Der Stahlbau : Beilage zur Zeitschrift die Bautechnik, Jg. 9, Heft 1

) U N t W e

DER STAHL

SDr.'Sng. A. H e r t w l g , G eh . R egierungsrat, Professor an der T ech nischen H och sch u le Berlin, B erlin-C h arlotten bu rg 2 , T ech n ische H och schule F ernsprecher: C I S te in p la tz 0011

Professor W. R e i n , B reslau, T ech nische H och sch u le. — Fernsprecher: B reslau 421 61

B e i l a g e

z u r Z e i t s c h r i f t DIE BAUTECHNIK

Preis des Jahrganges 10 RM und Postgeld

Fachschrift für das g e ­ sam te B au in gen ieu rw esen

10. Jahrgang BERLIN, 1. Januar 1937 Heft 1

Ü b e r d ie S tabilität d ü n n w a n d i g e r H o h lz y lin d e r u n d r e c h t e c k i g e r B le c h e o b e r h a lb d e r P r o p o r t i o n a lit ä t s g r e n z e .

V on Prof. ®r.=3ng. W . K a u fm a n n , M ünchen.

A lle R e c h t e V o r b e h a l t e n .

1. E in le itu n g .

B ekann tlich treten b ei gedrückten dü nn w and igen H ohlzylind ern und e b e n e n B lech en nicht se ile n .K n ick sp a n n u n g en “ auf, d ie oberhalb der P rop ortionalitätsgrenze lieg en . In solch en F ällen können — ähnlich w ie b eim gerad en Stab — d ie th eoretisch en R ech n u n gsergeb n isse, w e lc h e aus der A nnahm e un beschränkter G ü ltig k eit d e s H ook esch en G e s e tz e s ab­

g e le ite t sin d , nicht oh n e w eiteres üb ernom m en w erd en , da m itunter er­

h eb lich e A b w eich u n g en von ihn en zu erwarten sind . Eine E rw eiterung der T heorie läßt sich dadurch erzielen , daß man oberhalb der Pro­

portionalitätsgrenze mit verän derlich em E lastizitäts- und Schu bm od ul rech n et1), w o b ei d ie aus D eh n u n gsversu ch en g e w o n n en en E rgeb nisse zu­

grund e g e le g t w erd en können. D ab ei kom m t es w ese n tlich auf die g e n a u e K en ntnis d e s M oduls

E = da d e

■) W . K a u f m a n n , Ing.-Arch. 6 (1935), S. 419, und 7 (1936), S. 156.

2) J. W . G e c k e i e r , Z. ang. M ath. 8 (1928), S. 341.

den fo lg en d en Ausdruck für d ie kritische B e la s tu n g 2) c K = - TJ 2 ---

a V 3 (1 — v 2)

(2) Tk e .

d es v e rw e n d ete n W erkstoffes im S pann un gsbereich zw isch en Proportionali- täts- und Streck grenze an, w elch er d ie T an gen te d e s N e ig u n g sw in k els der Sp an n u n gs-D eh n u ngs-L in le d arstellt und im ela stisch en Bereich in den konstanten E lastizitätsm od ul E ü b ergeh t. B el den h a n d elsü b lich en Stah l­

sorten w e ise n nun bekan ntlich so w o h l d ie P roportlonalitäts- a ls auch die Streck grenze im m er g e w is s e Schw ankungen nach oben oder unten auf.

G leich es g ilt d em nach auch für die M oduln E . A u s d iesem G runde em p fieh lt e s sich, von ein er direk ten B estim m u n g der W erte E ' ab­

zu seh en und statt d essen d ie aus K nickversuchen an g era d en Stäb en er­

m ittelten , K n ick m od u ln “ ln d ie R ech nu ng ein zu fü h ren . W ie d ab ei im e in zeln en zu verfahren ist, so ll n ach steh en d für z w e i praktisch w ich tige F ä lle g e z e ig t w erd en .

2. D ü n n w a n d ig e H o h lzy lin d er u n ter a x ia lem D ruck.

G eg e b e n s e i ein H oh lzylin d er, d essen m ittlerer H alb m esser m it a und d e ssen W andstärke m it S b e z eic h n e t se l. Der Z ylin der trage ein e über den o b eren und unteren Rand gleich m ä ß ig v e rte ilte Stirnbelastun g q [kg/cm ] (B ild 1). Im übrigen sei der H a lb m esse r a im V erh ältnis zur Länge / so groß, daß ein A u sk nick en d e s Z ylin ders als G an zes — d. h. als Stab betrach tet — nicht in Frage kom m t, son dern daß d ie Ü b ersch reitu n g der S tab ilitätsgren ze sich durch se itlic h e s A u sb eu len der Z ylin der­

w an d bem erkbar m acht.

Zur E rm ittlung der kritischen B elastu ng bei axialsym m etrisch em Knicken kann man sich, w ie J. W . G e c k e i e r 2) g e z e ig t h a t, e in en dünnen Streifen von der B reite a d t p aus der Z ylin derw and herau sgeschn itten d en k en , an d e ssen E nden d ie Lasten q a d t p angreifen, während e in e Ä nderung d es H a lb m essers a um d ie (k lein e) Streck e w beim A u sb eu len T an gen tialsp an n u n gen in den Schnitt­

flächen zur F o lg e hat. L etztere liefern e in e radial g erich tete R esu ltan te, w e lc h e som it e in e Q uerb e­

lastu n g d e s S treifens darstellt. B etrachtet man nun den h era u sg esch n itten en Streifen als selb stä n d ig en Stab, der d ie v orsteh en d a n g e g e b e n e B ela stu n g trägt, so kann man für ihn die G leich u n g der ela stisch en

Linie anschreiben und erhält nach einfacher Rechnung unter B erück­

sich tigu n g der R an dbed in gun gen

... * = 0 \ - * = 0 \ d 2w

(!) , t w = 0 \ . r = 0

v / x = l ) x = l ) d x -

Darin b e z eich n e t K den von der K nickspannung aK abh ängigen „Knick­

m o d u l“, d. h. d en jen ig en W ert, der in der Eulerform el an d ie S te lle von E treten m uß, w en n d ie se auf den u n elastisch en B ereich a n g e w e n d et w erd en so ll. Daß in G l. (2) außer K auch F. auftritt, rührt von den oben erw ähnten T an gentialsp an n u ngen her, für w e lch e rein ela stisch e F orm ­ änderung, d. h. die G ü ltig k eit d es H ook esch en G e s e tz e s an gen om m en w erd en darf. D ie außerdem in G l. (2) noch v o rk o m m en d e G röße v ste llt den reziproken W ert der P o isso n sch en Zahl m für die Q u erd eh n u ng dar und hat für Stahl bekanntlich d en W ert v ä s 0,3.

Für den M odul K hat v. K ä r m ä n 3) in einer U n tersuch ung über das n ich tela stisch e Knicken gerader Stäb e auf t h e o r e t i s c h e m W ege den Wert

4 E F"

(3) K -

a b g e leltet, w o

(]/£ ' + 1 / E ' f

E ' = d a

E " ‘,

ist. M it Rücksicht auf das w eiter oben über den M odul E ' G esa g te soll hier in d essen nicht der W ert K in G l. (2) e in g e setz t w erd en , sondern ein K n ick m od u l, der sich aus den e m p i r i s c h e n Form eln für d ie K nick­

sp ann ung gerader S täb e im u n elastisch en Bereich leic h t b erech n en läßt.

