Aluminothermie. Von Dr. Hans Goldschmidt, Essen-Ruhr. (Schluss von S. 740 d. Bd.). Aluminothermie. Eine weitere Anwendung hat das Thermit bei den elektrischen Vollbahnen gefunden zur Verbindung der Stromleitungsschiene der sog. dritten Schiene. Der Kupferverbinder löst auch hier bekanntlich seine Aufgabe schlecht, da eine gute Verbindung mit demselben auf die Dauer nicht gewährleistet wird; der Uebergangswiderstand wächst mit der Zeit und verlangt dann häufige und kostspielige Reparaturen. Einfacher, zuverlässiger und zudem erheblich billiger ist eine Verschweissung der Schiene, die gegebenenfalls auch nur eine teilweise zu sein braucht. Bei der Vorortbahn von Berlin nach Grosslichterfelde ist seitens der Union E. G. Berlin zur Zeit eine derartige Schweissung auf einer Schienenstrecke von etwa 22 Kilometern ausgeführt worden; es ist lediglich mit Hilfe eines kleinen Buckels von aufgeschweisstem Thermiteisen eine elektrische Verbindung von je 3 Schienenlängen (45 m) hergestellt worden. Eine gewöhnliche Lasche verstärkt die mechanische Verbindung der Schienen (Fig. 6). Textabbildung Bd. 318, S. 753 Fig. 6. Verschweissung einer Stromleitungsschiene (dritten Schiene) mittels Thermit. Die Abbildung zeigt einen Schnitt durch die zweiteilige Form. Da nur einige Pfund Thermit hierfüi zur Verwendung gelangen, so ist ein besonderer Tiegel bei dieser Ausführung entbehrlich Das Thermit wird in einen auf die Form gesetzten Rohrabschnitt geschüttet und das Thermiteisen fliesst nach Durchschmelzen des kleinen Eisenplättchens in die Höhlung, so die Schienenenden am Fuss zusammenschmelzend. Sehr bedeutend ist neuerlich auch die Anwendung des Thermits für die Reparatur von gebrochenen Schiffssteven (besonders Stevenbrüchen) geworden. Grade Stevenbrüche sind leider keine grosse Seltenheit in der Marine. Die zumeist notwendige Auswechslung der gebrochenen Teile erfordert nicht nur erhebliche Kosten, sondern, was noch mehr ins Gewicht fällt, Opfer an Zeit, während das Schiff unbenutzt, aber „zinsfressend“, im Dock liegt. Mit Hilfe einerThermit-Reparatur kann die häufig zur Auswechslung nötige Zeit von Monaten auf einige Tage, ja unter Umständen auf noch kürzere Zeit herabgedrückt werden. Die Reparatur, die manchmal zehntausende von Mark verschlingt, kann mit einigen hundert Mark vorgenommen werden und zwar von den Werftarbeitern selbst, da das Arbeiten mit Thermit sehr einfach und schnell zu erlernen ist (Fig. 7 u. 8). Textabbildung Bd. 318, S. 753 Fig. 7. Gebrochener Hintersteven des Dampfers „Sevilla“, mit Hilfe von 300 kg Thermit repariert. Selbst grosse Reparaturen, bei denen einige hundert Kilo Thermit mit einemmal angezündet werden, sind einfach auszuführen. Die Hauptsache ist, eine richtig dimensionierte Form anzubringen (Fig. 9), die aber nach gegebenen Vorbildern leicht anzufertigen ist, wie beispielsweise durch sehr wohl gelungene Schweissungen verschiedener Steven in Holland bewiesen ist, die an Ort und Stelle nur nach kurzer brieflicher Anleitung erfolgreich ausgeführt worden sind. Erwähnung mag auch die bekannte Aneinanderschweissung von schmiedeeisernen Rohren mit Hilfe von Thermit finden. Es sind schätzungsweise bisher 30-40000 solcher Rohrschweissungen ausgeführt. Diese Thermitschweissung stellt sich billiger als eine gute Flanschenverbindung und kann auch an sehr schwer zugänglicher Stelle ausgeführt werden. Die Anwendung findet besonderen Vorteil bei Rohrleitungen, die unter hohem Drucke stehen, oder für den Transport von Flüssigkeiten dienen, die fast jedes