Die Anwendung des Tallowwood-Hartholzes im Eisenbahn- und Straßenbau. Von Regierungsbaumeister Jaehn in Bromberg. Die Anwendung des Tallowwood-Hartholzes im Eisenbahn- und Straßenbau. Es ist eine interessante Tatsache, daß der Ursprung der heutigen Eisenbahnen in der erstmaligen Verwendung des Holzes im Straßenbau zu finden ist. Das Bestreben, Massengüter wie Kohle und Erze möglichst schnell und billig nach den Verladeplätzen, den Hafenanlagen zu befördern, hat den Anlaß dazu gegeben, in die ausgefahrenen Gleise der Straßen starke Holzbohlen zu legen, die man im weiteren Verlauf noch durch Querschwellen unterstützte. Damit war das Charakteristikum der Eisenbahn, nämlich die Spurbahn gegeben, deren Aufgabe es war, den Lauf der Fahrzeuge durch hölzerne und später metallene Stränge zu regeln, die Reibung zwischen Fahrzeug und Fahrbahn zu vermindern und somit die Leistungsfähigkeit der Beförderung zu erhöhen. Die hölzernen Längsbalken, auf denen die Räder liefen, nutzten sich sehr bald ab, ihre Auswechselung war umständlich und kostspielig und so lag es nahe, auf die mit den Querschwellen vorbundenen Langschwellen Bohlen aus härterem Holz zu nageln, die nunmehr als Fahrschiene dienten und leicht ausgewechselt werden konnten. Wenn nun auch bald infolge eigenartiger volkswirtschaftlicher Verhältnisse – der Ueberproduktion von Roheisen in England – mehr der Zufall als die Ueberlegung die Einführung der eisernen Schiene begünstigte, so bleibt doch diese wirtschaftlich wie technisch gerechtfertigte Anordnung der Verbindung von Weichholz mit Hartholz recht bemerkenswert. Wirtschaftlich war diese Anordnung, weil sie einen stark beanspruchten Konstruktionsteil aus einer Gesamtanordnung herausschälte, indem die Langschwelle durch zwei Teile, die härtere Fahrschiene von geringem Querschnitt und die weichere Unterstützungsschwelle, ersetzt wurde, wodurch sich der vorzeitige Abgang der Langschwelle, die ja hauptsächlich nur auf ihrer oberen Fläche besonders stark abgenutzt wurde, vermeiden ließ. Technich zweckmäßig muß diese Verbindung bezeichnet werden, weil durch Einführung der Hartholzfahrschiene ein Konstruktionsglied eingeführt wurde, dessen Aufgabe es war, den mechanischen Angriffen der rollenden Fahrzeuge wie den Einflüssen der Witterung besser Widerstand zu leisten, und die von den Rädern ausgeübten Drücke und Stöße elastisch und gleichmäßiger auf eine größere Fläche verteilt auf die Weichholzlangschwelle zu übertragen. Wir haben hier also das Urbild der Lastübertragung des Fahrzeuges auf den am schwächsten zu beanspruchenden Teil, den Baugrund, durch in der Beanspruchung abnehmende, aber an Fläche zunehmende Bauteile, somit eine Anordnung, welche insbesondere als vorbildlich für die Ausgestaltung des Eisenbahnoberbaues, des Straßenbaues und des Brückenbaues angesehen werden muß, und deren Parallelismus mit den letztgenannten Bauarten leicht aus nebenstehendem Schema ersichtlich wird: Spurhahn Eisenbahnoberbau Straßenbau Brückenbau Radlast Radlast Radlast Radlast Hartholzfahrschiene Schiene Pflaster Fahrbahn Weichholzlangschw. Unterlagsplatte Beton Hauptträger Weichholzquerschw. Querschwelle Kies Auflager Baugrund Bettung Baugrund Auflagerstein Baugrund Widerlager Baugrund Wirtschaftliche und technische Erwägungen waren es also gewesen, welche auf die Anwendung des Hartholzes wegen der eigenartigen Beanspruchungen infolge der