Titel: | Aluminothermie. |
Autor: | Hans Goldschmidt |
Fundstelle: | Band 318, Jahrgang 1903, S. 753 |
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Aluminothermie.
Von Dr. Hans Goldschmidt,
Essen-Ruhr.
(Schluss von S. 740 d. Bd.).
Aluminothermie.
Eine weitere Anwendung hat das Thermit bei den elektrischen Vollbahnen gefunden
zur Verbindung der Stromleitungsschiene der sog. dritten Schiene. Der
Kupferverbinder löst auch hier bekanntlich seine Aufgabe schlecht, da eine gute
Verbindung mit demselben auf die Dauer nicht gewährleistet wird; der
Uebergangswiderstand wächst mit der Zeit und verlangt dann häufige und kostspielige
Reparaturen. Einfacher, zuverlässiger und zudem erheblich billiger ist eine
Verschweissung der Schiene, die gegebenenfalls auch nur eine teilweise zu sein
braucht. Bei der Vorortbahn von Berlin nach Grosslichterfelde ist seitens der Union E. G. Berlin zur Zeit eine derartige Schweissung
auf einer Schienenstrecke von etwa 22 Kilometern ausgeführt worden; es ist lediglich
mit Hilfe eines kleinen Buckels von aufgeschweisstem Thermiteisen eine elektrische
Verbindung von je 3 Schienenlängen (45 m) hergestellt worden. Eine gewöhnliche
Lasche verstärkt die mechanische Verbindung der Schienen (Fig. 6).
Sehr bedeutend ist neuerlich auch die Anwendung des Thermits für die Reparatur von
gebrochenen Schiffssteven (besonders Stevenbrüchen) geworden. Grade Stevenbrüche
sind leider keine grosse Seltenheit in der Marine. Die zumeist notwendige
Auswechslung der gebrochenen Teile erfordert nicht nur erhebliche Kosten, sondern,
was noch mehr ins Gewicht fällt, Opfer an Zeit, während das Schiff unbenutzt, aber
„zinsfressend“, im Dock liegt. Mit Hilfe einerThermit-Reparatur kann
die häufig zur Auswechslung nötige Zeit von Monaten auf einige Tage, ja unter
Umständen auf noch kürzere Zeit herabgedrückt werden. Die Reparatur, die manchmal
zehntausende von Mark verschlingt, kann mit einigen hundert Mark vorgenommen werden
und zwar von den Werftarbeitern selbst, da das Arbeiten mit Thermit sehr einfach und
schnell zu erlernen ist (Fig. 7 u. 8).
Selbst grosse Reparaturen, bei denen einige hundert Kilo Thermit mit einemmal
angezündet werden, sind einfach auszuführen. Die Hauptsache ist, eine richtig
dimensionierte Form anzubringen (Fig. 9), die aber
nach gegebenen Vorbildern leicht anzufertigen ist, wie beispielsweise durch sehr
wohl gelungene Schweissungen verschiedener Steven in Holland bewiesen ist, die an
Ort und Stelle nur nach kurzer brieflicher Anleitung erfolgreich ausgeführt worden
sind.
Erwähnung mag auch die bekannte Aneinanderschweissung von schmiedeeisernen
Rohren mit Hilfe von Thermit finden. Es sind schätzungsweise bisher 30-40000 solcher
Rohrschweissungen ausgeführt. Diese Thermitschweissung stellt sich billiger als eine
gute Flanschenverbindung und kann auch an sehr schwer zugänglicher Stelle ausgeführt
werden. Die Anwendung findet besonderen Vorteil bei Rohrleitungen, die unter hohem
Drucke stehen, oder für den Transport von Flüssigkeiten dienen, die fast jedes
Verpackungsmaterial angreifen, also Alkalien, Petroleum usw.
In diesen Fällen wird eine reine Stumpfverschweissung der Rohrenden erzielt und wird
um diese zu dem Zweckeeine kleine Blechform gelegt, die von aussen mit Sand
abgestützt wird (Fig. 10). Aus einem Tiegel wird das
feuerflüssige Thermit ausgegossen; der Corund fliesst in diesem Falle zuerst aus und
hat die Eigenart, das Rohr sofort mit einer dünnen, etwa 1 mm starken Schicht von
Corund fest zu umschliessen, sodass das nachmessende Thermiteisen das Rohr direkt
nicht berühren und es somit nicht durchschmelzen kann. Es ist eine Tabelle
ausgearbeitet, aus der für jede Rohrstärke bis zu etwa 6 Zoll die Grösse der kleinen
Form, Abstand derselben vom Rohr, Menge des anzuwendenden Thermits usw. sofort zu
ersehen ist. Diese Tabelle 1 befindet sich auf S. 755.
