LI. Ueber Hrn. Adams elastische Patentwagenraͤder. Aus dem Mechanics' Magazine, No. 615. Mit Abbildungen auf Tab. IV. Ueber Adams elastische Patentwagenraͤder. Laͤngst schon gehoͤrte es zu den großen Problemen der Mechanik ein Wagenrad zu erfinden, welches nicht nur so fest und dauerhaft ist, daß es nicht bricht, eine Staͤtigkeit in der Bewegung bewahrt und seine Form nicht veraͤndert, sondern welches zugleich auch so viel Elasticitaͤt besizt, daß die Erschuͤtterungen, die sich beim Rollen der Raͤder uͤber die Unebenheiten einer gewoͤhnlichen Straße nothwendig ergeben, nicht weiter fortgepflanzt, sondern wesentlich vermindert werden, damit diese Erschuͤtterungen ihre nachtheiligen Folgen entweder gar nicht oder nur in geringem Grade auf die Achse, um die sich das Rad dreht, uͤbertragen koͤnnen. Um diesen Zwek zu erreichen, muß die elastische Kraft offenbar zwischen dem Umfang des Rades und seiner Achse angebracht werden, und zwar auf eine solche Weise: daß die Kreisform des Umfanges des Rades keinen Schaden dadurch erleidet; denn in leztem Falle wuͤrde die Reibung des Rades bedeutend vergroͤßert werden. Die einzige Methode die Elasticitaͤt anzuwenden, besteht demnach darin, daß man der Achse gestattet sich in hinreichendem Grade von dem Mittelpunkte des Umfanges, auf welchen die Erschuͤtterung wirkt, zu entfernen, waͤhrend sie unmittelbar nach erfolgter Erschuͤtterung durch die Elasticitaͤtskraft, die in verschiedenen entgegengesezten Richtungen wirkt, bestaͤndig wieder in den eigentlichen Mittelpunkt zuruͤkgetrieben wird. Die Vortheile, die ein auf diese Weise gebautes Rad gewaͤhren muß, sind mannigfaltig und offenbar. 1. An den gewoͤhnlichen Raͤdern der Wagen ohne Federn wird die durch die Unebenheit der Straße bedingte Erschuͤtterung in einer geraden Linie laͤngs der Speichen an die Achse fortgepflanzt; und diese Erschuͤtterung, welche fortwaͤhrend unterhalten wird, so lange sich das Rad umdreht, vermehrt wesentlich die zum Ziehen noͤthige Kraft, indem sie das Oehl oder Fett austreibt, und die reibenden Oberflaͤchen der Achse und der Buͤchse in innige Beruͤhrung mit einander bringt. Dieser große Uebelstand nun wuͤrde durch die Anwendung elastischer Raͤder ganz oder in bedeutendem Grade beseitigt werden. 2. An jenen Wagen, deren unelastische Raͤder mittelst einer horizontalen, auf der Achse ruhenden Feder an der Achse angebracht sind, wird die Erschuͤtterung allerdings vermindert; jedoch nur in geringem Grade, indem sich deren Moment in gerader Richtung laͤngs der Speichen an die Achse fortpflanzt. Ueberdieß findet die Erleichterung, die die Feder gewaͤhrt, nur in senkrechter Richtung Statt, waͤhrend sich der groͤßte Theil des Moments der Erschuͤtterung nicht nach dieser, sondern in einer Richtung erstrekt, die gegen die Linie, in der der Wagen fortrollt, eine Neigung hat. Auch diesem Uebelstande wuͤrde durch die Anwendung elastischer Raͤder wesentlich abgeholfen werden, indem die Elasticitaͤt, da sie rings um die Achse in einem Kreise angebracht ist, sowohl gegen die senkrechten, als gegen die wagerechten Hindernisse oder Unebenheiten wirken wuͤrde. 3. Die Kraft, welche