DE136142C

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Publication number: DE136142C
Application number: DE1901136142D
Authority: DE
Filing date: 1901-04-04
Anticipated expiration: 1921-04-05

Description

Die bisherigen Verfahren zur Vereinigung von Metallen, welche von der durch chemische . Reaction zwischen Aluminium einerseits und den Oxyden und anderen Sauerstoffverbindungen der Metalle (insbesondere mit den Eisenoxyden) andererseits erzeugten Wärme Gebrauch machten, gingen in erster Linie durchweg davon aus, die Reactionsmasse nur als Wärmequelle zu benutzen und das bei der Reaction ausgeschiedene Metall ebenfalls nur als Wärmeträger anzusprechen. Es wurde demgeniäfs bei den bisherigen Verfahren durchgängig dafür gesorgt, dafs mit den zu vereinigenden Werkstücken zunächst die geschmolzene Thonerde und dann erst, nachdem diese eine Schutzschicht um das Modell gebildet hatte, das geschmolzene Metall auf das Werkstück gegossen wurde. In den meisten Fällen «ergab sich diese Reihenfolge schon durch das blofse Ausgiefsen des die Reactionsmasse enthaltenden Tiegels, aus dem naturgemäfs zunächst die oben schwimmende Thonerde und sodann erst das Metall ausflofs. Es war auf diese Weise verhindert und praktisch unmöglich gemacht, dafs das Metall an das Metall des Werkstückes kommen und an dieses anschmelzen konnte.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird nun mit Vorbedacht zunächst ein directes Anliegen und Umschliefsen event, unter theilweiser Anschmelzung von Metall an das Werkstück zum Zweck der Verstärkung und alsdann die Ausnutzung der gesammten Reactionsmasse als Wärmeträger für den Vereinigungszweck herbeigeführt. Das Verfahren soll im Folgenden zunächst, in der einfachsten Ausführung in der Anwendung auf die Vereinigung bezw. Schweifsung von Schienenstöfsen näher beschrieben werden.

Es wird der Schienenstofs zunächst mit einer geeigneten Form aus Blech, Thon oder dergl. umgeben, und es wird sodann oberhalb dieser Form ein mit einem Abstichloch versehener Tiegel aufgestellt, und zwar derart, dafs der Strahl der ausfliefsenden geschmolzenen Masse nicht direct auf die Schienen selbst fiiefsen kann, sondern seitlich zwischen Schiene und Formwandung einfliefst. In diesen Tiegel wird nun bei verschlossenem Abstichloch das Reactionsgemisch, z. B. ein Gemisch von Aluminium und Eisenoxyd, eingefüllt und nach vollendeter Beschickung dieses Gemisch in bekannter Weise zur Reaction gebracht. Sobald die Reaction durch die ganze Masse hindurch vollendet ist, öffnet man das Abstichloch, und es fliefst demgemäfs zunächst der geschmolzene hochüberhitzle Eisenregulus und nach dessen . Austritt die darüber befindliche geschmolzene Thonerde aus. Der Eisenregulus hüllt den Schienenfufs ein und bewirkt eine Verbindung der beiden Schienenenden an ihrer Fufsseite, sowie gleichzeitig event, auch eine Verschweifsung der an einander geprefsten Flächen an dem unteren Theil der Schiene.

Der nach dem Eisenregulus aus der Form ausgeflossene Corund wirkt in zweifacher Hinsicht. Einerseits kann die Erhitzung durch

denselben, genügende Annäherung der Vereinigungsflächen unter Druck vorausgesetzt, zur Schweifsung der so erhitzten Schiene führen, was in sehr vielen Fällen erwünscht und der Fall sein wird. Andererseits aber wirkt die gleichzeitige Erhitzung des Schienenobertheils während des Urngusses..am~.Schienenfu.fs. deij1_ AuTbäümen 3er Schienen entgegen; einem Ue'bels'tand," den man bei der gewöhnlichen FuTsumgiefsung aus dem Cupolofen durch Anwendung von die Stofsstelle niederhaltenden Klammerapparaten unschädlich zu machen gesucht hat.

