DE2746662C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Kabeln bzw. Kabelträgern mit Konstruktionselementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Kabeln bzw. Kabelträgern mit Konstruktionselcmenten durch Aufschmelzen deren Oberflächen und Umguß mit Hilfe aluminothermisch erzeugter Schweißmassen.

Es ist bekannt, für die Verschweißung von Kupferleitern, wie z. B. Barren, Seilen und Drähten, sowie für die Anschweißung von Stahl- oder Kupferleitern 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. 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. der anzuschweißende Kabelträger 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.

Nach Abnahme des Reaktionstiegels verbleibt an der Schiene das angeschweißte elektrische Kabel. Wird ein Kabclträger angeschweißt, so kann daran in üblicher Weise ein elektrischer Leiter angeschraubt werden.

Die Qualität der Schweißung nach diesem Verfahren hängt in besonderem Maße von der Sauberkeit der

ίο 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. Reinigung der Anschweißstelle eine Schweißung nur an einigen gereinigten, metallisch blanken Stellen erfolgt, während dio 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.

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.

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.

Ein nach diesem Verfahren angeschweißtes Kabel bzw. angeschweißter Kabelträger ist selbst bei mangelhafter Vorbereitung der Schweißstelle fest und dauerhaft mit dem Konstruktionselement 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 Konstruktions-

b5 element an dieser Stelle mit einer Bohrung verschen. Das anzuschweißende Kabel bzw, der anzuschweißende Kabelträger wird nun in bekannter Weise in den unteren Teil der Gießvorrichtung gebracht. Die Gießform

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wird dann beispielsweise mit Hilfe einer bekannten Schiene (1) fixiert wird. Dabei wird das Ende des Kabels Spannzange an dem Konstruktionselement fixiert und (3) unmittelbar neben der Bohrung (2) angeordnet Auf mit dem auf der gegenüberliegenden Seite des Kon- der der Schweißstelle und der Gießvorrichtung (4) gestruktionsteils befindlichen Formkörpers lösbar verbun- genüberliegenden Seite der Schiene (1) deckt ein gleichden. Dieser Formkörper weist eine Ausnehmung auf, die 5 falls mit der Spanr range (14) verbundener, aus Grafit die Bohrung an dieser Stelle abdeckt, dabei wird das bestehender Formkörper (5) die Bohrung (2) ab. Der Ende des Kabels bzw. des Kabelträgers an definierter Formkörper (5) hat an der der Schiene (1) zugewandten Stelle im Bereich der Bohrung angeo;<lnet Nach Zün- Seite eine halbkugelförmige Ausnehmung (6), die einen dung der im Reaktionsraum befindlichen Schweißpor- Durchmesser aufweist, der 2- bis 3mal größer ist als der tion fließt das aluminothermisch erzeugte Kupfer in den 10 der Bohrung (2) der Schiene (1).

Gießformhohlraum, verbindet dort das Kabel mit der Die aluminothermische Mischung (7) wird nun wie

Schiene unü fließt weiter durch die Bohrung des Kon- üblich in den durch eine Verschlußplatte (8) abgedichtestruktionselementes bis in die Ausnehmung des gegen- ten Reaktionsraum der Gießvorrichtung (4) eingefüllt überliegenden Formkörpers. Dadurch werden die Nach Zündung schmilzt bei der einsetzenden Reaktion Oberflächen des Kabels bzw. des Kabelträgers, des 15 das entstehende heißflüssige Kupfer die Verschlußplat-Konstruktionselementes und der Bohrung angeschmol- te (8) durch, ergießt sich durch den Kanal (9) auf das zen und beim Erstarren des Schweißgutes verschweißt Kabel (3), die Schweißstelle der Schiene (1) und durch Nach Abnahme des Tiegels und des Formkörpers ver- die Bohrung (2) bis in die Ausnehmung (6) des Formkörbleibt an dem Konstruktionselement das angeschweißte pers (5) hinein. Dabei werden die Oberflächen von Ka-Kabel bzw. der angeschweißte Kabelträge··, der somit 20 bei (3), Schiene (1) und Bohrung (2) angeschmolzen und nicht nur einseitig mit dem Konstruktionselement ver- beim Erstarren des Schweißgutes verschweißt Das erbunden ist sondern auch über das in der Bohrung er- starrte Schweißgut bildet dann durch die Verdickungen starrte Scbweißgut mit der auf der gegenüberliegenden (10 und 11) eine Art Nietverbindung. Wie in F i g. 3 zu Seite entstandenen Verdickung eine feste und dauerhaf- sehen, sind dabei diese auf beiden Seiten der Schiene (1) te Verbindung eingeht 25 entstandenen Verdickungen (10 und 11) durch das in der

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Gießvor- Bohrung (2) verschweißte Schweißgut miteinander verrichtung vorgesehen, die mit einem eine Bohrung des bunden.

