Alu-Thermit Schweißen

Gießtiegel des Alu-Thermitschweissen
© Plasser & Theurer

Der Erfinder:
Hans Goldschmidt kam als zweiter Sohn von Theodor Goldschmidt 1861 in Berlin zur Welt. Wie schon sein Vater und der ältere Bruder Karl studierte er Chemie an der Berliner Universität, wo er als Schüler des berühmten Robert-Wilhelm Bunsen schon in den frühen Jahren geniale Anlagen zeigte. Nach Abschluss trat er 1888 in die Firmenleitung Chemischen Fabrik Th. Goldschmidt ein und es bildete in den folgenden 30 Jahren eine Arbeitsteilung heraus, bei der Hans Goldschmidt die Forschung und Entwicklung neuer Produkte übernahm. Hans Goldschmidt wurde zu einem der bedeutendsten Chemiker seiner Zeit und man findet heute noch viel über ihn in den Lehrbüchern.

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts entdeckte Prof. Dr. Hans Goldschmidt in Essen die technische Gewinnung von Schwermetallen aus ihren Oxiden durch die Oxidation von Aluminium. Dieser aluminothermische Vorgang wurde Thermit-Prozeß genannt.

Thermit-Prozess:

In dem Thermit-Prozess läuft eine Mischung aus Eisenoxid und fein verteilten Aluminium in einem Tiegel, der zur Entzündung gebracht wird. Die entstehende chemische Reaktion (die sog. Umsetzung) liefert flüssiges Eisen und flüssiges Aluminium-Schlacke (Korund), die beide eine Temperatur von ca. 2400°C haben. Die Schlacke schwimmt wegen ihres geringen Gewichtes auf dem Thermit-Stahl. Nach einer Wartezeit und nach Ablauf der Umsetzung wird der Tiegel abgestochen. Der flüssige Stahl wird hauptsächlich für das Schweißen von großen Werkstücken und besonders von Eisenbahnschienen verwendet.

Gießtiegel:
In dem Tiegel wird die Schweißpackung mit dem Entzündungsstäbchen vorbereitet. Vor dem täglichen erstmaligen Benutzen ist der Tiegel mit einem Brenner gut auszutrocknen und auf mind. 100°C zu erwärmen. Nach jedem Guss sind die losen Schlackenteile zu beseitigen und die Innenseiten des Tiegels zu reinigen. Ein einsatzbereiter trockener Reservetiegel ist immer vorrätig zu halten. Der Tiegelhaltering mit 3 Beinen ist die Halterung für den Gießtiegel. Mit seiner Hilfe kann der Tiegel auf den Boden gestellt, dort für den nächsten Guss vorbereitet und dann mit einen Rohrbein auf die Universal-Spannvorrichtung aufgesetzt werden.

Durchführung des Schweißverfahrens

Das Ausrichten der Schienenenden:

Die Schienenenden werden per Auge und danach fein mit einem 1m langem Lineal ausgerichtet. Die Schienen müssen gerade ausgerichtet sein, weil das sonst später hohen Einfluss auf die Fahrfläche nimmt. Auch die Schienenfüße müssen gegenseitig ausgerichtet werden, damit die Schweißflächen so viel wie möglich an Angriffsfläche für die Schweißung aufweisen können.  

Verspannungsschweißen unter Neutraltemperatur unter Verwendung eines hydraulischen Schienenspanners
© Robel Bahnbaumaschinen GmbH

Der Einbau von Halbformen für die Schweißung

Die fertigen Formen (2 Hälften) müssen dem zu schweißenden Schienenprofil ohne Probleme anpassen werden können. Nach dem Anbringen der Formhälften werden diese in sogenannte Haltebleche gespannt und später mit der Spannvorrichtung mittig über der Schweißlücke verspannt.

Die Spannvorrichtung

Die Spannvorrichtung wird nach dem ermittelten Einstellmaß an einen der beiden Schienenköpfe angebracht und dient später zur Halterung der Halbformen in die Haltebleche.

Der Quarzsand

Mittels des Quarzsandes werden die Lücken zwischen den Fertigformen, der Spannvorrichtung und den zu schweißenden Schienenenden verfüllt. Er soll dafür Sorge tragen, dass keine heiße Schweißmasse beim Einfüllen in die Fertigformen auslaufen kann.

Den Schweißtiegel in Stellung bringen:

Der Abstand zwischen Tiegel und der Form soll nach dem ausrichten nicht mehr als ca. 4 cm betragen. Die Öffnung des Tiegels darf die Form nicht berühren, weil sonst der Verschluss nicht frei liegt und das Auslaufen des heißen flüssigen Thermit-Stahls somit nicht möglich wäre. 

Einleitung der Umsetzung

Das Entzündungsstäbchen wird nun an der Flamme des Brenners entzündet, danach steckt man es in die Schweißportion und leitet damit die Umsetzung ein. Nun wird der Tiegel mit der dazugehörigen Tiegelkappe abgedeckt.

Das Einlaufen der Masse in die Formen (der sogenannte Guss):

Nach der Umsetzung + Ablauf der Wartezeit kann der flüssige Thermit-Stahl über die Kanäle in die Formhohlräume laufen. Nun wird der Stahl vermischt und durch die Erstarrung mit den Schienenenden verschweißt.  

Die Bearbeitung der Schweißung

Nach etwa 3 Minuten ist der Stahl in der Form erstarrt. Nun können die Formhaltebleche vorsichtig abgenommen werden. Die Kopfwulst wird vorsichtig mit einem Abschergerät abgetrennt, die Fußsteiger und die restlichen Formteile bleiben bis zum völligen Erkalten an der Schweißung bzw. an den Schienenenden. 

Der Grobschliff an der Schweißung

Nach Beendigung des Abschrottens am Schienenkopf wird die Fahrfläche und die Fahrkante im noch heißen Zustand vorgeschliffen.  

Die Reinigung der Schweißung

Der Schweißstoß muss von Formsandresten und der Halbformen gereinigt werden. Die Schiene darf aber nicht durch Benutzung der Schlagwerkzeuge berührt werden.