PROCESS FOR FASTENING CABLES TO THE SURFACE OF WHEEL CARRYING RAILS

Abstract: 1. Process for fixing cables to the surface of wheel-carrying track elements, in particular rails, a bed plate on which the cable is arranged being rigidly joined to the surface of the track element by means of a solder, the melting point of the solder being below the transformation temperature of the material of which the track element consists, and the heat required for melting the solder being supplied by a reacting aluminothermic composition, characterized in that a) the fixing of the cable to the bed plate, by casting an aluminothermically generated metal melt around it, and the soldering of the bed plate to the surface of the track element are carried out simultaneously in a single working step and b) the solder used has a composition of 39 to 41 % by weight of Ag, 18 to 20 % by weight of Cu and 18 to 22 % by weight of Cd, the remainder being zinc.

Description: Verfahren zum Befestigen von Kabeln oder dergleichen an der Oberseite eines Werkstücks aus Metall und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindunq betrifft ein Verfahren zum Befestigen von Kabeln oder Seilen an der Oberfläche eines Werkstücks aus Metall, insbesondere elektrischer Leiter an radtragenden Gleiselementen, wie Schienen, durch Anlöten, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Es besteht häufig das Bedürfnis, Kabel oder Seile elektrisch leitend mit metallischen Werkstücken, wie Trägern oder Schienen im Hoch- und Tiefbau, bei der Installation von Apparaturen in der Verfahrenstechnik oder im Gleisbau zu verbinden. Für die Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer Schiene und einem elektrischen Leiter aus z.B. Stahl oder Kupfer ist es u.a. aus der Zeitschrift für Eisenbahnwesen und Verkehrstechnikt Glasers Annalen, Heft 1, Nr. 75, bekannt, aluminothermisch erzeugte flüssige Metalle für eine Verbindungsschweissung zu verwenden. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Graphittiegel benutzt, der einen Reaktions- und Giessformhohlraum enthält, wobei beide Hohlräume durch einen Giesskanal miteinander verbunden sind. Dieser Tiegel enthält ferner eine Öffnung, die mit dem Giessformhohlraum in Verbindung steht und in die das anzuschweissende Kabel so eingelegt wird, dass ein Ende in den Giessformhohlraum hineinragt. Die Anschweissung wird so durch geführt, dass nach Säuberung der Anschweissstelle z.B. auf dem Schienenfuss der Tiegel mit dem elektrischen Leiter auf die Anschweissstelle so aufgesetzt wird, dass der nach unten geöffnete Giessformhohlraum sich über der gesäu- berten Anschweissstelle befindet. Anschliessend wird der Giesskanal zwischen dem Reaktionsraum und dem Giessformhohlraum durch ein Metallplättchen abgedeckt und die aluminothermische Schweissportion eingefüllt. Nach Einleitung der Reaktion sammelt sich das heissflüssige, aluminother misch erzeugte Metall im unteren Teil des Reaktionsraumes, schmilzt das Metallplättchen durch und fliesst in den Giessformhohlraum, wodurch der elektrische Leiter und die Schiene miteinander verschweisst werden. Die Schweissportion besteht dabei aus einer aluminothermischen Masse vorzugsweise auf der Basis Kupferoxid-Aluminium oder Eisenoxidaluminium oder Kupferoxid-Eisenoxid-Aluminium, das nach Zündung in bekannter Weise exotherm reagiert und sich zu heissflüssigem Metall und Aluminiumoxid umsetzt. Dieses bekannte aluminothermische Schweissverfahren, das in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden kann, hat jedoch den grossen Nachteil, dass durch die Aufschmelzung des Schienenwerkstoffs beim Schweissvorgang Gefügeveränderungen im Bereich der Anschweissstelle