Laufrollen. Von Alexander Dieterich in Köln-Ehrenfeld. Mit Abbildungen. Laufrollen. Die Laufrollen der Laufkatzen, welche auf den in Fig. 1 dargestellten geneigten Flächen des ⌶-Eisens laufen, findet man vielfach mit Laufflächen ausgeführt, die eine Neigung haben, welche derjenigen des ⌶-Eisens genau entspricht. In dieser Anordnung liegt ein Constructionsfehler, welcher die Leistungsfähigkeit einer derartigen Laufkatze beeinträchtigt. Es ergibt sich dies aus dem Folgenden: Textabbildung Bd. 293, S. 97Fig. 1.P1QST (Fig. 2) stellen den Querschnitt einer konischen Laufrolle dar; es legt dann bei derselben ein Punkt P1 auf dem Kreise mit dem Halbmesser R1 bei einer Umdrehung den Weg 2πR1 zurück; entsprechend durchläuft ein Punkt Px auf einem beliebigen anderen Kreise mit dem Halbmesser Rx in derselben Zeit den Weg 2πRx; nennt man die Entfernung der Kreismittelpunkte hx und den halben Winkel an der Spitze des Kegels α, so ist der Unterschied der beiden Kreisumfänge und somit der Wegunterschied der beiden Punkte P1 und Px gleich: 2πR1 – 2πRx = 2πR1 – 2π(R1 – hx . tgα) = 2πhx . tgα, d.h. der Weg des Punktes Px ist kleiner als der des Punktes P1 und zwar um den Umfang eines Kreises, dessen Halbmesser = hxtgα oder gleich dem Unterschiede der Halbmesser der beiden Kreise, auf denen P1 und Px liegen. Textabbildung Bd. 293, S. 97Fig. 2.Textabbildung Bd. 293, S. 97Fig. 3.Textabbildung Bd. 293, S. 97Fig. 4. Die ganze Mantelfläche des geneigten Rades kann nur dann gleichmässig zur Abwickelung kommen, wenn jeder Kreis derselben sich continuirlich abwickelt, also jeder Punkt eines solchen Kreises die Weglänge des Umfanges auf der Laufbahn zurücklegt. Denselben Weg durchläuft in der Zeit einer Umdrehung der Mittelpunkt jedes Kreises auf dem Laufmantel; der Ort dieser sämmtlichen Mittelpunkte ist die Achse des Kegels, dessen Mantel die Lauffläche angehört (Fig. 2). Rollt dieser Kegel auf einer ebenen Fläche, so bestreicht die Achse desselben einen Kegelmantel; jeder Punkt der Achse beschreibt also einen Kreis; dabei ändert die Kegelachse stetig ihre Richtung und tritt in jedem Augenblicke in eine andere Ebene; auch in dem besonderen Falle, in welchem die Kegelachse in einer Ebene bleibt – was dann stattfindet, wenn der Kegel sich auf einem zweiten abwickelt, dessen Winkel an der Spitze das Supplement vom Winkel des rollenden Kegels ist –, ändert die Achse des letzteren continuirlich ihre Richtung in ihrer Ebene, und jeder ihrer Punkte beschreibt einen Kreis in derselben. Auf Grund dieser Ueberlegung ergibt sich ein principieller Constructionsfehler bei den gebräuchlichen Laufkatzen. Die Achsen der beiden konischen Rollen liegen in einer Geraden, welche stets dieselbe Richtung beibehält; der Mantel der Rollen kommt auf ebenen Flächen zur Abwickelung. Nach den obigen Ausführungen müsste aber die Achse jeder der beiden konischen Rollen, wenn die Bewegung eine ungehemmte wäre, einen Kegelmantel bestreichen, und zwar ist der angestrebte Drehungssinn der beiden Achsen entgegengesetzt. Es wird demnach, wenn der Rollenbolzen durchgehend wäre, eine Knickung desselben in der Mitte, oder, wenn er, wie gewöhnlich, nicht durchgehend ist, eine Knickung zwischen Rolle und Hängeeisen angestrebt. Da die Festigkeit des Materials dem Bruche und der Verbiegung widersteht, so kann, da die Bolzen der beiden Rollen ihrer natürlich angestrebten Bewegung nicht folgen können, die gleichmässige Abwickelung des Mantels auf den ebenen Laufflächen nicht zu Stande kommen; die natürliche Kreisbewegung jedes Punktes der Achse der beiden Rollen wird in eine geradlinige Bahn gezwungen, d.h. jeder zu einem solchen Punkte als Mittelpunkt gehörende Kreis des Mantels wird gezwungen, sich auf einer in der Laufrichtung liegenden Geraden abzuwickeln,* statt, wie es die ungehemmte Bewegung erfordert, auf einem Kreise. Da nun diese geraden Laufbahnen für die sämmtlichen Kreise des Laufmantels einer Rolle parallel sind, die Mittelpunkte der Kreise fortwährend sämmtlich in einer zur Laufrichtung rechtwinklig liegenden Geraden sich befinden, die Kreisumfänge aber stetig sich ändern, so kann nur ein einziger