Plan einer allgemeinen Fahrzeugtechnik. Von Dr.-Ing. Otto Steinitz. STEINITZ, Plan einer allgemeinen Fahrzeugtechnik. (Nachdruck verboten.) Die wissenschaftliche Durchdringung der Technik der Fahrzeuge zu Lande, zu Wasser, auf Schienen und auf Straßen ist bisher im wesentlichen getrennte Wege gegangen, vielfach auch die der mit Tieren, Dampf, Verbrennungsmotoren, Elektrizität usw. angetriebenen. Wenn es auch nicht an gelegentlichen Vergleichen der verschiedenen Fahrzeugarten und der Uebernahme von technischen Einzelheiten von dem einen in das andere Teilgebiet fehlt, so sind solche Ansätze jedoch bisher niemals zu einer auch nur annähernd vollständigen und planmäßigen Erfassung der gemeinsamen Grundlagen, Bedingungen und Mittel gediehen. Weder Bücher noch Zeitschriften haben sich einer solchen Aufgabe grundsätzlich gewidmet, denn die zusammenfassenden Werke, welche noch weitere Kreise der Technik behandeln, können sich den besonderen Eigentümlichkeiten der Fahrzeuge nicht genügend widmen und verfolgen zudem auch meist weniger wissenschaftliche als popularisierende Zwecke. Die Einzelabhandlungen der wissenschaftlichen Journalistik, die Lehrstühle der hohen Schulen, die Lehrgänge der Ingenieure, die Abteilungen und Klassen des Patentamtes, die Sachverständigenlisten der Gerichte, sie alle sind mehr oder weniger scharf nach den oben gekennzeichneten Sondergebieten getrennt. Auch die technisch-wissenschaftlichen Vereine widmen sich entweder nur einem derselben oder einem viel größeren Gebiete, wenn nicht gar der gesamten Technik. Eine Ausnahme bildet der unter Mitwirkung des Verfassers 1920 gegründete e. V. „Fortschrittliche Verkehrstechnik“, dessen Rahmen jedoch wieder etwas über den der reinen Fahrzeugtechnik hinausgeht, da er auch Post- und Telegraphenwesen mit umschließt. Natürlich hat die Absonderung der Teilgebiete gute Gründe und wirkt in dem gleichen Sinne fördernd, wie die Spezialisierung überhaupt in W)ssenschaft und Praxis zur Steigerung der Leistungen beiträgt. Dem Prinzip der Spezialisierung wird in der Wissenschaft aber mit Recht als notwendige Ergänzung das Prinzip der Zusammenfassung an die Seite gestellt, und es erscheint uns, als wenn dies letztere in der Fahrzeugtechnik bisher allzu sehr vernachlässigt wurde, und daß durch seine bessere Pflege auch Vorteile im Sinne einer Förderung der Leistungen zu erzielen wären. Der Beweis dafür wird schlüssig erst durch die Früchte erbracht werden. Die Wahrscheinlichkeit für die Fruchtbarkeit wird jedoch dem einsichtigen Ingenieur schon aus der Skizze eines Planes zu einer „allgemeinen Fahrzeugtechnik“ einleuchten, insbesondere, wenn er sich die entsprechenden Verhältnisse auf anderen Gebieten der Technik vergegenwärtigt. Zu diesem Zwecke könnten wir auf viele verschiedene Gebiete verweisen. Wir wollen uns aber damit begnügen, ein Beispiel aus dem Werkzeugmaschinenfach heranzuziehen. Wie die Fahrzeuge trotz der Unterschiedlichkeit ihres Baues und ihrer Technik einem einheitlich beschreibbaren Zwecke dienen, nämlich der Beförderung von Ort zu Ort, so kann die Gestaltung bestimmter Werkstücke unter Umständen mit sehr verschiedenen Maschinen bewirkt werden. Deshalb bilden