noͤthig ist um einen Wagen in Bewegung zu sezen, ist bekanntlich weit groͤßer als jene, womit er in Bewegung erhalten werden kann, indem im Verhaͤltnisse der Geschwindigkeit der Bewegung ein verschiedenes Moment erforderlich ist. Jedes Hinderniß, auf welches das Rad bei seinen Umdrehungen stoͤßt, bewirkt aber eine Unterbrechung des Bewegungsmomentes, und dadurch wird die zum Vorwaͤrtsbewegen des Wagens noͤthige Kraft jener Kraft angenaͤhert, die erforderlich ist um den Wagen zuerst in Bewegung zu sezen; denn die Erschuͤtterung wirkt in einer dem Bewegungsmomente entgegengesezten Richtung und neutralisirt dasselbe gewisser Maßen. An einem elastischen Rade wuͤrde die Erschuͤtterung zwar auch auf dessen Umfang wirken; allein da sie hier gar nicht oder in vermindertem Grade an die Achse fortgepflanzt wird, so wuͤrde das Bewegungsmoment des auf ihr ruhenden Wagengestelles, an welchem die Zugkraft angebracht ist, beinahe gar nicht beeintraͤchtigt werden. 4. Die Wagenraͤder erleiden auch seitwaͤrts oder nach der Laͤngenrichtung der Achse eine bedeutende Erschuͤtterung, und diese wird bei den unelastischen Raͤdern zur Qual der Fahrenden und zum Ruine der Wagen selbst beinahe ungebrochen an den Wagen fortgepflanzt. Bei einem Rade von gehoͤriger Elasticitaͤt wuͤrde die Heftigkeit der Erschuͤtterung weit geringer seyn, und die Bewegung mit mehr Leichtigkeit von Statten gehen. 5. Ein elastisches Rad wird, da es den Erschuͤtterungen mehr ausweicht, als ihnen Widerstand leistet, nicht so leicht Schaden leiden, als ein unelastisches, und daher auch dauerhafter seyn. Hoͤlzerne Raͤder brechen eben wegen ihrer groͤßeren Elasticitaͤt auch nicht so leicht, als eiserne. Die Raͤder sind wie die Beine der Menschen Bewegungsinstrumente, und gleichwie man sich mit seinen natuͤrlichen elastischen Beinen leichter bewegt, als mit hoͤlzernen, eben so wird sich ein auf elastischen Raͤdern ruhender Wagen auch leichter bewegen, als einer dessen Raͤder nicht elastisch sind; obschon uͤbrigens eine mechanische Vorrichtung freilich nie mit einer durch die Natur belebten in Verhaͤltniß gebracht werden kann. Schiffe, welche keine Elasticitaͤt besizen, bewegen sich langsamer im Wasser, als solche, denen eine gewisse Biegsamkeit eigen ist; und an Ruderbooten ist eine solche Biegsamkeit zur Erreichung der gehoͤrigen Geschwindigkeit durchaus nothwendig, damit sie sich den Bewegungen des Wassers mehr anpassen, als ihnen widerstreben. Die Bewegung eines Fisches im Wasser gibt gleichfalls einen Beweis fuͤr das eben aufgestellte Princip. Da man hienach beinahe allgemein von den Vortheilen, welche elastische vor unelastischen Raͤdern voraus haben muͤßten, uͤberzeugt ist, so hat man auch schon mannigfache Versuche gemacht solche Raͤder zu bauen, von denen jedoch keiner zu guͤnstigen Resultaten fuͤhlte. So brachte man eine Anzahl spiziger, doppelt elliptischer Stahlfedern an, die sich strahlenfoͤrmig von der Nabe gegen den Umfang hin erstreken, und um sich gegen die seitliche Wirkung zu schuͤzen, verdoppelte man die Anzahl dieser Federn, und gab ihnen gegen die Laͤnge der Nabe einen seitlichen Winkel. Raͤder dieser Art