Verpackungsmaterial angreifen, also Alkalien, Petroleum usw. Textabbildung Bd. 318, S. 754 Fig. 8. Gebrochener Hintersteven des Dampfers „Sevilla“ mit 200 kg. Thermit verschweisst. Textabbildung Bd. 318, S. 754 Fig. 9. Textabbildung Bd. 318, S. 754 Fig. 10. Horizontal liegende Rohre zum Eingiessen fertig vorbereitet, mit Schutzplatte. In diesen Fällen wird eine reine Stumpfverschweissung der Rohrenden erzielt und wird um diese zu dem Zweckeeine kleine Blechform gelegt, die von aussen mit Sand abgestützt wird (Fig. 10). Aus einem Tiegel wird das feuerflüssige Thermit ausgegossen; der Corund fliesst in diesem Falle zuerst aus und hat die Eigenart, das Rohr sofort mit einer dünnen, etwa 1 mm starken Schicht von Corund fest zu umschliessen, sodass das nachmessende Thermiteisen das Rohr direkt nicht berühren und es somit nicht durchschmelzen kann. Es ist eine Tabelle ausgearbeitet, aus der für jede Rohrstärke bis zu etwa 6 Zoll die Grösse der kleinen Form, Abstand derselben vom Rohr, Menge des anzuwendenden Thermits usw. sofort zu ersehen ist. Diese Tabelle 1 befindet sich auf S. 755. Tabelle 1 Rohrschweiss-Tabelle. Textabbildung Bd. 318, S. 755 Nummer der von der Firma Th. G. zu beziehenden Formen; Grösse der Spezialtiegel nach No.; Stauchung nach n Minuten nach vollendetem Einguss; Thermit „Rot“ in kg; Innerer Durchmesser in Zoll; Innerer Durchmesser in mm; Wandstärke in mm; Länge l der Form (Fig. 1) in mm für wagerecht zu verschweissende Rohre. oder Höhe h der Form (Fig. 2) in mm für senkrecht zu verschweissende Rohre; Länge L des aufgerollten Formmantels in mm bei einer Verschweissung der Rohre in wagerechter Lage (siehe Rubrik 4, Fig. 1) Fig. 3; Länge L1 in mm einer Hälfte des aufgerollten, zweiteiligen Formmantels mit je 1 cm Uebergriff für senkrecht zu verschweissende Rohre. (Siehe Rubrik 4, Fig. 2.); Abstand a der Form vom Rohr (Fig. 5 u. 6) in mm Bemerkung. Bei senkrecht zu verschweissenden Rohren ist der Abstand des Formbodens von der Schweisstelle um 1/10 der ganzen Formlänge geringer wie über der Schweisstelle zu nehmen. In gleicher Weise kann auch in speziellen Fällen werden. Die hierzu nötigen Angaben finden sich in eine Stumpfschweissung von massiven vorgenommenwerden. Die hierzu nötigen Angaben finden sich in Tabelle 2. Tabelle 2. Tabelle für Stumpfschweissungen. Textabbildung Bd. 318, S. 755 Quadratstäbe; Rundstäbe; Querschnitt in qcm; Kilo Termit f. d. qcm; LängeZwischenwerte sind zu berechnen. der Form in cm; AbstandBei Flacheisen vermindert sich der Abstand der Form von den zu verschweissenden Stäben an den Längsseiten derart, dass der Fassungsraum der Form demjenigen eines Quadratstabes von gleichem Querschnitt entspricht. d. Form in cm (s. Fig. 5 der Tabelle 1); Stauchung nach Minuten; Durchmesser in Zoll; Durchmesser in mm; Querschnitt in qcm; Länge der Form in cm; Abstand der Form in cm; Kilo Thermit; Stauchung nach Minuten. Textabbildung Bd. 318, S. 756 Als besonders bemerkenswert ist hervorzuheben, dass die aluminothermischen Stumpfschweissungen hervorragend gut ausfallen. Es ist bereits oben mitgeteilt, dass selbst hartes Schienenmaterial sich gut verschweisst. Tn Tabelle 3 befinden sich die Resultate von drei stumpf mit Hilfe von Thermit verschweissten 1 ½ zölligen Vierkantstäben, aus etwas weicherem Material von Martinflusseisen. Der Bruch erfolgte in allen Fällen mit normaler Einschnürung ausserhalb der Schweisszone Tabelle 3. 