B ekanntlich fo lg t die K nickspannung in d iesem Bereich m it guter A nnäherung dem lin earen G esetz

(4) a^ = a0 (1 «I),

Kp

5 e in e vom W erkstoff abh ängige G rundspannung, « ein en festen w o an

Z ahlenw ert und X = . den Schlankheitsgrad d es S tab es bezeich n et. Dar­l

aus folgt

(5) /■ 1

« \ a„ /

Schreibt man jetzt die K nicklast e in es gerad en S tab es für den unelastischen B ereich in der Form an (s. oben)

PK — ¿2 >

so g ilt für d ie K nickspannung

K K ?r2

UK — p I 2

w oraus nach Einführung v o n X aus G l. (5) folgt

(6) 71“ Oi“

aK \2

D ieser K nickm odul K so ll nun in G l. (2) e in g e s e tz t w erden, d ie ja eb en fa lls für ein en gerad en Stab a b g e leitet w urde. Dann wird

<32

^ ^ 7t a a V3 (1 — j'2j Nun ist aber qK = aK S, w esh a lb

1 —

1 —

° K

aK

1r*K E -

1 *k* - et a a V3 (1 — v 2j

s) Th. v. K ä r m ä n , Forsch. Arb. In g .W ese n , H . 81 (1910).

2

.■ X J O 1 ntlLÖAU

K a u f m a n n , Ü b er d ie Stabilität dü nn w and iger H o h lzy lin d er und rechteck iger B lech e u sw . Benage zur zeitschritt „Die Bautechnik*

Durch Q uadrieren folgt daraus E F -

und, nach dK au fg elö st,

(7) d ^ = d 0 1 +

w o zur A bkürzung

3 (1 — v 2) !t2« 2a

; ( - i i

2 E k m ' i + 4 E k )

3 (1 — »'2),T2« 2a 2

g e s e tz t is t 4). In dem A usdruck (7) kom m t vor der W urzel das n egative V orzeich en ln Betracht, da andernfalls dK > d0 w ü rd e, w as nach G l. (4) a u sg esch lo ssen ist. Dam it ist d ie kritische Spannung d K g e fu n d en , bei w eich er das A u sb eu len der Z ylin derw and beginn t, v o ra u sg esetzt, daß dK oberhalb der P rop ortionalitätsgrenze ( dp) lie g t. Für dK < d p (elastisch er B ereich) erhält man d ie K nickspannung un m ittelbar aus G l. (2), w en n man dort K — E und q K — d K $ setzt, also

E S

^ b e la s t . a ]/3 ( [

D er vorsteh en d en R echnung lie g t d ie V orau ssetzu n g zugrunde, daß sich bis zur Erreichung der S tab ilitätsgren ze (B egin n d es Faltens) ein statisch bestim m ter Spannungszustand e in ste lle n kann, der durch Rand­

w irkungen nicht gestört wird, und daß erst beim Eintritt der Labilität die R an db ed in gun gen (1) in Kraft treten. Tatsächlich ist d ie s e V oraussetzu ng bei a llen praktischen A usführungen nie stren g erfüllt, da die an den Rohr­

en d en auftretenden Stützkräfte ein e durch d ie A xialdrücke angestreb te R ingdehnung der g estü tzten Ränder m ehr oder w en ig er stark behindern und dam it zu sä tzlich e V erb ieg u n g en zur F o lg e hab en . Man wird also b e i den w irklichen K nickspannungen im m er m it g e w isse n A b w eich u n gen von den G l. (7) b zw . (8) rechnen, d. h. en tsp rech en d e Sicherheitsfaktoren in A n satz bringen m ü ssen.

Nach den .V orsch riften für E isen b a u w erk e' der D eu tsch en R eich s­

b a h n -G esellsc h a ft5) ist für „Flußstahl St 37" zw isch en Proportionalitäts­

und Streckgrenze mit

d0 = 2890,5 k g/cm 2 « = 0,00283

zu rechnen. A ls Streckgrenze ist ds = 2400 k g /c m 2 a n g e n o m m e n , als E lastizitätsm odul £ = 2,1 • 105 k g /cm 2.

Für „hochw ertigen Baustahl St 4 8 “ g e lte n d ie en tsp rech en d en W erte d„ — 4690,5 k g /c m 2 a = 0,00558

i s = 3 1 2 0 ,0 k g/cm 2 £ = 2,1 • 10« k g /c m 2.

Bild 2 z e ig t unter B en utzu n g der v o r steh en d en W erte für d ie b eid en g en an n ten S tä h le die A b h än gigk eit der K nickspannung dk von dem V er­

hältnis v , w ie sie sich aus den Form eln (7) und (8) unm ittelbar ergibt.

O

Für den ela stisch en Bereich stim m en d ie K nickspannungen w e g en des gleich en E lastizitätsm od uls ü b erein, im u n elastisch en d agegen treten er­

h eb lich e A b w eich u n g en auf. M it der E rreichung der Streckgrenze ist d ie T ragfähigkeit d es Z ylinders prak-

' tisch erschöpft; jed en fa lls muß

b ei ihrer Ü b ersch reitu n g m it größeren Form änderungen g e ­ rechnet w erd en .

Bild 2. Bild 3.

3 . R e c h t e c k ig e B le c h e , d ie lä n g s ih r er R ä n d e r a u f D r u ck b e a n s p r u c h t w e r d e n 6).

G eg e b e n se i ein rech teck iges B lech, d e ssen D icke 8 klein g eg en ü b e r den K antenlängen a und b s e i, und d essen Ränder d ie g leich förm ig ver- te ilten Lasten q 1 b zw . q2 ^kg tragen m ögen (Bild 3). M assenkräfte

so lle n hier außer Betracht b le ib en . Ü ber die R an dbed in gun gen (Stützung der Blcchränder) w erd en später noch gen au ere A n gaben folgen .

4) W. K a u f m a n n , Ing.-Arch. 6 (1935), S. 336.

5) E ingeführt durch V erfü gun g der H aup tverw altung vom 25. Febr. 1925, S. 38. Berlin 1925.

6) V g l. hierzu W. K a u f m a n n , Ing.-Arch. 7 (1936), S . 156.

Zunächst ste llt sich ein eb en er Sp ann ungszustand m it den Grund­

sp ann ungen dol und d02 parallel der x - bzw . _y-Achse ein, der bis zur Erreichung der Stab ilitätsgren ze erhalten bleib t. Schu bspann un gen treten dab ei nicht auf. D er B egin n d es K nickens oder A u sb eu len s wird dadurch g ek en n z eich n et, daß das bis dahin eb e n e B lech ein e W ölbu ng erfährt, d ie allerd in gs für die hier a n zu stellen d e Betrachtung als b e lie b ig klein an gen om m en w erd en so ll, da ja nur der G renzzustand betrachtet wird.

In sb eson d ere soll d ie D u rchb iegun g w senk recht zur M itteleb en e d es B lech es als k lein g e g en ü b e r der B lech d icke 8 an g ese h en w erden.

