunden ist, und nachdem es bei der jetzigen Sachlage kaum anzunehmen ist, dass im Allgemeinen eine Bahn, die ein System bereits eingeführt, dasselbe zu Gunsten der Nachbarbahn aufgeben und dafür das von dieser adoptirte einführen wird, ist von J. Cowling Welch und Parker Smith ein neuer Bremsapparat construirt worden, der für Durchgangswagen bestimmt'und so eingerichtet ist, dass er je nach Bedürfniss nach dem System der automatischen Luftdruckbremse oder der automatischen Luftsaugebremse in Thätigkeit gesetzt werden kann.

Derselbe ist also eine Art Vermittlnngs-Apparat und wirkt in beiden Fällen automatisch, Princip und Einrichtung bestehen in Folgendem: Jeder Wagen ist mit zwei Leitungsröhren sammt Schlauchkupplungen, und zwar die eine für die Luftdruckbremse, die andere für die Luftsaugebremse versehen, so dass jede Röhre unabhängig von der anderen, benützt werden kann. Beide Leitungen stehen mit dem am Gestelle des Wagens angebrachten Vermittlungs-Apparat in Verbindung. Dieser besteht aus einem nach unten offenen Cylinder, in welchem sich ein nach unten geschlossener und nach oben offener hohler Kolben innerhalb gewisser Grenzen auf und ab bewegen

kann. In den hohlen Kolben reicht ein zweiter, innerer Cylinder, der innen in zwei Kammern getheilt ist. Die eine Kammer steht mit der Luftdruck-Leitung in Verbindung und bewirkt, dass der zurückgeführte Luftdruck aus der Kammer austreten und zwischen die äussere Wandung des inneren Cylinders und den hohlen Kolben innerhalb zweier Dichtungen eintreten kann; hiedurch wird der Kolben gehoben. Wird' der Luftdruck aufgehoben, so sinkt der Kolben in Folge des eigenen Gewichtes bis zu einer gewissen Tiefe hinab. Die zweite Kammer des inneren Cylinders sieht mit der Saugeleitung in Verbindung, und steht mit dem unteren Theile des hohlen Kolbens in Communication, so dass in Folge des erzeugten Vacuums, der Kolben durch den äusseren Luftdruck gehoben wird. Bei Aufhebung des Vacuums sinkt der Kolben gleichfalls in Folge seines Eigengewichtes. Mit dem Kolben stehen nun die Zug- und Druckstangen der Bremsklötze in Verbindung, so dass in beiden Fällen beim Niedergehen des Kolbens die Bremsklötze an die Radreifen angepresst werden. Wie ersichtlich, wird also der Bremsdruck hier lediglich durch das Gewicht des Kolbens bewirkt, ein Princip, das von den bisherigen continuirlichen Brems-Systemen abweicht. Das Gewicht des Kolbens ist ziemlich beträchtlich und beträgt bis 200 Kilogramm. Mit diesem Brems-Systeme wurden kürzlich in Gegenwart von Eisenbahn-Fachmännern und Vertretern des Handelsamtes in England auf einer Strecke, nahe bei Ipswich, Versuche gemacht, wobei ein Zug von 6 Wagen benützt wurde, die mit dem gedachten Apparate ausgerüstet waren.¹)

§. 131.

Bremsschuhe.

Mit den bisher erörterten Vorrichtungen bewirkte man die Hemmung des Laufes der Züge dadurch, dass an den Umfang des rollenden Rades, Klötze (Bremsklötze) angepresst wurden, welche die Bestimmung hatten, die Rotation des Rades zu erschweren, also mittelbar die fortschreitende Bewegung des Zuges zu verzögern.

Eine Verzögerung in der fortschreitenden Bewegung des Zuges kann auch dadurch erreicht werden, dass man auf die Schiene eine Art Keile legt, auf welche die Räder des rollenden Zuges auflaufen und hierdurch an Rotationsgeschwindigkeit verlieren. In Folge der im rollenden Wagen angesammelten Bewegungs-Energie wird der durch den aufgelaufenen Wagen an die Schiene gepresste, also belastete Keil fortgeschoben, so dass an Stelle der rollenden, nunmehr eine gleitende Bewegung auftritt. Derlei Keile oder, wenn man will, Schlitten erhielten den Namen Bremsschuhe und haben derlei Vorrichtungen nicht etwa den Zweck, die Fahrgeschwindigkeit des Zuges zu reguliren, sondern sie sind zum Aufhalten einzeln rollender, entlaufener Wagen bestimmt.

Bremsschuhe werden zumeist nur auf einen Schienenstrang gelegt. In diesem Falle kann also ein Bremsschuh nichts mehr bewirken, als die Rotation einer Achse des Wagens erschweren, und da auf einer solchen

ł) Oesterreichische Eisenbahnzeitung, 1887, pag. 256.

in der Regel das halbe Gewicht des Wagens ruht, die Hälfte jener Wirkung hervorbringen, welche durch gewöhnliche Bremsen erzielbar ist.

Seemann, ein Ober-Conducteur der österr. Westbahn, war der Erste gewesen, der (1875) Bremsschuhe construirte. Seemann’s Bremsschuhe sind aus Gusseisen, wiegen 40 — 65 Kilogramm per Stück und beträgt die Länge der gewalzten Auflauf-Schiene 40cm. Ein solcher Bremsschuh bringt 2 abgestossene Wagen zum Stehen, für 3 und mehr Wagen sind Schuhe auf beiden Schienensträngen nöthig.

Die nachstehende Tabelle enthält einige Daten der Versuche, welche im Jahre 1875 auf der Westbahn und ein Jahr später auf der österr. Südbahn, die ersteren in Gefällen von 12 — 15%o, die letzteren in Gefällen von 22 — 24%o durchgeführt wurden:

Temperatur in Graden Celsius

Gewicht des Bremsschuhes in Kilogramm

Gefälle pro mille

Anzahl der aufgelaufenen Wagen

Gesammt-; gewicht der | rollenden Wagen in Tonnen I

Geschwindigkeit im ₍ Momente des Auflaufens in Metern pro Secunde

Auslaufweg

in

Metern

+ 12

38-0

37-5

45-5

48-0

+ 12

45'0

12-5

12-5

24-0

15-4

22-0

^ CO to co co

45

45

28

45

54

12-5

10-0

19-2

21-0

.14-4

300

414

1490

2870

4104

Aus dieser Tabelle ist beispielsweise zu entnehmen, dass, als auf einen 37‘5 Kilogramm schweren Bremsschuh 3 Wagen im Bruttogewichte von 45 Tonnen mit einer Geschwindigkeit von 10 Meter pro Secunde aufgelaufen waren, dieselben den Bremsschuh 414 Meter weit auf den Schienen fortschleppten, also im Gefälle von 12-5°/₀,i auf diese Distanz zum Stehen kamen.

Hiebei ist zu bemerken, dass die beiden letzten in dieser Tabelle angeführten Versuche mit den übrigen nicht verglichen werden können, weil die gleitenden Bremsschuhe in diesen beiden letzten Fällen Schotterhaufen durchschnitten haben, welche vorher zur Sicherheit auf den Schienen aufgeschüttet wurden.

Mit der Construction von Bremsschuhen blieb Seemann nicht allein. Im Jahre 1881 construite Ingenieur Trapp in Göttingen ähnliche Schuhe, welche sich jedoch von den Seemann’schen dadurch unterscheiden, dass der hintere Theil des Keiles auf eine Rolle gelagert wurde, so dass der Bremsschuh mit dem aufgefahrenen Wagen nicht mehr glitt, sondern seinen Weg gleitend und rollend durchlief. Hiedurch wurde erzielt, dass der Rollschuh durch die auflaufenden Wagen nicht so leicht vom Geleise abgeworfen werden kann, wie dies bei Seemann’s Schuh möglich ist. Derlei Schuhe (Rollschuhe) sind besser als einfache Bremsschuhe, sie sind dauerhafter, fallen nicht so leicht herab und wirken nicht so plötzlich, wodurch Schienen und Fahrzeuge geschont werden. In Krümmungen, auf unebenen Schienen, können sie jedoch Anlass zu Entgleisungen geben.

Die Anwendung von Roll-Bremsschuhen ist auf Rangirbahnhöfen bei Beachtung der nöthigen Vorsicht für die rasche Abwicklung des Rangir-dienstes von besonderem Vortheile. Es lassen sich nämlich mit derlei

Schuhen 4 — 5 beladene Wagen bei 16—18km grösster Geschwindigkeit aufhalten.

Die Ingenieure Sloninski und Walewski, der österr. Staatsbahnen, haben (1882) vergleichende Versuche mit Trapp und Seemann’s Bremsschuhen in Rumänien durchgeführt, und enthält die nachstehende Tabelle einige der hieher einschlagenden Daten:

Versuchs-Strecke

Gefälle pro mille

Gewicht der Auflaufauflaufenden jgesehwindigkeit Wagen in Tonnen

in Metern pro Secunde

Auslaufweg bei

Seemann

Trapp

Mete r

Leorda—Botu-schani

16-37

49-20

94-13

9-1

120

117

10-6

326

456

8-3

1094

909

563

8-3

66-6

72-5

Zum Schlüsse sei bemerkt, dass die Eisenbahnen in Eisass Bremsschuhe anwenden, welche aus Holz angefertigt sind und die nur 12kg wiegen. Ein in einer horizontalen Bahn mit 20km Geschwindigkeit rollender Wagen wird durch derlei Bremsschuhe auf eine Distanz von 12m aufgehalten, während bei 45km Geschwindigkeit die Auslauf-Distanz 30m beträgt. Ein aus 4 beladenen Wagen bestehender Schotterzug wird bei einer Geschwindigkeit von 20km pro Stunde in der horizontalen Bahn auf eine Distanz von 20m, bei einer Geschwindigkeit von 45km auf eine Distanz von 60m angehalten. Ein aus 6 vollbelasteten Wagen bestehender Schotterzug, der im Gefälle von 10%o mit einer Geschwindigkeit von 12m pro Secunde auf den Bremsschuh auflief, wurde auf eine Distanz von 165 m aufgehalten.

X. ABSCHNITT.

Der Fahrplan.

§. 132.

Erstellung des Fahrplanes.

Der Entwurf einer Fahrordnung, nach welcher die Züge einer Bahn zu verkehren haben, ist eine der wichtigsten Aufgaben ' des Betriebes, weil ein rationell erstellter Fahrplan die Betriebs-Einnahmen wesentlich erhöhen kann, und Fehler, welche hier gemacht werden, durch keinerlei Maassnahmen in anderen Theilen des Betriebes gründlich beseitigt werden können.

Zu Beginn des Verkehres, also auf einer neu eröffneten Bahn werden in der Regel weder genügend Reisende für reine Personenzüge noch genug Güter für vollbelastete Frachtenzüge sein, daher die Einleitung gemischter Züge sich von selbst ergibt. Steigt der Verkehr, so werden reine Personenzüge und reine Güterzüge zweckmässig sein. Schliesst die betreffende Bahn an Nachbarbahnen mit einem Weltverkehre an, oder hat sie mit anderen Bahnen um den Verkehr zu kämpfen, so werden auch Eilziige erforderlich werden.

Fahrgeschwindigkeit und Bruttolast sind überhaupt jene Factoren, welche den Charakter der Züge bestimmen. Personenzüge müssen schnell fahren, können daher bei derselben Leistungsfähigkeit der Locomotive nicht schwer sein. Güterzüge dagegen vertragen eine längere Fahrt, können sonach stärker belastet werden (§. 86). Gemischte Züge sollen stets den Charakter von Güterzügen mit Personenbeförderung und nicht jenen der Personenzüge mit Frachtenbeförderung tragen, weil die Fracht, obwohl sie schneller rollt, dennoch keinen höheren Tarif bezahlt.¹)

Die Erstellung des Fahrplanes wird schwierig, wenn verschiedene Verkehrsarten sich unter wechselvollen Bedingungen über dieselbe Strecke bewegen, da es sich alsdann nicht immer ermöglichen lässt, jeder dieser Verkehrsarten die ihr ausschliesslich wünschenswerthe Berücksichtigung zu Theil werden zu lassen. In einem solchen Falle muss durch thunlichste Ausgleichung der einander gegenüberstehenden Interessen die für die Allgemeinheit verhältnissmässig günstigste Gestaltung des Fahrplanes angestrebt werden.

') Tilp. Der praktische Maschinendienst, 1877, pag. 97—98.

Die nothwendige Rücksichtnahme auf die berechtigten Gewohnheiten und Wünsche des Publikums, die bei der vielfachen Verzweigung der Eisenbahnen des Uebergangs-Verkehres wegen meistens unvermeidliche Abhängigkeit von den benachbarten anschliessenden und kreuzenden Bahnen, die Leistungsfähigkeit der betreffenden Strecke und des auf derselben verwendeten Betriebsmateriales und sonstige besondere, in dem einzelnen Falle in Frage kommende Umstände beeinflussen die Gestaltung des Fahrplanes in mehr oder minder gewichtiger Weise. Dazu kommen die Schwankungen in der Stärke (Dichtigkeit) des Verkehres, welche zwar bisweilen erfahrungsgemäss bekannt sind (Schulferien, Besuch von Bädern, Feiertage, Messen, Jahrmärkte etc.), häufig jedoch so unerwartet und sprungweise aüftreten, dass das einmal vorhandene Fahrplan-Schema denselben oft nur mit Schwierigkeiten anzupassen sich vermag.

Die Aufgabe der Eisenbahn-Verwaltung ist es nun, alle diese im beständigen Wechsel begriffenen Erscheinungen des Verkehres nicht allein mit Aufmerksamkeit zu beobachten, sondern die wahrscheinliche Entwicklung derselben bereits im voraus sorgfältig zu erwägen und demgemäss erforderlich scheinende Betriebs-Einrichtungen so zeitig und so vollkommen vorzubereiten, dass unliebsamen Ueberraschungen thunlichst vorgebeugt werde.

Unter allen Umständen ist aber vor jeder Fahrplanänderung sorgfältig zu ermitteln, in welchem Verhältnisse der durch dieselbe zu erwartende finanzielle Erfolg zu den durch dieselbe bedingten Kosten steht. Bei Staatsbahnen wird hiebei insbesondere noch zu erwägen sein, in wie weit eine Förderung allgemeiner Interessen, die Hebung der Steuerkraft der Bevölkerung und dergleichen in Frage kommt, und ob mit Rücksicht auf solche Gesichtspunkte die Fahrplanänderung trotz etwaiger unverhältniss-mässig hoher, unmittelbarer Kosten angezeigt oder nothwendig erscheint.

Entsprechende Grundsätze gelten selbstverständlich für die bereits seit längerer Zeit im Betriebe befindlichen Eisenbahnen, bei welchen die Verkehrsverhältnisse jedoch meistens schon eine gewisse Beständigkeit und Durchsichtigkeit gewonnen haben, so dass das Erforderniss etwaiger Fahrplanänderungen in der Regel mit grösserer Sicherheit als bei neuen Strecken beurtheilt werden kann. Letzteres wird ausserdem bisweilen erleichtert durch die erfahrungsmässig, im Bedürfnissfalle bei der Eisenbahn-Verwaltung zur Anregung gebrachten Wünsche aus den Kreisen der betheiligten Behörden, Gemeinden, Körperschaften u. s. w. und des interessirten Publikums.¹)

In allen Fällen ist bei Erstellung des Fahrplanes darauf Rücksicht zu nehmen, dass die Reisenden die Möglichkeit finden, ohne allzugrossen Aufenthalt mit den Zügen der Anschlusslinien weiter zu fahren, sowie, dass den Bedürfnissen der Post Rechnung getragen werde. Bedenkt man, wie dicht und complicirt das Netz der Eisenbahnen sich gestaltet hat, und vergegenwärtigt man sich die stets weitgehenden Ansprüche der Reisenden, sowie der Gemeinden, deren Territorium die Bahn durchzieht, so ist die grosse Schwierigkeit, ja Unmöglichkeit zu begreifen, diesen verschiedenen Anforderungen in Allem zu genügen.

ł) Zeitung des Vereines Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, 1886, Nr. 75, pag. 808—809.

Der den Fahrplan Entwerfende muss also vielfach die Wichtigkeit der einzelnen Stationen im Verkehre abwägen und vergleichen, um wenigstens das relativ Günstigste zu erhalten, d. i. denjenigen Zustand herbeizuführen, welcher ein Maximum von Befriedigung mannigfacher, sich widerstrebender Interessen darstellt. Die auftauchenden Schwierigkeiten werden noch bedeutend erhöht, sobald der Fahrplan auch noch Anschlüsse fremder Bahnverwaltungen zu berücksichtigen hat. Hiebei ist in der Regel nur im Wege der Verein

barung und der Compromisse ein halbwegs befriedigendes Resultat zu erzielen.¹)

Trotzdem gelingt es niemals, allen Ansprüchen der Interessenten gerecht

zu werden. Seitens des Publikums werden nämlich an den Fahrplan stets die weitestgehenden Ansprüche gestellt. Hier wird geklagt, dass Zeitungen und Correspondenzen zu spät eintreffen, dort kann man nicht nach allen Orten der Nachbarschaft in einem Tage hin und her fahren, oder die Züge liegen zu unbequem zum Besuche von Schulen, Theatern etc., kurz die Bahnverwaltung wird von allen Seiten zur Einführung vieler und möglichst rasch verkehrender Züge gedrängt.').

Da aber die Kosten der Einlegung neuer Züge recht bedeutend sind (§. 139), so muss überall dort, wo keine zwingenden Verhältnisse (internationale Verträge, Postbedürfniss, Rücksichten für den Staat bei Staatsbahnen etc.) obwalten, bei Erstellung einer Fahrordnung der Standpunkt der Oekonomie gewahrt werden.

Bei Reclamationen, welche, wie gesagt, nie ausbleiben werden, weil es geradezu unmöglich ist, mit einer gegebenen Anzahl von Zügen einander widerstrebenden Interessen gerecht zu werden, empfiehlt es sich nicht immer, sofort auf eine Aenderung des bestehenden, verwaltungsseitigen Interessen vielleicht entsprechenden Fahrplanes Bedacht zu nehmen, da der Verkehr sich nicht selten im Laufe der Zeit dem letzteren derartig anpasst, dass die beiderseitigen Interessen in ausreichendem Maasse gewahrt erscheinen.

Es ist eine erfahrungsgemäss festgestellte Thatsache, dass die Verkehrs-Verhältnisse im Laufe des Jahres periodisch wiederkehrenden Schwankungen unterliegen. Während nämlich in der Sommerszeit der Personenverkehr die wesentlichste Berücksichtigung beansprucht, gewinnt während der Herbstund Winterszeit der Güterverkehr eine überwiegende Bedeutung.

Diesen Erscheinungen entsprechend, unterscheidet man in dem Eisenbahnbetriebe eine Sommerfahrplan-Periode und eine Winterfahrplan-Periode. Für erstere gilt gewöhnlich die Zeit vom 1. Juni bis 30. September, für letztere die Zeit vom 1. October bis Ende Mai. Für jede dieser Perioden wird im Allgemeinen nach Maassgabe der gewonnenen Erfahrungen und der zu erwartenden Verhältnisse ein besonderer Fahrplan erstellt.'*)

Die dem internationalen Verkehre dienenden Personenzüge werden durch den Wechsel der Sommer- und Winterfahrplan-Periode nur wenig beeinflusst. Bei derlei Zügen ist auf zweckmässige Abfahrts- und Ankunftszeiten von den Ausgangs- und in den Endstationen, ganz besonders jedoch nur stets insoweit Rücksicht zu nehmen, als dies die Abhängigkeit von den betheiligten Bahnverwaltungen überhaupt zulässt.

!) Koch. Der Eisenbahn-Maschinendienst, 1879, pag. 11.

0 Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, 1879, pag. 420.

³) Zeitung des Vereines Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, 1886, Nr. 78, pag. 829.

Auch würde es sich empfehlen, für die Abfahrts- und Ankunftszeiten der Kopfstation möglichst nur abgerundete Zahlen zu nehmen, weil solche Zahlen besser dem Gedächtnisse sich einprägen.

Es liegt in der Natur der Verhältnisse, dass wesentliche Aenderungen hinsichtlich der für diese Züge einmal gewählten Lage, falls nicht zwingende Gründe dafür sprechen, thunlichst vermieden werden, da die zu diesem Behufe nothwendigen geschäftlichen Verhandlungen mit einer oft grossen Zahl von Verwaltungen umständlich sind, und da eine möglichste Beständigkeit derlei Züge, deren vielfache Einwirkungen auf anderweitige Verkehrsund Lebensverhältnisse unverkennbar sind, auch im Interesse des betheiligten Publikums erwünscht ist.

§. 133.

¹

) Oesterreichische Eisenbahnzeitung, Wien 1886, pag. 344.

Der Nah-Verkehr.

Der Localverkehr schmiegt sich den Anforderungen eines räumlich begrenzten, auf die betreffende Eisenbahnstrecke angewiesenen Gebietes an. Infolge dessen gestaltet sich derselbe eigenartiger und zugleich erheblich vielseitiger, als der die Einzeln-Interessen im Allgemeinen rücksichtslos vernachlässigende internationale Verkehr, da die kleinsten, von den Eisenbahnen berührten, bezw. dem Verkehrsgebiete derselben angehörenden Ortschaften in gleicherweise wie die grösseren Städte ein natürliches Anrecht auf eine angemessene Berücksichtigung ihrer bezüglichen Bedürfnisse haben. Bei der grossen Mannigfaltigkeit der letzteren, welche durch die vielseitigen Ansprüche an das Leben, durch die Culturstufe der betreffenden Bevölkerung, durch staatliche, communale und sociale Einrichtungen und durch zahlreiche sonstige Eigenthümlichkeiten bedingt ist, muss von den Bearbeitern der Fahrpläne hinsichtlich des Localverkehrs eine ganz besonders zuverlässige, vielseitige und eingehende Kenntniss der betreffenden Verhältnisse gefordert werden, damit die freie und lebendige Entwicklung derselben nicht durch unzweckmässige Anordnungen behindert werde. Insbesondere ist hiebei auf das mit einer gewissen Regelmässigkeit wiederkehrende Bediirfniss nach geeigneten Zugsverbindungen behufs Einhaltung gerichtlicher Termine und sonstiger Geschäfte bei Behörden, für den Besuch von Märkten, Schulen u. s. w. hinzuweisen.

Die für die Zwecke des Localverkehres erforderlichen Personenzüge sind dem Bedürfnisse entsprechend in angemessenen Zwischenräumen anzuordnen. Zu beachten ist hiebei insbesondere, dass die Verbindung zwischen solchen Stationen, deren Verkehr vorzugsweise nach bestimmten Orten gerichtet ist, in einer solchen Weise erstellt werde, dass zwischen den letzteren thunlichst an einem Tage hin und zurück gefahren werden könne, und dass die Dauer des Aufenthaltes in diesen Verkehrsmittelpunkten nicht zu knapp bemessen wird.

Wenngleich ein häufiger Wechsel auch in den Fahrplanzeiten der dem Nahverkehre dienenden Züge grundsätzlich vermieden werden sollte, falls nicht augenscheinliche Verbesserungen für die Allgemeinheit, beziehungsweise beachtenswerthe Ersparnisse ohne Schädigung der Interessen des Publikums dadurch erzielt werden, so hat eine Aenderung der Lage bei diesen Zügen doch nicht die Tragweite, wie bei den Zügen des inter-

8600

A=716 Menschen in Wien an.

12

nationalen Verkehrs. Der in solchen Fällen in Mitleidenschaft gezogene Bezirk ist verhältnissmässig beschränkt und infolge dessen meist im Stande, sich den veränderten Beziehungen ohne grosse Schwierigkeiten anzupassen. Im ungünstigsten Falle verursacht die Aufhebung der Massregel, wenn sie sich wider Erwarten als unvortheilhaft heraussteilen sollte, keine wesentlichen Unzuträglichkeiten. In solchen Bezirken, in welchen die Verkehrsverhältnisse im Sommer und Winter von einander sehr abweichen, kann jedoch bisweilen eine sehr weitgehende Verschiedenheit der betreffenden Fahrpläne nicht vermieden werden, und dieselbe muss alsdann dem Bedürfnisse entsprechend durchgeführt werden.

Eigenartige Forderungen treten ausserdem noch häufig in der Nähe grosser Städte auf, wenn die denselben angehörenden Geschäftsleute, Beamte, Arbeiter u. s. w. in grösserer Zahl ihre Wohnorte nach den umliegenden Vororten verlegt haben, wie es beispielsweise in London, Wien und Berlin in stets zunehmendem Umfange beobachtet werden kann. Recht interessant in dieser Richtung ist der Wiener Localverkehr. So verzeichnet beispielsweise die Südbahn im Jahre 1889 für die beiden Pfingstfeiertage einen Verkehr von 201800 Personen, die Staatsbahnen wiesen damals einen solchen von rund 200000 Personen aus. Auf dem Wiener Westbahnhofe wurden im Jahre 1889 zu Pfingsten 134380, im Jahre 1890 gar 136044 Fahrkarten verkauft, welche auf die beiden Feiertage so vertheilt waren, dass in den Jahren:

1889

1890

am ersten Feiertage verkauft wurden .... 69083 » zweiten

72151

. . . 65297

63893

Summa. . . .134380

136044

Zur Fortschaffung dieser Reisenden verkehrten im Jahre 1889 täglich 170 Züge, im darauffolgenden Jahre wurden deren mehr eingeleitet.

Die zu ’ expedirende Menschenanzahl vertheilte sich im Jahre 1889, und vertheilt sich, wie die Erfahrung lehrt, auf die einzelnen Tagesstunden durchaus ungleichförmig, denn die Menschen, welche während der ganzen Vormittagszeit auf den Bahnhof gekommen waren, wollen des Abends in circa 4 Stunden nach Wien rückbefördert werden. Um aber innerhalb dieser 69083

Zeit

34500 Menschen fortzuschaffen, mussten die Züge in einem Zeit-

Intervalle von je 5 Minuten aufeinander folgen, so dass stündlich deren zwölf

=== 8600 Menschen zu expediren waren,

verkehrt hatten ; da aber stündlich

34500 ,

so kamen mit jedem Zuge durchschnittlich

Am ersten Sonntage nach Einführung des Zonentarifes (22. Juni 1890) stieg der Personenverkehr vom Wiener Westbahnhofe auf 80900, vom Bahnhofe der Franz Josefsbahn auf 35600 Personen, zu dessen Bewältigung verkehrten auf der Westbahn 172, auf der Franz Josefsbahn 83 Züge, so dass also die mittlere Frequenz eines Zuges auf der Westbahn 470, auf der Franz Josefsbahn 430 Personen betrug.

Durch die sorgsame Pflege des Vororteverkehres wird der Eisenbahn eine ganz besondere beachtenswerthe Gelegenheit gegeben, die Be-

Strebungen bezüglich einer Verbesserung der mannigfachen, in der Natur der Verhältnisse liegenden Unzuträglichkeiten socialer und sanitärer Art, welche das Leben in einer Grossstadt mit sich bringt, in wirksamster Weise zu unterstützen. Zu diesem Behufe ist der Fahrplan derartig zu gestalten, dass das Wohnen in den Aussenorten ohne wesentliche Unbequemlichkeiten die vielseitigen Beziehungen zu der Grossstadt — wie Wahrnehmung dienstlicher, bezw. geschäftlicher Pflichten, Ermöglichung des Besuches von Schulen, Kirchen, Vergnügungen, Bekannten u. s. w. aufrecht zu erhalten gestattet.

Es muss daher für eine, den Umständen entsprechend zu bemessende Zahl von Zugsverbindungen gesorgt werden, von welchen unter Anderem bestimmte sich dem ortsüblichen Beginne und Schlüsse der Arbeitszeit, der Geschäfts-, Schulstunden u. s. w. thunlichst unmittelbar anzuschliessen haben, damit die Bewohner der Vororte ihren häuslichen Angelegenheiten nicht über die unvermeidliche Zeitdauer hinaus entzogen zu sein brauchen.¹)

§. 134.

Construction des Fahrplanes.

In dem vorhergehenden Paragraphe wurden die Grundzüge angedeutet, welche beim Entwerfen des Fahrplanes massgebend sind. Nunmehr soll von der technischen Durchführung der gefassten Beschlüsse, also von der Construction des Fahrplanes gesprochen werden.

Die vereinbarten Anschlüsse in den Grenz- und Abzweigstationen ergeben die Abfahrts- und Ankunftszeiten der Züge, deren Fahrplan nunmehr zu construiren ist. Zu diesem Zwecke notirt man auf einem Blanquette, welches die Stationsnamen in ihrer topographischen Reihenfolge enthält, neben den Namen der Station die nach §. 137 zu ermittelnde Fahrzeit von der Nachbarstation, wodurch sich die Ankunftszeit des pro-jectirten Zuges in dieser Station ergibt. Da man den Aufenthalt des Zuges in dieser Station kennt (§. 139), so ergibt sich durch Zuschlag desselben zur Ankunftszeit, die Zeit der Abfahrt des Zuges. Die Ankunftszeit dieses Zuges in der Nachbarstation ergibt sich durch Zuschlag der bekannten Fahrzeit nach dieser Station etc.

Auf diese Art könnte man zwar den Fahrplan aller Züge entwerfen, welche zu verkehren haben, doch würde man (falls man dies wirklich thäte) zur Ueberzeugung gelangen, dass die ganze Arbeit umsonst gethan wurde, weil die von einander unabhängig entworfenen Fahrpläne der einzelnen Züge miteinander insoferne in Collision kämen, als manche Züge (auf eingleisiger Bahn) auf offener Strecke sich begegnen, und in den meisten Stationen zu einer ungelegenen Zeit ankommen, oder von dort abgehen würden.

Da auf einer eingleisigen Bahn all’ die Züge, für welche die Fahrpläne entworfen werden sollen, auf einem und demselben Gleis verkehren, so muss der Verkehr des einen Zuges nothwendig durch jenen des andern

') Zeitung des Vereines Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, 1886, Nr. 77, pag. 822, und Nr. 78, pag. 829.

bedingt sein, d. h. es müssen die Fahrpläne der einzelnen Züge mit einander in einem gewissen Zusammenhänge stehen. Ein solcher Zusammenhang ist aber nicht zu erhalten, sobald der Fahrplan eines Zuges ohne Rücksicht auf den Fahrplan des andern entworfen wird.

Um einen Ueberblick über den Gesammt-Verkehr zu erhalten, gibt es nur ein sicheres Mittel und dies ist die graphische Darstellung des Zugs-Verkehres.

Nach den Regeln der analytischen Geometrie wird nämlich das Bild einer Bewegung gewonnen durch Zusammensetzung derselben aus ihren zwei Bestandtheilen, derZeit und der in derselben zurückgelegten Wegstrecke. Wird für jeden Zeitpunkt der Bewegung der Ort bestimmt, welchen der Zug in diesem Zeitpunkte einnimmt, so ergibt die Verbindungslinie zweier solcher Orte das Bild der Bewegung des Zuges.

Um ein solches Bild der Bewegung zu erhalten, werden auf einem Blatt Fapier horizontale Linien in Entfernungen gezogen, welche den Entfernungen der einzelnen Stationen von einander entsprechen. Die einzelnen horizontalen Linien werden mit den Namen der betreffenden Stationen bezeichnet. Ist dieses geschehen, so theilt man die oberste dieser Linien, also die Linie, welche die Ausgangsstation darstellt, in 24 gleiche Theile, welche Theile die einzelnen Stunden des Tages bezeichnen, und zieht durch diese Theilungspunkte über sämmtliche Stationslinien verticale Linien, die sogenannten Stundenlinien. Hierauf theilt man die Abstände zweier aufeinander folgenden Stundenlinien in je 12 Theile, so dass also die

O CM

Entfernung zweier solchen Theillinien einer Zeit von sprechen wird.

Die Zählung der Stunden beginnt von links nach rechts und fängt mit Mitternacht an; hiedurch kommt die Mittagslinie in die Mitte des Tableau zu stehen, während die äusserste Linke und äusserste Rechte desselben eine und dieselbe Stunde, nämlich Mitternacht bezeichnen. Diese beiden Randstundenlinien würden also ineinander fallen, wenn man das ganze Tableaux auf einen Cylinder wickeln würde, dessen Umfang gleich der Entfernung dieser beiden Mitternachtslinien ist, und dessen Achse parallel mit den Stundenlinien laufen würde.

Notirt man nun auf einer Stationslinie die Abfahrtszeit des Zuges, dessen Fahrplan entworfen werden soll, auf der Nachbarstation dagegen die Ankunftszeit desselben, und verbindet diese Punkte durch eine Gerade, so stellt sie das Bild der Fahrt des Zuges von der einen zur andern Station dar. Diese Zugslinie wird natürlich von links oben nach rechts unten, also schräge verlaufen und wird mit jener Nummer bezeichnet, welche dem ganzen Zuge gewissermassen als dessen Eigenname beigelegt wird.

Setzt man auf die angedeutete Weise die Linien über die folgenden Stationen bis zur Endstation fort, so erhält man eine in den Stationen stets unterbrochene (wegen der Zugs-Aufenthalte) schräge Linie; werden alle Züge auf diese Art in das Tableau eingetragen, so erhält man ein System von Linien, welches man die graphische Darstellung des Fahrplanes, oder kurz das Graphicon nennt.

= 5 Minuten ent-

Ein derartiges Graphicon ist bei Erstellung des Fahrplanes geradezu unentbehrlich, denn es lässt den künftigen Zugsverkehr mit einem Blicke übersehen, es bietet gleichsam eine Vogelperspective desselben.

Bei Anfertigung des Fahrplanes¹) werden, mit dem durchgehenden Personenverkehre beginnend, die einzelnen erforderlichen Züge je nach ihrer Wichtigkeit, der Reihe nach in das Tableau derart eingezeichnet, dass man die, den Anschlüssen der Nachbarbahn entsprechenden Punkte derselben, ohne auf die Zwischenstationen Rücksicht zu nehmen, vorläufig durch gerade Linien mit einander verbindet. Die mehr oder minder geneigte Lage dieser Linien ergibt ein Bild für die, unter Berücksichtigung des Aufenthaltes, auf den Stationen stattfindenden Zugsgeschwindigkeiten.

Es ist nun zunächst zu untersuchen, ob die sich auf diese Art ergebenden Zugsgeschwindigkeiten das zulässige oder gewünschte Maass unter Berücksichtigung der Neigungs- und Richtungs-Verhältnisse der Bahn, der Aufenthalte in den wichtigen Zwischenstationen und des Zeitverlustes, welcher aus der Verminderung der Geschwindigkeit bei der Einfahrt, Ausfahrt (§. 136) und bei der Durchfahrt der Haltestellen resultirt, nicht übersteigen. Tritt letzterer Umstand ein, so muss der Aufenthalt in den Zwischenstationen verkürzt, resp. ganz aufgelassen werden.

Die Festsetzung des Fahrplanes für den Güterverkehr gestaltet sich in der Regel einfacher, als für den Personenverkehr, da ersterer von anderweitigen Umständen minder abhängig ist als letzterer, und insbesondere bezüglich der Fahrzeiten eine grössere Freiheit besteht als bei den Personenzügen, welche zumeist an bestimmt gegebene Verhältnisse, an Lebensgewohnheiten der Bevölkerung, an die Wahrung von Anschlüssen u. s. w. gebunden sind. Immerhin dürfen innerhalb gewisser Grenzen die für den Personenverkehr massgebenden Grundsätze auch bei dem Güterverkehr nicht unbeachtet bleiben. Es ist klar, dass auf Weltbahnen, welche sozusagen die Pulsadern des internationalen Personenverkehres bilden, die Interessen dieses Verkehres denjenigen des Güterverkehres voranzustehen haben, während auf Bahnen, welche die Verkehrsstrassen der Güterbewegung bilden, vor Allem den Anforderungen dieses Verkehres entsprochen werden muss.

Die sachgemässe Aufstellung des Güterzug-Fahrplanes erfordert eine genaue Kenntniss der geschäftlichen, commerciellen, industriellen, landwirth-schaftlichen und sonstigen in Frage kommenden Verhältnisse nicht allein des von der eigenen Bahn, sondern auch des von den benachbarten und anschliessenden Strecken beherrschten Verkehrsgebietes. Diese Kenntniss hat sich unter Umständen bis auf die wirthschaftlichen Bedürfnisse des Weltmarktes zu erstrecken, wenn die' Transporte des internationalen Verkehrs über die betreffende Bahn geführt werden. Bisweilen wird es sich bei den Güterzügen darum handeln, die Sendungen mit thunlichst geringem Zeitverluste zu gewissen Tagen und Stunden (Marktverkehr) in die Bestimmungsstation zu bringen, zu welchem Behufe auch wohl bevorzugte, beschleunigte Züge (Eil-Güterzüge.) eingerichtet werden. Im Allgemeinen wird aber bei der Feststellung des Güterzug-Fahrplanes die Erwägung massgebend sein, mit einem möglichst geringen Kostenaufwande einen möglichst um-

ł) R. Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, Wiesbaden 1879, pag. 411.

fassenden Verkehr zu bewältigen. Die demgemäss zu treffenden Einrichtungen sind von den vorliegenden besonderen Verhältnissen abhängig, welche in vielfachen Wechselbeziehungen zu einander stehen können. Mit Rücksicht auf die oft recht grossen Schwankungen des Verkehrs beansprucht die richtige Bemessung der Aufenthaltszeiten auf den Stationen hierbei eine wesentliche Aufmerksamkeit, damit einerseits ein nutzloses Liegenbleiben der Züge auf denselben, und andererseits auch die Nothwendigkeit einer Ueberschreitung des fahrplanmässig vorgesehenen Aufenthaltes thunlichst vermieden wird. Auf zweigleisigen Bahnen ist die Erstellung des Fahrplanes insoferne einfacher, als hier eine Kreuzung der Züge auf offener Strecke nicht nur unbedenklich, sondern sogar auch als wünschenswerth erscheint, da sie die Stationsgleise freier lässt und die Rangirarbeiten demnach weniger behindert.

Im Allgemeinen aber ist das gleichzeitige Eintreffen von Zügen in den Stationen thunlichst zu vermeiden, weil es die Aufmerksamkeit des Stationspersonales theilt, und weil ferner, bei ungenügender Vorsicht, ein Zug leicht zu weit in die Station einfahren kann, wodurch dem andern, daselbst befindlichen Zuge möglicherweise ein Schaden erwachsen könne.

Kreuzen Personenzüge in einer Station, so ist es zu empfehlen,¹) den dem Perron zunächst haltenden Zug zuerst eintreffen zu lassen, weil sonst den zu ihren Plätzen eilenden Passagieren leicht ein Unfall zustossen kann.

§. 135.

Die Bahnzeit.

Wenn man von Wien nach Paris fährt, so berührt man nacheinander die Orte: Linz, Salzburg, München, Stuttgart, Carlsruhe, Strassburg, Nancy und Chalons s. M., deren Entfernungen von einander betragen:

Wien —Linz............

Linz — Salzburg..........

Salzburg — München.......

München — Stuttgart ......

Stuttgart — Carlsruhe......

Carlsruhe — Strassburg ....

Strassburg — Nancy.......

Nancy — Chalons ........

Chalons — Paris..........

Wien — Paris............

Würde man all’ diesen Orten die Weisung geben, in dem Augenblicke, in welchem sie den soeben beobachteten Meteor platzen sehen, ein telegraphisches Signal nach Paris zu geben, so würden (da der elektrische Strom zum Durchlauf der angegebenen Distanzen fast keiner Zeit bedarf) die betreffenden Signale in Paris gleichzeitig eintreffen, also gewissermassen in ein einziges Signal zusammenfliessen.

189 Kilometer

125

153

241

101

86

149

181

172

1397 Kilometer

*) Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, 1879, pag. 418.

31

Würde man aber dieselben Stationen anweisen, an einem und demselben Tage ein telegraphisches Zeichen nach Paris in dem Augenblicke zu • geben, in welchem die Sonne bei ihnen am höchsten steht, so könnte man glauben, dass all’ diese Zeichen in Paris ebenfalls in ein einziges Signal zu-sammenfliessen werden. Die Erfahrung würde uns jedoch alsbald belehren, dass dies nicht der Fall sei, es würde sich nämlich zeigen, dass in Paris das Wiener Signal zuerst eintreffen würde, 9 Minuten später würde das Signal von Linz ertönen, 4 Minuten darnach käme Salzburg, in einem Intervall von 6 Minuten würde München folgen, 10 Minuten später käme Stuttgart, 3 Minuten darnach Carlsruhe, wieder nach 3 Minuten Strassburg, 6 Minuten hierauf würde Nancy und 7 Minuten darnach das Glockenzeichen von Chalons eintreffen.

Die Ursache dieser Erscheinung liegt in der Achsendrehung der Erde. In Wien, als der am weitesten von Paris gegen Osten entfernten Station, geht eben die Sonne früher auf als in Linz, hier früher als in Salzburg, hier wieder früher als in München etc. etc..

Infolge eben dieser Achsendrehung würde das Signal von Chalons nicht in dem Augenblicke in Paris ertönen, in welchem die Uhren dieser Stadt 12 Uhr Mittags haben, sondern um 8 Minuten früher, das Glockenzeichen von Nancy würde bereits 15 Minuten vor 12 Uhr, jenes von Strassburg 21 Minuten früher, das von Carlsruhe 24 Minuten früher, jenes von Stuttgart 27 Minuten, von München 37 Minuten, von Salzburg 43 Minuten, von Linz 47 Minuten und das Zeichen von Wien 56 Minuten vor 12 Uhr (Pariser Zeit) in Paris eintreffen.

Das obige Telegraphen-Beispiel führt uns also zweierlei Erscheinungen vor Augen, und zwar erstens die Thatsache, dass die Orte: Paris, Chalons, Mainz, Strassburg, Carlsruhe, Stuttgart, München, Linz und Wien nicht in einem und demselben Augenblicke Mittag haben, und zweitens lehrt uns dieses Experiment die Zeitunterschiede erkennen, welche zwischen dem Augenblicke liegen, in welchen die einzelnen Stationen Mittag haben, und dem Augenblicke, in welchem es in Paris 12 Uhr schlägt.

Chalons hat nämlich 8 Minuten früher Mittag als Paris, Nancy hat (8 + 7) = 15 Minuten früher Mittag als Paris, in Strassburg ist Mittag um (8 + 7 + 6) =21 Minuten früher als in Paris, in Carlsruhe (8 + 7-f 6 -f- 3)— 24 Minuten früher und in Wien um (8 + 7-f6 + 3 + 3 + 10 + 6 + 4-r-9)=56 Minuten früher Mittag als in Paris.

Der Moment, welchem wir den Namen Mittag gegeben haben (Culmination der Sonne), ist also nicht für alle Orte eines und desselben Parallelkreises derselbe, er ist vielmehr für jeden dieser Orte ein anderer.

Man nennt den Augenblick, in welchem die betreffenden Orte Mittag (oder eine andere Stunde) haben, Localzeit oder auch Ortszeit. Wenn es in Wien 12 Uhr Mittag ist, so zeigt, dem obigen Experimente zufolge, die Uhr in Linz um 9 Minuten weniger, die Ortszeit von Linz beträgt sonach 11 Uhr 51 Minuten. Die Uhr in Salzburg verspätet sich um (9 + 4) = 13 Minuten gegen jene von Wien, die Ortszeit von Salzburg beträgt sonach 11 Uhr 47 Minuten. Die Ortszeit von München ist 11 Uhr 41 Minuten, jene von Paris 11 Uhr 4 Minuten. Wenn es also in Wien Mittag ist, so haben die Pariser erst 4 Minuten nach 11 Uhr, die Pariser Ortszeit bleibt eben um 56 Minuten hinter der Wiener Ortszeit zurück.

Der Wien-Pariser Abend-Schnellzug der österreichischen Staatsbahn geht nach Wiener Ortszeit von Wien um 8 Uhr 23 Minuten Abends ab, trifft in Linz nach derselben Uhr gemessen, um 12 Uhr 14 Minuten Abends an, da aber die Linzer Uhr, wie schon erwähnt, um 9 Minuten gegen die Wiener Uhr nachgeht, so wird die Linzer Uhr zur Zeit des Eintreffens des Wiener Schnellzuges nicht 12 Uhr 14 Minuten, sondern um 9 Minuten weniger, also 12 Uhr 5 Minuten zeigen.

Da aber die Einwohner von Linz ihre Geschäfte nach der Linzer und nicht nach der Wiener Zeit verrichten, werden sie sagen: der Wiener Schnellzug trifft bei uns nicht um 12 Uhr 14 Minuten ein, wie dies im Fahrplane steht, sondern um 12 Uhr 5 Minuten Früh. Die Fahrtdauer des Schnellzuges beträgt von Wien nach Salzburg 6 Stunden 50 Minuten; da derselbe Wien um 8 Uhr 23 Minuten Wiener Zeit verlassen hat, so wird er in Salzburg um 3 Uhr 13 Minuten (nach derselben Zeit gemessen) eintreffen. Da aber die Localzeit von Salzburg um (9-f 4)—13 Minuten gegen die Wiener Zeit nachgeht, so wird die Salzburger Uhr im Momente des Eintreffens des Wiener Schnellzuges nicht 3 Uhr 13 Minuten, sondern 3 Uhr zeigen. Für die Salzburger, welche ihre Zeit -nach ihrer eigenen, nicht aber nach der Wiener Uhr messen, trifft sonach der Eilzug um 3 Uhr Früh ein u. s. w.

Will man den Bewohnern der einzelnen Ortschaften, welche der Zug passirt, den Fahrplan mundgerecht machen, das heisst, will man ihnen das Umrechnen von der Wienerzeit in ihre Ortszeit ersparen, so darf man im Fahrplane die Verkehrszeiten der Züge nicht nach der Wiener Zeit ansetzen, sondern muss dieselbe in einer jeden Station auf die, dieser Station gehörige Ortszeit umrechnen und diese umgerechnete Ziffer im Fahrplane ersichtlich machen. Im Fahrplane würde es also heissen:

Abfahrt von Wien Ankunft in Linz Ankunft in Salzburg..... 3

8 Uhr 23 Minuten Abends,

12

Früh

u. s. w.

In dieser Weise werden in Preussen die Fahrpläne thatsächlich verfasst, und wurde dort das System der Localzeiten bis zu dem Grade entwickelt, dass längs der Bahn Pfosten eingeschlagen sind, auf denen jede Minute Zeitdifferenz gegen Berlin vermerkt ist. 15km ost- oder westwärts bedingen eine Aenderung des Uhrstandes um eine Minute, und ist das Zugspersonale verpflichtet, die Dienstuhren alle 10 Minuten darnach zu richten.

Eine kurze Zeit hindurch (18 Monate) wurden auch in Oesterreich die Verkehrszeiten der Züge in den für das Publikum bestimmten Fahrplänen in der Ortszeit der einzelnen Stationen angegeben; doch ist man von dieser Gepflogenheit ( 1876) wiederabgegangen, weil man zur Erkennt-niss gelangt war, dass dies eine unnöthige Complication sei und dieselbe weder dem Publikum noch der Bahnanstalt Vortheil bringt. Dem Publikum nicht, weil dasselbe ausser Stande war, aus einem derartigen Placate die wirkliche Fahrtdauer eines Zuges herauszulesen, der Bahnanstalt nicht, weil dieselbe gezwungen war, den Fahrplan der doch nach einer und derselben Uhr erstellt werden musste, auf die einzelnen Ortszeiten umzurechnen,

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was zur Folge hatte, dass die für den Dienstgebrauch bestimmten Fahrordnungen andere Verkehrszeiten aufweisen, als- die für das Publikum bestimmten Placate.

Jede einzelne Bahnverwaltung hat daher die Fahrordnung ihrer sämmt-lichen Züge nach einer und derselben Zeit erstellt und wählte hiezu, zumeist die Ortszeit der Hauptstadt, da aber in einem Staate Bahnen waren, welche ihren Anfangspunkt nicht gerade in der Hauptstadt hatten, so mussten bei dieser Ordnung der Dinge die Fahrpläne der einzelnen Bahnen bezüglich der Zeit, nach welcher die Fahrordnung ihrer Züge erstellt war, Differenzen aufweisen, was für das reisende Publikum recht unbequem war.

Um diesem Uebelstande zu begegnen, wurde behördlich angeordnet, dass sämmtliche Eisenbahnen eines Reiches die Fahrordnungen ihrer Züge nach einer und derselben Zeit zu erstellen haben, und wurde diese Zeit Bahnzeit genannt. In Oesterreich wurde die Ortszeit von Prag als Bahnzeit gewählt, weil Prag die am meisten gegen Westen gelegene grössere Stadt dieses Reiches ist, die nach dieser Zeit gerichteten Bahnuhren der einzelnen Stationen daher immer später gingen als die Uhr im betreffenden Orte, so dass den Reisenden ein willkommenes Respiro geschaffen war.

Da die Prager Zeit um 8 Minuten gegen die Wiener Zeit differirt, so steht in dem Fahrplane der Staatsbahn, dass der Courierzug um 8 Uhr 15 Minuten Abends abgeht (nach Wiener Zeit gerechnet, erfolgt dessen Abfahrt, wie bereits angegeben, um 8 Uhr 23 Minuten), dass er in Linz um 11 Uhr 57 Minuten Abends (Wiener Zeit 12 Uhr 5 Minuten), in Salzburg um 3 Uhr 5 Minuten Früh (Wiener Zeit 3 Uhr 13 Min.) eintrifft u. s. w. Die Linzer und Salzburger finden sonach im Fahrplane weder ihre, noch die Wiener Zeit, sie finden dort die Prager Zeit vor, d. h. sie lesen die Verkehrszeiten der Züge in Bahnzeit ab.

Später als die administrative Zweitheilung der Monarchie erfolgte verblieb die Prager Zeit als Bahnzeit für das eigentliche Oesterreich, während in Ungarn die Budapester Zeit als Bahnzeit eingeführt wurde (1868). Dies hatte zur Folge, dass Oesterreich-Ungarn gegenwärtig zwei Bahnzeiten hat. Russland erfreut sich deren drei, es wickelt nämlich seinen Verkehr der Züge nach der Zeit von Petersburg, Moskau und Warschau ab.

Am Bodensee, dessen Ufer, obwohl sie einen Umfang von nur 114km haben, in fünf Staaten liegen; rechnet man mit 5 verschiedenen Bahnzeiten, weil jeder Staat seine eigene Bahnzeit hat. Man hat dort Prager, Münchener, Stuttgarter, Carlsruher und Berner Zeit, weil die Ufer des Sees in Oesterreich, Bayern, Württemberg, Baden und in der Schweiz liegen.

Diese Verhältnisse brachten es mit sich, dass wir in Europa, abgesehen von den vielen Ortszeiten Norddeutschlands 21 verschiedene Bahnzeiten haben, und zwar rechnen wir mit der Bahnzeit von: Amsterdam, Belgrad, Bern, Brüssel, Budapest, Bukarest, Carlsruhe, Constantinopel, Greenwich, Ludwigshafen, Madrid, Moskau, Mostar, München, Paris, Petersburg, Prag, Rom, Stockholm, Stuttgart und Warschau.

Dass die Ortszeiten der einzelnen Städte, sowohl positiv als auch negativ ausfallen, ist selbstverständlich und durch die geographische Lage der Orte bedingt ; dass sie mitunter recht gross und nicht nur Minuten, sondern viele Stunden betragen, ist allgemein bekannt, und enthält die nachfolgende Tabelle diesbezüglich einige wenige Daten :

Wenn es in Wien 12 Uhr Mittags schlägt, so zeigt zu derselben Zeit die Uhr

Stunde

London (Greenwich)

Paris

Brüssel

Hamburg

München

Rom

Berlin

Budapest

Warschau

Constantinopel

Petersburg

Bombay

Peking

Sidney

10 Uhr 55 Minuten Vormittag

11

» 11 » 19

Nachmittags

CO CO 05

51

» 56 » 46 » 41

Abends

Diese Vielheit der Bahnzeiten hat zur Folge, dass in den Fahrplänen Erscheinungen zu Tage treten, welche keineswegs geeignet sind, die Klarheit der Aufschreibungen derselben zu fördern.

Fährt man beispielweise von Italien gegen Frankreich über den Mont-Cenis, so sagt uns der Winterfahrplan des Jahres 1889/90, dass wir in der Grenzstation Modane um 12 Uhr 57 Minuten Nachts eintreffen. Forscht man in dem Fahrplane bezüglich der Weiterfahrt nach, so findet man, dass daselbst der Abgang des Anschlusszuges mit 11 Uhr 45 Minuten Nachts angegeben ist. Würden diese Angaben sich auf eine und dieselbe Uhr beziehen, so würde dies bedeuten, dass wir mit unserem Zuge gar nicht weiter kommen können, da der Anschlusszug, welcher uns nach Frankreich führen soll, bereits 12-Minuten vor unserer Ankunft abgegangen sei. Die Angaben des Fahrplanes beziehen sich aber nicht auf eine und dieselbe Uhr, es ist nämlich die Ankunftszeit nach der Uhr von Rom, die Abfahrtszeit dagegen nach der Uhr von Paris angesetzt. Da aber die Pariser Uhr um 40 Minuten später geht als die Römer Uhr, so resultirt in Modane ein Aufenthalt von 28 Minuten, obwohl ein solcher im Fahrplane nicht directe ersichtlich gemacht wurde.

vor

Fährt man mit dem Abend-Postzuge der (nunmehr verstaatlichten) Westbahn von Wien nach Zürich, so trifft man laut Sommerfahrplan 1890 an der Schweizer Grenze (Buchs) um 8 Uhr 30 Minuten Früh ein, und findet, dass der Zug, mit welchem die Weiterfahrt erfolgen soll, bereits einer Viertelstunde abgegangen sein musste, da im Fahrplane dessen Abfahrt mit 8 Uhr 15 Minuten angesetzt ist. Die Ankunft dieses Zuges ist eben nach Prager, die Abfahrt dagegen nach Berner Zeit angegeben, da aber diese beiden Zeiten um 28 Minuten unter einander differiren, so entsteht in Buchs ein Aufenthalt von 13 Minuten.

Das Gleiche findet man, wenn man von Budapest nach Wien reist. Die Ankunft des Friih-Schnellzuges von Pest erfolgt nämlich laut Sommer-fahrplan 1890 in Marchegg um 11 Uhr 59 Minuten Vormittags, die Abfahrt dagegen um 11 Uhr 46 Minuten, also 13 Minuten vor der Ankunft. Die Ankunft des Zuges ist hier in Budapester, die Abfahrt dagegen in

Prager Zeit angegeben; die 18 Minuten grosse Differenz dieser Zeiten bewirkt aber, dass in der Grenzstation Marchegg thatsächlich ein Aufenthalt von 5 Minuten entsteht.

Reiset man mit dem Orient-Expresszug von Constantinopel nach Paris, so hat man während der SOstündigen Fahrtdauer mit 9 verschiedenen Zeitangaben zu rechnen. Wir haben eben die Zeitkreise von Constantinopel, Belgrad, Budapest, Prag, München, Stuttgart, Carlsruhe, Strassburg und Paris zu passiren.

Die Unbequemlichkeit, welche die Zeitsprünge am Orte des Zu-sammenstosses zweier Bahnzeiten verursachen, besteht vornehmlich darin, dass die Differenzen der anschliessenden Bahnzeiten verschieden gross sind, was zur Folge hat, dass das reisende Publikum sich dieselben absolut nicht merken kann. Für die Eisenbahn-Verwaltungen sind die Zeitsprünge ebenfalls nicht angenehm, da man bei Construction der Fahrordnungen gelegentlich Feststellung der Zugsanschlüsse all diese ver schiedenen Differenzen stets in Betracht ziehen muss.

Wären sie hingegen überall von derselben Dauer und wäre diese Dauer eine solche, dass sie sich dem Gedächtnisse leicht einprägt, sagen wir beispielsweise eine volle Stunde, so könnten sie zu ernstlichen Störungen schwerlich Anlass geben.

Dass dieser Vorschlag Flemming’s praktisch durchführbar sei, zeigten die Amerikaner, welche das ganze Gebiet der Vereinigten Staaten und Canadas in 5 Zeitzonen getheilt haben (1883), deren Zeiten sich von der Greenwicher Zeit um volle Stunden unterscheiden, eine Einrichtung, die sofort in’s Leben trat und sich auf das Vorzüglichste bewährte, indem jetzt die Réduction der verschiedenen Zeiten (die sich ja stets nur um ganze Stunden unterscheiden) keine Schwierigkeit mehr macht. Es verliessen sogar die meisten Städte sehr bald nach Einführung dieser Zonenzeit ihre locale Zeitrechnung und bedienen sich seither der Eisenbahn-Zonenzeit für alle Zwecke des bürgerlichen Lebens. In ganz Nord-Amerika zeigen jetzt fast alle Uhren dieselbe Minute und Secunde, wie die Greenwicher Uhr, nur die Stundenzahl ist je nach der Zone verschieden.')

Wenngleich eine ähnliche Einführung auf dem europäischen Continente auf mehr Schwierigkeiten stossen dürfte als in Amerika, weil einer Ein-theilung in äquidistante Normalzeiten die Trennung Europas in viele von einander unabhängige Staaten, deren Grenzen vielfach in einander greifen und deren Bewohner sich durch Sitte, Nationalität und Staatsform gegen einander abschliessen, im Wege steht, so dürfte dennoch eine systematisch durchgeführte Zeiteintheilung, d. h. die Einführung einer Weltzeit sympathische Aufnahme bei allen Culturvölkern finden.

Denkt man sich nämlich nach Flemming ') die ganze Erde durch 24 Meridiane in gegenseitigen Abständen von je 15° oder 1 Stunde ein-getheilt, denkt man sich ferner, dass innerhalb eines jeden solchen Abschnittes nur die Localzeit des durch seine Mitte ziehenden Meridianes verwendet werde, so hat man die ganze Erde in 24 Sectionen eingetheilt, die überall dort, wo sie zusammenstossen, bezüglich der Zeitangabe genau um eine Stunde von einander differiren.

J) Schram. Zur Frage der Weltzeit, Wien 1888, pag. 6.

Der Mittel-Meridian der ersten Zone geht durch Greenwich, so dass also die Greenwicher Zeit massgebend ist für einen Streifen, dessen Anfangs-Meridian 7V2⁰ östlich, und dessen End-Meridian 7V2⁰ östlich von Greenwich liegt. Diese 15° breite Zone umfasst England, Frankreich, Belgien, Schweden und Spanien, und kann die Zone der Normalzeit genannt werden.

Der Mittel-Meridian der nächsten, gegen Osten zu gelegenen Zone, liegt 15" östlich von Greenwich, die westliche Grenze dieser zweiten Zone bildet der Meridian, welcher 7V2⁰ östlich von Greenwich liegt, während die östliche Grenze dieser Zeitzone durch jenen Meridian gebildet wird, welcher 15° weiter gegen Osten liegt, also durch den 22 V2⁰ östlich von Greenwich gelegenen Meridian.

Für diese Zone, welche ganz Mittel-Europa umfasst, würde also die Zeit gelten, welche dem Mittel-Meridian, das heisst dem Meridian entspricht, der 15° östlich von Greenwich liegt. Alle Orte dieses Meridianes haben in dem Augenblicke, in welchem die Greenwicher Uhr 12 Uhr Mittags zeigt, 1 Uhr Nachmittag. Alle Orte, welche in dieser Zone liegen, würden also in dem Augenblicke, in welchem die Greenwicher Uhr 12 zeigt, 1 Uhr rechnen müssen.

Bemerkt muss werden, dass die vom Urmeridian (Greenwicher Meridian) um volle Stunden entfernten Meridiane, also die Meridiane 15", 30", 45". . . nicht die Grenzen, sondern die Mittellinien besagter Stundenzonen bilden. Die Grenzen jeder Zeitzone liegen 7 rechts und 7 V2⁰ links von dem betreffenden Mittel-Meridian.

Den einzelnen Zeitzonen könnte man besondere Namen geben. Flemming schlug vor, dieselben der Reihe nach mit den Buchstaben des Alphabets zu bezeichnen, Allen hingegen glaubte, dass es zweckmässiger wäre, jeder Zone den Namen jenes Landes zu geben, welches das hervorragendste unter den Ländern ist, welche in dieser Zone liegen. Schram vereinigt die Vortheile beider Bezeichnungsweisen, indem er jede Zone durch jenen markanten, in ihr gelegenen Punkt bezeichnet, dessen Name mit dem Buchstaben der Zone beginnt.

Schram schlägt nämlich vor, der ersten Zeitzone (die Zone, deren Mittelmeridian eine Stunde östlich von Greenwich liegt) den Namen Adriazeit zu geben, denn gewiss gibt es in dieser Zone keinen mit A beginnenden Punkt, der sich an Bedeutung mit der Adria messen könnte. Die Zeit der zweiten gegen Osten folgenden Nachbarzone könnte füglich Bosporuszeit, die der dritten Zone Caucasuszeit, jene der darauffolgenden Dariazeit, jene der fünften Zone EJephantazeit u. s. w benannt werden.¹)

Die Zeitzone, die uns am meisten interessirt, ist die Zone der Adriazeit. Die westliche • Grenze dieser Zeitzone bildet sonach der Meridian, welcher 7l/₂" östlich von Greenwich liegt. Dieser Meridian würde nahezu die Städte: Emden, Dortmund, Essen, Cöln, Coblenz, Saarbrücken, Strassburg, Mühlhausen, Basel, Bern, Freiburg, Aosta und Nizza streifen. Die östliche Grenze der Zone der Adriazeit, würde der um 15° weiter gegen Osten liegende Meridian, also der 22l/jl Meridian östlich von Greenwich bilden. Dieser Meridian geht an den Städten: Lublin, Krzeszów, Zagórz, Legeny-Mihdly, Grosswardein, Verciorowa und Odessa vorbei.

Hieraus ist zu ersehen, dass Ostgalizien, ganz Bukowina und der östliche Theil von Ungarn über den Bosporus-Meridian gegen Osten hin fällt, so dass also Orte wie: Lemberg, Brody, Stryj, Stanislau, Czernowitz, Husiatyn, Podwoloczyska, Suczawa, Hermannstadt, eigentlich in die

!) Schram. Zur Frage der Eisenbahnzeit, Wien 1888, pag. 17.

zweite Zeitzone (Bosporus-Zone) gehören, doch müssten sie aus Zweckmässigkeitsgründen zur ersten Zone (Adria-Zone) gerechnet werden.

In den östlichen Stationen des Vereins-Bereiches werden die Localzeiten der proponirten Eisenbahnzeit wohl um 42—45 Minuten voraus sein, doch ist für diese Stationen — Galizien und die Bukowina miteingerechnet — ohnehin die Budapester Zeit maassgebend, und da die Differenz zwischen den Localzeiten und der Budapester Zeit schon 25—30 Minuten beträgt, so wächst diese Zeitdifferenz eben nur um jene 16 Minuten, um welche der Meridian von Budapest gegen Westen verschoben wird. In den wesentlichsten Stationen des Deutschen Reiches werden die Localzeiten der proponirten Eisenbahnzeit um 30—35 Minuten nach sein, während in jenen Gebietstheilen, welche die Mittellinie der Stundenzone, d. i. der 15. Meridian durchschneidet oder begrenzt, die Differenz zwischen den Localzeiten und der neuen Eisenbahnzeit ganz verschwindet.

um

Bei Annahme dieses Principes wäre die Prager Zeit im Ganzen nur um 2, die Berliner Zeit 6 und die Budapester Zeit um 16 Minuten zu verschieben, so zwar, dass nach der neuen Zeitrechnung um 2 Minuten mehr als in Prag, um 6 Minuten mehr als in Berlin und um 16 Minuten weniger als in Budapest sein würde.

Dass ein derartiger Uebergang von den Ortszeiten auf die einheitliche, die sogenannte Welt- oder wenn man will Normalzeit gerade in der Adriazone ohne jedwede Störung der Gewohnheiten im bürgerlichen Leben sich vollziehen würde, lasst sich daraus schliessen, dass Schweden bereits seit 1. Jänner 1879 eine derartige Normalzeit besitzt, dass die Wandlung sich dort ohne allen Anstand vollzogen hat, obwohl die Abweichungen der Ortszeit der äussersten östlichen Punkte 36 % Minuten gegen die Normalzeit (Zeit von Stockholm) betragen.