der unendlich grossen Anzahl von Laufkreisen zur unbehinderten Abwickelung kommen, während die Bewegung der sämmtlichen übrigen gehemmt oder beschleunigt sein wird, je nachdem die Umfange grösser oder kleiner sind als die des freirollenden Kreises; es muss also nahezu der ganze Mantel mehr oder weniger auf der Lauffläche schleifen. Welchen der Kreise man als freirollend annimmt, ist gleichgültig; rollt der äussere a (Fig. 2) frei, so muss jeder der übrigen während der Dauer einer Umdrehung einen grösseren Weg als die Länge seines Umfanges zurücklegen, muss also durch Schleifung beschleunigt werden, oder hemmt umgekehrt die Bewegung von a; rollt i (Fig. 2) frei, so müssen alle übrigen Kreise, die vermöge ihres grösseren Umfanges während der Dauer einer Umdrehung einen grösseren Weg zu durchlaufen suchen als i, in ihrer Bewegung durch Schleifung gehemmt werden; rollt irgend ein Kreis m (Fig. 2) von mittlerer Lage frei, so werden alle übrigen hemmend oder beschleunigend geschleift, je nachdem ihre Durchmesser grösser oder kleiner sind als der von m. Aus diesem Umstände erklärt sich das Rütteln, welches man gewöhnlich bei in Bewegung befindlichen Laufkatzen beobachtet. Im Allgemeinen wendet man als Laufschienen ⌶-Eisen (deutsche Normal-Profile) an mit einer Flanschneigung von 14 : 100 = 14 Proc; in diesem Falle wird ∢ α = arctg0,14; bei einer Rollenhöhe von h mm ist demnach der Unterschied der Umfange des grössten und des kleinsten Kreises = 2πR1 – 2π(R1 – htgα) = 2πhtgα = 0,14 . 2π . h = 0,28πh = 0,87964584284 . h oder rund 0,88. Textabbildung Bd. 293, S. 98Verschiedene Formen von Laufrollen.Macht also der grösste Kreis eine freie Umdrehung, so kommt auch der kleinste einmal zur völligen Abwickelung; er wird aber gleichzeitig um die Strecke 0,88. h mm in seiner Bahn geschleift; dasselbe gilt für sämmtliche Umfange zwischen dem grössten und dem kleinsten Kreise, und die Weglängen, um welche ihre Umfange bei der Fortbewegung geschleift werden, liegen stetig zwischen 0 und 0,88. h. Aehnliches gilt umgekehrt für den Fall, dass man den kleinsten Laufkreis als ungehemmt bewegt annimmt. Das Schleifen geschieht natürlich nicht plötzlich um den ganzen Wegunterschied, sondern vertheilt sich auf die Zeit eines Umlaufes und geschieht durch eine sehr grosse Zahl einzelner kleiner Sprünge, wodurch das schon erwähnte Rütteln und Zittern verursacht wird. Es ist einleuchtend, dass dadurch, dass der grösste Theil vom Mantel der konischen Rollen auf der Schiene schleift, der Reibungswiderstand bei der Fortbewegung ganz bedeutend vergrössert wird, was namentlich ungemein störend wird, wenn die Belastung der Rollen gross ist. Um den erwähnten Uebelständen abzuhelfen, müssten Schienen angewandt werden, bei denen die Laufbahnen in einer Ebene liegen, und entsprechend die Rollen cylindrisch sein. Da nun in den meisten Fällen Normal-⌶-Eisen zur Anwendung kommen mit einer Flanschneigung von 14 Proc., bei geneigten Laufbahnen jedoch nur eine ungehemmte Bewegung stattfinden kann, wenn die Rolle nur mit einem Kreisumfange auf der Laufbahn sich abwickelt (vorausgesetzt, dass die Bolzen der Rollen wagerecht liegen sollen), so wird man den theoretischen Bedingungen für eine ungehemmte Bewegung am nächsten kommen, wenn man dem äusseren Kranze der Rollen die in Fig. 3 und 4 dargestellte gewölbte oder keilförmige Gestalt gibt. Textabbildung Bd. 293, S. 99 Laufrollen mit Kugelführung. Textabbildung Bd. 293, S. 99 Laufrollen mit Kugelführung. In diesem Falle wird die Bewegung der Rollen, abgesehen von der Reibung, völlig ungehemmt sein. Auch wenn seitliche Verschiebungen eintreten, wenn sich also die eine Rolle dem Stege des ⌶-Eisens nähert, die andere sich entsprechend von demselben entfernt, so wird die Fortbewegung eine ungehemmte und gleichmässige bleiben, da die eine Rolle der anderen nicht vorauseilen kann, wenn die Durchmesser gleich gross genommen werden; damit diese letztere Voraussetzung immer erfüllt sei, ist es am zweckmässigsten, dem Rollenkranze die Form eines Doppelkegels zu geben, wobei die scharfe Kante der gemeinsamen Basis abzustumpfen ist (Fig. 4). Um die