Zur U n tersu ch ung d ie se s G renzzu stan des kann d ie E n ergieb edin gu ng v on B r y a n 7) b en u tzt w erd en . Danach wird das durch Bild 3 g e k e n n ­ zeich n ete G le ich g ew ich t indifferent, w en n die b ei der zu sätzlich en (b e­

lieb ig klein en ) W ölbu ng d es B lech e s von den äußeren Kräften g e le is te te A rbeit g leich der von den Sp ann un gen erzeu gten Form änderungsarbeit ist. Auf den vo rlieg en d en Fall an gew an d t, ergibt sich daraus die folgen de S ta b ilitä tsb ed in g u n g 8)

(9)

</=■)

d E

w o A b die F o r m ä n d e r u n g s a r b e i t d e r B i e g u n g b e zeich n e t und das Integral über d ie ga n ze E bene des B lech es zu erstrecken ist. S olan ge d ie K nickspannung ^ k l e i n e r ist als die Spannung dp an der P roportionalitäts­

gren ze, g ilt für d ie B iegu n gsarb eit A b der bekannte A u sd ru ck9)

Ah _{b eiast.}= E F 2 4 (1 - - v 2)

(/=■)

m H

02 w \ 2 ö_y2

9 ö2 w . ¿p

0 X 2 ö2 w ö / 2

+ 2 (1 - U \ ^ x ^ y j f1 d F - D er v o rsteh en d e Wert verliert jedoch se in e G ü ltigk eit, w en n dK > d p w ird. In d ie se m F alle fo lg en näm lich d ie F orm änderungen, w e lc h e durch d ie b ei der W ölbu ng auftretend en zu sätzlich en B ieg em o m en te erzeugt w erd en , nicht m ehr dem H ook esch en G esetz, sofern die Z usatzspan nun gen die bereits oberhalb der P rop ortionalitätsgrenze lie g e n d e n G rundspannungen (oh n e W ölbu ng) zu vergrößern suchen.

Man kann nun die von E n g e ß e r und v. K a r m a n 10) über die K nickung gerad er S täb e oberhalb der Proportionalitätsgrenze a n g estellte n Ü b erlegu n gen durch ein e en tsp rech en d e E rw eiterung auf e b e n e S y stem e übertragen und erhält dann für d ie B iegu n gsarb eit A b b ei un elastischer K nickung den A u sd ru ck 11)

(

)

V2)

+ E , / (P)

(p)

d2 w /ß 2 K)

+ v ö2 w A d F

ö2 w /ö 2 ©

d y 2 \ d y 2

d x 2 \ ö x 2 0 y

) d E + 2 E * ( l — r ) ^

+ V

0-KÜ d x 2 •

(p) 02 W 0 * tiy, d F

Darin b ezeich n en £ t , £ , und £ * id e e lle E lastizitätsm od uln, für w elch e fo lg en d e B ezieh u n g en g e lt e n 12):

(1 0 a )

3 ( £ + £ / ) 2 + 2 4 £ £ ! ' — 14 ( £ + £ , ' ) ] / £ £ , ' 8

3 ( £ + £ 2')2 + 24 £ £ , ' - 1 4 ( £ £ 2' 8 ! / £ £ , '

E * — I + 3 ( l + S ) 2| ( :

q i E

d d

£i_

8

- £ , ' — 2 ] / £ £ / 2 ( £ - £ , ’)

F ’ F ' 1 £ , ' 1 /:V

Ex EA Ex + £ 2'

„ , d d

£o = d e

■2]l E E 2’

2 ( £ - £ , ’)

N ach Einführung d e s A u sd ru ck es (10) in die K nick bedingung (9) erhält man

7) G. H. B r y a n , Proc. Lond. m ath. Soc. 22 (1891), S. 54; v g l. auch H. R e i s s n e r , Z. ang. M ath. 5 (1925), S. 475.

8) V g l. d ie unter Ziffer 6 gen an n te Q u elle.

9) V gl. etw a A. u. L. F ö p p l , Drang und Z w ang, 1. Bd. (1920), S. 130.

Dort ist d ie B lechstärk e m it h b ezeich n et.

10) F. E n g e ß e r , S ch w eiz. B auztg. 26 (1895), S. 24, Z .d .V d l 42 (1898), S . 9 2 7 ; T h .v . K ä r m ä n , F orsch .-A rb .In g.-W esen, H . 81 (1910).

n ) W. K a u f m a n n , Ing.-Arch. 6 (1935), S . 421, und 7 (1 9 3 6 ), S. 1 5 7 ff.

12) W. K a u f m a n n , Ing.-Arch. 7 (1936), S. 159 u. 160.

J a h r g a n g 10 H e it 1

1. J a n u a r 1937 K a u f m a n n , Über d ie Stabilität dü nn wan diger H ohlzylin d er und rechteckiger B lech e usw. 3

(

)

J qiWx) ^{+? 2 fc)}

(F )

( I F

/ .

1 * ö a: 2 U - * 2 ’ ö .y

ö2 w \ , s - ö2 r o / ö 2 w 02 w \ „ c i : / , i / ö 2 ® ) 5 2 j + E * ‘ U ^ + ," 0 ^ j + 2 £ (1 ~ v) f e y ) d F

läßt sich auch E' nach Gl. (16) in A b ­ hän gigkeit von dK darstellen. D ie auf d ie se W else für d ie b eid en Stäh le St 37 und St 4 8 berechn eten W erte von E ' sind aus der n achfolgen den Z usam m en­

ste llu n g ersichtlich:

Der w eiteren R echnung so ll jetzt fo lg en d er Z ustand zugrund e g e le g t w erd en : das B lech ist an a lle n vier Rändern frei drehbar g estü tzt; B ieg u n g s­

m om en te so llen also an den Rändern nicht auftreten. A ußerdem se i an­

gen o m m en , daß nur d ie Ränder x = 0 und x — a e in e gleich fö rm ig ver­

te ilte B elastu n g q x tragen, w ährend q 2 = 0 ist (B ild 3).

In d iesem F a lle ist die statisch b e stim m te G rundspannung dm = 0 w e g en q 2 = 0 und so m it E 2 d d

d < = E. D am it wird aber auch

= o Eo = E, w esh a lb G l. (11) übergeht in

d K ' t

cm 2 2,1 2,15 2,2 2.25 2,3 2,35 2,4

E ' cm 2‘ St 37 1883 1536 1243 997 790 618 476

d K t

cm 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1

E ' cm 21 St 48 2069 1941 1805 1663 1519 co IOr^ 1235 1099 970 848 734

(12) <S3

0 a: d y 12(1 — v 3)

C s H c , ö2 w ) , ö2 w / 0 2 w

l dx.l E^ T f \ T W + ’" i ö y 2

ö 2 w

ö a: ;

d y

D ie oben a n g eg eb en en R an db ed in gun gen , näm lich

d2 w | x = 0 ö2 w \ y — 0

w = - = 0 für I w — ■ , = 0 für

i >x2 \ x = a 0 y 2 ( y = b

w erd en b efried igt durch den A n s a tz 13)

. , m n x . n 7TV w = A ■ sin --- ■ sin — ,

a b

w o A ein e K onstante, m und ti g a n z e Z ahlen darstellen. M it d iesem Wert für w g e h t G l. (12) nach A u sfüh ru ng der versch ied en en Integrationen über In

Qi • m-

(13)

(14)

(15)

E - y , [ 4 E + K + 4 ] / E K ) . (4 E — K f

Nun kann aber K gem äß G l. (6) für v e rsch ied en e W erte von dK b e ­ rechnet w erd en , sob ald d ie K onstanten d0 und « bekan nt sin d . D am it

I3) S. T i m o s h e n k o , Z. Math. P hys. 5 8 (1910), S. 346.

<71¡s

(Gl. 14) liefert nun sofort d ie K nickspannung dK = —^ - in A b h ä n g ig ­ k eit von dem V erh ältnis % , näm lich

O

(17) df

¿v«2+lS)|![2£* + ,fc + £-2£*)) + ,(;,| 'S t

12 (1 — v 2)

( t )I2

w o m als g a n z e Zahl (s. oben) aus G l. (15), E x und E* aus G l. (10a) zu entn eh m en sind.

