LV. Ueber verbesserte Kautschuk-Federn für Locomotiven und Eisenbahnwagen; von W. C. Craig zu Newport. Der Gesellschaft der Maschinenbauer in Birmingham vorgetragen. Aus dem Civil Engineer and Architect's Journal, Juli 1853, S. 268. Mit Abbildungen auf Tab. V. Craig, über verbesserte Kautschukfedern für Locomotiven und Eisenbahnwagen. Diese Kautschukfedern sind nach Angabe des Hrn. Coleman construirt worden. Fig. 17 ist die erste Form ihrer Anwendung bei Locomotiv-Tragfedern. Sie besteht aus einem Cylinder von präparirtem Kautschuk A, 9 Zoll lang und 9 Zoll im Durchmesser, mit einem 1 3/4 Zoll weiten Loch in der Mitte, durch welches der Federbolzen geht. Er wird von einer schmiedeisernen Platte getragen, die 1 1/8 Zoll dick ist und auf einem Vorsprunge des Federbolzens ruht; auf dem Cylinder liegt eine schmiedeiserne Platte und eine Querstange, durch welche die Federglieder gehen, welche unten an der äußern Seite des Wagengestelles befestigt und oben durch Mutter und Gegenmutter gesichert sind. Gegen eine zu bedeutende Seitenausdehnung ist der Kautschuk-Cylinder mittelst zwei 3/4 Zoll starker runden Reife gesichert, und gegen innere Reibung an dem Federbolzen durch eine spiralförmig um denselben gewundene Feder von starkem Draht, oder besser von einem flachen Eisenstabe. Um die Nachtheile zu vermeiden, welche der Uebergang über unebene Theile der Bahn hat, indem dadurch bisweilen eine hüpfende Bewegung der Locomotive in Folge zu großer Elasticität der Federn entsteht, hat man es für zweckmäßig gefunden, zwischen der Bodenplatte und dem obern Theil des Gestelles oder Rahmens einen andern, kleinern Cylinder von Kautschuk B anzubringen, wodurch das Zurückprallen der Feder und jede Mittheilung ihrer Bewegung an den Rahmen verhindert wird. Dieß hatte die verlangte Wirkung, denn die Bewegung der Locomotive war nun, ungeachtet aller Unebenheiten der Bahn, eine sehr gleichförmige und stetige. Bei Locomotiven mit innerem Rahmen, oder bei solchen wo der erforderliche Raum für die Federn nicht vorhanden ist, wendet man zwei oder auch drei Cylinder an. Benutzt man dieselben Federn bei Tendern, so hat der Kautschuk-Cylinder 6 1/2 Zoll im Durchmesser, er ist 7 Zoll hoch und die Oeffnung in der Mitte 1 3/4 Zoll weit; er drückt gegen eine gußeiserne Unterlage, die an den Rahmen des Tenders befestigt ist, während der Federbolzen unten in einen Zapfen ausläuft, der in einer Pfanne am obern Theile der Achsbüchse befindlich ist. Fig. 18 zeigt eine ähnliche Einrichtung an den Waggons. An den Personenwagen sind zwei solcher Federn paarweis angebracht, um eine größere Elasticität zu erlangen, ohne die Entfernung zwischen dem Mittelpunkt der Achse und der Sohlstange zu vergrößern; die Achsbüchse ist in Beziehung auf die Erfordernisse des doppelten Kautschuk-Cylinders abgeändert. Fig. 19 zeigt die verbesserte Form der sogenannten hydro-pneumatischen Tragfedern für Locomotiven. Der Zweck dieser Form ist, dieselbe Elasticität mit einer geringern Quantität Kautschuk zu erlangen. Der Kautschukcylinder A, A hat nur dünne Wände und in dem innern Raum befindet sich Wasser B, welches mittelst seines hydrostatischen Drucks den Druck der Belastung gleichmäßig über alle Theile der innern Oberfläche vertheilt, wodurch man eine weit größere Trachtoberfläche erhält, als wenn der Druck auf die Enden beschränkt wäre. Die Flüssigkeit darf den innern, von dem Kautschuk-Cylinder umschlossenen