40 mm Stab Analysen Bruch-grenzekg/qmm Dehnung inProz. bezog.auf 200 mmurspr. Länge C Si Mn S   I 0,10 0,05 ,027 0,06 44   20,5   II 0,11 0,04 0,37 0,06   41,7   20,5 III 0,08 0,03 0,33 0,07   44,7 22 In den meisten Fällen, in denen eine Verschweissung etwa gebrochener Stäbe oder Wellen mit Hilfe von Thermit vorgenommen werden soll, wird man sich nicht der reinen Stumpfschweissung bedienen, sondern des sogenannten automatischen Verfahrens, wie es bei der Schienenschweissung angewendet wird (Fig. 11). Aus Tabelle 4 sind die nötigen Zahlen für die Grösse der Form (die auch aus 80 Teilen Sand mit 20 v. H. Caolin angefertigt werden kann oder aus Sand und Lehm zu gleichen Teilen) zu entnehmen; ferner ist das betreffende Thermitquantum angegeben. Tabelle 4. Umgüsse für zu verschweissende Wellen. Durchmesserder Wellemm Formlängemm Dickedes Umgussesmm AnzuwendendesThermitkg   40  50  60  70  75  80100110160200225250300 100 15181921222532355050505050   6,500  8,75010,00012,50014,75017,25024,75030,75065,25074,000  86,250–  92,250  88,500–  96,000103,500–121,000 Statt des einfachen Umgusses um Wellenlängen oder an Wellen die gerissen sind, lässt sich in vielen Fällen auch der sogenannte Zwischen- und Umguss anwenden. Hierbei werden die Wellenenden mit einem Zwischenraum von 10-20 mm festgelegt und hierauf eine entsprechende Form angebracht. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Verbindung eine innigere wird, da durch das durchströmende Thermiteisen ein Teil der Wellenenden aufgelöst wird und dadurch die Enden mit dem Zwischenguss verschmelzen (Fig. 12). In dem Falle braucht der Thermiteisenring nicht 100 mm lang zu sein; es genügt dann eine Länge von 50-60 mm gemäss Tabelle 5. Textabbildung Bd. 318, S. 757 Fig. 11. Tabelle 5. Zwischen- und Umguss für zu verschweissende Wellen. Durchmesserder Wellemm Zwischenraumzwischen denWellenendenmm Form-längemm Dicke desUmgussesmm Anzuwenden-des Thermitkg   40 10 50 15   5,000   50 10 50 18   5,500   60 10 50 19   7,250   70 10 50 21   8,000   75 10 50 22   9,250   80 10 50 25 10,500 100 15 50 25 15,000 110 15 50 25 18,500 160 15 50 25 27,000 200 20 60 30 36,000 225 20 60 30 46,000 250 20 60 30 60,000 300 20 60 35 85,000 Des vorbeschriebenen Zwischen- und Umgussverfahrens bedient man sich auch zum Verschweissen von Gusseisenteilen beliebigen Querschnittes (s. Fig. 13a u. 13b). Die dritte eingangs erwähnte Anwendungsart der Aluminothermie kommt ganz besonders für Eisen- und Stahlgüsse in Betracht. Die Ausarbeitung dieses Gebietes stammt von meinem Mitarbeiter, Herrn Oberingenieur Mathesius. Nach dem diesem Verfahren eigentümlichen Prinzipe wird das Thermit unter der Oberfläche des Metallbades zur Reaktion gebracht, an einer Stelle innerhalb des Bades selbst demnach eine hohe Temperatur erzeugt und das Thermiteisen im Augenblicke des Entstehens zugeführt. Zu diesem Zweckewird das Thermit in eine Blechbüchse gefüllt, welche an einer Eisenstange befestigt ist; mit deren Hilfe wird die Büchse in das flüssige Metall untergetaucht gehalten. Aus den hier gegebenen Abbildungen ist näheres zu erkennen (Fig. 14). Textabbildung Bd. 318, S. 757 Fig. 12. Längsschnitte (stark angeätzt) durch 2 aluminothermisch verschweisste Quadratstäbe von 140 mm Stärke (Zwischengussverfahren). Derartig zusammengeschweisste Quadratstäbe dieser Grösse dienten z.B. zur Anfertigung einer grossen Schiebebühne, die seitens der Kgl. Sächsischen Regierung für den Bahnhof Chemnitz in Auftrag gegeben wurde. In erster Linie wird diese Reaktion in Pfannen mit geschmolzenem Gusseisen ausgeführt. In diesen Fällen wird nicht gewöhnliches Thermit verwendet, sondern ein solches, welches