12(1 — v 3) „ J p m* m 2 n 2 n 2 \

n2\ E i - — T + a r b-2 l2 E • + » ’ ( £ , + E — 2 E )\ +

oder, etw as anders g esch rieb en ,

t a - 12(1 — v 2)

{ Ä m* + « s • J f2 E * + v ( E l + E - 2 E*) j + E - § - £ } * D ie Zahlen m und « sind nun so z u b estim m en , daß q x b ei g e g eb en er B lechstärke S zu ein em M inim um wird (kritische B elastung). D am it d ie se s der Fall ist, muß jed en fa lls n = 1 sein , w om it G l. (13) ü b ergeh t in

’ _ i 2 n2

ä a 2 1 2 (i — r-) ^

« 2 + - ~ [2 E * + r ( E t + E - 2 E * ) \

in g ib t d ie A nzahl der H a lb w ellen an, ln w e lch e das B lech nach Ü berschreitun g der S tab ilitätsgren ze a u sb eu len kann. A us der B ed in gu n g l l L

ö rn

b und S zu einem M inim um m achen muß, fo lg t unter B en u tz u n g von G l. (14)

2 £ > — 2 1 ? . a * = 0

1 ;n3l>4

oder

a V E m = , i / _ -

b V

Im a llg em ein en wird d ie B ed in gu n g (15) für rn k e in e ga n ze Zahl liefern. Es ist dann zu prüfen, w elch e der b eiden benachbarten ganzen Zahlen dem k lein sten W ert q x entspricht.

Für d ie Durchführung der Z ahlenrechnun g ist d ie K en ntnis d es M oduls EjJ erforderlich, da von ihm d ie in G l. (14) u. (15) vorkom m en den G rößen E x und E * abh ängen. A uch hier so ll, ähnlich w ie unter Ziffer 2, E ’ nicht un m ittelbar aus D eh n u n g sm essu n g en en tn om m en , son d ern aus den em pirischen K nickform eln für den geraden Stab b erech n et w erd en . Zu d iesem Z w eck e s e tz e man zunächst In G l. (3) F." = E und lö se nach

’ E ' auf. Dann erhält man

(16) ~ E K

% Bild 4.

: 0, w elch e b esa g t, daß m d ie B elastu n g 17! bei g e g e b e n e n W erten a,

Solan ge dK < d p is t , wird £ / = £ , ' = £ und so m it £ , = E * = E.

M it d ie se n W erten g e h t G l. (17) für den e l a s t i s c h e n B e r e i c h über in

<18> ^ lasL

(

? + M i s

12 ( l — f ) ^

t ) 2

Ist in sb eson d ere — ein e g a n z e Zahl, so wird m ■- dann einfacher

, und Gl. (18) lautet

(18a)

^elast. 3 ( 1 — v 2) / b \2

d f

4

D E R S T A H L B A U

K a u f m a n n , Über die Stabilität dü nn w and iger H ohlzylin d er und rechteckiger B lech e us w. B e i l a g e z u r Z e i t s c h r i f t „ D ie B a u t e c h n ik *

D ie Bilder 4 u. 5 z eig en für v ersch ie d en e L än gen verh ältn isse - y der Blechränder den V erlau f der K nickspannung dK als Funktion von y . u n d zwar für die b eid en S täh le St 37 und St 48.

B ei der rechnerischen A u sw ertung der G l. (17) em p fieh lt e s sich, nicht dK , son dern als ab h än gige V erän derliche aufzufassen. Man kann dann für v ersch ied en e W erte von <tK zw isch en dp und ds zunächst d ie M oduln Ei aus der o b ig en Z ahlentafel en tn eh m en und m it ihnen die

zu g eh ö rig en M oduln E i und E * nach G l. (10a) berechn en . Nachdem noch die H a lb w ellen za h l m (gan ze Zahl!) aus G l. (15) b estim m t ist, liefert Gl. (17) unm ittelbar d ie den versch ied en en ¿ ^ -W erte n entsp rech en den V erh ältniszahlen ~ . D ie Zahl m ist d ab ei so zu w ä h len , daß b ei ge-

O

g e b e n e m dK das V erh ältnis ^ ein en K lein stw ert annim m t. D ie in den Bildern 2, 4 u. 5 vorh an d en en U n stetig k elten im V erlauf der rf^-Linle entsprechen nicht dem tatsächlich en V erhalten d e s W erkstoffes. S ie sind aber durch den ein fach en A n satz G l. (4) b ed in gt und m ü ssen hier m it in Kauf g e n o m m en w erd en .

A lle R e c h te V o r b e h a l t e n .

D e r d e r z e i t i g e S tand d e r K o r r o s i o n s f r a g e im S tah lb au.

V on ®r.=3«g. K arl D a e v e s und Professor ®r.=2Sng. E. H. S c h u lz .

Ein B eisp iel dafür sind d ie F en stersp ro ssen und M auerhaken d es K ölner D om s, d ie seit Jahrzehnten dem starken Angriff d es In unm ittelbarer N äh e befin d lich en H auptbahnhofs a u sg esetz t s in d 2).

Das E lem en t E isen un terliegt w ie d ie m eisten anderen im o x y d isch en Zustand ln der Erde vork om m en d en M eta lle ein er allm äh lichen Zerstörung durch K orrosion, w o b ei e s w ied er in d ie Erzform, In se in e O xyd verb in d u n gen üb ergeht. Ü b er das norm ale A usm aß der Z erstöru ngsgeschw in digkeit macht man sich aber, au sg eh en d von Son derfällen , die nicht verallgem ein ert w erd en können und beein flu ß t durch unkontrollierbare Schätzun gen , im a llg e m ein en ein falsches Bild. Nach n eu eren B erech n u n gen e in es der V erfasser, d ie dem nächst veröffen tlich t w erd en , beträgt z. B. der jährliche R ostu n gsverlu st aller überhaupt in D eu tsch lan d v e r leg te n Stab-, Form -, B reitflachstähle und G rob blech e, w ie sie in erster Linie für S tah lh och ­ b a u ten , B rückenbau ten , Sch iffe u. d gl. V erw en d u n g fin d e n , h öch sten s 18 000 t entsp rech end ein em W ertverlust von e tw a 0,7 M ill. RM. Nach sehr sorgfältigen , üb er la n g e Jahre sich erstreck en den R ostu n gsversu ch en beträgt d ie R o s t u n g s g e s c h w i n d i g k e i t un legierter S täh le in ein er von In du striegasen freien l ä n d l i c h e n L u f t , w ie sie außerhalb der en gen Industriezentren überall in D eutsch lan d v orllegt, im D urchschnitt 8 jähriger V ersuche etw a 0,02 m m /Jahr, d. h. von ein er oh n e je d e n Schutzanstrich a u sg ele g ten Stah lp latte wird unter dem Einfluß v o n R egen und W etter jährlich im Durchschnitt von acht Jahren e in e Schicht von 0,02 mm von jed er O berfläche abgetragen .

Zum V erg leich se i erw ähnt, daß in der ch em isch en Industrie M etalle, d ie beim Angriff ein er F lü ssig k eit in der K ochprobe e in e R ostungs­

g esch w in d ig k eit von w e n ig e r als 0,033 m m /Jahr a u fw e ise n , als « v o ll­

k om m en b e stä n d ig “ b e z eich n e t w erd en .