Raum nicht gänzlich ausfüllen, wenigstens nicht gleich anfänglich, sondern erst dann, wenn die Feder die höchste Belastung hat. Die Luft, welche vorher den Raum einnahm, der nicht mit Wasser angefüllt war, zog sich in den zu diesem Zweck in dem obern Theil des gußeisernen Deckels angebrachten Raum C zurück, und da sie sich dann in einem sehr verdichteten Zustande befindet, so übt sie eine sehr bedeutende Elasticität aus und hilft der Feder ihr Gleichgewicht wieder zu erlangen. Um ein Entweichen des Wassers und der Luft zu verhindern, treten die beiden Enden des Kautschuk-Cylinders in Falze in dem Boden- und Deckelstück der Tragfeder; dadurch wird ein ganz wasserdichter Verschluß veranlaßt. Im London Journal of arts, Juli 1853, S. 41 wird aus derselben Vorlesung des Hrn. Craig „über die Kautschuk-Federn“ noch Folgendes mitgetheilt: Zur Erläuterung der Schwierigkeiten, welche mit diesen Federn überwunden wurden, muß man die Beschaffenheit der Bahnen, welche die genügenden Resultate lieferten, berücksichtigen, sowie die Ursachen, welche zuerst zur Ersehung der Trag- und Bufferfedern von Stahl durch solche von Kautschuk Veranlassung gaben. Die Eisenbahnen in den westlichen Thälern von Monmouthshire in Wales (bei denen Hr. Craig Locomotiven-Aufseher ist) bestehen aus 25 engl. Meilen Bahn mit platten Schienen mit Rändern (tramway im Englischen), wozu noch ihre Verzweigungen kommen, und werden mit schweren gekuppelten Locomotiven nach den neuesten Constructionen befahren. Diese platten Schienen liegen mittelst Stühlen auf Querschwellen, welche 3 Fuß von einander entfernt und an den Wechseln mit zwischenliegenden Schwellen versehen sind. Obgleich nun diese Schienen schwer sind, d.h. ein Gewicht von 73 Pfd. per Yard (3 engl. Fuß) haben, so haben sie doch einen nur schwachen Querschnitt und es findet daher eine bedeutende Durchbiegung, eine Tendenz sich an den Wechseln zu erheben und die Schwellen los zu machen, statt. Dieß hat zur Folge, daß eine bei weitem größere Kraft zur Ueberwindung einer Reihe von steigenden und abfallenden Rampen erforderlich ist, als es auf den gewöhnlichen Bahnen mit Kantenschienen der Fall wäre. Auch wird dadurch eine wellenförmige Bewegung der Locomotive veranlaßt, welche sehr destructiv auf die Stahlfedern einwirkte, die bis neuerlich bei den Locomotiven und Wagen auf diesen Bahnen gebräuchlich waren. Die Curven haben ebenfalls geringe Halbmesser (einige unter 100 Fuß und die meisten nicht über 400 Fuß), wodurch ebenfalls Räder, Buffer und andere Theile der Maschinen und Wagen angegriffen werden. Die Steigungen sind sehr bedeutend (einige betragen 1 zu 54), wodurch die Kurbeln und Kuppelstangen weit mehr leiden, als es auf gewöhnlichen Bahnen der Fall ist. Auf solchen Bahnen ist daher der Gebrauch von Stahlfedern mit vielen und sehr bedeutenden Nachtheilen verbunden. Zu den unaufhörlichen Reparaturen, welche die Federn selbst erfordern, kommt noch, daß die Bahn durch die ungleiche Wirkung der Federn und die heftigen Stöße welche sie veranlassen, besonders sobald sie sich – wie es häufig geschah – im schlechten Zustande befanden, sehr leidet und die Reparaturkosten daher sehr bedeutend waren. Man kann sich einen Begriff davon machen, wenn man die Thatsache festhält, daß die Radkränze nach zwei Monaten so abgerieben waren, daß ihr Umfang einem unregelmäßigen Polygon glich. Die Radkränze der Locomotiven, welche auf Bahnen mit glatten