Das Abstichloch des Tiegels, welcher für den vorliegenden Zweck dient, kann in bekannter Weise durch einen Lehmpfropfen, einen Bolzen oder dergl. verschlossen sein. Es lafst sich aber auch in praktisch bewährter Weise der Abschlufs derart bewirken, dafs man in dem Boden des Tiegels ein Loch anbringt und dieses vor dem Füllen des Tiegels mit der Reactionsmasse mit einem Metallblech (Eisenblech), Asbest oder dergl. überdeckt. Sobald die Reaction bis an den Boden des Tiegels gelangt ist, schmilzt der hocherhitzte Eisenregulus die Abdeckung u. s. w. durch und öffnet damit selbstthätig das Abstichloch.

An Stelle des über die Form gestellten Tiegels kann man auch die Form selbst in entsprechender Weise trichterförmig ausbilden und in diese Erweiterung die Reactionsmasse einschütten.

Weitere Ausführungsformen mit Benutzung mehrfacher oder getheilter Formen sollen im Folgenden unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.

α α seien die beiden Schienenenden, b b und b¹ die beiden aus dünnem Eisenblech hergestellten Formen, von denen die obere aus zwei Theilen besteht. Die Seitenwä'nde cc dieser Hohlformen werden am besten durch Formsand oder nassen Thon gebildet. Es sind ■so drei Hohlräume geschaffen α α¹ und β.

Führt man nun das Verfahren aus, so wird man in einen Tiegel das für die Verschweifsung z. B. von Eisenbahnschienen gewöhnlichen Profiles nothwendige Material von beispielsweise io kg Wärmemasse, zusammengesetzt im Wesentlichen aus fein gekörntem Aluminium und fein zertheiltem Eisenoxyd, bringen, dort die Reaction durch Entzündung mit einem ■Sturmstreichholz in Gang bringen, wobei man am besten thut, erst einen Theil der Masse in den Tiegel zu geben und nach und nach die ganze Masse hinzuzufügen. Ist die ganze Masse in Reaction, so giefst man die oben befindliche flüssige Thonerde in die Form α α¹ ein. Der obere Theil der Schienen α α wird gegen Deformation (schädliche Einflüsse durch Flüssig^ werden) durch die ihn sofort umhüllende, erstarrende Thonerdeschicht γ geschützt. Die übrige Masse in der Hohlform a^l bleibt vorerst flüssig. Ebenso setzt sich an'die dünne Metallform b b sofort eine schützende Schicht erstarrten Corunds £, und nur der zwischenliegende Theil in α α¹ bleibt vorerst flüssig. Wird nun sofort, nachdem aus dem Tiegel die Corundschicht abgegossen ist und die Form α υ.¹ gefüllt hat, das flüssige Eisen heraufgegossen, so würde die Gefahr entstehen, dafs dieses nicht die Corundschicht trotz seiner specifischen Schwere in α α¹ durchdringen könnte. Man stöfst deshalb mit einem Stab eine Oeffnung ο in den Inhalt der Hohlräume α oder α¹, wobei der Eisenboden d der Form α α¹ keinen Widerstand leisten kann, da er durch die Wärme der Corundschicht zerstört sein wird, trotzdem die Schicht <5 # genügenden Widerstand haben wird, eine Bodenbildung aus Corund in «α¹ hervorzubringen. Ist aber eine Oeffnung ο durch das schon halb erstarrte Corundmaterial hindurchgestofsen, so wird ein Abfliefsen der Corundschicht nicht zu befürchten sein, wohl aber kann das dann in die Form eingegossene flüssige Eisen ohne Weiteres durch den Kanal ο in den Raum β fliefsen und den unteren Theil der Schiene umhüllen, erhitzen und sowohl denselben auf Schweifstemperatur bringen und zur Verschweifsung geeignet machen, wie sich mit demselben bei dieser hohen Temperatur während der Umhüllung zu einem Stücke vereinen.