A ber auch in I n d u s t r i e l u f t , w ie s ie z. B. im R uhrgebiet ln un­

m ittelbarer N äh e der H üttenw erk e vo r lieg t, beträgt d ie lin eare R ostungs­

g esch w in d ig k eit unlegierter S täh le nur etw a 0,08 mm je Jahr, e in e G rößen­

ordnung, d ie beim erw ähnten K ochversuch zur Prüfung der M etalle ln ihrem V erhalten g e g en ü b e r Säuren noch als .g e n ü g e n d b e stä n d ig “ (0,033 bis 0,1 mm je Jahr) b e zeich n e t wird.

O

Patina-Stahl '(0 ,3 5 % C u )

Gekupferter Stahl ' (0 ,3 5 % Cu) -Unqekupferter Stahl

(0,07 % Cu) -Rein-Eisen

§>0,3 s

-3 0,6

■R

\0,8 ».'Patina-Stahl (Oft %Cu)

■Gekupferter Stahl ¡0,35% Cu) Ungekupferter Stahl (0,07% Cu) 'Rein-Eisen

10 30 30 10 50 60 70 B0 SO 100

Liegedauer in Monaten <—

B ild 1. G ew ich tsv erlu st versch ied e n er S täh le b ei langjährigen N a tu r-R ostu n gs-V ersu ch en in stark a g g ressiv er A tm osphäre.

B esond ers b em erk en sw ert ist nun aber, daß im G eg en sa tz zur Industrie­

luft, w o die R ostu n g sg esch w in d ig k eit Jahr für Jahr etw a die g leic h e b leib t (Bild 1), in der Landluft d ie R ostu n g sg esch w in d ig k eit aller Stäh le allm ählich abklingt und die R ostung durch B ild u n g einer selb stsch ü tzen d en R ost­

schicht an sch ein en d allm äh lich zum Stillstand k o m m t1). So b etru g z. B. d ie R o stu n g sg esch w in d ig k eit d es u n leg ierten S tah ls in L andluft w ährend der ersten 12 M onate 0,03 mm je Jahr, um dann allm ählich so w e it ab zu n eh m en , daß sie nach 80 M onaten nur noch 0,01 mm je Jahr betrug (B ild 2).

D ie se s V erh alten gib t die Erklärung für d ie oft a u sg ezeic h n ete, über Jahrhunderte sich erstreck ende H altbarkeit altröm lscher und m ittelalter­

licher E lse n te lle . In den ersten Jahrhunderten ihres D asein s gab es noch k ein e a g g ressiv e Industrieluft und d ie Schu tzsch icht kon nte sich zur v o llen W irksam keit so dicht a u sb ild e n , daß derartige T eile auch durch später h in zu k om m en d e Industrieatm osphäre nur noch w e n ig angegriffen w urden.

4) K. D a e v e s , Ein Erklärungsversuch für d ie g u te Erhaltung alter E isensorten. N aturw issenschaften 2 3 (1935), 38, S. 653 b is 656.

0 10 30 30 10 50 60 70 BO SO 100

Liegedauer in Monaten--- ~

B ild 2. G ew ich tsv er lu st der Stähle aus Bild 1 ln län d lich er A tm osphäre.

D ie H altbarkeit u n gesch ü tzter S ta h lteile geg en ü b er atm osphärischem A ngriff läßt sich nun aber sch on durch sehr g erin g e M en gen von L e g i e r u n g s b e s t a n d t e l l e n w e sen tlich erh öhen. D azu geh ört in s­

b eso n d e re ein G eh alt von etw a 0,2 bis 0,3 °/o ferner auch G eh alte von etw a 0 ,3 °/0 Sn oder 2°/o Ni oder 1 0 % W 3). D ie W irkung d ieser E lem en te, in sb eson d ere d e s K upiergehalts beruht im w e se n tlich en darauf, daß durch den an sich in norm aler W else e in se tze n d en R ostungsvorgan g das Z usatz­

m etall an der O berfläch e angereich ert und nun m it dem E lsen rost zu­

sam m en ein e seh r dich te und vor allem festh a ften d e Schu tzsch icht bild et, d ie den w eiteren Rostangrlff so w o h l in Landluft als b eso n d ers in Industrie­

luft stark v e r z ö g e r t4).

Trägt man durch en tsp rech en d e W ahl d e s V erh ältn isses der übrigen S ta h lb esta n d teile, in sb eso n d ere durch E rhöhung d es P h osp h orgeh alts dafür Sorge, daß d ie Kupferanreicherung beim R ostvorgang m ö g lich st rasch und in dichter Schicht erfolgt, so läßt sich, w ie der erstgen an n te V erfasser zuerst z e ig t e 5), e in e w e itere erh eb lich e V erb esseru n g erzielen (Bild 1 u. 2).

Zur G ruppe d ieser gek u p ferten Stäh le m it b eson d erem V erh ältnis der üb rigen S ta h lb esta n d telle und höherem P h osp horgeh alt gehören d ie b e ­ kannten P a t i n a s t ä h l e , d ie b e i den ob enerw äh n ten V ersuchen in Land­

luft im D urchschnitt von acht Jahren e in e K o rrosion sgesch w in d igk eit von nur 0,01 mm je Jahr au fw iesen ; s ie nahm von 0,02 mm je Jahr b ei Beginn der R ostung nach 80 M onaten auf 0 ,006 mm je Jahr ab. In Industrieluft z eig en d ie se S täh le e in e K o rrosion sgesch w in d igk eit von nur 0,045 mm j e Jahr.

A ber auch b e i den H och bau stählen nach Art d es St 5 2 hat man von vornherein d ie g ü n stig e W irkung d e s K upfers fast b ei a llen g ew ä h lten Z u sa m m en setzu n g en au sg en u tzt; b ei den ln D eu tsch lan d b en u tzten Arten lie g t der K upfergehalt d u rch w eg bei w en ig ste n s 0 ,2 % ; der m eist höh ere Z usatz — bis 0,8 % — dien t d ab ei der V erb esseru ng der m ech anischen E igen schaften, da K upfer vor allem in M en g en von m ehr als 0,5 % d ie Streck gren ze erh eb lich erhöht, oh n e daß die Z ähigkeit d e s Stahls dab ei zu seh r sink t. A uch der französische H ochbaustahl und der en g lisch e Chrom ador-Stahl en th alten über 0,2 % Cu.

D ie se h och w ertigen B austähle enthalten a lle neb en Kupfer noch w eitere Z u satzm etalle, z. B. erh öh te M en gen von Silizium oder M angan.

N ach — allerdin gs b ei noch nicht sehr langen V ersuchsdauern — 2) E benda, S. 655.

3) C. F. B u r g e s s u. J. A s t o n , Influence of various e le m en ts on the corrodibility of iron. Ind. E n gg. C hem . 5 (1913), S. 458 bis 462.

4) O. C a r l u s u. E. H. S c h u l z , Ü b er d en Einfluß d e s Kupfers auf den R ostvorgang gekup ferten S tah ls an der A tm osphäre und in ver­

sch ied e n en W ässern. M itt. aus d. F orschungs-Inst. der V er. Stah lw erk e A .-G ., Dortm und, 1 (1928 b is 1930), S. 177 bis 199.

5) K. D a e v e s , D ie W eiteren tw ick lu n g w itteru n gsb estän diger Stäh le.

Mitt. K oh le- u. E lsen forsch u n g G. m. b. H ., 1 (1935), 1, S. 1 b is 8.