Schienen fahren, sind an der Oberfläche, welche der Abreibung ausgesetzt ist, verstahlt. Die Ausgaben für Stahlfedern, einschließlich deren Reparaturen, betrugen in sechs Monaten für 15 Locomotiven 251 Pfd. St. 9 3/4 Shilling. Unter diesen Umständen wurde es für nothwendig erachtet die Anwendung von Kautschukfedern zu versuchen, und diese Versuche lieferten einen über alle Erwartung günstigen Erfolg. Die Kautschukfedern, wie sie oben mit Hülfe von Fig. 17 und 18 beschrieben sind, wurden bei mehreren Personenwagen der Monmouthshire-Bahn angewendet und die sogenannten hydro-pneumatischen Federn, Fig. 19, an einigen Waggons und Locomotiven derselben Bahn. An einigen neuen Locomotiven werden die Kautschukfedern jetzt unter der Sohlplatte in einem vertieften Theil des Rahmens angebracht, unmittelbar über den Achsenführern, wodurch eine große Steifigkeit und Festigkeit des ganzen Rahmens bezweckt wird. Die innere Einrichtung der Feder ist ganz dieselbe wie die der oben beschriebenen hydro-pneumatischen, aber der Federkolben ist mit der Achsbüchse aus einem Stück gegossen; auf diese Weise wird der Federbolzen entbehrlich und daher bleiben auch die Aufhängestangen, Schraubenmuttern und Schraubenbolzen gänzlich weg, wodurch das Gesammtgewicht der Feder sehr vermindert wird. Bei der Construction von Buffern wird die Elasticität eines Kautschukcylinders mit derjenigen einer Säule eingeschlossener Luft verbunden. Eine Flüssigkeit kann in diesem Falle nicht angewendet werden, denn die Elasticität eines Buffers muß empfindlicher seyn, als dieß bei Wasser der Fall ist. Mehrere Bolzen, die mit dem äußern schmiedeisernen Cylinder verbunden sind, erhalten den Kautschuk-Cylinder in seiner Lage und gehen durch Hülsen, um den erforderlichen Spielraum zu veranlassen. Wenn die Buffer nicht besonders stark zu seyn brauchen, kann das äußere schmiedeiserne Gehäuse durch ein solches von Gußeisen ersetzt werden. Federn für die Bufferplatte einer Locomotive und für gewöhnliche Wagen werden nach demselben Princip construirt und haben nur eine abweichende Form. Die aus der Benutzung der beschriebenen Kautschukfedern hervorgehenden Vortheile sind folgende: 1) Verminderung des tobten Gewichts. – Dieser Vortheil ist bedeutender, als es den Anschein hat, da nicht allein das Gewicht der Federn selbst vermindert wird, sondern die Gewichtsverminderung sich im großem oder geringern Grade auch auf andere Theile der Locomotiven und Wagen erstreckt, weil diese Federn viel sanftere Bewegungen veranlassen. Dieß ist besonders bei gußeisernen Theilen zu berücksichtigen, welche weit weniger durch das zu tragende Gewicht, als durch Schwankungen und Stöße zerbrechen, die bei Anwendung der Kautschukfedern fast ganz wegfallen. Die Bewegungen werden daher gleichförmig und stetig, und dieß ist besonders bei den Locomotiven in Beziehung auf die Bahn und sämmtliche Theile der Maschine selbst von wesentlichstem Vortheil. Daher können auch die arbeitenden Maschinentheile ohne Nachtheil schwächer und leichter gemacht werden. Die Gewichtsverminderung der Federn ist übrigens bedeutend, so daß man den Wagen eine größere Ladung geben kann. Nachstehende Tabelle zeigt, daß die Gewichts-Verminderung sowohl bei Locomotiven als Wagen 3 1/2 bis 5 Cntr. beträgt. Vergleichende Gewichte der Kautschuk- und Stahlfedern.          Gewicht der Federn. Kautschuk-   federn.  Stahl-federn.   Gewichts-verminderung.     