Nachdem das Material aus dem Tiegel abgegossen ist, wird man, wenn nach dem erfahrungsgemäfs festgestellten Zeitabschnitt von ι Y₂ Minuten eine genügende Erwärmung der Schienenenden erfolgt ist, den Spannapparat (in der Zeichnung nicht dargestellt) in Thätigkeit setzen und durch Zusammenziehen der Schienenenden gegen einander mittelst des Spannapparates durch Schrauben oder Excenter oder auf sonstige mechanische Weise, Gewicht, Federn ti. 's. w., eine Stauchung der Schienenenden so Viel wie nöthig bewirken und die Verschweifsung damit fertigstellen. Das Resultat ist dann eine Schiene, welche in ihrem oberen Theile α nach Anschlagen der Thonerdeschlacken vollständig' frei liegt und welche in ihrem unteren Theil α¹ von einem Eisenklotz er umgeben ist, der sich völlig mit dem Fufs a¹ vereint hat. An den Stirnflächen ί s sind die Schienen an einander geschweifst; der Angufs g (Fig. 3), der sich event, bei überflüssigem Metall bildet, wird zweckmäfsig abgeschlagen.

Fig. 3 zeigt die fertigen zusammengeschweifsten Schienen.

Fig. 4 zeigt eine Modification der Aus-' führung. ; ■■.■-.■'■: '■■■.)':." . ■ ...-'.,. ..■ ' ■'.'

Es findet hier nicht das Durchstofsen statt, sondern es sind von vornherein getrennte Eingufskauäle e e¹ für den Obertheil und Untertheil der Schiene vorgesehen. Statt der Metallblechformen b b^l können naturgemäfs auch Asbestformen, Thonformen u. s. w. Verwendung finden.

Das Vorgehen bei dieser Anordnung ergiebt sich ohne Weiteres. -

Es kann nun statt der Zweitheilung naturgemafs eine Dreitheilung erfolgen und entweder der mittlere, oberste oder unterste Theil oder zwei dieser Theile durch Eingiefsen des Eisens zum Verstärken der Schweifsstelle ausgebildet werden.

Man kann auch, wie Fig. 5 zeigt, eine Zweitheilung in der Weise erfolgen lassen, dafs man in der Schnittlinie m-n die Thcilung der Form ausführt, derart, dafs auf der einen Seite r der flüssige Corund eingegossen wird und auf der anderen Seite in die Form t das flüssige Eisen, t würde dann zugleich gewissem)afseη die Lasche bilden für die Verbindungsstelle der Schienen. Auch hier könnte der Ausgufstheil g^l entweder möglichst vermieden oder abgeschlagen werden.

Eine andere Ausführungsform des Verfahrens ist beispielsweise die folgende:

Es wird der obere Theil der Form so vergröfsert, dafs er den gesammten Inhalt des Tiegels aufnehmen kann, und wird der gesammte Tiegelinhalt auf einmal in die Form eingegossen, so dafs der untere Theil der Form, in welcher sich der untere Theil des Werkstückes, z. B. der Schienenfufs befindet, zunächst leer bleibt. Sodann wird mit einem Eisenstabe oder dergl. die horizontal liegende Scheidewand (der Boden der oberen Form) durchstofsen, und es fliefst nun das am Boden der oberen Form regulinisch angesammelte Eisen ein in die untere Form und bildet mit demselben ein völlig homogen verschweifstes Ganzes.

Selbstverständlich ist das Verfahren, je nach Bedingung und Erfordernissen, auch derart, ausführbar, dafs die geschmolzene Thonerde in den unteren, und das Metall, z. B. Eisen, in den oberen Theil der Form eingegossen wird, so dafs man die Verstärkung oben erhält.