Es würde dies gewiss eine grosse Errungenschaft sein, wenn alle Culturstaaten Europa’s sich entschliessen könnten, Normalzeiten zu wählen, und es hierdurch ermöglichen würden, dass die Zeitabstufung lediglich nach vollen Stunden zu zählen sein würde. Es wäre damit eine Erleichterung für das Verkehrsleben geschaffen, deren gewichtige Tragweite zur Zeit vielleicht noch unterschätzt wird.

Das Verdienst, die Frage der Einführung einer einheitlichen Bahnzeit bei den Eisenbahn-Verwaltungen angeregt zu haben, gebührt der Direction der ungarischen Staatsbahnen, welche im Jahre 1888 einen diesbezüglichen Antrag bei der Directoren-Conferenz, welche damals in Wien tagte, eingebracht hatte. In dieser Conferenz wurde mit Stimmeneinhelligkeit der Beschluss gefasst, an Stelle der in Oesterreich-Ungarn gegenwärtig noch bestehenden Eisenbahnzeiten, eine einzige Zeit zu setzen, und zwar jene, welche dem Meridiane 15" östlich von Greenwich entspricht.

Die beiderseitigen Regierungen, an welche sich die Eisenbahnen um Genehmigung dieses Beschlusses wendeten, haben diesem Beschlüsse ihre Sanction unter dem Vorbehalte ertheilt, dass auch der Verein Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen sich diesem Vorgänge anschliesse. In Folge dessen wendete sich die ungarische Staatsbahn in derselben Angelegenheit an den gedachten Verein (1889), was zur Folge hatte, dass in Berlin am 8. Jänner 1890 eine Conferenz zusammentrat, welche beschloss, diesen Antrag der Generalversammlung des Vereines zur Beschlussfassung zu unterbreiten.

§. 136.

Empirische Formeln für die Fahrzeiten der Züge.

Die Kraft einer Locomotive ist vollkommen ausgentitzt, sobald der Dampf, den ihr Kessel liefert, in demselben Maasse zur Verwendung gelangt, in welchem er erzeugt wird.

Da die Dampfproduction bei einer regelrecht bedienten Locomotive im Allgemeinen eine gleichmässige ist, so muss die Arbeit, welche die Locomotive verrichtet, wenn sie ihren Zug führt, stets dieselbe sein.

Wenn die Strecke, welche der Zug befährt, in ihrer ganzen Länge überall denselben Widerstand der Bewegung bieten würde, so müsste auch die Geschwindigkeit der Fahrt in jedem Punkte des ganzen Weges dieselbe bleiben. Ein solcher Zustand würde bestehen, wenn die ganze zu durchfahrende Strecke eben wäre, oder gleichmässig ansteigen würde. Dies ist aber nur selten der Fall. Auf der Strecke wechseln Horizontale mit Steigungen und mit Gefällen ab, so dass also der Widerstand ein veränderlicher ist. Die Maschine, welche stets mit derselben Energie arbeitet, wird also, so oft sie an einen grösseren Widerstand stösst, nothwendig an Geschwindigkeit verlieren müssen, während sie an Geschwindigkeit gewinnt, sobald der Widerstand kleiner geworden ist.

Zum Durchfahren gleich langer Strecken wird also die Maschine eine verschiedene Zeit brauchen. Ein Kilometer der Bahn mit geringem Widerstande wird in kürzerer Zeit durchfahren werden, als ein Kilometer von grösserem Widerstande. Die Arbeit der Maschine, weil • der Dampfproduction proportional, wird aber, wie dies wiederholt betont wurde, stets dieselbe bleiben.

Solange die Eisenbahnen nur noch sanfte Steigungen hatten, wurde diesen Steigungen dadurch Rechnung getragen, dass man zu den Fahrzeiten, welche für horizontale Strecken ermittelt wurden, gewisse, der Erfahrung entnommene, mit der Schärfe der Steigungen wachsende Zuschläge machte. So führt beispielsweise Borries an, dass jeder Millimeter einer Steigung die Fahrzeit des Zuges um eine Minute pro Myriameter (10km) verlängere. Braucht also ein Zug zum Durchlaufen eines Myriameters Weg in der Horizontalen eine Zeit von 15 Minuten, so würde dieselbe in einer Steigung von 5%o schon 15 + 5 = 20 Minuten, in einer Steigung von 6°/₀₀ 15 + 6 = 21 Minuten etc. betragen.

Als jedoch schärfere Steigungen zum Ausbau gelangten, stellte es sich heraus, dass diese Regel nur unzuverlässige, in vielen Fällen geradezu unbrauchbare Daten liefere, und man war daher bestrebt gewesen, dieselbe zu verbessern. Man glaubte dies dadurch thun zu können, dass man die per Kilometer Fahrt entfallenden Zuschläge nicht mehr nach der Schärfe der Steigung allein, sondern auch noch nach der Fahrgeschwindigkeit des Zuges variiren liess. Aus der nachstehenden Tabelle sind derlei Zuschläge zu entnehmen, wie sie auf manchen der deutschen Bahnen noch bis zum Jahre 1878 in Anwendung waren.

Fuhr der Zug mit einer Geschwindigkeit von

Steigung bis pro mille

25    :    30    35

40

45

50    55

60    65

70

Kilometer pro Stunde, so betrug der Zuschlag pro Kilometer Fahrt Minuten

ty o cp ot 6 H (j)

ira co ot cd

ô ó 7h p.

ira o y ó Ó 7h Th

co ira ~ ö ö ö 7-,

CO y CD 05

ö ö ö ó

co y cd co Ö Ô Ô Ô

evi ira

Ö Ó Ö Ó

o o o o

Ol ei M

o o o o

05 L cö CO

Benöthiget beispielsweise ein mit einer Geschwindigkeit von 30 Kilometer pro Stunde fahrender Zug zum Durchlaufen einer 15 Kilometer langen, in einer Horizontalen liegenden Strecke, 30 Minuten Zeit, so wird dessen Fahrtdauer um P6 Minuten pro Kilometer vergrössert werden müssen, sobald er in eine Steigung von 8;l (K) gelangt. Dessen Fahrtdauer wird also nicht mehr 30, sondern 30-)-1'6 X 15 = 54 Minuten betragen. Die Fahrzeit eines mit 60 Kilometer Geschwindigkeit fahrenden Zuges wird pro Kilometer um V2 Minute verlängert, sobald der Zug von der Horizontalen in eine Steigung von 6%o gelangt. Die Verlängerung wird auf 0'7 Minuten pro Kilometer anwachsen, sobald der Zug in schärferen, und zwar in Steigungen bis 10%o sich bewegt.

Später gelangte man zur Ueberzeugung, dass auch diese Zuschläge den Verhältnissen nur mangelhaft entsprechen, und normirte daher, dass der Zuschlag betragen müsse :

0'13 Minuten pro Kilometer bei 3 pro mille 0-25 0-40

Steigung, und die Badische Staatshahn schlägt zu der, nach der grössten zulässigen Geschwindigkeit für die gerade horizontale Bahn berechneten Fahrzeit für jeden Meter, den die Bahn zwischen zwei Stationen steigt oder fällt, die Zeit von 0‘025 Minuten zu.¹)

Manche Bahnen drücken wieder die Zuschläge zu den Fahrzeiten der horizontalen Bahn, welche die Steigungen bedingen, in Percenten dieser Fahrzeiten aus. Auf Wiirttembergischen Staatsbahnen wird beispielsweise die nachstehende Tabelle verwendet,¹) aus welcher Tabelle unter

Steigungen

Der Zuschlag zu den Fahrzeiten der geraden, horizontalen Bahn beträgt bei der Geschwindigkeit von

45 bis 55 60 bis 75

Kilometer pro Stunde, das nachstehende Procent

14

300

200

40

15

15

150

65

30

30

100

100

60

50

80

100

Ś0

75

60

45

110

125

100

115

95

110

Anderm zu ersehen ist, dass in einer Steigung von 10%o (l : 100) bei Zügen, deren Grundgeschwindigkeit 30 — 40km beträgt (Güterzüge), die Fahrzeit doppelt so gross angenommen wird, als in der Horizontalen. Bei Zügen hingegen, deren Grundgeschwindigkeit zwischen 60—75km schwankt (Eil-zügen), die Fahrzeit in derselben Steigung nur um die Hälfte jener Fahrzeit vergrössert wird, welche für eine Horizontale bestimmt wurde.

Dieselbe Bahn berücksichtigt in ähnlicher Weise auch die Fahrzeiten in Citrven, indem sie für verschiedene Curven Zuschläge zur Fahrzeit in der Horizontalen normirt, welche Zuschläge mit der Fahrgeschwindigkeit kleiner werden.

0 Fortschritte der Technik des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1884, pag. 340.

Aus der folgenden Tabelle¹) sind derlei Zuschläge zu entnehmen:

Curven-Radius

Der Zuschlag zu der Fahrzeit in gerader, horizontaler Bahn, beträgt bei der Grundgeschwindigkeit von

in

Metern

30 bis 40

45 bis 55

60 bis 75

Kilometer pro Stunde, das nachstehende Procent

800-700 700-600 600-500 500-400 400-300

cd

CO CO to CO 4- O

ui CO o CO

O) Dû O OD Q

Die Badische Staatsbahn verwendet statt einer Tabelle die nachstehende empirische Formel für den Zeitzuschlag in Bögen:

0-5 O-ÜG

.    .    (173

in welcher bezeichnet:

Z. . . den Zuschlag in Minuten, welcher zu der Fahrzeit in der Horizontalen gemacht werden muss, sobald der Zug eine Curve befährt;

R . .den Halbmesser der Curve, in Metern;

Y ..die Grundgeschwindigkeit, in Kilometern pro Stunde; l. . . die Länge der Curve, in Metern.

Für eine Curve von 300 Metern Radius und 1 Kilometer Länge ergibt sich sonach ein • 1000 = 0'7 Minuten, sobald die Grundgeschwindigkeit 60 Kilo-

' Zuschlag von : meter pro Stunde beträgt.

0-5 _ 04)6 300    “60

Es lag nahe, statt mit Zuschlägen zu der für horizontale Gerade ermittelten Fahrzeit zu operiren, die Fahrgeschwindigkeit in den Steigungen als Function dieser Steigungen darzustellen.

So wendet beispielsweise die Ungarische Staatsbahn²) die nachstehende empirische Formel an:

.    .    (174

= ^1—v

in welcher bezeichnet:

V, . . . die Fahrgeschwindigkeit des Zuges in der Steigerung, gemessen in Kilometern pro Stunde;

V....die Grundgeschwindigkeit in der Horizontalen, gemessen in Kilometern pro Stunde;    ’

111 . . . die Neigung der Bahn in Millimetern, pro Meter Current-Länge.

In einer Steigung von 16%o würde bei einer Grundgeschwindigkeit von 60 Kilometern die zulässige Fahrgeschwindigkeit sonach : Vj = (1 — 0⁻l V 16) 60 = 36 Kilometer pro Stunde betragen.

’) Fortschritte der Technik des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1884, pag. 341. ²) Fortschritte der Technik des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1884, pag. 340.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt die zulässige Geschwindigkeit in Steigungen, unabhängig von der Grundgeschwindigkeit, also lediglich als eine Function der Steigungs-Verhältnisse darzustellen.

So geht beispielsweise Lindner¹) von dem Erfahrungssatze aus, dass, sobald die verschiedenen Steigungen als Abeissen eines rechtwinkeligen Coor-dinaten-Systemes abgesteckt, und die diesen Steigungen erfahrungsgemäss angepassten Fahrgeschwindigkeiten als Ordinaten aufgetragen, und die Endpunkte dieser Ordinaten miteinander verbunden werden, die so erhaltene Curve als eine Parabel angesehen werden könne.

Weiss man beispielsweise aus Erfahrung, dass in Steigungen von 40%o nicht schneller gefahren wird, als mit einer Geschwindigkeit von 5m pro Secunde, während in der Horizontalen (Steigung Null) mit 10m gefahren wird, so erhält man mit Bezug auf das Coordinaten-System AQD (Figur 20) hiedurch die beiden Endpunkte a und b der Curve.

I»

K-

h-

Iö

X—

Ml

Figur 20.

Es ist nämlich Q S — 40, Sb = 5, Qa=10.

Soll nun die Curve

eine Parabel sein, und bezeichnen, auf das Coordinaten-System AOB bezogen, und y₁ die Coordinaten eines beliebigen Punktes M derselben, so ist P b

x₁, MP = yj und es muss also sein: y/' = ax/.

Da aber, auf das System AQD bezogen, der Punkt M der Parabel die Coordinaten hat: x = QR = (40 — xj y — M R = (yt -{- 5), so erhält man durch die Substitution der aus diesen Gleichungen für und yl

resultirenden Werthe in die Gleichung der Parabel:

a = (y-4l

Wird

40 — x

berücksichtigt, dass für x—0 gleichzeitig y—10 wird, so ergibt sich:

(10 — 5)²    5    .    .. ,

a=—-— --= —, und mithin: (y — 5) — /s (40 — x), also:

CO j Cn

4-

ł) Lindner. Die virtuelle Länge, Zürich 1879, pag. 39.

Berücksichtigt man, dass y = c die Fahrgeschwindigkeit, x Steigung pro mille ist, so erhält man die Formel:

m die

|»0 |0f0

Ol

welche den Zusammenhang darstellt zwischen der Steigung m und der auf ihr üblichen Fahrgeschwindigkeit c.

Es bezeichnet also in dieser Formel :

C.. die Fahrgeschwindigkeit in einer Steigung, gemessen in Metern pro Secunde;

m . . die Steigung pro mille.

Für eine Steigung von 20°/₀₀ beträgt sonach die auf Eisenbahnen übliche Fahrgeschwindig-

keit : c = 5 -f-

f J (40-20)

= 8’5 Meter pro Secunde.

§• 137.

Berechnung der Fahrzeiten.

Die Grundlagen, welche den einzelnen Bahnen zur Ermittlung der Fahrzeiten der Züge dienen, wurden in dem vorhergehenden Paragraphe entwickelt. Die Lectüre dieses Paragraphes drängt die Ueberzeugung auf, dass alle die zur Anwendung kommenden Vorschriften so mangelhaft sind, dass sie durchaus nicht als eine rationelle Grundlage angesehen werden können, auf welcher weiter zu bauen wäre.

Die Verschiedenheit dieser, jeder theoretischen Begründung entbehrenden Vorschriften verräth nur zu deutlich, dass hier ein schwankendes Tasten nach dem Rechten die Stelle einer festen Regel vertritt. Es ist zu bedauern, dass diese Unsicherheit des Vorgehens gerade hier obwaltet, wo die begangenen Fehler durch eine oft ansehnliche Vermehrung der Betriebsauslagen sich rächen.¹)

Die Gepflogenheit, die Fahrzeiten in Steigungen und Curven durch Zuschläge festzustellen, welche Zuschläge auf Grund von Erfahrungen gewonnen wurden, muss definitiv verlassen werden, wenn man rationell Vorgehen will. Eine Methode, nach welcher die Fahrzeiten berechnet werden können, soll nun im Folgenden entwickelt werden.

Die Strecke zwischen zwei Nachbarstationen, welche der Zug zu befahren hat, besteht aus Stellen, welche horizontal liegen, ansteigen oder auch fallen, und alle diese Wegstücke können ausserdem verschieden scharf gekrümmt sein.

Da jede der zu befahrenden Strecken dem Zuge einen andern Widerstand bietet, so wird eine mit unveränderter Kraft arbeitende Locomotive ihren Zug in jeder dieser Strecken mit einer anderen Geschwindigkeit führen. Es müssen daher vor Allem die Fahrgeschwindigkeiten berechnet werden, welche jeder einzelnen der Theilstrecken entsprechen. Kennt man

Ü R. Koch. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1881, pag. 86.

die Länge dieser Theilstrecken, und wird dieselbe in Metern ausgedrückt, so ergibt sich die Fahrzeit durch Division dieser Länge durch die betreffende Fahrgeschwindigkeit.

Da die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde, die Länge der Strecken in Metern ausgedrückt wurde, so wird die Fahrzeit in Secunden sich ergeben.

bezeichnet,

Beträgt die Länge der einzelnen Strecken: lt, l,„ l₃. . Meter und die diesen Strecken entsprechenden Fahrgeschwindigkeiten, welche nach den Regeln der §§. 90 oder 92 zu ermitteln sind, betragen c,, c„, c₃. . Meter pro Secunde, und werden die bezüglichen Fahrzeiten mit tL, t„, t.,

..Secunden.

so betragen dieselben der Reihe nach:

Die Gesammtfahrzeit der l — lY +/, + l₃ + . . . langen Strecke beträgt

sonach: t

=0 ⁺ ©⁺©

■ > oder auch :

(176

Secunden.

Man sieht, dass diese Methode, die Fahrzeiten zu berechnen rationell ist, da sie eine wissenschaftliche Begründung hat. Es fragt sich nur, ob sie auch in der Anwendung bequem ist, um allgemein zur Geltung kommen zu können.

Da diese Frage nur die Erfahrung beantworten kann, so sollen diesfalls einige Beispiele angeführt werden.

Beispiel: Zwischen zwei Stationen, deren Entfernung 9'322 Kilometer beträgt, befinden sich horizontale, ansteigende und fallende Strecken, welche verschiedenartig gekrümmt sind. Auf dieser Strecke, deren Detail aus der folgenden Tabelle zu ersehen ist (in welcher Tabelle R den Curven-Radius in Metern bezeichnet), sollen durch eine Locomotive, welche mit 3Ö0 Pferdekräften arbeitet, 250 Tonnen schwere Züge so geführt werden, dass die Fahrgeschwindigkeit nirgends 10 Meter pro Secunde überschreitet. Es fragt sich, wie viel Zeit diese Locomotive zum Durchfahren dieser Strecke benöthigen wird.

Horizontale

Steigung

Gefälle

Meter

(Meter)

pro mille

pro mille

6000

1314

6000

1008

600

1000

Sill

300

Auflösung : Da hier gekrümmte Strecken Vorkommen, so müssen vor Allem die Curven eiiminirt werden ; dies geschieht im Sinne des §. 29, indem man sie in gleichwerthige Steigungen verwandelt.

Die Curve vom Halbmesser 6000 Meter, welche in der Steigung von S⁰/,*, liegt, setzt der Bewegung einen Widerstand entgegen, welcher gleich ist einer geraden Steigung von

(3-f ßQQoj = 3-1"'°o oder rund 3%oi sie vergrössert also die Steigung nicht. Die 8'/m ansteigende,

/s -j-    ^ —9 '/na- Die im Gefälle von lO'Vui liegende Curve von

in einer Curve von 600 Metern liegende Steigung bietet der Bewegung einen ebenso grossen Widerstand, als eine gerade Steigung von

Zugslast beträgt (pag. 92), um

SOO Metern Radius verringert die abwärts treibende Kraft des Zuges, welche 10 Kilogramm pro Tonne

=2 Kilogramm, so dass man also dem gekrümmten Gefälle von

300

10%o ein gerades Gefälle von (10—2) = 8!!/u0 substituiren kann.

Das zu passirende Profil kann daher als bestehend angesehen werden aus folgenden geraden Strecken:

Horizontale.........

Steigung 3 pro mille »    9    »

Gefälle 8 »

6000 Meter

1314

1008 »

1000

Summe... .9322 Meter

Nachdem die Curven eliminirt sind, hat man für jede der einzelnen nunmehr geraden Strecken die Fahrgeschwindigkeiten festzustellen.

Was die Horizontale anbelangt, so ist die Fahrgeschwindigkeit schon gegeben, sie beträgt nämlich 10 Meter, weil nirgends schneller gefahren werden darf. Es wäre höchstens zu untersuchen, ob die gegebene Maschine mit dieser Geschwindigkeit überhaupt fahren könne. Da jedoch

der Zugseffect derselben    = 1 -2Pferdekräfte beträgt, so ist deren, der Geschwindigkeit von lOMetern

1-2

entsprechende Zugkraft : z = -— • 75 = 9 Kilogramm, ist also doppelt so gross, als der pro Tonne

^3T+-^-^ = 4‘5 Kilogramm beträgt.

Die Fahrgeschwindigkeiten in den beiden Steigungen von 3%o und 9%u sind nach Formel 148 (pag. 361) zu rechnen, was in folgender Weise geschieht.

= 1-2, und betragen die Steigungs-Coëfficienten:

Bruttolast entfallende Widerstand, welcher:

300

Hier ist n = g-

/    3 \ ³

(,3 = (¹⁺y) _s

Vs

/    9 \ ³

= (l+-₃) =64

mithin ist:

5-5

1 + 0-38 o

und daher:

also auch:

¹⁺(10 - 1-2)* ' ?

a₃ = j/l+0-38 • 8 = j/fÖT = 2-01 j/4 -fO’38 • 64 = Y25-32 = 5'03

3__3_

3 +■!)..= |/3-01 =

Vk +"¹) = ffröä =

«₈ =

1-45

1-82

und ebenso:

1A(«3

1) = j/l'Ol = 1-00 f(«₈ - 1) = J/4-03 = 1-59

man erhält sonach mit Rücksicht darauf, dass :

fn =. ]Vl‘2 =

1-058

ist, nach Formel 148:

(13-8 X 1-058 (1-45 — 1-00) = 6-57 .Meter ~ 113-8 X 1-058 (1-82 - 1-59)

3-36

Was die Geschwindigkeit in dem Gefälle von 8^/m anbelangt, so kann dasselbe mit der Maximalgeschwindigkeit von 10 Meter befahren werden, weil die höchste Geschwindigkeit, mit welcher Curven von 300 Metern Radius in solchen Gefällen noch befahren werden dürfen, laut Schäffler’s Tabelle (§. 95, pag. 374), 12 Meter beträgt, also grösser ist, als die für unsere Linie angenommene Grundgeschwindigkeit (von 10 Metern pro Secunde).

Stellt man das Ergebniss dieser Rechnung zusammen, so erhält man das folgende Resultat: In der Horizontale ist c₃ = 10 Meter, in der 3n/oo Ansteigenden c-{=6⁻57 Meter, in der 8’ oo Ansteigenden c₃ = 3'36 Meter, und im Gefälle c₊=10 Meter.

Da nun die bezüglichen Längen ^ = 6000, 7₃=1314, Is = 1008, 7₊ = 1000 Meter betragen, so sind die einzelnen Fahrzeiten :

tj=^^=z 600 Secunden

t*=

1314

6t57

200

¹

0 bis 40

100S

³⁰⁰

U=

1......

TO-

= 100

Summe. ...

1200 Secunden oder 1200:60=20 Minuten.

Zum Durchfahren der 9322 Meter langen Strecke bedarf daher der Zug in der einen Richtung 20 Minuten.

Soll dieselbe Strecke in der anderen Richtung befahren werden, so verwandeln sich die Steigungen derselben in Gefälle, während ihr gegenwärtiges Gefälle zur Steigung wird. Das Profil der zu durchfahrenden Strecke wird sich sonach in folgender Gestalt präsentiren :

Horizontale

Steigung

Gefälle

Meter

(Meter)

pro mille

pro mille

6000

1314

1008

1000

III?

6000

600

Eine gekrümmte Steigung von 10°/ro, deren Krümmungs-Halbmesser 300 Meter beträgt, setzt der Bewegung denselben Widerstand entgegen, als eine gerade Steigung von :

Ein gekrümmtes Gefälle von 8°/^, dessen Krümmungs-Halbmesser 600 Meter beträgt, ist

7%o anzusehen. Die Curve von 6000 Metern ist ohne

Einfluss. Das zu passirende Profil kann also als bestehend angesehen werden, aus folgenden geraden Strecken :

als ein gerades Gefälle von :

M) =

Horizontale..........

Steigung 12 pro mille Gefälle 3 »

6000 Meter 1000 » 1314 » 1008 »

Summe... .9322 Meter

Was die Geschwindigkeiten anbelangt, mit welchen die einzelnen Theilstrecken befahren werden können, so ist zu bemerken, dass die Horizontale und die beiden Gefälle mit der Grund-géschwindigkeit von 10 Metern ohne Anstand befahren werden, weil diese Geschwindigkeit, wie bereits gesagt, mit Rücksicht auf die Leitungsfähigkeit in der Horizontalen thunlich ist, und der Curvenradius 600 Meter nach Schäffler’s Tabelle (§. 95) eine solche gleichfalls zulässt.

Es bleibt also nunmehr nur noch übrig, die Fahrgeschwindigkeit in der 12:)/00 ansteigenden Strecke zu berechnen. Dies geschieht wieder nach Gleichung Nr. 148. Hiebei ist:

n ==

300

250

125,

5-5

• 64 =|7l + 0-38X125 = 6'96

(10X1-2)²

3 _ 3 _ _ 3 _

|7(6-96 + 1) = 1-99, |7(6-96 — 1) = F81, j/ÏÏ2 =

1-06

mithin : c = 13-8 X 1-06 (L99 - 1-81) = 2-62 Meter.

Die Geschwindigkeit, mit welcher die Steigung befahren werden kann, beträgt sonach pro Secunde 2⁻62 Meter. Da die Länge dieser Steigung 1000 Meter beträgt, so braucht die Locomotive 1000

zum Durchfahren derselben --    = 382 Secunden oder 7 Minuten. Da die Fahrgeschwindigkeit in

= 832 Secunden oder 14 Minuten beträgt, so braucht der

Zug zum Durchfahren der ganzen 9-322 Kilometer langen Strecke in der andern Richtung 14 —7 = 21 Minuten.

In dieser Richtung fährt also der Zug um eine Minute länger als- in der andern.

der übrigen 8332 Meter langen Strecke

8332

To“

§. 138.

Zeitverlust bei Zügen durch Anhalten und Anfahren.

Bei der Berechnung der Fahrzeit zwischen zwei Stationen, wie sie im vorigen Paragraphe durchgeführt wurde, machte man die stillschweigende Voraussetzung, dass der die Station verlassende Zug seine Fahrt sofort mit der Geschwindigkeit beginnt, welche ihm laut Rechnung zukommt, sowie dass er in der Nachbarstation mit dieser Geschwindigkeit ankommt und plötzlich stehen bleibt.

Diese Voraussetzung ist nun nicht richtig, weil der ausfahrende Zug die vorgeschriebene Geschwindigkeit erst nach und nach, also nachdem er eine gewisse Strecke durchlaufen, gewinnt. Ebenso verzögert der Zug bei der Einfahrt in die Station seine Geschwindigkeit successive, bis dieselbe im Momente der Ankunft zur Null herabsinkt.

Da nun die Geschwindigkeit sowohl bei der Ausfahrt als auch bei der Ankunft während der Dauer der- Verzögerung kleiner ist als jene, mit welcher auf offener Strecke gefahren wird, so ist die Zeit, welche zum Befahren dieser beiden Strecken (welche mit zu- und abnehmender Geschwindigkeit befahren werden) erforderlich ist, nothwendig grösser, als es jene Zeit sein würde, welche zum Befahren derselben Strecke mit der vollen Geschwindigkeit nöthig wäre.

Dieser Zeitverlust muss sonach berücksichtigt werden. Dies kann aber auf folgende Art geschehen.

Beträgt die Beschleunigung der Bewegung bei der Ausfahrt des Zuges aus der Station py Meter pro Secunde, und braucht der ausfahrende Zug Secunden, um die vorgeschriebene Geschwindigkeit von c Metern pro Secunde zu erreichen, so hat man, da in einem solchen Falle c = p₁.t₁, für die

Dauer der beschleunigten Fahrt: t =

|. Ebenso erhält man -für die

32

Dauer der verlangsamten Fahrt beim Nähern an die Station: ta = J

sobald p„ die Verzögerung der Bewegung bei der Einfahrt in die Station und die Dauer dieser Bewegung bezeichnet. Die gesammte Zeit, während welcher die Bewegung des Zuges beschleunigt oder verzögert wird, also die Dauer der Bewegung mit variabler Geschwindigkeit beträgt sonach :

(t, +1„) Secunden, und es ist:

Oi +1₂) — (--1---)

\P, P-J

c, oder auch, falls man

(-+■-) = «

VP.    P */

setzt: (t, -f- t„) = a • c Secunden.

Bezeichnet sl die Länge der Strecke, welche bei der Ausfahrt des Zuges aus der Station durchfahren werden muss, bevor der Zug die vorgeschriebene Geschwindigkeit von c Meter erreicht, so ist, eine gleichförmig

beschleunigte Bewegung vorausgesetzt: s, = ₉ - P, t®, oder mit Rücksicht auf

der Kürze halber:

1 c³

und ebenso erhält man für den Weg s„,

den Werth von tL auch: Sj ——    ,

2 Pi

welchen der Zug bei der Einfahrt in die Station mit einer verzögerten

1 c*

Bewegung durchläuft: s„ = — •

'    2    p.,

beträgt sonach: (sx + s₂) = — • a Meter.

Meter. Die Summe dieser beiden Wege

fs — (st + s₂)l = (s-~^

Meter mit der

Beträgt die Entfernung der beiden Nachbarstationen von einander 5 Meter, so wird nur der Weg: normalen Fahrgeschwindigkeit von c Metern durchlaufen, wozu eine Zeit

c*

von t₃ Secunden benöthigt wird, welche: t, =--

beträgt.

OT o

a Secunden

Da aber

nichts Anderes bezeichnet, als jene Zeit t, welche zum

Befahren der Strecke 5 verbraucht worden wäre, wenn die Fahrgeschwindigkeit c während der ganzen Fahrt sich nirgends geändert haben würde, so hat

man: t:j — t — ^•c- Die Summe aller dieser drei Fahrzeiten, nämlich:

der Strecke s wirklich auf-

(ti + ts + t₃) = T, also die zum Befahren

a

gewendete Zeit beträgt sonach: T = t + o • c, und die Differenz dieser Fahrzeit gegen die normale, d. h. der Zuschlag von z Secunden zur Fahrzeit /, welcher aus Anlass der verzögerten Aus- und Einfahrt erwächst :

r = (T-t) = |

• a oder:

1*1 «

.    .    (177

Secunden.

In dieser Formel bezeichnet also:

T ...den Zuschlag an Secunden, welchen man aus Anlass der Verspätungen beim Aus- und Einfahren zur normalen Fahrzeit zu machen hat;

Pj . . .die Beschleunigung bei der Ausfahrt aus der Station, in Metern pro Secunde;

p, . . . die Verzögerung bei der Einfahrt in die Station, gleichfalls in Metern pro Secunde.

Beträgt beispielsweise die Beschleunigung bei der Ausfahrt für jede Secunde 10 Centi-meter = '/io Meter, die Verzögerung bei der Einfahrt dagegen 50 Centimeter= Va Meter pro Secunde, so hat man, da: pt = VuG P₂ = ‘/₂, zur Fahrtdauer, welche nothwendig ist, um die ganze Strecke zwischen den beiden Nachbarstationen mit der vorgeschriebenen Geschwindigkeit von c Metern zu

durchfahren, noch 7

= -f —^    = 0"3 . c Secunden zuzuschlagen.

Man ersieht aus der Formel 177, dass der Zuschlag zur Fahrzeit veränderlich ist, dass er mit der Fahrgeschwindigkeit zunimmt, und dass dessen Grösse ausserdem noch sowohl durch die Zugkraft, als auch durch die Kraft der Bremsen bestimmt wird.

Bezeichnet z die auf eine Tonne des Zugsgewichtes entfallende Zugkraft in Kilogramm, und w den Widerstand in Kilogramm, welchen jede Tonne des Zugsgewichtes zu überwinden hat, so beträgt die bewegende Kraft (z — w) Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht, die Beschleunigung bei

z—w 112

der Ausfahrt sonach : p, ==

Tonne Zugsgewicht 112 beträgt (pag. 90).

Meter pro Secunde, weil die Masse einer

Beträgt beispielsweise die Zugkraft der Maschine 10 Kilogramm pro Tonne bewegter Last, der Widerstand dagegen 4-4 Kilogramm, so hätte man für die bewegende Kraft (z — w) — — (10 — 4-4) = 5⁻6 Kilogramm, und daher für die Beschleunigung der Bewegung des Zuges bei

5*6

der Ausfahrt aus der Station: pj —

112

=r 0-05 Meter oder ~ Meter = 5 Centimeter pro Secunde.

Auf ganz ähnliche Weise berechnet sich die Verzögerung bei der Einfahrt des Zuges in die Station.

Würde man keine Bremsen anwenden, sondern den Zug beim ab-gesperrten Dampfe in die Station rollen lassen, so würde die Verzögerung

Meter pro Secunde betragen, kommen jedoch Bremsen

offenbar:

P.=

112

zur Anwendung, und würden alle Wagen so gebremst werden, dass deren Räder an der Rollgrenze sich befinden, so würde der in einem solchen Falle durch das Bremsen erzeugte Widerstand (§. 103, pag. 398, Formel 162) 4 (50 — c) Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht betragen.

Für Schnellzüge, welche mit 15 Meter Geschwindigkeit verkehren, wurde dieser Widerstand sonach 4(50—15) = 140 Kilogramm ausmachen, die Verzögerung in der Bewegung des einfahrenden Zuges würde daher p₂ =

140

= T2 Meter pro Secunde betragen.

TÏ2

Beispiel: Wie viel beträgt der Zeitverlust, bei einem 150 Tonnen schweren, mit einer Geschwindigkeit von 12 Metern pro Secunde in einer horizontalen Bahnstrecke verkehrenden Zuge welcher dadurch entsteht, dass, um bei der Ausfahrt aus der Station in Schwung zu kommen, und bei der Einfahrt in die Nachbarstation gebremst werden muss, sobald die Maschine dieses Zuges mit 400 Pferdekräften arbeitet, und jeder Wagen beim Zuge gebremst wird.

Da die Zugsmaschine mit 400 Pferdekräften arbeitet und hierbei einen 150 Tonnen schweren

too

Zug zieht, so entfällt für jede Tonne der bewegten Last eine Energie von = 2-6 Pferdekräften,

die Zugkraft der Maschine, welche auf 1 Tonne bewegter Last entfällt, beträgt sonach 2'6

= 16 2 Kilogramm. Da ausserdem w = 34 4-12*4

(z—w) = 12⁻4 Kilogramm und mithin pj = ~JJ2~ l»Meter. Da die Fahrgeschwindigkeit 12 Meter

z = 75X

T2

12°-

210

— 3-8 Kilogramm ist, so hat man

beträgt, so ist der Widerstand, welcher durch das Bremsen erzeugt wird 4(50—12) =152 Kilogramm, und mithin die Verzögerung der Bewegung bei der Einfahrt in die Station 152

p₂ = —-1-4 Meter, oder auch p.₂ = \ Meter. Da also

= 9;

(»+D

1    5

— = ~7> so

Ps    •

hat man:

= 59 Secunden oder eine Minute.

Die obigen Werthe für die Beschleunigung der Bewegung bei der Ausfahrt und Verzögerung bei der Einfahrt gelten jedoch nur dann, wenn die befahrenen Strecken horizontal und gerade sind.

Tritt der die Station verlassende Zug in eine Steigung ein, so wird die Componente der Schwerkraft, welche ihn über die Rampe herabzuziehen sucht, der bewegenden Kraft z entgegenwirken. Steigt die Bahn m Millimeter pro Meter horizontaler Länge an, so beträgt dieses Componente m Kilogramm pro Tonne der bewegten Last. Die bewegende Kraft wird sodann nicht mehr (z — w), sondern (z — w — m) Kilogramm (pag. 92), also

/z — w — m\ Beschleunigung (    ^ ——I

die

Meter pro Secunde betragen.

Findet dagegen der ausfahrende Zug ein Gefälle von m pro mille vor, so wird die bewegende Kraft in einem solchen Falle um m Kilogramme

— w + m

vergrössert, was bewirkt, dass die Beschleunigung von

Meter pro Secunde anwächst.

Man hat sonach allgemein :

112

auf

(-

112

(z — w) -f- m

112

wobei das obere Zeichen (—) auf eine Steigung, das untere hingegen (+) auf ein Gefälle sich bezieht.

Genau die entgegensetzte Rolle spielt die Schwerkraft - Componente bezüglich der Verzögerung der Bewegung bei der Einfahrt in die Station.

Findet der einfahrende Zug ein Gefälle von m pro mille vor, so wird die repressive Kraft der Bremse um m Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht verringert, wird sonach nicht mehr 4(50 — c), sondern nur mehr [4(50 — c) — m] Kilogramm betragen. Gelangt dagegen der einfahrende Zug über eine m pro mille ansteigende Rampe in die Station, so wird die verzögernde Kraft seiner Bremsen von 4(50 — c) auf [4(50 — c) + m] Kilogramme anwachsen. Man wird sonach für die Verzögerung der Bewegung bei der Einfahrt in die Station haben:

Pc

4(50 — c) + m 112

wobei das obere Zeichen (+) auf eine Steigung das untere hingegen ( — ) auf ein Gefälle sich bezieht.

c²

Formel A =

Substituirt man die soeben gefundenen Werthe für pl und p in die so erhält man für die Distanz zweier Nachbarstationen,

a'T’

welche mindestens vorhanden sein muss, falls auf offener Strecke die Fahrgeschwindigkeit von c Metern erreicht werden soll:

A = 55

(z — w) + 4(50 — c)

(z — w + m)[4 (50 — c) + m]

. C² .    .    (178

eine Formel, in welcher bezeichnet:

A . . .die Distanz zweier Nachbarstationen, welche mindestens vorhanden sein muss, wenn auf offener Strecke die Fahrgeschwindigkeit von c Metern erreicht werden soll, ausgedrückt in Metern;

Z . . .die pro Tonne Zugsgewicht entfallende Zugkraft der Locomotive in Kilogramm ;

210

der bewegten Last während der Bewegung vom Ruhezustände bis zum Eintreten der Geschwindigkeit c zu überwinden hat;

111 . . die Neigung der Bahn, in Millimetern pro Meter horizontaler ßahn-länge, d. i. die Neigung pro mille;

C ...die Fahrgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde.

3-1 4-

j den Widerstand in Kilogramm, welchen jede Tonne

Beispiel: Die 160 Tonnen schweren Localzüge der gegenwärtig verstaatlichten österreichischen Westbahn werden durch Eilzugsmaschinen geführt, deren Zugkraft 4400 Kilogramm beträgt, der Tender derlei Maschinen wiegt 32, die Maschinen selbst wiegen 44-5 Tonnen. Es fragt sich, wie weit können zwei benachbarte Punkte, in welchen angehalten werden soll, noch auseinander stehen, wenn auf offener Bahnstrecke eine Fahrgeschwindigkeit von 60 Kilometer pro Stunde, d. i. eine Fahrgeschwindigkeit von 16 Metern pro Secunde erreicht werden soll.

Das Gesammtgewicht des Localzuges beträgt (160 + 32 + 44-5) = 236⁻5 Tonnen ; die pro

4400 236-5

Tonne Last entfallende Zugkraft beträgt daher z =

= 18-6 Kilogramm. Es ist sonach

16²

w = 3-1 2JQ- — ü2 Kilogramm, 4 (50 — c) = 136 Kilogramm und mit Hilfe dieser Werthe erhält man :

./ =

8266.c²

1945 +(122 ±m) m

Meter. Ist die Strecke zwischen den beiden Stationen horizontal, d. h. ist m = o so ist +1 — 4'25 c³, was besagen will, dass die Nachbarstationen mindestens 4-25 X 16'-= 1088 Meter von einander entfernt sein müssen, falls man auf offener Strecke mit 60 Kilometer Geschwindigkeit fahren will.

Stehen die beiden Nachbarpunkte, in welchen angehalten werden soll, gerade 1088 Meter auseinander, so wird der Localzug mit der Geschwindigkeit von 60 Kilometern eigentlich niemals fahren können, weil in demselben Augenblicke, in welchem er sie erreicht, man auch schon wieder gezwungen ist, dieselbe zu ermässigen, um in der nächsten Station halten zu können. Ist die wirkliche Entfernung zweier Nachbarstationen kleiner als 1088 Meter, so wird der Localzug nicht einmal diese Geschwindigkeit von 60 Kilometer erreichen. Beträgt die factische Entfernung zweier Nachbarstellen, in welchen angehalten werden soll, d Meter, so wird der Zug höchstens eine Fahrgeschwindigkeit von:

c_" f[ 1945 + (122 + m) m] d

* /" 8266

Meter pro Secunde erreichen können.

Die L3 Kilometer lange Linie zwischen den Haltepunkten Pressbaum und Pfalzau der Localstrecke Wien—Rekawinkl liegt, wenn sie in der Richtung von Wien gegen Rekawinkl befahren

wird, in einer Steigung von 10’47 pro mille. Da laut obiger Formel zur Erreichung einer Geschwindigkeit von 60 Kilometer eine Distanz von 3 Kilometer erforderlich ist, zur Disposition aber, wie soeben gesagt, nur P3 Kilometer stehen, so ist ersichtlich, dass diese Geschwindigkeit auf dieser Strecke mit den gedachten Zügen und Maschinen niemals erreicht werden kann.

Die grösste Geschwindigkeit, bis zu welcher man es wird bringen können, beträgt nach der angegebenen Formel 10-4 Mieter pro Secunde, d. i. nicht ganz 38 Kilometer pro Stunde. Aber selbst mit dieser Geschwindigkeit wird man die Strecke Pressbaum—Pfalzau nicht befahren können, weil in demselben Momente, in welchem diese Geschwindigkeit erreicht wird, auch schon die Bremsen angezogen werden müssen, falls die Haltestelle Pfalzau nicht überfahren werden soll.

Aehnliche Verhältnisse, wie sie soeben bezüglich der Strecke Pressbaum—Pfalzau geschildert wurden, bestehen auch in anderen Theilstrecken der Wiener Localstrecke. So z. B. erfordert die 1 l/a Kilometer lange, in einer Steigung von 5'72 pro mille liegende Strecke zwichen Weidling au und Ober-Weidlingau zur Erzielung einer Fahrgeschwindigkeit von 60 Kilometer eine Distanz, welche ebenso lang ist, wie die Strecke selbst, also einer Distanz von D/a Kilometer.

In der Strecke Tullnerbach—Pressbaum kann mit der gewünschten Geschwindigkeit von 60 Kilometer zwar gefahren werden, weil es zur Erzielung derselben einer Distanz von nur 2'8 Kilometer bedarf, die gedachte Strecke aber 3’1 Kilometer lang ist, doch wird man mit dieser Geschwindigkeit nicht weiter als 0⁻3 Kilometer, also nicht länger als 18 Secunden fahren können.

In der Theilstrecke Hütteldorf—Weidlingau, ebenso in der Strecke Kellerwiese—Tullnerbach wird man nur je 78 Secunden lang mit 60 Kilometer Geschwindigkeit fahren können, weil der Unterschied zwischen der wirklichen und der zum Erreichen einer Geschwindigkeit von 60 Kilometer erforderlichen Distanz in beiden Fällen 1’3 Kilometer beträgt, also P3 Minuten, d. i. 78 Secunden Fahrdauer ermöglicht u. s. w.

Für die Grösse der Zeitversäumnisse pflegt man in der Praxis zu

setzen für¹):

3 Minuten

Güterzüge . . . . Personenzüge. . Schnellzüge . . .

Man kann im Durchschnitte für alle Zugsgattungen den Zeitverlust, welcher durch das allmälige Anhalten und durch das Wiedereinfahren eines Zuges, nach Laimhardt²) zu 2 Minuten annehmen. Rechnet man den Aufenthalt in der Station für Personenzüge zu 1 Minute, für Güterzüge zu 5 Minuten, so ist der ganze Zeitverlust, welchen das Anlaufen einer Station verursacht, für Personenzüge 3 Minuten, für Güterzüge 7 Minuten. Veranschlagt man die von der Zeit abhängigen Betriebskosten bei einem Güterzuge auf 10’5 Kreuzer, bei einem Personenzuge auf 20⁻8 Kreuzer für die Minute,⁰) so verursacht das Anlaufen einer Station mit einem Güterzuge eine Geldauslage von 7X10*5 = 73’5 Kreuzer, mit einem Personenzuge dagegen nur 3X 20⁻8 — 62’4 Kreuzer.

Während der Absperrung des Dampfes beim Einfahren in die Station wird zwar an Dampf gespart, doch wird diese Ersparniss mehr als ausgeglichen durch die Ausgaben, welche die Abnützung der Schienen, Radreifen und Bremsvorrichtungen durch das Bremsen verursacht, so dass der erhöhte Dampfverbrauch beim Anfahren des Zuges als Mehrausgabe zu der bereits bezifferten noch zuzuschlagen ist, so dass man im Durchschnitte die Kosten des Anhaltens in einer Station auf rund 90 Kreuzer wird veranschlagen können.⁴)

') Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, Wiesbaden 1879, pag. 92.

:) Röll. Encyklopädie des gesammten Eisenbahnwesens, Wien 1890, pag. 123. s) Launhardt. Technische Tracirung der Eisenbahnen, Hannover 1888, pag. 177. ⁴) Röll. Encyklopädie des gesammten Eisenbahnwesens, Wien 1890, pag. 123.

§. 139.

Virtuelle Länge.

Bereits im Jahre 1838 haben die Engländer in ihrem Berichte über die in Irland zu bauenden Eisenbahnen¹) statt Neigungen äquivalente Längen der horizontalen Bahn eingeführt, welche Längen später") Virtual-Längen oder virtuelle Längen genannt wurden.

Man kann nämlich eine jede auf- und absteigende und beliebig gekrümmte Bahn durch eine ihr gleichwerthige gerade und horizontale Bahn sich ersetzt denken, sobald man nur im Klaren ist, was unter Gleich-werthigkeit zu verstehen sei.

Soll beispielsweise eine beliebige Bahn in Bezug auf die Tractions-kosten durch eine gerade horizontale Bahn gleichwerthig ersetzt gedacht werden, so muss die Länge dieser ideellen Bahn so ermittelt werden, dass die mechanische Arbeit, welche die factische Führung der Züge auf der wirklichen Bahn absorbirt, gleich der Arbeit werde, welche die Führung derselben Züge auf der horizontalen Geraden beanspruchen würde. Die Länge der so ermittelten Horizontalen nennt man virtuelle Länge.

Bezeichnet man mit h den Widerstand pro Tonne Zugsgewicht in der geraden Horizontalen, mit s den auf eine gleichwerthige gerade Steigung umgerechneten Curvenwiderstand plus den Widerstand der Steigung, so beträgt der pro Tonne Zugsgewicht entfallende Widerstand (h-fs) Kilogramm.

Die Arbeit, welche für Zwecke der Führung eines Zuges auf einer Bahn, welche Steigungen von st, s„, s₃. . . pro mille aufweist, deren Längen der Reihe nach llf /₃. . . Meter betragen, berechnet sich sonach auf: (h+ Sj)/, + (h+ s₂)/₄ (h -J- s₃)/₃ + .... Meter-Kilogramm, oder, falls man der Kürze halber setzt:

S) K + s2 + S3 7 +.... — Z

h + 7 + h + • • • • — l

auf (z -j- h •/) Meter-Kilogramm, wobei 1 die Gesammtlänge der zu befahrenden Bahn bezeichnet.

Da aber h. I nichts Anderes ist, als die Arbeit, welche auf einer geraden und horizontalen Bahn geleistet wird, deren Länge gleich ist der

wirklichen Länge der befahrenen Bahn, so wird der Bruch :

das

z -f h • /

_ h77

Verhältniss ausdrücken, in welchem die auf der befahrenen Bahn that-sächlich geleistete Arbeit zu jener Arbeit steht, welche geleistet werden müsste, wenn diese Bahn eben und gerade wäre.

h. /

und diese Zahl gibt gleichzeitig auch an, wie vielmal eine gerade horizontale Bahn länger sein müsste, als die wirklich vorhandene, falls zur Bewegung eines und desselben Zuges bei gleicher Geschwindigkeit auf beiden Bahnstrecken eine und dieselbe Arbeit verausgabt werden soll.

Bezeichnet man dieses Verhältniss mit a, so hat man: oc=l +

!) Civil Engineers and Architects, 1838, pag. 378. ²) Ghega. Die Baltimore-Ohio Bahn, Wien 1844.

Bezeichnet X die virtuelle Länge, so ist dem Gesagten zufolge:

^1 -j- k die Formel zur Berechnung der virtuellen Länge einer Bahn.

In der nachstehenden Tabelle sind die virtuellen Längen zwischen je zwei Nachbarstationen der Strecke Wien—Amstetten ersichtlich gemacht, wie solche auf Grund der obigen Formel berechnet worden sind :

Name der Strecke

Wien—Hütteldorf............

Hütteldorf—Weidlingau ......

Weidlingau — Purkersdorf......

Purkersdorf—Pressbaum ......

Pressbaum—Rekawinkl ......

Rekawinkl—Neulengbach......

Neulengbach—Kirchstetten.....

Kirchstetten—Böheimkirchen... Böheimkirchen—Pottenbrunn ...

Pottenbrunn —St. Pölten.......

St. Pölten—Prinzersdorf ......

Prinzersdorf—Loosdorf.......

Loosdorf—Melk...............

Melk—Pöchlarn...............

Pöchlarn—Krummnussbaum .. Krummnussbaum—Kemmelbach Kemmelbach—Blindenmarkt ... Blindenmarkt—Amstetten......

Länge

in

Metern

Fahrgeschwindigkeit derZtige i. Metern pro Sec.

Widerstand pro Tonne in Kilogramm

h = ³¹+fo

Plus-Arbeit in Met.-Kilogramm

Verhältniss

i i z

“-¹⁺h Tl

Virtuelle Länge in Metern ). = ((. l'

5-2

6056-45 18576-01 14941-18 71140-02 45118-34 1821-94 9829 62 4659-83 7-8    ! 19292-71

7035-67 5487-43 386-76 5531-37 1048-99 5982 08 9492-91 24073-40 22665-90 6-3    273140-61

6-0

6-0

5-6

5-6

5-8

6-5

6-3

5-1

7-2

7-4

6-4

7-4

6-4

6-5

6-5

6-6

1-35

6982-8 6490-2 4867-4 20832-7 12865-0 13457-4 7052-3 6179 6 77S4-4 7508-9 8860-8 9430-4 7280-1 9341-0 5533-0 8990-0 13559 1 10965-9

167981-0

Nach derselben Formel erhält man:

Name der Strecke

Wien Amstetten...........

Amstetten - Wels...........

Wels —Salzburg..........

Salzburg—Bischofshofen ...

Amstetten—Selzthal........

Selzthal—Bischofshofen

Länge

Mehrlänge

wirkliche

virtuelle

in

Kilometer

Procent

124-5 88-3 100‘5 52 7 119-0

167-9

108-9

149-7

80-5

98-7

232-7

145-8

35

23

49

53

96

48

Handelt es sich jedoch nicht um den mechanischen Aufwand von Arbeit, welcher zur Führung von Zügen erforderlich ist, sondern um den Vergleich von Fahrzeiten, so dass also die Gleichwerthigkeit nicht in der Gleichheit der Tractions-Arbeit, sondern in der Gleichheit der Fahrtdauer besteht, so geht die Aufgabe dahin, die Länge einer ideellen geraden und horizontalen Bahn zu finden, deren Befahrung mit einer unveränderlichen Geschwindigkeit gerade so viel Zeit in Anspruch nimmt, als zum Befahren

der wirklichen Bahn mit den verschiedenen Geschwindigkeiten, welche die Figur dieser Bahn erheischt, thatsächlich erforderlich ist.

Die Länge dieser horizontalen Bahn wird zwar verschieden sein von der Länge jener horizontalen Bahn, welche sich auf die Gleichwerthigkeit der Arbeit bezieht, doch heisst sie ebenfalls virtuelle Länge. Von dieser letzteren Länge soll im Folgenden die Rede sein.

Bezeichnet l die Länge der zu befahrenden Strecke in Metern, c die Geschwindigkeit, mit welcher dieselbe mit Rücksicht auf die Leistungsfähigkeit der Locomotive befahren werden kann, so beträgt die Fahrzeit in

Secunden. Berechnet man die virtuelle Länge X so, dass zur

Befahrung derselben mit der Grundgeschwindigkeit n dieselbe Fahrzeit aufgeht,

so muss X aus der folgenden Relation ermittelt werden :

dieser Strecke

• Man erhält

u

sonach X — — /— <3-/, wobei o = c

Man erhält also die virtuelle Länge durch Multiplication der wirklichen Länge mit einem Co efficient en, der das Verhältniss der Grundgeschwindigkeit zu jener Geschwindigkeit ausdrückt, mit welcher die betreffende Strecke mit Rücksicht auf die Leistungsfähigkeit der Maschine befahren werden kann.

ist.

Die Fahrzeit beträgt: t Grundgeschwindigkeit bezeichnet, auch:

oder, da u die constante

£(X)

.    .    (179

Secunden.

In dieser Formel bezeichnet: t . . . . die Fahrzeit in Secunden;

11. . . . die constante Grundgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde;

£ (X) . die    totale    virtuelle Länge . der zu befahrenden Bahn, in    Metern,

wobei die    virtuelle Länge eines jeden    Stückes nach der    Formel:

• l zu ermitteln ist, in welcher bezeichnet:

/ ... .die    Länge    der betreffenden Strecke, in    Metern;

c . . . . die    dieser    Strecke mit Rücksicht auf    die Leistungsfähigkeit der

Maschine entsprechende Fahrgeschwindigkeit, inMetern pro Secunde.

-G)

Beispiel: Die zu durchfahrende Strecke besteht aus:

Horizontale gerade.................

Gerade Steigung 3 pro mille........

»    »    9 »    » .........

» Gefälle 8 ,    » .........

6000 Meter

1314

1008

1000

Summe...9322 Meter.

Diese Strecke soll mit einer Grundgeschwindigkeit von 10 Metern mit 300 Tonnen schweren Zügen befahren werden, zu deren Führung eine Locomotive von 250 Pferdestärken dient. Es fragt sich, wie viel Zeit der Zug zum Durchfahren dieser 9'322 Kilometer langen Strecke benöthigen wird?

Auflösung : Vor Allem müssen die den beiden Steigungen von 3 und 9 pro mille entsprechenden Geschwindigkeiten mit Rücksicht auf die Leistungsfähigkeit der zur Führung des Zuges bestimmten Maschine ermittelt werden. Dies geschieht nach Formel 148, pag. 361, und betragen die betreffenden Geschwindigkeiten (siehe Beispiel pag. 495) c₃ = 6'57, c₈ = 3'36 Meter. Da die Grundgeschwindigkeit u = 10 Meter ist, so betragen die virtuellen Längen dieser beiden Strecken :

10

6-57

x 1314= 1971

;.₉ :

10

3-36

X 1008 = 3024

Meter, mithin die Summe derselben :

Z{t.) = 1971 + 3024 = 4995

Meter, daher die Zeit, welche zum Durchfahren dieser beiden Steigungen erforderlich ist: t = ~ X 4995 = 500 Secunden (Formel 179). Da sowohl das Gefälle von 8 pro mille, als auch die

Gerade mit der Grundgeschwindigkeit von 10 Metern befahren werden, so beträgt die Zeit, welche zum Durchfahren dieser beiden (6000 -f-1000) = 7000 Meter langen Strecken erforderlich ist:

tj =    = 700 Secunden. Die Gesammtfahrzeit beträgt sonach (500 4-700) — 1200 Secunden oder

20 Minuten.

Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass die virtuelle Länge, da . /u

sie nach der Formel À = I

l berechnet werden muss, keineswegs eine

constante Grösse ist. Man ersieht vielmehr, dass sie von der Fahrgeschwindigkeit (c) abhängt, welche mit Rücksicht auf die Leistungsfähigkeit der betreffenden Maschine, welche den Zug führt, zu berechnen ist.

Die virtuelle Länge ist also abhängig von der Stärke der Locomotive, vom Gewichte des Zuges,..von der Steigung und von der Fahrgeschwindigkeit, muss daher stets auf’s Neue berechnet werden, sobald auch nur einer der genannten Factoren sich ändert. Bedenkt man, dass die Fahrgeschwindigkeit für eine jede Steigung eine andere ist, so gelangt man zur Ueber-zeugung, dass die Einführung der virtuellen Längen zur Berechnung der Fahrzeiten von keiner praktischen Bedeutung ist.

Regierungs-Baumeister Kluge in Frakfurt a. M. berechnet zwar die Fahrzeiten unter Anwendung der virtuellen Länge, dass er aber damit keinen glücklichen Griff gethan, dürfte wohl am besten seine eigene Bemerkung¹) darthun, welche lautet:

»Es sind zuerst Coëfficienten für die Steigungen auf gerader Strecke berechnet worden. Alsdann sind für die verschiedenen Steigungen, welche in einer bestimmten Curve liegen, Coëfficienten ermittelt worden. Von diesen Coëfficienten wurden die früher berechneten Coëfficienten der betreffenden Steigung auf gerader Strecke in Abzug gebracht, und ist das Resultat durch Mittelung verschiedener Rechnungen corrigirt worden.«

§. 140.

Kürzeste Fahrzeiten.

In der Verkehrspraxis der Eisenbahnen treten Momente ein, welche es verhindern, die Züge zu jenen Zeiten an bestimmte Orte zu bringen, zu welchen sie ankommen würden, sobald die vorgeschriebene Fahrzeit eingehalten worden wäre.

!) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1881, pag. 160.

Verlässt beispielsweise ein Zug seine Ausgangsstation später, als im Fahrplane vorgedacht ist, so müsste er, falls die vorgeschriebene Fahrzeit eingehalten wird, in der Nachbarstation gerade um so viel später eintreffen, als er beim Abgänge sich verspätet hatte. Würde der vorgeschriebene Aufenthalt in der Ankunftsstation nicht gekürzt werden können, so müsste der Zug auch diese Station mit derselben Verspätung verlassen, welche er in der Ausgangsstation hatte, und würde sonach in der dritten Station, trotz Einhaltung der vorgeschriebenen Fahrzeit, dennoch zu spät ankommen. Würden aus Rücksichten interner Manipulation die Aufenthalte in den weiteren Stationen ebenfalls nicht gekürzt werden können, so könnte es sich ereignen, dass der Zug, welcher auf einer eingleisigen Bahn mit einem ihm entgegenkommenden Zuge in einer bestimmten Station zu kreuzen hat, am Orte des Rendezvous verspätet eintrifft, obwohl die Fahrzeit durchwegs eingehalten wurde.

Der Gegenzug müsste, falls er im Nachrange wäre, unseren verspäteten Vorrangszug in der Kreuzungsstation ab warten, und würde daher auch seinerseits verspätet werden. Die verspätete Abfahrt dieses Gegenzuges muss, obgleich auch dessen Fahrzeit eingehalten wird,- eine verspätete Ankunft desselben in der Nachbarstation verursachen. Diese wird ihn aber nicht mehr weiter fahren lassen können, bevor der ihm entgegen kommende Vorrangszug nicht eingetroffen ist. Hiedurch verspätet sich unser Zug noch mehr und wird in seiner Weiterfahrt durch alle ihm entgegenkommenden Vorrangszüge noch mehr verspätet werden, so dass er schliesslich, um in der Endstation nicht mit vielen Stunden Verspätung einzutreffen, in irgend einer grösseren Zwischenstation aufgelöst werden muss.

Man sieht also, dass eine Verspätung in der Ausgangsstation eines Zuges (auf einer eingleisigen Bahn) eine Störung des gesammten Zugsverkehres hervorrufen muss, obgleich die Fahrzeiten überall eingehalten werden. Eine derartige Einrichtung wäre ganz unzweckmässig, da sie gerade desshalb, weil die Fahrzeiten überall strenge eingehalten werden, eine Störung des gesammten Zugsverkehres hervorruft, welche Störung vermieden worden wäre, wenn die verspäteten Züge dort, wo es erforderlich war, hätten schneller fahren können.

Aus dem Gesagten erhellt zu Genüge, dass dem Locomotivführer gestattet werden muss, stellenweise schneller fahren zu dürfen, als die Fahrzeit vorschreibt, ohne desshalb gegen die Vorschriften zu verstossen. Dieses Zugeständniss wird ihm aber gemacht, sobald für einen jeden Zug zweierlei Fahrzeiten vorgeschrieben werden. Die eine für die normalen Verhältnisse, die andere hingegen für Fälle von Zugsverspätungen. Diese beiden, für einen und denselben Zug vorgeschriebenen Fahrzeiten müssen natürlich verschieden lang sein. Die für normale Verhältnisse bestimmte wird länger, die Fahrzeit für ' Verspätungsfälle dagegen kürzer ausfallen. Aus diesem Grunde nennt man die letztere Fahrzeit auch die kürzeste Fahrzeit.

Von dem Auskunftsmittel der kürzesten Fahrzeiten wird am öftesten in jenen Fällen Gebrauch gemacht, in welchen die Züge der einen Bahn den Anschluss der Züge der Nachbarbahnen abzuwarten haben. Beide Nachbarbahnen pflegen dann für die aneinander anschliessenden Züge sogenannte Zuwartezeiten in den Grenzstationen zu vereinbaren, d. h. es wird die Zeit angegeben, wie lange der zur Abfahrt bereite Zug über die Zeit

seiner fahrplanmässigen Abfahrt auf die verspätete Ankunft des Anschlusszuges warten müsse. Diese Zuwartezeit wird gewöhnlich dadurch ermittelt, dass man zu der fahrplanmässigen Abfahrtszeit des wartenden Zuges so viele Minuten zuschlägt, als die Differenz zwischen den normalen und kürzesten Fahrzeiten in jener Strecke beträgt, welche zwischen der Ausgangs- und der nächsten Anschlussstation oder einer anderen grösseren Station liegt.

Was die Principien anbelangt, nach welchen die beiden für einen und denselben Zug bestimmten Fahrzeiten zu berechnen sind, so ist zu erwägen, dass auch in Fällen einer Verspätung die Fahrt des Zuges mit derselben Sicherheit vor sich gehen müsse, mit welcher sie vor sich geht, als der Zugsverkehr nicht gestört ist.

Hieraus folgt aber, dass die Fahrzeiten, welche nach §. 137 berechnet wurden, eigentlich schon die kürzesten Fahrzeiten sind, dass also die normalen Fahrzeiten durch Verlängerung dieser kürzesten Fahrzeiten construirt werden müssen.

Man pflegt die normalen Fahrzeiten 10 — 20 Procent länger zu machen als die kürzesten. Wenn also die nach §. 137 berechneten kürzesten Fahrzeiten für einen gewissen Zug je nach der Entfernung der Stationen 10, 15, 20 Minuten betragen, so können die normalen Fahrzeiten:

10 + 0*2 X 10 — 12 Minuten 15 + 0*2X15=18    »

20 + 0-2X 20 = 24    »

also 12, 18, 24 Minuten lang sein. Man wird daher für diesen Zug die nachstehende Zusammenstellung haben:

Fahrzeit

Strecke

normale

kürzeste

Minuten

A bis B

Ol CO

CM o

Summa . . .

54

45

§• 141.

Zugsaufenthalte.

Der Aufenthalt der Züge in den Stationen wird sowohl durch technische, als auch durch commercielle Rücksichten bedingt. Zu ersteren gehört die Zeit, welche zum Wechsel des Fahrpersonales, zur vorschriftsmässigen Abfertigung der Züge seitens der Stationsbeamten, zum Uebergang der Züge in ein anderes Verwaltungsgebiet, zur Untersuchung der Betriebsmittel und zur Füllung des Tenders mit Wasser, zur Versorgung desselben mit Feuerungsmateriale, zum Schmieren und zur Revision der Locomotive, eventuell auch

jene Zeit, welche zum Auswechseln der Maschine erforderlich ist. Zu den commerciellen Rücksichten gehört die Bemessung der Zeit, welche für das Ein- und Ausladen von Waaren und Poststücken, das Verschieben in den Stationen etc. erforderlich ist.