Möglichkeit seitlicher Verschiebungen übrigens ganz auszuschliessen, braucht man an der äusseren Seite der Laufrollen nur einen übergreifenden Kranz (Fig. 5) oder besser gegen die Abrundung des unteren Flansches des ⌶-Eisens Führungsrollen anzubringen (Fig. 6 bis 10), die sich unabhängig von den Tragrollen, ebenfalls wie diese, auf dem gemeinsamen Bolzen frei drehen können; diese Rollen wären dann, um ein Auflaufen auf die geneigten Flächen des unteren Flansches zu verhüten, mit starker Neigung (Fig. 6 bis 10) auszuführen. Damit nun bei Einfügung einer derartigen Führungsrolle der Angriffspunkt der Last, also die Mitte des Hängeeisens M, nicht zu weit vom Mittelpunkte M1 des Laufkreises der Tragrolle entfernt wird – wodurch die Stabilität erheblich leiden würde –, kann man die Anordnung so treffen, dass die Nabe der Tragrolle der Führungsrolle als Bolzen dient (Fig. 6 bis 10). Die Führungsrollen lassen sich vermeiden, wenn man in die gegen den Steg des ⌶-Eisens gerichteten ausgebohrten Enden der Laufrollenbolzen je eine Stahlkugel frei beweglich einsetzt (Fig. 11 bis 15) oder die Stahlkugeln in ausgebohrte, an die Enden der Seitenarme der Hängeeisen geschraubte Bolzen lagert (Fig. 16 bis 18). Bei Laufkatzen mit vier Tragrollen lassen sich zweckmässig die Kugeln durch kleine gewölbte Rollen ersetzen, die um senkrechte Bolzen drehbar sind. Die Anordnung ist aus den Fig. 19 bis 21 deutlich ersichtlich. Derartige gewölbte Führungsrollen sind bei Laufkatzen mit zwei Laufrollen nicht wohl anwendbar, weil bei pendelnden Bewegungen des Gehänges in der Laufrichtung die Bolzen dieser Führungsrollen aus der senkrechten Richtung gebracht und dementsprechend bei Berührung mit dem Stege des ⌶-Eisens eine würgende Drehung bedingt würde. Damit nicht die ganze Last immer auf einem so schmalen Kranze ruhe, wie es durch die keilförmige Gestalt des Rollenkranzes bedingt wird, kann man zweckmässig auf jeder Seite noch eine zweite Tragrolle anbringen, die sich unabhängig von der ersteren drehen kann, obgleich die Durchmesser verschieden sind, wenn man sie auf der Nabe der ersten Rolle als Achsen laufen lässt. In den Fig. 6 bis 10 ist die Anordnung zugleich mit zwei äusseren Führungsrollen dargestellt. Textabbildung Bd. 293, S. 100Laufrollen mit Rollenführung.Textabbildung Bd. 293, S. 100Fig. 22.Textabbildung Bd. 293, S. 100Fig. 23.Textabbildung Bd. 293, S. 100Fig. 24.Textabbildung Bd. 293, S. 100Fig. 25. Die obigen Erörterungen lassen sich auch auf die Construction von Laufschienen und Rollen bei Drehbrücken und Drehscheiben anwenden. Unter diesen findet man oft Laufrollen von cylindrischer Form, deren Mantel sich auf Brückenschienen mit geraden Laufflächen und abgerundeten Kanten abwickelt. Diese Rollen sind nun ihrer Construction gemäss zu einer geradlinigen Bewegung bestimmt, während sie durch die Construction des ganzen Systems zu einer kreisförmigen Bewegung gezwungen werden. Dadurch werden in umgekehrter Weise, wie dies oben für die konischen Rollen der Laufkatzen aus einander gesetzt ist, die nämlichen Uebelstände wie dort bedingt; die Bewegung muss immer eine durch Schleifung eines Theiles des Rollenmantels auf dem Schienenkopfe gehemmte sein. In diesem Falle käme man den theoretischen Voraussetzungen für ungehemmte Bewegung am nächsten, wenn man der Lauffläche des Schienenkopfes eine schwach geneigte Form gäbe, auf dem die konische Rolle sich ungehemmt abwickeln kann (Fig. 22). Die Spitze der beiden Kegel, durch welche die Neigung von Rolle und Lauffläche des Schienenkopfes bestimmt wird, ist der Drehungsmittelpunkt. Da diese Form der Brückenschiene jedoch nicht gewalzt wird und durch Hobeln zu kostspielig auszuführen ist, kann man einfach bei Schienen, deren Köpfe ebene Laufflächen mit abgerundeten Kanten haben, den Rollenkranz gewölbt oder stumpf keilförmig wählen nach Fig. 23 und 24; dann werden die bei den Rollen der Laufkatzen besprochenen Unzuträglichkeiten auch hier aus den oben angeführten Gründen fortfallen. Werden als Laufschienen Eisenbahnschienen mit gewölbten Laufflächen benutzt, so kann man vortheilhaft die Rollen nach Fig. 25 ausführen.