J a h r g a n g 10 lie f t 1

1 . J a n u a r 1937 D a e v e s u. S c h u l z , Der derze itige Stand der Korrosionsfrage im Stahlbau 5

neuerdings erh alten en E rgeb nissen scheint d ab ei durch Z usam m en w irk en d es K upfers auch m it d iesen Z u satzm etallen ein e E rhöhung d es R ost­

w id erstan d es geg en ü b er der a llein ig en W irkung d e s Kupfers ein zu treten , k lein e Z usätze von A lum inium und Chrom sch ein en In d ie ser H insicht b eso n d ers g ü n stig z u w irken. H ierauf w e ise n auch neuere en g lisch e F o rsch u n g serg eb n isse6) hin, w onach A lum inium und Chrom e b en so w ie N ick el zu sam m en in G esellsch a ft m it Phosphor d ie R o stg esch w in d ig k eit verzögern.

D erartige K om binationen g e b e n auch ein e g e w is s e A u ssicht auf die A u sb ild u n g von S täh len , die unter der dauernden Einw irkung tropfbar flü ssig en W assers, also ein getau ch t in W asser, langsam er rosten als un­

leg ie rte K ohlen stoffstäh le. Hier v ersa g t näm lich der Z usatz von Kupfer a llein .

A ls die ersten V ersuche die erstau nliche W irkung so geringer Kupfer­

g e h a lte auf die W iderstandsfähigkeit der Stäh le g eg en ü b e r dem Angriff der A tm osphärilien zeig te n , w urde zunächst der — d am als allerd in gs auch n a h elieg e n d e — Schluß g e z o g e n , daß ein K upfergehalt gan z a llg em ein d ie K orrosionsbeständ igkeit erhöht, w ie das z. B. auch g e g en ü b e r ver­

dünnter S ch w efelsä u re der F all ist. D ie bei stän d ig vom W asser b e­

rührten T ellen aber beob ach teten M ißerfolge w urden dann gan z allgem ein den gekupferten Stäh len zur Last g e le g t, und es gab ein e noch nicht lan ge zu rü ck liegen d e Zeit, w o d ie Frage des E in flu sses ein es Kupfer­

g e h a lte s als ein e w issen sch a ftlich e Streitfrage betrachtet w u rd e, d ie ein e praktische A n w en d u n g kaum zu ließ .

Es g ela n g dann ein em V erfasser n a c h z u w eise n 7), daß d ie V er­

wirrung der einand er a n sch ein end v ö llig w id ersp rech en d en V ersu ch s­

e rg eb n isse sich m it ein em S ch lag lö se n ließ , w en n man scharf zw isch en dem Angriff von G asen und A tm osphärilien ein erseits und dem Angriff durch stän dig berührende F lü ssig k eiten anderseits un terscheidet. Überall da, w o der gek u p ferte Stahl nach verh ältn ism äß ig kurz dauernder B e­

feuch tu n g (z. B. durch Regen) im m er w ied er G e le g e n h e it hat, v ö llig au f­

zutrocknen und dam it die K u p feroxyd -E lsenoxyd -S ch u tzsch ich t zu b ild en , z eig t sich au sn ah m slos s e in e starke Ü b erleg en h eit über g ew ö h n lich en Stah l. S teh t er aber stä n d ig m it F lü ssig k eiten in Berührung, so kann sich die K up feroxydschicht nur in ein er sc h w am m igen Form oh n e w e sen tlich e Schu tzw irkung b ild e n 4). Eine Ü b er leg e n h e it ist dann nicht oder nur in gerin gem M aße fe stzu ste lle n . Es se i ausdrücklich fe stg este llt, daß sich d ieser A n schau ung inzw isch en alle nam haften K orrosionsforscher d e s In- und A u slan d es a n g esch lo ssen h a b e n 8). Es ist in sb eson d ere bisher kein Fall b eo b a ch tet w ord en , w o nicht unter vergleich b aren V erh ältn issen bei atm osphärischem A ngriff e in e starke Ü b erleg e n h eit gekup ferten Stahls über u n gek up ferten Stahl fe st­

z u ste lle n war.

Für d eu tsch e V erh ältn isse ist in d iesem Z u sam m en han g nun b e ­ son d ers g ü n stig , daß w ir über große M en gen von E i s e n e r z e n m i t e i n e m n a t ü r l i c h e n K u p f e r g e h a l t in solcher H öhe v erfü g en (z. B . im Siegerlan d er S p a teisen stein und in den Kupfer­

k iesen ), daß sich daraus der als g ü n stig st und w irtsch aftlichst er­

kannte K upfergehalt von 0,2 bis 0 ,3 % Im Stahl oh n e Zusatz von m etallisch em Kupfer h erstelien läßt. H öhere K upfergeh alte als

0 ,3 % hab en näm lich, w ie Bild 3 W irkung steig en d en K upferzusatzes z eig t, nur noch e in e g erin g fü g ig auf den G ew ich tsverlu st durch R ostung verb essern d e W irk u n g9). Man (nach W illiam s),

kann also auf d ie se W eise d ie

in den E isen erzen vorh an d en en Kupfervorräte ausw erten , d ie sich in fo lg e ihrer gerin gen K onzentration auf Kupfer se lb st nicht m ehr auf­

arbeiten lassen und so n st nu tzlos verloren g in gen .

D er K larheit halb er s e i hier nur g a n z kurz erw ähnt, daß d ie früher b e ste h e n d e, A n sich t von der n a ch teilig en W irkung e in es K up fergeh altes von ein ig en Z ehn tel P rozen t auf die W arm w alzbarkeit d es Stah ls sich als durchaus irrig h er a u sstellte; S täh le auch m it bis zu etw a 0 ,8 % Cu la ssen sich anstand slos fehlerfrei v erw a lzen . Für die L ich tb ogen sch w eiß u n g sch ein en d ie se K upfergeh alte sogar gü n stig zu sein .

°) J. H. A n d r e w u. D. S w a r u p , T he in flu en ce of phosphorus on the te n sile and sh ock -resisting properties of certain a llo y ste e ls . First Rep.

A llo y S te e l Res. C o m m ittee , Iron and S te e l Inst. (1936), S. 227 bis 262.

7) K. D a e v e s , D ie W itteru n gsb estän d igkeit gekup ferten S tah ls.

St. u. E. 46 (1926), S. 1857 bis 1863.

8) O. B a u e r , O . V o g e l und C. H o l t h a u s . M itt. der d eutsch en M aterialprüfungsanstalten 1930, Son derh eft 11. — V. V. K e n d a l l und E. S. T a y l e r s o n , Proc. A. S. T. M. 29 (1929) Pt. 2, S. 204 bis 219. — F. N. S p e l l e r , Corroslon, cau ses and preven tion 1926, S. 102 bis 119.

— E. H e r z o g , Aciers spdeiaux 9 (1934). 10, S. 364 bis 377.

9) F. H. W i l l i a m s , Influ en ce of copper In retarding corrosion of soft s te e l and w rough t iron. Iron A g e 66 (1900) ,S. 16.

Im u n gesch ü tzten Z ustand e, d. h. oh n e A nstriche oder m etallisch e Ü b erzü ge wird nun Stahl für verh ältn ism äß ig w e n ig e Z w eck e dem Angriff von A tm osphärilien a u sg esetzt. H ierzu g eh ören in sb eso n d ere S chienen und S ta h lsch w ellen . Es ist aber zu b ed en k en , daß auch verzin kte T eile, w ie z. B. Zaundrähte und G eflech te, nach langjähriger L iegedau er ihre Z ink auflage verloren haben und dann unter den g leic h e n B ed in g u n g en w ie u n gesch ü tzter Stahl dem R ostangriff a u sg esetz t sind. Das g leic h e g ilt für S te lle n , an d en en Schutzanstriche zerstört w urden und d ie dam it u n gesch ü tzt dem w eiteren A ngriff der A tm osphäre a u sg esetz t sind.