entstehen, die die Bruchsicherheit der Schiene vermindern. Durch die Aufschmelzung des Schienenwerkstoffs, die mit einer Erwärmung des Werkstückes über die Umwandlungstemperatur hinaus verbunden ist, entstehen durch die beschleunigte Wärmeabfuhr des die Anschweissstelle umgebenden kalten Grundwerkstoffs Härtungsgefüge, die unter allen Umständen vermieden werden sollten. Ferner diffundiert Kupfer in den Grundwerkstoff, womit die bekannten Nachteile verbunden sind. Versuche, die Abkühlung durch Vorwärmen der Anschweissstelle zu verzögern, führten nicht zu einem Erfolg, da dieses Schweissverfahren eine metallisch blanke Oberfläche voraussetzt und eine geringe Oxidation der Oberfläche bereits genügt, um eine ordnungsgemässe Anschweissung zu verhindern. Den gleichen Nachteil weisen autogenes oder elektrisches Schweissen auf, da auch hier Härterisse entstehen können. Es wurde daher z.B. bei Schienen versucht, solche Verbinder mit Silberlot autogen anzulöten, wobei mit Hilfe einer Flamme die Oberfläche der Schiene erhitzt wurde. Aber auch hier hat sich gezeigt, dass - durch Unachtsamkeiten bedingt - örtliche Oberhitzungen auftreten können, wodurch schädliche Gefügeausbildunoen entstehen. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, das eine schädliche Gefügeausbildung in metallischen Werkstoffen, die durch entsprechende Erwärmung Gefügeveränderungen erfahren, mit Sicherheit verhindert, da die Anschweissstelle unter Zwischenschaltung eines Lotes, dessen Schmelztemperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur des Werkstückes liegt, mit einem Metallpiättchen abgedeckt wird. Dabei sollen die Vorteile des aluminothermischen Verfahrens, wie etwa die vollständige Einbettung des Endbereiches des Kabels in das aluminothermisch erzeugte Guss stück (Umguss), mit den Vorteilen des Lötverfahrens, insbesondere der geringen Wärmebelastung, kombiniert werden. Erfindungsgemäss gelingt dies dadurch, dass man auf das Werkstück eine 1.0 bis 5 mm dicke metallische Unterlagsplatte legt, wobei man zwischen Unterlagsplatte und Werkstück eine Lotschicht anordnet, sodann das Kabel, Seil oder dergleichen auf die Oberseite der Unterlagsplatte in an sich bekannter Weise aluminothermisch aufschweisst, wobei durch die abgeführte Wärme des aluminothermisch erzeugten Reaktionsgutes das Lot aufgeschmolzen und die Unterlagsplatte an das Werkstück angelötet wird. Durch die Unterlagsplatte wird das Werkstück, z.B. der Schienenfuss, vor übermässiger Erwärmung, die zu Gefügever änderungen führen kann, geschützt. Jedoch reicht die von der Unterlagsplatte abgeführte Wärme mit Sicherheit für ein Aufschmelzen des Lotes und eine einwandfreie, gleich mässige,f lache Verlötung aus.Das niedrig schmelzende Lot, dessen Schmelztemperatur insbesondere unterhalb der Umwandlungstemperatur des Werkstücks liegt, kann dabei als Plättchen oder in Form einer Paste vorliegen oder ist auf das die Schweissstelle bedeckende Metallplättchen (Unterlagsplatte) auf der dem Werkstück zugewendeten Seite aufgeschmolzen. Die Auswahl des Lotes richtet sich in erster Linie nach der mechanischen Beanspruchung der Lötfuge sowie der eventuellen Erwärmung des Lotes beim Stromdurchgang. Man kann sowohl weiche wie harte bote verwenden. Gut brauchbar hat sich ein Silberlot mit mindestens 5 Gew.% Ag, insbesondere ein Lot der Zusammensetzung Ag = 39 bis 41%, Cu = 18 bis 20%, Cd = 18 bis 22%, Rest Zn erwiesen. Die Unterlagsplatte, die rund oder eckig sein kann, soll eine Dicke von 1 bis 5 mm haben, insbesondere bei stählernen Werkstücken, und aus Stahl bestehen. Unterhalb einer Dicke von 1 mm besteht die Gefahr des Durchschmelzens; oberhalb einer Dicke von 5 mm kann der Wärmedurchtritt für ein sicheres Aufschmelzen des Lotmetalles zu gering sein. Besonders bewährt hat sich bei Schienen als Unterlagsplatte ein Stahlplättchen von etwa 2 - 3 mm Dicke. Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich mit einer ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtung besonders vorteilhaft durchführen. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer vorzugsweise spiegelsymmetrischen zweiteiligen Giessform (1) besteht, welche einen Reaktionsraum (2), einen darunter angeordneten Giessformhohlraum (4), einen den Reaktionsraum (2) und den Giessformhohlraum (4) verbindenden Giesskanal (3) und eine vorzugsweise horizontal verlaufende, in den Giessformhohlraum -(4) durch die Wandung der Giessform (1) geführte Bohrung (13) aufweist, wobei der Reaktionsraum (2) durch ein von der aluminothermisch erzeugten Metallschmelze aufschmelzbares Metallplättchen (10) verschliessbar ist und wobei die Giessform (1) entweder am Boden im unteren Bereich des Giessforrrffjohlraums (4) eine der Unterlagsplatte (7) entsprechende Ausnehmung (5) aufweist, oder die Giessform (1) auf einer aus hitzebeständigem Fasermaterial geformten Faserplatte (14), welche unterhalb des Giessformhohlraums (4) eine der Unterlagsplatte (7) entsprechende Ausnehmung (15) aufweist, angeordnet ist, wobei die Dicke der Faserplatte (14) mindestens der Dicke der Unterlagsplatte (7) entspricht. Dic keis Faserplatte oder Fasern aus a@@ organischen Materialien bestehen, die im Handel unter der Bezeichnung Fiberfrax oder Kaowool erhältlich sind und im wesentlichen aus SiO2, Al203 und geringen Mengen B203 und Na2O zusammengesetzt sind. Die Dicke des Faserplättchens ist zweckmässig geringfügig grösser als die des Unterlagsplättchens. Beim Aufsetzen der Giessform wird das Plättchen zusammengepresst und dichtet gegen das Werkstück ab. Die Unterlagsplatte kann in der Giessform gegebenenfalls arretierbar sein. So kann die Unterlagsplatte mit einem oder mehreren Vorsprüngen in entsprechende Ausnehmungen der Giessform eingreifen. Sie kann auch an der Unterseite seitlich eine Lasche aufweisen, die den Boden der Giessform überragt und, im entsprechenden Winkel gebogen, an der senkrechten Aussenwand der Giessform befestigt wird. Die Giessform besteht vorzugsweise aus Graphit. Das erfindungsgemässe Verfahren hat sich beim Befestigen von Kabeln oder Metallseilen an Schienen als besonders vorteilhaft erwiesen. Das erfindungsgemässe Verfahren soll unter Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung an Hand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert werden. Dabei zeigt die Fig. 1 die erfindungsgemässe Giessform mit die Unterlagsplatte aufnehmender Nut im Schnitt, wobei die Giessform auf einen Schienenfuss aufgesetzt ist, Fig. 2 die erfindungsgemässe Giessform mit einer Faserplatte zwischen Giessform und Schiene, ebenfalls im Schnitt, Fig 3 die in Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung erhaltene kombinierte iröt/Schweiss-Verbindung eines Kabels auf einem Schienenfuss. gemäss Fig. 1 wird der Graphit-Tiegel (1) mit Reaktionsraum (2), Giesskanal (3), Giessformhohlraum (4), Ausnehmung (5), mit in die Bohrung (13) eingelegtem Kabel (6) -und dem Stahlplättchen (7), das mit Lot (8) versehen ist, auf die ge säuberte Anschweissstelle der Schiene (9) aufgesetzt und zweckmässig - aber nicht dargestellt - mit dem Werkstück, hier dem Schienenfuss, verklammert. Entsprechende Klammerzangen sind bekannt. Nach Verschluss des Reaktionsraumes (2) durch das Plättchen (10) wird die aluminothermische Mischung (11), z.B. auf der Basis Kupferoxid-Aluminium, zur Reaktion gebracht, wobei nach der Reaktion das aluminothermisch erzeugte Kupfer das Plättchen (10) aufschmilzt und sich auf das Stahlplättchen (7) ergiesst. Die Schweisswärme erhitzt das Lot (8) und die Schiene (9) im Bereich der Anschweissstelle, wodurch die Anlötung des Plättchens (7) erfolgt. Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Giessform (1), die auf die Faserplatte (14) aufgesetzt ist. Die Faserplatte (14) besitzt eine Ausnehmung (15), in welche die Unterlagsplatte (7) eingelegt ist. Die Faserplatte #14) dichtet dabei den Boden der Giessform (1) gegen den Schienenfuss (9) ab. Die fertige Verbindung ist in Fig. 3 dargestellt, wobei die Verbindung zwischen elektrischem Leiter (6) und dem Stahl plättchen (7) durch das aluminothermisch erzeugte Schweissgut (12) und die Verbindung zwischen Stahlplättchen (7) und der Schiene (9) durch das Lot (8) hergestellt wird.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zum Befestigen von Kabeln oder Seilen an der Oberfläche eines Werkstücks aus Metall, insbesondere elektrischer Leiter an radtragenden Gleiselementen, wie Schienen, durch Anlöten, dadurch gekennzeichnet, dass man auf das Werkstück eine 1 bis 5 mm dicke me tallische Unterlagsplatte legt, wobei man zwischen Unterlagsplatte und Werkstück eine Lotschicht anordnet, sodann das Kabel, Seil oder dergleichen auf die Ober seite der Unterlagsplatte in an sich bekannter Weise aluminothermisch aufschweisst, wobei durch die abgeführte Wärme des aluminothermisch erzeugten Reaktionsgutes das Lot aufg9sctL#tt#i2;en und die Unterlagsplatte an das Werk stück angelötet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Lot auf die Unterseite der Unterlagsplatte auf schmilzt oder ein Lot in Form eines Plättchens oder einer Paste zwischen Unterlagsplatte und Werkstück anordnet. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Lot verwendet, dessen Schmelztempera,turunter- halb der Umwandlungstemperatur des Werkstücks liegt. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass man ein Lot der Zusammensetzung Ag 39 - 41 Gew.%, Cu 18 - 20 Gew.%, Cd 18 - 22 Gew.%, Rest Zn ver wendet. 5. Verfahren nah Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man -le aluminotherinische Aufschweissung mit einer alu rlnothermischen Masse auf Basis Kupferoxid-Aluminium oder Eisenoxid-Aluminium oder Kupferoxid-Eisenoxid Aluminium durchführt. D, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An sprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer vorzugsweise spiegelsyrrirnetrischen zweiteiligen Giessform (1) besteht, welche einen Reaktionsraum (2), einen darunter angeordneten Giessformhohlraum (4), einen den Reaktionsraum (2) und den Giessformhohlraum (4) verbindenden Giesskanal (3) und eine vorzugsweise horizontal verlaufende, in den Giessformhohlraum (4) durch die Wandung der Giessform (1) geführte Bohrung (13) aufweist, wobei der Reaktionsraum (2) durch ein von der aluminothermisch erzeugten Metallschmelze aufschmelzbares Metallplättchen (10) verschliessbar ist und wobei die Giessform (1) entweder am Boden im unteren Bereich des Giessformhohlraums (4) eine der Unterlags platte (7) entsprechende Ausnehmung (5) aufweist, oder die Giessform (1) auf eine@ auS nltzebestanegem haser- material geformten Faserplatte (14), welche unterhalb des Giessformhohlraums (4) eine der Unterlagsplatte (7) entsprechende Ausnehmung (15) aufweist, angeordnet ist, wobei die Dicke der Faserplatte (14) mindestens der Dicke der Unterlagsplatte (7) entspricht. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessform (1) aus Graphit besteht.

Inventors: GUNTERMANN, HANS, DR.
Applicants: ELEKTRO-THERMIT GMBH
Application year: 1979
Main classification: B23K1
IPC codes: H02B1, B23K1, B23K23, H01R43