z.B. Schmiedepressen, Schweißmaschinen, Fräsmaschinen, Drehbänke usw. eine Gruppe, die mancherlei Grundbedingungen und technische Einzelheiten. gemeinsam hat. Die zusammenfassende und vergleichende Untersuchung ist dabei in weitgehendem Maße erfolgt und hat sich als sehr nützlich erwiesen, wie hier nicht näher ausgeführt zu werden braucht. Für die Fahrzeugtechnik erwarten wir von der allgemeinen Behandlung zunächst einige Vorteile, die ohne den Anspruch auf Vollständigkeit im folgenden kurz aufgezählt werden sollen. Da ist zunächst die bessere Ausnutzung der Bearbeitung solcher Fragen, die für alle oder mehrere Teilgebiete von Wichtigkeit sind. Heute wird die Benutzung von Forschungsergebnissen der Nachbargebiete noch vielfach durch formale und persönliche Schranken erschwert. So sind z.B. im Eisenbahnbetriebe gebräuchliche Formeln mitunter dem Automobilkonstrukteur wegen der ungewohnten Bezeichnungsweise nicht unmittelbar verständlich und wegen der Literaturtrennung nicht leicht genug zugänglich. Die Leistungssteigerung würde jedoch nicht nur in einer vervielfältigten Ausnutzung der Einzelarbeit bestehen, sondern in einer Vertiefung der Erkenntnis durch Zusammentragen eines größeren Tatsachenmaterials, wobei sich häufig eine derartige Erweiterung des Versuchsbereiches ergeben würde, daß die Uebersicht über die in Betracht kommenden Naturgesetzte bedeutend vervollkommnet würde. So können z.B. die Anschauungen über den Luftwiderstand der Automobile wesentlich durch Hinzunahme der Erfahrungen an Flugzeugen verbessert werden. Es besteht auch guter Grund zu der Annahme, daß eine solche Forschung auf breiterer Grundlage neue technische Lösungen von Aufgaben der Fahrzeuge nahelegen wird. Es kann sich dabei um ganz neue Gebilde handeln, deren Nützlichkeit sich aus allgemeinen Gesichtspunkten heraus ergibt. In zahlreichen Fällen wird es sich jedoch um Organe handeln, die in irgend einem Teilgebiet bereits erprobt sind und deren Anwendung, vielleicht in abgewandelter Form, auch für ein anderes Teilgebiet in Frage kommt. So wird ein besonderer Vorteil der allgemeinen Fahrzeugtechnik darin bestehen, die Bedingungen zu untersuchen, unter denen die einzelnen Organe mehr oder weniger vorteilhaft arbeiten und dadurch die Grenzen abzustecken, innerhalb deren sie anzuwenden sind, wobei es sich ergeben wird, daß diese Grenzen vielfach über die heute angenommenen hinausgehen. Um wieder ein Beispiel zu nennen: Die für Luftschiffe als vorteilhaft erwiesene nach hinten stark verjüngte Tragkörperform ist bedingt durch Fahrgeschwindigkeit und Zähigkeit des Mediums. Es wäre allgemein festzustellen, ob und in welchem Grade sie z.B. auch für Schnellbahnen in Frage kommt. Bei dieser Art allgemeiner Fragestellung ergibt es sich von selbst, daß neben der Förderung der bestehenden Fahrzeugarten auch eine Grundlage geschaffen wird, von der aus sofort weiter gearbeitet werden kann, wenn eine neue Sonderart geplant wird. Für solche jungfräulichen Teilgebiete bestehen dann bereits die Ansätze, nach denen die Verwendbarkeit der verschiedenen aus der bisherigen Technik bekannten Einzelheiten beurteilt werden kann. Als Beispiel nennen wir die Beurteilung der Frage, ob Propeller- oder Raketenantrieb