Locomotiven-Tragfedern.     Cntr.   Cntr.       Cntr. Kautschuk, 1 1/4 Cntr.Eisenwerk, 3 Cntr.     4 1/4     Die ausgewechselten Stahlfedern   8 1/2       4 1/4 Hydropneumatische Locomotivenfedern. Kautschuk, 1 Cntr.Eisenwerk, 6 Cntr.     7     Die ausgewechselten Stahlfedern   8 1/2       1 1/2   Tender-Trag- und Zugfedern. Kautschuk, 3/4 Cntr.Eisenwerk, 2 Cntr.     2 3/4     Die ausgewechselten Stahlfedern 11       8 1/4 Personenwagen-Trag-, Zug- undBufferfedern     4 1/2     Die ausgewechselten Stahlfedern   9 3/4       5 1/4 Frachtwagen-Trag-, Zug- undBufferfedern     3 1/2     Die ausgewechselten Stahlfedern   8 3/4       5 1/4 2) Stetigkeit der Bewegung. – Wir haben schon oben von derselben gesprochen; sie ist bei den Kautschukfedern so groß, daß ein jeder, der sich von ihren Leistungen auf den unregelmäßigen Bahnen, wo sie benutzt werden, überzeugt hat, darüber erstaunte. 3) Dauerhaftigkeit. – Obgleich seit der Anwendung der Kautschukfedern noch nicht so viel Zeit verlaufen ist, daß der absolute Beweis ihrer Dauerhaftigkeit geliefert wäre, so läßt sich dieselbe doch daraus folgern, daß die vielen Kautschukcylinder, welche einer Untersuchung unterworfen wurden, nachdem sie vier bis sechs Monate sowohl bei Locomotiven, als auch bei Personen- und Frachtwagen benutzt worden waren, nicht die geringste Veränderung zeigten, weder eine Verminderung der Länge, noch eine Vergrößerung des Durchmessers. 4) Ersparung an Reparaturkosten. – Wegen ihrer einfachen Construction können diese Federn nicht leicht beschädigt werden, daher die Reparaturkosten unbedeutend sind. Oben wurde bemerkt, daß die Reparaturkosten der Stahlfedern von 15 Locomotiven innerhalb sechs Monaten 251 Pfd. Sterl. 9 3/4 Shill. betrugen, hingegen für die Reparatur der Kautschukfedern von 14 Locomotiven innerhalb der letzten sechs Monate nur 1 Pfd. Sterl. und 18 Shill. verausgabt wurden. Die Ersparung an Reparaturkosten beschränkt sich aber nicht auf die Federn allein, sondern betrifft die ganze Locomotive, sowie auch Personen- und Frachtwagen und selbst die Bahn. Man hat gefunden daß bei Anwendung der Kautschukfedern weniger Stühle zerbrochen und weniger platte Schienen gebogen wurden, auch zum Schmieren der Zapfenlager weniger Oel erforderlich war. Bekanntlich wird durch die Stöße auf die Achsen die Textur des fadigen Eisens in eine krystallinische verwandelt, so daß oft plötzlich Brüche entstehen, die schon bedeutende Unfälle auf den Eisenbahnen veranlaßt haben. Da nun diese Stöße bei Anwendung von Kautschukfedern vermieden werden, so wird höchst wahrscheinlich die Dauer der so kostbaren Achsen eine bei weitem längere seyn, zumal sie sich bei Kautschukfedern auch bei weitem weniger erhitzen. 5) Kosten. – Die Kosten einer gut construirten Kautschukfeder übersteigen diejenigen einer Stahlfeder von gleicher Stärke nicht; dagegen sind Federn nach dem hydro-pneumatischen Princip bedeutend wohlfeiler, durchschnittlich um 20 Procent. Die vorhergehenden Bemerkungen beziehen sich hauptsächlich auf Tragfedern, gelten aber auch für Buffer- und Zugfedern von Kautschuk. Die pneumatischen Buffer sind auf der Monmouthshire-Bahn besonders strengen Proben unterzogen worden, da wenige Bahnen in Großbritannien so nachtheilige Umstände darbieten. Fast alle übrigen Arten von Buffern waren ohne guten Erfolg versucht worden und man wendete bereits in vielen Fällen massive Holzklötze statt derselben an. Mit den pneumatischen Buffern hat man dagegen sehr gute Resultate erlangt und sie verloren ihre Elasticität niemals. In der nachstehenden Tabelle ist die Biegung der verschiedenen Buffer- und Feder-Arten unter verschiedenen Belastungen zusammengestellt. Tabelle über die Abweichung oder Biegung von Federn.   