Tabelle 1
Rohrschweiss-Tabelle.
In gleicher Weise kann auch in speziellen Fällen werden. Die hierzu nötigen Angaben
finden sich in eine Stumpfschweissung von massiven vorgenommenwerden. Die
hierzu nötigen Angaben finden sich in Tabelle 2.
Tabelle 2.
Tabelle für Stumpfschweissungen.
Als besonders bemerkenswert ist hervorzuheben, dass die aluminothermischen
Stumpfschweissungen hervorragend gut ausfallen. Es ist bereits oben mitgeteilt, dass
selbst hartes Schienenmaterial sich gut verschweisst. Tn Tabelle 3 befinden sich die
Resultate von drei stumpf mit Hilfe von Thermit verschweissten 1 ½ zölligen
Vierkantstäben, aus etwas weicherem Material von Martinflusseisen. Der Bruch
erfolgte in allen Fällen mit normaler Einschnürung ausserhalb der Schweisszone
Tabelle 3.
40 mm Stab
Analysen
Bruch-grenzekg/qmm
Dehnung inProz. bezog.auf 200
mmurspr. Länge
C
Si
Mn
S
I
0,10
0,05
,027
0,06
44
20,5
II
0,11
0,04
0,37
0,06
41,7
20,5
III
0,08
0,03
0,33
0,07
44,7
22
In den meisten Fällen, in denen eine Verschweissung etwa gebrochener Stäbe oder
Wellen mit Hilfe von Thermit vorgenommen werden soll, wird man sich nicht der reinen
Stumpfschweissung bedienen, sondern des sogenannten automatischen Verfahrens, wie es
bei der Schienenschweissung angewendet wird (Fig.
11).
Aus Tabelle 4 sind die nötigen Zahlen für die Grösse der Form (die auch aus 80
Teilen Sand mit 20 v. H. Caolin angefertigt werden kann oder aus Sand und Lehm zu
gleichen Teilen) zu entnehmen; ferner ist das betreffende Thermitquantum
angegeben.
Tabelle 4.
Umgüsse für zu verschweissende Wellen.
Durchmesserder Wellemm
Formlängemm
Dickedes Umgussesmm
AnzuwendendesThermitkg
40 50 60 70 75 80100110160200225250300
100
15181921222532355050505050
6,500 8,75010,00012,50014,75017,25024,75030,75065,25074,000 86,250– 92,250 88,500– 96,000103,500–121,000
Statt des einfachen Umgusses um Wellenlängen oder an Wellen die gerissen sind,
lässt sich in vielen Fällen auch der sogenannte Zwischen- und Umguss anwenden.
Hierbei werden die Wellenenden mit einem Zwischenraum von 10-20 mm festgelegt und
hierauf eine entsprechende Form angebracht. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht
darin, dass die Verbindung eine innigere wird, da durch das durchströmende
Thermiteisen ein Teil der Wellenenden aufgelöst wird und dadurch die Enden mit dem
Zwischenguss verschmelzen (Fig. 12). In dem Falle
braucht der Thermiteisenring nicht 100 mm lang zu sein; es genügt dann eine Länge
von 50-60 mm gemäss Tabelle 5.
Tabelle 5.
Zwischen- und Umguss für zu verschweissende Wellen.
Durchmesserder Wellemm
Zwischenraumzwischen
denWellenendenmm
Form-längemm
Dicke desUmgussesmm
Anzuwenden-des Thermitkg
40
10
50
15
5,000
50
10
50
18
5,500
60
10
50
19
7,250
70
10
50
21
8,000
75
10
50
22
9,250
80
10
50
25
10,500
100
15
50
25
15,000
110
15
50
25
18,500
160
15
50
25
27,000
200
20
60
30
36,000
225
20
60
30
46,000
250
20
60
30
60,000
300
20
60
35
85,000
Des vorbeschriebenen Zwischen- und Umgussverfahrens bedient man sich auch zum
Verschweissen von Gusseisenteilen beliebigen Querschnittes (s. Fig. 13a u. 13b).
Die dritte eingangs erwähnte Anwendungsart der Aluminothermie kommt ganz besonders
für Eisen- und Stahlgüsse in Betracht. Die Ausarbeitung dieses Gebietes stammt von
meinem Mitarbeiter, Herrn Oberingenieur Mathesius.