haͤtten, selbst wenn sie ihren Zwek erfuͤllt haͤtten, wegen der großen Kosten, die sie veranlaßten, nie allgemein in Gebrauch kommen koͤnnen; sie erfuͤllten aber nicht einmal ihren Zwek: denn die Elasticitaͤt der Federn konnte bloß in der Richtung der Laͤnge der Ellipsen durch Ausdehnung oder Zusammenziehung wirken, und die Wirkung haͤtte sich immer nur nach einer Richtung auf ein Mal, und zwar in einer diametral durch das Rad laufenden Linie geaͤußert. Es waͤren demnach immer nur einige wenige Federn zu gleicher Zeit in Thaͤtigkeit gewesen, und selbst diese auf eine hoͤchst unvollkommene Weise: naͤmlich in der Laͤnge einer sehr langen und schmalen Ellipse. Das Princip eines wirksamen Federrades muß aber darin liegen, daß die Elasticitaͤt an allen Theilen des Umfanges gleich ist; daß kein Theil ohne den anderen wirken kann, und daß jede Feder mit den uͤbrigen in Uebereinstimmung wirkt, von welcher Richtung her die Erschuͤtterung auch kommen mag. Da nun ein Rad wie das eben beschriebene diesen Bedingungen nicht entspricht, so kann es seinen Zwek nicht nur nicht erfuͤllen, sondern es wird auch nicht ein Mal dauerhaft seyn. Eine andere Art von Federrad verfertigte man, indem man Stahlblaͤtter wellenfoͤrmig bog, und diese in Radien von der Nabe zum Umfange des Rades laufen ließ, wobei man sie zur Vermeidung der seitlichen Wirkung auf dieselbe Weise dublirte, wie dieß bei den elliptischen Federn geschah. Solche Raͤder wuͤrden, wenn sie gehoͤrig gebaut sind, gewiß wirksamer seyn, als erstere; allein die Verfertigung von derlei Federn, die saͤmmtlich ihrem Zweke entsprechen, und die genaue Befestigung derselben, wuͤrde zu große Schwierigkeiten und Kosten veranlassen, abgesehen davon, daß die Raͤder bei starken Erschuͤtterungen dennoch leicht brechen wuͤrden. Eine dritte Methode, welche in Vorschlag gebracht, aber nie wirklich ausgefuͤhrt worden, beruht darauf, daß man innerhalb einem großen, festen und steifen Reifen ein kleineres Rad anbringen und den Zwischenraum zwischen beiden mit mehreren kleinen, an den Enden offenen, zusammengebogenen Reifen oder Stahlblaͤttern ausfuͤllen soll. Diese Reifen, die ihren Durchmesser demnach vergroͤßern oder verkleinern koͤnnen, sollen nur dadurch an Ort und Stelle erhalten werden, daß sowohl an dem Rade als an dem Reifen oder Ringe Aushoͤhlungen angebracht sind, welche ihrer Groͤße entsprechen. Die Nachtheile oder Mangel eines Rades dieser Art sind sehr zahlreich; es hat keine elastische Festigkeit und keine allgemeine Wirksamkeit, indem es bloß durch Compression der unteren und nicht durch Ausdehnung der oberen Federn wirkt; und eben so liegt ein großer Mangel desselben darin, daß, waͤhrend das Gewicht auf die unteren Federn druͤkt, die Elasticitaͤt der oberen nicht zur Verminderung, sondern vielmehr zur Vermehrung des Gewichtes mitwirken wuͤrde. Abgesehen hievon waͤre ein solches Rad auch schon deßwegen praktisch unbrauchbar, weil sich in Kuͤrze Steine und Staub zwischen die Federn legen, und deren Wirkung aufheben wuͤrden. Etwas Gutes liegt jedoch in diesem Vorschlage: naͤmlich der Keim oder die Grundidee zu der einzigen Art von Feder, womit