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Achsproben

[96] Achsproben (tests for iron-and steel-axles; épreuves des essieux; prove delle sale), Proben auf die Güte des Baustoffes und die sachgemäße Herstellung der Achsen, die von den Bahnverwaltungen bei der Übernahme vorgenommen werden.

Bei den A. werden allgemein die Festigkeitseigenschaften durch Zerreißproben, die Biegungsfähigkeit und das Bruchgefüge durch Schlagproben festgestellt. Die fast ausschließlich vorkommenden Schlagproben mit den ganzen Achsen lassen außerdem größere Fehlstellen (Blasen, Lunker, verbrannte Stellen), die durch unrichtigen Erzeugungsvorgang entstanden sind, zutage treten. Die chemische Untersuchung auf schädliche Beimengungen (Schwefel, Phosphor u.s.w.) oder auf etwa vorgeschriebenen Gehalt des Stahls an Kohlenstoff oder besonderen Zusätzen (Nickel, Mangan, Chrom, Vanadium u.s.w.) wird nur selten durchgeführt. Die A. werden stückweise oder als Stichproben aus größeren Mengen vorgenommen. Bei stückweiser Erprobung dürfen die Achsen keine bleibenden Beschädigungen erfahren; bei den Stichproben – mindestens eine von den Achsen jeder Schmelzung – wird die erprobte Achse völlig zerstört. Es wird dabei angenommen, daß die übrigen Stücke der gleichen Schmelzung keine wesentlichen Unterschiede aufweisen würden. Mißlingt die Stichprobe, so wird entweder die ganze Schmelzung zurückgewiesen oder es finden weitere Proben mit anderen Stücken derselben Schmelzung statt, von deren Ergebnis die Übernahme abhängt.

Die Schlagprobe wird überwiegend an ganzen Achsen in rohgeschmiedetem oder vorgedrehtem Zustand vorgenommen. Hierzu dient fast ausschließlich ein Schlagwerk nach den Bestimmungen des VDEV. mit 1∙5 m Entfernung der abgerundeten Auflager für das Probestück und einem Fallgewicht (Bären) von 1000 kg und bis 5 m Hubhöhe. Die Schläge treffen ein auf die Mitte der Achse gesetztes, ebenfalls abgerundetes Aufsatzstück. Als Unterlage dient ein schwerer Gußblock mit Mauerwerksgründung, mit dem die Auflagestücke fest verbunden sein müssen, damit die Schlagarbeit möglichst ganz vom Versuchsstück[96] aufgenommen wird und nicht durch Erschütterung der Umgebung zum Teil verloren geht. Die Schlagarbeit wird bestimmt aus Bärgewicht × Hubhöhe in Kilogrammmetern (kgm). Bei Schlagproben mit ganzen Achsen werden Schläge von 5000 kgm und darüber ausgeübt, mit denen bestimmte Durchbiegungen der Achse erreicht werden müssen, ohne daß hierdurch Anrisse entstehen. Die Durchbiegung wird entweder als Pfeilhöhe der gebogenen Achse (Einsenkung des obersten Punktes des Mittelschnittes gegen die ursprüngliche Lage) oder als Dehnung der gespanntesten Faser (an der Unterseite) gemessen. In letzterem Falle wird an der Achse vorher ein Stück von 200 mm – je 100 mm beiderseits der Mitte – angezeichnet, dessen Verlängerung in Prozenten angegeben wird. Da Achsen größeren Durchmessers bei gleichen Durchbiegungen höhere Beanspruchungen als solche von kleinerem Durchmesser erleiden würden, wird das Maß für die vor dem Anbruch zu erreichende Durchbiegung meist durch eine Gleichung gegeben, in der die Durchbiegung von der Größe des Durchmessers allein oder vom Durchmesser × vorgeschriebener Festigkeit der betreffenden Stahl- oder Eisengattung derart abhängig ist, daß größeren Durchmessern kleinere Durchbiegungen entsprechen. Mehrere Bahnverwaltungen gestatten, daß die letzten Schläge entsprechend gemildert werden, damit die verlangte Durchbiegung nicht überschritten wird. Die Achsen werden dann unter gleichen Schlägen wieder gerade gerichtet und hierauf bis zum Bruch weiter geschlagen. Das Bruchgefüge soll gleichmäßig über den ganzen Querschnitt und je nach dem Baustoffe feinkörnig oder sehnig sein, ohne Ungänzen oder Fehler zu zeigen. Schlagproben mit ganzen Achsen werden auch in der Weise vorgenommen, daß die Achse nach jedem Schlag um einen Teil des Umfanges gedreht wird, so daß nach der entsprechenden Zahl von Schlägen der ganze Umfang gleichmäßig beansprucht wurde; hiebei dürfen keine Anrisse auftreten. Eine bestimmte Durchbiegung kann in diesem Falle natürlich nicht vorgeschrieben werden.