Befinden sich zwei Maschinen am Zuge, so können sie meist nicht gleichzeitig Wasser nehmen und zur Revision über Canäle fahren; die Aufenthaltszeiten sind daher in derlei Fällen mindestens zu verdoppeln. Die Zeit, welche zur Füllung des nicht ganz geleerten Tenders erforderlich ist, darf nach Koch¹) zu 5 Minuten angenommen werden. Sie genügt zur gleichzeitig vorzunehmenden Revision und Oelung der Maschine und zur Entleerung der Rauchkammer von übergerissener Asche. Die weitere, etwa noch übrig bleibende Zeit wird zur Reinigung des Feuers benützt. Das Auswechseln einer Maschine gegen eine bereit stehende kann, wenn die Gleise zweckmässig angelegt sind, in etwa 2 Minuten¹) und das Abhängen einer Vorspanns - Maschine noch rascher erfolgen. Für Tender-Locomotiven dürfen die Aufenthaltszeiten von 5 auf 3 Minuten ermässigt werden.

Bezüglich der Aufenthaltszeiten in den Stationen, welche durch com-mercielle Rücksichten bedingt sind, ist zu bemerken, dass die Länge des Aufenthaltes der Züge in den Stationen dem erfahrungsmässig feststehenden Umfange des Verkehrs angepasst sein muss. Die Haltezeit ist bei den ohnehin nur auf einer beschränkten Anzahl von Stationen anhaltenden, schnell fahrenden Personenzügen selbstverständlich im Allgemeinen auf das Knappeste zu bemessen. Es empfiehlt sich jedoch, dieselbe bisweilen etwas reichlicher zu wählen, damit in gewissen Zeitabschnitten etwa vorgekommene Verspätungen thunlichst ohne Beschleunigung der Fahrgeschwindigkeit ausgeglichen werden können, und damit die Verspätung sich nicht auf alle anschliessenden Züge überträgt.

Bei den auf längeren Hauptstrecken bei Tage verkehrenden durchgehenden Zügen ist es ausserdem erwünscht, eine angemessene Mittagspause auf einer grösseren, mit guten Einrichtungen zur Verpflegung der Reisenden ausgerüsteten Station vorzusehen.²)

In allen Fällen jedoch ist zu berücksichtigen, dass der Aufenthalt, welcher zum Einsetzen und Aussetzen der Wagen und zum Aus- und Einladen der Güter, sowie für die Reisenden erforderlich ist, nach Maassgabe der localen Erfordernisse bemessen werden müsse.

Auf eingleisigen Bahnen³) ist häufig das Eintreffen von entgegenkommenden Zügen abzuwarten, ehe der Zug abfahren kann, und auf ein- oder zweigleisigen Bahnen dürfen rasch fahrende Züge den langsam fahrenden, erst in umso grösseren Zeitintervallen folgen, je erheblicher die Geschwindigkeiten differiren, und je weiter die Stationen von einander ent-entfernt sind. Hieraus ist ersichtlich, dass eingleisige Bahnen grössere Aufenthaltszeiten bedingen, und dass die Aufenthaltszeiten mit der Differenz der Zugsgeschwindigkeiten wachsen, mit den Fahrgeschwindigkeiten dagegen abnehmen.

!) Koch. Das Eisenbahn-Maschinenwesen, Wiesbaden 1879, pag. 119.

²)    Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen ex 1886, Nr. 78, pag. 831.

³)    Koch Das Eisenbahn-Maschinenwesen, Wiesbaden 1879, pag. 117.

Züge, welche die Bestimmung haben, dem Durchgangsverkehre zu dienen, sollen möglichst grosse Distanzen durchfahren, ohne Aufenthalt zu nehmen, weil unter sonst gleichen Umständen deren Schnelligkeit hierdurch vergrössert werden kann

Diesem Umstande ist es zuzuschreiben, dass die neuen (seit Jänner 1889 eingeführten) Schnellzüge zwischen Berlin und Frankfurt eine Verkürzung von 3 Stunden gegen früher aufweisen, sie halten nämlich während der neunstündigen Fahrzeit nur in 6 Stationen an. Der Nachmittags-Schnellzug Berlin — Breslau hält jetzt nunmehr in 5 Stationen an, während er bis 1889 in 24 Stationen Aufenthalt nahm, und durchfährt seine Strecke nunmehr in 5% Stunden. Der Orient-Expresszug durchfährt die 1341km lange Strecke Wien — Paris in 24% Stunden und hält nur 21 Male an. Die Gesammtaufenthalte betragen nur 72 Minuten, also nicht ganz 5 Procent der 1421 Minuten ausmachenden Gesammtfahrzeit, so dass dieser Zug mit vollem Rechte als Musterzug angesehen werden kann.

Aus der nachstehenden Tabelle sind die Aufenthalte zu entnehmen, welche die internationalen Schnell- und Personenzüge im Jahre 1889 gehabt haben :

Strecke

Lange der Strecke

reine

Sehne

Fahrzeit

Aufenthalte

Minuten

Anzahl der Auf- ^ enthalte

Person

die Aufenthalte betragen % der Fahrdauer

reine

Fahrzeit

Aufenthalte

Minuten

Anzahl der Aufenthalte

die Aufenthalte w betragen % der Fahrdauer

Basel-Delle.........

Delle—Paris..........

Wien-Pontafel.......

Strassburg—Avricourt

Delle—Paris..........

Wien—Salzburg......

Strassburg—Avricourt.

Salzburg—Ulm........

Wien —Buchs .........

Ulm—Bretten..........

Buchs—Ziegelbrücke ..

Pontafel—Rom........

Avricourt—Paris......

Ulm—Mühlacker......

Avricourt—Paris.....

Salzburg - Ulm .......

Ziegelbrücke—Basel... Bretten—Strassburg ...

80-0

464-3

535-1

91-0

464 3 313-4

91-0

299-4

717-0

157-6

50-8

1085 8 408-2 140-5 464-3 299-4 145-6 112-7

CO O)

30

52

36

36

¹¹

M CD W O Ol Ol 05» CO *v)

37

100

22

CO CO CO CO

D io io N

219

77

30

CO CO CO ^ 05 CO CO o CO

78

75

49 :

6-1

6-4

7-3

7-4

8-6

8-8

9-1

9-4

9-4

9-6

10-6

11-1

14-4

14-6

16-3

17-0

18-7

SS

51

25-9

141

654

514

't CO CD CM CO b*

14-5

24-9

25-5

1328

476

88

33

523

247

178

95

CO Ol I I to

CO Ol o CO

35-8

27-3

25-4

27-8

Man nimmt in der Regel an, dass die Stationsaufenthalte betragen bei:

co O

Schnellzügen .. 10— 15 Procent Personenzügen 20—    0    »

Güterzügen ..50—10    »

der Gesammt-Fahrtdauer des betreffenden Zuges.

Die Strecken, welche von den Zügen ohne Aufenthalt passirt wurden, sind ziemlich bedeutend, wie dies aus der nachstehenden Zusammenstellung zu ersehen ist:

Pardubitz — Böhm.-Trübau .... 59 Kilometer Wien — St. Pölten ....

Attnang — Salzburg . . .

Selzthal — Radstadt. . . .

Wels — Amstetten ....

Triibau — Brünn......

Selzthal — Bischofshofen

Prag — Pardubitz.....

Wien — Amstetten ....

Brünn — Wien.......

61

70

75

88

90

99

105

124

156

Längere Strecken als 156km haben regelmässig verkehrende Züge in Oesterreich, ohne Aufenthalt zu nehmen, nicht durchlaufen.

Klagen, dass Schnellzüge gewisse kleine Stationen oder Haltestellen ohne Aufenthalt passiren, sind ausserordentlich zahlreich. Den Klagenden ist es geradezu unverständlich, wesshalb deren Gesuche um Anhalten der Schnellzüge in Haltestellen zumeist abgewiesen werden, da ja doch das Zeitversäumniss, welches durch Anhalten entsteht, sehr gering ist, und die Kosten der Führung des Zuges durch kurzes Anhalten nicht vergrössert werden.

Derlei Ansichten sind nicht nur in dem grossen Publikum verbreitet, sie herrschen zuweilen auch in Kreisen vor, welche dem Getriebe der Eisenbahn näher stehen. Angesichts dieses Umstandes dürfte es nicht ganz ohne Interesse sein, die Frage des Anhaltens der Züge in den Haltestellen des Näheren zu untersuchen.

Zunächst wäre daran zu erinnern, dass der rollende Zug in dem Augenblicke, in welchem an dessen Räder die Bremsen angelegt werden, eine gewisse Bewegungs-Energie, also ein gewisses Quantum mechanischer Arbeit in sich angesammelt hat, welches Arbeitsquantum zerstört werden muss, falls der Zug angehalten werden soll. Bewegt sich ein Zug mit der Geschwindigkeit von c Meter pro Secunde, und wird er angehalten, so wird durch dieses Anhalten eine Energie vernichtet, welche mit Rücksicht hierauf, dass die Masse, welche dem Gewichte einer Tonne entspricht, 112

11 2 beträgt (pag. 90): ^ c~=56cz Meter-Kilogramm ausmacht. Wiegt der

Zug G Tonnen, so wird durch das Bremsen desselben eine Energie von 56 G . c² Meter-Kilogramm vernichtet. Diese Energie würde gerade zureichen, um eine Arbeit von az Meter-Kilogramm zu verrichten, wenn a die Länge des Weges in Metern bezeichnet, während welches die Zugkraft von z Kilogramm thätig ist. Man hat daher die Gleichung 56 G-c² = a-z, aus welcher sich der Weg a berechnen lässt, welcher der verloren gegangenen Energie entspricht.

— (G)

5 \N/

c³

, so erhält man a

Da z = 75

ist (Formel 114, §.70)

für die Länge des Weges, welchen der Zug aus dem Vorrathe der Energie hätte bestreiten können, wenn dieselbe durch Anhalten nicht zerstört worden wäre. Da diesem Wege die Mehrausgabe proportional ist, welche das

Anhalten des Zuges verursacht, so sieht man, dass diese Mehrausgabe mit der dritten Potenz der Fahrgeschwindigkeit des angehaltenen Zuges wächst.

Schmidt ‘) veranschlagt die Kosten der Führung eines mit 7m pro Secunde fahrenden Zuges auf 32⁻8 Kreuzer pro Kilometer. Borries') berechnet die Kosten der Führung eines Güterzuges auf 26’4 Kreuzer pro Kilometer. Veranschlagt man, um ein Mittel zu haben, die Kosten der Führung eines mit 7m Geschwindigkeit gefahrenen Zuges auf 30 Kreuzer pro Kilometer, so werden sich die Mehrauslagen eines mit c Meter Geschwindigkeit verkehrenden Zuges, der angeführten Formel zufolge, auf 30    c³

c³A= — Kreuzer österr. Währ, belaufen.

7³    10

Das Anhalten eines mit 20m pro Secunde eilenden Courierzuges

würde sonach der Bahnverwaltung eine Auslage von circa

Kreuzer, d. i. eine Auslage von 8 Gulden verursachen, während das Anhalten eines mit 36km pro Stunde (10m pro Secunde) fahrenden Güter-

100 Kreuzer, oder einen Gulden kostet.

Diese Auslage ist unvermeidlich, weil man in den Stationen anhalten muss. In der Eisenbahnpraxis kommen aber häufig Fälle vor, in welchen Züge an Orten zwischen zwei Stationen angehalten werden, an welchen sie beim Entwerfen der Fahrordnung nicht anhalten sollten. Hieraus erwachsen aber der Bahnverwaltung ausser den bereits angegebenen unvermeidlichen Kosten noch ganz erhebliche andere Mehrauslagen, welche nunmehr besprochen werden sollen.

Vor Allem erwächst durch das Anhalten des Zuges auf der Strecke ein Zeitverlust, welcher in manchen Fällen nicht anders, als durch schnelleres Fahren hereingebracht werden kann. Ein schnelleres Fahren ist aber nur auf Kosten der Zugsbelastung zu erzielen. Wurde diese so bemessen, dass bei der kürzesten Fahrzeit (§. 140) die Leistungsfähigkeit der Locomotive voll ausgenützt ist, so wird jede weitere Verkürzung der Fahrzeit mit einem Verluste an zahlender Last erkauft.

Die Grösse der zahlenden Last, mit welcher das Anhalten unterwegs erkauft werden muss, berechnet sich aber folgendermassen :

Durchläuft ein Zug die 5 Meter lange Strecke in der Zeit von t Secunden,

c Meter pro Secunde. Entsteht in der Haltestelle ein Zugsaufenthalt von 2 Minuten — 120 Secunden, so verbleibt dem Zuge zum Durchfahren seiner Strecke nur mehr die Zeit von (t— 120) Secunden übrig, sobald durch den Aufenthalt die Fahrtdauer nicht verkürzt werden soll. Die Fahrgeschwindigkeit wird daher grösser

Meter pro Secunde betragen.

rund k —

züges nur

10³

10

so beträgt dessen Fahrgeschwindigkeit

werden und wird nunmehr

(t)-

f-M = v

\t—120/

Aus diesen beiden Gleichungen ergibt sich aber v —

t —120

20³

= 800

- Meter pro

*) Bayrische Verkehrsblätter, 1887, Nr. 2, pag. 10.

²) Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, Heft Nr. 123, pag. 167.

Secunde, ein Werth für die grössere Geschwindigkeit, mit welcher die betreffende Strecke nunmehr befahren werden muss. Da aber die Belastung G des Zuges von der Fahrgeschwindigkeit abhängt, und laut Formel 190, pag. 528 :

5250 . N

u³ -j- 7 (3 1 -j- 10 mj u

Tonnen beträgt, sobald u die Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde, N den Nutzeffect der Maschine in Pferdekräften, m die Steigung der Bahn pro mille bezeichnet, so braucht man nur in diese Formel für u die Werthe u = v, und u = c zu substituiren und die Differenz der diesfälligen G zu bilden, um die gesuchte Last zu erhalten.'

Beispiel 1: Ein Courierzug braucht zum Durchfahren einer 13'2 Kilometer langen Strecke 11 Minuten, sobald unterwegs nirgends angehalten wird; wenn aber in einer Haltestelle angehalten und der hiedurch erwachsende Zeitverlust durch schnelleres Fahren eingebracht werden soll, so fragt es sich, um wieviel die Fahrgeschwindigkeit vergrössert werden müsse, um den beabsichtigten Zweck zu erreichen.

Da die fragliche Strecke 13200 Meter lang ist und in der Zeit von 11 X60 = 660 Secunden

13200

= 20

durchfahren wird, so beträgt die normale Fahrgeschwindigkeit dieses Cou-rierzuges c =

Meter. Die durch einmaliges Anhalten auf der Strecke bedingte grössere Geschwindigkeit beträgt

20 X 660 660 —120"

Der Geschwindigkeitszuwachs beträgt hier 20 Procent der normalen Fahrgeschwindigkeit.

Beispiel 2: Ein Courierzug braucht zum Durchlaufen der 2L6 Kilometer langen Strecke 20 Minuten, sobald unterwegs nirgends aufgehalten wird. Wenn nun in einer Haltestelle angehalten werden soll, und der hiedurch bedingte Zeitverlust 2 Minuten beträgt, so fragt es sich, um wie viel weniger Last wird die mit 400 Pferdekräften arbeitende Maschine in dieser Strecke ziehen können, wenn die Fahrtdauer des Zuges trotz des Aufenthaltes dennoch nicht verkürzt werden soll?

dagegen laut obiger Formel: v =

660

= 24 Meter, ist also um 4 Meter grösser geworden.

Auflösung: Da die Strecke 21600 Meter lang ist, und in der Zeit von 20 X 60 = 1200 Secunden

21600

TW

Meter pro Secunde. Die durch das Anhalten bedingte grössere Geschwindigkeit beläuft sich sonach,

18 X 1200 Ï200 - 12Ö

für G, in welchem die Steigung der Bahn mit lO¹/^ angenommen werden soll, u = 18, so erhält man G1S = 0'24 N; für u = 20 erhält man dagegen Gai) = 0‘2 N Tonnen. Der Unterschied dieser

Belastungen beträgt sonach (0-24— 0⁻2) N = i N Tonnen. Da die Locomotive mit 400 Pferdekräften

arbeitet, so verliert man in Folge des schnelleren Fahrens eine Nutzlast von

also die Last eines voll besetzten schweren Wagens, z. B. eines Schlafwagens.

Dadurch also, dass man an einer Stelle angehalten hat, in welcher ein Aufenthalt nicht vorgedacht wurde, verliert man die Möglichkeit mit dem Courierzuge einen Schlafwagen führen zu können.

durchfahren wird, so beträgt die normale Fahrgeschwindigkeit des Courierzuges <;=

da t = 1200 Secunden beträgt, auf v =

= 18

= 20 Secunden. Setzt man nun in den Ausdruck

400

25

= 16 Tonnen,

Wollte man die Minderbelastung des Zuges etwa dadurch umgehen, dass man dem Zuge eine zweite Maschine Vorspannen würde, so müsste man die Kosten des Vorspanns tragen. Die Kosten der Förderung der Züge betragen pro Zug und Kilometer¹) bei der:

41

Semmeringbahn ..56 Kreuzer Brennerbahn .... 47 Harzbahn

*) Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, Heft Nr. 213, pag. 166.

33

Jene des Vorspanns belaufen sich pro Maschine und Kilometer dagegen auf circa 18 Kreuzer¹), und dieser Betrag kann recht grosse Mehrkosten verursachen, sobald das Anhalten öfters vorgenommen wird.

Auf einer 50km langen Strecke müssen beispielsweise die Expresszüge im Sommer regelmässig Vorspann erhalten, weil in derselben einmal mehr gehalten wird, als dies im Winter der Fall gewesen. Die Kosten dieses Haltens betragen für die 120 Tage der Sommerperiode mit Rücksicht auf die Hin- und Herfahrt der beigestellten Vorspanns-Maschine sonach: 120X 2X50X 18 = 216000 Kreuzer, d. i. 2160 Gulden.

Ein durch Eilgutwagen meistens stark belasteter Personenzug muss auf einer 60 Kilometer langen Strecke an 3 Tagen per Woche Vorspann erhalten, welcher Vorspann vermieden worden wäre, wenn die Fahrzeit länger sein würde. Die hiefür erwachsenden Kosten betragen sonach: 3X52X60X2X18 = 336960 Kreuzer, oder rund 3370 Gulden etc. etc.

§. 142.

Die Verkehrsdichte einer Bahn.

Die Anzahl der Züge, welche in einer Bahnstrecke während 24 Stunden verkehren, nennt man die Verkehrsdichte dieser Strecke.

Die Zunahme der Verkehrsdichte ist zwar das Ziel, dem jede Bahnverwaltung zustrebt, doch steckt diesen Bestrebungen die Verkehrs-Sicherheit eine feste Grenze. Die Sicherheit der verkehrenden Züge wird aber beeinflusst durch die Construction des Bahnkörpers und jener des rollenden Materiales, durch die Fahrgeschwindigkeit, die Zugsbelastung, die Bremsbar-keit der Züge, die Vollkommenheit der Signale, durch die Leistungsfähigkeit und Pflichttreue des Personals etc.

Unter den Einflüssen, welche störend auf die sichere Fahrt des Zuges einwirken können, ist es aber vor Allem der gleichzeitige Verkehr von mehreren Zügen in einer Strecke, der zu berücksichtigen ist.

Auf einer zweigleisigen Bahn ist die Möglichkeit, auf einen vorne befindlichen Zug zu stossen, oder von einem nachfolgenden erreicht zu werden, die am meisten Gefahr bringende. Diese Möglichkeit nimmt zu, je mehr Züge im Verkehre sind, also in je kürzeren Intervallen dieselben einander folgen.

Ein Zug wird aber gegen den ihm folgenden dadurch geschützt, dass letzterer von einer Station, von welcher ersterer abging, erst nach Ablauf einer gewissen Zeit abgelassen wird. Die Grösse dieses Zeit-Inter-valles hängt ab von der Geschwindigkeit der Folgezüge im Verhältnisse zu einander, und von der Länge der Strecke in der sie sich folgen. Je länger eine Strecke ist, desto eher kann eine normal bestehende oder zufällig entstandene Differenz in den Geschwindigkeiten das Intervall der Züge auf der Strecke schwinden machen, desto eher kann der Folgezug den vorhergehenden einholen. Je grösser die Strecken sind, desto grössere Zeitzwischenräume werden der Sicherheit wegen geboten sein.

Die Praxis hat für gleich schnelle Züge ziemlich allgemein das Intervall von 10 Minuten als das richtige angenommen, und hieraus ergibt

Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, 1888, pag. 94.

= 6 Züge aufeinanderfolgen können.

sich, dass in einer Stunde höchstens

In ganz kurzen Strecken, z. B. in Strecken von 2km Länge kann dieses Intervall auf 5, ja sogar auf 3 Minuten herabgedrückt werden, dies jedoch nur dann, wenn aus der nächstfolgenden Station Nachricht darüber eingelangt ist, dass der vorhergehende Zug daselbst bereits eingetroffen ist,¹) oder wenn man sogenannte Blockstationen hat.

Nimmt man an, dass ein Zug erst dann die Station verlassen darf, wenn der vorausfahrende die Nachbarstation erreicht hat, und beträgt die zum Durchfahren dieser Strecke erforderliche Zeit t Minuten, so können in der Zeit von 24 Stunden, d. h. in der Zeit von 1440 Minuten

(T)

Züge von der Station abgelassen werden.

In der umgekehrten Richtung könnten in derselben Verkehrs-Section natürlich ebenso viele Züge pro Tag höchstens verkehren, wenn die Bahn weder Steigungen, noch Curven hätte. Hat man aber eine Bahn vor sich mit verschiedenen Steigungen und Curven, so sind die Fahrzeiten zwischen zwei Nachbarstationen für die in beiden Richtungen verkehrenden Züge nicht mehr gleich. Beträgt die längste Fahrzeit zwischen zwei Nachbarstationen einer zweigleisigen Verkehrsstrecke in der einen Richtung t, in der andern dagegen tl Minuten, so beträgt die grösste Zahl der Züge in dieser Verkehrsstrecke offenbar :

1440    1440

-f

= 1440-

t + t,

t.t,

Bezeichnet n die Maximalzahl der in einer Verkehrsstrecke einer zweigleisigen Bahn in beiden Richtungen zu activirenden Züge, so ist:

n=1440.

t.tx

. . (180

Eine Formel zur Ermittlung der maximalen Verkehrsdichte einer zweigleisigen Bahn. In dieser Formel bezeichnet:

H ... die grösste Anzahl von Zügen, welche in beiden Richtungen einer zweigleisigen Bahn während der Zeit von 24 Stunden verkehren können (die maximale Verkehrsdichte der Bahn);

t ...die längste Fahrzeit zwischen zwei Nachbarstationen in Minuten in der einen, und

tj ...die längste Fahrzeit zwischen denselben Stationen in der anderen Richtung.

Betrüge auf einer zweigleisigen Bahn die längste Fahrzeit zwischen zwei Nachbarstationen beispielsweise 40 Minuten, die längste Fahrzeit zwischen denselben Stationen in der anderen

Richtung 50 Min., so könnten auf dieser Bahn innerhalb 24 Stunden höchstens n = 1440 .

64

50-f-40_

50X40

Züge in beiden Richtungen verkehren. In der einen Fahrtrichtung könnten sonach nicht mehr als 32 Züge abgelassen werden.

]) Hornbostel. Zur Einführung des Blocksignales, Wien 1884, pag 8.

33*

Auf einer eingleisigen Bahn ändern sich die Verhältnisse insoferne, als hier die Ankunft des Gegenzuges vorerst abgewartet werden muss, bevor der nächste Zug auf demselben Gleise abgelassen werden kann. Das kürzeste Intervall, in welchem der zweite Zug dem ersten folgen kann, ist also gleich der Zeit, welche der Zug braucht, um in die Nachbarstation zu kommen, also die Zeit t Minuten, und der Zeit Q, welche der Gegenzug benöthigt, um von der Nachbarstation zur Ausgangsstation des früheren Zuges zurückzukehren. Das kürzeste Zeit-Intervall, in welchem auf einer eingleisigen Bahn zwei Züge einander folgen können, beträgt sonach (t + tx) Minuten. Es können daher auf einer solchen Bahn innerhalb

1440'

24 Stunden = 24 X. 60 = 1440 Minuten höchstens

Züge in der

einen Richtung folgen. Da in der andern Richtung ebenso viele Züge

höchstens verkehren können, so beträgt die Gesammtzahl der Züge, welche auf einer eingleisigen Bahn in beiden Richtungen verkehren können, 1440    2880

höchstens 2 •

Züge; man hat sonach:

t + tj t + tj

2880

“"“t+t,

. . (181

Züge. Eine Formel zur Berechnung der Verkehrsdichte einer eingleisigen Bahn.

Hier bezeichnet:

II ...die Anzahl der Züge, welche auf einer eingleisigen Bahn innerhalb 24 Stunden in beiden Richtungen höchstens verkehren können (maximale Verkehrsdichte der Bahn);

t ...die längste Fahrzeit eines Zuges zwischen zwei Nachbarstationen in Minuten, in der einen Richtung;

tj . . .die längste Fahrzeit in der andern Richtung, gleichfalls in Minuten.

gleisigen Bahn höchstens n =

= 32 Züge in beiden Richtungen verkehren lassen, in der

Würde die eine Fahrt 40, die andere 50 Minuten dauern, so könnte man auf einer ein-2880 404-50

einen Richtung also höchstens 16 Züge.

Berücksichtigt man, dass die Fahrzeit zwischen zwei Nachbarstationen nichts Anderes ist, als der Quotient aus der virtuellen Länge dieser Verkehrsstrecke durch die Grundgeschwindigkeit (§. 139), also: t = —¹-, sobald

die virtuelle Länge der Verkehrsstrecke in Metern, c die Grundgeschwindigkeit in Metern pro Secunde bezeichnet, so hat man, sobald für die Gegenrichtung die virtuelle Länge mit X₂ bezeichnet wird, die maximale Verkehrsdichte einer eingleisigen Bahn:

2880

2880

(=)

Bezeichnet man der Kürze halber die Summe der virtuellen Längen der

schwierigsten Verkehrsstrecke zweier Nachbarstationen mit X, schreibt also : (Xj+X,) —X, so erhält man:

n = 2880•

(ł) ' •

. . (182

eine Formel, welche lehrt, dass die maximale Verkehrsdichte einer eingleisigen Bahn im umgekehrten Verhältnisse zu ihrer virtuellen Länge (nach beiden Richtungen hin genommen) steht, dagegen aber proportional mit der Grundgeschwindigkeit wächst.

Will man also die Verkehrsdichte einer eingleisigen Bahn vergrössern, so muss man die Grundgeschwindigkeit gross, die virtuelle Länge dagegen klein machen. Man muss also starke Maschinen, schwache Züge, geringe Stations-Distanzen und eine möglichst ebene Strecke haben.

Zum Schlüsse muss darauf aufmerksam gemacht werden, dass in Oesterreich die Vorschriften verbieten, den einen Zug in demselben Augenblicke abzulassen, in welchem der Gegenzug ankommt, dass vielmehr zwischen Ankunft des Gegenzuges und Abfahrt des directen Zuges mindestens ein Zeit-Intervall von einer Minute liegen müsse.

In diesem Falle beträgt auf einer eingleisigen Bahn das Zeit-Intervall der Aufeinanderfolge zweier in derselben Richtung folgenden Züge nicht mehr (t + tt), sondern [(t + t₁) + 2] Minuten; die grösste Anzahl der Zuge, welche auf einer eingleisigen Bahn innerhalb 24 Stunden in beiden Richtungen verkehren können, beträgt sonach:

2880

2880

n _ 2 + (t+tJ _ (z+2)

sobald Kürze halber die Summe der Fahrzeiten beider Gegenzüge für die schwierigste Verkehrsstrecke zweier Nachbarstationen mit z bezeichnet und in Minuten gemessen wird.

In der Verkehrsstrecke Stryj - Stanislau der galizischen Staatsbahn findet man die längsten Fahrzeiten zwischen den Stationen Bednarów und Kałusz. In der einen Richtung fahren daselbst die Züge 37, in der andern 43 Minuten, die Summe der längsten Fahrzeiten der Gegenzüge beträgt

2880

sonach 37 + 43 = 80 Minuten, woraus folgt, dass auf dieser eingleisigen Strecke

24-80

= 35 Züge

in beiden Richtungen zusammen höchstens verkehren können, sobald die obigen Fahrzeiten nicht

geändert werden.

Bezeichnet n₁ die Verkehrsdichte einer eingleisigen, n., die Verkehrsdichte einer zweigleisigen Bahn, so ist:

t + t,

t-tx _1 ,(t + Q³

2 ' t.t₁

1440 •

ni

2880'

t + tx

Uebersteigt die längere Fahrzeit a Mal die kürzere, d. h. ist tt = a . t, so hat man :

Cl I

c ! s

(1+a)*

.    .    (183

eine Formel, welche angibt, wie oft die maximale Verkehrsdichte einer doppelgleisigen Bahn, jene einer eingleisigen übertrifft.

Setzt man in diese Formel für a die Werthe a=l, 2, 3, so erhält

man für

die Werthe 2, 2'/ł, 2³ ₄, was besagen will, dass für den

Fall, als die Fahrzeit der Züge einer Verkehrsstrecke die Fahrzeit jener der andern Verkehrsstrecke z. B. 3mal übertrifft, die maximale Verkehrsdichte der zweigleisigen Bahn nicht etwa 3mal, sondern nur 2³/émal grösser wird, als jene der eingleisigen Bahn. Für den Fall, dass die Verkehrszeiten in beiden Richtungen gleich sind, übertrifft die maximale Verkehrsdichte der zweigleisigen Bahn zweimal jene der eingleisigen.

XL ABSCHNITT.

Die Eisenbahnzüge.

§. 143.

Stärke der Züge.

Würde man in einen Haken, welcher in die Decke eines hohen Gerüstes eingetrieben wurde, einen leeren, 5 Tonnen schweren Güterwagen einhängen, und an die Zugstange desselben einen zweiten solchen Wagen knüpfen, so würde es von der Stärke des Hakens an der Decke abhängen, wie viele derlei Wagen man miteinander verbinden könnte, also wie stark der vertical hängende Wagenzug sein dürfte.

Hängt jedoch der Wagenzug nicht von der Decke vertical herab, sondern ist er an eine Locomotive angekoppelt, welche auf einer Steigung steht, so tritt an die Stelle der Reibung zwischen dem Haken und dem Deckenbalken, in welchen dieser Haken eingezwängt ist, die Reibung zwischen den Treibrädern der Locomotive und der Schiene, die sogenannte Adhäsion (§. 63).

Die Kraft, mit welcher die von der Schwere thalwärts getriebenen Wagen, die Locomotive herabzuziehen suchen, fällt umso kleiner aus, je weniger steil die Steigung ist, und sinkt zur Null herab, sobald die Bahn horizontal wird. Soll jedoch die Maschine ihren Zug vorwärts bewegen, so tritt der Widerstand der Bewegung diesem Zuge nach Vorwärts entgegen. Dieser Widerstand bewirkt, dass die Zughaken mit einer Kraft gespannt werden, welche ebenso gross ist, wie dieser Widerstand selbst.

Für einen mit einer Geschwindigkeit von c Meter rollenden Zug,

beträgt dieser Widerstand (Formel 41, pag. 109) ^3’1 + —^ Kilogramm für

(³'i+t9

eine jede Tonne des T Tonnen schweren Zuges, im Ganzen somit T Kilogramm. Da diese Spannung höchstens die Grösse der

(3-1 +il) \    70/

T = A, sobald

Adhäsion erreichen darf, so besteht die Relation:

die totale Adhäsion der Maschine A Kilogramm beträgt.

Wiegt ein Wagen G Tonnen und besteht der Zug aus n solcher Wagen, so hat man T = n . G, und mithin:

A

3-1 +

c*

70

)G

für die Anzahl der Wagen eines Zuges. Unter Voraussetzung, dass sämmt-liche Wagen des Zuges zweiachsig sind, beträgt die Achsenzahl a (die sogenannte Stärke) des Zuges:

c²

3-1 + —

70

)G

Für eine gegebene Maschine, also für eine gegebene Adhäsion, wird a den grössten Werth erhalten, wenn sowohl für c als auch für G die zulässig kleinsten Werthe gewählt werden.

Unsere Schnellzüge verkehren mit 20m Geschwindigkeit, unsere Güterzüge nur halbmal so schnell. Ein Personenwagen wiegt durchschnittlich 8'2 Tonnen, ein Güterwagen durchschnittlich 8 Tonnen. Setzt man also in die vorstehende Formel für Personenzüge: G=8’2, c = 20, für Güterzüge: G =8, c=10, so erhält man für:

Personenzüge . . a =

18

Güterzüge .... a =

Nimmt man an A= 3600 (§. 64), so erhält man für die zulässige Achsenzahl unserer:

Personenzüge

Güterzüge

a={

100 Achsen

200

und dies ist auch die diesfällige, aus der Verkehrspraxis der Eisenbahnen abgeleitete Bestimmung für die Stärke der Züge, welche Bestimmung seitens des Vereines der Deutschen Eisenbahn-Verwaltungen angenommen und in Oesterreich zum Gesetze erhoben würde.

Ausserhalb des Vereines Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen findet man wohl stärkere Züge. So stand beispielsweise auf der amerikanischen Lehigh- Valley- Bahn im Jahre 1885 ein Zug im Verkehre, welcher aus 123 Wagen¹) zusammengesetzt war.

Derlei Züge kommen jedoch anderweitig nicht vor, weil lange Züge einen exacten Betriebsdienst erschweren, indem deren Zusammenstellung eine zu grosse Ansammlung von Gütern auf den Stationen nöthig macht, das Rangiren der Züge und Ausstossen von Wagen in den Zwischenstationen Schwierigkeiten bereitet, und Kreuzungen der Züge in derlei Stationen umständlich sind. Aus diesen Gründen gehören Güterzüge von 50 Wagen Stärke in der Regel zu den Seltenheiten.²) Aber selbst Züge von solcher Stärke sollte man vermeiden, weil jede Mangelhaftigkeit eines Fahrzeuges der Bahn, der Locomotive oder Führung und Beförderung,³) jeder Irrthum, jeder Fehler, jedes Versäumniss und jedes störende Ereigniss bei einem langen Zuge nicht allein dadurch verhängnissvoller ausfällt, dass eine grössere Anzahl von Personen oder Sachen betroffen wird, sondern auch dadurch,

0 Oesterr. Eisenbahn-Zeitung, Wien 1885, pag. 282.

²)    Müller. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1886, pag. 161.

³)    Fortschritte der Technik des Deutschen Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1884, pag. 340.

dass auf die betreffenden Personen oder Sachen mit verstärkter Gewalt eingewirkt wird.

Mit Hinblick auf diese Umstände ist es also angezeigt, möglichst kurze Züge zu fahren; die Oekonomie des Transportes verlangt aber gerade das Gegentheil, woraus folgt, dass nur örtliche Verhältnisse über die Stärke der Züge zu entscheiden haben. Und in der That belehrt uns die Statistik, dass die Stärke der Züge, wenn auch im Allgemeinen massig, doch sehr wesentlich mit den Neigungsverhältnissen der Bahnen variirt.

Die durchschnittliche Stärke der Züge (Anzahl der Achsen bei Zügen) ergibt sich durch Division der in einem Jahre geleisteten Achskilometer durch die während derselben Zeit gefahrenen Zugskilometer

Bezeichnet a die auf einer Bahn pro Jahr gefahrenen Achskilometer, z die Zahl der in derselben Zeit geleisteten Zugskilometer, so entfallen

^Achsen für jeden gefahrenen Zug.

Im grossen Durchschnitte kann angenommen werden, dass:

Die Züge bestehen auf Steigungen von

Gattung des Zuges

10

15

pro mille, aus n Wagen, wobei n gleich ist

Eilzug Personenzug Gemischter Zug Güterzug

10

10

10

15

15

15

40

60

25

15

50

30

Indessen darf nicht vergessen werden, dass durch Vergrösserung der Zugstärke namhafte Ersparnisse an Betriebsauslagen erzielbar sind. Würde man beispielsweise durch peinliche Ueberwachung der Ausnützung der Leistungsfähigkeit der Maschinen bewirken, dass die Züge um 20% mehr Wagen erhalten, als dies früher der Fall gewesen, so müsste man in die

co ; io

obige Formel an Stelle von n nunmehr n + 0'2 n — n setzen, und würde in

einem solchen Falle finden, dass die Anzahl der zu fahrenden Zugskilometer,

, also —mal kleiner gegen früher geworden ist. Die nun-6

mehrige Ausgabe für die Zugsfahrten ist also in Folge dieser Massregel mal geringer geworden, so dass nunmehr 17% der früheren Ausgaben erspart wurden.

nämlich:

IO ! CO

Da jeder gefahrene Kilometer eines Güterzuges auf Flachland-Bahnen durchschnittlich 26 Kreuzer kostet,¹) sö würde man durch die Vergrösserung der Zugstärke um 17% die.Selbstkosten eines Güterzugs-Kilometers auf circa 22 Kreuzer herabdrücken.

Uebrigens ist die Stärke der Züge durch die Gleislängen der kleineren Stationen begrenzt. Diese Zugstärke darf nie überschritten werden, sobald eine Theilung der Züge in derlei Stationen vermieden werden soll.

’) Borries. Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1886, Heft 123, pag 167.

Nimmt man die Länge eines zweiachsigen Eisenbahnwagens mit 8m an, und der Zug besteht aus n solchen Wagen, so beträgt die Länge der Wagenzeile 8n Meter. Veranschlagt man die Länge der Locomotive auf 15m, so beträgt die Gesammtlänge l des Zuges l— 15 + 8n Meter, oder falls unter n nicht die Anzahl zweiachsiger Wagen, sondern die Anzahl der Achsen verstanden wird, /==15 + 4n Meter. Das kürzeste Gleis in der Station muss also mindestens diese Länge haben, und wenn diese Länge gegeben ist, so darf ein Zug höchstens:

l-15

.    .    (184

Achsen haben.

In dieser Formel bezeichnet also:

n ... die Anzahl der Achsen, welche ein durch eine Maschine gezogener Zug mit Rücksicht auf die Länge der Stationsgleise haben kann, oder die sogenannte Zugstärke;

1 . . . die Länge des kürzesten Gleises, auf welchem der durch eine Maschine geführte Zug aufgestellt werden soll.

Wird der Zug durch zwei Maschinen gefahren, so muss man in Formel 184 statt 15 die Ziffer 30 setzen.

In Stationen von 500 Meter Gleislänge können sonach

500 - lö , _A , .    „ ..

—-= 120achsige Zuge mit

je einer Maschine aufgestellt werden; die Zugstärke sinkt aber auf 70 Achsen, sobald die Gleise nur 300 Meter lang sind.

§. 144.

Das zulässig grösste Gewicht der Züge.

Schaltet man zwischen Locomotive und den ersten Wagen des Zuges einen Kraftmesser (Dynamometer) ein, so wird man an diesem Instrumente die Stärke des Zuges ablesen können, welchen die Maschine ausüben muss, um die angehängten Wagen in Bewegung zu erhalten. Je länger die Wagenreihe ist, welche die Locomotive zu bewegen hat, einen desto stärkeren Zug wird sie ausüben müssen, um ihrer Aufgabe gerecht zu werden.

Dieser von der Maschine ausgeübte Zug wird auf die zu bewegenden Wagen durch die Vorrichtungen übertragen, mittelst welchen die Wagen untereinander verbunden sind, durch die sogenannten Kupplungen. Diese müssen sonach so stark sein, dass sie dem ausgeübten Zuge widerstehen können.

Die Grösse der Spannung, welcher die Kuppelung widersteht, hängt vom Materiale ab, aus welchem die Kuppelung angefertigt wurde, und beträgt 500—1200kg pro lcmi Querschnitt. Bei Personenzügen wird man die Zugsvorrichtung nur mit 880kg pro lcmï Querschnitt in Anspruch nehmen dürfen, und wird nur in zwingenden Fällen bis zu 940kg gehen, während die Inanspruchnahme der Zugsvorrichtung bei Güterzügen wohl bis zu 1200kg pro lcmi Kerndurchmesser der Kuppelung gehen kann. Nach dem Normale des Vereines Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen dürfen Schraubenkuppeln nur mit circa 750kg pro lcm“ Kerndurchmesser in Anspruch genommen werden, was mit Rücksicht auf die vorgeschriebene Grösse des Querschnittes derlei Kupplungen einer Spannung von 6500k§ entspricht.

so ist :

nax ?

Hat jede Tonne des Gewichtes der zu bewegenden Wagen einen Widerstand von w Kilogramm zu überwinden, und wiegen diese Wagen G Tonnen, so beträgt der Gesammtwiderstand wG Kilogramm und dieser darf natürlich niemals grösser sein als die Spannung, mit welcher die Kuppelung in Anspruch genommen wird, also im Allgemeinen nicht grösser als 6500k£. Man hat sonach die Gleichung w . G = 6500, aus welcher sich G, d. i. das grösste Gewicht des Zuges berechnen lässt, welchen die Maschine mit Rücksicht auf die Stärke der Kupplungen noch ziehen kann. Bezeichnet man dieses maximale Gewicht mit G>

Cfmax —

6500

.    .    (185

eine Formel, in welcher bezeichnet:

(*niax

das grösste Gewicht eines Wagenzuges, welchen eine Locomotive mit Rücksicht auf die Kupplungen noch ziehen .kann, gemessen in Tonnen ;

W ...den Bewegungswiderstand in Kilogramm, für jede Tonne des Gewichtes des Wagenzuges, gemessen in Kilogramm.

Auf einer Bahn, welche der Bewegung der Züge einen Widerstand von 10 Kilogramm pro Tonne bewegter Last bietet, können sonach mit Rücksicht auf die üblichen Kupplungs-Apparate

= 650 Tonnen geführt werden.

Auf der Gotthardbahn') verursacht jede Tonne Gewicht der angehängten Wagen einen Widerstand von 33 Kilogramm. Wenn also der vordersten Kuppelung des Zuges keine höhere Inanspruchnahme als 6500 Kilogramm zugemuthet werden soll, so berechnet sich die grösste

zulässige Belastung der Locomotive auf rund

keine schwereren Züge als solche von

6500

33

= 200 Tonnen.

Bezeichnet man den Widerstand der Horizontalen mit ma und steigt die Bahn m Millimeter pro Meter horizontaler Länge, so ist (§. 26, Formel 42, pag. 110) w = (w,, -f- m). —- Bezeichnet man das Maximalgewicht des Zuges, welches auf einer Horizontalen bewegt werden kann, mit G,, 6500

so ist laut Formel 185 : G₀ =

w₀

Wird das maximale Gewicht des Zuges, welches einer Steigung von m°!m entspricht, mit Gm bezeichnet, so ist mit Rücksicht auf die obgedachte Formel Gm =

= ( y«. )

V w₀ + m/

zu bewegenden Zuges berechnet werden kann, sobald man das Gewicht desselben kennt, welches einer Horizontalen entspricht.

6500

und man hat sodann

G„,

w₀—j- m’

. G,, eine Formel, aus welcher das Gewicht eines über eine Steigung von «i%:i

Beträgt das maximale Gewicht eines Zuges in der Horizontalen Gu = 240 Tonnen, so wird

- (44-20)

240 = 80 Tonnen betragen dürfen, sobald

es in einer Steigung von 20%o nur mehr G^,

der Widerstand der Bewegung in der Horizontalen mit 4 Kilogramm pro Tonne Zugsgewicht angenommen wird.

Es ist selbstverständlich, dass die Belastung der Locomotive (das Gewicht des Wagenzuges) nur dann die durch Gleichung 185 gegebene Grösse annehmen kann, wenn die Dampfproduction des Locomotivkessels darnach ist, und es an genügender Adhäsion nicht mangelt.

Unter Voraussetzung, dass genügend Adhäsion vorhanden ist, berechnet sich die Bruttolast des Zuges mit Rücksicht auf die Dampfproduction des Kessels der betreffenden Locomotive wie folgt :

Die Zugkraft Z der Locomotive darf niemals kleiner sein als der zu bewältigende Bewegungswiderstand w.G, man hat sonach die Bedingungsgleichung: Z = w. G. Da aber (§. 61) die Zugkraft der Locomotive

• p Kilogramm beträgt, so erhält man die Formel:

Cfniax —

d \l

. . (186

In dieser Formel bezeichnet:

(*niax

das grösste Gewicht eines Zuges in Tonnen, welches derselbe mit Rücksicht auf die Dampfproduction des Kessels erhalten kann;

d ...den Durchmesser des Kolbens, in Centimetern;

l ...den Kolbenhub, in Centimetern;

W . . .den Bewegungswiderstand pro Tonne bewegter Last, in Kilogramm;

D . . . den Treibrad-Durchmesser, in Centimetern;

p . . . den mittleren Dampfdruck im Cylinder, in Kilogramm pro Quadrat-Centimeter Kolben-Querschnitt.

Aus dieser Formel ist zu ersehen, dass unter sonst gleichen Verhältnissen die Bruttolast eines Zuges mit der Höhe der Triebräder der Zugsmaschine abnimmt, dass also zur Bewegung grosser Lasten Locomotiven mit kleinen Rädern verwendet werden sollen, da aber derlei Locomotiven nur langsam sich bewegen (§. 86), so ist ersichtlich, dass schwere Lasten nur langsam geführt werden können, sobald die Arbeit der Maschine in beiden Fällen dieselbe verbleiben soll.

Eine Locomotive, bei welcher der mittlere Dampfdruck auf den Kolben 6 Atmosphären beträgt, wird auf einer Bahn, welche der Bewegung des Zuges einen Widerstand von 20 Kilo-

gramm pro Tonne Zugsgewicht bietet, eine Last von

^0 a^IÓO ’ ® ~ ~^ Tonnen ziehen, sobald der Durchmesser des Cylinder-Kolbens 40 Centimeter, der Kolbenhub 60 Centimeter beträgt.

Es ist selbstverständlich, dass von den beiden Werthen, welche die Formeln 185 und 186 liefern, stets der kleinere zu nehmen und als Maximal-Belastung der Locomotive dann anzusehen ist, wenn es an genügender Adhäsion nicht mangelt. Ist dies der Fall, so muss jenes Gewicht gewählt werden, welches der Adhäsion entspricht. Beträgt die vorhandene Adhäsion 5 Kilogramm pro Tonne Adhäsionsgewicht der Locomotive, welches Q Tonnen betragen soll, so beträgt die gesammte Adhäsion Qs Kilogramm. Man hat sonach die Gleichung: O s = G . w, aus welcher sich ergibt:

OB I

©*

In dieser Formel bezeichnet:

(*niax

das grösste zulässige Gewicht des Zuges, in Tonnen, mit Rücksicht auf die vorhandene Adhäsion;

Q . . . das Adhäsionsgewicht der Locomotive, in Tonnen;

. . . die pro Tonne Adhäsionsgewicht entfallende Adhäsion, in Kilogramm ; ...den pro Tonne Bruttolast des Zuges zu überwindenden Widerstand, in Kilogramm.

Das grösste Gewicht eines Zuges, dessen Locomotive ein Adhäsionsgewicht von 30 Tonnen besitzt, beträgt bei einer Adhäsion von 120 Kilogramm und einem Bewegungswiderstande von

120

X 30 = 360 Tonnen.

10 Kilogramm sonach : —

Das Gesammtgewicht des Abend-Schnellzuges, welcher zwischen Wien und Buchs täglich verkehrt und über den Arlberg nach Paris geht, beträgt in der Strecke Wien-Amstetten 183'5 Tonnen, von Amstetten bis Wels hat er nur mehr ein Gewicht von 134'5 Tonnen, weil in Amstetten 49 Tonnen entfallen, indem die Wagen, welche zur Bedienung des Verkehres nach Italien bestimmt sind, so viel wiegen.

Was das todte Gewicht anbelangt, welches für jeden einzelnen Passagier in Betrieb gesetzt werden muss, so steht dieses Gewicht in einem recht ungünstigen Verhältnisse zur Nutzlast.')

Ein gewöhnlicher Personenzug, bestehend aus 1 Locomotive, 1 Gepäck-, 1 Dienstwagen, sowie 2 Personenwagen I. und IL Classe und 8 Personenwagen III. Classe hat ein Totalgewicht von 180 Tonnen und enthält 360 Sitzplätze, welche bei 22-6% Ausnutzung (dem Durchschnitt auf den Bayerischen Staatsbahnen entsprechend) 82 Personen befördern, so dass auf den Passagier eine Bruttolast von 2200 Kilogramm des Zuggewichtes trifft.

Ein Schnellzug, bestehend aus einer gleich starken Locomotive, ausgerüstet mit den für lange Reisen erforderlichen Einrichtungen, als Closet und Waschcabinet für je 2 Coupes, jedoch ohne Schlafabtheilungen, mit 1 Gepäck- und 1 Dienstwagen, sowie 7 Personenwagen I. und IL Classe, wiegt 176 Tonnen und hat einen Fassungsraum für 182 Sitzplätze, die jedoch durchschnittlich nur mit 18%,-also mit 32 Passagieren ausgenützt werden, so dass auf die beförderte Person ein Bruttogewicht von 5500 Kilogramm kommt.

Auffälliger ist dieses Verhältniss bei dem Orient-Expresszug, der mit 2 Amerikanischen Schlafwagen und 1 Restaurationswagen ausgerüstet ist und bei 40 Sitz-, bezw. Schlafplätzen, sowie 1 Gepäck- und 1 Dienstwagen, ein Zuggewicht von 170 Tonnen besitzt. Die Ausnutzung der Plätze ist hier wegen der langen Reiseziele der einzelnen Passagiere eine grössere, kann aber kaum höher als mit 45'2% angesetzt werden, so dass auf 18 Passagiere für jeden derselben ein Bruttogewicht von 9500 Kilogramm zu befördern ist.

Deutlicher als alle diese Worte dürfte die folgende Tabelle das Missverhältniss zwischen Nutzlast und todter Last zu erkennen geben:

Gegenstand

Personen

zug

I. IL III.

Classe

Schnellzug Orientzug I. II.

Classe Classe

I.

Bruttogewicht des ganzen Zuges einschliesslich

der Locomotive............................

Bruttogewicht sämmtlicher Personenwagen.....

Fassungsraum, Anzahl der Sitzplätze...........

Tara für den Sitzplatz:

a)    wenn nur Personenwagen berechnet.. .. Kilogr.

b)    beim Totalgewicht des Zuges.

Ausnützung des Fassungsraumes ...

Geführte Last :

für jeden beförderten Passagier . bei einer Anzahl Passagiere von Verhältniss des Eigengewichtes eines Passagiers zur ganzen beförderten Last ..........................

Tonnen

Procent

Kilogr.

180

176

170

103

360

286

500

22-6

2200

82

1 : 30

91

55

182

500

970

22-6

4300

41

1 : 58

40

1375

4250

45-2

9550

18

1 : 126

Man erkennt aus dieser Tabelle, in wie hohem Grade die Leistungsfähigkeit eines Zuges durch comfortable Einrichtungen beschränkt und die Beförderungskosten der Passagiere erhöht werden.

ł) Zeitung des Vereines Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, Berlin 1890, pag. 253.

§. 145.

Das Gewicht der Züge mit Rücksicht auf die Arbeitsfähigkeit

der Locomotive.

Im vorhergehenden Paragraphe wurde angegeben, wie weit man das Gewicht der Eisenbahnzüge mit Rücksicht auf die Festigkeit der Kupplungsapparate, die Grösse der vorhandenen Adhäsion und die Raschheit der Dampfproduction im Kessel treiben darf, wobei die stillschweigende Voraussetzung gemacht wurde, dass die Zugslocomotive stets jene Leistungsfähigkeit besitze, welche dem Gewichte jenes Zuges entspricht, den sie eben führt. Nunmehr soll das Gewicht der Züge ermittelt werden mit Rücksicht auf die Arbeitsfähigkeit der jeweiligen Zugslocomotive.

Wenngleich die Arbeitsfähigkeit der Locomotiven nicht constant ist, indem sie mit der Grösse der verrichteten Arbeit wächst,¹) so wird man dennoch für eine jede Maschine eine gewisse Arbeitsleistung annehmen und dieselbe der Berechnung der Bruttolast des Zuges zu Grunde legen dürfen. Beträgt diese angenommene Arbeitsleistung N Pferdekräfte, so ermittelt sich die Zugkraft der Locomotive, welche dieser Arbeitsleistung

/N\

entspricht, nach der Formel 114, §.70, zu Z = 75 I —I Kilogramm, sobald

N den gegebenen Nutzeffect der Locomotive in Pferdekräften, u die Fahrgeschwindigkeit des Zuges in Metern pro Secunde und Z die Zugkraft der Maschine bezeichnet. Der Widerstand W, welchen eine Locomotive von dieser Zugkraft wird überwinden können, kann sonach höchstens ebensogross sein wie die Zugkraft. Wiegt der Zug G Tonnen und entfällt auf jede Tonne dieses Gewichtes ein Widerstand von w Kilogramm, so ist

(-!)

W = wG und mithin w . G = 75 .

, woraus man erhält:

G-75.

. . (188

u. w

eine Formel, nach welcher das Gewicht eines Zuges berechnet werden kann, sobald derselbe mit einer Geschwindigkeit von u Metern pro Secunde sich bewegt, jede Tonne seines Gewichtes einen Widerstand von w Kilogramm zu überwinden hat und die Locomotive, welche ihn zieht, mit N Pferdekräften arbeitet.

Man ersieht aus dieser Formel, dass das Gewicht des Zuges mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit geringer wird. Züge für den Durchgangs-Verkehr, d. h. Züge, welche lange Strecken mit grosser Schnelligkeit durchlaufen, werden daher nicht so schwer sein, als Züge, denen die Bedienung des Local-Verkehres zufällt, d. h. als Züge, welche langsamer verkehren (§. 86).

Eine Locomotive von 300 Pferdestärken, welche ihren Zug mit 10 Meter Geschwindigkeit über eine Bahn führen soll, welche der Bewegung einen Widerstand von 15 Kilogramm pro Tonne bewegter

Last bietet, könnte sonach mit

= 150 Tonnen belastet werden, d. h. sie könnte einen

75 X 300 10 X 15

Zug ziehen, dessen Gewicht inclusive des Gewichtes der Maschine und ihres Tenders 150 Tonnen beträgt. Würde die Maschine sammt Tender 50 Tonnen wiegen, so verbliebe für die Wagen des Zuges eine Bruttolast von 100 Tonnen.

Die Formel 188 lehrt weiters, dass das Gewicht des Zuges vom Widerstande der Bewegung abhängt. Da aber der Bewegungswiderstand mit jeder Aenderung des Bahnprofiles sich ändert, so folgt, dass auch das Gewicht des Zuges den Variationen des Profiles folgen muss, falls die Arbeitsfähigkeit der Locomotive an jeder Stelle der Bahn in gleichem Maasse in Anspruch genommen werden soll.

Eine Aenderung des Zugsgewichtes ist aber nur in Stationen, nicht aber zwischen solchen möglich. Es wird daher das Gewicht des Zuges nach dem grössten Widerstande bemessen werden müssen, welcher zwischen zwei Nachbarstationen, oder falls man die Belastung nur in Maschinen-Wechselstationen ändern will, zwischen zwei solchen Stationen sich vorfindet.

Widerstände, welche in Strecken Vorkommen, die durch Anlauf genommen werden können (§. 93), werden, wenn sie auch die grössten sein sollten, nicht berücksichtiget.

Setzt man in die Formel 188 für w den zugehörigen Werth, schreibt

nämlich (§. 25, Formel 41) w = ^3’l + stehende Formel:

so übergeht sie in die nach-

Ej

70/’

5250

217. u + u³

•N • • • • (189

in welcher bezeichnet:

G. . .das Gewicht des Zuges, in Tonnen, inclusive Maschine und Tender, welches derselbe in einer horizontalen Geraden erhalten darf;

N ...den Nutzeffect der Locomotive, in Pferdekräften;

11 ...die Fahrgeschwindigkeit der Züge, in Metern pro Secunde.

Eine Locomotive, welche 300 Pferdestärken entwickelt, würde sonach mit 10 Meter Geschwindigkeit in einer horizontalen Geraden einen Zug ziehen können, dessen Gewicht inclusive

5250 X 300

des Gewichtes der Locomotive und ihres Tenders

217 X 10+ 1000

= 500 Tonnen beträgt.

Aus dieser Formel ist zu ersehen, welch’ einen grossen Einfluss die Fahrgeschwindigkeit des Zuges auf dessen Gewicht hat, denn diese Formel lehrt, dass das Zugsgewicht mit der dritten Potenz der Fahrgeschwindigkeit abnimmt. Schnellzüge werden sonach, falls die Maschine gleich stark arbeitet, leichter sein müssen als Güterzüge, und werden Aenderungen der Fahrgeschwindigkeit bei Schnellzügen einen grösseren Einfluss auf deren Gewicht üben, als bei Güterzügen (§. 141).

Differenzirt man den Ausdruck 189 nach u, so erhält man:

dG

du

= -15750 •

(72 + u²) N

(217 u + u³) ²

und hieraus ist zu ersehen, dass für grössere Werthe von u die Aenderung der Belastung, nämlich die Grösse d G, kleiner ausfällt. Sieht man vom Vorzeichen des obigen Differenzial-Quotienten ab und vernachlässigt die Ziffer 72 gegen u-, was allenfalls bei Schnellzügen geschehen könnte so erhält man :

15750

(217 + u²) ²

Würde man berechtigt sein, d u ='/₄ zu setzen, d. h. anzunehmen, dass die obige Näherungsformel auch für solche Geschwindigkeits-Aenderungen gilt, welche bis zu lU Meter pro

Zuwachs von }/₄ Meter pro Secunde bei Zügen mit 18 Meter Fahrgeschwindigkeit eine Minder-

100

belastung der Locomotive von circa - z= 5 Tonnen herbeiführen, während dieser Ausfall für

80

100

denselben Geschwindigkeits-Zuwachs bei 20 Meter schnellen Zügen nur circa = 4 Tonnen beträgt. Würde die Fahrgeschwindigkeit des ersteren dieser beiden Züge etwa in Folge Einbringens einer Verspätung um ¹/₄ Meter pro Secunde sich vergrössern, so dass der Zug statt mit 18 Meter nunmehr mit 18'25 Meter Geschwindigkeit zu verkehren hätte, so müsste dessen Bruttolast um circa 5 Tonnen reducirt werden, während diese Réduction bei einem schnelleren Zuge für dieselbe Geschwindigkeits-Differenz nur circa 4 Tonnen beträgt (pag. 513).

Setzt man in die Formel 189 für w den Werth, welcher ihm zukommt, sobald Steigungen berücksichtigt werden, also den Werth (§. 26, Formel 43, pag. 111).

— (V Î -f- m -|--'j

\    70/

wobei m das Steigungs-Verhältniss der Bahn pro mille bezeichnet, so übergeht sie in die nachfolgende ;

.    .    (190

Secunde anwachsen, so würde diese Näherungsformel lehren, dass für jeden Viertelmeter, um welchen die Fahrgeschwindigkeit der Schnellzüge grösser wird, die Belastung der Locomotive um 4000

(217 -f- u²)

Für einen mit 18 Meter Geschwindigkeit verkehrenden Schnellzug würde also die Belastung der Locomotive für jeden Viertelmeter, um welchen die obige Fahrgewindigkeit zunimmt, circa

circa

- Tonnen pro Pferdestärke abnimmt.

um

Tonnen pro Pferdekraft abnehmen. Für einen mit 20 Meter Geschwindigkeit verkehrenden

Schnellzug würde die Maschinenbelastung bei derselben Geschwindigkeits-Zunahme nur mehr um Tonnen pro Pferdekraft zu reduciren sein.

circa

( ioo)

Würde die Locomotive, mit 400 Pferdekräften arbeiten

so würde ein Geschwindigkeits-

5250.N

u³ + 7 (31 + 10. m) u

in dieser Formel bezeichnet:

G . . . das Gewicht des Zuges (exclusive Maschine und Tender), gemessen in Tonnen;

N...den Nutzeffect der Locomotive, ausgedrückt in Pferdekräften;

U ...die Fahrgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde;

111 . . . die Steigung der Bahn, in Millimeter pro Meter Länge.

Setzt man in diese Formel 190 für u und m verschiedene Werthe, so erhält man für eine mit 300 Pferdestärken arbeitende Locomotive die nachstehende Zusammenstellung:

Fahrgeschwindigkeit in Metern pro Secunde

Auf einer Steigung von

10

15

20

pro mille, beträgt die Maximal-Belastung der Maschine in Tonnen

1300

533

335

244

192

10

497

236

15

417

195

155

128

115

95

92

76

20

185

101

70

Man ersieht also, dass dieselbe Locomotive, welche einen 1300 Tonnen schweren Zug in der Horizontalen mit 5m Geschwindigkeit ziehen kann,

nur mehr einen 70 Tonnen schweren Zug wird ziehen können, sobald sie in eine Steigung von 10%o kommt, und die Fahrt mit einer Geschwindigkeit von 20m pro Secunde vor sich gehen soll.

Will man die Eingangs dieses Paragraphen gemachte Voraussetzung, dass die Arbeitsfähigkeit einer Locomotive unveränderlich sei, nicht geltend machen, d h. will man die Belastung des Zuges mit Rücksicht auf den Umstand ermitteln, dass das Arbeitsvermögen der Zugsmaschine während der Fahrt grösser oder kleiner ausfallen kann , je nachdem die Fahrgeschwindigkeit wächst oder fällt, so könnte man folgendermassen vorgehen :

Versuche, welche auf der nunmehr verstaatlichten Kronprinz Rudolfsbahn (1882) durchgeführt wurden,¹) ergaben, dass dieselbe Locomotive, welche für jeden Quadratmeter ihrer Heizfläche unter normalen Verhältnissen 2'4 Pferdekräfte liefert, bei einer intensiveren Inanspruchnahme 2’9 Pferdekräfte zu liefern im Stande ist.

Wiegt nun die Maschine M Tonnen und das Gewicht des Wagenzuges, dessen Maschine eine Arbeit von 2'4 Pferdekräften verrichtet, beträgt W

Tonnen, so ist, sobald jede Tonne der bewegten Last w Kilogramm Widerstand zu überwinden hat, der zu bewältigende Widerstand (M + W) w Kilogramm, Bewegt sich der Zug in der Secunde um c Meter, so hat die Maschine eine Arbeit von (M ~F W) . w . c Meterkilogramm pro Secunde zu

(M + W).

leisten, d. h. sie muss mit

75

Pferdekräften arbeiten. Beträgt

deren Heizfläche H Quadrat-Meter, so kann sie unter normalen Verhältnissen eine Secundenarbeit von 2'4H Pferdekräften leisten. Man hat daher (M + W). w . c

die Relation: 2‘4H =

75

• Arbeitet dieselbe Maschine statt mit

2‘4 mit 2⁻9 Pferdekräften, so wird sie einen schwereren Wagenzug als W auf derselben Strecke ziehen können. Beträgt dieses Gewicht Wl Tonnen,

so besteht die Relation 2⁻9H —

(M + WJ w

75

M + W M + W,"

W₁ = 7« (M+6W) . .

Man hat sonach die Proposition:

= Ve, aus welcher

man erhält:

.    .    (191

In dieser Formel bezeichnet:

W...das Gewicht der Wagen eines Zuges, in Tonnen, welches die Maschine unter normalen Verhältnissen zieht;

VV₁ ..das Gewicht der Wagen eines Zuges, in Tonnen, welches dieselbe Maschine über dieselbe Steigung mit derselben Geschwindigkeit noch ziehen kann, wenn sie stärker als unter normalen Verhältnissen arbeitet;

M . . .das Gewicht der Locomotive, in Tonnen.

Natürlich wird hier vorausgesetzt, dass die Adhäsion der Zugsmaschine gross genug ist, um auch den stärkeren Zug zu ziehen.

Wiegt beispielsweise die Maschine sammt ihrem Tender 60 Tonnen, so beträgt das Wagengewicht, welches sie höchstens ziehen kann V- (60 + 6 W) = (12 + 1-2 W) Tonnen.

34

§• 146.

Gewicht des Zuges mit Rücksicht auf die Zugkraft der Locomotive.