wirksame Federraͤder verfertigt werden koͤnnen, d.h. zu der Anwendung des Kreises. Das Rad selbst ist ein Kreis, der sich bestaͤndig umdreht; Federn, die in diesem Rade fortwaͤhrend eine gleiche Wirkung haben, welche Seite auch nach Oben gerichtet seyn mag, muͤssen nothwendig ebenfalls Kreise seyn; keine andere Art oder Form von Federn kann hier eine eben so allgemeine Wirkung haben; keine andere Form wird schnell nach einander und in jeder Richtung eine Ausdehnung und Zusammenziehung gewaͤhren, wodurch die Nabe jedes Mal so oft die Erschuͤtterung voruͤbergegangen, genau wieder in den Mittelpunkt des Umfanges zuruͤkgefuͤhrt wird. Hr. William Adams, ein Theilnehmer der Firma Hobson und Comp. von Longacre, hat nun dieses Princip endlich mit vieler Muͤhe so weit zur Ausfuͤhrung gebracht, daß er sich auf sein Rad ein Patent ertheilen lassen konnte. Das Wesentliche seiner Erfindung besteht aus vier Reifen oder Ringen, die er aus einer breiten, gehoͤrig gehaͤrteten Stahlplatte verfertigt, indem er deren Enden so uͤber einander schlaͤgt und so zusammennietet, daß jeder Reif gehoͤrige Festigkeit bekommt, und sowohl durch Ausdehnung, als durch Zusammenziehung Widerstand leistet. Diese Reifen oder Ringe sind in gleichen Entfernungen von einander im Inneren eines steifen kreisrunden Reifens befestigt, der den Umfang des Rades bildet. Um dem Reifen die gehoͤrige Festigkeit und Steifheit zu geben, ist derselbe folgender Maßen zusammengesezt. Um einen inneren eisernen oder staͤhlernen Reifen, der nicht so dik ist, als der aͤußere, werden im Kreise hoͤlzerne Felgen gelegt, die genau anpassen, und deren Enden gleichfalls genau und so zusammengefuͤgt sind, daß Linien, die man von diesen Gefuͤgen aus zieht, in dem Mittelpunkte des Kreises zusammentreffen. Um diesen Felgenkreis wird wie gewoͤhnlich der aͤußere Reifen heiß angelegt, worauf man dann alle drei Schichten, aus denen der ganze Reifen besteht, durch Bolzen verbindet. Wenn wir diesen Reifen auch einen steifen nennen, so ist damit doch noch nicht gemeint, daß er eben so unnachgiebig ist, wie ein gußeiserner; sondern daß er zugleich mit einem solchen Grade von Elasticitaͤt, die dem Brechen vorbeugt, doch auch eine solche Staͤrke und Festigkeit besizt, daß er bei den Erschuͤtterungen, die er zu erleiden hat, keine bleibende Veraͤnderung seiner Form eingeht. An diesen Reifen werden nun die vier kleinen Reifen oder Ringe auf eine feste und dauerhafte Weise gebolzt, obschon diese nicht wesentlich zur Verstaͤrkung des Reifens mitzuwirken haben. Die Federn dienen als elastische Beine, und der Reifen leitet die Schritte, die sie beim Umdrehen des Rades machen; passend nennen daher auch die englischen Wagner das Bereifen eines Rades das Anschuhen (shoeing) desselben. Die Nabe des neuen Rades besteht aus eisernen Platten, welche an der Buͤchse der Achse angebracht und durch hoͤlzerne Bloͤke verstaͤrkt sind. Die Platten selbst bilden eine Art von Maltheserkreuz, und an den Armen dieses Kreuzes werden die vier Federreifen mit Bolzen und Schraubenmuttern befestigt, ohne daß man jedoch in die Federn selbst Loͤcher macht. Die Federn nehmen gegen den