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Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von
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Kabeln bzw. Kabelträgern mit Konstruktionselementen Pat#ntansprUche:
Seite 2 bis 3 Beschreibung: Seite 4 bis 11 Zeichnungen: Seite 12 bis 16
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Kabeln bzw. Kabelträgern mit
Konstruktionselementen durch Aufschmelzen deren Oberflächen und Umguß mit Hilfe
aluminothermisch erzeugter Schweißmassen.
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Es ist bekannt, für die Verschweißung von Kupferleitern, wie z.B.
Barren, Seilen und Drähten, sowie für die Anschweißung von Stahl- oder Kupfer leitern
an Stahlbauteile für Erdungszwecke, wie z.B. an Rohren, Behältern, Brücken und Gebäuden
sowie für die Stromrückführung und Erdung von elektrifizierten Strecken, sich der
Hilfe eines aluminothermisch erzeugten heißflüssigen Kupfers zu bedienen. Besonders
beim Anschweißen von Kabeln bzw. Kabelträgern an Schienen für Stromleitungs- und
Erdungszwecke kann das Kupferkabel so an die stählerne Schiene angeschweißt werden.
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Dazu wird auf die metallisch blank vorbereitete Schweißstelle ein
üblicherweise aus Grafit hergestellter Tiegel gestellt, in dessen oberem Teil die
aluminothermische Mischung und im unteren Teil das anzuschweißende Kabel bzw.
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der anzuschweißende Kabeiträger angeordnet ist. Das bei der Reaktion
erzeugte heißflüssige aluminothermische Kupfer ergießt sich dann auf das Kabel bzw.
den Kabelträger und den Grundwerkstoff, schmilzt beide an den Oberflächen an und
verschweißt sie miteinander, wobei das Kabel bzw. der Kabelträger üblicherweise
durch Umguß nahezu vollständig mit Schweißgut umgeben wird.
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Nach Abnahme des Reaktionstiegels verbleibt an der Schiene das angeschweißte
elektrische Kabel. Wird ein Kabelträger angeschweißt, so kann daran in üblicher
Weise ein elektrischer Leiter angeschraubt werden.
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Die Qualität der Schweißung nach diesem Verfahren hängt in besonderem
Maße von der Sauberkeit der Schweißstelle ab. Vor dem Anschweißen des Kabels oder
des Kabelträgers an die Schiene muß die Anschweißstelle von Schmutz und Rost völlig
befreit werden, da an diesen verschmutzten oder korrodierten Flächen keine Bindung
des Kupferschweißgutes mit dem Schienenwerkstoff erfolgen kann. Es kann somit häufig
vorkommen, daß infolge mangelhafter Vorbereitung bzw.
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Reinigung der Anschweißstelle eine Schweißung nur an einigen gereinigten,
metallisch blanken Stellen erfolgt, während die übrige, noch mit Rost behaftete
Anschweißfläche ohne Bindung bleibt. Entweder erwärmt sich beim Stromdurchgang infolge
des hohen Übergangswiderstandes das Schweißgut an den kleinflächigen Anschweißstellen
bis zu derart hohen Temperaturen, daß das angeschweißte Kupferkabel von der Schiene
abschmilzt, oder die geringe Festigkeit der Schweißverbindung hält den Erschütterungen
durch den Fahrbetrieb nicht stand, so daß das Kabel nach kurzer Zeit abfällt. Dadurch
kommt es bei Straßen- und Eisenbahnen häufig zu Signalstörungen, die den Fahrverkehr
bis zur Reparatur erheblich behindern bzw. stillegen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu
schaffen, mit dem gesichert wird, daß auch bei einer ungenügend vorbereiteten Schweißstelle
das Kabel bzw. der Kabelträger fest und sicher mit dem Konstruktionselement, insbesondere
einer Schiene, verbunden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Konstruktionselement,
insbesondere eine Schiene, im Bereich des anzuschließenden Kabels bzw. Kabelträgers
mit einer Bohrung versehen und leiterseitig mit einer an sich bekannten Gießform
umgeben wird, welche im oberen Bereich einen Reaktionsraum zur Aufnahme des aluminothermischen
Schweißgutes aufweist, der in einen Gießkanal mündet, an dessen Ende der Leiter
eingeführt und im Bereich der Bohrung auf der gegenüberliegenden Seite mit einem
Formkörper lösbar verbunden ist, welcher eine Ausnehmung aufweist, deren an die
Bohrung angrenzender innerer Durchmesser größer als der der Bohrung ist, wobei nach
erfolgter aluminothermischer Reaktion das heißflüssige Schweißgut den elektrischen
Leiter umschließt und die Bohrung des Konstruktionselementes und die Ausnehmung
des gegenüberliegenden Formkörpers ausfüllt.