W erden im Stahlbau unter Dach u n g esch ü tzte oder schw ach g e ­ sch ü tzte T e ile v erw en d et und b e ste h t nicht d ie G efahr der K ond en sw asser- b lld u n g aus feuchter Luft, so ist der Rostangriff zw ar nach ein iger Zeit an der V erfärbung erkennbar, dringt aber s o langsam vor, daß in b eson d ere, w as F estig k eitseig en sch a ften anbetrifft, m it ein er praktisch v ö llig e n B e ­ stän d igk eit gere ch n et w erd en kann. Der G efahr der K ond en sw asser- b ild u n g darf man aber nicht durch m öglich st v o llstä n d ig en A bschluß der­

artiger T eile von der A u ßenatm osp häre en tg eg en treten — es s e i denn, daß der Schu tz so wirksam ist, daß tatsächlich k ein e F eu ch tig k eit an den Stahl herantreten kann — , sondern man muß im G eg en teil für ausreich en d e B elü ftu n g sorgen, dam it das S ch w itzw asser im m er w ied er aufgetrocknet und abgeführt w erd en kann, ln u n g en ü g en d b e lü fte ten T eilen, w ie sie sich auch in d en Ecken von Stah lk onstru ktionen vorfinden können, hält sich das aus der im m er vorhand en en L uftfeuchtigkeit b e i Tem pcratur- u m sch lag kon d en sieren d e W asser lan ge Z eit und kann in fo lg e se in e s Luft- g c h a ltes zu starken lochartigen K orrosionen an dem u n gesch ützten oder nicht m ehr g en ü g en d gesch ü tzten Stahl führen. So w erd en z. B. S ta h l­

sc h w e llen m erk w ü rd igerw eise v ie l stärker von der U n ter seite durch das dort im a b g esch lo ssen en Raum k on d en sieren d e W asser angegriffen als von der Wind und R egen a u sg esetz ten O berseite.

D ie m eisten Stahlbauw erke sind nun aber schon aus G ründen d es äußeren A n seh e n s, vor allem aber zur Erhöhung d es R ostungsw iderstand es m it A n s t r i c h e n v e rseh en . D ab ei wird noch im m er zu w e n ig b each tet, w elch en tsc h e id en d e R olle der Zustand der unter dem Anstrich befin d lich en Stah lob erfläch e auf die H altbarkeit der A nstriche hat. D ie g ew a lzten P rofile und B lech e v erla ssen das Stahlw erk im a llg e m ein en m it ein er m ehr oder w en ig er d icken Z underschicht (W alzhaut), d ie bei höheren W alzendtem peraturen bläulich gefärbt ist und v o rw ieg en d aus F e30 4 b e ­ steh t, b e i tieferen W alzend tem p eraturen d a g eg en rötlich ist und v o r­

w ie g en d aus F e O b e s t e h t 10). Z ahlentafel 1 gibt als B eisp iel d ie g e ­ nauere Z u sam m en setzu n g der b ei G lühb eh andlung bei v ersch ied en en Tem peraturen g eb ild ete n Z u n d e r s c h i c h t e n w ieder.

Z a h le n ta fe l 1.

Z u sam m en setzu n g von bei versch ied e n en Tem peraturen g e b ild ete n Z underschichten nach W interbottom und R e e d 10).

V erzu n d eru n gs­

tem peratur

A n teil der versch ied en en Zunderschichten F e O -S c h ic h t

%

F e30 4-S ch icht

%

Fe,, 0 ;l-S ch ich t

%

6 2 0 ° 23 65 12

7 5 0 ° 82 7 11

W arm w alzzunder zw isch en

1000 und 9 0 0 ° 83 17 ---

S o la n g e nun die b e i höh eren Tem peraturen g e b ild ete blau e Zunder­

schicht v ö llig u n verletzt ist, b ie tet sie ein en verh ältn ism äß ig g u ten Rost­

schu tz. A ber b ei der gerin g sten V erform ung oder b ei T ransportstößen reißt d ie spröde Schicht örtlich auf und führt dann an der R iß stelle zu starkem , unter U m stän d en durch elek tro ly tisch e W irkungen zw isch en M etall und Zunder b esc h le u n ig te n Rostangriff. Das zu w e ile n ü b liche V e r­

fahren, den M en nigean strich unm ittelbar auf d ie überall v ö llig un verletzte W alzhaut aufzubringen, muß d esh a lb zum m ind esten als unsicher b e ­ zeich n e t w erd en , zum al auch b e i später ein treten d en elastisch en V er­

form ungen durch Kraft- oder W ärm ew irkungen die Z underschicht sich leich t s te lle n w e is e ablöst.

Ein and eres V erfahren b e ste h t darin, die Z underschicht auf natür­

lich em W ege abrosten zu la sse n , den restlich en Zunder durch A bbürsten von Hand zu entfernen und dann den ersten M ennigeanstrich aufzubringen.

H ier ist zunächst fe stzu ste lle n , daß d ie A b ro stu n g sg esch w in d ig k eit d es Zunders je nach W alzendtem peratur und je nach Stahlart v ö llig v er­

sch ie d e n ist (vgl. Z ahlen tafel 4).

Wird aber durch u n g en ü g en d e natürliche A b r o s t u n g s z e i t e in e nur te ilw e is e A b lö su n g d e s Zunders erericht, so Ist die H altbarkeit der darüber auf­

gebrachten A nstriche sehr s c h le c h t11) (Z ahlentafel 2). W irklich sicher wird e in e g u te H altbarkeit nur erreicht, w en n der erste M ennigeanstrich auf 10) A . B. W i n t e r b o t t o m und I. P. R e e d , S cale R em oval by a d d picklin g. Jl. Iron and S te el Inst. 126 (1932), S. 159 bis 204.

11) K. D a e v e s , The E ffect of C om p osition and P re-T reatm en t of S te e ls upon the life of protective C oatings. Trans. E lectrochem . Soc. 64 (1933), S. 161 b is 172.

O .w XCu

6 D a e v e s u. S c h u l z , Der derze itige Stand der Korrosionsfrage im Stahlbau Beilage zur Zeitschrift .Die Bautechnik*

der m etallisch blanken S tah lob erfiäche angebracht w ird. D ie se erzielt man en tw ed er durch Sandstrahl oder durch A b b eizen m it nachträglicher N eutralisation der Säurereste. Z ahlentafel 2 z e ig t die B ew ertungsziffer für Anstriche auf g leich en Stahlarten nach m ehrjähriger L iegedau er bei versch ied en b eh an d elter O berfläche. Der g ü n stig e Einfluß d es v ö llig en E ntrostens ist unverkennbar. D ie V ersuche ste h en in guter Ü b er­

ein stim m u n g m it au slän d isch en V e rsu c h e n 12), w ie sie zur B estätigu n g in Z ah len tafel 3 w ie d e rg e g eb en sind.

Z a h len ta fel 2.

Erhaltungszustand von A nstrichen (B leim en n ig e + Deckanstrich) auf versch ied en gerein igten O berflächen nach m ehrjähriger V ersuchsdauer

in stark angreifender Industrie-A tm osphäre (e ig e n e Versuche).