für Fahrzeuge in der Stratosphähre anwendbar ist. Die allgemeine Behandlung beschränkt sich aber, wie ausdrücklich hervorgehoben sei, durchaus nicht auf den Vergleich in technischer oder wirtschaftlicher Beziehung, sondern wichtiger oder Voraussetzung eines derartigen Vergleichs muß die wissenschaftliche Beurteilung aller Fragen von einheitlichen Gesichtspunkten aus sein, die zunächst von den besonderen Bedingungen der verschiedenen Fahrzeugarten absehen. Dabei soll nicht etwa das Ziel verfolgt werden, sogenannte Amphibien zu schaffen, d.h. Fahrzeuge, die sich in verschiedenen Medien fortbewegen können. Mit derartigen Erfindungen, die meist in keinem Medium etwas Vollwertiges leisten, ist in der Vergangenheit viel gesündigt worden. Wenn auch nicht bestritten werden soll, daß die allgemeine Behandlung vielleicht in irgend einem Sonderfalle eine gesunde Anregung in dieser Beziehung liefern könnte, so ist das keineswegs Ziel der gedachten Arbeit. Vielmehr wird es sich meistens gerade darum handeln, Unterschiede aufzudecken und Grenzen richtig abzustecken. Es erscheint uns richtig, das Arbeitsgebiet der Fahrzeugtechnik nach zwei Gesichtspunkten einzuteilen, die allen Fahrzeugen gemäß ihrem Begriffe gemeinsam sind. Danach unterscheiden wir den Teil der Technik, der durch die Aufnahme des lebenden oder leblosen Beförderungsgegenstandes bedingt ist, und den, der durch die Fortbewegung bedingt ist. In kurzen Schlagworten mögen die Ueberschriften für diese Teile lauten: Fahrzeugkörper und Fahrwerk. Dabei sind wir uns wohl bewußt, daß beide einander beeinflussen und eine getrennte Behandlung ihrer Technik nur mit Einschränkungen möglich ist. Diesen beiden Teilen möchten wir jedoch von vornherein einen dritten Hauptteil voranstellen, der begrifflich zwar zu den beiden anderen gehört, aber aus ihnen Teile entnimmt, die wegen ihrer überragenden technischen Bedeutung und ihrer besonders engen, gegenseitigen Beziehungen eine selbständige und gemeinsame Behandlung als angezeigt erachten lassen. Ich meine damit alles das, was mit der Energieumsetzung bei der Fortbewegung zusammenhängt und bezeichne es mit dem Schlagworte: Fahrarbeit. Dazu gehört die Erörterung der Fahrwiderstände, die hauptsächlich dem Fahrkörper zugehören, während die Organe zur Leistung der Fahrarbeit begrifflich zum Fahrwerk gehören würden. Demnach zerlegen wir die allgemeine Fahrzeugtechnik in die Abschnitte „Fahrarbeit“, „Fahrwerk“ und „Fahrzeugkörper“. Die Gliederung des Abschnittes Fahrarbeit ergibt sich sehr einfach, wenn man die Umwandlung, die die Energie im Fahrbetrieb erfährt, verfolgt. Dabei können wir die Hauptstationen: Kraftquelle, Kraftmaschine, Getriebe, Antrieb und Fahrwiderstände unterscheiden. Die Kraftquelle ist häufig, aber bei weitem nicht immer ein Kraftstoff. Daneben kommen Akkumulatoren und Muskeln als ebenfalls in körperlicher Form vom Fahrzeug mitgeführte Kraftquellen in Frage. Diesen stehen äußere Kraftquellen z.B. elektrischer, Luft- und Wasserstrom gegenüber. Auch die Schwerkraft kommt in beschränktem Umfange als Kraftquelle in Frage. Zur Kraftmaschine gehören alle diejenigen Einrichtungen, welche dazu dienen, die Energie der Kraftquelle in mechanische