rollenden Lasten und infolge der Witterung hingewiesen hatten. Wenn nun auch im Laufe der Zeit durch die mannigfachen Tränkungsverfahren ein Mittel gegeben war, Weichhölzer, wie Kiefer, Lärche und Tanne in wirksamer Weise gegen Fäulnis zu schützen, dann aber ein einheimisches Hartholz, die Buche, überhaupt erst hierdurch für Eisenbahnzwecke verwendbar zu machen, so ist es dennoch bisher nicht gelungen, durch die Art der Lagerung und Befestigung der Schienen – gegenwärtig meist Unterlagsplatten und Schraubennägel – den mechanischen Zerstörungen wirksam derart vorzubeugen, daß das Auswechseln einer größeren Anzahl von Schwellen wegen äußerer Verletzungen nicht vor dem Verfaulen notwendig wurde; durch das neuerdings vielfach mit unbestrittenem Erfolg geübte Verfahren der „Verdübelung“ von Schwellen ist dieser Uebelstand allem Anschein nach behoben, und die weiteren Erfahrungen werden lehren müssen, ob die verdübelte Schwelle unbedingt der unverdübelten wirtschaftlich überlegen ist. Aehnlichen Beanspruchungen wie im Eisenbahnbau, allerdings in geringerem Maße, unterliegt das Holz bei seiner Verwendung im Straßenbau; auch hier spielen äußere Abnutzung und Fäulnis eine große Rolle. Es erscheint nun wünschenswert, eine Holzart ausfindig zu machen, die ohne Tränkung erfolgreich den genannten Einflüssen zu widerstehen vermag, und deren Beschaffungskosten sich nicht wesentlich höher als die des in jeder Hinsicht bestbewährten splintfreien Eichenholzes stellen. Soweit die bisherigen Erfahrungen ein Urteil zulassen, ist eine derartige Holzart in dem australischen Tallowwood-Hartholz gefunden, auf dessen besondere Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten im nachstehenden eingegangen werden soll. Unter Tallowwood, deutsch auch „Talgholz“ genannt, und seinem engverwandten fast absolut gleichartigen Schwesterholz „Blackbutt (Eucalyptus patens)“ werden zwei australische Eukalyptusarten verstanden, und zwar „Eucalyptus microcarys“ und „Eucalyptus pillularis“; andere fälschlich gleichfalls mit dem Namen „australisches Tallowwood“ bezeichnete Hölzer von australischen und tasmanischen Gummibäumen, wie „Blue Gum“ oder „Spotted gum“, oder Hölzer wie „Karri“ und „Jarrah“ besitzen nur in geringerem Maße die wertvollen Eigenschaften der erstgenannten beiden Eukalyptusarten, wenngleich gerade die beiden letztgenannten Holzarten wegen ihrer schätzenswerten Eigenschaften schon verschiedene Anwendungen im Ingenieurbau gefunden habenVortrag des Eisenbahndirektors Froitzheim über „Australische Harthölzer“ im „Verein für Eisenbahnkunde zu Berlin“ am 8. November 1904 („Glasers Annalen“ 1905 S. 6).. Die Güte des Tallowwood ist wesentlich abhängig von dem Standort und dem Alter der Bäume; in Tälern gewachsenes Holz von jungen Bäumen wird nach längerer Lagerung rissig, während auf dem Gebirge langsam gewachsenes Holz von alten Bäumen eben erst nach zwei- oder mehrjähriger Lagerung die nachstehend beschriebenen besonderen Eigenschaften in hohem Maße aufweist. Zunächst werden die Festigkeitseigenschaften des Tallowwood von besonderem Interesse sein, welche auf Antrag der Firma Staerker & Fischer zu Leipzig durch Materialprüfungen im Maschinenbaulaboratorium I der Kgl. Technischen Hochschule zu Dresden festgestellt worden und deren Ergebnisse hier zusammengestellt sind. Für die Unterstützung dieser Abhandlung durch freundliche Ueberlassung von