Konstruktionselementes abdeckenden Formteil lösbar Ähnlich wie das Kabel (3) kann auf diese Weise ein

verbunden ist welches eine Ausnehmung aufweist, de- Kabelträger (12), wie in F i g. 5 zu sehen, an der Schiene ren Durchmesser größer als der der Bohrung ist. Dabei 30 (J) angeschweißt werden. Dieser hat eine U-förmige ist bevorzugt, daß die Ausnehmung des Formkörpers Ausnehmung (13), die, wie in F i g. 6 und 7 zu sehen, beim halbkugel-oder nietkopfförmig ausgebildet ist. Ansetzen der Gießvorrichtung (4) an der Schiene (1)

Durch das in der Bohrung und in der Ausnehmung zentrisch zur Bohrung (2) angeordnet wird. Durch das des Formkörpers erstarrte Schweißgut wird eine Art heißflüssige Kupfer wird der Kabelträger (12), wie Nietverbindung gebildet, die ein Abfallen oder Lösen 35 schonerwähnt, wie das Kabel (3) mit der Schiene (1) und des angeschweißten Kabels bzw. Kabelträgers sicher dem in der Bohrung (2) und der Ausnehmung (6) des verhindert. Durch die beim Erstarren einsetzende Formkörpers(5) erstarrten Schweißgut fest verbunden.

Schrumpfung des Schweißgutes wird eine besonders

gute kraftschlüssige Verbindung zwischen den an den Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

beiden Enden der Bohrung entstandenen Verdickungen 40

und damit auch zwischen dem Kabel bzw. Kabelträger
und der Schiene erreicht Auch bei einer ungenügend
vorbereiteten Schweißstelle kann ein nach diesem Verfahren angeschweißtes Kabel nicht mehr abfallen.

In den Figuren 1 bis 7 sind das erfindungsgemäße 45
Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 in Seitenansicht die Anordnung des Kabels
neben der im Schiünensteg befindlichen Bohrung,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Schiene, die Gießvor- 50
richtung und den Formkörper, der die Bohrung abdeckt,

Fi g. 3 einen Schnitt an der gleichen Stelle durch die
Schiene nach erfolgter Schweißung und Abnahme der
Gießvorrichtung,

F i g. 4 in Seitenansicht die Schiene mit angeschweiß- 55
tem Kabel,

F i g. 5 einen anzuschweißenden Kabelträger,

F i g. 6 in Seitenansicht der Schiene die Anordnung
des Kabelträgers zur Bohrung des Schienensteges,

F i g. 7 einen Schnitt durch die Schiene, die Gießvor- 60
richtung mit eingelegtem Kabelträger und den Formkörper, der die Bohrung abdeckt.

Zunächst wird in der Schiene (1) im Schienensteg an
der Anschwcißsteüe eine Bohrung (2) eingebracht, deren Durchmesser zweckmäßigerweise 3 bis 10 mm be- 65
trägt. Das Kabel (3) wird dann in bekannter Weise in
den unteren Teil der Gießvorrichtung (4) eingeführt
(Fig. 2), die dann mit Hilfe einer Spannzange (14) an der

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden von Kabeln bzw. Kabelträgern mit Konstruktionselementen durch Aufschmelzen deren Oberflächen und Umguß mit Hilfe aluminothermisch erzeugter Schweißmassen, dadurch gekennzeichnet, 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.

2. Gießvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Gießform, welche einen Reaktionsraum zur Aufnahme des aluminothermischen Schweißgutes, den sich hieran anschließenden Gießkanal und die Kabelbzw. Kabelträgereinführung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform mit einem eine Bohrung des Konstruktionselementes abdeckenden Formteil lösbar verbunden isi, welches eine Ausnehmung aufweist, deren Durchmesser größer als der der Bohrung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung des Formkörpers halbkugel- oder nietkopfförmig ausgebildet ist.