Arbeit umzusetzen. In denjenigen Fällen, in denen, wie z.B. bei der Benutzung der Windkraft, die Energie bereits in Form mechanischer Bewegung gegeben ist, kann eine Kraftmaschine ganz in Portfall kommen. Für den vorliegenden Zweck wird es nicht darauf ankommen, die allgemeinen Bedingungen der Kraftmaschinen zu erörtern, sondern vielmehr nur die besonderen, die durch den Fahrbetrieb gegeben sind, der z.B. hinsichtlich geringen Gewichtes, Regulierbarkeit und Erschütterungen besondere Anforderungen stellt. Manche dieser Gesichtspunkte werden zweckmäßig für verschiedene Kraftmaschinenarten gemeinsam oder vergleichsweise betrachtet werden können. Unter Getriebe verstehen wir diejenigen Einrichtungen, welche die mechanische Arbeit in die für den Antrieb notwendige Form bringen, wobei es sich in der Hauptsache um die Erreichung bestimmter Umdrehungszahlen handelt, aber auch zum Teil nur um Fortleitung der Arbeit an die Stelle des Antriebs. Es kommen für das Getriebe Einrichtungen mechanischer und hydraulischer Art in Frage, die ganz besonders eine allgemeine Erörterung unabhängig von der besonderen Art des Fahrbetriebes gestatten. Die ausschlaggebende Wichtigkeit der Getriebe für den Gesamterfolg wird vielfach noch ungenügend gewürdigt, weshalb wir von der Behandlung gerade dieses Abschnittes besondere Fruchtbarkeit für die praktische Technik erwarten. Unter Antrieb verstehen wir diejenigen Einrichtungen, welche die Energie vom Fahrzeug auf die Außenwelt übertragen und dabei eine Kraftwirkung zwischen beiden erzeugen, die das Fahrzeug antreibt. Die Untersuchung des Antriebes wird sich verschieden gestalten, je nach dem die Verbindung zwischen Fahrzeug und Umgebung beschaffen ist. Sie kann eine unnachgiebige sein, wobei der Antrieb durch Druck oder Zug erfolgt (Zahnrad, Seil oder dgl.). Es kann zweitens Reibungsverbindung zwischen Fahrzeug und Umgebung bestehen (Rad, Füße). Drittens kann die Umgebung nachgiebig sein, wobei der Antrieb durch Rückstoß erfolgt (Ruder, Schaufelräder, Propeller), und viertens kann der zum Rückstoß! dienende Außenkörper aus dem Fahrzeug heraus erst entwickelt werden, wie es beim Raketenantrieb der Fall ist. In jedem Falle ist es wichtig, die von uns gegebene Begriffsbestimmung für den Antrieb festzuhalten, da der bisherige Sprachgebrauch das Wort Antrieb unterschiedslos für sehr verschiedene Begriffe verwendet und dadurch häufig Verwirrung anrichtet. Man spricht von Fahrzeugen mit Oelantrieb, mit Dieselmotorenantrieb, mit Kardanantrieb und mit Hinterradantrieb und meint dabei nichts Gegensätzliches, sondern vier Begriffe aus vier ganz verschiedenen Begriffsklassen. Wir würden nur das letzte Wort, Hinterradantrieb, gelten lassen und statt der anderen sagen: Oelkraftstoff, Dieselkraftmaschine und Kardangetriebe. Die Fahrwiderstände werden sich, wie eine nähere Untersuchung zeigt, in solche zerlegen lassen, die wesentlich durch den Raumbedarf des Fahrzeuges und solche, die wesentlich durch sein Gewicht bedingt werden. Zu den ersteren gehört der Widerstand des umgebenden Mediums, z.B. der Luft, zu letzteren die Bodenreibung der Landfahrzeuge. Dabei treten bei Luft- und Wasserfahrzeugen eigenartige Verhältnisse insofern auf, als