Die Eisenbahnpraxis liebt es, das Gewicht der Züge nicht nach dem Nutzeffecte, wie dies im vorigen Paragraphe geschehen, sondern nach der Zugkraft der Locomotive zu bemessen.

substituirt (§. 70, Formel 1 14, pag. 275 ). In diesem Falle erhält man :

Dieser Uebung der Praxis wird sofort entsprochen, sobald man in die im vorigen Paragraphe für das Zugsgewicht gegebene Formel 189 für den Nutzeffect N der Locomotive den entsprechenden Werth, nämlich Z . u

75

70 . Z

217 + u-

.    .    (192

eine Formel zur Berechnung des Bruttogewichtes eines Zuges, mit Rücksicht auf die gegebene Zugkraft der Maschine.

In dieser Formel bezeichnet:

G..,das Gewicht des Zuges in einer Horizontalen, gemessen inTonnen;

/...die Zugkraft der Locomotive, in Kilogramm;

11 . . . die Fahrgeschwindigkeit des Zuges, in Metern pro Secunde.

Eine Locomotive von 3000 Kilogramm Zugkraft würde sonach in einer horizontalen Geraden einen    = 475 Tonnen schweren Zug mit einer Geschwindigkeit von 15 Metern pro Secunde

ziehen können.

Wollte man eine Formel für das Zugsgewicht in Steigungen haben, so müsste man in der Formel 190 statt N den zugehörigen Werth setzen. Man würde dann eine Formel erhalten, nach welcher für eine jede Steigung die zugehörige Belastung der Maschine berechnet werden könnte, sobald man sich einigt, mit was für einer Geschwindigkeit die betreffende Steigung befahren werden soll.

Auf Hauptbahnen hat man zur Führung von Zügen gewöhnlich Locomotiven, deren Leistungsfähigkeit zwischen 280 und 320 Pferdekräften schwankt. Nimmt man an, dass Locomotiven von 310 Pferdekräften zur Disposition stehen, und wählt als Grundgeschwindigkeit für:

7 Meter pro Secunde

Güterzüge ....

Gemischte Züge Personenzüge .

Schnellzüge . . .

so erhält man durch Substitution dieser Werthe und N = 310 in die Formel 190 die nachstehenden Ausdrücke:

2906 4 + m

Gg

3321

17

20

Gp

1367

38 + in

In diesen Formeln bezeichnet:

Gg ...das Gewicht der Güterzüge, in Tonnen;

Gm . . . das Gewicht der gemischten Züge, in Tonnen; Gp ...das Gewicht der Personenzüge, in Tonnen;

Gg ...das Gewicht der Schnellzüge, in Tonnen; m ... die Steigung der Bahn pro mille.

Gs -,

1062 8-8. + in

Da die Durchschnittssteigung im flachen Lande

5 pro mille

Hügellande . . m — 10    «

25 «

Gebirge.....

beträgt, so erhält man durch Substitution dieser Werthe für m in die obigen Formeln die nachstehenden Bruttobelastungen:

Bruttolast eines Zuges im

Gattung des Zuges

flachen Lande

Hügellande

Gebirge

Tonnen

Güterzüge Gemischte Züge Personenzüge Schnellzüge

377

323

112

76

240

115

207

100

79

Um einen Ueberblick zu gewähren, was für Lasten die auf Eisenbahnen üblichen Locomotiven ziehen, möge die nachfolgende Belastungstabelle¹) dienen, welche sich auf eine preussische Normal-Locomotive bezieht:

Fahrgeschwindigkeit

in

Kilometern pro Stunde

Person.

Güter

Auf einer Steigung pro mille

2-5

3-33

6-67

10

16-67

25

zieht eine Locomotive bei Zügen, welche befördern

Person.

Güter

Person.

Güter

Person.

Güter

Person.

Güter

Person.

Güter

Person.

Güter

Person.

Güter

einen Wagenzug vom Gewichte, in Tonnen

15

1195

1071

902

697

560

394

235

144

20

640

999

574

899

487

30

452

680

407

615

358

40

339

497

307

454

266

768 369 590 293 529 265 410 210 395 204 309 162

414 200 331 141 251 108

333 109 197 231    73 132

175    48 -

118

74

50

251

230

200

156

123

82

60

184

170

149

117

93

60

70

133

123

109

85

67

80

93

86

76

95

§. 147.

Gewicht der Züge mit Rücksicht auf Gefälle.

Bisher wurde der Zusammenhang besprochen, welcher zwischen dem Gewichte des Zuges, der Arbeitsfähigkeit der Maschine, welche denselben zieht, der Festigkeit der Zugsvorrichtung (Kupplungen) und der Grösse der Adhäsion besteht. All’ das bezog sich jedoch nur auf horizontale oder an-

34*

Wenn es nach diesen Darlegungen scheinen möchte, sagt Schützen-hofer,J) dass die Belastung der Zugsmaschine in Gefällen, abgesehen von den Einschränkungen wegen zu grosser Länge des Zuges beliebig angenommen werden kann, so soll man demungeachtet vermeiden, namentlich in stärkeren Gefällen mit dem Gewichte des Zuges zu weit zu gehen. Ein grosses Zugsgewicht ist gefährlich, weil bei Nichtbeachtung der nöthigen Vorsicht beim Bremsen die Zugsgeschwindigkeit sehr leicht eine Steigerung über das zulässige Maass erfährt. Bei kurzen Zügen ist gegen diese Eventualität genügend Deckung in dem Widerstand vorhanden, welchen das Maschinenpersonale mit Hilfe der Locomotive und des Tenders der Fortbewegung des Zuges entgegenzusetzen im Stande ist. Bei langen und schweren Zügen kann dieses Hilfsmittel nicht angenommen werden, da das Gewicht der Locomotive und des Tenders nur einen geringen Theil des Zugsgewichtes ausmacht, das Bremsen dieser Vehikel daher fast wirkungslos verbleibt.

steigende Bahnstrecken, nicht aber auf Gefälle, denn für fallende Bahnstrecken besteht ein derartiger Zusammenhang nicht.

Manche Bahnverwaltungen pflegen dieselben Formeln, welche für Steigungen abgeleitet wurden, auch für Gefälle gelten zu lassen, also anzunehmen, dass dieselbe Belastung der Maschine, welche für die Bergfahrt ermittelt wurde, gleichzeitig auch für die Thalfahrt zu gelten habe. Andere Bahnverwaltungen gestatten für das Gefälle diejenige Belastung, welche die Locomotive auf gleicher Steigung zurückschieben kann. Manchesmal wird für Gefälle als Maximum das Zugsgewicht normirt, welches von zwei Loco-motiven die gleiche Strecke zurückgeschoben werden kann, und gibt es Bahnen, bei welchen in Gefällen rollende Personenzüge um die Hälfte leichter, Güterzüge hingegen doppelt so schwer sein dürfen, als in den analogen Steigungen.

§. 148.

Gewicht der Züge mit Rücksicht auf sonstige Verhältnisse.

Man hat auf Gebirgsbahnen öfters die Beobachtung gemacht, dass dieselbe Maschine, welche am Anfänge der Steigung ihren Zug ohne Anstand bergwärts zieht, ihren Dienst versagt, sobald es sich um die Führung desselben Zuges in einer Strecke handelt, welche zwar in derselben Steigung jedoch höher liegt, als die frühere Strecke.

Dies geschieht zumeist, wenn am Fusse des Berges schönes, in der Nähe dessen Spitze aber schlechtes Wetter herrscht. Hieraus folgt, dass die zulässige Belastung der Locomotive nicht nur von der Dampfproduction, vom Widerstande, von der Fahrgeschwindigkeit und der Festigkeit der Zugsapparate, sondern auch von der Witterung abhängig ist.

Die Adhäsion der Locomotive schwankt nämlich je nach Regen, Thau, Schnee, Glatteis etc. Da aber die Belastung einer Locomotive ihrer Zugskraft proportional ist, diese aber der jeweiligen Adhäsion angepasst sein muss (mindestens darf sie die Adhäsion niemals übersteigen), so folgt,

dass die Bruttolasten zweier Züge in demselben Verhältnisse zu einander stehen werden, in welchem die Adhäsionen verbleiben. Sinkt beispielsweise die Adhäsion von 130 Kilogramm auf 100 Kilogramm (§. 64) pro Tonne des auf die Treibräder der Maschine ausgeübten Druckes, so muss auch das Gewicht des Zuges in diesem Verhältnisse sinken, kann also nicht mehr G Tonnen, sondern nur:

G,=

100

130

O ! CO

0-77 G

Tonnen betragen.

In der Praxis pflegt man den Einfluss einer schlechten Witterung bei Belastung der Maschine dadurch zu berücksichtigen, dass man die für die normale Witterung ermittelte Belastung um 25 Procent verringert.

Der Wind hat natürlich ebenfalls einen bedeutenden Einfluss auf die Zugsbelastung, sind ja doch Züge , in Folge des Windes in ihrer Fahrt gänzlich aufgehalten worden. Doch lässt sich dieser Einfluss mit Sicherheit ob der grossen Veränderlichkeit, sowohl der Stärke des Windes als auch dessen Richtung, ziffermässig nicht erfassen.

Was den Einfluss der Temperatur auf die Belastung der Maschine anbelangt, so ist zu bemerken, dass dieselbe hauptsächlich sich darin geltend macht, dass beim Sinken der Temperatur die Schmiere dickflüssiger wird, wodurch der Bewegungswiderstand vergrössert wird. Man pflegt gewöhnlich für jeden Grad der Temperaturs-Abnahme die Bruttolast des Zuges um 1 Procent zu vermindern und glaubt, hiedurch dem Einflüsse der Temperatur-Schwankungen ausreichend Rechnung getragen zu haben.

Der Wunsch, bei durchgehenden, also zumeist weite Strecken durchlaufenden Zügen sogenannte directe Wagen zu führen, beeinflusst die Belastung derlei Züge natürlich ebenfalls.

So z. B. konnte man mit dem Abend-Schnellzuge der Westbahn, ohne unterwegs den Wagen wechseln zu müssen, von Wien nach Venedig, nach Strassburg, nach Innsbruck oder nach Mainz fahren, eine Annehmlichkeit, welche nur durch Führung sogenannter directer Wagen erkauft werden konnte, was für die Eisenbahn gewiss ein Opfer ist, da derlei Wagen auch dann geführt werden mussten, wenn auch Reisende nach diesen Orten nicht vorhanden waren.

So zum Beispiel hatte der gedachte Abend-Eilzug der Westbahn vier verschiedene Verkehre zu bedienen, und zwar den sogenannten italienischen, den englischen, französischen und den Schweizer Verkehr. Von Wien ausgehend, bestand dieser Zug aus 15 Wagen im Gesammt-gewichte von 183*5 Tonnen. Diese Stärke und Belastung behielt er jedoch nur bis Amstetten, denn hier fielen 2 Wagen im Gesammtgewichte von 29 Tonnen ab, da sie für den italienischen Verkehr bestimmt waren, welcher die Route: Amstetten, Reifling, Pontebba, Udine, Bologna, Rom, Neapel etc. nimmt. Von Amstetten ab bestand sonach der Zug nur mehr aus (15—2) = 13 Wagen im Gesammtgewichte von (183*5 - 29) = 154*5 Tonnen. Dieses Gewicht behielt er unverändert bis Wels, woselbst der englische Verkehr abzweigt, für dessen Bedienung 3 Wagen im Gesammtgewichie von 49 Tonnen bestimmt waren, welcher Verkehr die Route : Wels, Passau, Aschaffenburg, Köln, Ostende, London nimmt. Der Zug verliess sonach Wels mit (13 —3) = 10 W'agen im Gesammtgewichte von (154*5 —49) = 105*5 Tonnen und verkehrte in dieser Zusammensetzung bis Salzburg, woselbst der süddeutsche und in weiterer Fortsetzung der französische Verkehr abzweigt, welcher die Route: Salzburg, München, Karlsruhe, Avricourt, Paris nimmt und zu dessen Bedienung 4 Wagen im Gesammtgewichte von 39*5 Tonnen bestimmt sind. Der Zug verliess sonach Salzburg mit (10—4)=6 Wagen im Gesammtgewichte von (105*5 —39*5) = 66 Tonnen, und verkehrte mit dieser

Belastung bis an die Grenze der Schweiz nach Buchs und von da via Zürich, Basel, Delle nach Paris.

Seit 1889 werden diese 4 Verkehre nicht mehr durch einen einzigen, sondern nunmehr durch zwei Züge bedient, von denen der eine von Wien über Amstetten, Selzthal, Pontebba nach Italien, und von Selzthal über Buchs nach der Schweiz und darüber hinaus, der andere hingegen von Wien über Amstetten, Wels nach Passau und von da über Aschaffenburg, Frankfurt, Köln, Ostende nach London, sowie von Wels nach Salzburg und von hier via München, Strassburg, Avricourt nach Paris verkehrt.

Es soll hier nicht unerwähnt verbleiben, dass auch die Länge des Zuges vom Einflüsse auf das Gewicht desselben ist, indem von zwei gleich schweren Zügen der längere der Bewegung einen grösseren Widerstand bietet.

Nimmt man die im vorhergehenden Paragraphe angegebenen Belastungen als für beladene Wagen giltig an, so muss die Belastung um 10 Procent verringert werden, sobald es sich um Beförderung leerer Wagen handelt.¹)

All diese und manche andere Verhältnisse bringen es mit sich, dass die Zugsmaschinen nicht immer bis zur äusserst zulässigen Grenze belastet werden. Die Semmeringbahn könnte beispielsweise mit 224 Tonnen schweren Zügen befahren werden, fährt aber thatsächlich nur 160 Tonnen schwere Züge. Auf der Bahn Pistoja-Poretta befördert man 130 Tonnen, auf der Giovi Bahn nur 110 Tonnen schwere Züge, während beide Bahnen mit 167 Tonnen schweren Zügen befahren werden könnten.²)

Mit Rücksicht darauf, dass die Widerstände der Bewegung nur durch wirklich und wiederholt ausgeführte Fahrten mit genügender Sicherheit festgestellt werden können, ist es empfehlenswerth die Leistungsfähigkeit der Locomotive durch Probefahrten praktisch zu ermitteln, und auf Grund derlei Versuche, welche den Localverhältnissen der Bahn angepasst sind, die Belastungstabellen aufzustellen. Die theoretisch ermittelten Werthe werden dann zur Contrôle und Correctür der im Wege des Experimentes gefundenen Resultate dienen.

§. 149.

Führung der Züge durch zwei Maschinen.

Es wurde bereits darauf hingewiesen (§. 144), dass die Kupplungs-Vorrichtungen der Eisenbahnbetriebsmittel eine solche Stärke besitzen, dass sie ohne allen Anstand einer Spannung von 6500kg ausgesetzt werden können. Hieraus folgt aber, dass der Widerstand des Wagenzuges nicht grösser sein darf, als 6500ks, und daher die zur Ueberwindung dieses Widerstandes erforderliche Adhäsion (gleitende Reibung der Triebräder der Zugsmaschine) nicht viel grösser zu sein braucht.

Verursacht jede Tonne des auf den Triebrädern ruhenden Gewichtes auf der Schiene eine gleitende Reibung (Adhäsion) von s Kilogramm, und beträgt das Adhäsionsgewicht Q Tonnen, so hat man im Ganzen 5 . Q Kilogramm Adhäsion zur Verfügung, und es muss daher s.Q = 6500 sein. Da die Adhäsion 5 im ungünstigen Falle auf s=100 Kilogramm sinken

J) Gostkowski. Teorya ruchu kolejowego, Lemberg 1882, Bd. II, pag. 406.

-) Müller. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens,. 1879, pag. 161.

kann, so folgt, dass das Adhäsionsgewicht der Locomotive, welches die Festigkeit der Kupplungsvorrichtungen vollkommen auszunützen gestattet, nicht grösser zu sein braucht, als:

= 65

6500    6500

100

Tonnen. Da man aber schon durch Verwendung einer einzigen Locomotive ein so grosses Adhäsionsgewicht erzeugen kann, so folgt, dass zur Führung von Zügen, selbst unter ungünstigen Verhältnissen (glatte Schienen), eine Locomotive genügen wird.

Dies ist auch der Grund, weshalb man die Züge gewöhnlich nur mit einer Maschine zu führen pflegt. Werden jedoch einem Zuge aus irgend einem Grunde zwei Locomotiven vorgespannt, so braucht die Adhäsion beider zusammen nicht grösser zu sein, als 6500 kg, da die Kupplungs-Vorrichtungen ohnehin nicht stärker in Anspruch genommen werden sollen. Zwei gleichstarke Maschinen werden daher im Allgemeinen keinen doppelt so schweren Zug ziehen können, sobald die Bedingung feststeht, dass die Kupplungen in beiden Fällen gleich stark in Anspruch genommen werden sollen.

Steht die zweite, zur Förderung des Zuges herangezogene Maschine an der Spitze desselben, so nennt man sie Vor spamunaschine, befindet sie sich dagegen am Ende des Zuges, schiebt ihn also hinauf, so nennt man sie Schubmaschine.

Im Allgemeinen ist die zwischen zwei Maschinen-Wechselstationen liegende Strecke nicht horizontal, es kommen vielmehr in derselben mehr oder weniger starke Steigungen (Rampen) vor, und da kann man das Gewicht des Zuges entweder so einrichten, dass es durch die zur Disposition stehende Maschine über die schwierigste Steigung eben noch fortgeschafft werden kann, oder aber man macht den Zug so schwer, dass die Kraft der vorhandenen Maschine schon in den schwach ansteigenden Strecken voll in Anspruch genommen wird.

Im ersteren Falle wird man in den horizontalen und schwach

ansteigenden Bahnstrecken einen nicht verwendeten Ueberschuss an Kraft haben

im letzteren Falle wird - es dagegen auf der schwierigsten Steigung an Kraft mangeln, so dass eine Hilfskraft in Anspruch genommen werden muss.

Von örtlichen Verhältnissen wird es abhängen, welche von den beiden Arten der Betriebsführung die billigere sein wird. Im Allgemeinen soll jedoch das Bestreben einer jeden Betriebsführung dahin gehen, Vorspannsmaschinen auf das unerlässliche Minimum herabzudrücken, und dies deshalb, weil es billiger ist, ausreichend kräftige Locomotiven zur Führung besonders starker Züge zu verwenden, als örtliche Hin- und Herfahrten mit einer besonderen Vorspannsmaschine auszuführen, indem die Mehrkosten der Erhaltung derlei schwerer Maschinen gegenüber den normalen Locomotiven stets nur unbedeutend sind, da sie für eine um 25 Procent leistungsfähigere Maschine nur den 15. Theil der Kosten der Vorspannsmaschine betragen.¹)

>) Borries. Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, Heft 213. pag. 166- 167.

Nach Borries¹) setzen sich die Unterhaltungskosten einer zu Personenzügen verwendeten Vorspannsmaschine pro Kilometer Fahrt in folgender Weise zusammen:

Unterhaltungskosten der Locomotive allein Brennmaterial-Verbrauch für die Vorspannsmaschine 2‘9

Putzen, Schmieren, Wasserverbrauch..........

Kilometer-Geld des Personales..............

Abnützung des Oberbaues..................

Beschaffungs- und Erneuerungskosten der Maschine auf 3600km vertheilt .

Bezüge des Personales auf 40000km vertheilt . . . 5'4    »

Summe. . . 23*4 Kreuzer.

Handelt es sich jedoch nicht um regelmässige Vorspannsleistungen, zu welchen die Locomotiven besonders gestellt werden müssen, so können die Ausgaben vermindert werden, immerhin wird aber ein Kilometer Fahrt einer Vorspannsmaschine wohl nie unter 18 Kreuzer sinken.

5'4 Kreuzer

1-0 »

0-7

2-7

. 5-3

§. 150.

Schmierung der Wagen.

Die schweren Lastwagen, welche auf Landstrassen durch Thiere bewegt werden, schmiert man mit einer Substanz, welche unter dem Namen » Wagenschmiere« allgemein bekannt ist. Diese aus Harzöl, Kalk und Wasser bereitete Masse stand bei den Fuhrleuten in hohem Ansehen, so lange die Achsen aus Holz angefertigt wurden. Als man jedoch anfing, derlei Achsen durch eiserne zu ersetzen, schwand das Vertrauen in die Vorzüglichkeit dieser schwarzen Schmiere, da man herausfand, dass sie Säuren enthalte, welche das Eisen angreifen. Und als später gar die Eisenbahnen kamen, und man anfing schneller zu fahren, bemerkte man, dass die Wagenschmiere sich verharze und den Widerstand der Bewegung statt zu verringern, noch vergrössere.

Angesichts dieser Erfahrungen wurde die Ueberzeugung befestigt, dass die übliche, einstens gepriesene Wagenschmiere nunmehr werthlos geworden sei. Es war daher nichts natürlicher, als dass man diese Wagenschmiere verliess und an deren Stelle nach Unschlitt, Schweinefett und Fischthran griff. Derlei verhältnissmässig kostspielige Schmieren kamen indess ausser Gebrauch, als Booih, der erste Director der Liverpool-Manchester Bahn mit seiner Palmöl-Schmiere hervortrat (1835), welche Schmiere mehr als zwei Decennien hindurch sich behauptete und namentlich von französischen und belgischen Bahnen bevorzugt wurde. In Deutschland fand sie weniger Freunde.

Hier wurden nämlich bei den meisten Bahnen schon frühzeitig flüssige Schmiermittel verwendet, worunter das Rüböl obenan stand. Als man jedoch gewahr wurde, dass bei Verwendung flüssiger Schmiermittel ein ansehnlicher Theil derselben durch Verspritzen verloren gehe, glaubte man in der dickflüssigen Schmiere von der Consistenz des Gänseschmalzes das Heil gefunden zu haben.

') Borries. Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, 1886, Heft 213, pag. 166—167.

Der Verbrauch derlei Schmiere war zwar geringer gewesen, indem die Schmiere nur während des Ganges der Wagen und Maschinen, wobei sie flüssig wurde, zur Verwendung gelangte, während beim Stillstände ein Verbrauch nicht stattfand; doch konnte nicht in Abrede gestellt werden, dass bei Wagen mit Starr-Schmiere der Widerstand beim Anfahren ein viel grösserer war, als bei Wagen, die mit flüssiger Schmiere bedient wurden. Es war nämlich, namentlich im Winter zur Tagesordnung geworden, dass zum Hinausbringen eines Zuges aus den Stationen separate Maschinen verwendet werden mussten. Was man also an Schmiermateriale erspart hatte, das gab man in Form von Feuerungsmateriale wieder aus, und als man gewahr wurde, dass die Verwendung starrer Schmiere überdies grosse Erhaltungskosten verursachte, griff man wieder zur flüssigen Schmiere zurück.

Am frühesten ist die Oelschmierung in Deutschland in Uebung gekommen, woselbst man schon um das Jahr 1846 anfing, die Lager der Wagen für Schmierung mit Rüböl einzurichten, welchem Oele man geringe Mengen von Terpentin beigemischt hatte, um das Stocken desselben bei niederen Temperaturen zu verhindern.

Die ersten Resultate mit diesem neuen Schmiermittel waren insoferne günstig, als ein Heisslaufen der Achsen seltener wurde, doch stellte es sich bald heraus, dass die Lagerfüllung durch die im Rüböl enthaltenen Schleimtheile sich allmälig verstopfe, wodurch die Zufuhr der Schmiere zur Achse eine ungenügende werde. Man sah sich daher gezwungen, das Rüböl zu verlassen und zum Baumöl zu greifen. Wenngleich dieses Oel den Zwecken der Schmierung besser entsprach, als das rohe Rüböl, so konnte es sich doch seines hohen Preises wegen auf die Dauer nicht behaupten, zumal als man später gelernt hatte, das billigere Rüböl von den darin enthaltenen Schleimtheilen zu befreien.

Das Raffiniren des rohen, durch Pressen gewonnenen Rüböles erfolgte durch Behandlung desselben mit geringen Mengen von Schwefelsäure, durch welche die Schleimtheile des Oeles verkohlt wurden. Die in dem Oele etwa noch verbliebene Schwefelsäure wurde entfernt und das Oel durch Filtriren geklärt. Das so gereinigte Rüböl war dem Rohöle insoferne vorzuziehen, als es der Schleimtheile beraubt wurde und daher ein Verstopfen der Lagerfüllung nicht mehr eintrat; doch zeigte es sich bald, dass das raffinirte Oel die Metalle angriff, wodurch seiner Brauchbarkeit als Schmiermittel wesentlich Abbruch gethan wurde.

Anfänglich glaubte man, dass die in dem gereinigten Oele nachgewiesene Säure ein noch nicht gänzlich hinausgeschaffter Rest der zur Raffinirung verwendeten Schwefelsäure war, und suchte die Methode des Raffinirens dadurch zu verbessern, dass man die Menge der zum Raffiniren verwendeten Schwefelsäure auf das unerlässlich nothwendige Maass reducirte und die Entsäuerung des raffinirten Oeles mit kohlensaurem Kalk oder Zinkoxyd vornahm. Durch diese Operation gelang es zwar, auch die letzten Spuren freier Schwefelsäure zu entfernen, es gelang aber nicht, das Oel säurefrei zu machen.¹) Die zum Raffiniren verwendete Schwefelsäure zersetzt nämlich einen Theil des Oeles in Glycerin und Fettsäure. Das Glycerin wird

') Grassmann. Die Schmiermittel. Wiesbaden 1885. pag. 2—12.

ausgeschieden, während die Fettsäure mit der zugesetzten Schwefelsäure eine Doppelverbindung eingeht, welche im Oele verbleibt. Durch spätere Behandlung des Oeles wird zwar die Doppelverbindung wieder zerstört, doch wird ' hiedurch nur die frei werdende Schwefelsäure, nicht aber die gebildete Fettsäure entfernt. An Stelle der Schwefelsäure tritt also die Fettsäure, und diese greift das Metall der Lager und Achsen an.

Während man am Continente darüber sann, auf was für Weise die Fettsäure aus dem raffinirten Rüböle entfernt werden könne, kam man in England auf den Gedanken, das unwillkommene Nebenproduct bei Bereitung von Leuchtöl und Paraffin für Zwecke der Schmierung zu verwerthen, und diesem Streben ist es zuzuschreiben, dass schon Anfangs der Fünfziger-Jahre in England eine Art von Mineralöl-Schmiere versuchsweise zur Verwendung gelangte.

Mineralöle und die mit ihnen nahe verwandten Erdharze sind dem Menschen schon seit den ältesten Zeiten bekannt gewesen und wurden in geringen Mengen als Arznei- und Schmiermittel verwendet. Doch erst als es gelang, aus dem rohen Petroleum einen Leuchtstoff zu bereiten (1859), kam die Bereitung der Schmiere aus den Rückständen der Leuchtstoff-Fabrication in Schwung.

Die auf diesem Wege dargestellte Schmiere besass keinen von den Uebelständen, welche den vegetabilischen und animalischen Schmieren anhaften; sie veränderte sich nämlich an der Luft gar nicht, harzte nicht und trocknete nicht ein. Dieses Fehlen aller Mängel, welche den bisherigen Schmiermitteln anhafteten, liess zwar ahnen, dass man in der Mineral schmiere ein Material besitze, welchem die Zukunft gehöre, doch zweifelte man an der Erfüllung dieser Hoffnung, da man recht gut wusste, dass die englische Schmiere schon bei 50 — 60° C., also bei einer Temperatur sich verflüchtige, wie sie in der heissen Jahreszeit schon durch die blosse Sonnenwärme entsteht, sowie, dass sie sich bei derlei Temperaturen so sehr verflüssigt, dass das Schmieren erschwert und durch Verspritzen ein nennens-werther Verlust hervorgebracht wird.

auch diesen Uebelständen

Wenn es gelänge — so dachte man zu begegnen, so würde man in der Mineralschmiere ein vortreffliches Materiale haben, da ja die früher angeführten Vortheile sämmtlich bestehen blieben.

Die im Jahre 1860 bei Wien gegründete Petroleum-Raffinerie von Wagenmann war die erste gewesen, welche mit Rücksicht auf die vortrefflichen Eigenschaften einer Mineralschmiere ihr Hauptaugenmerk darauf richtete, die Rückstände der Petroleum-Destillation auf Schmiere zu verarbeiten, und es gelang dieser Firma, Erzeugnisse zu liefern, die einen Umschwung im Schmierwesen herbeigeführt haben. Die von der gedachten Firma anfangs in den Handel gebrachten, aus galizischer Naphtha erzeugten Schmieröle waren natürlich den englischen Mustern nachgebildet und vereinigten daher sowohl die guten als auch die schlechten Eigenschaften der letzteren. Sie waren vortrefflich für die Spindeln der Spinn-Maschinen, unverwendbar jedoch für Zwecke der Schmierung von Eisenbahnwagen und Locomotiven.

Um die neue Schmiere diesem Zwecke dienstbar zu machen, mussten Versuche durchgeführt werden. Die zu lösende Aufgabe war keine geringe. Es musste nämlich vor Allem ein Irrthum berichtigt werden, welcher darin

bestand, dass man allgemein annahm, die nothwendige Bedingung einer Schmiere wäre ihr Fettsein. Bei den Wagenmann’schen Oelen stand man nämlich zum- ersten Male einem Stoffe gegenüber, dem die Fähigkeit, fett zu sein, d. h. sich mit Basen zu verseifen, völlig abging, einem'Stoffe also, von welchem man glaubte annehmen zu müssen, dass derselbe unmöglich ein Schmiermateriale abgeben könne.

Das Verdienst, diese allgemein verbreitete Ansicht berichtigt zu haben, gebührt zweien Männern, und zwar dem ehemaligen Leiter der Wagenmann’schen Fabrik, gegenwärtig Reichsraths-Abgeordneten, Michael Matscheko in Wien, und dem verstorbenen Central-Inspector der Kaiser Ferdinands-Nordbahn, Ludwig Becker-, dem Ersteren für die Untersuchungen, welche die Bedingungen erkennen Hessen, von welchen die Schmierfähigkeit abhängt, dem Letzteren für das Anstellen grossartig angelegter Versuche, welche den Zweck hatten, die theoretisch erkannte These praktisch zu bestätigen.

Den Bemühungen dieser beiden Männer ist es zuzuschreiben, dass der Uebergang von der vegetabilischen und animalischen zur Mineral-Schmiere in einer verhältnissmässig so kurzen Zeit sich vollzog, ein Uebergang welcher einen Bruch mit einem Principe bedeutet, an welchem mit so grosser Hartnäckigkeit festgehalten wurde.

Gestützt auf die überzeugenden Darlegungen der Genannten, waren die österreichischen Eisenbahnen die ersten gewesen, welche die Mineral-Schmiere bei sich eingeführt haben, und von diesen war es wieder die Staatseisenbahn-Gesellschaft, welche (1862) den Anfang machte. Ihr folgte die damalige Kaiserin Elisabeth-Westbahn (1864) und dieser die Kaiser Ferdinands-Nordbahn.

Oesterreichische Wagen und Locomotive waren also die ersten gewesen, welche mit Mineral-Oelen erfolgreich geschmiert wurden. Den günstigen Resultaten der gedachten Bahnen ist es zuzuschreiben, dass das Schmieren mit Mineral-Oelen, von Oesterreich ausgehend, nach und nach bei den meisten Bahnen Deutschlands eingeführt wurde. Gegenwärtig werden bei den zum Vereine Deutscher • Eisenbahn-Verwaltungen gehörenden Bahnen die Güterwagen durchaus mit Mineral-Oel, die Personen- und Gepäckswagen hingegen mit Mineral- oder Rüböl geschmiert; auch werden hie und da Mischungen beider Oele gebraucht.

§. 151.

Bedingungen einer guten Schmierung.

Die grundlegenden Untersuchungen von Petroff, welche in dem Buche: »Neue Theorie der Reibung« niedergelegt sind, sowie die Einführung der Mineralöl-Schmiere haben unsere Ansichten über das Wesen der Schmiere total umgeändert. Während man nämlich früher glaubte, dass nur Fette gute Schmiermittel abgeben können, dass also das Fettsein eines Stoffes ein unerlässliche Bedingung für die Schmierfähigkeit desselben sei, weiss man heute, dass das Fettsein durchaus kein Kriterium für die Güte einer Schmiere ist, da ja Mineralöle vorzügliche Schmierstoffe sind, obwohl sie kein Fett enthalten.

Um die Bedingungen einer guten Schmierung kennen zu lernen, muss vor Allem daran erinnert werden, dass das zwischen zwei gleitende Flächen gebrachte Schmiermittel die Aufgabe hat, zwischen denselben eine Schicht von solcher Dicke zu bilden, dass die unmittelbare Berührung der Flächen ausgeschlossen ist. Diese Eigenschaft muss während des Schmiervorganges dauernd erhalten bleiben. Um aber ein gutes Schmiermittel abzugeben, muss die Reibung zwischen Körperflächen und Schicht, oder aber die innere Reibung des trennenden Körpers eine wesentlich geringere sein, als die Reibung zwischen den beiden Gleitflächen. Dieser Aufgabe können feste, flüssige und luftförmige Körper genügen: Graphit, Talcum, Schmierfette, Oele, Wasser, Luft u. s. w. Hier interessiren vorwiegend die Flüssigkeiten. Unter diesen gibt es solche, die an sich selbt eine hinreichend dicke Schicht bilden und erhalten, die Schmiermittel im eigentlichen Sinne, während bei anderen: Wasser, Alkohol, Aether u. s. w. die Dicke der Schmierschicht auf künstlichem Wege erzeugt und erhalten werden müsste (sie eignen sich zum Schmieren im gewöhnlichen Sinne nicht), z. B. durch Schmierpumpen, welche stets so viel vom schmierenden Körper unter die gleitenden Flächen pressen, als von diesen in gleicher Zeit ausgequetscht wird.')

Fette und Mineralöle haben in ganz besonders hohem Grade die Eigenschaft, sehr fest an den von ihnen benetzten Flächen zu haften und in die Capillarräume einzudringen, und zwar so fest, dass derlei Schmiermittel durch den, bei den Lagern der Eisenbahnwagen üblichen Druck, welcher zwischen 30 und 50kS pro Quadrat-Centimeter Lagerauflagsfläche schwankt, aus seiner Lage nicht gebracht werden können.

Capillarität

Diese Eigenschaft ist den Schmiermitteln in sehr verschiedenem Grade eigen. Während z. B. Baumöl an den Gleitflächen der Metalle so fest haftet, dass es von denselben selbst durch bedeutende Pressung nicht entfernt werden kann, zeigen andere Flüssigkeiten diese Eigenschaft nennt man sie — nur in geringem Grade. Wasser z. B. trennt sich schon bei geringem Drucke, ohne an den Gleitflächen auch nur die geringste Spur der stattgefundenen Benetzung zu hinterlassen.

Die Eigenschaft der Capillarität ist übrigens keineswegs den Fettstoffen allein eigen ; auch andere Körper, wie beispielsweise Dextrin, Melasse, Leimlösung, sowie alle das Gefühl der Schlüpfrigkeit erzeugenden Flüssigkeiten besitzen in höherem oder geringerem Grade das Vermögen, in die Poren der festen Körper einzudringen und darin so fest zu haften, dass sie nur mit grösster Kraftanstrengung von denselben getrennt werden können. Die Capillarität wird also nicht durch das Fettsein der Flüssigkeiten bedingt, sondern durch ihre Schlüpfrigkeit, und es folgt daraus, dass es nicht der Fettgehalt ist, welcher den Fettstoffen die Eigenschaft des energischen Adhärirens an Gleitflächen verleiht, sondern deren Schlüpfrigkeit

Die innere Reibung des Schmiermittels,') sowie die Dicke der von ihm gebildeten Schicht ist von dem Wärmegrade abhängig; beide nehmen mit wachsender Wärme ab. Da nun die Reibungsarbeit in Wärme umgesetzt wird, so ist der Schmiervorgang selbst Ursache der Zustandsänderung des Schmiermittels. Die in der Schmierschicht erzeugte Wärmemenge muss

]) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1888, Heft 253, pag. 11. *) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1888, Heft 253, pag. 12.

abgeführt werden, wenn ein Beharrungszustand erzeugt werden soll. Die Abführung kann nur durch die Metallmassen der Wellen, der Lagerkörper u. s. w. geschehen. Da die Grösse der abgeführten Wärmemenge abhängig ist von dem Wärmeleitungs-, Strahlungs- und Abgabevermögen der umgebenden Metallmassen, so hat auch das Material der Wellen und Schalen Einfluss auf die Grösse des im Beharrungszustande erzeugten Reibungswiderstandes.

Wegen der Abnahme der inneren Reibung mit steigender Wärme wird die Wirkung des Schmiermittels zu Anfang günstiger werden. Da aber mit steigender Wärme auch die Schichtendicke abnimmt, so kann schliesslich ein Zustand eintreten, in welchem ausser der inneren Reibung der Flüssigkeit auch noch die Reibung zwischen den festen Körpern zur Wirkung kommt, der Reibungswiderstand nimmt nicht weiter ab, sondern wächst mit steigender Wärme. Die Schichtendicke ist aber auch von der Grösse der Belastung für die Flächeneinheit abhängig, und daher übt auch die Grösse der Belastung einen Einfluss auf den Reibungsvorgang aus. Da der innere Reibungswiderstand von der relativen Geschwindigkeit der Elementarschichten abhängig ist, so hat auch die relative Geschwindigkeit der beiden gleitenden Körperflächen einen Einfluss auf die Grösse des Reibungswiderstandes. Da endlich von der Art der Schmierung die Schichtendicke abhängig ist, so hat auch sie Einfluss auf die Grösse des Reibungswiderstandes.

Die Anforderungen, welche an ein gutes Schmiermaterial gestellt werden müssen lassen sich nach Grassmann¹) in folgende Punkte zusammenfassen :

Ein jedes flüssige Schmiermittel muss, wenn es seinem Zwecke entsprechen soll :

1.    einen hinreichenden Grad von Schlüpfrigkeit besitzen;

2.    es muss einen seiner Schlüpfrigkeit entsprechenden Grad von Dünnflüssigkeit haben ;

3.    sein Flüssigkeitszustand darf durch Wechsel der Temperatur nicht wesentlich verändert werden (es darf bei tiefen Temperaturen nicht fest werden, bei hohen nicht verdunsten, auch darf es nicht verharzen);

4.    es darf weder sauer sein, noch eine Neigung zum Sauerwerden besitzen;

5.    es darf keinerlei fremde Stoffe als Beimengungen enthalten.

§. 152.

Die gebräuchlichsten Schmiermittel.

Man unterscheidet thierische, vegetabilische und Mineral-Schmieren. Die thierischen und pflanzlichen Fette sowie Oele sind Gemenge von Verbindungen des Glycerins mit verschiedenen Fettsäuren; je nach dem Vorwalten der einen oder der anderen Säure sind sie fest oder flüssig. Die Mineral-Fette und Mineral-Oele sind Kohlenwasserstoffe und als solche die beständigsten Verbindungen, die wir überhaupt kennen. Sie erleiden durch Luft, verdünnte Säuren, Alkalien, Wasser und Wasserdampf keinerlei Veränderung.

J) Grassmann. Die Schmiermittel, Wiesbaden 1885, pag. 120.

Die dem Pflanzen- und Thierreich entstammenden Fette werden, der Luft ausgesetzt, ranzig. Dieses Ranzigwerden beruht darauf, dass vielleicht durch Anwesenheit gewisser Fermente vorerst eine Spaltung in Glycerin und Fettsäuren erfolgt. Diese höheren Fettsäuren verwandeln sich durch Sauerstoffaufnahme in niedere Fettsäuren, die dem Fette den charakteristischen Geruch und Geschmack, sowie die unangenehme Eigenschaft verleihen, Metallgegenstände anzugreifen.¹)

Von den Schmieren, welche für Eisenbahnzwecke verwendet werden, sind zu erwähnen'): Der Rindstalg oder Unschlitt, das Wallrath oder Spermacetti-Oel, der Fischthran, das Baum- oder Olivenöl, das Rüböl, das Baumwollsamen-Oel (Cottonöl), die Mineral-Oele.

Obwohl die ersten sechs aufgeführten animalischen und vegetabilischen Oele in ihrer Verwendung zum Schmieren von den Oelen mineralischen Ursprunges vielfach verdrängt wurden, so besitzen sie doch Eigenschaften, vermöge deren sie wohl niemals gänzlich ausser Gebrauch kommen werden, und eben deshalb soll auch dieser Schmiermittel hier in Kürze gedacht werden.

Der Unschlitt wird aus dem in der Bauchhöhle der Rinder angesetzten Fette durch Auskochen desselben mit Wasser und nachheriges Auspressen des Zellgewebes gewonnen. Unschlitt wird gegenwärtig fast nur mehr zum Schmieren der Kolben und zum Einfetten der Stopfbüchsenpackung verwendet.

Das Wallrath- OeJ wird aus dem Fette, das sich im flüssigen Zustande unter der Haut des Pottwalls vorfindet, gewonnen. Ob seiner Dünnflüssigkeit eignet es sich nur wenig für die Lager, welche schwer belastet werden. Zum Schmieren der Maschinen dagegen eignet es sich, ob seiner Eigenschaft, an der Luft unverändert zu bleiben, ganz vortrefflich.

Der Fischthran wird aus dem Speck der Wallfische, Seehunde und Robben durch Auskochen gewonnen. Er ist im frischen Zustande leichtflüssig, verdickt sich aber an der Luft, wesshalb er als Schmiermittel selten verwendet wird; desto öfter wird er aber mit anderen Oelen vermischt und so verwendet. Von den übrigen Oelen unterscheidet sich der Fischthran durch seine leichte Löslichkeit in Alkohol.

Das Baumöl wird durch Auspressen der Oliven oder durch Extraction derselben mit Schwefelkohlenstoff gewonnen. Wegen seiner Eigenschaft, an der Luft nur wenig sich zu verändern, eignet es sich vortrefflich zum Schmieren und galt es auch lange Zeit hindurch als das einzig gute Schmieröl. Gegenwärtig wird es in grösserem Umfange nur bei besonders billigen Preisen verwendet.

Das Rüböl wird aus dem Samen der in die Gattung der Kreuzblüther gehörigen Pflanzen gewonnen. Im rohen Zustande ist es zum Schmieren wenig geeignet, da es Schleimtheile in grosser Menge enthält, welche nach kurzem Gebrauche die Schmierdochte und Lagerfüllungen verlegen und die Oel-zuführung verhindern. Als Schmieröl kam es erst zur Geltung, als man gelernt hatte, diese Schleimtheile zu entfernen, was durch Behandlung des Roh-Oeles mit Schwefelsäure bewerkstelligt wurde. Doch zeigte das nach

b Spitz. Ueber Maschinen-Schmieröle Der Gastechniker, Wien 1887, Bd. VIII, pag. 33.

*) Die nachfolgende Darstellung ist dem trefflichen Buche Grassmann’s : »Die Schmiermittel«, Wiesbaden 1885, entnommen.

dieser Methode raffinirte Oel die üble Eigenschaft, dass es nicht frei von Säure war und demzufolge die Metalle angriff (pag. 538).

Beim Gebrauche des Rüböls steht der Consument gewöhnlich vor der Alternative, entweder ein gut entschleimtes, aber nicht säurefreies, oder aber ein säurefreies, aber nicht vollständig entschleimtes Oel verwenden zu müssen. Für Zwecke des Schmierens ist übrigens ein, gewisse Grenzen nicht überschreitender Säuregehalt ein kleineres Uebel, während die gute Entschleimung ein nicht zu umgehendes Erforderniss ist

Das Baumwollsamen-Oel wird, wie schon dessen Name besagt, aus dem Samen der Baumwollpflanze durch Auspressen oder Extrahiren mit Schwefelkohlenstoff gewonnen. Es trocknet an der Luft, wenn zwar wenig, aber immer doch ein, und steht dieses Verhaltens wegen den anderen vegetabilischen Oelen hinsichtlich der Schmierung nach. Des billigen Preises wegen wird es jedoch zur Verfälschung der besseren Schmieröle, insbesondere aber des Baum- und Rüböles, vielfach angewendet.

Das Mineral-Oel ist das wichtigste aller Schmiermittel. Dasselbe wird

durch fractionirte Destillation natürlich vorkommender Steinöle gewonnen. Man bezeichnet solche Mineral-Oele, welche aus Petroleum-Rückständen bestehen, als Vulkan-Oele, während man Star-Oele solche Mineral-Oele nennt, welche aus den Petroleum-Rückständen durch nochmalige fractionirte Destillation

unter Anwendung überhitzter Wasserdämpfe und geeigneter Behandlung mit Schwefelsäure und Natronlauge, gewonnen werden.

Mineral-Oele unterscheiden sich von den animalischen und vegetabilischen Oelen dadurch, dass sie kein Fett, also keinen Sauerstoff besitzen. Sie zeichnen sich vor allen anderen Schmiermitteln durch die ausgesprochene Unveränderlichkeit an der Luft aus, sie frieren nicht ein, trocknen nie aus, und greifen die Metalle nicht an. Ausserdem sind derlei Oele weder zur Beleuchtung, noch zu anderen Zwecken verwendbar, daher vor Entwendung gesichert.

Das specifische Gewicht derlei Oele schwankt innerhalb der Grenzen von 0'88 — 0’94, und entwickeln solche Oele brennende Gase erst bei einer Temperatur von 120 — 250° C. In ihrem äusserlichen Ansehen sind die Mineral-Oele ausserordentlich verschieden, ihre Farbe variirt nämlich vom Wasserhellen bis zum Tiefschwarzen ; im auffallenden Lichte zeigen sie einen eigenthümlichen opalisirenden Schimmer, ^wodurch sie von anderen Oelen leicht unterschieden werden können.

All diesen Vorzügen steht ein einziger Nachtheil entgegen, und dies ist der Umstand, dass die Mineral-Oele bei hoher Temperatur ihre Eigenschaft, schlüpfrig zu sein, zum Theile einbüssen. In derlei Fällen wird namentlich für solche Gebrauchszwecke, welche einen höheren Grad von Schlüpfrigkeit erfordern, derlei Schmierölen ein vegetabilisches Oel beigesetzt, was ohne Anstand geschehen kann, da die Mineral-Oele mit derlei Oelen sehr leicht sich mischen. Einzelne Mineral Oele sind übrigens von Haus aus schon so schlüpfrig, dass sie auch ohne Zusatz von fetten Oelen den strengsten Anforderungen entsprechen.

Aus diesem Grunde werden Mineral-Schmieröle gerne dort verwendet, wo die sich reibenden Theile niemals sehr heiss werden können. Zum Schmieren der Kolben und Schieber würden sie sich sonach nicht eignen. Es gibt indessen mineralische Schmiermittel, welche den hohen Temperaturen

im Dampf-Cylinder recht gut Widerstand leisten; sie sind aber bei gewöhnlicher Temperatur zumeist in einem so hohen Grade dickflüssig, dass sie als Wagenschmiere bei Eisenbahnen nicht gut verwendet werden können.

Die Oele amerikanischer Provenienz sind meist guter Qualität, doch ist dies je nach der Bezugsquelle sehr verschieden. Die aus galizischem Petroleum dargestellten Oele stehen den amerikanischen in Nichts nach, ja sie übertreffen dieselben sogar, namentlich was den Punkt der Vaporo-sität anbelangt.

Es darf nicht unerwähnt bleiben, dass die in den Handel gebrachten mineralischen Schmiermittel wegen der Verschiedenheit des Rohproductes sowie des Fabricationsprocesses ausserordentlich verschieden in ihrer Qualität sind. Während einige derselben Eigenschaften zeigen, die sie zum Schmieren nicht, oder nur für ganz untergeordnete Zwecke tauglich erscheinen lassen, stehen andere dieser Producte hinsichtlich ihrer reibungvermindernden Kraft den besten fetten Oelen nicht nur nicht nach, sondern sind diesen weit überlegen. Zwischen diesen beiden Extremen gibt es aber eine grosse Reihe mineralischer Schmieröle, welche, wenn sie für den bestimmten Zweck richtig gewählt werden, ganz ausserordntlich gut entsprechen.

§. 153.

Untersuchung der Schmiermittel.

Für die Beurtheilung des Werthes und der Brauchbarkeit eines Schmiermateriales gibt die chemische Analyse nur bedingungsweise brauchbare Anhaltspunkte, insoferne nämlich durch sie entschieden werden kann, ob ein fragliches Schmiermaterial frei von Stoffen ist, welche die zu schmierenden Theile angreifen. Dagegen bleibt die Frage nach dem Grade der Schmierfähigkeit, der Nachhaltigkeit des Effectes und Grösse des Verbrauches für bestimmte Leistungen durch die chemische Analyse unbeantwortet.

Zur Prüfung des Materiales in dieser Richtung müssen besondere Untersuchungs-Methoden angewendet werden, welche einen directen Maassstab für die Beurtheilung dieser Verhältnisse bieten. Man bedient sich hiezu besonderer Apparate; diese erfüllen jedoch insoferne nicht vollständig ihren Zweck, als sie gewöhnlich nicht unter denselben Umständen das Schmiermateriale prüfen, unter denen es in der Praxis zur Verwendung gelangt.

Bezüglich der Untersuchung der Schmieröle auf chemischem Wege mögen die nachstehenden Bemerkungen genügen.

Aus dem Verhalten der Mineral-Schmieröle gegen starke Salpetersäure kann der Chemiker beispielsweise auf den Gehalt an Theer-Oelen schliessen, welche dem Mineral-Oele beigemischt wurden.

Schüttelt man gleiche Raumtheile des zu prüfenden Oeles mit starker Salpetersäure von gleicher Temperatur, so erfolgt, wenn der Theergehalt erheblich ist, eine Temperaturs-Erhöhung, welche nach Umständen bis zu 40° C. steigen kann, während' die Temperatur-Erhöhung eines reinen Oeles nur wenige Grade beträgt. Mineralöle, welche beim Schütteln mit Schwefelsäure (unter Verwendung gleicher Raumtheile von Oel und Säure) die Säure braun bis schwarz färben, sind zum Schmieren nicht geeignet.¹)

>,) Brenken. Zeitschrift für analytische Chemie, 1879, pag. 596 (Ergänzungsheft).

Will man wissen, ob ein Mineralöl fette Oele enthält, so setzt man dem zu prüfenden Oele ein Stük Natronhydrat zu, erhitzt die Flüssigkeit bis zum Sieden und erhält sie in diesem Zustande 1—2 Minuten. Sind grössere Mengen fetter Oele vorhanden, so erkennt man deren Anwesenheit schon an dem brenzlichen Gerüche, sicherer jedoch bei geringer Abkühlung, wobei die Flüssigkeit zu erstarren beginnt, was stets geschieht, sobald die Mischung nicht weniger als 8 —10% fette Oele enthält.¹)

Um zu prüfen, ob ein Schmieröl Neigung hat, zu verharzen oder saure Reaction anzunehmen, bringt man 3 — 5cm3 hievon in ein 100 bis 125cm-’ fassendes Glasrohr, verdrängt aus diesem die Luft durch Sauerstoff, schmilzt das zweite Ende des Rohres zu und erhitzt es nun durch 10 Stunden auf 110°. Nach Ablauf dieser Zeit wird die zugeschmolzene Spitze des Glasrohres unter der Oberfläche einer abgemessenen Menge Wassers abgebrochen. Ein Theil des Wassers tritt an Stelle des absorbirten Sauerstoffes in das Rohr, und kann die Menge desselben, also das Volumen des vom Oele absorbirten Sauerstoffes, aus der Menge des im Gefässe zurückgebliebenen Wassers sofort ermittelt werden.

Auf diese Weise wurde gefuuden, dass:

0-10 Cubik-Centimeter 0-70

4-80

. 21-80 .111-00 .144-00 .166-00 .181-00

1 Gramm Mineralöl (Valve-Oel)........

»    (Baku-Maschinenöl)

»    (Lubricating).......

Tovoler Schmierfett..........

Baumwoll-Saatöl ............

Olivenöl.....................

Rüböl........................

Harzöl..................

Sauerstoff absorbirt.-)

Auf mechanische Weise werden die Schmiermittel geprüft, indem gleiche Quantitäten davon auf eine rotirende Welle oder Scheibe bekannter Belastung gebracht werden, und die Anzahl der Umdrehungen nebst der nach einiger Zeit bemerkbaren Temperatur-Erhöhung verglichen wird. Einige der mechanischen Vorrichtungen zur Prüfung der Schmiere lassen den Reibungswiderstand durch den Anschlag eines Pendels direct ablesen.³)

Zum Schlüsse muss bemerkt werden, dass unter dem Namen Metaline in neuester Zeit Lagerschalen empfohlen werden, welche jedwede Schmierung entbehrlich machen sollen. Derlei Schalen besitzen eingepresste Stifte, welche ein Gemenge aus Fett und Paraffin mit fein vertheiltem Graphit, Blei, Zink, Thon etc. enthalten und die Schmierung automatisch besorgen. Bei Eisenbahnwagen fanden jedoch derlei Schalen keine Anwendung.⁴)

§. 154.

Reform des Schmierwesens.

Die ersten Eisenbahnwagen wurden auf dieselbe Art geschmiert, wie heute die Strassenfuhrwerke geschmiert werden. Man füllte nämlich die Achsbüchse der Eisenbahnwagen so oft mit Schmiere, als hiezu das Be-

-¹) Lux. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1886, pag. 6.

²)    Bach. Chemische Zeitung, 1889, Bd. XIII, pag. 905.

³)    Spitz. Ueber Maschinen-Schmieröle. Der Gastechniker, Wien 1887, pag. 40, Bd. VIII.

⁴)    Spitz. Ueber Maschinen-Schmieröle. Der Gastechniker, Wien 1887, pag. 39, Bd. VIII.

35

dürfniss vorhanden war. Dies ging so lange an, so lange feste Schmiere verwendet wurde. Als man jedoch begann, Eisenbahnwagen mit flüssiger Schmiere zu bedienen, musste man diese Methode auflassen, weil es sich herausstellte, dass der Verbrauch an Schmiere 5 — 8mal grösser war, als er hätte sein können.

Man war daher gezwungen, sperrbare Lagerbüchsen einzuführen, was wieder zur Folge hatte, dass dieselben nicht durch Jedermann geöffnet werden durften. Diese neue Einrichtung hatte zur weiteren Folge, dass besondere Organe aufgestellt werden mussten, welche befugt waren, die Lagerbüchsen zu öffnen, und denen es oblag, die Nachschmierung zu besorgen. Man war gezwungen, diesen Revisions-Organen Werkzeuge zum Oeffnen der Lagerbüchsen zu geben, welche Werkzeuge sie stets bei sich führen mussten, um die Lager beim Abgang der Züge öffnen, schmieren und wieder verschliessen zu können.

Kurze Zeit nachdem diese Einrichtung getroffen war, zeigte es sich, dass die Schmierbüchsen in den meisten Fällen einen genügenden Vorrath hatten, dass also eine Nachfüllung derselben überflüssig war. Derlei Vorkommnisse führten auf den Gedanken, die Wagen nicht mehr willkürlich schmieren zu lassen, sondern gewisse Perioden ein für allemal festzustellen, in welchen die Schmierung durch die hiezu berufenen Organe vorzunehmen wäre. Die Erfahrung lehrte bald, dass es nicht genüge, gewisse Schmiertage (l. und 15. eines jeden Monats) zu fixiren, sondern, dass es ausserdem nöthig sei, bestimmte Stationen zu wählen, in welchen allein die Schmierung der Wagen vorgenommen werden dürfte.

Die Vornahme der Schmierung wurde äusserlich am Wagen durch Marken in Oelfarbe kenntlich 'gemacht, so dass der Schmierer sofort sehen konnte, ob, wann und in welcher Schmierstation der betreffende Wagen das letzte Mal geschmiert Worden war, ob er daher zu schmieren sei oder nicht. Das auf diese Weise vorgenommene Geschäft der Schmierung nannte man die periodische Schmierung, und traf damit eine Einrichtung, welche für die Praxis des Eisenbahnwesens von ganz ausnehmender Tragweite ist.

Da Unachtsamkeit und Vergessen zwei Factoren sind, sagt Becker,¹) die bei keiner Geschäftsverrichtung ausgeschlossen bleiben, so werden auch die Verluste und Versäumnisse beim periodischen Schmieren im gleichen Masse umso seltener sein, als seltener geschmiert wird, zumal es regelmässig immer von demselben Personale am gleichen Orte besorgt wird, und die Contrôle dabei nicht fehlt, die beim unregelmässigen Schmieren kaum geübt werden kann. Ausser dieser Réduction der Verluste beim Materiale und der Sicherung der guten Functionirung der Lager durch Verhütung von Versäumniss des Schmierens führt die Organisation des periodischen Schmierdienstes auch zur Ersparniss an Arbeitskraft und Lohn aus dem Grunde, weil alle Arbeitsverrichtungen, die rasch hintereinander auf einmal abgethan werden, weniger Zeitaufwand erfordern, als wenn sie zu verschiedenen Zeiten in kleineren Partien bewältigt werden.

Angesichts der geschilderten Verhältnisse war es natürlich, dass man von der Einführung eines periodischen Schmierdienstes einen guten Erfolg erwartet hatte. Und in der That, der ökonomische Erfolg dieser neuen

fl L. Becker. Ueber das periodische Schmieren, Wien 1880, pag. 2.

Massregel war geradezu ein überraschender. Es stellte sich nämlich heraus, dass, obwohl der Verbrauch der Schmiere nahezu auf die Hälfte gesunken war, die Zahl der heissgelaufenen Wagen sich auf den vierten Theil der früheren Ziffer reducirte.

Als einzigen Nachtheil, welchen die periodische Schmierung hat, konnte man den Umstand bezeichnen, dass die Eigenthümerin des Wagens diesen auch dann schmiere, wenn er auf fremden Bahnen läuft, während dieses Geschäft früher jener Bahnverwaltung zugefallen war, auf welcher der fremde Wagen lief. Hierdurch entsteht also ein Mehrverbrauch an Schmiere, welcher sich jedoch auf ein Minimum reducirt, sobald grössere Bahnverbände diese neue Einrichtung gleichfalls adoptiren wollen. Dies ist aber gewiss zu erwarten, da ja die periodische Schmierung von so weitgehenden ökonomischen Vortheilen begleitet ist.

Das Verdienst, in dieser Richtung Bahn gebrochen zu haben, gehört den Eisenbahntechnikern Oesterreichs, denn die österreichische Staatseisenbahn-Gesellschaft war die erste gewesen, welche (1857) die periodische Schmierung bei sich eingeführt hatte. Was der Verbrauch an Schmiere und die Kosten der Schmierung anbelangt, so lehrt - die Erfahrung, dass im grossen Durchschnitte 1° Schmiere zureicht, damit die Wagen 4 Achskilometer leisten. Da aber Schmiere circa Vas Kreuzer kostet, so ist ersichtlich, dass mit einem Kostenaufwande von 1 Kreuzer 100 Achskilometer geleistet werden können.

§. 155.

Beleuchtung der Wagen.

Anfänglich verkehrten die Eisenbahnzüge nur bei Tag; die Noth-wendigkeit der Beleuchtung der Coupés war also damals noch nicht vorhanden. Aber selbst als durch Etablirung des Nachtverkehres die Noth-wendigkeit der Beleuchtung eingetreten war, entschloss man sich nur ungerne zu dieser neuen Einrichtung, da man sie als einen Luxus ansah, der nur dann Berechtigung habe, wenn er durch Reisende erkauft werde. Dies war auch der Grund, wesshalb die Eisenbahn-Verwaltungen sich nur schwei-entschlossen, ihre Personenwagen zu beleuchten, wie dies beispielsweise daraus zu ersehen ist, dass, als noch im Jahre 1870 der Verein Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen die Beleuchtung der Eisenbahnwagen in ernste Erwägung zog,¹) eine der Bahnverwaltungen, welche über ihre Erfahrungen bezüglich der Wagenbeleuchtung befragt wurde, die lakonische Antwort ertheilte, dass sie bis nunzu die Nothwendigkeit nicht eingesehen habe, das Coupé des Eisenbahnwagens derart zu beleuchten, dass man an allen Stellen desselben lesen könne.

Der erste Eisenbahnwagen, dessen Inneres beleuchtet wurde, war ein, einem gewissen Nixon gehöriger Wagen, welcher im Jahre 1832 auf der Liverpool-Manchester-Bahn hin und her lief und als Magazin für Speisevorräthe diente. Dieser Wagen war mit Unschlittkerzen beleuchtet worden.

') Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, Wien 1886, pag. 81.

35*

An eine regelrechte Beleuchtung der Personenwagen dachte man, wie bereits gesagt, nicht. Die Leipzig-Dresdener Bahn scheint die erste gewesen zu sein, welche (im Jahre 1836) den Versuch gemacht hatte, die Personenwagen ihrer Nachtzüge (mit Wachskerzen) zu beleuchten. Dieses gute Beispiel wurde jedoch seitens der anderen Bahnen nicht nur nicht nachgemacht, sondern es traf der Gedanke, die Wagen beleuchten zu müssen, auf passiven Widerstand, welcher erst durch einen königlichen Willen gebrochen werden musste.

So richtete König Friedrich Wilhelm IV. von Preussen (1844) durch seinen Cabinetsminister den nachstehenden Erlass an die damaligen Minister der Finanzen und des Innern: «Des Königs Majestät halten es der Sicherheit und des Anstandes wegen für wünschenswerth, dass die Eisenbahnwagen während der nächtlichen Züge beleuchtet werden, und haben mir aufgetragen, Euer Excellenz auf diesen Gegenstand mit dem Ersuchen aufmerksam zu machen, entweder Anordnungen in diesem Sinne zu treffen, oder sich gegen Seine Majestät über die etwaigen Hindernisse äussern zu wollen.«

Da man ein freibrennendes Licht im Coupé der Wagen für gefährlich hielt, so stellte man die Lichtquelle nicht in das Innere des Wagens, sondern brachte dieselbe derart auswärts an, dass das Licht derselben durch schräg gestellte Spiegel aufgefangen und in das Coupé geworfen werden konnte. Als man sich überzeugte, dass eine derartige Beleuchtung höchst ungenügend war, ging man von der Idee, das Wagen-Innere von Auswärts zu beleuchten, wieder ab, und stellte in die Coupés Wachskerzen hinein. Die einschlägigen Constructionen bestanden im Wesentlichsten aus einer Kerzen-Patrone, in welcher die Kerze durch eine unterhalb befindliche Spiral- oder sonstige Feder emporgedrückt wurde, ähnlich den heutigen Strassenwagen-Laternen. Das Abtropfen und Verschmelzen der Wachs- oder Stearin-Kerzen während der Fahrt war die Ursache, dass die Federn der Patronen bald schlecht oder gar nicht functionirten, und damit war eigentlich auch das Urtheil über diese Beleuchtungsart (abgesehen von ihrer Kostspieligkeit) gesprochen.

Man griff nach dem Rapsöl, welches heute noch der am meisten verbereitete Beleuchtungsstoff ist. Die bezüglichen Oellampen wurden nunmehr in die Decke der Personenwagen eingesenkt und mit einem Glassturze umgeben, um das tropfende Oel aufzufangen. Eine solche Coupé-Lampe fasst in der Regel 0'2 — 0'4k£ Brennöl und consumirt je nach der Dochtbreite und sonstigen Construction 10 — 30^ Brennöl pro Stunde.

Diesen Beleuchtungsstoff glaubte man zum zweiten Male verlassen zu müssen, als Petroleum im Handel sich zeigte. Das zur Beleuchtung verwendete Erdöl verhält sich naturgemäss wie ein Gemisch der verschiedenen, in denselben enthaltenen Bestandtheile, deren Eigenschaften zur Geltung kommen und auf die Lichtstärke ihren Einfluss ausüben müssen; die schweren, für sich nicht brennbaren Bestandtheile werden unter Mitwirkung der leichteren in den Leuchtprocess eingeführt und sie tragen, während sie dämpfend auf die Leuchtkraft einwirken, zur Oekonomie des Beleuchtungs-Materiales bei; doch darf ihr Gehalt wegen der Herabminderung der Leuchtkraft in guten Oelen nicht bedeutend sein. Einen besonderen Einfluss übt das Reinigen auf die Leuchtkraft aus, so dass gereinigte Producte bedeutend

lichtkräftiger werden. Die Wirksamkeit des Reinigens wird zweifelsohne eine allgemeine Giltigkeit haben, und es ist in ihr ein Mittel gegeben, um entweder von aus Natur unreinem, oder bei Anwendung von unzweckmässigen Destillirmethoden und Apparaten verschlechtertem Rohmateriale dennoch eine den Erfordernissen entsprechende Handelswaare auf den Markt zu bringen.