eine Legierung von Eisen mit Titan ausscheidet, sodass in das Gasseisen etwas Titan in statu nascendi eingeführt wird. Der Verfasser hat dieses Titanthermit (besser gesagt Ferrotitanthermit) früher direkt auf die Oberfläche des flüssigen Gusseisens gebracht; es gibt dies auch gute Ergebnisse, aber diese neue Anwendung, es unter die Badoberfläche zu bringen, ist zuverlässiger und auch ökonomischer, weil man mit geringeren Mengen auskommt. Dass das Thermit wirklich derartig abbrennt, ohne dass unverbrannte Teilchen an die Oberfläche kommen, findet dadurch seine Erklärung, dass die Schlacke, die sich während der Reaktion bildet, die noch unverbrannten Teilchen einhüllt und so am Eisenstab gewissermassen anklebt. Die Blechbüchse selbst wird fast unmittelbar aufgelöst und dient lediglich als Mittel das Thermit, bevor es zur Reaktion im Metallbad kommt, zusammenzuhalten; darnach ist es die einhüllende, während des Abbrennens sich ständig verringernde Schlackenhülle selbst, welche den Zusammenhang vermittelt. Die Reaktion im Gusseisenbade dauert nur 1-2 Minuten und bewirkt eine vollständige Durchwühlung des ganzen Bades. Hierdurch wird eine Art Polung des Gusseisens herbeigeführt, Gase und Schlackenteile werden in die Höhe getrieben, sodass das Eisen dünnflüssiger wird und somit höher erhitzt erscheint. Die tatsächliche Wärmezunahme ist natürlich nur gering, da je nach der Grösse der Pfanne von 200 Kilo bis zu mehreren tausend Kilo Gewicht nur ¼ bis 1/16 v. H. Titanthermit angewendet wird. Das Einführen von Titan geschieht deswegen, um geringe Mengen Stickstoff zu binden, wobei sich die bekannten kleinen, roten Kristalle von Cyantitan bilden; auch scheint ein geringer Zusatz von Titan zum Gusseisen – nach den bisher vorliegenden Ergebnissen – die Zähigkeit desselben zu erhöhen und ein feineres Korn hervorzubringen. Textabbildung Bd. 318, S. 758 Fig. 13a.Abgebrochener Teil eines Ständers aus Gusseisen (Holzbearbeitungsmaschine) mit Thermit an 2 Stellen angeschweisst (Johannesburg, Südafrika). Textabbildung Bd. 318, S. 758 Fig. 13b.Abgebrochener Teil eines Maschinenrahmens mit Thermit an 3 Stellen angeschweisst (Johannesburg. Südafrika). Das Verfahren ist seitens einer Reihe von Giessereien mit bestem Erfolge probiert worden und findet besondere Verwendung in Fabriken, in denen auf porenfreien Guss besonders geachtet werden muss, also in solchen, wo Maschinenguss aller Art hergestellt wird. Textabbildung Bd. 318, S. 758 Fig. 14. Giesspfanne mit eingetauchter Titanthermit-Büchse. Durch die beschriebene Reaktion kann aber nicht nur ein vollständig porenfreier Guss erzielt werden, es ist auch möglich noch in der Giesspfanne Zusätze vorzunehmen, z.B. von Ferromangan. Nach Durchmischung mit Hilfe einer sog. Büchsenreaktion findet sich das Mangan – z.B. auf 1 v. H. berechnet – gleichmässig im Guss verteilt. Dasgleiche wird mit einem Zusatz von Nickel ausgeführt für Pfannen zum Eindampfen von kaustischen Alkalien für die chemische Gross-Industrie, In diesem Falle wird das Nickel am praktischsten in Form von Nickelthermit, das vorher in einem Tiegel zur Entzündung gebracht ist, um dann – mitsamt der Schlacke – in die Giesspfanne gegossen zu werden, verwandt. Die gleichmässige Durchmischung des Nickels wird sodann mit einer „Büchse“ bewirkt. Man verwendet etwa 1 v. EL Nickelthermit, das 60 y. H. metallisches Nickel ergibt, vom angewendeten Guss und kann in Kesseln mit solchem Nickelzusatz etwa 50 v. H. mehr Chargen ausbringen als in solchen ohne Nickel. Textabbildung Bd. 