Nach dem diesem Verfahren eigentümlichen Prinzipe wird das Thermit unter der
Oberfläche des Metallbades zur Reaktion gebracht, an einer Stelle innerhalb des
Bades selbst demnach eine hohe Temperatur erzeugt und das Thermiteisen im
Augenblicke des Entstehens zugeführt. Zu diesem Zweckewird das Thermit in eine
Blechbüchse gefüllt, welche an einer Eisenstange befestigt ist; mit deren Hilfe wird
die Büchse in das flüssige Metall untergetaucht gehalten. Aus den hier gegebenen
Abbildungen ist näheres zu erkennen (Fig. 14).
In erster Linie wird diese Reaktion in Pfannen mit geschmolzenem Gusseisen
ausgeführt. In diesen Fällen wird nicht gewöhnliches Thermit verwendet, sondern ein
solches, welches eine Legierung von Eisen mit Titan ausscheidet, sodass in das
Gasseisen etwas Titan in statu nascendi eingeführt wird. Der Verfasser hat dieses
Titanthermit (besser gesagt Ferrotitanthermit) früher direkt auf die Oberfläche des
flüssigen Gusseisens gebracht; es gibt dies auch gute Ergebnisse, aber diese neue
Anwendung, es unter die Badoberfläche zu bringen, ist zuverlässiger und auch
ökonomischer, weil man mit geringeren Mengen auskommt. Dass das Thermit wirklich
derartig abbrennt, ohne dass unverbrannte Teilchen an die Oberfläche kommen, findet
dadurch seine Erklärung, dass die Schlacke, die sich während der Reaktion bildet,
die noch unverbrannten Teilchen einhüllt und so am Eisenstab gewissermassen anklebt.
Die Blechbüchse selbst wird fast unmittelbar aufgelöst und dient lediglich als
Mittel das Thermit, bevor es zur Reaktion im Metallbad kommt, zusammenzuhalten;
darnach ist es die einhüllende, während des Abbrennens sich ständig verringernde
Schlackenhülle selbst, welche den Zusammenhang vermittelt. Die Reaktion im
Gusseisenbade dauert nur 1-2 Minuten und bewirkt eine vollständige Durchwühlung des
ganzen Bades. Hierdurch wird eine Art Polung des Gusseisens herbeigeführt, Gase und
Schlackenteile werden in die Höhe getrieben, sodass das Eisen dünnflüssiger wird und
somit höher erhitzt erscheint. Die tatsächliche Wärmezunahme ist natürlich nur
gering, da je nach der Grösse der Pfanne von 200 Kilo bis zu mehreren tausend Kilo
Gewicht nur ¼ bis 1/16 v. H. Titanthermit angewendet wird. Das Einführen von Titan geschieht
deswegen, um
geringe Mengen Stickstoff zu binden, wobei sich die bekannten kleinen, roten
Kristalle von Cyantitan bilden; auch scheint ein geringer Zusatz von Titan zum
Gusseisen – nach den bisher vorliegenden Ergebnissen – die Zähigkeit desselben zu
erhöhen und ein feineres Korn hervorzubringen.
Das Verfahren ist seitens einer Reihe von Giessereien mit bestem Erfolge probiert
worden und findet besondere Verwendung in Fabriken, in denen auf porenfreien Guss besonders geachtet werden muss, also
in solchen, wo Maschinenguss aller Art hergestellt wird.
Durch die beschriebene Reaktion kann aber nicht nur ein vollständig porenfreier Guss
erzielt werden, es ist auch möglich noch in der Giesspfanne Zusätze vorzunehmen,
z.B. von Ferromangan. Nach Durchmischung mit Hilfe einer sog. Büchsenreaktion findet
sich das Mangan – z.B. auf 1 v. H. berechnet – gleichmässig im Guss verteilt.
Dasgleiche wird mit einem Zusatz von Nickel ausgeführt für Pfannen zum
Eindampfen von kaustischen Alkalien für die chemische Gross-Industrie, In diesem
Falle wird das Nickel am praktischsten in Form von Nickelthermit, das vorher in
einem Tiegel zur Entzündung gebracht ist, um dann – mitsamt der Schlacke – in die
Giesspfanne gegossen zu werden, verwandt. Die gleichmässige Durchmischung des
Nickels wird sodann mit einer „Büchse“ bewirkt. Man verwendet etwa 1 v. EL
Nickelthermit, das 60 y. H. metallisches Nickel ergibt, vom angewendeten Guss und
kann in Kesseln mit solchem Nickelzusatz etwa 50 v. H. mehr Chargen ausbringen als
in solchen ohne Nickel.