Auch ist das Verfahren derart ausführbar (Fig. 6), dafs man zwei zur Aufnahme der feuerflüssigen Thonerde bestimmte Formen in ganz geringer Entfernung (z. B. 10 mm) von der Stofsstelle auf je eines der zu verschweifsenden Werkstücke setzt und die Erhitzung der Schweifsstelle durch Leitung vornimmt und in dem zwischen den beiden Formen gebildeten Zwischenraum ζ, in welchem sich auch die Schweifsstelle befindet, das hoch überhitzte Metall eingiefst, etwa bis zur Höhe-Λ.

Die so hergestellten Metallvereinigungen, welche eine Gufs- bezw. Umschliefsungsvereinigung event, combinirt mit einer Schweifsung darstellen, zeichnen sich durch hohe Festigkeit und gute Dehnbarkeit aus, und es wird bei diesem Verfahren nicht blos die thermische Energie der Reaction ausgenutzt, sondern gleichzeitig die physikalischen Eigenschaften des ausgeschiedenen Metalles derart nutzbar gemacht, dafs sie dem Zwecke des Verfahrens, nämlich der Vereinigung, in hohem Mafse zu dienen geeignet sind.

Im Gegensatz zu bisher bekannten Fufsumgiefsungen findet infolge der hohen Ueberhitzung des ausgeschiedenen Metalles im vorliegenden Falle eine je nach Umständen mehr oder minder grofse Verschmelzung oder wenigstens ganz inniges Anhaften des Schienenfufses an dem Umgufsmetall event, zum Theil unter Anschmelzung der Fufskanten statt, wodurch der Zweck der Schweifsung, die Vereinigung der Schienenenden zu einem continuirlichen Metallkörper, in erhöhtem Mafse erreicht wird.

Eine besondere Verstärkung kann auch noch dadurch erreicht werden, dafs ein Eisenstab, ein Metallträger oder dergl. dort an die Schiene u. s. w. gelegt wird, wo die Verstärkungsrippe angegossen wird, so dafs eine innige Vereinigung event, ein theilweises Verschmelzen dieses Verstärkungsträgers sowohl mit der angegossenen Rippe als auch mit den vereinigten Schienen, Trägern u. s. w. erfolgt.

Bei dem beschriebenen Verfahren kann ein mehr oder minder grofser Theil des Aluminiums durch Magnesium oder Calciumcarbid ersetzt werden.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Verfahren zum Vereinigen metallischer Körper von beliebigem Querschnitt unter Zuhülfenahme des aluminothermischen Verfahrens, bei welchem durch Reaction von Aluminium mit Sauerstoffverbindungen flüssiges Metall· von hoher Temperatur und flüssige Thonerde hergestellt wird, dadurch

■ gekennzeichnet, dafs das flüssige, hoch-.;';. erhitzt aus dem vorgenannten Procefs kom-

mende Metall an einen Theil der Werk-': stücke angegossen ,wird bezw. anfliefst,

während der andere Theil der Werkstücke der Berührung mit der geschmolzenen Thonerde ausgesetzt wird.

2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere zur Vereinigung von Schienen und Trägerenden, dadurch gekennzeichnet, dafs in einem,Gefäfs mit unterer Abstichöffnung ein zur Abscheidung eines entsprechenden Metalles geeignetes Gemisch von Aluminium und Oxyden u. s.· w.

zur Reaction gebracht und nach Vollendung der Reaction aus dem Abstichloch zunächst die untere, aus regulinischem Metall bestehende Schicht in die das Werkstück umgebende Form und alsdann die bei der Reaction entstandene flüssige Thonerde herausgelassen wird.

Eine Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs bei der Vereinigungsstelle an die Schiene u. s. w. zunächst eine Verstärkungsschiene bezw. -Träger gelegt und die so verstärkte Schiene u. s. w. sodann umgössen wird.
Zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch ι die Anwendung einer der gewünschten Gestaltung des Umgussds ent-' sprechenden ein- oder mehrtheiligen Umgufsfprm. ν '/'.■· ■■.;■■· . ■;.....

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.

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