Zeichnungen und Drucksachen sei der vorgenannten Firma an dieser Stelle verbindlichst gedankt. Tabelle 1. Textabbildung Bd. 322, S. 194 Material; Raumgewicht lufttrocken; Porositätsgrad absolut trocken; Feuchtigkeitsgehalt lufttrocken; Zugversuche in lufttrockenem Zustande; Zugfestigkeit; Elastizitätsmodul; Druckversuche; Druckfestigkeit; parallel zur Faserrichtung; gedarrt; lufttrocken; naß; senkrecht zur Faserrichtung lufttrocken; Elastizitätsmodul lufttrocken; Bruchfestigkeit; Festigkeit an der Elastizitätsgrenze; Biegeversuche lufttrocken; Spaltversuche lufttrocken; Spaltfestigkeit; Spaltarbeit; Tallowwood (Eucalyptus microcarys); Eiche; *) Die in () gesetzten Zahlen geben den zugehörigen Feuchtigkeitsgehalt der Probekörper bei der Prüfung an. Das Raumgewicht, d.h. das Gewicht der Raumeinheit des Holzes mit seinen Hohlräumen, wurde an Würfeln von 70 mm Kantenlänge mittels der Auftriebmethode, sowie durch Ausmessen und Wiegen ermittelt. Tab. 1 enthält Mittelwerte aus einer Versuchsreihe von rund 30 Proben. Das Raumgewicht ergab sich in den einzelnen Zonen jeder Planke fast gleich. Die Tabellen werte beziehen sich auf den lufttrockenen Zustand, welcher für die schweren Eukalyptusarten bei 15–16 v. H. Feuchtigkeitsgehalt liegt. Der Feuchtigkeitsgehalt wurde durch Trocknung der benutzten Probekörper im Vakuumtrockenapparat bis zu dem Zeitpunkt ermittelt, an welchem eine Gewichtsabnahme nicht mehr festzustellen war. Der Gewichtsverlust, ausgedrückt in Hundertteilen des Gewichtes der Probekörper bei absoluter Trockenheit, ergab sodann den Feuchtigkeitsgehalt der Probekörper. Das spezifische Gewicht des Zellstoffes ergab sich zu 1,52–1,56. Der Porositätsgrad, welcher angibt, wieviel Hohlraum das Holz für die Volumeneinheit besitzt, zeigt nur geringe Abweichungen. Der Porositätsgrad p ergibt sich aus der Beziehung p=1-\frac{r}{s} wobei r = Raumgewicht des Holzes         s = spezifisches Gewicht des Zellstoffes bedeutet. Die Zugversuche wurden mit Stäben von 10 × 10 mm Querschnitt bei einer Maßlänge von 200 mm vorgenommen. Die Werte (in Tab. 1) sind Mittelwerte aus je vier Untersuchungen. Für die Ermittlung der Zugfestigkeit wurden Würfel von 70 mm Kantenlänge, für die Ermittlung des Elastizitätsmoduls Parallelepipede von 50 × 50 mm Grundfläche und 100 mm Höhe benutzt. Die Körper waren so aus den Planken herausgearbeitet, daß je zwei Seiten in die Richtung der Tangente an die Jahresringe fielen. Die Druckbeanspruchung parallel zur Richtung der Holzfasern erfolgte bei drei Feuchtigkeitszuständen, dem gedarrten (2 v. H. Feuchtigkeitsgehalt), dem lufttrockenen (15 bis 16 v. H.) und dem durch viermonatliche Wässerung erzeugten Zustand (50–60 v. H. Feuchtigkeitsgehalt), Die über acht Monate ausgedehnte Wässerung brachte keine bemerkenswerte Festigkeitsverminderung gegenüber der viermonatlichen Wässerung hervor. Die Angaben der Tab. 1 sind Mittelwerte aus je vier Prüfungen. Die Angaben über Druckbeanspruchung senkrecht zur Richtung der Holzfasern, sowie über den Elastizitätsmodul beziehen sich auf den lufttrockenen Zustand. Die Prüfung auf Biegungsfestigkeit wurde mit Balken von 70 × 70 mm Querschnitt und 1100 mm Länge vorgenommen. Die Stützweite der Balken bei der Prüfung betrug 1000 mm. Die Durchbiegungen wurden in 1/400 mm gemessen und aus den Durchbiegungen und den zugehörigen Belastungen der Elastizitätsmodul berechnet. Der