Was die Lampen anbelangt, in welchen die Mineralöle verbrannt werden, so wurden die Flachbrenner derselben, da sie ein nur ungenügendes Licht erzeugten, allgemein und mit Vortheil durch Rundbrenner ersetzt. Die Beleuchtung mit Mineralöl ist ziemlich zufriedenstellend.

Die Flamme von 8 Kerzen Lichtstärke (Carcel) verbraucht 35® Petroleum pro Stunde, brennt weiss, ruhig und rauchlos, und hat die Erfahrung der belgischen Staatsbahn gelehrt, dass gut construire Petroleumlampen gefahrlos sind, da sie bei Zusammenstössen sofort verlöschen.

In Oesterreich, Deutschland und einzelnen anderen Staaten dürfen Mineralöle zur inneren Beleuchtung der Personenwagen jedoch nicht verwendet werden, dagegen kommt diese Beleuchtungsart in Amerika, England, Frankreich, Belgien und der Schweiz vor, und wird zu derselben vorzugsweise gereinigtes Petroleum, dessen Entzündungs-Temperatur über 70° C. liegt, benützt.

Bezüglich der Kosten der Beleuchtung sei bemerkt, dass das Licht von der Stärke einer Kerze, eine Stunde lang unterhalten, bei der Kerzenbeleuchtung 2 Kreuzer, bei Oelbeleuchtung 2⁻7 Kreuzer kostet.¹)

§. 156.

Gasbeleuchtung der Personenwagen.

Die Beleuchtung der Coupé mit Brennöl entspricht den modernen Anforderungen durchaus nicht und hat eine Reihe von Uebelständen im Gefolge, welche selbst durch die beste Lampen-Construction nicht beseitiget werden können, weil sie in der Natur des zur Verwendung kommenden Stoffes liegen. Derlei Uebelstände sind: Ungleichmässige Leuchtkraft, Unregelmässigkeit der Beleuchtung bei strenger Kälte, Unreinlichkeit, Verharzen des Dochtes, Möglichkeit der Entwendung etc. Ausserdem ist das Licht der Oellampen ungenügend, den Coupé-Raum derart zu erhellen, dass darin gelesen werden könnte. Ein derartiges Verlangen ist aber gewiss gerechtfertigt und in manchen Fällen sogar unerlässlich.

So z. B. wohnt die Mehrzahl der Personen, welche während des Tages in London beschäftigt sind, weit von ihren Geschäften entfernt, und haben diese Personen des Morgens und Abends eine halbe und wohl auch eine volle Stunde im Eisenbahnwagen zuzubringen. Während dieser Zeit liest der Erwachsene seine Zeitung, und der Schuljunge durchmustert seine Aufgaben. Die Eisenbahn-Coupés müssen also gut beleuchtet sein, und ist es daher erklärlich, dass man zuerst in London auf Mittel bedacht war, eine den dortigen Anforderungen entsprechende Beleuchtung der Eisenbahnwagen zu schaffen.-)

Die ersten Versuche, die Eisenbahnwagen mit Gas zu beleuchten, wurden (1858) von Thompson auf der englischen Eisenbahn Dublin-Kingston gemacht. Später versuchte man diese Beleuchtungsart in Frankreich

') Fuchs. Technische Blätter, Prag 1887, pag. 136. a) Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, Wien 1886, pag. 81.

indem ein zwischen Paris und Strassburg verkehrender Zug mit Gas beleuchtet wurde. Dann kam Belgien (1863) und gleich darauf Deutschland, woselbst Riedinger in Augsburg die Versuche machte, diese Beleuchtungsart allgemein einzuführen.

Die ersten Einrichtungen waren noch sehr unbeholfen gewesen, befand sich doch auf der Metropolitan-Railway (1863) bei dem Zuge ein hölzerner Behälter, welcher einen grossen Gummischlauch in seinem Inneren barg. Dieser Schlauch war mit Gas gefüllt. Auf demselben lag ein Brett, welches mit Gewichten belastet war und so den Druck erzeugte, der nothwendig war, um die zwei Lampen, welche sich in jedem Coupé befanden, zu speisen.

Einer derartigen Einrichtung haftete jedoch der Mangel an, dass die Gasbehälter viel zu grosse Dimensionen erhalten mussten, falls sie genügend Gas aufnehmen sollten. Eine in unseren Strassenlaternen brennende Leuchtgasflamme consumirt nämlich 150 Liter Gas pro Stunde. Da in einem Eisenbahnwagen wohl zwei derlei Flammen 8 Stunden hindurch brennen mussten, so würde der Consum pro Wagen und Nacht 2400 Liter betragen. Bei einem aus 10 Personenwagen bestehenden Zuge müsste sonach der Gasbehälter ein Volumen von 24m3 haben, also grösser sein, als ein Coupé eines Eisenbahnwagens.

Mit der Theilung des Gasbehälters in der Weise, dass jeder zu beleuchtende Wagen sein eigenes Reservoir bekäme, wäre wenig geholfen,

24

— 2'4mi entfiele, welches noch

10

weil dann pro Wagen ein Volumen von

cm

erhalten.

immer viel zu gross wäre, um praktisch annehmbar zu sein. Ein derartiger Behälter müsste nämlich selbst, wenn er die ganze Länge eines Wagens einnehmen würde, und cylindrisch geformt wäre, doch noch einen Durchmesser von 80

Während die englischen Bahnen die verschiedenartigsten Versuche machten, um die Gasbehälter zu verkleinern, trat die damalige Niederschlesisch-Märkische Eisenbahn mit einer Erfindung auf, welche die Gasbeleuchtung der Eisenbahnwagen in ein neues Stadium brachte.

Ingenieur Pintsch in Berlin verfiel nämlich (1867) auf den Gedanken, Steinkohlengas zu comprimiren, um es in kleineren Behältern unterbringen zu können. Leider zeigte sich aber, dass dieses comprimirte Gas nur einen sehr unbedeutenden Druck verträgt. Die Erfahrung lehrt nämlich, dass Leuchtgas schon bei 3 Atmosphären Druck sich zu condensiren beginnt, also aufhört, leuchtend zu sein. Dieser Druck lässt aber eine viel zu geringe Volum-Verkleinerung des Behälters zu, um in der Praxis verwerthbar sein zu können.

Angesichts solcher Verhältnisse blieb nichts Anderes übrig, als zu versuchen, ob es nicht gelänge, Leuchtgas aus anderen Materialien als Steinkohle und derart zu erzeugen, dass es sich comprimiren liesse, ohne wesentlich an Leuchtkraft einzubiissen. Und in der That gelang es dem bereits erwähnten Ingenieur, ein Gas herzustellen, welches die geforderte Eigenschaft in einem hohen Grade besass. Es ist dies das sogenannte Fellgas, welches aus Rückständen bei der Stearinkerzen-Fabrication, aus

Schmiere, welche aus den Wagen wieder herausgenommen wurde, aus Oel, Paraffin, hauptsächlich aber aus rohem Petroleum erzeugt wird.

Destillirt man nämlich das rohe Petrol, so entweicht bei 100° C. das sogenannte Ligroine, Gaselin etc., bei 200° C. erhält man das, was wir gemeinschaftlich Naphtha oder Petroleum nennen und in unseren Lampen verbrennen, während bei höherer Temperatur Oele zu destilliren beginnen, welche ein specifisches Gewicht von 0"82 zeigen, und diese schweren Oele sind es, welche zur Fabrication des Fettgases dienen. Das aus diesen schweren Oelen dargestellte Fettgas wird nun durch gewöhnliche Compres-sions-Pumpen so stark zusammengedrückt, dass es in dem Reservoire unter einem Drucke von 10 Atmosphären verbleiben kann, ohne seinen Aggregatzustand zu verändern.

Die Anlagekosten einer vollständigen Oel-Gasanstalt sammt Füllungsstation, welche täglich 8mi Fettgas liefert, welches unter einem Drucke von 10 Atmosphären steht, belaufen sich auf circa 20000 Gulden und kommt die Einrichtung eines Wagens auf 130—150 Gulden zu stehen.

Die Kosten der Beleuchtung der Wagen mit Fettgas betrugen nach Voigt¹) bei der:

Sächsischen Staatsbahn......

Linksrheinischen Bahn......

Paris-Lyon-Mittelmeerbahn . . . Eisenbahn-Direction Bromberg.

Gotthardbahn .............

Eisenbahn-Direction Frankfurt Reichsbahnen in Eisass ......

Halberstadt-Blankenberg.....

L88 Kreuzer 1-99

2-10

2-54

2-58

2-61

2-84

3-45

))

pro Flamme und Stunde. Mayer") veranschlagt die Kosten der Fettgasbeleuchtung pro Flammenstunde auf 3"4— 3'9 Kreuzer.

Aus welchen Theilen die Kosten der Fettgasbeleuchtung sich Zusammenlegen, kann aus der durch Fuchs³) gegebenen Darstellung ersehen werden. Hiernach gliedern sich die Beleuchtungskosten, wie folgt:

Verbrauch an Fettgas . . . Erhaltung der Apparate . . Bedienung und Reinigung .

Aufsicht ...... ......

Amortisation des Capitales! Für Wagen-Einrichtung

L056 Kreuzer 0-144 0-149 0-084

0-600

))

Summe. . .2-000 Kreuzer

pro Flamme und Stunde. Ein Cubik-Meter Fettgas kommt bei den österr. Staatsbahnen auf 30 Kreuzer, bei der Paris-Lyoner Bahn auf 48, in Deutschland auf rund 60 Kreuzer zu stehen.

') Oesterreichische Eisenbahn-Zeiturig, Wien 1888, pag. 127.

-) Mayer. Grundzüge des Eisenbahn-Maschinenbaues, Berlin 1884, pag. 192. ³) Technische Blätter, Prag 1887, pag. 136.

§• 157.

Grösse des Gasbehälters eines Eisenbahnwagens.

Das in der Anstalt erzeugte Fettgas muss in eigene Behälter geleitet werden, welche sich beim Zuge befinden. Bezüglich Anbringung dieser Behälter in den Eisenbahnwagen war vor Allem die Frage zu entscheiden, ob das Gas an einem Punkte des Zuges für alle Wagen gemeinschaftlich oder aber für jeden Wagen separat mitgeführt werden sollte.

Wenn auch bei der Mitführung nur eines Gasbehälters für den ganzen Zug in einem separaten Wagen, etwa im Packwagen der Vortheil lockend erscheint, dass man nur bei diesem Wagen jenen Apparat benöthigt, welcher den constanten Gasdruck für sämmtliche Flammen erzeugt, so dass alle andern Wagen nur eine einfache Rohrleitung erhalten und mit Gummischläuchen gekuppelt werden, so wirken doch die nicht zu vermeidenden Undichtheiten der letzteren, wie auch deren Bewegung beim plötzlichen Anfahren und Stehenbleiben sehr störend auf die Flamme ein, ja bringen sogar ein plötzliches Verlöschen derselben hervor. Wird ferner ein Wagen in den Zug angestellt, der nicht für Gasbeleuchtung eingerichtet ist, so wird die Beleuchtung eines Theiles des Zuges unmöglich.¹)

Diesem Uebelstande hat man dadurch abzuhelfen gesucht, dass in jedem einzelnen Wagen kleine mit Gas gefüllte Gummibeutel angebracht wurden, welchen das zur Beleuchtung erforderliche Gas entnommen werden konnte. Später ersetzte man diese Gummibeutel durch Blechbehälter, welche entweder am Boden unter dem Wagen (in Deutschland) oder auf dem Wagendache (in Oesterreich) untergebracht wurden und die Gestalt eines Cylinders erhielten.

3600 Liter, also einen Cubik-Inhalt von

nie

Die Grösse eines solchen Gasbehälters hängt natürlich von dem Gasverbrauche ab, welcher gedeckt werden soll. Sollen beispielsweise in einem jeden Wagen 5 Flammen 36 Stunden lang brennen, und consumirt eine jede dieser Flammen 20 Liter Fettgas pro Stunde, so würde der Gasbehälter einen Inhalt von 5X36X20

3'6ml haben, falls der Druck im Behälter eine Atmosphäre ( 1kg pro 1 Wandfläche) betragen würde, beträgt der Gasdruck 6 Atmosphären, so nimmt derselbe Behälter 6mal so viel Gas auf, kann sonach nur den 6. Theil

3600

der früheren Grösse betragen, d. h. es genügt ein Behälter von

Liter Cubik-Inhalt.

Sollen in einem Wagen n Flammen brennen uhd die Brenndauer einer jeden von ihnen beträgt t Stunden, consumirt weiters eine jede dieser Flammen a Liter Gas (von 1 Atmosphäre Spannung) pro Stunde, und der Gasdruck beträgt p Atmosphären, so beträgt dem Gesagten zufolge der Cubik-Inhalt K des Behälters :

= 600

In dieser Formel bezeichnet also:

K. . .den Cubik-Inhalt des Gasbehälters eines Wagens, in Liter; a ...den Gas-Consum einer Flamme, in Liter pro Stunde; n . . .die Anzahl der Flammen, welche in einem Wagen zu brennen haben; t ...die Brenndauer einer jeden Flamme, in Stunden; p . . . den Druck in Atmosphären, unter welchen das Gas im Behälter sich befindet, und welcher nutzbar verwerthet werden kann.

Beispiel. In einem jeden Schlafwagen des Orient-Expresszuges, welcher zwischen Paris und Constantinopel verkehrt, brennen 13 Flammen, von denen jede 23 Liter Fettgas pro Stunde consumirt. Der Orient-Expresszug geht von Paris um 6 Uhr 25 Minuten Abends ab und kommt nach 69l,/₂ Stunden Fahrtdauer nach Constantinopel um 4 Uhr Nachmittags an, im Rückwege verlässt er Constantinopel um 7 Uhr 20 Minuten Abends und trifft nach 70 Stunden Fahrtdauer in Paris um 5 Uhr 45 Minuten Nachmittags an. Es fragt sich, wie gross der Gasbehälter eines jeden Wagens sein müsste, wenn mit der Füllung desselben in Paris die Fahrt nach Constantinopel gemacht werden, der Gasdruck im Behälter 6 Atmospähren nicht übersteigen, und die Gasentnahme nur so lange vor sich gehen soll, bis der Gasdruck im Behälter auf eine Atmosphäre sinkt.

Auflösung. Von den 69 '/, Stunden, welche der Orient-Expresszug braucht, um von Paris nach Constantinopel zu kommen, entfallen im Winter 48 Stunden auf die Nachtzeit. Die Brenndauer beträgt sonach 48 Stunden. Da jede Flamme 23 Liter Fettgas pro Stunde consumirt, so beträgt der Gasverbrauch 23 X48 = 1104 Liter pro Flamme. Da im Wagen 13 Flammen brennen, so beziffert sich der Gasverbrauch eines Wagens für eine jede solche Fahrt auf 13 X 1104 = 14350 Liter = 14'35 Cubikmeler. Würde das Gas in dem Behälter unter dem Drucke einer Atmosphäre verbleiben, so musste der Behälter ebensoviele Cubikmeter Inhalt haben, da aber der nutzbare Gasdruck (6—1) = 5 Atmosphären beträgt, so genügt ein Gasbehälter von V₃ X 14⁻35 = 2'87 Cubikmeter Inhalt. Da die Gasbehälter der Schlafwagen des Orientzuges 2‘7 Cubikmeter Inhalt haben, so reichen dieselben knapp hin, um jenes Quantum Gas aufzunehmen, welches zur Beleuchtung des zugehörigen Wagens während der Fahrt von Paris nach Constantinopel erforderlich ist. Für die Rückfahrt müssten sie sonach in dieser letzteren Stadt frisch gefüllt werden. Da jedoch die Station Constantinopel derzeit noch keine entsprechenden Vorrichtungen besitzt, so muss unterwegs eine Nachfüllung vorgenommen werden, und diese geschieht in Wien. Setzt man in die obige Formel

= 2870 Liter.

a = 23, n = 13, t = 48, p = 5, so erhält man K

_ 23 X 13 X 48

Die Gasbehälter der Wagen gewöhnlicher Züge übersteigen selten die Grösse von % Cubik-Meter, welcher zu speisen hat:

man

rechnet gewöhnlich für einen Behälter,

2 Flammen einen Cubikinhalt von

260 Liter¹)

■»

))

390

520 650

Freilich wird das in derlei kleinen Behältern aufgehobene Gas bald verbraucht und muss erneuert werden. Das Füllen der Gasbehälter geschieht dadurch, dass man den zu füllenden Wagenbehälter mit einem grösseren stabilen Gasbehälter in Verbindung setzt, in welchem das Gas unter einem* höheren Drucke steht, als jenes im Wagenbehälter.

Die österreichische Staatsbahn besitzt auf ihren beiden Wiener-Bahnhöfen je eine derartige Füllstation und liefern beide Stationen jährlich über 70000mi Fettgas. Um aber die Wagenbehälter auch in solchen Stationen mit Fettgas versehen zu können, in welchen keine Gasinstallation besteht, wurden ambulante Füllapparate eingerichtet. Es sind dies grosse Gasbehälter, welche auf einem offenen Wagen (Lowry) aufmontirt sind. Derlei Gas-

transportswagen enthalten in ihren Behältern Fettgas unter hohem Drucke und werden für Zwecke der Nachfüllung der Wagenbehälter in die hierzu bestimmten Stationen im regelmässigen Turnus befördert.

Die Nachfüllung der Wagenbehälter erfolgt in der Weise, dass dieselben mittelst eines Schlauches mit dem Behälter des Gastransportwagens verbunden werden, aus welchem letzteren Gas so lange in den Wagenbehälter strömt, bis der Druck in beiden Behältern gleich geworden ist.

Wie gross aber der Gasdruck im Behälter des Kesselwagens sein muss, damit eine Ueberführung des Gases von diesem Behälter in jenen des Personenwagens erfolgen kann, sobald beide Behälter mit einander verbunden werden, kann in folgender Weise ermittelt werden:

Der volle Behälter des Personenwagens steht zu Beginn der Beleuchtung unter einem Gasdruck von p Atmosphären (das Gas im Behälter steht unter einem Drucke, welcher p Kilogramm pro Quadrat-Meter Fläche der Wandungen des Behälters beträgt), dieser Druck sinkt in Folge Gasentnahme während der Beleuchtungsdauer auf den Rest von r Atmosphären herab. Mit diesem Drucke wird der Behälter des Personenwagens an den Behälter des Kesselwagens gestellt, diese beiden Behälter werden miteinander verbunden, und soll die Ueberführung des Gases vom Behälter des Kesselwagens in den Behälter des Personenwagens so lange vor sich gehen, bis der Gasdruck im Personenwagen wieder die ursprüngliche Höhe von p Atmosphären erreicht.

Durch das Zuströmen des Fettgases vom Kesselwagen, erhöht sich nämlich der Druck im Behälter der Personenwagens, wird also zu Ende der Füllung auf (n-j-r) Atmosphären steigen, sobald es bei Beginn der Füllung n Atmosphären betrug, und muss dann (n + r) = p sein. Natürlich wird im Kesselwagen der ursprüngliche Druck von P Atmosphären um « Atmosphären sich verkleinern, also auf den Betrag von (P — n) Atmosphären sinken, nnd muss dann (P — n) = (n + r) sein, d. h. es wird P — (2n + r) Atmosphären betragen, da aber dem Gesagten zufolge n = (p — r), so erhält man:

P = 2p — r .

.    .    (193

eine Formel zur Berechnung des Gasdruckes im Behälter des Kesselwagens, welcher vorhanden sein muss, wenn man die Möglichkeit haben will, den auf r Atmosphären gesunkenen Druck im Wagenbehälter auf p Atmosphären zu erhöhen. In dieser Formel bezeichnet sonach:

P...den Gasdruck im Behälter des Kesselwagens; p . . . den Gasdruck im Behälter des Personenwagens; r . . . den Gasdruck, mit welchem der Personenwaagen behufs Nachfüllung zum Kesselwagen gestellt wird. Alle drei Drucke P, p und r in Atmosphären gemessen.

Beispiel 1: Sinkt der Gasdruck in einem Wagenbehälter in Folge Gasentnahme während der Beleuchtungsdauer von 6 auf 2 Atmosphären, so muss der Druck im Behälter des Kesselwagens P = (2 >: 6 — 2) = 10 Atmosphären betragen. Der Druck im Kesselwagen wird dann von 10 auf 6 Atmosphären sinken, sich also um (6 — 2) = 4 Atmosphären verkleinern, während der Druck im Wagenbehälter um ebensoviele Atmosphären sich vergrössern, also von 2 auf (2 -f- 4) = 6 Atmospähren steigen wird. Der Behälter des Kesselwagens der Staatsbahn ist ein Cylinder von 6 Meter Länge und 1 Meter Durchmesser, so dass er sonach einen Inhalt von

4'71 Cubikmeter = 4710 Liter hat, und da der Gasdruck 10 Atmosphäen beträgt, 10 X 4710 = 47100 Liter Gas von einer Atmosphäre fasst. Da aus demselben

nur

so lange Gas entnommen

werden kann, so lange der Gasdruck nicht unter 6 Atmosphären gesunken ist, so verbleiben im Cylinder 6 X 4710 = 28260 Liter Gas, welches nutzbar nicht verwerthet werden kann, welches daher sammt dem Kesselwagen in die Gasanstalt zurückgeschickt werden muss. Da der Behälter des Kesselwagens4l/₄Tonnen wiegt, eineLowry aber löTonnen verträgt, so können auf einem solchen Wagen drei derlei Behälter aufgeladen und verführt werden.

Beispiel 2: In die Füilanstalt kam ein Wagen, dessen Gasbehälter 078 Cubikmeter Inhalt hat in einem Augenblicke, in welchem der Gasdruck nur mehr 2'4 Atmosphären beträgt; nach vollzogener Füllung stieg der Gasdruck auf 6 Atmosphären, es fragt sich, wie viele Cubikmeter Gas an den Behälter abgegeben wurden? Die Druckdifferenz beträgt 6 — 2'4=3'6 Atmosphären, es wurde sonach 3'6 X 0'78 = 2'808 Cubikmeter Gas an die Behälter abgeliefert.

§. 158.

Die Gaslampe.

Eine jede Gasflamme brennt nur dann mit unveränderter Helligkeit, wenn der Druck, unter welchem das brennende Gas steht, während der ganzen Brenndauer seine Grösse nicht ändert. Bei den Gasflammen unserer Strassenlaternen ist dies nahezu der Fall, weil man bestrebt ist, den Druck im Gasometer während der Beleuchtungsdauer möglichst unverändert zu erhalten.

Da man auf den Behältern der Eisenbahnwagen derlei Gasometer füglich nicht anbringen kann, so verkleinert sich der Gasdruck in denselben nach Massgabe des Gasverbrauches, und dies würde zur Folge haben, dass die Gasflammen im Inneren des Coupés ungleichmässig brennen müssten, wenn man nicht eine Vorrichtung hätte, welche bewirkt, dass trotz Abnahme des Gasdruckes im Wagenbehälter der Druck, unter welchem die Flamme brennt, dennoch unverändert bleibt.

Eine derartige Vorrichtung wurde Regulator genannt, sie hat also zum Zwecke, die Zuströmung des Gases zum Brenner, trotz Veränderlichkeit des Gasdruckes im Behälter, gleichmässig zu machen.

Der Regulator, wie ihn Pintsch construirt hatte, besteht aus einer gusseisernen Büchse, deren eine kreisrunde Seite durch eine gasdichte Leder-Membrane lose bespannt ist. In der Mitte dieser Membrane hängt eine kleine Stange und greift an einen Hebel, welcher ein Ventil bethätigt. Es sei der Regulator leer, so wird die Leder-Membrane schlaff sein, die daran hängende kleine Stange sich unten befinden, und durch das offene Zuströmungsventil so lange Gas nachströmen, bis die Membrane vollständig gespannt ist. Hiebei ist dieselbe in die Höhe gegangen und hat durch das Stängelchen und den Hebel das Ventil wieder geschlossen. Strömt nunmehr durch eine Oeffnung das Gas zu den Lampen ab, so wird in Folge Abnahme des Druckes die Leder-Membrane wieder lose werden, herabsinken und so das Zuströmungsventil wieder öffnen. Es fliesst also wieder Gas nach, bis durch das Steigen der Memhrane das Ventil wieder geschlossen wird, u. s. w.

Dieses Spiel wiederholt sich continuirlich und wirkt ungemein genau, da die Membrane ein sehr geringes Gewicht hat, und das Ventil durch eine Feder ausbalancirt ist. Da aber das (unter constantem Drucke) zur Flamme strömende Gas im Innern der Coupés ob Feuersgefahr nicht frei brennen durfte, so musste es in einen Glasbehälter eingeschlossen werden. Dies brachte aber die Nothwendigkeit der Construction einer Lampe mit sich, und zwar einer Lampe, welche mit dem Innenraume der Coupés in keiner Communication stehen durfte.

Ingenieur Pintsch griff hier zum dritten Male ein, indem er eine Wagenlampe construirte, welche, in die Decke des Wagens eingesetzt, die zum Brennen erforderliche Luft von Aussen zugeführt erhielt, und bei welcher die Verbrennungsproducte gleichfalls nach auswärts geschafft wurden. Bei dieser Lampe (construirt 1870) gelangt das Grundprincip aller neueren Einrichtungen zur Verwerthung, das Princip nämlich, dass mit der Temperatur der Flamme auch die Leuchtkraft derselben wächst, und dass die höhere Temperatur durch Zuführung warmer Luft in die Flamme zu erhalten ist.

Dieses durch Bimsen und Farraday erkannte und zuerst ausgesprochene Princip trachtete Frankland in London (1864) für die Gasbeleuchtung zu verwerthen, indem er an den bekannten Argand-Brenner einen zweiten Cylinder anbrachte,¹) welcher concentrisch über den bereits vorhandenen derart geschoben wurde, dass die Verbrennungsluft zwischen diesen beiden Glascylindern sich erwärmen konnte, bevor sie zur Flamme gelangte.

Man darf aber die Temperatur der vorgewärmten Luft nicht zu weit, namentlich nicht über 700° C. treiben, weil von diesem Punkte ab die Lêuchtkraft der Flamme mit deren Temperatur nicht mehr zunimmt, ja im Gegentheile, sie wird von da ab mit der Temperatur abnehmen. Die Leuchtkraft der Flamme beruht nämlich darauf, dass darin feste Kohlenstofftheilchen sich abscheiden und im glühenden Zustande mit dem Sauerstoffe der Luft zu Kohlensäure verbrennen. Es können aber auch diese Kohlenstofftheilchen, ohne zu leuchten, in Kohlensäure und Wasserdampf übergehen, wenn das Leuchtgas mit Luft sich mischt (wie im bekannten Bunsenbrenner), oder wenn die Luft so heiss ist, dass eine Verbindung derselben mit den Kohlenstofftheilchen momentan vor sich geht. Man erhält die bestleuchtende Flamme, wenn zur Vorwärmung der zur Flamme zuströmenden Luft nur p₃ jener Wärme verwendet wird, welche die abziehenden Verbrennungsgase haben.

Was die Flammen anbelangt, welche in den Coupés der Personenwagen brennen, so besitzen sie gewöhnlich eine Lichtstärke von 5 bis 8 Normalkerzen, und consumirt sodann eine solche Flamme 15 — 24 Liter Fettgas pro Stunde. Wird jedoch der Brenner abgedreht, so dass die Flamme die zulässig kleinste Grösse hat, so consumirt eine solche Flamme nur mehr 8 Liter Gas (von 1 Atmosphäre Spannung) pro Stunde/)

Die Vorrichtung selbst, welche die Regulirung der Flamme ermöglicht, Druckstellen genannt, besteht aus einem am Plafond des Wagens angebrachten drehbaren Knopfe, der an einer durch das Dach des Wagens gehenden Welle festsitzt, die an deren oberen Ende einen kleinen Kegel hat, welcher durch das Drehen des Knopfes bewegt, als Hahn in der Gasleitung der Lampe functionirt. Durch Rechts- oder Linksdrehen dieses Hahnes ver-grössert oder verkleinert der Passagier den Zuströmungs-Querschnitt der Leitung, stellt also die Lampe auf »hell« oder »dunkel«, wobei durch einen Anschlag an der Welle des Dunkelstellers Sorge getragen ist, dass der Passagier die Flamme nur bis zu einem gewissen Minimum herunterdrücken, zum gänzlichen Verlöschen dieselbe jedoch nicht bringen kann.

Gegen alle Erwartung wurde jedoch diese durch Pintsch ausgeführte Einrichtung seitens der Reisenden nur wenig benützt, indem diese zumeist damit sich begnügten, vor das Licht die Blende zu ziehen, ohne den Drucksteller zu gebrauchen. Es lag daher der Gedanke nahe, die Blende mit dem Drucksteller derart zu verbinden, dass durch Bewegung der ersteren zugleich auch der letztere in Function gesetzt wurde.

') Bössner. Der Gastechniker, Wien 1886, Bd. VII, pag. 267.

-) Quaglio. Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1888, Heft Nr. 239, pag. 199.

§. 159.

Weniger übliche Beleuchtungs-Systeme.

In den vorhergehenden Paragraphen wurde das System der Beleuchtung der Eisenbahnwagen mit Fettgas beschrieben, wie es Ingenieur Julius Pintsch in Berlin ausgebildet hat, weil dieses System zumeist auf Eisenbahnen verwendet wird. Doch wurden Versuche gemacht, auch anderen Systemen Eingang in die Eisenbahnpraxis zu verschaffen. Zu derlei Systemen gehören beispielsweise die Apparate von Clayton in England, Frost in Amerika, Bärland in Russland u. a. m.

Nach System Clayton (1862) besteht der Gaserzeugungs-Apparat¹) aus einer zinnernen Büchse, welche in Zellen getheilt ist, in welchen sich Schwämme befinden, die mit flüchtigem Petroleum-Spiritus gesättigt wurden. Ein Strom atmosphärischer Luft über diesen Spiritus geführt, erhält die Eigenschaft, mit einer hellen Flamme zu brennen.

Das Beleuchtungs-System von Frost'¹') besteht darin, dass aus dem Luftreservoire, welches am Wagen für die Luftdruckbremse vorhanden ist, Luft mit der betreffenden Spannung in ein Behältniss einströmt, sich hier mit den aus dem vorhandenen Petroleum sich entwickelnden Gasen mischt, und von da aus im gesättigten Zustande zu einem Argandbrenner der Wagenlampe strömt. Dieses Gemisch von Luft und Oelgasen brennt mit heller Flamme, welche bis 50 Kerzenstärke haben soll. Was die Anordnung der Construction anlangt, so besteht dieselbe zunächst aus einem Behälter in welchem die gepresste Luft enthalten ist, und welcher mit der Luftdruckbremse im Zusammenhänge steht; der Druck der Luft in diesem Behälter wird je nach der Grösse des Wagens und nach der Länge des Zuges bestimmt. Von diesem Behälter strömt die Luft durch ein Reductions-Ventil mit entsprechend vermindertem Druck in das Mischungs-Gefäss. Dasselbe besteht aus Kupferblech und ist durch Zwischenwände so getheilt, dass die durchströmende Luft einen längeren schlangenartigen Weg machen muss. Dieses Gefäss wird mit einem stark porösen Stoff angefüllt, der mit Oel vollständig durchtränkt ist. Die Tränkung kann in drei bis fünf Minuten vollzogen werden, während die Capacität des Stoffes so gross ist, dass das angesaugte Oel für eine Fahrt von 40 bis 50 Stunden ausreicht. Im Winter kann dieses Gefäss, das mit der Wagenbeheizung in Verbindung steht, angewärmt werden. Durch dieses Gefäss strömt dann die Luft, sättigt sich mit den entwickelten Oeldünsten und kommt in ein zweites Reductionsventil, wo sie auf einen Ueberdruck von nur einer halben Atmosphäre herabgemindert wird, mit welchem sie schliesslich in den Brenner der Lampe einströmt.

Bärland³) in Russland führte die Gasbeleuchtung ein, die im Wesen darin bestand, dass in einem separaten Wagen Wasserstoff erzeugt, über Naphta-Aether geleitet, mit Kohlenwasserstoff gesättigt und in einer Sammelglocke als fertiges Leuchtgas aufgefangen wurde, von wo es den Lampen directe zugeführt werden konnte.

x) Engineer, London 1865, pag. 423.

²)    Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, Wien 1886, pag. 400.

³)    Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, Wien 1886, pag. 103.

§. 160.

Bedenken gegen die Gasbeleuchtung der Eisenbahnwagen.

In der ersten Zeit der Einführung der Oelgasbeleuchtung bei Eisenbahnwagen wurden vielfach Bedenken erhoben, ob nicht bei etwaigen Zu-sammenstössen der Züge, bei Entgleisungen etc. durch eine dabei möglicherweise eintretende Zerstörung der mit comprimirtem Gase gefüllten Behälter und durch Entzündung des Gases Explosionen stattfinden könnten.

Die Versuche, welche die Niederschlesisch-Märkische Eisenbahn über Auftrag der Regierung durchgeführt hatte, ergaben, dass Explosionen selbst bei Verbrennung des ausströmenden Gases nicht eintreten, weil beim Fettgase jene Bedingungen nur in geringem Masse vorhanden sind, welche die Bildung von explosiblen Gemischen erfordert.¹) Ja, im Gegentheile, ein unter Hochdruck entströmendes Gas ist, wie neuerdings angestellte Versuche bestätigt haben, sogar im Stande, eine dicht vor die Ausströmungsöffnung gehaltene Flamme zu verlöschen. Erst in grösserer Entfernung oder nach Aufhören des Druckes kann sich dieses Gas entzünden.

Bei dem nächst Berlin in der Station Wannsee am 19. Juni 1887 eingetroffenen Unfälle scheint dieser letztere Fall eingetreten zu sein. Es wurden nämlich durch den Anprall der Locomotive des anfahrenden Zuges die Gasbehälter des in der Station stehenden Zuges abgerissen. Das, den (wesentlich unbeschädigten) Gasbehältern entströmende Fettgas scheint entzündet worden zu sein und der Wagen verbrannte in der Flamme des brennenden Gases.

Trotz der grossen Vervollkommnung hat es jedoch die Gasbeleuchtung doch nicht vermocht, überall durchzudringen ; so werden beispielsweise Züge solcher Nebenbahnen, welche sehr lang sind und nicht in beiden Endpunkten in Hauptbahnstrecken übergehen, wohl noch lange Zeit ohne Gasbeleuchtung verbleiben müssen. Bei solchen Bahnen wird die Coupebeleuchtung mit Pintschgas nur auf Grund sorgfältiger Kosten-Ermittlungen empfohlen werden können; nicht selten werden diese für die wenigen Brennstunden (bei ausfallendem Nachtdienste) und die geringen Ansprüche an die Helligkeit des Wageninne'rn, den grossen Aufwand, welcher mit der Speisung der Gastransportwagen verbunden ist , als unwirtschaftlich erscheinen lassen. In solchen Fällen wird die Kerzenbeleuchtung — unter Beachtung aller Nebenumstände — der Gasbeleuchtung überlegen sein und bleiben. Kurze, beiderseits an Hauptbahnen anschliessende Nebenbahnen dürfen hingegen hinsichtlich der Coupebeleuchtung für die Ausbreitung der Gasbeleuchtung günstiger sein.

§. 161.

Elektrische Beleuchtung der Eisenbahnwagen.

Zur Zeit als der erste mit Personen besetzte Zug auf den Schienen rollte (1825), war das elektrische Licht zwar schon entdeckt gewesen, doch war es nur wenigen Physikern gegönnt, dasselbe zu schauen. Ja selbst ein halbes Jahrhundert später wird es noch als Curiosum gezeigt,

') Bössncr. Der Gastechniker, Wien 1886, Bd. VI., pag. 267.

so bewunderte man es beispielsweise noch im Jahre 1848 in der Pariser Oper, und erst später kam es bei grösseren Schaustellungen, Illuminationen, Volksfesten, Concerten etc. zur Verwendung. An eine Ausbreitung des elektrischen Lichtes für industrielle Zwecke war nicht zu denken, weil dieses Licht damals nur wenige Minuten ohne Nachhilfe brennen konnte. Die einander gegenübergestellten Kohlen verbrannten nämlich in der elektrischen Gluth schnell, die Distanz zwischen ihnen wuchs rasch und erreichte bald jene Grenze, welche der elektrische Strom nicht mehr überschreiten konnte. Das Licht löschte aus, oder es mussten aus freier Hand die Kohlen wieder einander näher gerückt werden, falls man es erhalten wollte.

Selbst die Einführung von Apparaten, welche diese Nachstellung von

Kohlen nach Massgabe deren Abbrandes automatisch besorgten nennt man sie

Regulatoren

konnte zur Verbreitung des elektrischen Lichtes nur wenig beitragen, weil das so erzeugte Licht viel zu theuer war.

Ein solches Licht entsteht nämlich auf Kosten des Zinkes, welches in den galvanischen Batterien sich löst, während Gaslicht auf Kosten des Kohlenstoffes entsteht. Da nun Zink 13mal theurer ist als Kohle, weil zur Darstellung eines Kilogrammes Zink 13kg Kohle erforderlich sind, so folgt, dass auch das elektrische Licht theurer sein müsse, als Gaslicht.

Aber selbst wenn das Zink ebenso billig wäre wie Kohle, was ja ganz unmöglich ist, da Zink als solches in der Natur nicht vorkommt und erst durch Zuhilfenahme von Kohle aus dem Erze dargestellt werden muss, so müsste die elektrische (aus galvanischen Elementen stammende) Beleuchtung dennoch theurer sein, als die Gasbeleuchtung, weil lkg Zink, welches in dem galvanischen Elemente verbrennt, nur l/s jener Wärme liefert, welches wir durch Verbrennen von lkg Kohle erhalten.

Angesichts solcher Verhältnisse ist es begreiflich, dass eine Erfindung, welche die Erzeugung des elektrischen Lichtes ohne Zuhilfenahme von galvanischen Elementen ermöglicht hatte, einen Aufschwung des Beleuchtung^ -wesens herbeiführen musste.

Eine solche Erfindung war aber die Dynamo-Maschine. Eine solche Maschine ermöglicht nämlich, mit einem Aufwand von 1kg Kohle pro Stunde die Erzeugung, resp. Erhaltung eines Lichtes, welches an Intensität gleichkommt dem Lichte von 75 solchen Gasflammen, wie sie in unseren Strassenlaternen allnächtlich brennen, während die Gasanstalt zur Erhaltung einer solchen Lichtmenge 50kg Kohle pro Stunde verbrennen muss.

Das so erzeugte Licht (Bogenlicht wird es genannt) ist aber für Zwecke der Beleuchtung von Eisenbahnwagen unbrauchbar, weil es viel zu grell ist, eine Abschwächung desselben aber nur schwer durchzuführen ist. Die schwächste Intensität eines Bogenlichtes wird nämlich immer noch eine Lichtstärke von 50 Kerzen haben, und dies ist viel zu viel, als zur Beleuchtung eines Personenwagens erforderlich ist. Aber selbst wenn man sich damit zufrieden geben wollte, das überschüssige Licht etwa durch Reflectoren abseits zu lenken, also zwecklos zu zerstreuen, das verbleibende aber durch ähnliche Vorrichtungen in das Innere der Wagen zu werfen, so würde damit doch nur wenig gewonnen sein, weil die Wagen eines rollenden Zuges ihre gegenseitige Stellung während der Fahrt verändern, wodurch das in dessen Inneres reflectirte Licht des galvanischen Bogens unstät, also zur Beleuchtung unverwendbar wäre.

Die Epoche machende Erfindung der Dynamo-Maschine wäre sonach für Zwecke der Beleuchtung der Eisenbahnwagen höchst wahrscheinlich unverwerthet geblieben, wenn ihr nicht eine zweite, fast ebenso wichtige Erfindung zu Hilfe gekommen wäre.

Man kam nämlich auf den glücklichen Gedanken, statt die Kohlenstäbe von einander zu trennen und die Elektricität durch die zwischenliegende Luftschichte zu treiben, um diese zum Leuchten zu bringen, die Stäbe zusammenzuschieben, respective einen ungetheilten Stab durch den Strom der Dynamo-Maschine zur Weissgluth zu erhitzen, und das Licht dieser Gluth zur Beleuchtung zu verwenden.

Zu diesem Zwecke schloss man den Kohlenstab (Kohlenfaden) in einen luftleer gemachten Glasballon ein, damit derselbe nicht so schnell verbrenne, und die Glühlampe war erfunden.

Da Glühlampen für jede beliebige Lichtstärke hergestellt werden können, so war durch Anwendung derselben die gesuchte Theilung des Lichtes gefunden. Es bedurfte nichts weiter, als alle Lampen eines Wagens mit einander durch einen Draht zu verbinden, dasselbe mit den Glühlampen des Nachbarwagens zu machen, und schliesslich die einzelnen Wagen unter einander zu verbinden, und den Draht zur Dynamo-Maschine und von dieser zur ersten Lampe zurückzuleiten.

Eine Glühlampe erfordert zwar zur Erzeugung eines Lichtes, welches der Intensität der Gasflamme unserer Strassenlaternen gleichkommt, statt 1 Meter-Kilogramm Arbeit, wie dies beim Bogenlichte der Fall ist, 5 Meter-Kilogramm, liefert also ein 5mal theureres Licht als die Bogenlampe, sie hat aber den grossen Vortheil, dass man Licht in kleineren Quantitäten erhalten, es also besser vertheilen kann, als dies bei Bogenlampen möglich gewesen, sowie dass das Licht der Glühlampen ein ruhiges ist, weil die Schwankungen des Wagens auf dasselbe keinen Einfluss haben, was beim Bogenlichte nicht der Fall ist.

Mit Hinblick darauf scheint es.

dass die elektrische Beleuchtung eines Eisenbahnzuges ebenso einfach ausführbar sei, als eine stationäre Beleuchtungsanlage. Man braucht ja nichts weiter zu thun, als auf die Locomotive eine kleinere Dampfmaschine aufzumontiren, welche, durch den Kesseldampf der Locomotive gespeist, eine neben ihr aufgestellte Dynamo-Maschine zu bethätigen im Stande ist.

Der durch die Bewegung des Inductors der Dynamo-Maschine entstehende elektrische Strom circulirt dann durch sämmtliche Lampen des Zuges und bringt deren Kohlenfäden zum Glühen.

Leider kann aber dann die Locomotive nicht abgetrennt werden, ohne dass das Licht erlischt. Um dies zu verhindern, versah man jeden der zu beleuchtenden Wagen mit einer besonderen Dynamo-Maschine und betrieb sie nicht mehr directe durch die Kraft der Locomotive, sondern mittelbar durch jene der rollenden Wagenräder. Auf diese Art brachte man es zu Stande, dass jeder einzelne Wagen einen completen Beleuchtungs-Apparat für sich hatte, also von dem andern unabhängig war.

Eine derartige Einrichtung, so vollkommen sie auch auf den ersten Blick zu sein scheint, hat jedoch nur einen untergeordneten Werth, weil die Stetigkeit des Lichtes abhängig ist von der Stetigkeit der Rotation des Inductors der Dynamo-Maschine, eine gleichförmige Rotation dieses Inductors

aber nicht vorhanden ist, weil die Räder der Wagen bald schneller, bald langsamer rollen, da der Zug in verschiedenen Strecken verschieden schnell fährt. Auch müssten die Lampen beim Stillstände des Zuges gänzlich erlöschen.

Um diesem Uebelstande zu steuern, muss man durch geeignete Vorrichtungen dafür sorgen, dass die Intensität des elektrischen Stromes trotz Schwankungen in der Fahrgeschwindigkeit dennoch unverändert bleibe. Eine derartige Regulirung der Stromstärke ist zwar ausführbar, doch wird durch einen Regulator der Uebelstand nicht beseitigt, dass, wenn der Zug still steht, die Lichter im Wagen verlöschen. Um dies zu verhindern, muss entweder jeder einzelne Wagen seine eigene Dampfmaschine erhalten, deren Aufgabe es ist, die im Wagen befindliche Dynamo-Maschine zu betreiben oder aber, es muss eine zweite Arbeitsquelle zu rechter Zeit erfliessen, um die Bewegung der Dynamo-Maschine in dem Augenblicke zu betreiben, in welchem die erste Quelle ihren Dienst versagt.

Logischer Weise wird man nach einer Arbeitskraft zu suchen haben, die ihren Arbeitsvorrath während der Fahrt des Zuges ebenfalls indirect der Locomotive entnimmt und welche dann im richtigen Momente die aufgespeicherte Arbeit abgibt.

Unter den verschiedenen heute in der Technik vorhandenen Arbeitssammlern wird man für den vorliegenden Zweck lediglich die elektrischen gebrauchen können, weil es ja darauf ankommt, elektrische und nicht mechanische Energie dem Ansammlungs-Apparate zu entnehmen. Die Erfindung derlei Ansammlungs-Apparate von elektrischer Energie kam daher wie gerufen. Ohne dieselbe wäre die elektrische Beleuchtung von Eisenbahnwagen niemals zu Stande gekommen. Man machte nämlich die Entdeckung, dass es möglich sei, die elektrische Energie, welche die Dynamo-Maschine liefert, zu sammeln, um sie dann verauszugaben, wenn das Bedürfniss hiezu vorhanden ist.

Man liess zu diesem Zwecke den elektrischen Strom gewisse chemische Verbindungen lösen, bewahrte die auf diese Weise getrennten Stoffe gesondert auf und erzweckte hiedurch, dass dieselben, sobald ihnen die Möglichkeit einer Wiederverbindung gegeben war, die zu ihrer Trennung aufgewendete Energie in Form des elektrischen Stromes wieder freigeben.

Derlei Vorrichtungen nannte man Accumulatoren. Durch Anwendung derselben wurde man sonach von der Bewegung des Zuges ganz unabhängig, denn man verwendete die Energie der ungleichmässigen Bewegung rollender Räder nicht mehr zur Erzeugung des elektrischen Stromes, sondern zum Lösen von chemischen Verbindungen (zum Laden der Accumulatoren).

Man sieht also, dass drei Erfindungen zusammentreten mussten, um die Beleuchtung fahrender Züge durch Elektricität zu ermöglichen. Es sind dies die Erfindung der Dynamo-Maschine, des Glühlichtes und des Accu-mulators.

Die ersten Versuche, die Wagen eines fahrenden Zuges durch Accumulatoren zu beleuchten, wurden im Jahre 1S81 in England bei Pullmann’s Schlafwagen, welche zwischen den Stationen Victoria und Brighton liefen, gemacht, wobei man sich der Accumulatoren nach System Faure bediente und Glühlampen der Construction Swan verwendete. Ein Jahr später (1882) wurden derartige Versuche in Deutschland, und zwar auf den Bahnen

36

Frankfurt-Hanau und Frankfurt-Sachsenhausen wiederholt. Der Zug, welcher in der Strecke Sachsenhausen-Frankfurt verkehrte, lief mit einer Geschwindigkeit von 50km pro Stunde. Die Dynamo-Maschine, welche den Strom zur Speisung der Lampen lieferte, war auf dem Tender aufmontirt gewesen und erhielt ihren Antrieb durch die rollenden Räder desselben. Die Transmission war derart eingerichtet worden, dass die Dynamo-Maschine 900 Umdrehungen pro Minute machte. Diese Maschine lieferte beiweitem mehr Strom, als zur Speisung des Glühlichtes nöthig war; man liess sie daher die Lampen unter Anwendung eines Regulatörs directe speisen und verwendete nur den überschüssigen Strom zum Laden der Accumulatoren (System Faure), welche ihren Vorrath erst dann an die Lampen abgaben, wenn der Zug langsamer rollte oder zum Stillstände kam.

Diese Versuche, sowie jene, welche in demselben Jahre zur Zeit der elektrischen Ausstellung in München in der Strecke München-Starnberg durchgeführt wurden, lieferten den augenscheinlichen Beweis, dass die elektrische Beleuchtung der Wagen eines rollenden Zuges recht gut ausführbar sei, sie lehrten aber zugleich, dass diese ganze Sache aus dem Stadium des Experimentes nicht herausgetreten, also noch nicht spruchreif sei.

Die erfolgreiche Anwendung elektrischer Zugsbeleuchtung hängt eng mit der Frage der praktischen Brauchbarkeit der Accumulatoren zusammen.¹)

Wenn man auch keineswegs behaupten kann, dass die heutigen Accumulatoren allen Anforderungen Genüge leisten, insbesondere was die Lebensdauer derselben anbelangt, so sind doch auf dem Gebiete erhebliche Fortschritte zu verzeichnen, welche die Verwendung bei elektrischer Zugsbeleuchtung als technisch thunlich erscheinen lassen. Die in dem elektrisch beleuchteten Zuge der Württembergischen Staatsbahn angewandten Accumulatoren (System de Khotinsky) machen durch die geschickte Anordnung ihrer Elektroden Betriebsstörungen durch Kurzschluss unwahrscheinlich und haben bis jetzt zu keiner Klage Veranlassung gegeben.

Gegenüber den anderen Beleuchtungsarten hat die elektrische Beleuchtung die nachstehenden Vortheile:

1.    Da die Erzeugung des elektrischen Stromes während der Fahrt stattfindet, so ist der Zug vollständig unabhängig von stationären Anlagen, daher die Anwendung von elektrisch beleuchteten Zügen auf ganz beliebigen Strecken möglich. Bei Oelgasanlagen ist die Beleuchtung der sämmtlichen von den betreffenden Stationen abhängigen Züge beeinträchtigt, wenn in der Fabrication des Oelgases eine Störung eintritt.

2.    Die Beleuchtung ist eine bessere, als mit Gas, Oel oder Kerzen, das Licht durchaus ruhig. Ausserdem ist jede Gefahr durch Feuer, Explosion etc., auch bei Zusammenstössen, ausgeschlossen, was weder von der Oel- noch von der Gasbeleuchtung gesagt werden kann.

3.    Die Ausgaben für die Bedienung sind geringer, da die Beleuchtung nicht vor dem Abgänge des Zuges herzurichten ist, und während des Aufenthaltes in den Endstationen nicht ergänzt zu werden braucht.

4.    Diè Anlagekosten übersteigen diejenigen der Fettgas-Beleuchtung nur um Weniges, dafür ist jedoch der Betrieb der elektrischen Beleuchtung billiger, als jener der Gasbeleuchtung.

') Zeitung des Vereines Deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, Berlin 1S86, Nr. 85, pag. 906.

5. Das Gewicht der elektrischen Beleuchtungs-Einrichtung in den Wagen ist erheblich kleiner, als das der Gas-Einrichtung. Ferner entfallen bei ersterer die Durchbrüche durch die Wagendecken, die Kamine etc., welche im Betriebe Reparaturen erheischen.

§. 162.

Berechnung einer elektrischen Beleuchtung der Wagen.

Wenngleich die Angelegenheit der elektrischen Beleuchtung noch nicht definitiv abgeschlossen ist, oder vielleicht eben desshalb, weil sie noch nicht spruchreif ist, empfiehlt es sich, die Principien kennen zu lernen, nach welchen eine solche Beleuchtung berechnet werden müsse.

Intensität J =

Beträgt die Potenzial-Differenz an den Klemmen eines Accumulators e Volt, der Widerstand des Accumulators r Ohm, und sind in einem Stromkreise, dessen äusserer Widerstand R Ohm beträgt, a Accumulatoren thätig, so erzeugen diese nach dem Ohm’schen Gesetze einen Strom, dessen a . e

—---Ampère beträgt; werden durch diese Accumulatoren n

R + a • r

parallel geschaltete Glühlampen bedient, so durchfliesst eine jede derselben

ein Strom von der Intensität i Ampère, wobei bekanntlich i =

Setzt

man J —i.n in die obige Formel ein, so erhält man: a

.n.R

e — i. n. r

einen Ausdruck zur Berechnung der Anzahl der erforderlichen Accumulatoren, in welchem natürlich noch die Stromstärke i des Näheren zu bestimmen ist.

Consumirt eine Glühlampe a Meter-Kilogramm mechanischer Energie

i* • P

und beträgt der Widerstand der Lampe p Ohm, so ist bekanntlich a =

wobei g — 9• 81 m die Accélération der Schwere bezeichnet.

a. g

— z. Durch Einsetzung-

Aus dieser Gleichung ergibt sich: i = dieses Werthes von i in die obige Grundgleichung erhält man:

die gesuchte Formel zur Berechnung der Anzahl der Accumulatoren, welche zur Beleuchtung eines Zuges erforderlich sind.

In dieser Formel bezeichnet also:

a . . . die Anzahl der Accumulatoren, welche zur Beleuchtung eines Zuges erforderlich sind;

R...den äusseren Widerstand des Stromkreises, in welchen die Accumulatoren eingeschaltet wurden, gemessen in Ohm;

6 . . .die Potenzial-Differenz an den Klemmen eines Accumulators, in Volt; r . . .den Widerstand eines Accumulators, in Ohm; n . . . die Anzahl der parallel zu schaltenden Glühlampen;

36*

a . . . die mechanische Energie in Meter-Kilogramm, welche eine Glühlampe beim guten Brennen consumirt;

...den Widerstand einer Glühlampe, in Ohm;

= 9'81 m, Accélération der Schwere;

a. g

-, eine unbenannte Zahl.

Beispiel 1: Es soll ein aus vier Wagen bestehender Expresszug derart elektrisch beleuchtet werden, dass auf einen Wagen 3 Glühlampen jede von der Lichtstärke einer Gasflamme entfallen.

Es fragt sich, wie viele Accumulatoren zur Bedienung dieser 12 Lampen erforderlich sind?

Jeder von den zur Disposition stehenden Accumulatoren hat eine Klemmenspannung von 2 Volt und '/io Ohm Widerstand. Während jede der zu bedienenden Lampen im warmen Zustande einen Widerstand von 73⁻6 Ohm aufweist und zum guten Brennen eines Stromes von 1 Ampère bedarf. Der Widerstand sämmtlicher Zuleitungsdrähte beträgt 2‘3 Ohm.

Auflösung: Die mechanische Energie, welche eine Glühlampe absorbirt, beträgt: *    ^ = 7'5 Meter-Kilogramm, es ist sonach : u — 7-5, e = 2, r =‘/io> ? = 73'6, n = 12, R=2-3.

Diese Werthe in die Eingangs aufgestellte Formel substituirt, ergeben a = 35, was besagen will, dass zur Bedienung der obigen 12 Lampen unter den geschilderten Verhältnissen 35 Accumulatoren erforderlich sind,' von welchen jeder einen Widerstand von */₁₀ Ohm hat und eine Klemmenspannung von 2 Volt aufweist.

Beispiel 2: Die Strecke Gloggnitz—Mürzzuschlag der österr. Südbahn, zu deren Passirung der Personenzug 100 Minuten braucht, soll mit Zügen befahren werden, welche mit Glühlampen der Construction Swan ausgestattet sind.

Eine jede der 32 Lampen des Zuges hat im warmen Zustande einen Widerstand von 26⁻7 Ohm und braucht für die normale Lichtstärke einen Strom von 1 -2 Ampère bei einer Klemmenspannung von 32 Volt. Zur Bedienung dieser Lampen dienen Accumulatoren von einer Capacität von 15000 Meter-Kilogramm. Es fragt sich, wie viele derlei Accumulatoren zur Beleuchtung der Züge in dieser Strecke erforderlich sein werden?

Auflösung: Da 32 Lampen brennen sollen, jede von ihnen aber einen Strom von 1 2 Ampère braucht, so beträgt die Stromstärke des Schliessungskreises 32X1'2 = 38'4 Ampère, ç>6-7

32

bei einem Widerstande von X= = 0-834 Ohm. Die Gesammt-Energie, welche alle Lampen zusammen

38'4'J

0~834 X 9-81

Da die Fahrt 100 Minuten oder 6000 Secunden dauert, so haben die Accumulatoren eine Arbeit zu leisten, welche 180 X 6000 = 108.10* Meter-Kilogramm beträgt. Da jeder Accumulator 15X10³Meter-

108 X 10ł

15 X IO³

consumiren, beträgt sonach

= 180 Meter-Kilogramm pro Secunde Beleuchtungsdauer.

Kilogramm Arbeit aufzuspeichern vermag, so bedarf es zu dieser Beleuchtung Accumulatoren.

= 72

Beispiel 3: Ein Zug ist elektrisch derart zu beleuchten, dass die Helligkeit des Lichtes gleich komme dem Lichte von 200 Kerzen. Zur Verfügung stehen Accumulatoren von 2'1 Volt Klemmenspannung und einer Capacität von 14 . 10³ Coulombs pro Kilogramm ihres Gewichtes. Die zu verwendenden Glühlampen leuchten mit einer Helligkeit von 20 Kerzen und consumiren pro Lichtstärke und Secunde eine Arbeit von 4 Watt. Es fragt sich, wie gross das Gewicht der zum Dienste heranzuziehenden Accumulatoren sein müsse?

Auflösung: Um ein Licht zu erzeugen, das die Helligkeit einer Kerze hat, bedarf es eines

4

Aufwandes von 4 Watt, d.h. einer Arbeit von =0⁻4Meter-Kilogramm pro Secunde. EineBeleuch-

tung von 200 Kerzen erfordert daher einen Arbeitsaufwand von 200 X 0'4 = 80 Meter-Kilogramm pro Secunde; soll die Beleuchtung 10 Stunden = 10 X 3600 Secunden andauern; so bedarf es einer Arbeit von 80 X 19 X 3600 =: 29 X 10⁵ Meter-Kilogramm. Diese Arbeit müssen die Accumulatoren

liefern. Da die Accumulatoren 2⁻l X 14X 10³ Volt-Coulombs oder Watt, d. i.

3000

2-1 X 14. IO³ __

29xl0⁵

3000

= 1000 Kilogramm Accumulatoren.

Meter-Kilogramm pro Kilogramm ihres Gewichtes liefern, so benöthiget man zu der geplanten Beleuchtung

Wie lange die beigeschafften Accumulatoren mit einer Ladung Dienste leisten werden, lässt sich leicht berechnen, denn ist ein Accumulator im Stande, eine mechanische Energie von s Meter-Kilogramm pro Kilogramm des Gewichtes seiner Elektroden aufzuspeichern und wiegt derselbe K Kilogramm, so beträgt die Energie, welche er abzugeben im Stande ist: K.s Meter-Kilogramm. Sind im Stromkreise a Accumulatoren eingeschaltet, so beträgt die Gesammt-Energie, welche sie liefern können a. K. s Meter-Kilogramm. Diese Energie muss gleich sein jener Energie, welche zur Erzeugung des Stromes hat aufgewendet werden müssen, welcher im Schliessungskreise während der Beleuchtungsdauer circulirt.

Braucht eine Glühlampe zum guten Brennen bei einer Klemmenspannung von e Volt einen Strom von i Ampère, so consumirt sie eine

ff)

Meter-Kilogramm pro Secunde. Brennen im Stromkreise

Energie von

n Lampen durch die Zeit von t Secunden, so consumiren sie eine Energie

i. e

von --n-t Meter-Kilogramm.

Da diese Energie die Accumulatoren liefern müssen, so besteht die

= K . s . a, aus welcher sich ergibt:

t _ K. s. g. a i.e.n

i. e . n . t

Relation

.    .    (194

Eine Formel zur Berechnung der Dienstesdauer eines Accumulators.

In dieser Formel bezeichnet also:

t . . . die Zeit in Secunden, durch welche hindurch ein Accumulator, ohne frisch geladen zu werden, Dienste leisten kann;

K...das Gewicht des Accumulators, in Kilogramm;

5    . . . die Arbeitsfähigkeit eines Accumulators in Meter-Kilogramm pro

Kilogramm Gewicht seiner Elektroden;

a . . . die Anzahl der Accumulatoren, welche im Schliessungskreise thätig sind;

i . . . die Stromstärke in Ampère, welcher eine Glühlampe zum guten Brennen bedarf;

6    ...die Klemmenspannung einer Glühlampe, in Volt;

11 . . . die Anzahl der im Stromkreise parallel eingeschalteten Glühlampen ;

g = 9*8 1 m Accélération der Schwere;

Beispiel 1: Würden in einem Stromkreise 30 Accumulatoren à 25 Kilogramm Gewicht eingeschaltet sein, von denen jeder 2500 Meter-Kilogramm pro Kilogramm seines Gewichtes aufzuspeichern vermag, und wäre deren Aufgabe, 12 parallel geschaltete Glühlampen zu bedienen, von denen jede bei einer Klemmenspannung von 40 Volt, eines Stromes von 0-8 Ampère bedarf, um gut zu brennen, so würden diese Accumulatoren eine solche Beleuchtung durch:

= 4800

25 X 2500 X 9'81 X 30

0-8 X 40 X 12

Secunden, also durch 13 Stunden 20 Minuten erhalten können, weil hier: K = 25, s = 2500, a = 30, i = 0-8, e = 40, n = 12 ist.

Leuchtkraft von 20 Kerzen hat und hierbei eines Arbeitsaufwandes von 7'5 Secunden Meter-Kilogramm erheischt.

Um Licht von der Helligkeit einer Kerze zu erzeugen, bedarf es sonach eines Arbeits-

aufwandes von ~ = 0-375 Secunden-Meter-Kilogramm. Da der Accumulator für jedes Kilogramm

seines Gewichtes stets eine Arbeit von 3000 Meter-Kilogramm liefert, so entfällt auf ein Kilogramm 3000 0-375

ein Licht von der Stärke einer Kerze, welches

seines Gewichtes ein Licht von

= 7900 Kerzen, welches Licht eine Secunde lang brennt; oder

7900

3600

= 2-2 Stunden lang brennt.

In der Praxis ist gewöhnlich die Zeit gegeben, durch welche die elektrische Beleuchtung activ sein soll, und man fragt nach dem Gewichte der Accumulatoren, deren Anzahl bereits ermittelt wurde.

Für diesen Fall erhält man aus Formel 194: K =

— Kilogramm, wobei die Buchstaben

die bereits angegebene Bezeichnung haben.

§. 163.

Kosten der elektrischen Zugsbeleuchtung.

Die Kosten einer elektrischen Zugsbeleuchtung hängen ab von der Stärke des Zuges (Anzahl der zu beleuchtenden Wagen desselben), von der in einem jeden Wagen nöthigen Anzahl Lampen und der Lichtstärke derselben, von der tagsüber zur Verfügung stehenden Ladezeit der Accumulatoren, von der Menge der Elektricität, welche man beim Stillstände des Zuges zur Verfügung haben will, und von dem System der Beleuchtung, welches angenommen wurde.

Statt in Allgemeinheiten sich zu ergehen, welche doch nur einen untergeordneten Werth haben können, sollen im Folgenden die Kosten einer Einrichtung angegeben werden, wie sie bei den Zügen der königl. Württem-bergischen Staatsbahn besteht, auf welcher Bahn seit Mitte 1886 zwischen Stuttgart und Hall täglich Züge verkehren, die aus 14 elektrisch beleuchteten Wagen bestehen.¹)

Die Wagen der Züge werden wie folgt beleuchtet:

)) II. »    »    » 2

Lichtstärke.

))

)>

)>

» 5 » 5 » 3 » 12 • 5 »

i)

)) 2

)>

)>

» 3 » 3 » 3 « 3

Der ganze Zug enthält sonach 63 Lampen mit zusammen 295 Kerzen

Die Anlagekosten betragen, da jeder Wagen zwei Satz Accumulatoren bekommt und die Dynamo-Maschine nur zum Laden der Accumulatoren dient, wobei also während der Beleuchtung ein Satz Accumulator seine Elektricität in die Lampen ergiesst, und der andere geladen wird, auf 15506 Mark, mithin pro Wagen auf 1107 Mark und pro Kerze auf 52*56 Mark.

J) Dittrich. In Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1887, Nr. 236, pag. 140.