Eine zweite Anwendung des sog. Büchsenverfahrens ist wichtig für den Stahlguss
und zwar zuvörderst beim Giessen von grossen Schmiedeblöcken. Bei diesen tritt
bekanntlich stets ein mehr oder minder grosses Nachlunkern ein. Dadurch entstehen im
Kopf des Blockes Hohlstellen, die zumeist 30 bis 40 v. H. Verlust verursachen (Fig. 15). Man hat vielerlei versucht, um diesem
Uebelstande abzuhelfen. Erst neuerdings ist bekanntlich ein Verfahren
durchgearbeitet worden, das darauf beruht, dass der ganze Block nach dem Gusse unter
starken Druck versetzt wird. Infolge der kompendiösen Einrichtung stellt sich diese
Methode sehr teuer, beweist aber, welch grossen Wert man darauf legt, dichte
lunkerfreie Blöcke zu erhalten.
Das Thermitverfahren für den angedeuteten Zweck besteht nun darin, dass man eine
Büchse von sog. Lunkerthermit in den Block mit Hilfe einer Eisenstange – genau wie
oben beschrieben – hin-einsenkt und zwar je nach der Grösse des Schmiedeblocks, etwa
1 m tief (Fig. 16). Die Reaktion verläuft in diesem
Falle in einigen Sekunden. Das Einsenken der Büchse geschieht selbstverständlich
erst, nachdem sich der Lunker gebildet, also zumeist erst nach 15 bis 20 Minuten.
Die erstarrte oberste Schicht ist vorher mit Hilfe mechanischer oder chemischer
Mittel zu öffnen. Unmittelbar nach vollendeter Reaktion ist bereit gehaltener Stahl
in den geöffneten Lunker nachzugiessen. Das Verfahren ist tatsächlich sehr einfach,
die nötige Beobachtung der rechtzeitigen Einführung der Büchse bald erlernt. Dazu
kommt die ausserordentliche Billigkeit des Verfahrens; es sind bei 10 tons schweren
Blöcken nur etwa 5 Kilo Thermit nötig! Fig. 17 zeigt
einen 10 tons schweren Block, der nach diesem speziell von HerrnMathesius angegebenen Verfahren behandelt war,
aufgenommen nach erfolgtem Durchschnitt. Ein verhältnismässig ganz kleiner Lunker
befand sich nur in dem obersten Teile des Blockes – wie in der Abbildung zu sehen –
sodass nur wenige Prozent Abfall abzuschneiden waren.
Weiter ist das Verfahren noch ausgebildet, um bei grossen Stahlformgüssen
mattgewordenem Stahl in den Trichtern zum besseren Lunkern zu verhelfen. Es ist in
Fig. 18 ein Stahlformgusstück (ein grosses
Zahnrad) gezeichnet, in welches Lunkerthermit am Boden einiger Trichter und zwar in
konzentrisch durchlochter, etwa 1 Kilo Thermit enthaltender Büchse eingebaut ist. In
diesem Falle braucht also das Thermit nicht erst mit Hilfe einer Eisenstange in den
Stahl eingetaucht zu werden. Man kann zudem die Einschnürung am Trichter etwas enger
gestalten wie üblich, um das Absägen des Kopfes zu erleichtern. Der sich bildende
Lunker geht nun nicht in das Werkstück hinein und macht so dasselbe fehlerhaft,
sondern befindet sich ganz oben im Kopf des Trichters. Auch beim Guss langer
Schiffsteven, die bekanntlich nicht leicht zu giessen sind, werden in die
Steigetrichter derartige Büchsen eingesetzt; diese wirken dann gewissermassen als
Auffrischungsmittel, das den auf dem langen Wege matt gewordenen Stahl
„antreibt“, d.h. ihn zu rascherem Aufsteigen in die Trichter veranlasst
und somit dünnflüssiger macht. Auch hierzu werden stets nur kleinere Büchsen
verwendet.
Es steht ausser Frage, dass mit vorstehendem die Anwendungsmöglichkeiten des
Verfahrens noch nicht erschöpft sind; wie bisher so werden sich auch weiter der
Aluminothermie bei ihrer Mannigfaltigkeit neue Gebiete erschliessen.