318, S. 758 Fig. 15. Eine zweite Anwendung des sog. Büchsenverfahrens ist wichtig für den Stahlguss und zwar zuvörderst beim Giessen von grossen Schmiedeblöcken. Bei diesen tritt bekanntlich stets ein mehr oder minder grosses Nachlunkern ein. Dadurch entstehen im Kopf des Blockes Hohlstellen, die zumeist 30 bis 40 v. H. Verlust verursachen (Fig. 15). Man hat vielerlei versucht, um diesem Uebelstande abzuhelfen. Erst neuerdings ist bekanntlich ein Verfahren durchgearbeitet worden, das darauf beruht, dass der ganze Block nach dem Gusse unter starken Druck versetzt wird. Infolge der kompendiösen Einrichtung stellt sich diese Methode sehr teuer, beweist aber, welch grossen Wert man darauf legt, dichte lunkerfreie Blöcke zu erhalten. Textabbildung Bd. 318, S. 759 Fig. 16. Textabbildung Bd. 318, S. 759 Fig. 17. Textabbildung Bd. 318, S. 759 Fig. 18. Das Thermitverfahren für den angedeuteten Zweck besteht nun darin, dass man eine Büchse von sog. Lunkerthermit in den Block mit Hilfe einer Eisenstange – genau wie oben beschrieben – hin-einsenkt und zwar je nach der Grösse des Schmiedeblocks, etwa 1 m tief (Fig. 16). Die Reaktion verläuft in diesem Falle in einigen Sekunden. Das Einsenken der Büchse geschieht selbstverständlich erst, nachdem sich der Lunker gebildet, also zumeist erst nach 15 bis 20 Minuten. Die erstarrte oberste Schicht ist vorher mit Hilfe mechanischer oder chemischer Mittel zu öffnen. Unmittelbar nach vollendeter Reaktion ist bereit gehaltener Stahl in den geöffneten Lunker nachzugiessen. Das Verfahren ist tatsächlich sehr einfach, die nötige Beobachtung der rechtzeitigen Einführung der Büchse bald erlernt. Dazu kommt die ausserordentliche Billigkeit des Verfahrens; es sind bei 10 tons schweren Blöcken nur etwa 5 Kilo Thermit nötig! Fig. 17 zeigt einen 10 tons schweren Block, der nach diesem speziell von HerrnMathesius angegebenen Verfahren behandelt war, aufgenommen nach erfolgtem Durchschnitt. Ein verhältnismässig ganz kleiner Lunker befand sich nur in dem obersten Teile des Blockes – wie in der Abbildung zu sehen – sodass nur wenige Prozent Abfall abzuschneiden waren. Weiter ist das Verfahren noch ausgebildet, um bei grossen Stahlformgüssen mattgewordenem Stahl in den Trichtern zum besseren Lunkern zu verhelfen. Es ist in Fig. 18 ein Stahlformgusstück (ein grosses Zahnrad) gezeichnet, in welches Lunkerthermit am Boden einiger Trichter und zwar in konzentrisch durchlochter, etwa 1 Kilo Thermit enthaltender Büchse eingebaut ist. In diesem Falle braucht also das Thermit nicht erst mit Hilfe einer Eisenstange in den Stahl eingetaucht zu werden. Man kann zudem die Einschnürung am Trichter etwas enger gestalten wie üblich, um das Absägen des Kopfes zu erleichtern. Der sich bildende Lunker geht nun nicht in das Werkstück hinein und macht so dasselbe fehlerhaft, sondern befindet sich ganz oben im Kopf des Trichters. Auch beim Guss langer Schiffsteven, die bekanntlich nicht leicht zu giessen sind, werden in die Steigetrichter derartige Büchsen eingesetzt; diese wirken dann gewissermassen als Auffrischungsmittel, das den auf dem langen Wege matt gewordenen Stahl „antreibt“, d.h. ihn zu rascherem Aufsteigen in die Trichter veranlasst und somit dünnflüssiger macht. Auch hierzu werden stets nur kleinere Büchsen verwendet. Es steht ausser Frage, dass mit vorstehendem die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens noch nicht erschöpft sind; wie bisher so werden sich auch weiter der Aluminothermie bei ihrer Mannigfaltigkeit neue Gebiete erschliessen.