Werden die Achsen stückweise am Schlagwerk erprobt, so darf die Durchbiegung nur wenige Millimeter betragen; sie werden dann unter ruhigem Drucke gerade gerichtet.

Als Ergänzung der Schlagprobe auf den mittleren Teil des Achsschaftes, bei der dieser letztere allein beansprucht wird, nehmen einzelne Bahnverwaltungen noch Schlagproben auf die Achsstummel vor. Eine Hälfte der schon in der Mitte geschlagenen Achse wird in der Nähe der Bruchstelle und am Achsstummel gelagert und auf den Nabensitz geschlagen, worauf die Abbiegung des Stummels gemessen wird. Für gekröpfte Lokomotivachsen, die der Schlagprobe im ganzen nicht unterzogen werden können, ist häufig die Schlagprobe an Probestäben vorgesehen. Letztere werden entweder dem beim Ausstoßen der Kröpfung entfallenden Stücke oder besonderen Ansätzen entnommen, die für diesen Zweck über die Fertiglänge der Achse hinaus in gleichem Durchmesser mit ausgeschmiedet werden. Diese Endstummel werden auf etwa 40 mm Durchmesser abgestochen und dann abgeschlagen. Die Probestäbe sind hieraus, ebenso wie die Zerreißprobestäbe, kalt auszuarbeiten; sie erhalten gewöhnlich eine Länge von 400 mm und 40 mm Durchmesser. Zur Erprobung dient ein kleines Schlagwerk mittels dem, meist nach Einkerbung der Stäbe, Schläge von 25–50 kgm ausgeübt werden.

Andere Verwaltungen verlangen diese Schlagprobe nicht nur von Stäben aus der Längsrichtung der Achsen, sondern auch von solchen aus der Querfaser. Diese ebenfalls aus Endstummeln stammenden Probestäbe sind dann nur 140–160 mm lang und werden mit Schlägen von 17–40 kgm erprobt; der Querschnitt ist quadratisch von 20–30 mm Seitenlänge.

Vereinzelt findet sich auch für Achsen aus Flußeisen die Härtungsbiegeprobe vorgeschrieben. Die kleinen Probestäbe werden auf dunkle Kirschrotglut erwärmt, in kaltem Wasser abgeschreckt, wobei sie keine Spuren von Härtung annehmen dürfen, und dann durch Schläge um einen Dorn bis zur -Form gebogen.

Die Zerreißprobe ist von allen Bahnverwaltungen als Abnahmeprobe für Achsen vorgeschrieben; die Stäbe werden aus den bei der Schlagprobe gebrochenen Achsen oder aus den abgeschlagenen Endstummeln entnommen. (Über Form der Probestäbe, Zerreißmaschinen, Vorgang u.s.w. s. Materialprüfungswesen.)

Gemessen wird überall die Zerreißfestigkeit (F) und die Dehnung (D), oft auch die Querschnittsverminderung; sehr selten die Belastung an der Streckgrenze. Gefordert wird für Achsen aus Flußeisen im allgemeinen: F = 40 bis 50 kg/mm² und D = 17 bis 32%; für Achsen aus Stahl: F = 50 bis 65 kg/mm², D = 15 bis 20%; für Achsen aus hochwertigen Stahlgattungen (Chromstahl, Nickelstahl u.s.w.) F bis zu 80 kg/mm². Dazu tritt oft noch die Bestimmung, daß die Summe aus Festigkeit und Dehnung oder Querschnittsverminderung einen Mindestwert erreichen muß, woraus sich[97] ergibt, daß innerhalb der zugelassenen Grenzen ein Fehlbetrag an Festigkeit durch erhöhte Dehnung oder Querschnittverminderung ersetzt sein darf und umgekehrt.

Zur Gefügebesichtigung bieten die Schlagprobe und die Zerreißprobe reichlich Gelegenheit. Im weiteren Sinne wäre hierzu auch das Durchbohren der Achsen der Länge nach zu zählen. Diese Arbeit wird an hochwertigen Achsen vorgenommen. Sie ermöglicht, an jedem Stück etwa im Kern vorkommende Ungänzen zu entdecken und solche kleineren Umfangs ohne Schaden zu entfernen. Die Bohrung wird mit 30–50 mm Durchmesser ausgeführt; die geringe Verminderung des Querschnitts ergibt nur eine ganz belanglose Verringerung der Widerstandsfähigkeit. Wenn die Bohrung genügend groß ausgeführt wird, kann die »Seele« der Achse mittels hohler Bohrer als Stab erhalten werden und zu Zerreißproben dienen.

Weitere Proben, wie chemische und mikrographische Untersuchung und Ätzproben, werden nur in Fällen besonderen Zweifels an dem gelieferten Baustoff sowie zu wissenschaftlichen Zwecken vorgenommen.

v. Wielemans.