mit der Vergrößerung des Gewichtes auch eine Vergrößerung des Raumbedarfes und damit des Luft- bzw. Wasserwiderstandes verknüpft ist. Vom Gewicht ist ferner auch der Steigwiderstand bei der Ueberwindung von Höhendifferenzen und der Beschleunigungswiderstand abhängig. Für das Fahrwerk bleiben auch nach Ausscheidung der der Fahrarbeit dienenden Organe noch eine Fülle von Aufgaben, die eine fruchtbare Erörterung gestatten. Man kann sie nach den verschiedenen Bewegungen, die das Fahrzeug ausführen soll oder könnte, gliedern. Die Hauptbewegung in der Fahrtrichtung ist zwar nach der Erörterung der Fahrarbeit im wesentlichen erledigt. Es bleiben jedoch noch die Organe zur rechtzeitigen Vernichtung dieser Arbeit, nämlich die Bremsen übrig. Eine zweite Gruppe von Organen dient der Erhaltung und Abänderung der Fahrtrichtung, also dem Lenken. Den ersteren Zweck haben, z.B. die Kiele der Schiffe, die Gleitkufen und Räder der Landfahrzeuge, wenn diese Organe auch z. T. noch anderweitige Bedeutung haben. Teils von der Lenkung unabhängig, teils damit verknüpft sind die Mittel zur Gleichgewichtserhaltung, d.h. zur Vermeidung einer schädlichen Kippbewegung. Zu diesem Punkte sei an die Analogie zwischen einspurigen Landfahrzeugen und Flugzeugen erinnert, auf die der Verfasser bereits bei früherer Gelegenheit hingewiesen hat. Vielfach wird es sich empfehlen, auch die Möglichkeit senkrechter Bewegungen, die z.B. infolge von Stößen der Fahrbahn auftreten können, noch als besonderen vierten Punkt zu betrachten, vielleicht in Zusammenhang mit federnden Einrichtungen, die derartige Bewegungen unschädlich machen. Die Erörterungen über den Fahrkörper können geteilt werden in einen allgemeinen Teil, der von der besonderen Beschaffenheit des beförderten Gegenstandes unabhängig ist, und in die besondere Technik der Fahrzeugkörper für Personenbeförderung einerseits und für Güter anderseits. Bei der Personenbeförderung werden Gesichtspunkte wie Ausbildung von Sitzen und Schlafgelegenheiten, Aussichtsfenster, Toiletten, Verpflegung, Einstiege, Ventilation und Heizung besondere Beachtung erfordern. Für die Güterbeförderung wird es auf Einrichtungen zur wirtschaftlichen Be- und Entladung, Kühlvorrichtungen und dgl. mehr ankommen. Dieser kurze Abriß zeigt bereits, ein wie großes und vielseitiges Arbeitsgebiet die allgemeine Fahrzeugtechnik darstellt. Es wird ihren Aufbau aber wesentlich erleichtern, daß fast in allen Punkten bereits Bausteine vorhanden sind, die zusammenzutragen, zweckmäßig zu gruppieren, zu verbinden und zu ergänzen sind, um ein aufbaufertiges Fundament zu liefern. Im nachfolgenden geben wir ein Uebersichts-Schema, das zu manchen Punkten, wenn auch in lapidarer Form, noch weitere Einzelheiten gibt. Dasselbe wird gewiß späterhin noch mancherlei Umänderung und Ergänzung erfahren müssen. Uebersicht eines Planes für allgemeine Fahrzeugtechnik. I. Fahrarbeit. A. Kraftquelle. 1. Innere: a) Elastische: Federn aus Stahl und anderem Material, Uhrwerke. Sogenannte Gummi-Motoren. b) Gewichte: Gewichts-Akkumulatoren. Schwungräder. Eigengewicht und lebendige Kraft des Fahrzeugs. c) Muskeln: Tier. Mensch, d) Akkumulatoren: Bleiplatten. Nickelplatten, e) Kraftstoffe: Chemische, zahlreiche für Verbrennung. Für brisante Explosion. 