Belastung.    EinfacheLocomotiven-     Feder.    DreifacheLocomotiven-     Feder. HydropneumatischeLocomotiven-Feder. Waggon-Feder. Buffer-Feder. Zug-Feder.       Zoll.       Zoll.           Zoll.        Zoll.       Zoll.     Zoll. 1/2 Tonne       5/6       1/4           5/8        7/8       3/16        1   1ste Tonne       1/2       1/2           7/8     1 1/4       3/4        1 1/2   2te     „       3/8       1/2           1/4        5/8       3/8        1   3te     „       3/8       3/8           1/8        1/2       3/16           5/8   4te     „       3/8       1/4           1/16         –       1/8        –   5te     „       3/8       1/4           1/16         –       3/16        –   6te     „       3/8        –             –         –       3/16        – Vor Anwendung der Kautschuk-Zug-Federn bei den Locomotiven und Tendern zerrissen die Kuppelungen sowie auch die Enden der Gestelle häufig, während seit Benutzung derselben solche Unfälle nicht mehr vorkommen. Die Vortheile dieser Federn sind der Art, daß ihre Einführung allgemein zu werden verspricht, und man wird dann eben so selten einen Wagen ohne Zugfedern finden, als man jetzt häufig solche ohne dieselben antrifft. Beim Betriebe auf 15,000 engl. Meilen Bahnlänge haben sich die Reparaturkosten der Locomotiven mit Kautschukfedern bei zwei Classen von Maschinen von 5 3/4 auf 3 3/4 Pence per Meile und von 7 auf 3 1/4 Pence vermindert. Nach dem Vortrag dieser Abhandlung in der Geschellschaft der Maschinenbauer zeigte Hr. Craig Exemplare der beschriebenen Kautschukfedern vor, sowie Cylinder von Kautschuk, die aus verschiedenen Federn von Locomotiven und Wagen der Monmouthshire-Eisenbahn genommen worden waren. (Ein Cylinder hatte 8850 engl. Meilen in der Tragfeder einer Locomotive gemacht; ein anderer 14,060 engl. Meilen in einem Personenwagen als Tragfeder, und ein Locomotiv-Buffer war sechs Monate ununterbrochen im Gebrauch gewesen. Alle diese zeigten sich unbeschädigt und durch den Druck unverändert.) Hr. H. Wright bemerkte, daß er diese Kautschukfedern auf der Monmouthshire-Bahn in Thätigkeit gesehen habe, und daß sie sehr genügend wirkten. Es sey diese Eisenbahn eine ganz eigenthümliche, vielleicht die schlechteste im ganzen Königreich, und sie habe wegen ihrer großen Unebenheiten eine ganz besonders nachtheilige Einwirkung auf die Federn, da der Oberbau nicht wie gewöhnlich, aus Kantenschienen, sondern aus platten Schienen, nach dem alten System, bestehe und sehr scharfe Curven habe. Hr. W. A. Adams bemerkte, daß er ebenfalls die Kautschukfedern auf der Monmouthshire-Linie beobachtet habe. Stahlfedern in Ordnung zu erhalten, sey wegen der heftigen Stöße ganz unmöglich gewesen, und es sey der Ersatz derselben durch Kautschukfedern eine sehr wichtige Verbesserung. Hinsichtlich der Kautschukfedern komme bei den Locomotiven noch ein besonderer Umstand in Betracht, der sehr zu ihren Gunsten spreche, nämlich daß wegen des sehr beschränkten Raums aus Stahlplatten bestehende Federn nicht so zweckmäßig angebracht werden können, daß sie eine gehörige Leistung darbieten. Daher seyen die gewöhnlich bei Locomotiven