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Ein nach diesem Verfahren angeschweißtes Kabel bzw. angeschweißter
Kabelträger ist selbst bei mangelhafter Vorbereitung der Schweißstelle fest und
dauerhaft mit dem Konstrukticnselement verbunden. zur Durchführung des Verfahrens
wird
ein wiederholt verwendbarer Tiegel, z.B. aus Grafit, verwendet, der den Reaktionsraum
und den Gießformhohlraum sowie einen die beiden Räume verbindenden Zulauf und eine
Kabel- bzw. Kabelträgereinführung umfaßt. Vor dem Säubern der Anschweißstelle wird
das Konstruktionselement an dieser Stelle mit einer Bohrung versehen. Das anzuschweißende
Kabel bzw. der anzuschweißende Kabelträger wird nun in bekannter Weise in den unteren
Teil der Gießvorrichtung gebracht. Die Gießform wird dann beispielsweise mit Hilfe
einer bekannten Spannzange an dem Konstruktionselement fixiert und mit dem auf der
gegenüberliegenden Seite des Konstruktionsteils befindlichen Formkörpers lösbar
verbunden. Dieser Formkörper weist eine Ausnehmung auf, die die Bohrung an dieser
Stelle abdeckt, dabei wird das Ende des Kabels bzw. des Kabelträgers an definierter
Stelle im Bereich der Bohrung angeordnet. Nach Zündung der im Reaktionsraum befindlichen
Schweißportion fließt das aluminothermisch erzeugte Kupfer in den Gießformhohlraum,
verbindet dort das Kabel mit der Schiene und fließt weiter durch die Bohrung des
Konstruktionselementes bis in die Ausnehmung des gegenüberliegenden Formkörpers.
Dadurch werden die Oberflächen des Kabels bzw. des Kabelträgers, des Konstruktionselementes
und der Bohrung angeschmolzen und beim Erstarren des Schweißgutes verschweißt. Nach
Abnahm. des Tiegels und des Formkörpers verbleibt an dem Konstruktionselement das
angeschweißte Kabel bzw. der angeschweißte
Kabelträger, der somit
nicht nur einseitig mit dem Konstruktionselement verbunden ist, sonder auch über
das in der Bohrung erstarrte Schweißgut mit der auf der gegenüberliegenden Seite
entstandenen Verdickung eine feste und dauerhafte Verbindung eingeht.
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Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Gießvorrichtung vorgesehen,
die mit einem eine Bohrung des Konstruktionselementes abdeckenden Formteil lösbar
verbunden ist, welches eine Ausnehmung aufweist, deren Durchmesser größer als der
der Bohrung ist. Dabei ist bevorzugt, daß die Ausnehmung des Formkörpers halbkugel-
oder nietkopfförmig ausgebildet ist.
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Durch das in der Bohrung und in der Ausnehmung des Formkörpers erstarrte
Schweißgut wird eine Art Nietverbindung gebildet, die ein Abfallen oder Lösen des
angeschweißten Kabels bzw. Kabelträgers sicher verhindert. Durch die beim Erstarren
einsetzende Schrumpfung des Schweißgutes wird eine besonders gute kraftschlüssige
Verbindung zwischen den an den beiden Enden der Bohrung entstandenen Verdickungen
und damit auch zwischen dem Kabel bzw. Kabelträger und der Schiene erreicht. Auch
bei einer ungenügend vorbereiteten Schweißstelle kann ein nach dieser Verfahren
angeschweißtes Kabel nicht mehr abfallen.