Umfang hin an Breite ab, damit sie gegen den Punkt hin, an welchem die Erschuͤtterung Statt findet, am meisten Elasticitaͤt gewaͤhren. Die Buͤchse selbst ist so gebaut, daß sie einen großen Vorrath von Oehl aufnehmen, und daß das Rad folglich bedeutend weiter laufen kann, als gewoͤhnlich, ehe es frisch geoͤhlt zu werden braucht, und zwar um so mehr, als in Folge der Wirkung der Elasticitaͤt die durch die Erschuͤtterungen des Rades bedingte Reibung wegfaͤllt. Die Speisung der meisten Oehlachsen beruht auf der Thaͤtigkeit von Saugroͤhrchen oder Pumpen, und wird daher durch mannigfache Ursachen leicht gestoͤrt, so daß sich die Achse dann erhizt und einklemmt; an eine Achse hingegen, die, wie dieß hier der Fall ist, in wirklicher Beruͤhrung mit dem Oehle steht, ist dieß nicht moͤglich. Wir waren anfaͤnglich der Meinung, daß ein Rad, an welchem sich so viel Metall befindet, wie an dem eben beschriebenen, nothwendig sehr schwer seyn muͤßte; dem ist jedoch nicht so. Da die Federn naͤmlich in Folge ihrer eigenthuͤmlichen Wirkung und ihres eigenen Baues einander gegenseitig unterstuͤzen, so konnte die Dike der Platten so vermindert werden, daß man in ihnen große Leichtigkeit mit großer Staͤrke vereint sieht. Daher kommt es denn auch, daß ein Paar der neuen Federraͤder nur um so viel schwerer ist, als die gewoͤhnlichen hoͤlzernen Raͤder, als das Gewicht des inneren Reifens betraͤgt. Da uͤbrigens an den gewoͤhnlichen Raͤdern die Achsen wegen der Erschuͤtterungen, denen sie zu widerstehen haben, um Vieles schwerer gemacht werden, als dieß bei der auf ihnen ruhenden Last eigentlich noͤthig waͤre, so koͤnnen die Achsen der Federraͤder, da sie keine so heftigen Erschuͤtterungen auszuhalten haben, um so Vieles leichter gemacht werden, daß dieses Uebergewicht des Reifens zum Theil dadurch ausgeglichen wird. Da das uͤberschuͤssige Gewicht hier uͤberdieß am Umfange und nicht in der Achse angebracht ist, so wird hiedurch die Reibung geringer werden; und eben so wird sich, da bei dem Gebrauche der elastischen Raͤder die Erschuͤtterungen wegfallen, sowohl in dem Gewichte als in der Zahl der Kutschenfeder eine Ersparniß ergeben, so daß auch hieraus wieder eine Verminderung der Reibung der Achse erwaͤchst. Das Gewicht sowohl, als die Staͤrke der Raͤder muß immer in einem bestimmten Verhaͤltnisse zu der darauf ruhenden Last stehen, weil der Schwerpunkt sonst zu hoch stehen wuͤrde: ein Fehler, der an einem Wagen beinahe eben so groß ist, als an einem Schiffe. Ein Rad kann eben so wohl zu leicht, als zu schwer seyn; und ersterer Fehler ist sogar noch groͤßer, als lezterer; denn es besteht bei ihm ein Fehler im Principe, woraus Gefahr erwaͤchst, waͤhrend in lezterem Falle nur durch ein etwas groͤßeres Gewicht, nicht aber durch eine staͤrkere Reibung der Achse ein kleiner Unterschied in Hinsicht auf die Zugkraft erwaͤchst. Bei einer bedeutenden Geschwindigkeit wirkt uͤbrigens das Gewicht des schweren Rades wie bei einem Flugrade mit einem Bewegungsmomente. Das Adams'sche Rad ist leicht und elegant, und daher fuͤr leichte Fuhrwerke auf gewoͤhnlichen Landstraßen sehr geeignet; eine noch weit ausgedehntere