angewendeten Stahlfedern so kurz und steif, daß ihre Elasticität durchaus nicht hinreiche um den heftigen Stößen einer unebenen Bahn zu widerstehen. Bei den Tragfedern der Wagen sey der Fall ein ganz anderer; man wende lange und dünne Stahlplatten an, deren elastische Wirkung eine sehr leichte sey; es würden daher in diesem Falle die Vortheile der Anwendung von Kautschuk- statt Stahlfedern geringer seyn. Auch müsse berücksichtigt werden, daß bei Anwendung von Kautschukfedern nur vier Tragpunkte vorhanden seyen, statt der acht bei den Stahlfedern, daß also bei jenen weit stärkere Rahmenstücke angewendet werden müssen. Hr. Allan sagte, er habe einige Versuche mit diesen Kautschuk-Tragfedern bei Locomotiven angestellt; er finde zwar daß sie sehr gut wirken, allein sie seyen zu elastisch und veranlassen eine hüpfende Bewegung; jedoch seyen die von ihm benutzten Federn von der erst beschriebenen Art gewesen, ohne Vorkehrung um das Zurückspringen der Feder zu verhindern. Hr. Craig bemerkt darauf, daß das getadelte Zurückspringen gänzlich gehoben sey durch den geringen Widerstand, welchen die später eingeführte kleine zweite Feder leiste; daß man aber jetzt gefunden habe, der Einwurf sey durch die Anwendung von Wasser in der neuen zusammengesetzten Feder gänzlich beseitigt. Hr. Clift fragte, ob sich irgend ein Unterschied in der Wirksamkeit des Kautschuks im Winter und im Sommer gezeigt habe; ob bei heißer Witterung mehr Schwingungen stattfänden als bei kalter; ob endlich der Kautschuk durch die Hitze des Kessels oder der Feuerkammer der Maschine leide? Hr. Craig erwiederte, daß der Kautschuk von der Temperatur nicht afficirt werde, und daß der letzte strenge Winter durchaus keinen Einfluß gezeigt habe. Bei zwei Locomotiven sey ein Paar Kautschukfedern der sehr bedeutenden Wärme von beiläufig 116° C. (92° R.) ausgesetzt gewesen, indem sie ganz nahe an der Feuerkammer angebracht waren, allein es habe sich keine bemerkbare Wirkung gezeigt. Das zu den Federn verwendete Material sey Moulton's präparirter Kautschuk. Der Vorsitzende fragte, welchen Druck die in Gebrauch befindlichen Kautschukfedern auszuhalten gehabt hätten? Hr. Craig erwiederte, daß der senkrechte Druck auf das Ende des Kautschuk-Cylinders bei den Locomotiven-Tragfedern ungefähr 1 1/2 Ctr. per Quadratzoll betrage; ein Cylinder von 9 Zoll Durchmesser mit einer 1 3/4 Zoll weiten Oeffnung in der Mitte habe nämlich ein Gewicht von 4 1/2 Tonnen zu tragen. Bei den hydro-pneumatischen Federn betrage der Druck auf den Kautschuk ungefähr 2 Ctr. per Quadratzoll; er beabsichtige den Druck des Wassers demnächst mit einem Bourdon'schen Druckmesser genau zu prüfen. Der Vorsitzende warf die Frage auf, welches die relativen Kosten der Kautschuk- und Stahlfedern seyen? Hr. Craig erwiederte, daß die Kosten für die Kautschukfedern in keinem Falle diejenigen für die Stahlfedern übersteigen; Wagenfedern kosten etwa 3 Pfd. Sterl. 18 Shill. per Satz; Locomotivfedern seyen aber beträchtlich wohlfeiler als die stählernen, da der Stahl ein unverhältnißmäßig größeres Gewicht in den gewöhnlichen Federn habe. Durch Anwendung von Wasser bei den verbesserten Federn sey die Menge des Kautschuks für gleiche Belastung von 20 auf 12 Pfd. bei jeder Feder vermindert, wodurch, wenn man das Pfd. zu 2 Shill. berechne, eine bedeutende Ersparung erzielt werde. Dazu dürfte noch eine nicht unbedeutende Ersparung an Schmiermaterial kommen.