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In den Abbildungen 1 bis 7 sind das erfindungsgemäße Verfahren und
die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 in Seitenansicht die Anordnung des Kabels neben der im Schienensteg befindlichen
Bohrung, Figur 2 einen Schnitt durch die Schiene, die Gießvorrichtung und den Formkörper,
der die Bohrung abdeckt, Figur 3 einen Schnitt an der gleichen Stelle durch die
Schiene nach erfolgter Schweißung und Abnahme der Gießvorrichtung, Figur 4 in Seitenansicht
die Schiene mit angeschweißtem Kabel, Figur 5 einen anzuschweißenden Kabelträger,
Figur 6 in Seitenansicht der Schiene die Anordnung des Kabelträgers zur Bohrung
des Schienensteges, Figur 7 einen Schnitt durch die Schiene, die Gießvorrichtung
mit eingelegtem Kabelträger und den Formkörper, der die Bohrung abdeckt.
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Zunächst wird in der Schiene (1) in Schienensteg an der Anschweißstelle
eine Bohrung (2) eingebracht, deren Durchmesser zweckmäßigerweise 3 bis 10 mi beträgt.
Das Kabel (3) wird dann in bekannter Weise in den unteren Teil der Gießvorrichtung
(4) eingeführt (Figur 2), die dann mit Hilfe
einer Spannzange (14)
an der Schiene (1) fixiert wird. Dabei wird das Ende des Kabels (3) unmittelbar
neben der Bohrung (2) angeordnet. Auf der der Schweißstelle und der Gießvorrichtung
(4) gegenüberliegenden Seite der Schiene (1) deckt ein gleichfalls mit der Spannzange
(14) verbundener, aus Grafit bestehender Formkörper (5) die Bohrung (2) ab.
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Der Formkörper (5) hat an der der Schiene (1) zugewandten Seite eine
halbkugelförmige Ausnehmung (6), die einen Durchmesser aufweist, der 2- bis 3-mal
größer ist als der der Bohrung (2) der Schiene (1).
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Die aluminothermische Mischung (7) wird nun wie üblich in den durch
eine Verschlußplatte (8) abgedichteten Reaktionsraum der Gießvorrichtung (4) eingefüllt.
Nach Zündung schmilzt bei der einsetzenden Reaktion das entstehende heißflüssige
Kupfer die Verschlußplatte (8) durch, ergießt sich durch den Kanal (9) auf das Kabel
(3), die Schweißstelle der Schiene (1) und durch die Bohrung (2) bis in die Ausnehmung
(6) des Formkörpers (5) hinein. Dabei werden die Oberflächen von Kabel (3), Schiene
(1) und Bohrung (2) angeschmolzen und beim Erstarren des Schweißgutes verschweißt.
Das erstarrte Schweißgut bildet dann durch die Verdickungen (10 und 11) eine Art
Nietverbindung.
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Wie in Figur 3 zu sehen, sind dabei diese auf beiden Seiten der Schiene
(1) entstandenen Verdickungen (10 und 11) durch das in der Bohrung (2) verschweißte
Schweißgut miteinander verbunden.
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Xhnlich wie das Kabel (3) kann auf diese Weise ein Kabelträger (12),
wie in Figur 5 zu sehen, an der Schiene (1) angeschweißt werden. Dieser hat eine
U-förmige Ausnehmung (13), die, wie in Figur 6 und 7 zu sehen, beim Ansetzen der
Gießvorrichtung (4) an der Schiene (1) zentrisch zur Bohrung (2) angeordnet wird.
Durch das heißflüssige Kupfer wird der Kabelträger (12); wie schon erwähnt, wie
das Kabel (3) mit der Schiene (1) und dem in der Bohrung (2) und der Ausnehmung
(6) des Formkörpers (5) erstarrten Schweiß gut fest verbunden.
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