Wenn jedoch bei demselben Zuge nicht mehr Licht verlangt wird, als die bestehende Gasbeleuchtung liefert, so dass also statt 63 Lampen deren nur 39 brennen, deren Lichtstärke nur mehr 193 Kerzen (statt 295 Kerzen) gleichkommt, so betragen die Anlagekosten einer solchen Einrichtung 12337 Mark, pro Wagen sonach 881 Mark und pro Kerze 63⁻40 Mark. Die schwächere Beleuchtung ist sonach theurer. Unter der Voraussetzung, dass die elektrische Beleuchtung von 6 Uhr Früh bis Sonnenaufgang und von Sonnenuntergang bis 11 Uhr Abends dauert, die Zahl der Brennstunden sonach 2100 pro Jahr beträgt, stellen sich die Betriebskosten der beiden früher erwähnten Beleuchtungs - Anlagen wie folgt dar:

Fall I

Fall II

Bezeichnung

63 Lampen gleichwertig 295 Kerzen

39 Lampen gleichwerthig 193 Kerzen

Gulden

Verzinsung des Anlage-Capitals zu 4 Procent.........

Amortisation der Accumulatoren zu 30 Procent........

Amortisation der übrigen Theile, excl. Glühlampen, 10 Proc. Ersatz der Glühlampen nach einer Brenndauer von

600 Stunden ..................................

Schmier- und Putzmaterial (pro Pferdekraft und Stunde

³/₅ Kreuzer gerechnet)..........................

Kohle (gerechnet zu 1 Gulden pro 100 Kilogramm) Diverse und zur Abrundung.......... ............

372-—

1036-80

575-80

295-80 795 -463-80

661-80

517-80

69-60

249-60

34-40

44-80

158-40

24-80

Summa

3000--

2300--

Hiernach betragen die:

Fall I

Betriebskosten

Fall II

Kreuzer

Pro Stunde und Zug . Pro Kerze und Stunde

143-0

0-5

109-0

0-6

Durchschnittlich kommt also die elektrische Beleuchtung der Personenwagen auf V₂ Kreuzer pro Stunde und Kerzenstärke zu stehen, ist also bedeutend billiger als die Beleuchtung mit Kerzen oder Oel, ja selbst billiger als die Gasbeleuchtung, deren Kosten durchschnittlich 4mal so hoch sind (§. 154). Vier Monate lang auf dem Nordbahnhof zu Paris geführte' Versuche mit Accumulatoren-Beleuchtung ergaben eine Ausgabe von 0‘6 Centimes pro Stunde und Achtkerzen-Lampe. Berücksichtiget man die Amortisation und alle Kosten, so findet man als durchschnittliche Ausgabe 2*5 Centimes für die elektrischen Lampen, dagegen 3⁻8 Centimes für die Lampen mit gereinigtem Oel.¹)

>) Dittrich. In Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 18S7, Heft Nr. 236,

dag. 140.

Wird aber verlangt, dass Gas und Elektricität gleiche Vortheile für den Betrieb bieten sollen, so muss in erster Linie') die elektrische Kupplung und die Mitführung einer Dynamo-Maschine entfallen, wenn sonst der Vergleich auf angemessene Vertheilung von Licht und Schatten bei beiden Beleuchtungsarten Anspruch erhebe. Auf dieser Grundlage eine elektrische Beleuchtung zu schaffen, welche bei gleicher Helligkeit eben so billig oder gar billiger sei als die Fettgasbeleuchtung, musste vorläufig als unerreichbar bezeichnet werden.

Ueberblickt man das Gesagte, so wird man zu dem Schlüsse gedrängt, dass die Beleuchtung der Eisenbahnzüge zu einem vorläufigen Abschlüsse gekommen zu sein scheint, welcher zu Ungunsten der Elektricität, zu Gunsten des Fettgases ausgefallen ist, was natürlich nicht hindert, dass mit den Versuchen fortgefahren und hier und da vielleicht auch die Anwendung im gewöhnlichen Zugbetriebe unter Opfern aufrecht erhalten wird.' Ebensowenig haben die bisherigen Versuche hinsichtlich der elektrisch gespeisten Locomotiv-Laternen ein Ergebniss gezeigt, welches geeignet wäre, in diesen Dingen eine umfangreiche Anwendung der Elektricität in absehbarer Zeit wahrscheinlich zu machen.

§. 164.

Lüftung der Eisenbahnwagen.

Der lebende Mensch scheidet aus seinem Körper unausgesetzt Gase aus, welche zum überwiegend grössten Theile aus Kohlensäure bestehen. Diese Gase mischen sich mit der atmosphärischen Luft und bewirken, dass das, was wir frische Luft nennen, ein Gemisch von Luft und Kohlensäure ist.

Wenngleich die atmosphärische Luft mit der durch den Lebens-process der Thiere ausgeschiedenen Kohlensäure unausgesetzt geschwängert wird, so bleibt deren procentische Zusammensetzung dennoch dieselbe, weil die verwitternden Mineralien und lebenden Pflanzen alle Kohlensäure absor-biren, welche die Organismen erzeugen.

Zahlreich durchgeführte Analysen der atmosphärischen Luft haben ergeben, dass im grossen Durchschnitte auf je IO™³ Luft, 3 Liter Kohlensäure entfallen.’’) Da in geschlossenen Räumen, wie beispielsweise in dem Inneren eines Personenwagens ein derartiger Reinigungsprocess nicht thunlich ist, zum guten Allgemeinbefinden aber frische Luft (ein Gemisch von Luft und Kohlensäure in dem angegebenen Verhältnisse) gehört, so sind wir gezwungen, einen Reinigungsprocess künstlich einzuleiten, d. h. wir müssen die durch den Athmungsprocess verdorbene Luft aus dem Innern des Wagens schaffen und an Stelle derselben frische Luft (Gemisch aus Luft und Kohlensäure in dem angegebenen Verhältnisse) in den Wagen eintreiben. Dieses Geschäft nennt man Lüftung oder Ventilation.

Würde die Lüftung der Eisenbahnwagen, in welchen Personen sitzen, derart vor sich gehen, dass im Innern des Wagens jeden Augenblick Luft

') Zeitung des Vereines deutscher Eisenbahn-Verwaltungen, Berlin 1888, pag. 805. -) Grätschet & Wunder. Jahrbuch der Erfindungen, Leipzig 1882, pag. 356.

von solcher Reinheit vorhanden wäre, wie wir sie in freier Atmosphäre finden (auf 10m3 Luft 3 Liter Kohlensäure), so würde dies freilich am besten sein, doch würde die Erhaltung eines solchen Zustandes auf praktische Schwierigkeiten stossen, weil in einem Eisenbahnwagen viele Personen auf einen kleinen Raum zusammengedrängt sind, die Innenluft des Wagens daher sehr schnell verdorben wird, also sehr oft erneuert werden müsste, was wieder ob unangenehmem Luftzuge kaum ausgeführt werden könnte.

Zum Glück ist es nicht nothwendig, im Innern des mit Personen besetzten Wagens eine solche Luft zu haben, wie sie ausserhalb des Wagens ist, weil die Erfahrung lehrt, dass das Allgemeinbefinden des Menschen selbst dann nicht beeinträchtigt wird, wenn die Luft, in welcher er sich befindet, mehr Kohlensäure enthält, als 3 Liter auf je 10m! Raum-Inhalt.

Versuche von Hermannl) lehren nämlich, dass eine Athemnoth erst dann eintritt, wenn die Luft soweit verunreiniget ist, dass auf 10m3 Luft 300 Liter Kohlensäure entfallen. Als zulässige Grenze für die Luftverunreinigung dürften nach Smith²) 25 Liter Kohlensäure auf 10m3 Luft angesehen werden, womit jedoch nicht gesagt sein soll, dass eine solche Luft im. Inneren des Wagens geduldet werden sollte. Wolpert³) nimmt einen Gehalt von 15 Liter Kohlensäure auf 10m3 Luft als jenes Gemisch an, welches für Eisenbahnwagen noch zulässig ist.

Diesem zufolge muss also einem jeden Liter Kohlensäure ein Quantum von l%₅ = ²3rn’ Luft entsprechen. Werden in das Innere des Wagens x Cubik-Meter Luft pro Kopf und Stunde zugeführt, so wird hierdurch gleichzeitig

Liter Kohlensäure in dessen Inneres gebracht.

Während dieser Stunde vermehrt aber der Mensch in Folge des Ausathmens von Kohlensäure dieses Quantum von Kohlensäure um den Betrag von a Liter. Die Gesammtmenge der Kohlensäure, welche pro Stunde

eine Menge von

/    3 x\

(a+To)

Liter.

und Kopf im Innern des Wagens entsteht, beträgt sonach

Diese Menge Kohlensäure muss sich in einer solchen Menge reiner Luft befinden, dass das Gemisch eine Luft darstelle, welche wir noch als eine respirable bezeichnen, d. h. es muss einem jeden Liter Kohlensäure eine Menge von ²/₃m! Luft entsprechen. Die pro Stunde und Kopf zuzuführende

₂ /    3x\

Luftmenge beträgt sonach /₃|a+

Cubik-Meter. Da aber diese Luft-

(    3 x v

x,

menge mit x bezeichnet wurde, so besteht die Relation ² ₃1 a + y—J⁼

aus welcher x = ° ₆ a sich ergibt. Man sieht sonach, dass auf jeden Liter Kohlensäure, welchen der Athmungsprocess liefert, %mi frische Luft in das Innere des Wagens zugeführt werden müssen, falls man darin eine respirable Luft haben will.

Die Menge der Kohlensäure aber, welche der Mensch pro Stunde producirt, ist bekannt. Es lehren nämlich die Untersuchungen Vierodt’s,

ł) Riga’sche Industrie-Zeitung, Riga 1886, pag. 194.

²)    iîîÿa’sche Industrie-Zeitung, Riga 1886, pag. 197.

³)    Maey. Die Beheizung der Eisenbahnwagen, Zürich 1880, pag. 10.

dass die Luft, welche der Mensch ausathmet, durchschnittlich 4 Procent irrespirabler Gase enthält, die hauptsächlich aus Kohlensäure bestehen, so dass die Menge dieses Gases als Maasstab angesehen werden kann, nach welchem zu rechnen ist. Da nach Hutchinson der Mensch mit jedem Athemzuge V₂ Liter Luft ausstösst, derlei Athemzüge aber 1050 pro Stunde macht, so producirt er pro Stunde 72X 1050 = 510 Liter Luft, welche 4 Procent also 0'4X510 = 20 Liter Kohlensäure enthält. Man hat sonach in die obige Formel a=20 zu setzen und erhält sodann x = Ts X 20 = 1 7, was besagen will, dass jeder in einem Eisenbahnwagen sitzende Mensch pro Stunde mindestens 17m4 Luft bedarf, wenn er durch Luftmangel nicht belästigt werden soll.

Professor Lunge') glaubt für eine jede im Eisenbahnwagen sitzende Person ein Luftquantum von nur 15²3m3 als genügend erklären zu sollen, während Lang und Wolfshügel j dieses Quantum auf 21m² schätzen.

Soviel ist in dessen gewiss, dass der Aufenthalt in einem Raume, in welchem das Luftquantum pro Kopf unter 1 Cutoik-Meter sinkt, absolut tödlich ist, wie dies aus den nachfolgenden Beispielen ersehen werden kann.

Im Jahre 1756 liess Sarajud Darolah, Vice-König von Bengalen, nachdem er Calcutta erobert hatte, die bei dieser Gelegenheit gefangenen 146 Engländer in ein 6 Meter langes, 5 Meter breites und 3 Meter hohes, mit zwei kleinen Fenstern versehenes Gefängniss — das sogenannte schwarze Loch — werfen, und dieselben darin über Nacht gefangen halten. Beim Oeffnen des Gefängnisses am darauffolgenden Morgen fand man nur noch 23 Menschen am Leben, während 123 aus Mangel an Luft auf die elendeste Weise umgekommen sind, kurze Zeit hierauf sind auch die 23 Ueberlebenden an Blutvergiftung gestorben. Hier betrug also das Luftquantum 0’6 Cubrk-Meter pro Kopf.

Ein Vorfall ähnlicher Art ereignete sich 1848 am Schiffe Londonderry, wo während einer stürmischen Nacht 150 Gefangene in eine derart enge Cajüte eingezwängt wurden, dass per Kopf ein Luftraum von nur ²,₅ Cubik Meter entfiel. Als am Morgen des folgenden Tages einige dieser Unglücklichen das Deck erstürmten, fand man in der Cajüte viele Sterbende und 72 Leichen.

Wenn in einem Eisenbahnwagen 20 Personen sitzen, so muss in das Innere desselben sonach ein Luftquantum von 20 X 17 = 340m's Luft pro Stunde geschafft werden. Veranschlagt man den Cubik-Inhalt eines Personenwagens

auf 30m'f, so folgt, dass ein

340

^ =llmaliger Luftwechsel pro Stunde

eingerichtet werden müsse, falls die Gesundheit der darin sitzenden Passagiere nicht gefährdet werden soll. Ein mit 40 Personen besetzter (also vollbesetzter) Wagen erfordert demnach ein Luftquantum von stündlich 40 X 17 = 680 m!.

§. 165.

¹

) Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, Wien 1886, pag. 83.

²

Macy. Die Beheizung der Eisenbahnwagen, Zürich 1880, pag. 10. -) Zeitschrift für Biologie, 1876, Heft 4.

Kreislauf der Luft im Eisenbahnwagen.

Es wäre wünschenswert!!, die verdorbene Luft an dem Orte abführen zu können, an welchem sie sich bildet; da es aber unthunlich ist, den athmenden Menschen unter einen Glassturz zu stellen, um zu bewirken, dass die gebildete Kohlensäure sich nicht verbreite, so bleibt nichts Anderes

übrig, als dieselbe an den Orten aufzufangen und abzuführen, wo sie sich vorzugsweise hinzieht und ansammelt.¹)

Der herrschenden Ansicht zufolge glaubt man, dass die ausgeathmete Luft, weil sie Kohlensäure enthält, schwerer sei als die reine Luft, wess-halb sie sich in den unteren Theilen des Coupés ansammle, und deshalb dort aufzufangen sei.

Professor Coulier² 3) wies jedoch nach, dass dies ein Irrthum sei, indem er zeigte, dass die durch Athmung verunreinigte Luft leichter sei als die gewöhnliche, und zwar deshalb, weil sie wärmer ist als diese, und weil sie Wasserdampf enthalte, welcher leichter ist, als reine Luft.

Smith'¹) wies nach, dass in demselben Raume, in welchem die Luft in der Tischhöhe LI Liter Kohlensäure pro Cubik-Meter ihres Volumens enthalte, die Verunreinigung in der Höhe der Decke bereits L5 Liter Kohlensäure betrage.

Aus diesen und ähnlichen Beobachtungen folgt, dass die verschlechterte Luft nicht am Boden, sondern in der Nähe der Decke des Wagens sich ansammelt, daher dort aufgefangen und abgeführt werden müsse. Hieraus folgt aber weiters, dass die beste Art der Ventilation darin besteht, die frische Luft an möglichst vielen Punkten der Fussboden-Oberfläche in das Innere des Wagens einzulassen, dagegen die verdorbene durch Oeffnungen, welche in der Wagendecke angebracht sind, abzuführen, so dass also die Ventilation stets von unten nach oben vor sich gehen müsse.⁴)

So würde sich die Sache verhalten, wenn man die Aufgabe hätte, den Wagen zu lüften, nicht aber denselben gleichzeitig auch zu heizen.

Soll aber der Wagen nicht nur gelüftet, sondern auch geheizt werden, so ändert sich die Sache gewaltig, weil dann Luftströmungen entstehen, welche eine der früheren entgegengesetzte Richtung nehmen. Die warme Luft, welche in das Innere des zu wärmenden Wagens eintritt, steigt darin, ob ihres geringeren specifischen Gewichtes zwar in die Höhe und mischt sich, an der Wagendecke angelangt, mit der dort befindlichen verdorbenen Luft; kommt sie aber hier mit den kalten Fensterscheiben in Berührung, so kühlt sie sich wieder ab und beginnt, weil schwerer geworden, an den Wänden langsam herabzusinken, die verdorbene Luft mit sich führend.

Es entsteht also an den kalten Wänden eine Strömung der verdorbenen Luft nach abwärts, während sie in der Mitte des Wagens nach aufwärts erfolgt. Diese Circulation der verdorbenen Luft muss möglichst unterstützt werden, weil nur, wenn sie recht lebhaft ist, der Nutzeffect der Heizapparate ein Maximum erreichen kann.

Die Aufgabe einer jeden mit einer Heizung verbundenen Lüftung besteht sonach darin, die verdorbene, in dem an den kalten Wagenwänden niedergehenden Luftstrome vertheilte Luft bis zum Fussboden gelangen zu lassen und sie von dort aus zu entfernen. Diesem zufolge müssen im Winter die Abzugsöffnungen für die verdorbene Luft sich unterhalb befinden

und sich längs jener Wände erstrecken, welche einer dauernden Abkühlung dadurch unterliegen, dass sie der äusseren Temperatur ausgesetzt sind.¹)

Hierdurch entsteht aber eine neue Schwierigkeit, da sich ja unten auch die Eintrittsöffnungen der frischen Luft befinden, Ein- und Austrittsöffnungen aber nicht nebeneinander angebracht werden dürfen. Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, gibt es nur ein Mittel, und dieses besteht darin, die Eintrittsöffnungen für die reine Luft in den warmen Zwischenwänden der Wagen, und zwar etwas über dem Boden anzubringen, während die Abzugsöffnungen für die verdorbene Luft an den kalten Aussenwänden, und zwar ganz im -Niveau des Bodens, sich befinden müssen. Sorgt man ausserdem dafür, dass die warme Luft nicht viel wärmer werde, als die Innenluft des Wagens, so kann man es dahin bringen, dass die in horizontaler Richtung in das Innere des Wagens eingeführte vorgewärmte Luft daselbst in horizontalen Schichten schwebend erhalten wird und zu den Athmungs-Organen stets rein gelangt.

Diese Schichten nehmen die warmen Athmungs-Producte auf und steigen mit denselben langsam in die Höhe. Da die Theile dieser Schichten, welche mit den kalten Aussenwänden in Berührung treten, sich abkühlen, so beginnen die Schichten sich nach einwärts zu krümmen, so dass längs dieser kalten Wände abwärts gehende Strömungen entstehen, welche bis zum Boden des Wagens reichen. Da aber hier die Austrittsöffnungen sich befinden, so kann die längs den kalten Wänden sinkende verdorbene Luft aus den Wagen geschafft werden.

§. 166.

Vorrichtungen für Zwecke der Lüftung von Wagen.

In unseren Wohnräumen erfolgt der Luftwechsel unmerklich, wenngleich, wie Professor Pettenkofer nachwies, sehr lebhaft, durch die Mauern, deren poröse Beschaffenheit den Eintritt frischer Luft von Aussen gestattet, während die verdorbene Luft durch Kamine abgesaugt wird.

Bei Eisenbahnwagen treten jedoch ganz andere Verhältnisse ein, hier wird die Porosität der Wände durch Anstrich, Verschalung etc. aufgehoben, so dass die natürliche Ventilation beiweitem nicht zureicht, um die geforderten Mengen Luft beizuschaffen.

Hier müssen also künstliche Mittel nachhelfen, und gewinnt daher die Frage nach der Kraft, durch welche die immerhin bedeutenden Luft-Quantitäten zu fördern sind, eine eminente Bedeutung.

Die für stabile Verhältnisse bewährten Einrichtungen, als: mechanische Pumpwerke, Saugkamine etc. sind bei Eisenbahnwagen nicht verwendbar, so dass nur der Wind übrig bleibt. Dieser ist aber dafür bei einem bewegten Wagen stets, also auch dann vorhanden, wenn der Wagen bei Windstille rollt, und eignet sich desshalb ganz vorzüglich, um als bewegende Kraft für die Ventilations-Vorrichtungen herangezogen zu werden, wenngleich er die Unannehmlichkeit hat, sowohl in Richtung, als auch in Stärke unausgesetzt zu wechseln.

') Deny. Rationelle Heizung und Lüftung. Berlin 1886, pag. 9 und 22.

Ein Gegenwind wird den Luftzug (also den Motor) verstärken, von hinten gehender Wind denselben abschwächen. Bei gleicher Geschwindigkeit der Fahrt und des von hinten gehenden Windes sinkt die Kraft des Motors auf Null. Trotz dieser stets wechselnden Verhältnisse ist man, wohl oder übel auf diesen Motor angewiesen, der auch allen diesfälligen Einrichtungen zu Grunde gelegt wurde.

Durch die Eigenschaft des Motors, die Richtung seiner Kraft während der Fahrt zu wechseln, wird die Gestalt der zu verwendenden Apparate bestimmt. Derlei Apparate müssen sich nämlich in die jedesmalige Windrichtung automatisch einstellen oder müssen, wenn sie feststehend sind, einen runden Querschnitt besitzen, weil nur in diesem Falle dem Winde in jeder Richtung seines Zuges eine gleiche Projectionsfläche dargeboten wird.

Die älteste und wirksamste Lüftung geschieht durch Oeffnen der Fenster, welche zu diesem Zwecke zum Herunterlassen und Feststellen in verschiedenen Höhen eingerichtet sind. Häufig sind über den Fenstern oder Thüren Oeffnungen vorhanden, die durch Schieber verschlossen werden können. Je nach der Windrichtung wird die Aussenluft eingedrückt oder die Innenluft abgeführt, wobei die Thür- und Fensterfugen ebenfalls mit-wirken müssen. In neuerer Zeit werden die Personenwagen vielfach mit Dachaufsätzen versehen, welche auf beiden Seiten Klappfenster haben, wodurch ein sehr lebhafter Luftwechsel oder sehr fühlbarer Zug erzielt wird.

Hier ist noch zu erwähnen eines früheren, bereits lange aufgegebenen Versuches mit der Scharrath’sehen Poren-Ventilation, bei welcher unterhalb der Decke des Wagens eine luftdurchlässige Zwischendecke aus Drahtgewebe und Stoff eingelegt war, und die Luft durch Luftsauger oberhalb dieser Zwischendecke eingedrückt wurde, wobei Staub und Russ zurückblieben.

In neuester Zeit bringt man in der Nähe der Decke der Wagen grössere runde Oeffnungen an, stellt dieselben einander diagonal gegenüber und versieht sie durch drehbare Regulirscheiben, welche nach Belieben geschlossen oder geöffnet werden können. An der Aussenseite des Wagens münden diese Oeffnungen in knieförmig gebogene Röhren, deren Ausmündung so gerichtet ist, dass bei der Bewegung des Zuges die eine der correspon-direnden Röhren die Luft auffangt und in den Wagen hineinführt, während aus der anderen die verbrauchte Luft, ausströmt.

Derlei Apparaten haften aber zwei Fehler an. Sie können nämlich aus den bereits erörterten Gründen während des Winters, also zur Zeit, als die Wagen beheizt werden, dem Zwecke nicht entsprechen und sind überdies ausser Stande, einen Luftwechsel zu erzeugen.

Um einen Luftwechsel zu erzeugen, bedarf es nämlich der gleichzeitigen Thätigkeit zweier Apparate; eines, der die verdorbene Luft auf saugt, und eines andern, der die frische Luft eintreibt. Die Vorrichtungen der ersteren Kategorie nennt man Aspiratoren oder Sauger, jene der zweiten Kategorie, Pulsatoren.

Die Ingenieure Viebau und Voss, Fecht, Brünnig, Born, Stuben, Wolpert und Andere construirten zwar recht gute Pulsatoren, welche 300 — 600m> Luft pro Stunde leicht in das Innere des Wagens schaffen,¹) doch ist durch dieselben die Frage der Ventilation der Eisenbahnwagen noch lange nicht abgeschlossen, und ist dieser Zweig der Technik beiweitem noch nicht so weit ausgebildet, um jetzt schon Ventilations-Anlagen mit Sicherheit berechnen zu können.

§• 167.

Beheizung der Eisenbahnwagen.

Ursprünglich waren die Eisenbahnwagen ebenso wenig geheizt wie die Postwagen, und es wurde den Reisenden überlassen, durch passende Bekleidung gegen Kälte sich zu schützen. Mit der Vergrösserung des Eisenbahnnetzes, der Zunahme des Verkehrs auf weite Strecken machte sich jedoch das Bediirfniss der Beheizung der Personenwagen immer mehr und mehr geltend, zunächst natürlich auf den im Norden gelegenen Bahnen.

Hier traf man aber auf unerwartete Schwierigkeiten, da die Einwirkung der Wärme auf die in demselben Raume fahrenden Personen eine ganz ausserordentlich verschiedene ist. Viele Reisende richten sich nämlich auf Heizung ein und sind unangenehm berührt, wenn dieselbe einmal versagt; Andere fahren mit schweren Pelzen und Fusssäcken, weil sie demnächst über Land weiter reisen wollen. Dem Einen ist es zu kalt, dem Andern zu warm, dieser öffnet das Fenster, wobei jener sich erkältet. Die Schwierigkeiten sind sehr bedeutend, und es ist daher nicht zu verwundern, wenn heute noch der Nutzen der Heizung der Personenwagen viel bestritten wird; in der That sind Beschwerden über zu grosse Wärme fast ebenso zahlreich, als solche über zu geringe Wärme, und Wünsche um Vorhandensein einiger ungeheizter Coupés in jedem Zuge gehören nicht zu den Seltenheiten. Vergegenwärtigt man sich nun noch die Schwierigkeiten bei der Bedienung der Heizung auf den vielen Stationen durch immer anderes Personal, bei der Verwendung der verschiedenen Brennstoffe, die nicht immer in der nothwendigen Beschaffenheit zu erhalten sind, bei der Instandhaltung der Heizvorrichtungen in vielen Tausenden von Wagen, gar nicht zu reden von den sonstigen Betriebs-Erschwernissen und den hohen Kosten, so wird man begreifen, dass das Capitel der Heizung der Personenwagen nicht zu den angenehmsten der Eisenbahnverwaltung gehört.¹)

Nach Weber'} empfiehlt es sich, eine Wagenheizung zu verwenden, die den Reisenden der 1. und 2. Wagenclasse nicht zwingt, seine Oberkleider abzulegen, und die weniger gut verwahrten Passagiere der 3. und 4. Wagenclasse nicht in eine Atmosphäre bringt, aus welcher der Austritt der Gesundheit nachtheilig werden könnte.

Diesem zufolge sollte im Innern des Wagens wohl keine höhere Temperatur als +10°C. herrschen, und es soll dem Reisenden überlassen bleiben, das ihm Angenehme durch ein Mehr oder Minder der Bekleidung herbeizuführen. In Deutschland fordert man, dass die Temperatur des Wagens 10—12° C. nicht übersteige, aber auch nicht unter dieses Maass sinke.")

Für den Beginn und das Ende der Heizung bestehen für die preussi-schen, sächsischen und oldenburgischen Staatsbahnen einheitliche Vorschriften; hiernach soll in derZeit vom 1. October bis Ende April geheizt werden, wenn die äussere Temperatur unter -j-5°R. sinkt, und es sollen in der Zeit vom 1. December bis Ende Februar die Züge nur ausnahmsweise nicht geheizt werden. Ist mit dem Heizen einmal begonnen, so wird damit

*) Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1890, Heft 304, pag. 82.

²)    Zeitschrift des österreichischen Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1872, pag. 125.

³)    Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1889, Heft 280, pag. 65.

erst wieder aufgehört, wenn während dreier auf einander folgender Tage die Temperatur des Nachts nicht unter +5°R. gesunken ist. Anzustreben ist eine mittlere Temperatur in den Coupés von +8° R., die auch schon auf der Abgangsstation nahezu erreicht werden soll. Aehnliche Vorschriften bestehen auch auf den anderen deutschen Eisenbahnen.¹)

Zu den Schwierigkeiten der Feststellung der Temperatur, welche im Innern des Wagens herrschen soll, gesellen sich noch Schwierigkeiten bezüglich der ■ Herstellung und Erhaltung derselben.

Die Abkühlungsflächen der Eisenbahnwagen sind nämlich in dem Verhältnisse zu dem geringen Raume derselben sehr gross, da sie nur aus dünnen Wänden bestehen, welche mit vielen Fenstern und Thüren versehen, und während der Fahrt einem scharfen Luftzuge ausgesetzt sind, welcher deren Abkühlung beträchtlich vergrössert.

Es ist demnach eine grosse Wärmemenge als Ersatz erforderlich. Der beengte Raum gestattet jedoch nicht die Anordnung grosser Heizkörper, die nur gelinde erwärmt werden, es müssen vielmehr kleine, scharf geheizte Heizkörper angewendet werden, deren strahlende Wärme in den kleinen Räumen recht unangenehm wird ; auch verursacht der -auf den Heizkörpern sich ablagernde Staub bei stark erhitzten Flächen einen unangenehmen Geruch. Selbst bei dem sorgfältigsten Schutze der Sitze werden dieselben durch die strahlende Wärme der Heizkörper warm, was dem Sitzenden lästig ist. Die geringe Menge Luft im Coupé wird beim jedesmaligen Oeffnen der Thüren abgekühlt; durch die Bedienung der Heizung selbst entstehen häufige Störungen und Belästigungen der Reisenden. Die Heizung auf längere Zeit gleichmässig zu erhalten, ist nicht erreichbar, theils wegen der allmäligen Abnahme des Brennstoffes, theils wegen des scharfen Wechsels der äusseren Temperatur bei der Fahrt eines Zuges auf weite Strecken, bezw. zu verschiedenen Tageszeiten.

Wie kostspielig die Heizung der Personenwagen überhaupt ist, geht daraus hervor, dass für die Beheizung der Personenzüge auf den preussi-schen Staatseisenbahnen allein für die Beschaffung der Brennstoffe eine Million Mark im Etat des Jahres 1890 ausgeworfen ist, während die Ge-sammtkosten einschliesslich der Bedienungs- und Instandhaltungskosten mindestens auf zwei Millionen Mark jährlich zu veranschlagen sind.¹)

§. 168.

Zum Heizen eines Personenwagens erforderliche Wärme.

Würde der zu erwärmende Raum derart abgeschlossen werden können, dass aus dem Innern des Wagens nach Aussen keine Wärme entweichen könnte, so würde man, um die Innenluft um 1⁰ C. zu erwärmen, pro Cubikmeter rund V₄ Calorie (genauer 0⁻237 Calorien) benöthigen. Mit Rücksicht darauf, dass bei 0° C. 1 Cubikmeter Luft ⁴/₃kg wiegt, ist zur Erhöhung der Temperatur einer solchen Luft um 1° eine Wärme von */à + V* — Vs Calorie pro lm° erforderlich, da man es aber in der Praxis nur selten mit einer Luft zu thun hat, welche gerade 0° C. besitzt, so ist zu erwägen,

9 Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1890, Heft 304, pag. 82.

dass ein Cubikmeter Luft, deren Temperatur 7° beträgt, z Kilogramm wiegt, wobei nahezu

.    .    (195

beträgt, wobei a =

zu setzen ist. In dieser Formel bezeichnet also:

273

Z...das Gewicht eines Cubik-Meters Luft, in Kilogramm, deren Temperatur t Grad beträgt;

t ..die Temperatur der zu erwärmenden Luft, in Celsiug-Graden.

Setzt man in die Formel 195 für t verschiedene Werthe, so erhält man die nachstehende Tabelle:

Temperatur und Gewicht von ein Cubik-Meter Luft

Temperatur

Kilogramm

Temperatur

Kilogramm

Temperatur

Kilogramm

7<>

K>

O O Ol o

1-40

1-37

1-35

1-30

1-27

O to o o o

T-H —< C3 CO

1-25

1-23

1-21

M7

113

o o o o o

'O CO N CO O

MO

1-06

1-03

1-00

0-97

aus welcher zu ersehen ist, dass 1 m Luft von 80n C. 1 kg wiegt, während 1 m3 Luft von 10° l'/ikg Gewicht hat.

Würde also wie bereits gesagt, die Wärme, welche der im Innern des Wagens befindlichen Luft zugeführt wurde, nach Aussen nicht entweichen, so würde eine Wärme von lU Calorie pro Kilogramm Luft genügen, um im Innern des Wagens eine Temperatur zu erhalten, welche 1° C. beträgt. Da aber aus dem geschlossenen Wagen die Wärme durch Wände, Fenster und Fugen entweicht, so muss sie ersetzt werden, falls im Innern desselben eine constante Temperatur herrschen soll.

Für die Wagen-Constructionen, welche bei den zum Vereine der Deutschen Eisenbahn-Verwaltungen gehörenden Bahnen üblich sind, kann angenommen werden, dass jeder Quadrat-Meter Oberfläche:

eines einfachen Fussbodens.. 2'50 Calorien

» doppelten » einfachen Wagendaches 3'00 v doppelten

1-25    »

1-25

1-25

einer Wagenwand

pro Stunde durchlasse, sobald die Differenz zwischen der äusseren und inneren Luft einen Grad Celsius beträgt. Begnügt man sich mit einer Ueber-schlagsrechnung, so kann angenommen werden, dass jeder Quadrat-Meter Oberfläche des zu heizenden Wagens, pro 1 Grad Temperatur-Differenz und Stunde, 3 Calorien Wärme durchlässt.¹)

9 Gostkowski. Teorya ruchu kolejowego, Lemberg 1882, Bd. II, pag. 181. — Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1878, pag. 35. — Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, Wien 1889, pag. 91 und 119.

Bei einfachen Fenstern beträgt der Wärmedurchlass 3‘7 bis 4 Calorien sobald Windstille besteht, steigt dagegen bei Windfall auf 8,') ja sogar auf .11 Calorien.²) Für Ueberschlags-Rechnungen kann angenommen werden, dass jeder Quadrat-Meter Fensterfläche 9 Calorien pro 1" Temperatur-Differenz und Stunde durchlasse.

Der Wärmeverlust durch Fugen wird auf ' a Calorie pro Wagen und Stunde geschätzt,³) jener durch einmaliges Auf- und Zumachen der Thüre auf die Dauer von 2 Secunden, bei einer Temperatur-Differenz von:

10 Grad auf 1 • 26 Calorien⁴)

Cm co

0    »    » 3 ‘ 61    »

0    »    » 7-01    »

Auf Grund der vorstehenden Daten lässt sich der Wärmeverlust abschätzen, welcher durch die Wandungen eines Eisenbahnwagens pro Stunde und ein Grad Temperatur-Differenz entsteht, sobald die Dimensionen des Wagens bekannt sind. Die bezüglichen Daten sind aber aus der folgenden Tabelle,⁰) welche sich auf die neueren Personenwagen der preussischen Staatsbahnen bezieht, zu entnehmen, und ist aus derselben zu ersehen, dass der Rauminhalt eines Wagens auf circa 35m5 veranschlagt werden könne.

Classe der Wagen

Gegenstand

Durchgangs

wagen

1—'

Coupéwagen

Durchgangs

wagen

Coupéwagen

Durchgangs

wagen

Coupéwagen

Cubik-Meter pro Sitzplatz. . Quadrat-Meter pro Sitzplatz Anzahl der Sitzplätze.....

2-24

1-90

1-50

1-28

1-00

0-84

1-04    0-86    0-70

0-58    0-46

0-38

20

18

28

28

45

40

Die Dimensionen der Personenwagen auf Eisenbahnen sind übrigens so wenig von einander verschieden, dass man annehmen kann, alle Wagen haben gleiche Dimensionen. Man kann annehmen, dass die Wände 66mJ, und die Fenster 2’6m’ betragen. Diesem- zufolge beträgt der stündliche Wärmeverlust eines Eisenbahnwagens für jeden Grad der Temperatur-Differenz 66 X 3 + 2⁻6 X 9 = 221’4 Calorien, wofür man, unter Berücksichtigung der Wärmeverluste durch Fugen, wohl mindestens 222 Calorien setzen kann.

So viel Wärme müsste man also pro Stunde für einen jeden Grad Temperatur-Differenz in das Innere eines Wagens schaffen, wenn die Temperatur-Verluste ersetzt werden sollen, d. h. im Innern des Wagens die Temperatur constant verbleiben soll, und daselbst die Luft nicht gewechselt wird.

0 Paul. Heiz- und Lüftungstechnik, Wien 1885, pag. 734.

²) Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1878, pag. 35. :i) Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1878, pag. 25.

⁴)    Paul. Heiz- und Lüftungstechnik, Wien 1885, pag. 741.

⁵)    Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1890, Heft 304, pag. 76.

37

Da aber ein Luftwechsel unerlässlich ist (§. 164), so muss auch auf die Erwärmung der frisch zugeführten Luft Rücksicht genommen werden. Hieraus ist ersichtlich, dass die Heizung ventilirter Eisenbahnwagen weit ergiebiger sein müsse, als solche ohne Lüftung. Bei letzterer ist es nur nöthig, ein mehr oder weniger stagnirendes Quantum Luft zu erwärmen, während bei Ventilationswagen das ganze Quantum des Luftwechsels auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden muss.

Werden in das Innere eines Wagens a Cubik-Meter Luft pro Stunde geschafft, und wiegt ein Cubik-Meter dieser Luft z Kilogramm, so beträgt die aus Anlass der Ventilation bewirkte Zufuhr an Luft a.z. Kilogramm. Da zur Erwärmung von 1 k& Luft um 1° C. lu Calorie erforderlich ist, so ist zur Erwärmung der zugeführten Luft um 1° C., eine Wärmemenge von

( -r)

Calorien erforderlich. Diesem zufolge beziffert sich der totale Wärme-

/    a z \

bedarf für einen ventilirten Wagen auf ( 222 + “-) Calorien pro Stunde,

und jeden Grad der Differenz zwischen der Temperatur der Aussenluft und jener, welche im Wagen erhalten werden soll. Bezeichnet A diese Temperatur-Differenz, so beläuft sich der stündliche Wärmebedarf eines ventilirten /    az\ A

Eisenbahnwagens auf (222 + —-j A Calorien.

Nimmt man z— % an und erwägt, dass 17m3Luft pro Person und Stunde in das Innere des Wagens geschafft werden müssen, wenn die darin Sitzenden sich wohl fühlen sollen (pag. 570), dass also a =? 17. n ist, sobald n die Anzahl der Personen bezeichnet, welche im Wagen sitzen; so erhält man für den Wärmebedarf (222 + 6 n)A Calorien.

Nicht der ganze Bedarf ist jedoch künstlich herzuschaffen, da die im Wagen sitzenden Personen durch den Athmungsprocess Wärme entwickeln, welche von der obigen Summe in Abschlag zu bringen ist.

Nach Masje erzeugt der lebende Mensch für jeden Quadrat-Meter seiner Oberfläche, stündlich 36 Calorien Wärme, also so viel Wärme als erforderlich, um die Temperatur von 1 lv’s Wasser, welches 0" hat, auf 36u C. zu erhöhen. Veranschlagt man die Oberfläche eines Menschen auf 2'/+ Quadrat-Meter, so würde die stündliche Wärmeproduction eines Menschen 2l/+ X 36 = 81 Calorien betragen.

Die Wärmeproduction des Menschen ergibt sich übrigens aus der Verbindung des Sauerstoffes der eingeathmeten Luft mit dem Kohlenstoffe des Blutes zu Kohlensäure. Diese Wärmeproduction ist nach dem Geschlechte, dem Lebensalter und der Beschäftigung des Menschen verschieden. Man kann annehmen,¹) dass sie durchschnittlich bei Personen bis

8 Jahren 50 Calorien

15

40

93

124

pro Stunde betrage. Bei Personen über 40 Jahren tritt eine Abnahme der Wärmeproduction ein, wrelche circa 1 Calorie pro Stunde und 1 Jahr Alter

Gostkowski. Teorya ruchu

!) Paul. Heiz- und Lüftungstechnik, Wien 1885, pag. 752. kolejowego, Lemberg 1883, Bd. 2, pag. 184.

beträgt. Für die Folge soll angenommen werden, dass die Wärmeproduction des menschlichen Körpers 120 Calorien pro Kopf und Stunde beträgt.

Die Wärme, welche n im Wagen sitzende Personen pro Stunde produciren, beträgt sonach 120n Calorien. Schlägt man diese Wärme von der ganzen Wärme von (222 + 6 n) A Calorien ab, so erhält man:

W = 6 [(37 -f n)A — 20n]

Calorien als Betrag jener Wärme, welche in das Innere eines zureichend ventilirten Wagens pro Stunde zu schaffen ist, falls die Temperatur im innern Raume desselben in gleicher Höhe erhalten werden soll.

In dieser Formel bezeichnet also:

W . . die Wärme in Calorien

welche in das Innere eines zureichend ventilirten Wagens pro Stunde zu schaffen ist, falls dessen Temperatur constant erhalten werden soll;

c <1

. . .die Anzahl der Sitzplätze im Wagen;

. . .die Differenz zwischen der Temperatur im Wagen und der Aussen-Temperatur, gemessen in Celsius-Graden.

Beispiel: Es soll bei einer Kälte von 15° im Innern eines Wagens, welcher mit 20 Personen besetzt ist, eine Wärme von 10° erhalten werden. Es fragt sich, wie viel Wärme dem Wagen pro Stunde zugeführt werden muss, um den beabsichtigten Zweck zu erreichen? Die Temperatur-Differenz beträgt hier: [15 — (— 10)] = (15 + 10) = 25°, man hat sonach : //= 25, n == 20, und erhält nach der obigen Formel W = 6150 Calorien, was besagen will, dass die Erhaltung einer constanten Temperatur von —{—10° bei einer Kälte von —15° in einem Wagen, welcher mit 20 Personen besetzt und gehörig ventilirt ist, eines Wärmeaufwandes von 6150 Calorien pro Stunde erheischt. Da man aus 1 Kilogramm Steinkohle wird kaum mehr Wärme als 6150 Calorien gewinnen können, wenn mit derselben die Wagen geheizt werden sollen, so sieht man, dass die Waggonheizung circa 1 Kilogramm Kohle pro Stunde erforderlich machen wird.

Man kann annehmen, dass in nördlichen Gegenden Europas, zur Zeit eines strengen Winters, die Differenz zwischen der im Wagen zu erhaltenden und der Aussen-Temperatur durchschnittlich circa 30° C. betragen wird. Setzt man daher in die obige Formel A = 30, so erhält man:

W = 60 (111 + 11) . .

.    .    (196

eine Formel zur Berechnung der Wärme, welche zur ergiebigen Beheizung eines gut ventilirten Eisenbahnwagens in nördlichen Gegenden durchschnittlich erforderlich ist. In dieser Formel bezeichnet:

W . . die Wärme in Calorien, welche in einem nördlichen Klima zur ausgiebigen Beheizung eines zureichend ventilirten Eisenbahnwagens pro Stunde Fahrt im Durchschnitte erforderlich ist; n . . .die Anzahl der Sitzplätze in einem Wagen.

Ist der Wagen voll besetzt, so ist n = 40; für diesen Fall beträgt W = 9060 Calorien, ist der Wagen leer, dann ist n = 0, und für diesen Fall ist W = 6660 Calorien.

§. 169.

Beheizung der Personenwagen mittelst Oefen.

Es drängt sich die Idee von selbst auf, dass Eisenbahnwagen gerade so beheizt werden können, wie unsere Wohnungen, dass es also nichts weiter bedürfe, als in das Innere des zu beheizenden Wagens einen Ofen einzustellen, um den beabsichtigten Zweck zu erreichen.

37*

Es waren auch in der That für Zwecke der Beheizung der Eisenbahnwagen zuerst Oefen angewendet worden, und zwar waren dies eiserne Kanonen- und Füllöfen, welche theils von Innen, theils vom Dache aus zu heizen waren, wozu Holzkohlen, Steinkohlen oder Coaks verwendet wurden.

Natürlich muss die Heizfläche der zur Waggonheizung verwendeten Oefen jene Grösse haben, welche erforderlich ist, damit der Ofen so viel Wärme liefern könne, als man zur Heizung des Wagens benöthigt. Man nimmt gewöhnlich an, dass ein schmiedeiserner Ofen für jeden Quadratmeter seiner Heizfläche stündlich 1500 — 2000 Calorien Wärme abzugeben im Stande ist; für gusseiserne Oefen rechnet man 30U0 — 5000 Calorien.

Nimmt man mit PecletQ für einen gusseisernen Ofen den Werth von 4000 Calorien an, so erhält man die praktisch kleinste Heizfläche H, welche

einem Ofen überhaupt noch gegeben werden darf, falls derselbe stündlich 60(111 —f- n) Calorien (Formel 196,    §. 168, pag. 579) liefern soll:

60(111 +n)    111 +n

4000

70

Quadrat-Meter. Man hat sonach :

111+ n

70

.    .    197)

eine Formel zur Berechnung der Heizfläche eines Ofens,' welcher so viel Wärme liefern soll, als zur Beheizung eines ausgiebig ventilirten Personenwagens stündlich erforderlich ist.

In dieser Formel bezeichnet also:

H ... die Heizfläche eines Ofens, in Quadrat-Metern, welche derselbe mindestens haben muss, wenn er zur Beheizung eines zureichend ventilirten Wagens ausreichen soll;

11 . . Anzahl der Sitzplätze in einem Wagen.

Ein Wagen, welcher mit 30 Personen besetzt ist, erfordert sonach unter Voraussetzung einer zureichenden Ventilation eines eisernen Ofens, dessen Oberfläche mindestens 2 Quadratmeter beträgt.

Begnügt man sich mit einer oberflächlichen Schätzung, so kann man annehmen, dass für einen jeden Cubik-Meter des zu beheizenden Wagenraumes 7-to Quadrat-Meter Heizfläche erforderlich ist.

Es ist selbstverständlich, dass nicht alle Wärme, welche durch Verbrennung des Feuerungsmaterials in dem Ofen erzeugt wird, zur Beheizung der Luft im Innern des Wagens verwerthet werden kann, weil ja ein Theil dieser Wärme mit den Rauchgasen nach Aussen abzieht, also für Zwecke der Beheizung des Wagens verloren geht.

Die Menge dieser mit den Rauchgasen abziehenden Wärme W lässt sich nach der Formel:¹)

10-3226. a

100—4-78. a

A •    •    198)

+ 2 951öj

berechnen, in welcher bezeichnet:

W . . den Wärmeverlust in Calorien, welcher pro Kilogramm verbrannter Kohle entsteht;

9 Paul. Heiz- und Lüftungstechnik, Wien 1885, pag. 754. ²) Paul. Heiz- und Lüftungstechnik, Wien 1886, pag. 97.

...das Sauerstoff-Volumen, in 100 Volumen Rauchgase;

cS <1

. . .Unterschied zwischen der Temperatur der abziehenden Rauchgase und jener der Luft im Innern des Wagens.

Wenn man voraussetzt, dass 1 k° Kohle 8000 Calorien liefert, so beträgt die pro Kilogramm verbrannter Kohle nutzbar gemachte Wärme (8000 — W) Calorien und der Wirkungsgrad a des Ofens:

8000 — W 8000

• 100

-(

100 —

oo

Nach dieser Formel berechnet, beträgt der Wirkungsgrad der für Wagenbeheizung geeigneten Füllöfen: a = 70 bis 80 Procent im Mittel, sonach a —75 Procent, was besagen will, dass man % der durch die verbrannte Kohle producirten Wärme, mittelst derlei Oefen für Zwecke der Beheizung der Wagen verwerthen kann, was gewiss ein sehr günstiges Resultat ist.

Ziehen die Rauchgase mit einer Temperatur von 300° ab, so beträgt der Wärmeverlust bei einer Verbrennung im dreifachen Luft-Volumen nach Paul'¹) 32'8 Percent, oder sagen wir rund 33 Percent der verbrauchten Kohle. Man wird also von 1 Kilogramm Steinkohle nicht den vollen Betrag, d. i. nicht 7500, sondern nur ²/₃ hievon, d. i. 5000 Calorien erwarten dürfen. Da also 1 Kilogramm verbrauchter Kohle 5000 Calorien liefert, ein mit 30 Personen besetzter, zureichend ven-tillirter Wagen aber (111 + 30) 60 = 8460 Calorien pro Stunde erfordert, so wird man die

Feuerung derart einrichten müssen, dass eine stündliche Verbrennung von

8460

5000

- P7 Kilogramm

Kohle ermöglicht wird. Ist der Wagen nicht ventilirt, so genügt eine stündliche Zufuhr von

510

17 X 30 = 510 Calorien, in welchem Falle ein Kohlenverbrauch von — tqKilogramm proStunde ausreichend, ist. Dies ist jedoch ganz unthunlich, weil in einem nicht ventilirten Wagen, Menschen nicht reisen könnten.

Wie bereits Eingangs erwähnt, eignen sich für Zwecke der Beheizung der Eisenbahnwagen am besten die sogenannten Füllöfen, und unter diesen dürften die Constructionen von Heim in Wien und Mallieux in Paris eine besondere Aufmerksamkeit verdienen.

Die Füllöfen von Heim sind nichts Anderes als verbesserte Meidinger Oefen; dieselben besitzen eine vortreffliche Regulirung, so dass man darin noch ein Feuer erhalten kann, welches nur V₆ ks Kohle pro Stunde verzehrt, und die Steigerung desselben bis zu einem Consum von 3kg pro Stunde möglich ist. Es lässt sich sonach die Wärme-Abgabe derlei Oefen jedem Bedarf anpassen. Mit einer Füllung des Schachtes kann je nach dem Wärmebedürfnisse eine Brenndauer von 4 — 20 Stunden erzielt werden. Der Ofen von Mallieux in Paris ist gleichfalls ein Füllofen; er besitzt an jeder Seite zwei verticale Rohrsysteme zur Luftventilation. Ein Rost ist nicht vorhanden, der Luftzutritt wird durch Schuber regulirt.

Alle diese Oefen haben den Vortheil der Einfachheit, der guten und schnellen Heizung, und wie man gewöhnlich anzunehmen pflegt, den Vortheil, dass bei deren Verwendung eine ausgiebige Lüftung der Wagen herbeigeführt wird.

Wenn jedoch erwogen wird, dass man in einem Ofen kaum mehr als 3kg Kohle per Stunde verbrennen wird, dieses Quantum Kohle aber nur 45 Cubik-Meter Luft zur Verbrennung bedarf, so sieht man, dass diese Menge ausgesaugter Luft angesichts des Bedarfes der Ventilation, welcher

J) Der Gesundheits-Ingenieur, München 1889, pag. 85.

sich auf 300 — 600 Cubik-Meter Luft per Stunde beziffert, wohl von keinem praktischen Belange ist. Ausserdem ist zu erwägen, dass Oefen in Wagen, welche Ventilations-Vorrichtungen haben, nicht einmal am Platze sind, weil die erwärmte Luft, welche vom Ofen direct zur Decke steigt, durch derlei Apparate aus dem Wagen gesaugt werden würde, bevor sie noch mit der Wagenluft sich mischen könnte.

Der Ofenheizung kann sonach der Vortheil, eine Lüftung des beheizten Wagens zu bewirken, wohl nicht zugeschrieben werden.

Was die Nachtheile anbelangt, welche die Ofenheizung hat, so wird nicht selten darauf hingewiesen, dass bei Störungen des Verbrennungs-processes das giftige Kohlenoxyd entstehen und in das Innere des Wagens gelangen kann. Doch ist dieses Bedenken ganz unbegründet, weil der Luftzug im Wagen nicht darnach ist, das Kohlenoxyd aus dem Ofen in den Wagen zu saugen, sondern gerade die entgegengesetzte Tendenz besteht. Weit nachtheiliger ist der wenig beachtete Umstand, dass die ausgeathmete Kohlensäure an den Ofenwandungen zerlegt und Kohlenoxyd gebildet werden könne, sobald die Ofenwände glühend werden. Doch kann auch diesem Uebelstande durch Auskleidung der Innenseite der Oefen mit Thon vorgebeugt werden.

Ein wirklicher Nachtheil der Ofenheizung ist aber wohl der Umstand, dass derlei Oefen das Innere des Wagens höchst ungleichförmig erwärmen, so dass die dem Ofen zunächst Sitzenden durch strahlende Wärme belästigt werden, während die Entfernteren frieren ; auch erwärmen sie nur den oberen Theil des Passagier-Raumes und lassen die Füsse kalt. Weiter ist der Umstand misslich, dass durch Aufstellung eines Ofens im Wagen mindestens zwei Sitze verloren gehen, und wenn berücksichtigt wird, dass die Sitze zunächst des Ofens unbenützt verbleiben, dass ein Verlust von drei bis vier Sitzen entsteht. Der schwerwiegendste Nachtheil der Ofenheizung ist aber die grosse Feuersgefahr, welche bei Entgleisungen und sonstigen Unfällen erwächst.

Die Geschichte des Zugsverkehres weiss Fälle zu verzeichnen, welche die grosse Gefahr vor Augen führen, die den Reisenden in Folge Beheizung der Wagen durch Oefen entstehen kann.

So beschreibt der Central-Inspector der nunmehr verstaatlichten Lemberg-Czernowitz-Jassy Eisenbahn, Dr. Gintl,¹) den Unfall, welcher sich auf der Odessaer Eisenbahn am 4. Jänner 1876 ereignet hatte, mit folgenden Worten: »Der Zug stürzte gerade an der Stelle, wo der Damm am höchsten ist, auf dem Gewölbeschlusse des Objectes, dieses brach durch und zog sämmtliche 26 Wagen in die Tiefe nach, welche, unten anlangend, einer auf den andern stürzend, ein entsetzliches Chaos bildeten. Aber das Entsetzlichste sollte noch kommen. In dem Trümmerhaufen brach nämlich in Folge des Zerdrückens der eisernen Oefen alsbald Feuer aus, und wurde durch den natürlichen Luftzug so entfacht, dass Alles, was sich momentan in dieser Partie Wagen befand, verbrannte. Von 26 Wagen, aus denen der Zug bestand, verbrannten 24. Von 419 Mann Militär waren 66 total verbrannt, 54 zumeist schwer verwundet und 2 Todte, jedoch unverbrannt. Die Gluth im Trümmerhaufen wüthete, angefacht durch den starken Luftzug aus dem Durchlässe durch volle fünf Tage fort und konnte ungeachtet des starken andauernden Schneefalfes und aller Lösch versuche nicht gedämpft werden.«

Ein ähnlicher Unfall ereignete sich in demselben Jahre auf der O/r/o-Eisenbahn gelegentlich Einsturz der Achtalenta-Brücke.²) Bei diesem Unfälle fanden die unglücklichen Reisenden auf dreifache Art ihren Untergang, und zwar durch Sturz von der Brücke, durch Ertrinken in den eisigen Fluthen und durch Verbrennen des im Flusse liegenden Trümmerhaufens.

!) Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1876, pag. 118. ²) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, 1885, pag. 165.

Die Unfälle auf den amerikanischen Bahnen : Spuyten—Duyvil (1882), Techachapi (1883) und jener auf der Vermont-Centralbahn (1887) illustriren gleichfalls die grosse Gefahr, welche ein offenes Feuer im Zuge den Reisenden bringt. Bei dem letztgedachten Unfälle, welcher sich am 5. Februar ereignete, entgleiste der Zug auf der Brücke über dem Fluss White, und die Wagen desselben stürzten, das Brückengeländer mit sich fortreissend, 50 englische Fuss tief in den eisbedeckten Fluss. Bei dem Falle überschlugen sie sich, fingen Feuer und brannten. Viele der unglücklichen Passagiere waren so in die Wagen eingekeilt, dass sie vor den Augen der Hilfebringenden in den Flammen ihren Tod fanden. Der Zug hatte 80 Reisende, von denen nur 26 mit dem Leben davonkamen.

An dieser Stelle sei noch des jüngsten aller Unfälle gedacht, des Unglückes nämlich, welches sich am 27. Jänner 1890 auf der CÄtca.g'o-Eisenbahn ereignet hatte. Ein von Chicago kommender Personenzug entgleiste in Folge eines Schienenbruches, während er sich einer langen Brücke über eine Bucht unweit Salem in Indiana näherte. Der Zug fuhr zur Zeit sehr rasch, und ehe er zum Stehen gebracht werden konnte, stürzten 4 Wagen, darunter der Damenwagen, ein Schlafwagen und ein Rauchwagen, über die Brücke und in die Bucht hinab. Der Damenwagen gerieth in Brand und wurde von den Flammen bald gänzlich verzehrt. Von den Insassen sind drei verbrannt und drei durch den Sturz getüdtet worden, während 19 mehr oder weniger erheblich verletzt wurden.

Was endlich die Kosten einer Ofenheizung anbelangt, so mag darauf hingewiesen werden, dass die Einrichtung eines Wagens, je nach der Gattung des Ofens, auf 25 Gulden zu stehen kommt.

§. 170.

Die Luftheizung.

Unter den Nachtheilen der Ofenheizung wurde her'vorgehoben, dass sie eine Lüftung der Wagen nicht bewirke, und dass sie eine stete Feuersgefahr in sich berge. Um diesen Uebelständen wenigstens einigermassen zu begegnen, hat man versucht, die Oefen ausserhalb der zu beheizenden Wagen unterzubringen und die an deren Wänden erwärmte Luft durch Canäle in das Innere der Wagen zu leiten, und nachdem sie ihre Wärme abgegeben hat, sie nach Aussen abzuführen.

Auf diese Art entstand eine eigenthümliche Beheizungs-Methode der Wagen, welche man Luftheizung nannte.

Die ältesten Versuche, eine Luftheizung zu erzielen, stammen noch aus dem Jahre 1868, in welchem Jahre die Rheinische Eisenbahn kleine Oefen zwischen die Puffer ihrer Wagen auf-hängte und deren Rauchrohre durch das Innere der Wagen nach Aussen führte.

Später wurden auf der Grossherzoglich Badischen Eisenbahn mit bereits verbesserter Luftheizung Versuche angestellt. Unter dem Wagen, möglichst nahe an einem Ende, ist ein kleiner Steinkohlen-Ofen angebracht, von welchem aus das Rauchrohr unter dem Wagen entlang, an der entgegengesetzten Seite bis über die Wagendecke hochgeführt ist. Ofen und Rauchrohr sind mit einem Mantel umgeben, in welchem durch selbstthätige Klappen die Luft bei Bewegung des Zuges eintritt, hier erwärmt und von da durch Röhren und regulirbare Klappen in das Innere der Wagen geführt wird (System Allen)

Die Main—Weser-Bahn hat (1870) diese Versuche gleichfalls wiederholt, doch liess eine derartige Beheizung der Wagen noch Vieles zu wünschen übrig. Glücklicher in dieser Richtung war die Nordhausen—Erfurter Bahn; dasauf dieser Bahn zur Anwendung gekommene Luftheizungs-System Boye hat nämlich einen wesentlichen Fortschritt.zu verzeichnen.

Am meisten ausgebilddt scheint das System der österreichischen Ingenieure Thainm und Rothmüller (1871) zu sein, welches in neuester Zeit durch Maey und Anschütz verbessert wurde.

Bei den Luftheizungen der Eisenbahnwagen wird die kalte Luft in einem besonderen, zumeist unter dem Wagen angebrachten Behälter erwärmt und entweder direct in das Innere des Wagens eingelassen oder vorher

in einer besonderen Kammer mit der kalten Luft gemischt, so dass in das Innere des Wagens eine bereits temperirte Luft gelangt.

Im ersteren Falle steigt die in den Wagen tretende heisse Luft sozusagen in verticalen Streifen rasch zur Decke, während die temperirte Luft mehr in horizontalen Schichten sich ausbreitend, nach und nach das Innere des Wagens füllt. Mit Rücksicht darauf, dass die Vertheilung der zugeführten Luft in Schichten erfolgen muss, welche unterhalb des Niveaus liegen, in dem die Athmung erfolgt, ist es unstatthaft, heisse Luft in den Wagen zu leiten. Die Temperatur der zugeführten Luft sollte streng genommen niedriger sein als jene des Innenraumes, in welchem Falle freilich eine Heizung unmöglich wäre. Um aber eine solche zu ermöglichen, lässt man wärmere Luft eintreten, doch sollte deren Temperatur möglichst niedrig gehalten werden.

Die Luftheizung ist verhältnissmässig wenig verbreitet; so beheizten beispielsweise die österreichischen Bahnen von den 7216 Personenwagen, welche sie Ende 1887 besassen, nur 495 Stück, also circa 7 Percent des Bestandes.

Statt die verschiedenen Heiz-Systeme zu beschreiben, soll im Nachstehenden eines derselben, und zwar jenes von Thamm und Rothmüller, näher besprochen werden.

Dieses Heiz-System besteht aus drei von einander getrennten Theilen: aus dem Ofen, in welchem das Feuer unterhalten wird, aus der Kammer, in welcher die kalte Luft erwärmt wird, und aus den Canälen, durch welche die erwärmte Luft in das Innere des Wagens gelangt.

Der Ofen besteht aus einer, aus eisernen Gitterstäben zusammengefügten Trommel, welche nahezu so lang wie der Wagen breit ist und die, mit glühendem Coaks gefüllt, unter dem Boden des Wagens derart in einen dortselbst angebrachten, der Quere des Wagens nach liegenden, hölzernen Kasten geschoben wird, dass sie horizontal zu liegen kommt. Der glühende Coaks, mit welchem diese Trommel (so nennt man den Ofen) vor dem Einschieben in den Kasten gefüllt wurde, wird durch den Luftzug, welcher während der Fahrt des Zuges auftritt, im Glühen erhalten und erwärmt die Luft, welche sich zwischen ihm und dem ihn umgebenden Kasten befindet. Dieser Holzkasten, welcher natürlich erheblich grösser ist als die Trommel, bildet sonach die Kammer. Die hier erwärmte Luft findet so viele Canäle, als der Wagen Coupés hat und vertheilt sich in dieselben, um so in die verschiedenen Coupés zu gelangen, woselbst sie mit der dort befindlichen kalten Luft sich mischt.

Die Menge der Luft, welche in das Innere der Wagen geschafft werden kann, hängt von der Fahrgeschwindigkeit des Zuges und der Lebhaftigkeit der Verbrennung ab. Es kann angenommen werden, dass per 1 kg verbrannten Coaks circa 120 Cubik-Meter warmer Luft dem Wagen zugeführt werden können.¹)

von einander ab-

mm

Die Trommeln der Thamm-RolhmiiIler'sehen Luftheizung haben eine Länge von 80cm bei einem Durchmesser von 28cm und wiegen, wenn sie leer sind, 15kg. Die Oberfläche (Mantelfläche des Cylinders) besteht aus 40 eisernen Stäben von 10mm Breite, welche je 10

]) Maey. Die Beheizung der Eisenbahnwagen, Zürich 1880, pag. 15.

stehen. Eine solche Trommel fasst 15k& Coaks, welcher, wie die Erfahrung lehrt, nach Ablauf von 6 — 8 Stunden abbrennt, und wiegt der ganze Beheizungs-Apparat circa 400 k°. Das Anheizen der Trommel geschieht dadurch, dass man dieselbe mit einem Gemisch aus 4 Theilen Coaks und 3 Theilen Holzkohle füllt, sie sodann auf den Boden aufrecht stellt und die oben befindliche Holzkohle entzündet. Diese theilt ihre Gluth dem darunter befindlichen Gemische mit und bald fängt der ganze Inhalt der aus Stäben gebildeten Trommel, durch welche hindurch die Luft freien Zutritt hat, zu glühen an. Sobald dies eintritt, wird die Trommel an entsprechend angebrachten Handhaben gefasst und in das Innere der Kammer so hineingeschoben, dass sie deren Wände nirgends berührt.

Aus 150 Versuchen, welche mit diesen Heiz-Apparaten auf der Warschau — Wiener Bahn im Jahre 1878 durchgeführt wurden, ergibt sich,¹) dass der Luftzutritt zu den Trommeln äusserst unregelmässig ist und zur Zeit der Aufenthalte in den Stationen sogar gänzlich aufhört. Auch scheint dieses System daran zu leiden, dass die zu erwärmende Luft, welche die Fangcanäle in die Heizkammer treiben, zu kurze Zeit in der Nähe des Rauchrohres verbleibt, die Heizkammer also viel zu schnell verlässt, um gehörig erwärmt zu werden.