Bruch wurde als eingetreten erachtet, wenn die Tragfähigkeit des Balkens aufhörte, d.h. nicht beim Eintritt der ersten Brüche einzelner Fasern. Die in der Tabelle enthaltenen Zahlen sind Mittelwerte aus je drei Untersuchungen. Textabbildung Bd. 322, S. 194 Fig. 1. Zur Ermittlung der Spaltfestigkeit und zwar in der Wölbfläche und im Spiegel dienten Körper nach der Nordlingerschen Form (Fig. 1) von 25 × 40 mm Spaltfläche und 110 mm Schenkellänge. Aus den Federungen und den Belastungen wurde die zum Spalten aufgewendete Arbeit ermittelt. Die Angaben in der Tabelle sind Mittelwerte aus je vier Prüfungen. Aus einer anderen Reihe Versuche, die sich gleichzeitig auf deutsche Kiefer und deutsche Eiche zur Gewinnung von Vergleichswerten erstreckten, wurden die in Tab. 2 zusammengestellten Bruchfestigkeiten ermittelt. Tabelle 2. Material Biegung Druckparallel zurFaser Drucksenkrecht zurFaser Zug Bemerkungen Festigkeit in kg/qcm Deutsche Kiefer   290 225   30 260     Die Biegungsversuche sind mit Balken von150 cm Stützweite und einem Querschnitt 28 × 15 cmvorgenommen. Zu den Druckproben wurden Würfelvon 12 cm Seitenlänge benutzt. Die Zugkörperhatten einen quadratischen Querschnitt von 6 cmSeitenlänge und waren im ganzen 75 cm lang. Deutsche Eiche   580 300   80 620 Tallowwood 1090 580 125 915 Wie bereits aus Tab. 1 ersichtlich, sind die Festigkeitszahlen wesentlich abhängig vom Feuchtigkeitsgehalte: Die Festigkeit nimmt im allgemeinen erheblich ab mit wachsender Feuchtigkeit; mit zunehmender Lagerungszeit vergrößert sich die Druckfestigkeit bedeutend. Der Elastizitätsmodul ist für Druck nahezu unveränderlich. Für die Beurteilung der Festigkeit verschiedener Baustoffe ist außer dem Elastizitätsmodul die Kenntnis der Proportionalitätsgrenze und der Bruchgrenze von Wert. Aus den beiden letzteren Größen läßt sich die Annahme eines bestimmten Sicherheitskoeffizienten, der entweder dem Verhältnis \frac{\mbox{Bruchgrenze}}{\mbox{zulässige Belastung}} oder dem Verhältnis \frac{\mbox{Proportionalitätsgrenze}}{\mbox{zulässige Beanspruchung}} entspricht, die zulässige Beanspruchung herleiten. In der Tab. 3 sind die in Frage kommenden Werte für Kiefer, Eiche, Buche und Tallowwood angegeben. Tabelle 3. Artder Beanspruchung Feuchtig-keits-gehaltv. H. Elastizi-tätsmodulkg/qcm Proportio-nalitäts-grenzekg/qcm Buch-grenzekg/qcm Kiefer ZugDruck paralell zur Faser 1318 9000096000 –155   790  280 Biegung 23 108000 200   470 Schub 25 – –     45 Eiche ZugDruck paralell zur Faser –– 108000110000 475150   965  345 Biegung 24 100000 215   600 Schub – – –     75 Buche ZugDruck paralell zur Faser –– 180000169000 580100 1340  320 Biegung 17 128000 240   670 Schub – – –    85 Tallowwood ZugDruck paralell zur Faser –– 225000213000 –– 1000  638 Biegung 16(lufttrock.) 201500 357 1145 Schub – – –   105 Unter Zugrundelegung der ministeriell festgesetzten zulässigen Beanspruchungen von Kiefern-, Eichen- und BuchenholzVorschriften der Bauabteilung des preuß. Ministeriums der öffentl. Arbeiten über die zulässigen Spannungen im Hochbau vom 16. Mai 1890 und Vorschriften der Berliner Baupolizei vom 21. Februar 1887 und 3. März 1899. ist in entsprechender Weise die zulässige Beanspruchung für Tallowwood angenommen worden; die Vergleichswerte sind aus Tab. 4 ersichtlich. Tabelle 4. Holzart Zulässige Beanspruchungen in kg/qcm auf Zug Druck Schub Kiefernholz 100   60 10 