O b e r f l ä c h e n b e h a n d l u n g B ew ertun gsziffern G eb eizt, dann g e s t r i c h e n ... 1,29 San dgestrahlt, dann g e s t r i c h e n ... 1,48 Zunder nur geb ü rstet, dann gestrichen . . . . 2,20 Zunder 3 M onate ab gew ittert, dann g eb ü rstet und

g e s t r i c h e n ... 3,87

D ie W ertziffer w urde als M ittelw ert zahlreicher B lech e der gleich en G ruppe in der W eise erm ittelt, daß d ie B ew ertun gsziffer 1 b ed eu tet:

vo llk o m m en un versehrter Anstrich, d ie B ew ertu n gsziffer 6 : v ö llig zerstörter Anstrich.

Z a h len ta fel 3.

E rhaltungszustand von A nstrichen auf versch ied en gerein igten O berflächen nach m ehrjähriger V ersuchsdauer (am erikanische V e rs u c h e 12).

O b e r f l ä c h e n b e h a n d l u n g B ew ertu n gsziffern *) G eb eizt, dann g e s t r i c h e n ... 86

San dgestrahit, dann g e s t r i c h e n ... 80 6 M onate a b g ew ittert, ab gebü rstet, dann gestrichen 15 Mit v o llstä n d ig erhaltener W alzsch lacke, frei von

Rost, a b g e s t r i c h e n ... 10

*) Je h öh er die Ziffer, um so b e sser der Anstrichzustand.

Sehr gefährlich ist das Z urückbleiben blauer Zunderreste unter dem Anstrich b e i U n t e r w a s s e r t e l l e n , z. B. Schiffsb auten. Auch hier wird nach etw a Jahresfrist der Anstrich etw a s w asserd urch lässig und führt dann an den G ren zstellen zw isch en M etall und Zunderteilchen unter M itw irkung d es S eew a ssers als E lek trolyten in kürzester Zelt zu gefährlichem Loch­

fraß. M an erkennt derartige S te ile n daran, daß sie unter dem Anstrich, der dort m eist blasenförm ig aufgetrieben ist, ein e schw arze, in ihrem Aufbau der H o lzk o h le g leic h e n d e M asse aus m agnetischem E isen o x y d auf­

w e ise n , d ie sich tief in den Stahl h in ein g e fressen h a t13). D ie G efahr des Z urückbleibens von Z underresten ist b eson d ers groß b ei den W arm -Niet- köp fen . Da hier d ie Lage d es beim N ieten in den Kopf fest ein g esch la g en e n und nur schw er von H and zu en tfern en d en Zunders und dam it d es starken Angriffs zufällig m it der Lage der S eig eru n g szo n e d e s Stah ls ü b erein stim m t, nahm man ein e Z eitla n g an, daß d ie S eigeru n gen die U rsache d e s starken

12) Reports of S u b com m ittee XIV on the Preparation of Iron and S teel Surfaces for Paln ting. Proc. Am . Soc. T est. Mat. 16 (1916), S. 293 b is 298;

17 (1 9 1 7 ), S. 451 bis 457; 21 (1921), S. 345 bis 349; 26 (1 9 2 6 ), S. 431 bis 443.

13) Erörterung K. D a e v e s zu 1. M o n t g o m e r i e u. W. E. L e w i s , Corroslon in h u lls of m erchant w e s s e ls . Trans. Inst. Eng. Shipb. in Scotland, 1932, S. 56.

R ostangriffs se ien . Eine B estätigu n g d ieser A nsicht gla u b te man noch darin zu finden, daß in starken Säuren sich die S eig eru n g sz o n e tatsächlich sch n eller au flöst als die R andzone. Nun

z e ig te aber ein einfacher V ersuch m it stark g e se ig erten Stäh len, daß in Süß- und S e e ­ w asser bei g en ü g en d langer V ersuchsdauer, um überhaupt ein en stärkeren A ngriff zu erzielen , S e lg er u n g s- und R andzone ganz gleich m ä ß ig angegriffen w erd en . W eiter z e ig te sich, daß N ieten , deren Kopf schräg g esch la g en w erd en m ußte, w e il der P latz für d ie sen k rech te H altu ng d es N ietham m ers oder D öppers feh lte, d ie A n griffstellen nicht m ehr ln der M itte d es N ietkopfes au fw eisen , w o sich die S eig eru n g b efin d et, sondern seitlic h davon , da, w o der m eiste Zunder ein g esch la g en 'w urde. U n g lü ck lich erw eise fördert d ie jetzt gen orm te Kreisform von N ietkopf und N ietdöpp er noch stark d ie A n­

sam m lu n g d es Z unders, w ährend früher flachere D öpper den Zunder beim N ieten seitlich w egsp ritzen ließ en (Bild 4), E ndlich haben alle V ersuche an derartig in kurzer Z eit lochartig an g efressen en U n terw asser­

bauten g e z e ig t, daß der Lochfraß sofort aufhört, w en n d ie angegriffenen S tellen von Zunder befreit und neu gestrich en w erd en .

A ußer dem Einfluß der O b erfläch en b esch affenh eit und zum Teil da­

mit v erb u n d en , sp ie lt aber auch der E i n f l u ß d e r S t a h l z u s a m m e n ­ s e t z u n g e in e en tsch eid en d e R olle für d ie H altbarkeit der A nstriche. Zu­

nächst g e h t schon die natürliche Entrostung m it ganz v ersch ied en en G e­

sch w in d igk eiten je nach der Z u sam m en setzu ng d es Stahls vor s ic h 11).

Z a h le n ta fe l 4.

A b g ero stete, von blau em W alzzunder befreite F läche in °/0 der G esam t­

oberfläche nach dreim onatiger A b w itterun g.

P a t in a - S t a h l ... 80 °/0, U n legierter Stahl . . . 64 %>

R e i n e i s e n 41 °/0.

Z ahlentafel 4 g ib t dafür e in ig e Z ahlen. Danach schü tten d ie kupfer­

h altigen S täh le d ie als A nstrichunterlage gefährlichen Z underschichten w e it sch n eller ab als norm ale S täh le und R ein eisen . A ber auch b ei g leic h e m O berfläch en zu stan d macht sich der g ü n stig e Einfluß e in es Kupfer­

zu sa tzes auf die H altbarkeit v o n A nstrichen deu tlich bem erk b ar15). W enn zu irgen d ein em Z eitpunkt, der je nach Art d es A nstriches und der B e ­ anspruchung zw isch en 1 und 5 Jahren lie g e n dürfte, der Anstrich rissig und w asserd urch lässig gew ord en ist, so se tze n b ei ungekupfertem Stahl an d iesen S te lle n die gefürch teten U n terrostun gen ein. D as groß e V olu m en d es R ostes drückt den Anstrich in der N äh e der durchlässig gew o rd en en S te llen ab, so daß an S te lle d e s k lein en R isses im Anstrich größere, an sich noch sch ü tzen d e T eile d es Anstrichs von unten her ab geh ob en

14) Erörterung K. D a e v e s zu W. E. L e w i s , T he protection of sh ip s’

h u lls against M arine corrosion. Trans. North E ast C oast Inst, of Eng. and Shipb. 5 2 (1 9 3 6 ), S. D 28 u .2 9 .

16) K. D a e v e s , D ie H altbarkeit von R ostschutz-A nstrichen auf ver­

sch ied e n en Stahlarten. Farbe u. Lack (1931), 21, S. 242 u. 243.

Bild 4. B ild u n g ein es das E in sch lagen des Zunders in den N ietkopf b e g ü n stig en d en H ohlraum es zw isch en Normform des G egen h alters und N ietkopf.

B ild 5 a . G esam tansicht. B ild 5 b . F e h ls te lle in stärkerer V ergrößerung.

B ild 5 a u. b. V erh alten von A nstrichen auf ungekupfertem Stahl nach m ehrjährigem Angriff von In du strie-A tm osp häre.