Anwendung duͤrfte ihm jedoch noch auf den Eisenbahnen, die immer mehr an Zahl und Wichtigkeit zunehmen, bevorstehen. Nach Hrn. Wood's Angaben betraͤgt naͤmlich der Unterschied, der sich auf den Eisenbahnen zwischen der Abnuͤzung der Wagen mit Federn und jener der Wagen ohne Federn ergibt, 1/4 bis 1/2. Die Federn, deren man sich an diesen Wagen bedient, sind sehr kurz, und haben nur einen geringen Spielraum, und selbst diesen nur in einer senkrechten Linie, die doch nicht die Linie ist, in der die Erschuͤtterung Statt findet. Bei großen Geschwindigkeiten steigt die Notwendigkeit der Elasticitaͤt in zusammengeseztem Verhaͤltnisse. Die auf den Eisenbahnen uͤbliche Geschwindigkeit wuͤrde auf den gewoͤhnlichen Straßen den Wagen bald in Stuͤke zerfallen machen. Ein kleines Steinchen oder eine kleine Ungleichheit im Gefuͤge der Schienen erzeugt bei einer großen Geschwindigkeit eine heftige Erschuͤtterung, und die gleich wiederholten Hammerschlaͤgen wirkenden Stoͤße der Raͤder gegen eine bereits lose Schiene machen, daß dieselbe bricht oder sonst unbrauchbar wird. Da die Elasticitaͤt des Federrades in einer geraden oder directen Linie wirkt, so werden sowohl die Schienen, als die Wagen bei Anwendung dieser Raͤder vor Erschuͤtterungen geschuͤzt und der Gesammtbetrag der Reibung somit bedeutend vermindert werden. An den gewoͤhnlichen unelastischen Raͤdern, wie man sich ihrer an den Eisenbahnen bedient, haben die vorstehenden Randstuͤke, wenn die Raͤder nicht in einer vollkommen geraden Linie laufen, bestaͤndig eine Neigung auf die Schiene hinauf zu steigen, wodurch der Wagen umgeworfen werden wuͤrde. Die seitliche Elasticitaͤt des Adams'schen Rades duͤrfte hingegen dergleichen Unfaͤllen vorbeugen. Ein elastisches Rad hat endlich auch noch bei einem Fehler, der fast alle Raͤder trifft, d.h. bei dem Mangel einer vollkommenen Rundung oder Centrirung, einen Vorzug vor einem unelastischen voraus; denn ein unelastisches Rad muß sich in diesem Falle nothwendig mit mehr Reibung drehen, als ein elastisches, an welchem die Elasticitaͤt bestaͤndig diesen Fehler zu beseitigen sucht. Fuͤr Wagen von gewoͤhnlicher Schwere und Belastung sollen die Federn dem Patenttraͤger gemaͤß aus einfachen Stahlplatten verfertigt werden, wo sie sich dann auch leicht gegen Rost schuͤzen lassen; an schweren Wagen hingegen, so wie an den Maschinenwagen fuͤr Eisenbahnen muß die Zahl der Platten auf gleiche Weise vermehrt werden, wie dieß an anderen Wagenfedern zu geschehen pflegt. Fig. 1 gibt einen Seitenaufriß, und Fig. 2 einen Querdurchschnitt des Adams'schen Rades. A ist der aͤußere Reifen; B, B sind die Felgen; C zeigt den inneren Reifen; D sind Bloͤke, in denen die Federn an den Reifen befestigt werden; E Bolzen, womit die Bloͤke fixirt werden; F ist das Maltheserkreuz und die Achsenbuͤchse; G sind die kreisrunden Federn. Sollte eine der Federn brechen, so koͤnnte sie leicht in einigen Minuten gleich auf der Straße oder auf der Eisenbahn selbst durch eine andere ersezt werden. Die Nabe der fuͤr Eisenbahnen bestimmten Raͤder koͤnnte uͤbrigens noch einfacher seyn, als jene an den Raͤdern der gewoͤhnlichen Wagen.