Eichenholz 100   80 20 Buchenholz 100   80 20 Tallowwood 200 160 30 Neben der großen Festigkeit muß die hohe Brennsicherheit des Tallowwoodholzes als eine seiner ausgezeichnetsten Eigenschaften gelten, die es für die Verwendung im Eisenbahnbau an den Stellen besonders geeignet erscheinen läßt, die dem Funkenwurf der Lokomotiven in erheblichem Maße ausgesetzt sind. Auch diese Eigenschaft ist durch Versuche nachgewiesen, welche die Firma Staerker & Fischer zu Leipzig durch das Königl. Materialprüfungsamt zu Groß-Lichterfelde ausführen ließ. Bei diesen Versuchen wurden, die Holzproben zwischen zwei etwa 80 cm hohen Mauern nebeneinander auf eisernen Bügeln liegend, 10–30 Minuten einem lebhaften auf einem Rost befindlichen Holzfeuer ausgesetzt. Die Hitze der Flamme wurde unmittelbar über den Proben mittels Pyrometers und zwischen den Proben und einer der Mauern durch Metallegierungen von bekannten Schmelzpunkten gemessen. Sie betrug etwa 600–1000° C. Nach 30 Minuten Brenndauer war z.B. Kiefernholz fast völlig verbrannt (Querschnittsverminderung 100 v. H., Gewichtsabnahme 85,2 v. H.), Eichenholz reichlich zur Hälfte verbrannt (Querschnittsverminderung 55,4 v. H., Gewichtsabnahme 54,6 v. H.), während Tallowwood nur 28,8 v. H. an Gewicht abgenommen hatte. Im weiteren Verlauf der Versuche zeigte sich ferner, daß Kiefern- und Eichenholz, nachdem sie aus dem Ofen herausgezogen und der unmittelbaren Flamme nicht mehr ausgesetzt waren, weiterbrannten, während Tallowwood nach dem Entfernen aus dem Ofen ohne weiteres erlosch. Die Gewichtsabnahmen sind alle auf einer Grundlage und zwar nach einer Brenndauer von 30 Minuten entnommen und in Tab. 5 zusammengestellt Textabbildung Bd. 322, S. 196 Eiche; Kiefer; Brendauer; Karri; Jarrah; Austral. Moa; Tallowwood Tabelle 5. Holzart Brenn-dauer inMinuten HöchsteTemperatur C° Gewichtsver-lust durchAbbrennenv. H. Gewichtsab-nahme bei90 Min. Brenn-dauer und1060° C Kiefer 30 850–900 85,8 völlig verbrannt Eiche 30 900 54,6 völlig verbrannt Tallowwood 30 930–1060 28,8 56,7 v. H. Einen Ueberblick über die Gewichtsabnahme infolge Abbrennens im Verlauf einer Brenndauer von 90 Minuten gibt die in Fig. 2 dargestellte bildliche Zusammenstellung der Verbrennungskurven. Die Widerstandsfähigkeit der Holzproben gegen Feuer ergibt sich, außer aus dem Gewichtsverlust durch Abbrand, ferner aus dem Aussehen der Schnittflächen, welche in den Fig. 3a bis 3d dargestellt sind, und der Verminderung dieser Querschnitte an unverbranntem Material. Fassen wir die Ergebnisse der vorgenannten Versuche zusammen, so ergeben sich als besonders hervortretende Eigenschaften des Tallowwood: hohe Festigkeit, sehr große Widerstandsfähigkeit gegen Einflüsse des Wassers und Feuers und daher auch gegen Witterungseinflüsse jeder Art, wie Nässe und Trockenheit, Hitze und Kälte, schließlich eine durch jahrelange Erfahrungen (z.B. an Pflaster, Fußgängerbrücken und Treppen) erwiesene äußerst geringe Abschleifung. Die nachstehend beschriebenen Anordnungen werden zeigen, in welcher Weise diese Eigenschaften im Eisenbahn- und Straßenbau bisher nutzbar gemacht worden sind. Textabbildung Bd. 322, S. 197 Fig. 2.Zeichnerische Darstellung der Brennsicherheit verschiedener in und ausländischer Hölzer. a Deutsche Kiefer; b Deutsche Diche; c Jarrah-Holz; d Teak-Holz; e Karri-Holz; f Austral. Moa-Holz; g Austral. Tallowwood-Holz. (Fortsetzung folgt.)