Allen bisher bekannten Constructionen der Luftheizung haftet der gemeinsame Fehler an, welcher darin besteht, dass mit den bisher angewendeten Apparaten keine für alle Fälle ausreichende Erwärmung zu erzielen ist. Allgemein²) ist die Erfahrung gemacht worden, dass bei starkem Frost selbst nach vielstündigem Vorheizen nur in den unmittelbar über der Trommel liegenden Wagenabtheilungen eine einigermassen erträgliche Temperatur hergestellt werden kann, während dieselbe in den vom Ofen weiter liegenden Coupés eine ungenügende bleibt

Die Luft hat nämlich in Folge ihrer Gewichtsverminderung durch die Erwärmung das Bestreben, senkrecht in die Höhe zu steigen, und wählt ihren Weg daher durch diejenigen Canäle, welche dieser Bewegungsrichtung am meisten entsprechen. Sie tritt demnach zum überwiegenden Theile auf diesem, den geringsten Widerstand bietenden Wege in die unmittelbar über der Trommel liegenden Mittel-Coupés ein, während der übrig bleibende kleinere Theil nach den End-Coupés gelangt.

Um diesem Uebelstande zu begegnen, hat man die Canäle nach den End-Coupés mit stärkerer Steigung und mit grösserem Querschnitte versehen, welches Mittel jedoch wieder den Nachtheil hat, grössere Abkühlungsverluste zu bewirken. Ferner hat man den Canälen nach den mittleren und End-Coupés annähernd gleiche Länge gegeben, indem man die Heiz-Canäle der Mittelräume an ihren von der Wagenmitte entferntesten, und diejenigen der End-Coupés an ihren der Mitte nächst gelegenen Ende einmünden liess.

Am zweckmässigsten dürfte es sein, die Vorwärmkammern in ebenso viele Theile zu trennen", als Coupés in einem Wagen sich befinden, und von jeder dieser Abtheilungen nur einen Canal in das betreffende Coupé zu führen. Als weitere Mängel der Luftheizung des Systems Thamm und Roth-müller sind zu bezeichnen:

Ü Schramm. Przegląd techniczny, Warschau 1878.

²) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1889, Heft 280, pag. 68.

1. Mangel eines Schornsteins, durch welchen die Verbrennungsgase der Trommel abgeleitet werden könnten.

2. Die Verbrennung ist unvollkommen, gefährlich und dem Zufalle

überlassen.

3.    Die Heizfläche der Trommel ist viel zu klein, um den Schwankungen der äusseren Temperatur folgen zu können.¹)

4.    Die erwärmte Luft, welche in das Innere des Wagens gelangt, ist viel zu warm, um eine Ventilation des Raumes zu ermöglichen.

Um dem Uebelstande der ungenügenden Luftzuführung einigermassen abzuhelfen, versuchte Eichwede der Trommel eine Art Ventilator vorzusetzen, welcher die kalte Luft auffangen und in die Gluth der Trommel treiben sollte. Anschütz dagegen versicherte die Heizkammer gegen Wärmeverluste, indem er sie mit Blech verkleidete, und brachte einen Kamin an, wodurch der Luftzug in der Trommel angefacht werden sollte.

Die Luftheizung System Maey-Pape,²) welche zumeist auf Eisenbahnen in der Schweiz zu finden ist, unterscheidet sich von dem System Thamm-Rothmüller hauptsächlich dadurch, dass anstatt der Trommel ein verticaler, gusseiserner Füllofen angewendet wird, und dass Sauger von eigenthümlicher Form sich an demselben befinden. Das an den Füll-Cylinder anschliessende gusseiserne Rauchrohr, welches in seiner Verlängerung in den Schornstein übergeht, bildet zugleich einen Theil des Wärmekastens. Der Füllofen, sowie der horizontale Theil des Rauchabzugsrohres, werden von dem Wärmekasten umschlossen, von welchem die Warmluft-Canäle zu den Ausströmungen in die einzelnen Wagenabtheilungen abzweigen. Diese Canäle sind mit einer doppelten Verkleidung versehen, damit in ihnen die zur Erwärmnng des Wagens bestimmte Luft möglichst wenig abgekühlt werde. Aus ihnen tritt die heisse Luft an entsprechenden Stellen durch mit Drahtgeflechten geschützte Kästen in das Innere des Wagens ein. An diesen Kästen sind Klappen angebracht, welche, mit einfachem Mechanismus versehen, je nach Bediirfniss stellbar sind, um auch vom Wagenraume aus eine Regulirung der Wärme bewirken zu können.

Das Erwärmen der atmosphärischen Luft findet nun in der Weise statt, dass die durch die Fang-Canäle eintretende kalte Luft zuerst den Ofen umspielt und, dadurch etwas vorgewärmt, in den eigentlichen Lufterwärmungsraum gelangt, wo sie durch die vielfache Berührung mit dem heissen Rauchrohre den erwünschten Wärmegrad annimmt.

In derlei Apparaten wird die Luft auf circa 106° C. erwärmt und tritt aus der Kammer mit einer Geschwindigkeit von l'2m aus, während die abziehenden Gase eine Temperatur von 86° C. zeigen, und mit einer Geschwindigkeit von 0‘8m per Secunde die Rauchrohre verlassen.")

Da bei dieser Heizvorrichtung der Kamin, durch welchen die Rauchgase entweichen, an der Stirnseite des Wagens angebracht ist, so müssen die Wagen in den Zug stets so einrangirt werden, dass der Ofen nach Vorne zu stehen kommt. Dies ist aber eine grosse Unbequemlichkeit, welche die Heizung Thamm-Rothmiiller nicht besitzt. Auch kommt sie bei der

ł) Wochenschrift des österr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1878, pag. 35. ²) Maey. Beheizung der Eisenbahnwagen, Zürich 1880, pag. 28.

durch Anschütz gemachten Verbesserung nicht vor, weil bei dieser der Schornstein an der Längsseite des Wagens angebracht ist.

Endlich muss bemerkt werden, dass diese beiden Systeme eine Ventilation der Wagen unmöglich machen, weil die in das Innere der Wagen einströmende Luft viel zu warm ist, um sich flächenweise am Boden auszubreiten, welche Ausbreitung aber die unerlässliche Bedingung einer regelrechten Ventilation ist (§. 165).

Wenngleich Oehme') die Regulirung der Wärme dadurch verbessert hatte, dass er (1874) Hänge-Oefen mit abgetheilten Heizkammern verwendete, so muss doch der Luftheizung vorgeworfen werden, dass die betreffenden Apparate wegen der bestehenden Bestimmungen für den Bau und Betrieb der Eisenbahnen nicht gross genug angefertigt werden können, um die Bedienung während der Fahrt seitens des Zugspersonales auszuschliessen. Eine solche ist aber dermalen unerlässlich, da in verhältnissmässig kurzen Zeiträumen ein Nachfüllen von Coaks oder Nachschüren erforderlich wird, wenn der Verbrennungs-Process normal verlaufen soll.

Diese unausweichliche Nothwendigkeit der Nachfüllung der Oefen bringt es auch mit sich, dass diese Beheizungs-Methode bei Eilzügen kaum durchgreifen können wird, weil diese in der Regel zu kurze Aufenthalte in den Stationen haben, um dieses Geschäft ordentlich besorgen zu können.

In neuerer Zeit (1886) hat Pintsch²) einen Apparat für Luftheizung mit Gasfeuerung in Vorschlag gebracht, welcher im Wesentlichen aus einem kleinen, unter dem Boden des Wagens eingebauten Ofen besteht, durch dessen als Rippenkörper gebildete Feuerzüge die Verbrennungsproducte der mit Leuchtgas gespeisten Brenner geleitet werden, während die an den Heizflächen sich erwärmende Luft den Wagenräumen zugeführt wird. Die Brenner werden in derselben Weise unter Anwendung eines Reductions-Ventils mit Gas gespeist, wie dies bei der Beleuchtung von Wagen mittelst Fettgas geschieht.

Der Ofen selbst besteht aus einem mit schlechten Wärmeleitern bekleideten Kasten, in dessen Innern die Heizkörper eingelegt sind; durch diese ziehen die in einem trichterförmigen Stutzen eintretenden Verbrennungsgase und entweichen dann durch ein Rohr in’s Freie. Die zu erwärmende Luft tritt in den Kasten durch einen seitlich an diesem angebrachten und mit demselben durch Oeffnungen verbundenen Canal ein, welcher am vorderen Ende einen Doppeltrichter trägt; in letzterem befindet sich eine Klappe, welche sich je nach der Fahrtrichtung des Zuges selbstthätig so einstellt, dass stets die dem Zuge entgegenströmende Luft durch den Trichter in den erwähnten Canal gelangt. Unmittelbar unter dem Heizkörper ist eine Wand angeordnet, welche mit Löchern versehen ist, die zwischen den Stahlrippen münden, so dass die eintretende Frischluft gezwungen ist, an den Seitenflächen der Rippen aufwärts zu streben, wodurch die Wärmeübertragung möglichst gesteigert werden soll.

In neuester Zeit (1888) hat man versucht, die in . der Heizkammer abgefangene Luft durch Heizapparate zu erwärmen, welche mit Dampf gespeist werden, doch erliegen über das Ergebniss der Bestrebungen in dieser Richtung noch nicht genügende Erfahrungen.

fl Roll. Encyklopädie des Eisenbahnwesens, Wien 1890, Bd. I, pag. 372.

²) Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, Wien 1886, pag. 400.

Im Allgemeinen ist zu bemerken, dass es den Luftheiz-Systemen an geeigneten Vorrichtungen mangelt, welche den Luftzutritt reguliren würden, und fällt auch bei denselben der Uebelstand schwer in’s Gewicht, dass die Functionirung der Apparate von Seite des Zugspersonales nicht gut überwacht werden kann, da es an Vorrichtungen mangelt, welche in jedem Augenblicke anzeigen würden, ob der Verbrennungs-Process regelrecht vor sich geht, oder aber, ob eine Nachhilfe erforderlich ist.

Die Luftheizung hat die Feuergefährlichkeit mit der Ofenheizung gemein, obwohl nicht in einem so hohen Grade, ist theurer, sowohl in der Anlage, als auch während des Betriebes, und sind die Unterhaltungskosten grösser. Die Anbringung des Apparates erfordert eine höchst sorgfältige Umhüllung der heissen Rauchcanäle, sowie Verschalung des ganzen Apparates. Das Befestigen am Wagen ist zeitraubend und bedingt zuweilen bei nur geringer Reparatur die Abmontirung des ganzen Apparates. Der Apparat unterliegt einer grossen Abkühlung, indem er zu tief unter die Unterkante des Wagenkastens herabragt. Bei Schneegestöber hört daher der Apparat nicht selten auf zu functioniren und versagt bei Schneeverwehungen gänzlich.¹)

§. 171.

Berechnung einer Luftheizung.

Soll durch eine Luftheizung die geforderte Temperatur erzielt und im Innern des Wagens erhalten werden, so muss die Wärmequelle derselben so viel Wärme pro Stunde liefern, als zur Erhaltung der geforderten Tem-paratur nothwendig ist.

Für rohe Ueberschlagsrechnungen kann gelten, dass für einen jeden Cubik-Meter des zu beheizenden Wagenraumes die Heizfläche der Luftheizung y*₀m' zu betragen habe (pag. 580).²) Will man jedoch genauer sein, so muss man erwägen, dass nicht alle Wärme, welche der Ofen erzeugt, für Zwecke der Beheizung des Wagens verwerthet werden könne. Würde man alle Wärme, welche der Ofen erzeugt, ausnützen können, so braucht derselbe nicht mehr als 60 (111+n) Calorien pro Stunde zu liefern (Formel 196). Dies ist jedoch in der Praxis nicht der Fall. Man hat stets mit Wärmeverlusten zu rechnen. Wenn die Temperatur der abziehenden Gase 300° C. beträgt, so beziffert sich der Verlust an Wärme bei einer Verbrennung im dreifachen Luft-Volumen nach Paul") auf 32’8 Procent, also rund auf 33 Procent, d. h. er beträgt l/₃ der im Ofen erzeugten Wärme. Man wird sonach nur % der Wärme in Rechnung nehmen können, welche die im Ofen verbrennende Kohle producirt, oder mit anderen Worten, man wird nicht TU, aber % W Calorien in das Innere des Wagens schaffen müssen, wobei dann der volle Betrag an Wärme in Rechnung kommen wird, welchen 1 k& verbrennender Kohle liefert.

Zur Beheizung eines zureichend ventilirten Wagens bedarf es sonach nicht mehr 60(1 ll + n), sondern 90(1 1 1 + n) Calorien pro Stunde, sobald

') Hentschel. Die Dampf-Luftheizung, Wien 1887, pag. 4.

■) Roll. Encyklopädie des gesammten Eisenbahnwesens, Wien 1890, Bd. I, pag. 371. ³) Paul. Heiz- und Lüftungstechnik, Wien 1885, pag. 714.

n die Anzahl der Sitzplätze bezeichnet, welche sich in dem zu beheizenden Wagen befinden.

Mit der Lieferung dieses Quantums Wärme ist wohl die Aufgabe des Ofens, keineswegs aber jene der Luftheizung beendigt. Diese hat vielmehr die Aufgabe, die gelieferte Wärme in den Wagen zu schaffen, was dadurch geschieht, dass die im Ofen producirte Wärme der Luft in der Kammer mitgetheilt und die so erwärmte Luft in das Innere des Wagens gebracht wird, wo sie sich mit der dort vorhandenen mischt

Würden die Fang-Canäle der Luftheizung gerade so viel kalte Luft in die Kammer schaffen, als mit Rücksicht auf die Ventilation erforderlich ist, also I7m's pro Person und Stunde (pag. 570), so würde die im Ofen producirte Wärme wohl zureichen, um dieser Menge kalter Luft gerade jene Temperatur zu ertheilen, urelche man im Wagen haben will. In der Regel schaffen aber die Fang-Canäle nicht so viel kalte Luft in die Kammer, als die Ventilation fordert; die im Ofen producirte Wärme wird sich sonach auf eine kleinere Menge Luft vertheilen, wird diese daher stärker erhitzen, d. h. derselben eine grössere Temperatur verleihen, als jene ist, welche im Innenraume des Wagens herrscht. Die stärker erwärmte Luft wird sich in der Kammer mit der dort befindlichen derart mischen, dass die Mischungstemperatur die geforderte Grösse erhalten wird.

Es ist aber durchaus nicht gleichgiltig, was für eine Temperatur die in den Wagen tretende Luft besitzt, denn ist die aus der Heizkammer ein-tretende Luft zu heiss, so kann das in der Kammer sich bildende Luftgemisch leicht heisser werden, als es der Mensch vertragen kann, und dies muss natürlich unbedingt vermieden werden. Die Maximaltemperatur, welche die Luft in der gegen Wärmeverluste gehörig geschützten Heizkammer noch erhalten kann, dürfte wohl die Temperatur von 75° C. nicht übersteigen. Ist aber diese Maximaltemperatur einmal gewählt, so ist damit auch die Menge Luft gegeben, welche die Fang-Canäle in die Heizkammer pro Stunde zum Mindesten schaffen müssen, wenn die ganze Anlage zweckentsprechend sein soll.

Die Menge dieser durch die Fang-Canäle einer Luftheizung in die Heizkammer pro Stunde zu schaffenden Luft berechnet sich aber, wie folgt:

Um 1 m'f Luft von 0° C. um 1" C. zu erwärmen, bedarf es Vs Calorie Luft (§. 168); um diesen Cubikmeter Luft auf 75° C. zu bringen, sind sonach L X 75 = 25 Calorien erforderlich. Da der Ofen IV Calorien liefert, so kann mit diesem stündlich erzeugten Quantum Wärme eine

(I)

Menge von

viel Luft also muss der Heizkammer stündlich zufliessen, wenn die Heizanlage ihrem Zwecke entsprechen soll.

Bezeichnet man die durch die Fang-Canäle der Luftheizung stündlich zu schaffende Menge kalter Luft mit a, so ist:

Cubik-Meter kalter Luft auf 75° C. erwärmt werden. So

¹

)    Deny. Rationelle Heizung und Lüftung, Berlin 1886, pag. 7.

²

)    Annales d’hygiène, 1873.

³

)    Raport on the air of mines and confined places, 1864, pag. 13.

⁴

)    Deny. Die rationelle Heizung und Lüftung, Berlin 1886, pag. 9 und 22.

199)

U 25

was besagen will, dass die Fang-Canäle so viel Cubik-Meter kalte Luft der Heizkammer pro Stunde zuführen sollen, als die Zahl ist, welche man durch Division der durch den Ofen stündlich zu producirenden Calorien durch die Ziffer 25 erhält.

Setzt man in dieser Formel statt W den in §. 168 bereits gefundenen Werth W=6[(37 + n)A — 20.n], so erhält man:

a = V₄[(37 + n)A —20n] . . . . 200;

Cubik-Meter pro Stunde.

Eine Formel zur Berechnung der Luftmenge, welche die Fang-Canäle einer Luftheizung in die Heizkammer stündlich zu schaffen haben.

In dieser Formel bezeichnet:

a ...die Menge kalter Luft in Cubik-Metern, welche die Fang-Canäle eines zureichend ventilirten Wagens stündlich in die Heizkammer der Luftheizung mindestens schaffen müssen, wenn die Heizanlage einem nördlichen Klima entsprechen soll;

...Anzahl der Sitzplätze im Wagen;

...der Unterschied zwischen der Temperatur im Innenraume des Wagens und der Aussentemperatur.

Beispiel: Wie viele Cubik-Meter kalter Luft müssen die Fang-Canäle einer, an einem Wagen angebrachten Luftheizung pro Stunde in die Heizkammer treiben, wenn in dem mit 20 Personen besetzten Wagen bei einer Kälte von 10n eine Temperatur von -f- 10'¹ C. erhalten werden soll? Die Temperatur-Differenz beträgt hier: /f — [-(-10 — (—10)]=20°, n=20, nach Formel Nr. 200 erhält man a = 278 Cubik-Meter pro Stunde.

Schaffen die Fang-Canäle nicht so viel Luft in die Heizkammer, als die Formel 200 verlangt, so wird die zugeführte Luft zu stark erhitzt, und die Passagiere leiden an zu grosser Wärme. Schaffen sie mehr Luft in die Heizkammer, als die obige Menge beträgt, so schadet dies Nichts, so lange die beigeschaffte Menge 20X 17= 340m nicht übersteigt, denn in einem solchen Falle würde die im Ofen producirte Wärme nicht mehr zureichen, um die zuströmende Luftmasse auf 10" C. zu erwärmen.

Handelt es sich um die Erzeugung einer Temperaturs-Differenz von 30° C., so ist dem Obigen zufolge, sowie laut Gleichung 199:

£> | cm

cn !

tN3 ' O)

Ol o

CO

man hat sonach:

a — 2*4(111 -f n) . .

. . (201

eine Formel zur Berechnung der Luftmenge, welche die Fang-Canäle einer Luftheizung pro Wagen und Stunde in die Fleizkammer zu schaffen haben. In dieser Formel bezeichnet:

. . . die Anzahl der Sitzplätze im Wagen ;

. . . die Menge kalter Luft, in Cubik-Metern ausgedrückt, welche in' das Wagen-Innere stündlich zu schaffen ist.

Beispiel: Die Trommel einer ausgeführten Luftheizung System Thamm-Rothmüller verbrennt pro Stunde 1 Kilogramm Coaks und 1 Kilogramm Holzkohle. Die Fang-Canäle dieser Heizvorrichtung führen 130 Cubik-Meter kalter Luft der Heizkammer pro Stunde zu. Es fragt sich, ob diese Heizanlage zureicht, um einen mit 24 Passagieren besetzten Personenwagen derart zu beheizen, dass die Differenz zwischen der Temperatur im Wagen und jener der umgebenden Luft 30° beträgt?

Auflösung : Zur Beheizung eines ausreichend ventilirten Wagens ist unter den angegebenen Verhältnissen eine Wärmemenge von W — 60 (111 -4- 24) = 8100 Calorien pro Stunde erforderlich

(Gleichung 196i. Da 1 Kilogramm Coaks 7200 Calorien und 1 Kilogramm Holzkohle 8000 Calorien liefert, so beträgt die pro Stunde producirte Wärme (7200 -j- 8000) = 15.200 Calorien, ist also viel zu gross, als zur Beheizung des Wagens erforderlich ist. Da aber diese Wärmeproduction einmal vorhanden ist, so müssen die Fang-Canäle dieser Heizanlage mindestens : V25 X 15.200 =608 Cubik-Meter kalter Luft in die Heizkammer pro Stunde schaffen, falls die zuströmende Luftmasse nicht stärker als auf 70° C. erhitzt werden soll. Da aber die Fang-Canäle nur 130Cubik-Meter pro Stunde liefern, so sind dieselben der Anlage nicht gut angepasst.

Zum Schlüsse sei erwähnt, dass die Herstellungskosten der Luftheizung auf circa 360 — 600 Gulden für einen Wagen zu stehen kommen.¹)

§• 172.

Presskohle-Heizung.

Um dem Uebelstande zu begegnen, welcher darin besteht, dass zur Heizung der Personenwagen Vorrichtungen verwendet werden, in welchen ein mehr oder minder offenes Feuer brennt, führte man eine Beheizung ein, welche keiner Flamme bedarf und selbst dann thätig ist, wenn keine Luft-Circulation besteht.

Das Princip dieser Beheizungsmethode besteht in der Benützung des Erfahrungssatzes, dass Holzkohle mit einem Sauerstoff abgebenden Stoffe gemischt, selbst in Räumen, wo keine Luft-Circulation herrscht, langsam fortglimmt, sobald nur für den Abfluss der gasförmigen Verbrennungs-producte gesorgt wird.

Die Chemiker Philipp in Köln und Kynast in Berlin haben solcher Kohle, die den zur Verbrennung nöthigen Sauerstoff gleich bei sich führt, die Form kleiner Ziegeln gegeben, und man hat derlei gepresste Kohlenziegeln, welche nicht mit Flammen brennen, sondern nur glosen, also ähnlich einer Cigarre glimmen, den Namen Presshohle oder auch Briquet gegeben. Man hat die Briquets (ein Gemisch von Holzkohle und Salpeter oder chlorsaures Kali) unter den Sitzen der Personenwagen oder unter dem Fussboden in Kästen eingelegt, welche gegen das Coupé vollkommen abgeschlossen sind und nur nach hinten aus dem Wagen hervorragen, woselbst sie mit Oeffnungen versehen sind. Der Abschluss der Heizkästen gegen die Coupés ist unerlässlich, weil bei Verbrennung der Presskohle Kohlenoxydgas entsteht, welches, wenn es in das Innere des Wagens Zutritt hätte, Erstickungsfälle der Reisenden herbeiführen könnte. In diesen Kästen befinden sich der Länge nach kleine Roste, auf welche die Briquets in Drahtgittern mit weiten Maschen eingeschoben werden. Das Einbringen der Presskohle erfolgt von Seite des Wagens her, wenn die Heizkästen sich unter den Sitzen befinden, wie z. B. in Deutschland, durch hiezu in der Wagenwand angebrachte Thüren. Wenn sie aber unter dem Fussbrette liegen (Holland, Belgien), durch die Wagenthüre selbst, und zwar in beiden Fällen ohne Belästigung der Reisenden. Im letzteren Falle erfolgt die Zu- und Abführung der Verbrennungsluft in ähnlicher Weise, wie dies bei den früher gedachten Kästen der Fall gewesen. Die Verbrennungsluft tritt an der Längenseite des Wagens durch den Boden und die Thiire zum Heizrohre ein, während die Heizgase durch die Wagenmitte austreten. Die Fussbodenbretter sind

*) Roll. Encyklopädie des gesammten Eisenbahnwesens, Wien 1890, Bd. I, pag. 373.

über und unter den Heizkästen durch eiserne Platten ersetzt. Auf die obere Platte, welche sich im Inneren des Coupés befindet, wird während der Heizperiode ein Rost aus eisernen, vertical stehenden Flachstäben gelegt, der mit einer Cocosmatte überdeckt ist.

Der Effect der Heizung wird in Gegenden von milderem Klima als günstig bezeichnet, und man erachtet es als einen besonderen Vortheil der Presskohlebehälter gegenüber der Heizkästen (Berghaus-Kästen genannt) unter den Sitzen; dass sie räumlicher sind, sowie dass deren Wärme den Reisenden angenehmer und zuträglicher sein soll, endlich, dass die Gefahr des Ansengens der Sitze ausgeschlossen ist.¹)

und eine Dicke von 45

mm

mm

Die Briquets werden an Gasbrennern angezündet, welche eigens zu diesem Zwecke eingerichtet sind. Die Briquets haben gewöhnlich eine Länge von 105mm, eine Breite von 145 Ein solcher Ziegel wiegt circa J/*kg und liefert Wärme durch circa 10 Stunden. Dass diese Wärme nicht sehr gross ist, kann man sich wohl denken, wenn man erwägt, dass lkg Kohle, zu Kohlenoxydgas verbrannt, nur 2403 Ca-lorien liefert, ein Briquet daher V2 X 2403 — 1200 Calorien, pro Stunde also nur 7n> X 1200 = 120 Calorien wird liefern können. Da aber zur Beheizung eines mit 40 Personen besetzten, zureichend ventilirten Wagens nach Formel 196 circa;

60(1 1 1 +40)= 9060

Calorien Wärme pro Stunde erforderlich sind, so würde man zur Beheizung eines Wagens

= 75 Kohlenziegeln benöthigen, also unter einen jeden

9060

120

Sitz 2 Briquets schieben müssen, und dies Alles unter der Voraussetzung, dass die ganze Wärme, welche ein Kohlenziegel liefert, für Zwecke der Heizung verwendet würde, dass also keinerlei Wärmeverluste stattfänden.

Die Briquet-Heizung ist in Deutschland ziemlich verbreitet, in Oesterreich weniger, wie dies beispielsweise aus der Thatsache zu entnehmen ist, dass von den 22 Bahnen in Oesterreich nur eine, nämlich die Nordwestbahn, diese Heizungsmethode allgemein eingeführt hatte, indem sie von ihren 563 Personenwagen, welche sie Ende 1887 besass, 379 Stück für Briquet-Heizung einrichten liess.

Es darf nicht unerwähnt bleiben, dass die Briquet-Heizung feuergefährlich ist, dass sie verdorbene Luft erzeugt, dass sie eines besonderen Brennmateriales bedarf, welches gewisse Vorsichtsmassregeln für seine Aufbewahrung (wegen Hygroskopie) und umständliche Vorbereitungen zu seiner Verwendung fordert. Auch darf nicht unerwähnt bleiben, dass die Presskohlenheizung im Betriebe wohl die theuerste unter allen hauptsächlich angewendeten Heizungsarten ist.') Die Einrichtung eines Wagens beläuft sich nämlich pro Wärmekasten auf circa 60 Gulden, und kommt 1 Heizstunde auf 10 Kreuzer pro Wagen zu stehen.:!)

9 Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1886, pag. 91.

'-) Glascr’s Annalen für Gewerbe- und Bauwesen, Berlin 1889, Heft 280, pag. 69. — Jahrgang 1887, Heft 237, pag. 165.

³) Encyklopädie des gesammten Eisenbahnwesens, Wien 1890, Bd. I, pag. 368 und 381.

§• 173.

Gluthpfannen-Heizung.

Man hat der Heizung mit Briquets den Vorwurf gemacht, dass sie giftiges Kohlenoxydgas entwickelt, welches trotz Absperrung der Blechkästen in das Innere des Wagens gelangen kann. In der Absicht, diesem Uebelstande zu begegnen, construire man Gluthpfannen (von etwas grösseren Dimensionen) in denen statt Holzkohle (die bei langsamer Verbrennung Kohlenoxydgas entwickelt) ein Gemisch von Holzkohle und salpetersaurem Kali verbrannt wird, das so zusammengestellt ist, dass es kein Kohlenoxyd, sondern fast nur reine Kohlensäure bei der Verbrennung entwickelt. Die Kohlensäure, weil specifisch schwerer, sinkt zu Boden und kann sonach in das Innere des Wagens nicht gelangen.

Da aber hiebei immerhin eine Gasentwicklung stattfindet, welche man gerne vermeiden wollte, so kam man auf die Idee, die Gluthpfannen statt mit Körpern zu füllen, welche, weil sie brennen (wenn auch ohne Flamme) stets neue Wärme erzeugen, die Füllung der Pfannen mit Körpern zu versuchen, welche nicht brennen, trotzdem aber einen Vorrath von Wärme besitzen, welchen sie abgeben können, d. h. man versuchte die Wagen nicht durch jene Wärme zu heizen, welche durch Verbrennung entsteht, sondern durch jene Wärme, welche glühende Körper abgeben, wenn sie sich abkühlen.

Zu diesem Zwecke schob man unter die Sitze der Reisenden glühende Ziegelsteine und kam später auf Sand. Diesem kann man zwar eine recht hohe Temperatur geben, doch ist leider das Strahlungsvermögen des Sandes so bedeutend, dass die Sandkasten sehr bald abkühlen. Ausserdem ist die Beurtheilung der Temperatur des Sandes schwierig; sie erhitzen, wenn zu sehr vorgewärmt, ihre hölzerne Umgebung, wodurch die Hitze anfangs unleidlich wird, und später unangenehme Gerüche zum Vorschein kommen. Auch ist die Manipulation, wegen der hohen Temperatur des Sandes, sowie der NothWendigkeit des Umschaufelns desselben, umständlich, so dass diese Heizungsmethode bereits gänzlich aufgelassen wurde.

Später versuchte man die Gluthpfannen statt durch Einlegen von glühenden Körpern durch Stearin- oder Gasflammen zu erhitzen, welche Flammen in das Innere der Gluthpfanne gestellt werden.

Chaumontl) stellte derlei Gluthpfannen aus zwei Holzbacken her, welche oben und unten durch Eisenbleche von 2mm Dicke verbunden sind, so dass eigentlich nur die Deckplatte erwärmt wird. Im Innern einer so hergestellten Gluthpfanne sind auf einer Lamelle, welche von der Seite eingeschoben werden kann, zwei mit Stearin angefüllte Näpfe aufgestellt, welche mit einem centralen Dochte versehen sind und angezündet werden. Die Flamme gelangt jedoch nicht direct zur Deckplatte, sondern wird von zwei Schutzblechen aufgefangen, welche die erhitzte Luft so vertheilen, dass die Wärmeplatte der Gluthpfanne auf die gleichmässige Temperatur von 70° C. gebracht werden kann. Die erwärmte Luft entweicht an den beiden Seitenflächen in das Innere des Wagens.

Später verfertigte Chaumont Gluthpfannen aus galvanisirtem Eisen, zu welchem zwei Rohre die Verbrennungsproducte zweier brennender Gas-

]) Revue universelle, 1876, pag. 337.

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flammen führten. An den beiden Enden dieser Gluthpfanne sind Kammern, welche von Aussen zugänglich sind und die Brenner enthalten. Die Verbrennungsgase circuliren in den Röhren der Gluthpfanne und entweichen ins Freie durch zwei Rohre, welche in die Seitenwände eingelassen sind.

Das geringe Luft-Volumen einer Gluthpfanne kann vermöge zweier Gasflammen, welche mit gewöhnlichem Leuchtgas gespeist werden, von denen jede 32 Liter Gas pro Stunde consumirt, in 15 Minuten auf eine Temperatur von 75° C. gebracht werden.

§. 174.

Heizung der Wagen mittelst Wärmeflaschen.

Von den Gluthpfannen ist zur Heizung mit Gefässen, welche mit heissem Wasser gefüllt, in das Innere des Wagens gestellt werden, um daselbst die Luft auf Kosten ihrer eigenen Wärme zu erwärmen — nur ein Schritt.

Man verfertigt derlei Gefässe aus Metall (gewöhnlich aus Kupfer oder Zink), und gibt ihnen eine prismatische oder cylindrische Form. Die Länge derlei Gefässe, welche man Wärmeflaschen nannte, beträgt in der Regel D5m bei einem Querschnitte von 7—10cm', so dass die OberflächeV₂m" beträgt, die Wärmeflasche 15 Liter Wasser fasst und, wenn leer, 10k& wiegt.

Man pflegt die Wärmeflaschen entweder in den Boden der Wagen-Coupés zu versenken oder aber, was häufiger der Fall, einfach in die Coupés hinein zu legen, wobei ein Coupé gewöhnlich mit zwei Wärmeflaschen betheilt wird.

Was die Füllung der Wärmeflaschen anbelangt, so pflegt man dieselbe auf zweierlei Weise zu bewerkstelligen. Man füllt nämlich die Flasche bis zu ³ii ihres Inhaltes mit kaltem oder bereits vorgewärmtem Wasser und leitet in dieses Dampf von der Locomotive oder einem besonderen hiezu bestimmten Kessel. Oder aber, man füllt die Flaschen ein für allemal voll mit Wasser, verschliesst dieselben wasserdicht und erwärmt sie durch Eintauchen in heisses Wasser, in welchem sie natürlich so lange belassen werden, bis sie die Temperatur des Bades angenommen haben.

Das Vorwärmen der Flaschen in der zuerst bezeichneten Weise ist umständlich und bei einiger Unbehilflichkeit des Manipulanten für diesen auch gefährlich, da er sich leicht die Finger verbrühen kann. Diese Methode wurde nunmehr fast überall aufgelassen, und verblieb sonach die Vorwärmung in besonderen Kesseln, welche mit heissem Wasser gefüllt, in den Stationen zur Zeit der Ankunft der Züge bereit gehalten werden müssen, in welchen die Auswechslung der abgekühlten gegen frische Flaschen zu erfolgen hat.

Auf den französischen Bahnen, woselbst die Beheizung der Eisenbahnen mit Wärmeflaschen sehr verbreitet ist und sich vorzüglich bewährt,¹) stellt man neben dem Kessel, in welchem stets heisses Wasser unterhalten wird, sogenannte Paternoster-Werke, wie sie bei Bauten zur Förderung von Ziegeln in die Höhe der Stockwerke üblich sind, von solcher Höhe auf,

ł) Regray. Le chauffage des voitures sur les chemins de fer, 1876.

dass 25 Wärmeflaschen gleichzeitig im Bade verbleiben, und bewegt sie so langsam, dass jede Flasche 5 Minuten lang im Bade verbleibt. Die Erfahrung lehrt, dass diese Zeit vollkommen genügt, um den Wärmeflaschen die gewünschte Temperatur von 60 — 70" C. zu geben.

In Holland hingegen werden die mit Wasser gefüllten Wärmeflaschen auf einen Transportwagen geladen und sammt diesem in einen horizontal angeordneten Kessel gefahren. Nachdem hierauf das vordere Kessel-Ende abgeschlossen, wird aus einem Dampfkessel Dampf von 5 Atmosphären unter Réduction auf 2 Atmosphären in diesen Kessel eingelassen, wodurch in etwa 10 Minuten die Wärmeflaschen erhitzt werden, wie dies am Sinker der Spannung, welche der am Wärmekessel angebrachte Manometer zeigt, zu erkennen ist. Der Transport der Wärmeflaschen auf den Perron erfolgt mittelst eines Handwagens (System Verloop, 188 1 ).¹)

Inwiefern aber die Beheizung der Wagen mit Wärmeflaschen dem Zwecke entspricht, möge aus der folgenden Darstellung entnommen werden. Da die Wärmeflaschen in Händen getragen werden, so geht es wohl nicht an, sie höher als auf 70° C. zu erwärmen, und kann eine Flasche nur so lange im Wagen verbleiben, bis sie sich auf jene Temperatur abgekühlt hat, welche man im Innern des Wagens haben will. Länger darf man sie im Wagen nicht belassen, weil sie von da ab keine Wärme an die Umgebung abgeben kann, ja im Gegentheile, sie würde der Umgebung Wärme entziehen. Nimmt man an, dass die Temperatur, welche im Innern des Wagens erhalten werden soll, 10° C. beträgt, so kann man für Zwecke der Beheizung bei einer Wärmeflasche nur (70— 10) = 60° Wärme ver-werthen. Kühlt sich die Wärmeflasche um 1 ⁰ C. ab, so hat jedes Kilogramm ihrer Füllung an die Umgebung gerade eine Calorie abgegeben; da aber diese Füllung 15k& beträgt, so entsteht durch eine Temperatur-Erniedrigung von 1⁰ C. bei jeder Wärmeflasche eine Wärme von 15 Calorien; da aber 60° C. verwerthbar sind, so liefert jede Wärmeflasche 15 X60= 900 Calorien.

Versuche, welche in der Werkstätte Stanislau (Station der Staatsbahn in Galizien) im Jahre 1882 angestellt wurden, haben gelehrt, dass eine 70° C. heisse kupferne Wärmeflasche bei einer Kälte von —10° C. schon nach 3 Stunden auf +10° C. sich abkühlt. Die Wärmeabgabe von 900 Calorien vertheilt sich sonach auf 3 Stunden, so dass die stündliche Wärme-

= 300 Calorien beträgt,

900

production einer Wärmeflasche im Durchschnitte ---------

3

also nur wenigemale grösser ist, als die Wärmeproduction des Menschen beim Athmungsprocesse. Drei Menschen liefern sonach durch den Athmungs-process beiläufig so viel Wärme, als eine Wärmeflasche.

Die Erfahrung, dass eine heisse Wärmeflasche von I5k& Inhalt binnen 3 Stunden von 70° auf 10" abkühlt, kann man dazu benützen, um die Wärmeproduction einer Wärmeflasche pro Quadrat-Meter ihrer Oberfläche abzuschätzen. Liefert nämlich ein Quadratmeter der Oberfläche der Wärmeflasche für jeden Grad der Temperaturs-Abnahme a Calorien, und dauert die Abkühlung durch n Stunden, so gab die Wärmeflasche während dieser Zeit für jeden Quadrat-Meter ihrer Oberfläche: an Calorien (pro 1° Tem-

') Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin, 1886, pag. 91.

38*

peratur-Abnahme) an die DTmgebung ab. Da deren Oberfläche a Quadrat-Meter beträgt, so liefert eine Wärmeflasche für jeden Grad Abkühlung a . a Calorien. Betrug der Fassungsraum der Wärmeflasche K Kilogramm Wasser, so konnte sie nur K Calorien pro Grad Abkühlung abgeben, da jeder Grad Temperatur-Abnahme 1 Calorie pro Kilogramm Wasser liefert. Es besteht sonach die Relation: naa = K, aus welcher:

. . (202

sich ergibt. Hier bezeichnet:

a . . die Anzahl Calorien, welche die Wärmeflasche pro Stunde und Quadratmeter ihrer Oberfläche für jeden Grad der Abkühlung liefert; K . . . das Gewicht des in der Wärmeflasche enthaltenen Wassers, in Kilogramm ;

11 . . die Anzahl der Stunden, während welcher die Wärmeflasche auskühlt ;

a ... die Oberfläche der Wärmeflasche in Quadrat-Metern.

Für eine Wärmeflasche von 15 Kilogramm Wassergehalt, deren Oberfläche \U Quadrat-

Meter beträgt, und die während 3 Stunden abkühlt, folgt « —

15

——g — 10, was besagt, dass jeder

Quadrat-Meter der Oberfläche einer solchen Wärmeflasche 10 Calorien pro Stunde und Grad Abkühlung liefert.

Da eine Wärmeflasche pro Stunde 300 Calorien liefert, zur Beheizung eines zureichend ventilirten Wagens, der mit 40 Personen besetzt ist, aber 60(1 1 1 + 40) = 9240 Calorien erforderlich sind (Formel 196), so bedarf

es zur Beheizung eines Wagens

31 Wärmeflaschen, während man

9240 300

deren gewöhnlich sechs verwendet und auch wohl kaum mehr einlegen kann. Hieraus ersieht man, wie äusserst ungenügend eine Beheizung mit Wärmeflaschen für Gegenden ist, welche ein kaltes Klima haben.

Dies behindert jedoch keineswegs, dass der Nutzeffect der Wärmeflaschen, d. h. das Verhältniss der verwertheten zu der für Erwärmung der Flasche verausgabten Wärme, recht gross ist, er beträgt nämlich, wie aus folgendem Calcul zu ersehen, 75 Percent.

Eine Wärmeflasche, welche beim Einlegen in den Wagen 70° C. haben soll, musste wenigstens auf 80" C. erhitzt worden sein. Man verausgabte also für jedes Kilogramm ihrer Füllung 80 Calorien. Da bei einer Flasche, welche von 70° auf 10" abkühlt, 60° nutzbar verwendet wurden, so beträgt die für Zwecke der Beheizung verausgabte Wärme 60 Calorien pro Kilogramm Wasserfüllung. Der Nutzeffect der Wärmeflaschen beträgt

CD CO

oder 75 Procent, wie oben angegeben.

Es muss bemerkt werden, dass die Wärmeflaschen nicht den Raum, sondern nur die Füsse der Reisenden erwärmen, wodurch vermöge der Blut-Circulation der übrige Körper erwärmt wird, dass die Manipulation mit ihnen schwierig und an bestimmte Localitäten geknüpft ist, sowie dass sie den Dienst am meisten versagen, wenn er am erwünschtesten wäre (Liegenbleiben der Züge im Schnee), und endlich, dass die Auswechslung der Flaschen die Reisenden incommodirt.

sonach

§• 175.

Heizung mit Schmelzwärme.

Würden wir in einem Klima leben, in welchem erst eine Temperatur von etwa — 30° C. uns das Gefühl von Kälte verursachen, eine Kälte von — 10° C. von uns aber noch als Wärme empfunden würde, so könnte das auf 70" C. erhitzte Wasser unserer Wärmeflaschen bis auf — 10" C. abkühlen, also gefrieren, ohne aufzuhören wärmespendend zu sein.

Die abgegebene Wärme würde in einem solchen Falle nicht mehr [(70 — (—10)] = 80 Calorien für jedes Kilogramm des in der Wärmeflasche eingeschlossenen Wassers betragen, sie würde grösser, nahezu doppelt so gross ausfallen. Dieselben Wärmeflaschen würden also unter solchen Verhältnissen weit bessere Wärmespender sein, als dies gegenwärtig der Fall ist, ohne dass sie desshalb stärker erwärmt werden müssten.

Die Sache verhält sich nämlich folgendermassen : Während der Abkühlung von 70° auf 0" C. würde jedes Kilogramm des in der Wärmeflasche eingeschlossenen Wassers eine Wärme von 70 Calorien liefern. In dem Augenblicke als die Temperatur auf Null sinkt, gefriert aber das Wasser, es wird zu Eis. In dem Momente als alles Wasser zu Eis geworden, ist jene Wärme, welche die Theilchen des Wassers so weit auseinander hielt, dass das Wasser flüssig war, nicht mehr nothwendig, da die Wasser-theilchen einander näher getreten sind, der Wärme, welche sie aus einander getrieben hat, daher nicht mehr bedürfen. Diese Wärme tritt also aus und kann als solche empfunden werden. Diese Wärme, welche den Namen Schmelzwärme erhielt (früher nannte man sie latente Wärme) beträgt aber, wie Erfahrung und das Gesetz von Person') lehren, pro Kilogramm frierenden Wassers, sehr nahe 80 Calorien (genau 79 'U Calorien). Diese 80 Calorien kommen also der Beheizung zu Gute. Die Wärme, welche man erhält, beträgt also (70 + 80)= 150 Calorien. Aber dies ist noch nicht der Gesammtbetrag, welchen man durch Abkühlung des Wassers erhalten wird. Das Eis hat nämlich erst die Temperatur Null, ist also für die Empfindung der Menschen, von denen vorausgesetzt wurde, dass sie in einer so grossen Kälte leben, noch ziemlich warm, da.sie ja erst bei einer Temperatur von —10" Kälte empfinden. Während des Abkühlens gibt 1 kg Eis nicht mehr eine ganze Calorie für jeden Grad der Temperatur-Erniedrigung, sondern nur 7 a Calorie nach Aussen ab, Weil eben die specifische Wärme des Eises nicht Eins wie beim Wasser, sondern nur 7* ist. Die Abkühlung des Eises von 0° auf—10" wird also l/z X 10 = 5 Calorien liefern. Der Gesammtbetrag an Wärme, welche für Zwecke der Beheizung des Wagens verwerthet wurde, beträgt sonach pro Kilogramm Füllung der Wärmeflasche 150 + 5 = 155 Calorien. Man erhält daher fast doppelt so viel Wärme, als man erhalten haben würde, wenn das Wasser seinen Aggregatzustand nicht geändert hätte. Die gelieferte Wärme von 155 Calorien pro Kilogramm Wärmeflaschenfüllung entsteht sonach durch:

70 Calorien

Abkühlung des Wassers von 70" auf Null Grad ....

80

Schmelzwärme des Eises....................

Abkühlung des Eises von Null Grad auf —10" C.. .

Summe. 155 Calorien

') Gostkowski. Teorya ruchu kolejowego, Lemberg 1883, Bd. II, pag. 199.

Wir leben zwar nicht unter den Eingangs angedeuteten Verhältnissen, können daher von der erwähnten Eigenschaft des Wassers für Zwecke der Beheizung der Wagen keinen Gebrauch machen; wir besitzen aber andere Stoffe, welche bei unseren Temperaturen ähnliche Eigenschaften zeigen, wie sie das Wasser bei sehr niedriger Temperatur hat. Diese Stoffe können daher zur Heizung der Eisenbahnwagen herangezogen werden, und müssten dem Gesagten zufolge mehr Wärme liefern, als heisses Wasser, welches sich abkühlt.

Der Salpeter z. B. ist ein solcher Körper. Derselbe schmilzt bei 310'’ C.; füllt man also eine Wärmeflasche mit Salpeter und erwärmt dieselbe auf 310° C., so wird man darin flüssigen Salpeter haben. Lässt man diese Flüssigkeit sich abkühlen, so wird man für jedes Kilogramm der um 1° C. kälter werdenden Flüssigkeitt */s Calorie erhalten. Die Abkühlung dieser Menge Flüssigkeit von 310° auf 0° gibt sonach Vs X 3 10 = 124 Calorien.. Die Schmelzwärme beträgt bei diesem Stoffe 63 Calorien. Jeder Grad Abkühlung des festen Salpeters liefert ³i₀ Calorien; die Abkühlung von 0'! auf 10 ⁰ gibt sonach ³ io X 10 = 3 Calorien, so dass also die Gesammtwärme, welche man pro Kilogramm der Füllung erhält, wenn sie von 310° auf + 10° C. sich abkühlt, 124+63 + 3= 190 Calorien beträgt.

Wir sehen also, dass, sobald die Wärmeflasche mit Salpeter statt mit Wasser gefüllt wird, jedes Kilogramm der Füllung 190 Calorien nach Aussen abgibt, während man nur 60 Calorien erhalten haben würde, wenn die Wärmeflasche mit 70° warmem Wasser gefüllt worden wäre.

Der Salpeter hat aber die grosse Unannehmlichkeit, dass er erst bei 310° schmilzt, dass also die mit Salpeterkrystallen gefüllte Wärmeflasche nothwendig auf diese Temperatur gebracht werden müsse, wenn man die Schmelzwärme verwenden, also einen Vortheil erzielen will. Dies ist aber eine viel zu hohe Temperatur, als dass derlei Wärmeflaschen in der Praxis verwendet werden könnten. Derlei Flaschen wären umständlich zu handhaben, müssten also beseitiget werden.

Würde man einen festen Körper finden, welcher eine hohe Schmelzwärme, aber eine niedrige Schmelztemperatur hätte, so würde ein solcher Körper gewiss für unsere Zwecke mit Vortheil verwendet werden können.

Ancelin') machte die Akademie der Wissenschaften in Paris auf einen Körper aufmerksam, welcher diese beiden Eigenschaften in eminentem Maasse besitzt, der also bei einer niedrigen Schmelztemperatur eine hohe Schmelzwärme hat, und dieser feste Körper ist das essigsaure Natron, welches die Zusammensetzung Na O . Ct H;1 0;J + 6 aq hat. Die Schmelztemperatur der Krystalle des essigsauren Natrons beträgt nämlich nur 60 ' (genauer 58⁻9°), während dessen Schmelzwärme 94 Calorien (genauer 94⁻1 Calorien) ausmacht.

Essigsaures Natron ist also noch vorteilhafter als Salpeter, dessen Schmelzwärme nur 63 Calorien beträgt. Die specifische Wärme des flüssigen essigsauren Natrons beträgt ³A, jene des festen Vs und kostet 1kg dieses Salzes nur 80 Kreuzer. Jedes Kilogramm des abkühlenden flüssigen Salzes liefert pro Grad Temperatur-Erniedrigung sonach ³ + Calorie, während ein Kilogramm abkühlenden festen Salzes Vs Calorie liefert.

ł) Revue industrielle 1881, pag. 347.

Wird sonach eine Wärmeflasche mit essigsaurem Natron gefüllt und auf 70° erwärmt, so wird dieses Salz schmelzen, da es ja schon bei 60° flüssig wird. Belässt man eine solche Wärmeflasche im Wagen, bis sie sich auf +10° C. abkühlt, so wird man die nachstehende Menge Wärme pro Kilogramm Füllung erhalten:

Abkühlung des flüssigen Salzes von 70° auf 60", also um 10J

7-5

liefert 10 X ³ * —............. ....................

94-0

Schmelzwärme ...    . .    ...............................

16-6

Abkühlung des festen Salzes von 60° auf 10 ', also um 50° liefert 50*X l/s =

Summe . . 118• 1

oder rund 1 18 Calorien, während ein Kilogramm gleich heissen Wassers nur 60 Calorien liefern würde.

Erwägt man, dass essigsaures Natron ein grösseres specifisches Gewicht hat als Wasser, dass es also bei demselben Gewichte einen kleineren Raum einnimmt, eine Wärmeflasche daher mehr von diesem Salze aufnehmen kann, so stellt sich der Vortheil der Füllung der Wärmeflaschen mit diesem Salze noch grösser heraus.

Eine Wärmeflasche, welche 15ks Wasser fasst, nimmt 20 ks essigsaures Natron auf. Eine mit diesem Salze gefüllte und auf 70'¹ vorgewärmte Flasche würde also bei ihrer Abkühlung auf 10u C. 1 18 X 20 — 2360 Calorien liefern, während eine gleich grosse, mit Wasser gefüllte Flasche nur 60 X 15 = 900 Calorien liefern würde. Die Natronflasche gibt also 2360

= 2⁻4mal mehr Wärme an ihre Umgebung ab, als eine gleich grosse

900 Wasserflasche.

Natürlich ist dieses Plus an Wärme, welches das essigsaure Natron liefert, nicht aus Nichts entstanden; es musste diesem Salze gelegentlich des Vorwärmens der Natronflaschen Wärme zugeführt worden sein.

Hieraus folgt aber keineswegs, dass das Bad, in welchem Natronflaschen vorgewärmt werden, desshalb lieisser sein müsse, als das Bad, welches zum Vorwärmen der Wasserflaschen dient. Beide Bäder können ganz gut die gleiche Temperatur haben. Da aber das Bad, in welchem Natronflaschen vorgewärmt werden, fasst doppelt so viel Wärme an die Wärmeflasche abzugeben hat, als das Bad, welches zum Vorwärmen der Wasserflaschen dient, so muss die Menge des zur Vorwärmung von Natronflaschen verwendeten Wassers doppelt so gross sein, als jene des Wassers, in welchem Wasserflaschen gebadet werden.

Verwendet man zum Vorwärmen der Flaschen siedend heisses. Wasser, also Wasser von 100" C., so erfordert eine mit Wasser gefüllte Flasche, da sie pro Kilogramm ihrer Füllung 60 Calorien abzugeben hat, mindestens

60

100

= 0⁻6ks Badeflüssigkeit pro Kilogramm ihrer Füllung, während eine

= 1 -2

Natronflasche mit Rücksicht darauf, dass sie 11 8 Calorien liefert,

118 100

Kilogramm, also zweimal so viel Badeflüssigkeit erfordert. Die Badegefässe bei Natronflaschen müssen sonach doppelt so gross sein, wie jene sind,

welche zur Vorwärmung von Wasserflaschen dienen, und dies ist ein grosser Nachtheil der Beheizung mit Natronflaschen.

Man könnte die Badegefässe allerdings verkleinern, wenn man statt Wasser Flüssigkeiten zum Vorwärmen verwenden würde, welche einen höheren Siedepunkt haben. Terpentin beispielsweise siedet bei 293° C., Leinöl bei 317° C. etc. Doch wären derlei Stoffe ob der Höhe ihres Siedepunktes und aus sonst anderen nahe liegenden Gründen nicht verwendbar.

Man verblieb daher beim Wasser, versuchte aber dessen Siedepunkt künstlich zu erhöhen, was bekanntlich durch Beimischung von Salzen geschehen kann. So erhöht beispielsweise ein Zusatz von 40 Procent Kochsalz den Siedepunkt des Wassers um 8° C, und dies ist das Maximum der Temperatur-Erhöhung, welche durch Zusatz von Kochsalz erzielbar ist. Man kann aber den Siedepunkt des Wassers selbst um 18 Procent erhöhen, wenn man demselben Chlorkalk Zumischen wollte, wobei freilich die Beimischung circa 68 -Procent des Wassergewichtes betragen müsste, ln einem solchen Falle würde man pro Kilogramm essigsauren Natrons

118

118

118

— 1 K'g Badeflüssigkeit

benöthigen. Billiger jedoch würde man den Zweck durch ein Dampfbad erreichen, in welchem Falle dann das System Verloop, welches in Holland gebräuchlich ist (§. 174) zur Anwendung kommen müsste.

Ancellin’s Wärmflaschen fanden im gemässigten Klima, wie Südfrankreich und Spanien zahlreiche Anwendung; für ein nördliches Klima reichen sie jedoch ebenso wenig zu, wie die gewöhnlichen Wärmeflaschen, da sie beiweitem nicht so viel Wärme liefern können, als zur Beheizung eines zureichend ventilirten Eisenbahnwagens in unseren Gegenden erforderlich ist (§. 168).

Dem Bestreben, Badeflüssigkeiten zu vermeiden, verdankt die auf einigen amerikanischen Localbahnen eingeführte Construction von Gold¹) ihre Entstehung. Bei dieser bestehen die Heizkörper aus zwei ineinander liegenden geschlossenen Röhren von 100, beziehungsweise 88 Durchmesser, von denen die engere fast ganz mit einer Salzlösung gefüllt ist. Die letztere wird auf den Stationen durch Dampf, welcher einem stationären    Kessel entnommen    und in    den Hohlraum zwischen    beiden

Röhren eingeführt wird, geheizt, was bei den Zügen auf der Hobokener Stadtbahn angeblich einen Zeitraum von nur 3 Minuten beansprucht, und soll die in der Salzlösung aufgespeicherte Wärme zur ausreichenden Heizung von Wagen für einen Zeitraum von 2 Stunden genügen.

Zum    Schlüsse sei noch    erwähnt,    dass es an Vorschlägen    nicht

gefehlt hat,    die Wärme, welche    die Natronflasche durch Abkühlung    verliert,

derselben nach Maassgabe des    Erkaltens    wieder zu ersetzen, d.    h. die

Flasche stets auf derselben Temperatur zu erhalten. Tomasi') glaubte zu diesem Zwecke die Elektricität heranziehen zu können; er setzte in das Innere der Wärmeflasche eine Metallspirale, welche durch einen elektrischen Strom erhitzt, ihre Wärme dem sie umgebenden Füllsatze mittheilen kann

nicht mehr

100

= 1'2, sondern nur

100 + 18 118

mm

innerem

‘) Glaser. Annalen für Gewerbe und Bauwesen 1889, Heft 281, pag. 92. Dingler. — Polj'-technisches Journal, 1883, Bd. 247, pag. 183.

-) Annales industrielles, 1885, Bd. 1, pag. 194. — Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung 1887,

pag. 193.

Um zu beurtheilen, inwieferne dieser Vorschlag annehmbar sei, muss erwogen werden, dass 1kg geschmolzenes essigsaures Natron während der ganzen Dauer seiner Abkühlung 94 Calorien abgibt. Veranschlagt man die Abkühlungsdauer auf 3 Stunden, so liefert 1kg Füllungssalz 31 Calorien pro Stunde. Eine Wärmeflasche enthält 20k» essigsaures Natron, liefert sonach pro Stunde 20 X 31 = 620 Calorien. Wird ein Wagen mit 10 Wärmeflaschen beschickt, so beträgt der stündliche Wärmeverlust 6200 Calorien.

Dieser Verlust an Wärme soll nun durch Elektricität ersetzt werden. Da eine Calorie 430 Meter-Kilogramm repräsentirt, so beträgt die pro Secunde

zu liefernde mechanische Arbeit

6200 X 430

= 724 Meter-Kilogramm.

60 X 60

Erwägt man, dass bei Uebertragung der mechanischen Arbeit vom Motor auf die Dynamomaschine ein Verlust von 20 Procent und bei Umwandlung des elektrischen Stromes der Dynamomaschine in Wärme ein ebenso grosser Verlust entsteht, dass also der Nutzeffect der elektrischen Anlage 0⁻8x 0 8 = 0‘64 oder 64 Procent beträgt, so ist ersichtlich, dass der Motor eine Arbeit von 724

1131 Meter-Kilogramm, also eine Arbeit von 15 Pferdekräften wird

0-64

leisten müssen, um die Natronflaschen eines Wagens auf einer constanten Temperatur zu erhalten, d. h. um einen Wagen ganz und gar ungenügend zu beheizen. Besteht der Zug aus 20 Wagen, so müsste die Locomotive für Zwecke der Zugsheizung eine, Arbeit von 300 Pferdekräften, also ihre ganze Energie abgeben. Zur Führung des Zuges würde sonach nichts verbleiben.

§. 176.

Die Warmwasserheizung.

Es wurde gezeigt, dass das Vorwärmen der Wärmeflaschen, seien sie nun mit Wasser oder mit anderen Stoffen gefüllt, stets umständlich ist. Man hatte daher versucht, Einrichtungen zu treffen, durch welche die Herausnahme der Wärmeflaschen entfallen könnte.

Der nächstliegende Gedanke wäre wohl der, alle Wärmeflaschen eines Zuges durch ein Röhrensystem derart mit einander zu verbinden, dass die Füllung derselben von einem einzigen Gefässe aus, in welches man während des Zugsaufenthaltes heisses Wasser giesst, erfolgen könnte. Hiedurch würde man das umständliche Auswechseln der Wärmeflaschen ersparen. An Stelle dieser Manipulation würde dann die etwas einfachere treten, nämlich das Zutragen des in der Station vorgewärmten Wassers zu dem Behälter, von welchem aus die Füllung der Wärmflaschen sich vollzieht.

Die österr. Staatseisenbahn-Gesellschaft war die erste gewesen, welche ihre Salonwagen in dieser Weise erwärmt hatte (1869) und die damalige Westbahn dehnte diese Beheizungs-Methode auch auf die Personenwagen aus. Die Rheinische Eisenbahn ging um einen Schritt weiter. Sie stellte nämlich, um das Zutragen des heissen Wassers zu ersparen, in jeden zu beheizenden Wagen einen besonderen, mit einer entsprechenden Feuerung versehenen Kessel ein und füllte die Flaschen während der Fahrt des Zuges aus diesem Kessel.

Bei einer derartigen Manipulation musste das in den Wärmeflaschen kalt gewordene Wasser entfernt und frisches Wasser zu dem Kessel, in welchem es vorgewärmt wurde, zugetragen werden. Es entfiel also der Transport des heissen Wassers.

Belleroche¹) ersparte selbst die Zufuhr des kalten Wassers, indem er die Wärmeflaschen, welche miteinander communicirten, mit dem Tender verband und unter ihnen ein gelindes Feuer unterhielt, welches die Circulation des Wassers ermöglichte. Die vorgenommenen Versuche ergaben, dass bei einer Temperatur des Heizwassers von 80° und einer mittleren Geschwindigkeit von 8'4m per Minute, die Wärmeflaschen auf einer Temperatur von 60'* erhalten werden konnten.

Freilich müssen dabei die Wasserrohren gegen das Einfrieren geschützt sein. Wo dies nicht thunlich, wird man mit dieser Heizung schlechte Erfahrungen machen, wie dies beispielsweise auf den Niederländischen Staatsbahnen der Fall war, welche, da sie die Wasserrohren nicht genügend schützen konnten, das System Belleroche verliessen und (1883) zur Briquet-heizung zurückkehrten. ')

Was den Effect des Heiz-Systems Belleroche anbelangt, so muss bemerkt werden, dass derselbe weniger von der Menge des circulirenden Wassers, als vielmehr von der Schnelligkeit der Circulation desselben abhängt.

Die Schnelligkeit der Circulation hängt aber wieder von der Differenz der Temperaturen ab, welche am Orte der Erwärmung der circulirenden Masse und dem Orte besteht, von welchem das Wasser seinen Rücklauf zur Erwärmungsstelle nimmt. Wird das Wasser an der Heizstelle auf 100" erwärmt, so gelangt es in das Innere des Wagens gewöhnlich mit einer Temperatur von 85", von wo es nach vollbrachtem Kreisläufe wieder mit 60° Temperatur abströmt. Die Temperatur-Differenz, welche nutzbar ver-werthet ist, beträgt sonach (85—60)= 25" C., und dies entspricht einer Schnelligkeit der Circulation von 4m pro Minute.

Die Ingenieure Weibel und Briquet kamen indess schon früher (1872) auf den Gedanken, die Wärmeflaschen ganz zu entfernen und das Wasser, welches zur Heizung eines Wagens zu dienen hat, ein für allemal in ein allseitig verschlossenes Röhren-System einzuschliessen. Statt aber das ganze Röhren-System sammt seinem Inhalte zu erwärmen, wurde nur die tiefste Stelle desselben durch ein Wasserbad erhitzt. Das an dieser Stelle erwärmte Wasser stieg, weil specifisch leichter, in die Höhe und verbreitete sich, im kälteren Wasser fortschreitend, insolange, bis es seine Wärme verlor und, kalt geworden, durch das nachdrängende warme Wasser gezwungen wurde, wieder an dieselbe Stelle zurückzukommen, von welcher es ausgegangen war.

Auf diese Art erzielte man in einem fixen, mit Wasser vollgefüllten Röhren-Systeme einen beständigen Kreislauf warmen Wassers. Der Theil des allseitig verschlossenen Röhren-Systems, welcher der directen Einwirkung des heissen Wassers ausgesetzt ist, hat eine Länge von 4 — 5m, während jener Theil desselben, welcher zur Erwärmung eines Wagens bestimmt ist und unter den Sitzen desselben verläuft, 60 — 70m lang ist.

Dieses gut durchdachte System der Beheizung der Eisenbahnwagen war zur Zeit der Wiener Ausstellung (1873) daselbst zu sehen gewesen, und ergaben die Versuche, welche mit dieser Heiz-Methode auf der Strecke Biel — Lausanne in den Jahren 1872 und 1873 durchgeführt wurden, dass zur Erhaltung der Circulation in einem 44',4m langen Röhren-Systeme von 5cm Durchmesser, lk& Coaks pro Stunde vollauf genüge.¹)

Die durch das circulirende Wasser gewärmte Oberfläche des Röhren-Systems muss natürlich pro Stunde so viel Wärme -an das Innere des Wagens abgeben, als dieser stündlich verliert.

Da der Wärmebedarf eines zureichend ventilirten, n Sitzplätze enthaltenden Eisenbahnwagens (Formel 196, §. 166) W = 60(lll+n) Calorien beträgt, so muss das im Röhren-Systeme eines Wagens kreisende Wasser W Calorien pro Stunde an die Luft des Wagens abgeben. Entspricht dieser unbekannten Oberfläche des Röhren-Systems der Querschnitt von a Quadrat-Metern, und circulirt das Wasser mit einer Geschwindigkeit von c Meter pro Secunde, so durchströmt diesen Querschnitt eine Wassermasse von a . c Cubikmeter in jeder Secunde, also eine Wassermenge von 3600 a . c Cubik-Meter pro Stunde.

Da aber ein Cubik-Meter warmes Wasser nahezu 1000k» wiegt, so beträgt das Gewicht jener Wassermasse, welche pro Stunde jeden Querschnitt des Röhren-Systems passirt: 1000 X 3600 X a . c = 36 . 104 a . c Kilogramm. Kommt dieses Wasser in den Wagen mit der Temperatur von ty Celsiusgraden und verlässt denselben mit einer Temperatur von i., Graden, so dass also der Temperatur-Unterschied (tt — t,) = t Grad beträgt, so führt die das Röhren-System durchströmende Wassermasse der Oberfläche desselben eine Wärme von 36.10°. a. c. t Calorien pro Stunde zu.