2. Aeußere: a) Elektrizität: Mit Zuleitung. Drahtlos? b) Wind: Segel oder entsprechende Flächen. Windmühle, c) Wasser: Strömung. Wellen. Temperaturunterschiede. B. Kraftmaschine. 1. Leistungsfähigkeit insbesondere auch mit Bezug auf Gewicht und Raumbedarf, a) Normalleistung: Größe. Dauer. Wirkungsgrad, b) Maximalleistung: Ueberlastungsfähigkeit, Drosselfähigkeit. Dauer. Wirkungsgrade. 2. Steuerung und sonstige Bedienung: a) Automatische Organe, b) Durch den Führer: Hand. Fuß. Auge. Ohr. 3. Gleichgang und Erschütterungen: a) Drehmoments- und Tourenzahlschwankungen, b) Eigenschwingungen. 4. Betriebssicherheit einschließlich Reparaturen und Lebensdauer, a) Abnutzung: Verschleiß. Ermüdung. Zersetzung. Verwitterung, b) Zufälle: Fremdkörper. Stöße. C. Getriebe. 1. Mechanische: a) Zur Fortleitung der Arbeit, b) Zur Aenderung der Drehzahl, c) Zur Aenderung der Drehrichtung. 2. Nicht mechanische: a) Hydraulische, b) Pneumatische, c) Elektrische. D. Antriebe. 1. Unnachgiebige: a) Druck: Stoßstange. Zahnbetrieb, b) Zug: Seil. Kette. 2. Reibung: a) Räder: Eisen. Gummi, b) Füße: Schreitkufen. 3. Nachgiebige: a) Hin- und her gehend: Ruder. Schaufelräder. Schlagflächen, b) Umlaufend: Propeller. 4. Durch Teilung bzw. Rückstoß mitgeführter Körper: a) Feste Körper: Schuß, b) Gase: Rakete. E. Fahrwiderstände. 1. Durch Raum bedarf verursachte: a) Luftförmiges Medium: Anwendung der Aerodynamik auf den Fahrwiderstand. Gegen- und Seitenwind. Wirbel, b) Flüssiges Medium, c) Festes Medium: Eisbrecher. Schneepflug. 2. Durch Gewicht verursachte: a) Raumbedarf infolge Gewichtes: Auftriebskörper. Tragflächen, b) Reibung: Gleitende und rollende Bodenreibung. Schlittenkufen. Geleise, c) Steigung, d) Beschleunigung. II. Fahrwerk. A. Gewollte Bewegung. 1. Veränderung der Geschwindigkeit (Bremsen): a) Kraftquelle: Handbremsen. Fußbremsen. Servobremsen. b) Bremsgetriebe: Mechanisches. Hydraulisches. Ausgleich, c) Bremsantrieb: Bremsreibung an Rädern. Bremswiderstand im flüssigen Medium. 2. Veränderung der Richtung (Lenkung): a) Kraftquelle, b) Lenkgetriebe, c) Lenkantrieb: Durch Räder. Kufen. Steuerflächen. Seiten antrieb, d) Dreidimensionale Lenkung: Höhen- und Seitensteuerung. B. Ungewollte Bewegung. 1. Gleichgewichtserhaltung: a) Durch den Führer, b) Automatisch. 2. Stöße: a) Ursachen und Folgen. b) Abfederung, c) Dämpfung. III. Fahrkörper. A. Allgemeine Gesichtspunkte. 1. Aeußere Form: a) Mit Rücksicht auf die Festigkeit, b) Mit Rücksicht auf den Fahrwiderstand, c) Mit Rücksicht auf die Verbindung mit dem Fahrwerk. 2. Innere Form: a) Baumaterial, b) Wandstärke und Versteifung. c) Verbindung mit dem Fahr werk. 3. Farbe: a) Witterungsschutz. b) Kennzeichnung. 4. Signale: a) Optische, b) Akkustische. B. Besondere für Personenbeförderung. 1. Unterbringung: a) Einstiege. b) Plätze: Steh-, Sitz- und Schlafplätze. 2. Sonstige Bedürfnisse: a) Ventilation und Heizung. b) Verpflegung. c) Toiletten. d) Aussicht und Unterhaltung. e) Beleuchtung. f) Verständigung, auch Telephon- und Telegrammverkehr nach auswärts. C. Besondere für Güterbeförderung. 1. Be- und Entladung. 2. Schutz einschließlich Kühlvorrichtungen und dgl.