Diese Wärme hat also das Röhren-System an das Innere des Wagens stündlich abzugeben, da aber diese Wärme, wie Eingangs bemerkt, 60(111 + n) Calorien beträgt, so besteht die Gleichung 36.l0⁵.a c t = 60 (l 11 + n), aus welcher sich ergibt:

.    .    (203

111+ n

a-6.l0\c.t

In dieser Formel bezeichnet: ■

a ...den Querschnitt des Heizrohr-Systemes eines Wagens, in Quadrat-Metern ;

C ...die Geschwindigkeit der Wasser-Circulation im Rohr-Systeme, in Metern pro Secunde;

II ...die Anzahl der Sitzplätze im Wagen;

t; ...der Temperatur-Unterschied zwischen dem zu- und abströmenden Wasser.

Beispiel: Wie gross muss der Durchmesser eines Heizrohr-Systemes für einen mit 40 Personen besetzten und zureichend ventilirten Wagen sein, sobald das wärmende Wasser im Rohr-Systeme mit einer Geschwindigkeit von 4 Meter pro Minute circulirt und der Unterschied in den

4

Temperaturen des ankommenden und abgehenden Wassers 25" C. beträgt? Hier ist c = ^

n = 40, t = 25, und mit Hilfe dieser Werthe liefert die obige Formel a = 0-0015 Quadrat-Meter, woraus der Durchmesser des Heizrohr-Systems mit 5 Centimeter sich ergibt.

Nachdem der Querschnitt des Rohr-Systems bestimmt wurde, fragt es sich, welche Länge dasselbe erhalten müsse, wenn es zur Erwärmung eines Wagens zureichen soll. Diese Länge ergibt sich durch die folgende Ueberlegung:

Wenn man eine Röhre mit heissem Wasser füllt und dieselbe sodann in einen kalten Raum stellt, so wird sie in einer gewissen Zeit auskühlen. Aus der Zeit, welche die Röhre braucht, um zu erkalten, kann aber leicht die Menge jener Wärme berechnet werden, welche jeder Quadrat-Meter der Röhren-Oberfläche pro Stunde für einen Grad Temperatur-Differenz an den kalten Raum abgegeben hat.

Mit einer kupfernen Wärmeflasche wurde ein hier einschlagender Versuch gemacht (pag. 595) und wurde gefunden, dass eine solche 10 Calorien pro Quadrat-Meter ihrer Oberfläche pro 1° Temperatur-Differenz abgibt. Mit eisernen Warmwasser-Röhren wurden gleichfalls Versuche durchgeführt und man fand:¹)

Temperatur-Differenz in Graden (Celsius)

Transmission der Wärme in Calorien pro Quadrat-Meter Heizfläche

o o o o

^ io CO

9-91

10-39

10-84

12-96

In den folgenden Rechnungen soll jedoch der Sicherheit halber der Transmissions-Coefficient nur mit 8 Calorien pro Quadrat-Meter Heizfläche angenommen werden.²)

In dem Röhren-Systeme der Warmwasser-Heizungen kommt das Wasser mit einer mittleren Temperatur von 85 an; soll die Temperatur des Wagens auf 15° erhalten werden, so beträgt der Temperatur-Unterschied 70°. Jeder Quadrat-Meter Oberfläche des Röhrem- Systems wird also 8X70 = 560 Calorien pro Stunde an das Innere des Wagens abgeben

können. Da aber im Ganzen IV Calorien pro Stunde abgegeben werden müssen, um einen zureichend ventilirten Wagen zu beheizen, wobei (§. 168) w= 60(111+n), so muss die ganze Oberfläche des Röhren-Systems 60(111 + n)

Quadrat-Meter betragen.

560

Mit Rücksicht darauf, dass der Querschnitt dieses Röhren-Systemes a Quadrat-Meter beträgt, berechnet sich die Länge 1 des Röhren-Systems auf:

l = 0-03

111+11

.    .    (204

Current-Meter. In dieser Formel bezeichnet also:

I    ... die Länge des Röhren-Systems einer Warmwasserheizung in Meter,

welche pro Wagen entfällt;

a . . . den Querschnitt dieses Röhren-Systems, in Quadrat-Metern, welcher Querschnitt nach Formel 203 zu ermitteln ist;

II    . . . die Anzahl der Sitzplätze im Wagen.

') Paul. Heiz- und Lüftungstechnik, 1885, pag. 759. -) L. c. pag. 690.

Diesem zufolge wird also ein Röhren-System von 5 Centimeter Durchmesser eine Länge von 99 oder von rund 100 Meter pro Wagen erhalten müssen, sobald derselbe mit 40 Personen besetzt ist und gut geheizt werden soll. Es ergibt nämlich die Formel 204 für n = 40, a = 0-0015,

1 = 99 Meter. Bei dem Wagen, welcher zur Zeit der Wiener Ausstellung (1873) in derselben zu seheh war, betrug die Länge des Rohr-Systems, wie bereits gesagt, nur 44l/₂ Meter.

In neuester Zeit (1887) werden in England Versuche mit einer Wasserheizung, System Foulies¹) gemacht, bei welchem Systeme die zur Beleuchtung der Coupés dienenden Gasflammen benützt werden. Zu diesem Zwecke ist über jeder Flamme am Wagendache ein.kleiner Wasserkessel angebracht, von welchem zwei 6 Millimeter starke Röhren nach zwei unter den Sitzen angebrachten ringförmig gewundenen Heizschlangen von etwa 90 Millimeter inneren Durchmesser und 200 Millimeter Länge führen. Versuche sollen ergeben haben, dass die zur Beleuchtung dienende Gasflamme mit einem Gas-Verbrauche von nicht ganz 30 Liter Fettgas pro Stunde zur Heizung der Coupés vollkommen zureichen soll.

Was den Effect der Heizung nach System Foulies anbelangt, bei welchem die Wagen durch Gas beheizt werden, so ist zu erwägen, dass 1 Kilogramm gewöhnlichen Leuchtgases 11.800 Ca-lorien liefert (§. 34). Da das specifische Gewicht eines solchen Gases 0-55 beträgt, so wiegt 1 Cubik-Meter Leuchtgas 0-55 X 1*29 = 0'7 Kilogramm. Ein Cubik-Meter Leuchtgas liefert sonach 0-7 X 11.800=' 8260 Calorien, 1 Liter daher 8'26 Calorien. Da die Flamme im Eisenbahn-Coupé 30 Liter Gas pro Stunde verbrennt, so kann sie höchstens eine Wärme von 8-26.X 30 = 247-8 Calorien produciren. Nimmt man an, dass das Fettgas dreimal so viel Wärme liefert, als gewöhnliches Leuchtgas, so producirt eine Gaslampe des Wagens 247-8 X 3 — 743-4 Calorien. Zur Beheizung eines ausreichend ventilirten, mit 19Personen besetzten Wagens benöthigt man aber in unseren KlimatenßO (111 -j- 19) =

7800

= 10 Gasflammen

743-4

7800 Calorien, woraus folgt, dass zur Beheizung eines Wagens mindestens erforderlich sind.

Beim Gebrauche dieser Heiz-Vorrichtung müssen selbstverständlich die zur Beleuchtung dienenden Flammen gleichfalls brennen, und dies bewirkt, dass diese Heizungsart sehr theuer sein muss, da Fettgas theurer ist, als Steinkohle.

Die Warmwasser-Heizung erfordert eine grosse Sorgfalt in der Behandlung und ist insoferne unbequem, als Vorkehrungen gegen das Einfrieren des Wassers getroffen werden müssen.

Zu diesem Zwecke muss das Wasser unausgesetzt, also gleichviel, ob der Wagen lauft oder steht, in Bewegung erhalten werden, was aber wieder nur dadurch möglich ist, dass man eine beständige Feuerung am tiefsten Punkte des Röhrensystemes unterhält. Wird dem Wasser 40 Procent Glycerin zugesetzt, so friert es schwerer und genügt dann ein Verbrauch von Vakg Coaks pro Stunde, um eine langsame Circulation während jener Zeit zu unterhalten, während welcher der Wagen ausser Dienst steht.

Ein Warmwasser Beheizungssystem passt also nur da, wo eine fortdauernd gleichmässige Heizung Tag und Nacht zu bewirken ist. Der Vortheil verschwindet aber sofort, sobald man es mit einem intermittirenden Dienste zu thun hat, und zwar wegen der grossen Menge Wärme, welche man in diesen Apparaten aufspeichern muss, bevor sie zum Maximum ihrer Wirkung gelangen, und wegen der ebenso grossen Wärmemenge, welche der Apparat ohne nutzbare Verwendung behält, sobald das Heizen aufhört.

Diese Verhältnisse machen es erklärlich, dass diese Heizungsmethode in Europa fast keine Aufnahme fand, wie dies beispielsweise daraus zu ersehen ist, dass die österreichischen Eisenbahnen, von deren 7216 Personenwagen, wrelche sie Ende 1887 besassen, nur 3 Stück für diese Art Heizung eingerichtet hatten.

In Amerika fand jedoch diese Heizmethode sehr grosse Verbreitung, namentlich in den Vereinigten Staaten, woselbst sie unter dem Namen

G06

Bakerheater-Heizung bekannt ist, auch findet man sie häufig in Russland und Frankreich. Wegen der Unabhängigkeit dieser Beheizungsmethode von den Einrichtungen der Bahnen eignet sich die Warmwasserheizung für geschlossene Züge, welche die Gebiete vieler Bahnverwaltungen durchfahren, ganz vorzüglich, und wird sich voraussichtlich so lange behaupten, solange die Heizeinrichtungen der einzelnen Bahnen unter einander differiren werden.

Für Schlafwagen eignet sich desshalb diese Beheizung ganz gut, weil derlei Wagen Strecken passiren, welche fremden Bahnverwaltungen angehören, und die Wagen unausgesetzt im Dienste stehen. Vom Vortheile ist die Warmwasserheizung auch in Fällen, wenn die Maschine untauglich wird, und dies insbesondere jn Strecken, wo das Herbeischaffen der Hilfsmaschine eine längere Zeit in Anspruch nimmt.

Zum Schlüsse mag erwähnt werden, dass die Einrichtung eines Wagens für Warmwasserheizung auf 900— 1200 Gulden zu stehen kommt.¹)

§• 177.

Die Dampfheizung.

Bei der Warmwasserheizung liefert das sich abkühlende Wasser die zum Beheizen des Wagens erforderliche Wärme. Da das Wasser pro Kilogramm seines Gewichtes nur eine Calorie für jeden Grad der Temperatur-Erniedrigung abgeben kann, es aber über 100° C. nicht erhitzt werden darf, weil sonst der entstehende Dampf dessen Circulation stören würde, so muss das Röhrensystem, welches einen Wagen erwärmen soll, bei dem verhältnissmässig grossen Wärmebedarfe eines zureichend ventilirten Wagens (§    168) eine ziemlich grosse Länge haben.

Diesem Uebelstande könnte zwar dadurch begegnet werden, dass man statt Wasser, Flüssigkeiten anwenden würde, welche sich auf eine grössere Temperatur als Wasser erhitzen lassen. Doch hätte man dann den neuen Uebelstand, dass die Röhren zu heiss würden, wodurch Feuersgefahr entstehen könnte.

Hier gibt es nur einen Ausweg, und der ist, Flüssigkeiten durch das Rohrsystem zu führen, welche während des Durchganges durch dasselbe ihren Aggregatzustand ändern, weil dann in einem solchen Falle die Aggregatwärme (sogenannte latende Wärme) derselben, welche zumeist bedeutend ist, zur Verwerthung gelangen könnte. Der Wasserdampf besitzt nun die grösste Aggregatwärme; dieselbe beträgt (§. 54, Formel 76, pag. 201) pro Kilogramm Dampf von 1 Atmosphäre Spannung, 537 Calorien. Wenn also durch das Röhrensystem, welches den Wagen beheizen soll, Dampf von einer Atmosphäre Spannung durchgelassen wird, und man dem Dampfe Gelegenheit gibt, sich zu condensiren (zu Wasser zu verwandeln), so liefert jedes Kilogramm des Condensations-Wassers 537 Calorien Wärme und diese Eigenschaft des Dampfes, eine so bedeutende Wärme abgeben zu können, ohne übermässig heiss zu sein, macht dieses Agens für Zwecke der Beheizung der Eisenbahnwagen so überaus werthvoll, ich möchte sagen unschätzbar.

Ausserdem hat die Dampfheizung den nicht zu unterschätzenden Vortheil, dass die Heizkraft des Dampfes in allen Theilen eines langen Zuges annähernd gleich ist. Die dem Dampfe von /° Temperatur innewohnende Wärme beträgt nämlich (§. 54, Formel 77) 606-5 + 0'305 • t Calorien pro Kilogramm Wasser, ändert sich sonach nur wenig mit den Schwankungen der Temperatur des Dampfes, weil der Werth des von der Temperatur abhängigen Gliedes 0'305 t, im Verhältnisse zu dem constanten Gliede 606’5 sehr gering ist.

» 2-3

So wurde beispielsweise durch Versuche constatirt,¹) dass, wenn der Locomotive Dampf von 3 Atmosphären zur Heizung des Zuges entnommen wird, diese Spannung beim gten von der Maschine abstehenden Wagen sinkt auf 2⁻7 Atmosphären 10 »

» 1-8 » 0-7

15 »

20 »

Diesen Dampfspannungen entsprechen aber der Reihe nach die Temperaturen 127, 125, 116 und 90 Grad, und die diesen Temperaturen zugehörige Wärmemenge nach obiger Formel 645, 644, 642, 634 Calorien, so dass also die Unterschiede in der Wärme praktisch unbedeutend sind.

Um eine Dampfheizung einzurichten, braucht man nichts Anderes zu thun, als den Dampf längs des ganzen Zuges durch eine an ihrem zweiten Ende offene Röhre durchzuleiten und ihn am offenen Ende frei ausströmen zu lassen. In einem solchen Falle wird er sich während seines Laufes theilweise zu Wasser condensiren, seine grosse Aggregatwärme an die Umgebung abtreten, und nur der unverbrauchte Rest wird sammt dem Condensationswasser nach Aussen abfliessen.

Die Röhre mùss nothwendig offen sein, damit das Condensationswasser und der unverbrauchte Dampf abfliessen können. Beides ist aber unerlässlich. Das Condensationswasser muss abfliessen, weil es sonst im Winter leicht einfrieren und den Dampfzufluss behindern könnte; aber selbst wenn dies nicht der Fall wäre, so muss es schon aus dem Grunde entfernt werden, weil es sich in Dampf verwa-ndeln könnte, also wieder jene Wärme absorbiren würde, welche es soeben abgegeben hatte, so dass eine Beheizung unmöglich wäre. Der überschüssige Dampf muss aber abfliessen, weil er sonst die Röhren oder die Communications-Schläuche, welche die Röhrensysteme der einzelnen Wagen (Heizkörper genannt) mit einander verbinden, sprengen könnte.

Die ersten Versuche, die Eisenbahnwagen mit Dampf zu beheizen, reichen auf das Jahr 1858 zurück, in welchem Jahre sie durch den Ober-Maschinenmeister Samman auf der Oberschlesischen Eisenbahn gemacht wurden. Samman benützte für die Heizzwecke den aus dem Abblaserohre entweichenden, also bereits verbrauchten Dampf. Diese Versuche mussten jedoch wegen Unthunlichkeit solche Wagen auf andere Bahnen übergehen zu lassen, damals eingestellt werden.

Uebrigens hatte diese Methode der Dampfheizung den grossen Uebel-stand, dass die Beheizung nur wirksam war, wenn die Maschine arbeitete. Dies macht aber die Vorwärmung der Wagen vor der Abfahrt des Zuges unmöglich, und versagt diese Heizung gerade dann, wann sie gerade am meitsen erwünscht ist, wie z. B. wenn Züge im Schnee liegen bleiben.

Einige Jahre später wurden Versuche, Eisenbahnwagen mit Dampf zu beheizen, von der Berlin-Hamburger, Berlin-Potsdamer und der Cöln-Min-dener Bahn, jedoch mit der Abänderung wieder aufgenommen, dass man nicht mehr den Abdampf, sondern den Betriebsdampf der Locomotive verwendet hatte. Doch auch diesmal machte man schlechte Erfahrungen, weil die betreffenden Einrichtungen noch unvollkommen waren, was zur Folge hatte, dass die Röhren durch den mangelhaften Abfluss des Condensationswassers regelmässig einfroren.

Die ersten Einrichtungen der Dampfheizung,'welche thatsächlich gelangen, rühren von dem damaligen Ober-Maschinenmeister, gegenwärtig geheimer Regierungsrath, Herrn Graef her, welcher im Jahre 1865 e-ine ganz entsprechende Dampfheizung auf der preussischen Ostbahn eingerichtet hatte.¹)

Der Dampf zur Beheizung des Wagens wurde dem Kessel der Locomotive entnommen ; da jedoch ein solcher Dampf eine für Zwecke der Dampfheizung weitaus zu hohe Spannung besitzt, dessen Verwendung sonach den Röhren, namentlich aber den aus Kautschuk angefertigten Kupplungsschläuchen Gefahr bringen musste (diese müssten platzen), so ist es nothwendig, durch mechanische Vorrichtungen (durch die sogenannte Drosselung) die Dampfspannung beim Uebertritte aus dem Kessel in die Heizkörper auf ein entsprechendes Mass herabzudrücken. In der Regel drückt man die Anfangs-Dampfspannung auf 3 Atmosphären und noch tiefer herab.

Im Jahre 1887 haben bei den preussischen Staatseisenbahnen eingehende Berathungen über die Zweckmässigkeit der bisher zur Anwendung gebrachten Heizarten stattgefunden, und man ist auf Grund der gewonnenen Erfahrungen und in Berücksichtigung aller Verhältnisse zu der Ueberzeugung gelangt, dass die Dampfheizung als die beste anzuerkennen sei, und dass von einer Verbesserung der anderen Heiz-Einrichtungen eine gründliche Beseitigung der vielen aufgetretenen Uebelstände kaum zu erhoffen ist. Der Minister ’der öffentlichen Arbeiten hat sich diesem Gutachten angeschlossen und bestimmt, dass unter Beseitigung der vorhandenen Einrichtungen auf den Hauptbahnen allgemein zur Dampfheizung übergegangen werden solle, welche sich auf süddeutschen und anderen Bahnen seit langer Zeit bewährt hat und neuerdings auch auf den nordamerikanischen Bahnen zur Einführung gelangte.

Die Grösse der Oberfläche der Heizkörper, welche die Bestimmung haben, einen Wagen zu heizen, lässt sich unschwer ermitteln, sobald erwogen wird, dass der im Wagen untergebrachte Heizkörper bezüglich der inneren Wagenluft eine ähnliche Rolle spielt, wie die Wagenw^nd bezüglich der Aussenluft, denn die Luft im Innern des Wagens ist für den Heizkörper die Aussenluft.

Die Erfahrung') lehrt nun, dass der durch Dampf gespeiste Heizkörper für jeden Grad Temperatur-Differenz, also für jeden Grad des Temperatur-Unterschiedes zwischen Dampf und der Luft im Innern des Wagens 11 — 18, zumeist 12 Calorien pro Stunde an seine äussere Umgebung, d. i. an die Luft im Innern des Wagens abgibt. Da man ander-

ł) Weber. Zeitschrift des österreichischen Ingenieur- und Architekten-Vereines, Wien 1872. -) Paul. Heiz- und Lüftungstechnik, Wien 1885, pag. 746.

seits weiss, dass zur Beheizung eines gehörig ventilirten Eisenbahnwagens von n Sitzpläten stündlich 60(111 + n) Calorien erforderlich sind (§. 168), so lässt sich die zur Beheizung eines Wagens erforderliche Gesammtoberfläche der Heizkörper leicht ermitteln.

Hat nämlich der Dampf eine Temperatur von T Graden, und soll im Innern des Wagens eine Temperatur von t Graden unterhalten werden,

so beträgt die Temperatur-Differenz zwischen der inneren und äusseren Temperatur des Heizkörpers (T — t) Grade, daher die stündliche Wärme-production 12 (T — t) Calorien für jeden Quadrat-Meter der Heizfläche. Beträgt diese H Quadrat-Meter, so hat man stündlich eine Wärmeproduction von 12-H (T — t) Calorien, und diese muss gleich sein 60 (lll+n). Man hat sonach die Gleichung: 1 2 • H • (T — t) = 60 (11 1 + n), aus welcher sich ergibt:

-»■

lll + u

T-t

)• '

.    .    (205

eine Formel zur Berechnung der Heizfläche, welche für Zwecke der Beheizung eines Eisenbahnwagens erforderlich ist.

In dieser Formel bezeichnet sonach;

H . . . die Gesammtoberfläche der Heizkörper, welche in einem Wagen zu unterbringen sind;

HS

...die Anzahl der Sitzplätze im Wagen;

...die Temperatur des zur Heizung des Zuges verwendeten Dampfes, gemessen nach Celsius-Graden;

t ...die Temperatur, welche im Innern des Wagens erhalten werden soll, gemessen nach. Graden der Celsius-Scala.

Soll ein Wagen mit 40 Sitzplätzen durch Dampf von 2 Atmosphären Spannung derart geheizt werden, dass im Inneren des Wagens eine constante Temperatur von 10° C. erhalten werde, so hat man, da hier T — 120", t = 10°, n = 40 ist, nach Formel 205 für die Heizfläche des zu einer solchen Beheizung für jeden Wagen erforderlichen Heizkörper H = 6'4 Quadrat-Meter.

Für Ueberschlagsrechnungen kann man annehmen, dass zur Dampfheizung mindestens Vio Quadrat-Meter Heizfläche für einen Cubik-Meter des zu heizenden Luftraumes erforderlich ist.¹)

Den Durchmesser des Rohrsystemes kann man nach der Formel:')

¹

Dingler. Polytechnisches Journal, 1876, Bd. 222, Heft 2.

-) Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1886, pag. 91.

. . (206

(1 = 2

Tl57w a. m . c

berechnen, in welcher bezeichnet:

(1 ...den Durchmesser der Dampfrohrleitung, in Centimetern; a . . .die Verdampfungswärme des Wassers pro 1 kg Gewicht, gemessen in Calorien (Formel 80, pag. 202); m . . . das Gewicht eines Cubik-Meters Dampf, in Kilogramm;

C ...die Dampfgeschwindigkeit, in Metern pro Secunde;

VV . . . die Anzahl der stündlich zu liefernden Calorien.

Beispiel. Wie stark muss man die Zuleitungsrohre der Dampfheizung eines aus 12 Wagen bestehenden Zuges machen, wenn durch dieselben so viel Dampf durchströmen soll, als zur ausgiebigen Beheizung dieser Wagen erforderlich ist?

ł) Encyklopädie des gesammten Eisenbahnwesens, Wien 1889, Bd. 1, pag. 373. ²) Paul. Heiz- und Lüftungstechnik, Wien 1885, pag. 694.

39

Unter Voraussetzung, dass jeder Wagen mit 30 Personen besetzt ist und die bei Beheizung massgebende Temperatur-Differenz /f—30» beträgt, sowie dass Dampf von 2 Atmosphären Spannung in das Rohrsj’stem der Beheizuhgsanlage gelangt, hat man: a=41⁻82 +480-78 = 522-6, (päg. 203), m = 1 095, c = 20, w = 60 (111 -f-30)X 12 = 101520 Calorien, und für diese Werthe liefert Formel 206 für den Durchmesser der Dampfrohre d = 2 V 10 = 6 Centimeter.

Die Menge des Dampfes, welche zur Beheizung eines Eisenbahnwagens stündlich erforderlich ist, lässt sich sofort ermitteln, sobald man sich gegenwärtig hält, dass der in den Heizkörpern befindliche Dampf die Innenluft des Wagens dadurch heizt, dass er sich von seiner Temperatur, mit welcher er in den Heizkörper eintritt, auf 100° C. abkühlt, dass sodann dieser 100° heisse Dampf sich in ein ebenso heisses Wasser verwandelt und schliesslich, dass das 100° C. heisse Wasser sich auf die Temperatur abkühlt, welche man im Innern des zu beheizenden Wagens zu erhalten wünscht.

Die Wärme, welche während dieser drei Perioden entsteht, lässt sich unschwer ermitteln, da man ja weiss (§. 54), dass 1 Kilogramm Dampf von T Grade Temperatur (606-5 + 0-305 T) Calorien enthält, Dampf von 100° Temperatur sonach (606-5 + 0-305) X 100 = 637 Calorien liefert, man sonach [606-5 -f- 0-305 T — 637] Calorien für jedes Kilogramm Dampf erhält, dessen Temperatur von T auf 100° gesunken ist. Durch Verwandlung eines Dampfes von 100° in Wasser von 100a erhält man für jedes Kilogramm Dampf (637—100) = 537 Calorien. Durch Abkühlung des 100° heissen Wassers auf die Temperatur t, welche im Innern des Wagens erhalten werden soll (100 — t) Calorien.

Wird zur Beheizung des Wagens Dampf verwendet, dessen mittlere Spannung 2⁻5 Atmosphären beträgt, also Dampf von einer Temperatur 126‘73° C., und wünscht von 15° C. zu erhalten, so stellt sich die Rechnung für die Menge des hiezu erforderlichen Dampfes wie folgt:

Durch Abkühlung von 1 kS Dampf, dessen Temperatur 126-73° C. beträgt, auf 100" C. , erhält man

(126-73— 100). 0'305—......................

Durch Verwandlung von 1 Dampf von der Temperatur 100° in Wasser von gleicher Temperatur, erhält man.................................

Durch Abkühlung von 1 k& Wasser von der Tempe-peratur 100° auf 15° C., erhält man............

man

im Innern des Wagens eine Temperatur

8 Calorien

537

85

Summe . . 630 Calorien

Da man aber zur Beheizung des mit n Sitzplätzen versehenen Wagens in dessen Inneres stündlich 60(1 11 + n) Calorien schaffen muss, so beträgt

60(1 il+n)

630

der stündliche Dampfverbrauch: nähernd

Kilogramm, oder an

111 + 11

10

.    .    (207

Kilogramm.

In dieser Formel bezeichnet sonach:

I) . . . den stündlichen Dampfverbrauch für Zwecke der Beheizung eines gehörig ventilirten, für n Sitzplätze eingerichteten Eisenbahnwagens, gemessen in Kilogramm;

11 .    . die Anzahl der im Wagen vorhandenen Sitzplätze.

Begnügt man sich mit einer Schätzung des Dampfverbrauches, so kann angenommen werden,¹) dass für jeden Quadrat-Centimeter Oberfläche des verwendeten Heizkörpers l%kg Dampf verbraucht wird.

lll 4- 40

= 15

Für einen mit40 Sitzplätzen eingerichteten Wagen würde man sonach stündlich-—

Kilogramm Dampf verbrauchen. Die Heizfläche der Wärmekörper, welche zur Beheizung unserer Wohnungen dienen, wird viel kleiner sein können, weil in den Wohnungen die Wärmeverluste nicht so gross sind, als im Eisenbahnwagen.

Nach Pechau reicht ein Quadrat-Meter Rohrfläche zur Beheizung eines Zimmerraumes von 60—100 Cubik-Meter zu. Diesem zufolge erfordert ein Raum von 3 Meter Höhe, 7-8 Meter Länge

lOQ.KO

und 7-8 Meter Breite, also ein Raum von 182'52 Cubik-Meter eine Rohrfläche von —4= 3⁻04

Quadrat-Meter und die zur Heizung pro Stunde erforderliche Dampfmenge würde 3'04 X 1V₄ = ö'/ß Kilogramm Dampf, also etwa den dritten Theil jener Menge betragen, welche zur Beheizung eines hinreichend ventilirten, mit 40 Personen besetzten Wagens erforderlich ist.

Der relativ grosse Dampfverbrauch, welchen die Beheizung zureichend ventilirter Eisenbahnwagen erheischt, drängt den Gedanken auf, dass bei starken Zügen die Locomotive nicht genug Dampf haben werde, um ausser den zur Führung derlei Züge erforderlichen, noch Dampf für Zwecke der Beheizung der Wagen abgeben zu können.

Der Dampfkessel einer Locomotive producirt pro Quadrat-Meter seiner Heizfläche 36kg Dampf von 8 Atmosphären Spannung (§. 56), also einen Dampf, dessen Temperatur 170° C. (§. 54) beträgt, oder was dasselbe ist, eine Menge von

36

606-5 + 0-305X 170— 15

606-5 + 0-305 X 120— 15

-- 37

dessen Temperatur

Kilogramm Dampf von 2 Atmosphären Spannung, also nur 120° C. ausmacht. Beträgt nun die Heizfläche einer solchen Locomotive 125 Quadrat-Meter, so producirt dieselbe stündlich 125X 37 = 4625kg Dampf von 2 Atmosphären Spannung. Ein aus 16 zureichend ventilirten und ebenso beheizten Wagen bestehender Zug absorbirt aber für Zwecke der Beheizung 16X 15 = 240kg Dampf pro Stunde, woraus folgt, dass die Dampfabgabe für Zwecke der Beheizung des Zuges nur 240 X 100

4625

= 5 Procent der Gesammtproduction beträgt.

Durch genaue Vergleichung des- Kohlenverbrauches bei Zügen mit Dampfheizung und bei Zügen ohne eine solche, ist auf der Sächsischen Staatseisenbahn ermittelt worden, dass bei Beheizung der Eilzüge 8 Procent und bei Personenzügen und gemischten Zügen 11 Procent des Kohlenverbrauches auf die Dampfheizung entfallen.²)

Da die Locomotive pro Pferdekraft und Stunde 12'7kg Dampf con-sumirt (§. 72), so erfolgt die Beheizung des obgedachten Zuges durch 240

einen Energieaufwand von

= 19 Pferdekräften. Da 16 Wagen zu beheizen

12-7

waren, so erheischt die Beheizung eines Wagens einen Energieaufwand von

05 I CO

Pferdekräften.

J) Pechau. Leitfaden des Maschinenbaues, Reichenberg 1885, pag. 458.

*) Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1887, pag. 57, Jahrgang 1889, Heft 281, pag. 92.

39*

Wenngleich unter günstigeren Bedingungen der Dampfverbrauch für Zwecke der Beheizung des Zuges recht wohl auf die Hälfte des obigen Verbrauches, also auf circa % Pferdekraft pro Wagen sinken kann, so kann es sich doch treffen, dass in minder günstigen Fällen die Beheizung eines Wagens nur durch Aufwand von 1 ’A Pferdekraft zu erreichen sein wird, und dies könnte möglicherweise den Wunsch rege machen, den Beheizungsdampf statt der Locomotive einer anderen Quelle zu entnehmen.

In derlei Fällen bleibt nichts Anderes übrig, als einen Güterwagen mit einem besonderem Dampfkessel auszurüsten, welcher Kessel die Bestimmung hat, Dampf für Zwecke der Beheizung zu erzeugen.

Eine derartige Heizung findet man recht häufig auf russischen Eisenbahnen, und es ist zumeist das System Der schau, welches zur Anwendunggelangt. Diese Heizung entnimmt den Dampf aus einem kleinen stehenden Lachapele-Kessel, welcher in einem der zu beheizenden Personenwagen (oder in einem eigens hiefür eingerichteteten Dienstwagen) eingestellt ist und Dampf, je nach Grösse des Kessels für 1—4 und mehr Wagen liefert Der aus dem Kessel entnommene Dampf tritt in eine an der Wagendecke befindliche Rohrleitung, welche in der Deckenhöhe von Wagen zu Wagen gekuppelt wird. Von diesem Dampfleitungsrohre zweigen Rohre zu den nahe am Boden des Wagens längs der Seitenwände gelegten Heizrohren ab, welche zwei oder drei Gänge mit massigem Gefälle bilden. An der tiefsten Stelle sind diese Rohre mit einem unter dem Fussboden am Untergestelle des Wagens befindlichen Rohre verbunden, welches ebenfalls von Wagen zu Wagen gekuppelt wird. In diese untere Leitung ist an dem Wagen, in welchem sich der Kessel befindet, ein Condensationstopf eingeschaltet, in dem sich die Condensationswässer von sämmtlichen Rohrleitungen sammeln, und mittelst einer Pumpe wieder in den Kessel gedrückt werden, so dass ein ununterbrochener Kreislauf hergestellt wird.

Diese Heizung eignet sich besonders gut, sobald es sich um Beheizung gewisser Gruppen von Wagen handelt, sie ist auch recht gut für zusammenhängende Luxusgarnituren verwendbar. Der Kessel dieser Heizung hat eine Höhe von l'76m bei 0'55m lichtem Durchmesser, derselbe besitzt eine Heizfläche von L7 Quadratmeter und arbeitet mit einer Dampfspannung von 4 Atmosphären. Er fasst bei mittlerem Wasserstande 184 Liter Wasser und hat einen Dampfraum von 108 Cubik-Decimeter. Q

Für die Beheizung gewöhnlicher Züge ist diese Heizmethode, ihrer mannigfachen Uebelstände wegen, jetzt meist aufgegeben. Die Schwächen derselben bestehen hauptsächlich in der mit Vermehrung des Gewichtes verbundenen Beschränkung des nutzbaren Raumes durch den Dampf-Erzeuger, in der Feuergefährlichkeit und in den hohen Betriebskosten.')

§• 178.

Systeme der Dampfheizungen.

Die älteste und heute noch am meisten verbreitete Dampfheizung ist jene nach System Haag, welche zuerst (1869) auf den bayerischen Staatsbahnen eingeführt wurde. Nach diesem Systeme wird der Dampf

’) Schützenhofer. Encyklopädie des gesammten Eisenbahnwesens, Wien 1890, Bd. I, pag. 379. ²) Glaser’s Annalen für Gewerbe- und Bauwesen, Berlin 1889, Heft 281, pag. 91.

unterhalb der Wagen, längs des ganzen Zuges in Röhren geführt, welche von Wagen zu Wagen durch Kupplungs-Schläuche mit einander verbunden sind. In dieses Hauptrohr münden kurze Ansatzstücke, welche, die Böden der Wagen durchbrechend, zu den Heizkörpern führen, die unter den Sitzen der Wagen untergebracht sind. Die Heizkörper selbst sind schmiedeiserne Rohre von 70— 125mm äusserem Durchmesser, 0'9—l’8m lang, 3mm Wandstärke, werden auf Trägern befestigt und derart gelegt, dass die Dampfeinströmung am tiefsten Punkte erfolgt. Zur Abführung der Luft aus den Heizkörpern werden von der höchste Stelle derselben dünne Röhrchen zur Hauptleitung geführt oder mit Ventilen verschliessbare Luftleitungs-Röhrchen von circa 8mm lichter Weite unter die Wagen geleitet.¹) Die Einrichtung eines Wagens mit 3 Coupés kostet bei diesem Systeme, ohne die Warmkasten circa 160 Gulden, mit Wärmkasten in den Wagen circa 300 Gulden.

lichtem Durch-Diameter,

mm

mm

Diesem Heizsystem haftet der Mangel an, dass ihm jedwede Ventilation fehlt. Um diesem Uebelstande abzuhelfen, versuchte Ingenieur Lilliehöok~) die kalte Luft ausserhalb des Coupés zu erwärmen, und nachdem sie warm geworden, durch geeignete Canäle in das Innere der Abtheilung einzulassen, in welcher die Reisenden sitzen. Die Vorwärmung der kalten Luft geschieht in einem unter dem Wagenboden montirten Blechkasten, in welchen die Heizrohre münden. Bei den österreichischen Staatsbahnen münden in einen solchen Kasten 3 Rohre von 80 messer, bei der galizischen Carl Ludwigbahn 2 Rohre von 100 und sind an den Enden dieser Heizrohre Kopfstücke aus Gusseisen angebracht, welche den Zweck haben, die Heizrohre miteinander zu verbinden.

Dieser Heizung, welcher man den Namen schwedische Heizung gab, weil sie zuerst (1877) auf schwedischen Eisenbahnen eingeführt wurde, haftete ursprünglich der Mangel an, dass die im Kasten vorgewärmte Luft sich nicht gleichförmig in die einzelnen Coupés vertheilen wollte (pag. 585), man hat, um diesem Uebelstande zu begegnen, den Heizkasten durch Querwände in so viele Abtheilungen getheilt, als Coupés vorhanden sind, und führte von jeder dieser kleinen Heizkammern einen besonderen, mit Klappen versehenen Luftschlauch in das betreffende Coupé, ohne jedoch zufriedenstellende Erfolge erzielt zu haben. Die Einrichtung eines Wagens mit 3 Coupés nach diesem Systeme kommt auf circa 400 Gulden zu stehen.

Eine Abart dieses Systèmes bildet die Heizvorrichtung von Hentschel,³) welche (1886) bei der Wien-Aspang Bahn versuchsweise eingeführt wurde. Der Heizapparat dieses Beheizungssystemes ist unter dem Wagen so situirt, dass er über die Unterkante des Wagengestelles nicht herausragt, so dass er vor Abkühlung, Schneeverwehung etc. ziemlich geschützt ist. Der Dampf tritt in den Heizkörper durch ein daselbst angebrachtes Schlangenrohr ein, und gibt seine, sowie die Constitutionswärme (Aggregat-Wärme) an denselben ab.

Da die gleichmässige Erwärmung der Coupés eines und desselben Wagens trotz der Untertheilung des Heizkasten in besondere, jedem ein-

!) Schützenhofer. Encyklopädie des gesammten Eisenbahnwesens, Wien 1890, Bd. I, pag. 375.

²)    Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wiesbaden 1885, pag. 142. — Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1889, Heft Nr. 281, pag. 93.

³)    Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, Wien 1886, pag. 492. — Hentschel. Die Dampfluftheizung, Wien 1887, pag. 7.

zelnen Coupé zugehörige Räume Schwierigkeiten bereitete, verfiel Ingenieur Klose¹) auf den Gedanken, den gemeinsamen Heizkasten ganz zu umgehen, dafür aber unter einem jeden Sitze kleine Heizkasten einzusetzen, in welchen die Heizkörper sich befinden. Bei diesem in der Schweiz und der Bosna-bahn in Verwendung stehenden Heizsystem steht die durchlaufende Hauptleitung nicht in directer Verbindung mit den Heizkörpern, sondern es geht von derselben in der Mitte des Wagens eine Zweigleitung aus, welche am Untergestelle des Wagens befestigt und nach der ganzen Länge desselben gelegt ist. Die Kupplung ist nicht aus Gummischläuchen, sondern aus Eisenrohren hergestellt, welche mit Universalgelenken versehen und gegen Wärmeverluste durch eine Hanfschnurbewickelung geschützt sind. Diese Kupplung dürfte jedoch ob ihres bedeutenden Gewichtes (circa 48kg) und bedeutender Herstellungskosten (68 fl.) eine allgemeine Verbreitung kaum finden.

Als Vortheil dieses Systèmes ist der bedeutende Heizwerth des Heizrohres zu bezeichnen, welchen Heizwerth zu erhöhen, die Firma Körting durch Einführung von Heizcylindern mit aufgestellten schmiedeisernen Flanschen, sogenannten Rippenheizkörpern bestrebt ist, ob jedoch der beabsichtigte Zweck dieser Dampfheizung von Storkenfeld, welche in Oesterreich unter dem Namen Körting-Heizung bekannt ist, gelang, ist noch fraglich, da der Heizeffect gerippter Flächen gegenüber den glatten Blechröhren pro Flächen-Einheit wesentlich geringer ist.

Auch wird als schwerwiegender Nachtheil dieser Heizungsmethode der Umstand angeführt, dass der Querschnitt der Oeffnungen, durch welche die kalte Luft eintritt, stets dieselbe Grösse behält, was zur Folge hat, dass sowohl bei grosser als geringer Kälte stets dieselbe Luftmenge in das Coupé gelangt, die Heizung sonach bei grosser Kälte weniger Effect haben muss/)

Das Bestreben in dieser Richtung Abhilfe zu schaffen, also eine Wärmeregulirung zu ermöglichen, führte auf die Einrichtung der königl. Eisenbahn - Direction Bromberg³) mit Windfängern, welche die Eintrittsöffnung der kalten Luft mehr oder weniger verschliessen, und einem zwischen zwei Drahtsieben eingelegten Filter aus Watta. Sind die Regulirklappen geöffnet, so soll durch den Windfang, durch das Filter und das Vertheilungsrohr frische Aussenluft in die Heizkammer gelangen, sich dort mit der erwärmten Luft mischen und ins Coupé eintreten. Gleichzeitig soll aber vom Coupé aus die Luft in die Heizkammer treten, und nachdem sie sich an den Heizkörpern erwärmt hatte, durch dieselbe Klaffe wieder in das Coupé gelangen.⁴) Berücksichtigt man, dass dies eine gewiss mangelhafte Einrichtung ist, sowie dass die Filter die Luft wohl nicht reinigen werden, da sie ja selber durch Staub und Russ verunreinigt sind/) so wird man auch diese Heizanlage kaum für zweckmässig erklären können.

Bei dem Heizungssystem des Ingenieurs Fischer von Röslerstanim'’) wird der Eintritt der frischen Luft in das Coupé nicht allein durch die

') Fischer von Röslerstanim.    Die Dampfheizung,    Wien    1889,    pag. 47.

²)    Fischer von Röslerstanim.    Die Dampfheizung,    Wien    1889,    pag. 49.

³)    Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen,    Berlin    1889,    pag. 93.

b Fischer von Röslerstanim.    Die Dampfheizung,    Wien 1889, pag. 51.

s) Deny. Die rationelle Heizung, Berlin 1886, pag. 88.

⁸) Fischer von Röslcrstamm. Die Dampfheizung, Wien 1889, pag. 56.

Saugwirkung der Heizrohren bewirkt, sondern noch dadurch befördert, dass durch die Deckenventilatoren ein Absaugen der Coupéluft stattfindet, und desshalb die Frischluft rascher in das Heizrohr eintreten und auch rascher aus demselben austreten kann.

Ein allen Systemen der Dampfheizung anhaftender Uebelstand ist der, dass das Anheizen der Züge eine verhältnissmässig lange Zeit erfordert. Diese Zeit beträgt nämlich, je nach dem Kältegrade und der Länge des Zuges 1—2 Stunden¹) und bedarf in den Zugbildestationen eines besonderen Dampf-Erzeugers. Wo es sich ermöglichen lässt, wendet man für diesen Zweck einen (gleichzeitig anderen Zwecken dienenden) stationären Dampfkessel an.

Ein weiterer Mangel der Dampfheizung ist die Schwierigkeit der Regulirung der Heizung von Aussen. Die Regulirung der Heizung, welche dadurch erfolgt, dass man das einemal mehr Dampf von höherer Spannung und das anderemal wenig Dampf von niederer Spannung in die Heizkörper eintreten lässt, hat nämlich nur einen sehr unbedeutenden Effect, weil die Wärmemenge des Dampfes von hoher Spannung von der Wärmemenge, welche der Dampf bei geringerer Spannung enthält, nur 'wenig verschieden ist.

Es liefert nämlich (§. 54, pag. 203) 1 k£ Dampf:

so dass also die Wärme des höchst gespannten Dampfes nur 2 Procent grösser ist, als jene des niederst gespannten, die Variation daher ganz unbedeutend ist.

Diese Eigenschaft des Dampfes ist wie Eingangs erwähnt, sehr schätzenswerth, sobald es sich um die Gleichmässigkeit der Heizung handelt, da sie bewirkt, dass die Wärme am Anfänge und am Ende des Zuges nahezu dieselbe ist; für die Wärmeregulirung ist sie aber geradezu ein Hemmniss.

Würde man den Dampf unter Druck mit Luft vermischen, so würde ein solches Gemisch für die Beheizung von Wagen ganz vorzüglich sich eignen, weil die Wärme-Abgabsfähigkeit desselben fast nur von dem Gehalte an Wasserdampf abhängt und daher beliebig veränderlich gemacht werden kann. Die praktische untere Grenze eines derartigen Heizgasgemisches wird aber die sein, dass darin nur etwas mehr Dampf vorhanden sein muss, als erforderlich ist, um das Einfrieren der Dampfleitung zu verhindern. Indessen ist dieses Mittel der Regulirung praktisch noch nicht erprobt worden.²)

Endlich hat die Dampfheizung den Nachtheil, dass für die zu beheizenden Wagen eine durchlaufende Dampfleitung erforderlich ist, welche in Verbindung mit der Locomotive oder dem Kesselwagen gebracht werden muss. Es können demnach solche Wagen nur in Zügen geheizt werden, bei welchen die Locomotiven die nöthigen Einrichtungen besitzen oder

0 Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1889, Heft Nr. 281, pag. 92. ²) Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1887, Heft 242, pag. 32.

Kesselwagen vorhanden sind und die Verbindung der Dampfleitung des Wagens mit der Dampfquelle möglich ist.¹)

Der nicht hoch genug anzuschlagende Vortheil dieser Heizungs-methode, nicht feuergefährlich zu sein, bringt es mit sich, dass die Dampfheizung trotz all’ ihrer Mängel unter allen Heizungsarten am meisten verbreitet ist. So beheizten beispielsweise die Österreichischen Staatsbahnen

von den 7216 Personenwagen, welche sie Ende 1887 im Verkehre hatten 2607 Stück, also mehr als 36 Procent des Gesammtbestandes mittelst Dampf.

Der Dampfheizung gehört allem Anscheine nach die Zukunft, weil sie die Möglichkeit bietet, die Wagen ausgiebig zu erwärmen, ohne eine gar zu grosse Sorgfalt in der Bedienung zu beanspruchen und weil bei ihr, wie bereits gesagt, eine Feuersgefahr nicht besteht. Bei einer Entgleisung wird nämlich der Verbindungsschlauch der Dampfheizung zwischen den einzelnen Wagen entzwei reissen, wodurch sämmtlicher Dampf, der sich in den anderen Röhren befindet, sofort in’s Freie entweicht, was in einigen Minuten geschehen kann.

Was endlich die Kosten der Einrichtung eines Wagens für Dampfheizung anbelangt, so betragen dieselben nach Fischer von Rösl er stamm'¹') für die Dampfheizung nach System:

Haag . •

Fischer

400 »

.in Minimo 180 fl., in Maximo 300 fl. . »    »    2 3 0 »    »

Klose und Körting . . . » Schwedische Heizung . »

350 »    »

550 »    »

600 » »

und kommt die Stunde Beheizung eines Coupés von 10m3 Cubik-Inhalt auf circa 3 Kreuzer zu stehen, während die Beheizung mit Presskohle auf 4, mit Luftheizung auf 2, mit Ofenheizung auf 1 Kreuzer veranschlagt werden kann.

Direction Bromberg . . »

650 » 700 » 720 »

§. 179.

Beheizung der Eisenbahnwagen mittelst Elektricität.

Der Gedanke, Eisenbahnwagen mittelst Elektricität zu beheizen, liegt so nahe, dass es nicht Wunder nehmen kann, recht viele Projecte derartiger Heizanlagen auftauchen zu sehen.³)

Eines der jüngsten derartigen Projecte ist jenes der französischen Ingenieure Courcelles und Elu. Das Princip der Beheizung der Eisenbahnwagen dieser Herren besteht darin, dass in die jetzt üblichen Wärmevorrichtungen der Wagen ein Gitter aus Bleistäben eingesetzt wird, welches von einer an der Locomotive angebrachten und durch diese in Bewegung erhaltenen Dynamo-Maschine mit Elektricität geladen wird. Die im Bleigitter sich entwickelnde Wärme soll sich dem Mantel mittheilen und nach Angabe der Erfinder genügend sein, um die Coupés gehörig zu erwärmen.

J) Schützenhofer. Encyklopädie des gesammten Eisenbahnwesens, Wien 1890, Bd. I.,

pag. 380.

²)    Fischer von Röslerstamm. Die Dampfheizung, Wien 1889, pag. 57.

³)    Wicke. Ueber elektrische Heizung. Wochenschrift für die Gesammt-Interessen der internationalen elektrischen Ausstellung, Wien 1883, pag. 184. — Wagenbeheizung mittelst Elektricität. Oesterreichische Eisenbahn-Zeitung, Wien 1887, pag. 193

Um zu beurtheilen, inwieferne eine elektrische Beheizung der Eisenbahnwagen praktisch durchführbar sei, muss vor Allem die Menge der Wärme bekannt sein, welche man in das Innere eines Wagens stündlich schaffen muss, wenn derselbe genügend erwärmt werden soll. Diese Wärme beträgt (§. 168, pag. 579) 60 (1 1 1 + n) Calorien, sobald n die Anzahl der im Wagen befindlichen Sitzplätze bezeichnet. In das Innere eines mit 29 Personen besetzten Wagens müssen sonach 60 ( 1 1 1 + 29) — 8400 Calorien Wärme stündlich geschaffen werden, falls man denselben genügend beheizen will. Da eine Calorie gleichwerthig ist einer mechanischen Arbeit von 430 Meter-Kilogramm, so erfordert die elektrische Beheizung eines

Eisenbahnwagens einen Arbeitsaufwand von

8400 X 430

60 X 60

= 1000 Meter-

Kilogramm pro Secunde, also einen Arbeitsaufwand von 13 V3 Pferdekräften. Veranschlagt man den Nutzeffect einer Dynamo-Maschine auf 80 Procent, d. h. nimmt man an, dass bei Uebertragung der Arbeit der Locomotive auf die Dynamo-Maschine ein Verlust von 20 Procent stattfindet, und nimmt weiters an, dass der elektrische Heizapparat gleichfalls mit einem Nutzeffecte von 80 Procent arbeitet, d. h. dass 80 Procent der Strom-Energie in nutzbare Wärme umgewandelt wird, so bedarf es zur Beheizung eines zureichend ventilirten Eisenbahnwagens eines Arbeits-137s

aufwandes von:

20 Pferdekräften.

0-8X 0'8

Die Beheizung eines aus 15 Wagen bestehenden Personenzuges würde sonach die Arbeit von 300 Pferden, also die gesammte Energie der Zugs-locomotive absorbiren. Man würde sonach zur elektrischen Beheizung eines Eisenbahnwagens ebensoviel Arbeit verbrauchen, als zur Führung desselben erforderlich ist.

Macht man die obige Rechnung allgemein durch, so erhält man für den Arbeitsverbrauch A, welchen die elektrische Beheizung eines Eisenbahnwagens erheischt, den Ausdruck:

60 (111 + n).430 60 X 60X75 X0-8X 0-8

also :

= ~(lll + n) •

. . (208

Pferdekräfte. In dieser Formel bezeichnet sonach:

A . . . den Arbeitsverbrauch in Pferdekräften, welchen die elektrische Beheizung eines zureichend ventilirten Eisenbahnwagens pro Secunde erheischt;

II . . . die Anzahl der im Wagen sitzenden Personen.

Wenn erwogen wird, dass bei Anwendung der Dampfheizung ein Aufwand von 1¹/₂ Pferdekraft genügt, um einen zureichend ventilirten Wagen ausgiebig Zu beheizen, während eine gleichwerthige elektrische Beheizung eines Energieaufwandes von 20 Pferdekräften erheischt, also I3mal mehr Arbeit absorbirt, so wird man sich des Zweifels an die Zweckmässigkeit einer elektrischen Beheizung der Eisenbahnwagen wohl nicht erwehren können.

CO

. co

§. 180.

Beheizung der Güterwagen auf Eisenbahnen.

Bisher war die Rede von Beheizungder Personenwagen gewesen, es muss jedoch bemerkt werden, dass es Umstände gibt, welche die Beheizung von Güterwagen erwünscht machen.

Der Mangel heizbarer Güterwagen hat sich nämlich bei Verfrachtung verschiedener, besonders aus dem Süden kommender Consum - Artikel, welche durch Frost leicht dem Verderben oder ' einer Verschlechterung unterliegen, wiederholt fühlbar gemacht. Namentlich sind es: Obst, Gemüse, Wein, Bier, Feldfrüchte, lebende Pflanzen, welche in massig warmen Räumen transportirt werden müssen, falls sie an Werth nicht verlieren sollen.

Die Aufgabe, Güterwagen zweckentsprechend zu beheizen, ist eine schwierigere als jene in Betreff der Beheizung der Personenwagen, vornehmlich deshalb, weil die Heizungs-Einrichtung für Güterwagen derart ausgeführt sein muss, dass sie längere Zeit hindurch sich selbst überlassen bleiben kann, denn hier gibt es keinen Passagier, der die Heizung regulirt, eventuell absperren könnte.

Mit Rücksicht darauf, dass es sich hier nur um sehr geringe Wärmegrade handelt, glaubte man, dass der angestrebte Zweck in den meisten Fällen, namentlich bei kurzen Transportstrecken in nicht zu rauhen Klimaten, schon dadurch erreicht werden könnte, dass man in das Innere des Wagens verschiebbare Wände einstellt, welche aus einem Materiale bestehen, das ein schlechter Wärmeleiter ist. Dieser Gedanke ist jedoch nicht leicht durchführbar, da einerseits durch diese Einrichtung eine Wärmequelle nicht geschaffen würde, wie sie bei längeren Transportstrecken und in kälteren Klimaten unerlässlich ist, anderseits die Wirkung eine unvollkommene wäre, wenn nicht zugleich auch Dach und Fussboden des Wagens versichert würden. Auch kann nicht ausser Acht gelassen werden, dass die luftdichte Einpassung der Wände nur bei Wagen von gleicher Construction möglich, und dass die Aufbewahrung, Evidenzhaltung und Dirigirung derlei Inventarstücke mit mancherlei Umständlichkeiten verbunden wäre.

Eine Heizvorrichtung, welche das Innere des Wagens nur massig erwärmt, ist die Wärmeflasche (§§. 174,    175), für weitere Transport

strecken ist jedoch auch diese Heizmethode nicht geeignet, da die Erneuerung und Vorwärmung der Wärmeflaschen eine besondere Bedienung erfordert, welche bei Güterzügen zumeist nicht vorhanden sind. Aus demselben Grunde würde sich für Güterwagen eine Warmwasserheizung ebenfalls nicht empfehlen, ebensowenig die auf deutschen Bahnen bei Privat-Güterwagen angewendete Presskohle-Heizung.

Die Be-

Eiserne, mit Coke beschickte Oefen könnten sowohl im als auch unter dem Wagen angebracht werden, doch kann die Verwendung derlei Oefen mit Rücksicht auf Feuersgefahr nicht empfohlen werden heizung der Güterwagen mit Natron-Oefen, wie sie von der Firma Nieske in Dresden in jüngster Zeit in Handel gebracht werden, dürfte schon eher entsprechen, weil derlei Oefen keine offene Flamme haben, da sie nur mit glimmender Natronkohle beschickt werden und weder Rauch noch Russ entwickeln, doch fehlt diesfalls jegliche Erfahrung.

Die Beheizung der Güterwagen durch Dampf ist ausgeschlossen, da selbe nur so lange bewirkt werden kann, als der Güterwagen im Zuge

eingereiht ist, die Güterwagen aber bei Verschubmanipulationen und auf Seiten- und Magazinsgleisen selbst oft längere Zeit verbleiben müssen, wo sie also von der Wärmequelle getrennt sind. Mehr Aussicht auf Einführung hätte möglicherweise die Beheizung mittelst kleiner feuerlosen Dampfkessel, welche nach dem System Honigman (§. 82) gespeist werden könnten, da diese Beheizungsart im Betriebe gefahrlos ist und voraussichtlich derart sich ausbilden lässt, dass je nach Massgabe der zurückzulegenden Entfernungen eine Wartung derartiger Kessel einige Tage hindurch unterbleiben könnte.

Vorzug vor allen in Betracht kommenden Heizmethoden dürfte jedoch die Beheizung mit Fettgas haben, namentlich wenn der mit Gas beheizte Güterwagen mit einer Vorrichtung zum Ablassen, der überflüssigen Wärme und mit einer von der Temperatur beeinflussten Drosselung der Gaseinströmung versehen sein würde. Derlei Vorrichtungen sollen sich in Amerika bereits bewährt haben, woselbst constatirt wurde, dass für Zwecke der Beheizung 5m3 Fettgas für 24 Stunden genügen.

Laut Mittheilung des Scientific American besass Amerika mit Ende 1890 gegen 1500 mit Fettgas heizbare Güterwagen, welche nach System Eastmann erbaut und folgendermassen eingerichtet sind:

breiter Zwischenraum verbleibt, welcher einen als

cm

Sowohl der Boden, als auch die Decken- und Seitenwände des Wagens sind doppelwandig hergestellt, so dass zwischen beiden Verschalungen ein 8

schlechten Wärmeleiter dienenden todten Luftraum bildet. Innerhalb dieser Wände befindet sich noch, wieder in einem Abstande von 8cm, sowohl am Fussboden, als auch an den Stirn- und Seitenwänden eine dritte Verschalung, welche an den Stirn- und Seitenwänden nicht ganz bis an die Wagendecke reicht, so dass rings herum im Wagen unter der Decke ein Schlitz von circa 10cm frei bleibt. Durch diesen Schlitz tritt die erwärmende Luft in das Innere des Wagens ein, welche aus einer kleinen, direct unter dem Fussboden in der Wagenmitte angebrachten Heizkammer kommt. Die Heizkammer enthält ein dochtloses Oelgefäss, in welchem kohlenstoffreiches Oel, eine Art Blauöl, zur Verbrennung gelangt. Die Einrichtung ist so sinnreich ausgeführt, dass es nur erforderlich ist, einmal — also etwa vor Abgang des Zuges — die Flamme zu entzünden, während alles Uebrige durch den Mechanismus selbst bewirkt wird.

Die Grösse der Flamme wird nämlich selbstthätig dadurch regulirt, dass ein ausserhalb des Wagens angebrachtes Ventil, der Aussentemperatur entsprechend, gehoben oder gesenkt und hiedurch der Oelzufluss zur Flamme geregelt wird, und zwar so, dass derselbe bei geringer Kälte nur spärlich, bei zunehmender Kälte aber reichlich erfolgt. Das Oelreservoir befindet sich in einer der doppelten Seitenwände des Wagens und fasst einen für 10 Tage reichenden Oelvorrath.

Ausser dieser selbstthätigen Regulirungsvorrichtung der Heizflamme ist aber noch eine Einrichtung getroffen, welche den Zweck hat, die Temperatur im Innern des Wagens auf einer gewünschten Höhe zu halten und gleichzeitig für die Luft-Erneuerung zu sorgen. Vom Innern des Wagens gehen nämlich zwei Lüftungsrohre durch die Decke des Wagens hindurch in’s Freie, deren Mündungen von einander abgekehrt sind, so dass immer eine derselben in der Fahrtrichtung liegt. Im Innern des Wagens sind diese

Lüftungsrohre durch Ventile geschlossen, welche, wenn die Temperatur im Wagen das gewünschte Maass — auf welches die Ventile vorher eingestellt werden können — überschreitet, sich öffnen, so dass durch das in der Fahrtrichtung liegende Lüftungsrohr kalte Luft eindringt, durch das andere die warme Luft aus dem Wagen austritt, u. zw. so lange, bis der Temperatur-Ausgleich hergestellt ist. Hieraus erfolgt durch die Ventile selbst-thätig der Verschluss der Lüftungsrohre.

Anfänglich trug man Bedenken, geheizte Wagen in Güterzüge einzustellen, weil dadurch (in Folge der langsamen Fahrt und langen Aufenthalte auf den Bahnhöfen) die Kosten der einer ständigen Wartung bedürftigen Heizung vermehrt werden, ferner weil man fürchtete, es möchten bei Annäherung eines derartigen Wagens an Ladestellen für feuergefährliche Güter, Unzukömmlichkeiten für den Betrieb erwachsen; endlich, weil die Güter durch längeren Aufenthalt in Heizwagen in Folge der Einwirkung der Heizgase verdorben werden könnten.

Am Continente scheint die königliche Eisenbahn-Direction Erfurt die erste gewesen zu sein, welche geheizte Güterwagen in ihre Züge eingestellt hatte, und war dies im Jahre 1878 der Fall.

§• 181.

Abkühlung der Personenwagen.

In engem Zusammenhänge mit der in den vorigen Paragraphen erörterten Frage der Erwärmung der Personenwagen im Winter steht diejenige der Abkühlung derselben im Sommer. Es ist nicht zu verkennen, dass der Aufenthalt in den Wagen bei starker Sonnenhitze unerträglich werden kann, wenn die Wände und Decken vollständig durchglüht sind; allein die Möglichkeit, hiergegen allgemeine Abhilfe zu verschaffen, ist nur sehr gering. Das Oeffnen der Fenster zur Erzeugung von Luftzug wird vielfach das einzige Mittel der Linderung ^ein. In einzelnen besonderen Fällen hat man wohl die Wagendächer mit nassen Tüchern, selbst mit Rasenstücken belegt, und dieselben während der Fahrt unter Zuhilfenahme von Spritzen begossen, doch lässt sich hievon kein allgemeiner Gebrauch machen. Einzelne Wagen sind auch versuchsweise mit Sonnendächern versehen worden, die in einem kleinen Abstande vom eigentlichen Dach so angebracht sind, dass die Luft unterhalb durchstreichen kann.¹) Pignatelli bringt auf dem Dache des abzukühlenden Wagens, und zwar über jedem Coupé, einen Behälter an, welcher mit kaltem Wasser gefüllt ist. Die Aussenluft wird durch entsprechend eingerichtete Sauger in diese Behälter eingetrieben, und gelangt, durch das Wasser derselben abgekühlt, in das Innere des Wagens. Ein Wasserbehälter enthält 25 Liter, und soll laut Versuchen, welche auf der Orleansbahn durchgeführt wurden, für eine Strecke von 800—1000km ausreichen.

ł) Glaser’s Annalen für Gewerbe und Bauwesen, Berlin 1890,. Heft 304, pag. 82. ²) Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens, Wien 1890, pag. 243.

Berichtigungen.

7-8]/p', richtig heissen:

104

Sttite 12. Zeile 4 von oben, soll es statt:

10 X 100 1000

7-8fp\

12. Zeile 5 von oben, soll es statt: Tonnen oder, richtig heissen: das ist.

12. Zeile 10 von oben, soll es statt: y/g , richtig heissen:    •

26. Im Kopfe der Tabelle soll es statt: Quadrat-Cehtimeter, richtig heissen: Quadrat-Meter, und statt: Cubik-Centimeter, richtig heissen: Cubik-Meter.

Es haben die Worte: »horizontale

46. Zeile 6 von oben, soll es statt: e — z". e, richtig heissen: z“. e — e. 7t). Zeile 12 von oben.

Strecken von» — wegzubleiben.

80. Zeile 4 von unten, soll es statt: dieser Wagen, richtig heissen: dieses- Wagens.

82. Zeile 8 von oben, soll es statt: Trevethik, richtig heissen: Trevithik; und statt: Blackelt, soll es richtig heissen: Blackdt.

125. Beispiel 4, Zeile 4 von unten, ist das Wort »können« zu streichen, und ist dafür zu setzen : müssen, wenn in beiden Fällen die Widerstände gleich gross sein sollen.

127. Zeile 3 von oben, soll es statt: 2840, richtig heissen: 2640. Dasselbe gilt bezüglich des Beispieles 0, pag. 127, es soll nämlich überall statt: 2840, richtig heissen: 2640, und am Schlüsse des Beispieles statt: x — 142, soll es richtig heissen: x~132, und statt: 284, soll es richtig heissen: 264.

120. Zeile 1 von oben, soll es statt: »der mittlere Widerstand«, richtig heissen: »die bewegende Kraft«.

134. Zeile 6 von unten, soll es statt: 1000 -f 0 277, richtig heissen: 1000 x 0-277.

140. Zeile 13 von unten, soll es statt: Wasser, richtig heissen: Wasserstoff.

204. Zeile 23 von oben, soll es statt: 653, richtig heissen: 635. 465. Zeiie 1 von oben, soll es statt: Amerika 8. Juli, richtig heissen: Irland 12. Juni

52S. Zeile 18 von oben, soll es statt: 189, richtig heissen: 188. 554. Zeile 25 von oben, soll es statt: sobald es, richtig heissen: sobald er.

567. Zeile 8 von unten, soll es statt: §. 154, richtig heissen: §. 156. 575. Zeile 4 von unten, soll es statt: % + '4, richtig heissen: 7* X 7».

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