DE202011004493U1

DE202011004493U1 - Crucible for aluminothermic welds

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Publication number: DE202011004493U1
Application number: DE202011004493U
Authority: DE
Original assignee: Elektro Thermit GmbH and Co KG
Current assignee: Elektro Thermit GmbH and Co KG
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2021-03-29

Abstract

Zum Einsatz bei aluminothermischen Schweißungen eingerichteter, ein Reaktionsgemisch (7) enthaltender, mit einem selbsttätig öffnenden Verschluss (5) und einer elektrischen, mit einer Energiequelle verbindbaren Zündvorrichtung für das Reaktionsgemisch (7) versehener Tiegel (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung aus zwei, in das Reaktionsgemisch (7) hineinragenden, an der Wandung (10) des Tiegels (1) befestigten Elektroden (8) besteht.For use in aluminothermic welds, a crucible (1) containing a reaction mixture (7) and having an automatically opening closure (5) and an electrical ignition device for the reaction mixture (7) which can be connected to an energy source, characterized in that the ignition device consists of there are two electrodes (8) which protrude into the reaction mixture (7) and which are attached to the wall (10) of the crucible (1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tiegel entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a crucible according to the preamble of claim 1.

Die Zündung eines aluminothermischen Reaktionsgemisches wird bekanntermaßen punktuell eingeleitet und erfordert neben einer ausreichenden Temperatur auch einen ausreichenden Energieeintrag in das Gemisch. Hierzu sind Zünder in der Form von Stäbchen oder auch Tabletten bekannt, die mit einem Gasbrenner entzündet und brennend in das Reaktionsgemisch eingebracht werden. Das Wirkungsprinzip dieser Zünder beruht auf einer stark exothermen Reaktion, beispielsweise von feinteiligen Aluminiumpulver mit einem Erdalkali-Peroxid. Problematisch bei dieser Technik ist der Umstand, dass diese Zünder als gefährliche Stoffe eingestuft sind und damit Beschränkungen unterliegen, die bei der Verwendung, der Lagerung und dem Transport zu beachten sind.The ignition of an aluminothermic reaction mixture is known to be introduced selectively and requires in addition to a sufficient temperature and a sufficient energy input into the mixture. For this purpose, igniters in the form of rods or tablets are known, which are ignited with a gas burner and introduced burning into the reaction mixture. The principle of operation of these detonators is based on a strongly exothermic reaction, for example of finely divided aluminum powder with an alkaline earth peroxide. A problem with this technique is the fact that these detonators are classified as dangerous substances and therefore subject to restrictions that must be observed during use, storage and transport.

Zur Zündung eines aluminothermischen Raktionsgemisches sind auch elektrische Zündvorrichtungen bekannt geworden.For igniting an aluminothermic Raktionsgemisches also electric igniters have become known.

In dem Dokument WO 2008/113653 A1 ist ein zur Verwendung im Rahmen aluminothermischer Schweißungen bestimmter, mit einer elektrischen Zündvorrichtung ausgerüsteter Tiegel, beschrieben. Die Zündvorrichtung besteht aus einer Kapsel, die zum Teil mit einer aluminothermischen Mischung gefüllt ist und in die von ihrer Ober-seite her zwei Elektroden hineinragen, deren freie Enden innerhalb der Kapsel durch einen kohlenstoffhaltigen Widerstand überbrückt sind. Die Zündvorrichtung ist in ein Deckelteil des Tiegels eingesetzt und mit der Maßgabe eingerichtet, dass mittels einer externen elektrischen Energiequelle der Widerstand beheizt wird, hierbei Kohlenmooxid freisetzend, welches exotherm mit Sauerstoff reagiert, die aluminothermische Mischung in der Kapsel entzündet und eine erste Reaktion in der Kapsel eingeleitet. Die Mischung der Kapsel kann mit derjenigen des Tiegels übereinstimmen und es wird in der Folge die Kapsel thermisch zersetzt, so dass die Reaktionsprodukte der Kapsel in den Tiegel übertreten und hier eine zweite aluminothermische Reaktion auslösen. Zwar kann die elektrische Zündung bei diesem Funktionsprinzip mit verhältnismäßig geringen Stromstärken betrieben werden – es ergibt sich jedoch ein vergleichsweise komplizierter Aufbau des Tiegels einschließlich der Zündvorrichtung, dessen Betrieb durch zwei nacheinander einsetzende Reaktionen gekennzeichnet ist. Kompliziert gestaltet sich auch der eigentliche Zündvorgang, für den ein Widerstand benötigt wird, der Kohlenmonoxid freisetzt, durch dessen Verbrennung die erste der beiden Reaktionen ausgelöst wird.In the document WO 2008/113653 A1 is a described for use in the context of aluminothermic welding certain equipped with an electric igniter crucible described. The ignition device consists of a capsule, which is partially filled with an aluminothermic mixture and projecting into the top of its side two electrodes whose free ends are bridged within the capsule by a carbonaceous resistor. The ignition device is inserted into a cover part of the crucible and set up with the proviso that the resistor is heated by means of an external electrical energy source, thereby releasing Kohlenmooxid, which reacts exothermically with oxygen, the aluminothermic mixture ignited in the capsule and a first reaction in the capsule initiated. The mixture of the capsule can match that of the crucible and the capsule is thermally decomposed as a result, so that the reaction products of the capsule pass into the crucible and trigger a second aluminothermic reaction. Although the electrical ignition in this operating principle can be operated with comparatively low current intensities, the result is a comparatively complicated construction of the crucible, including the ignition device, whose operation is characterized by two successive reactions. Complicated is also the actual ignition process, for which a resistor is needed, which releases carbon monoxide, by the combustion of which the first of the two reactions is triggered.

Aus dem Dokument DE 196 15 020 C1 ist eine Vorrichtung zum Ingangsetzen der Reaktion eines aluminothermischen, in einem Tiegel befindlichen Gemisches bekannt, welche aus einem mit einem Handgriff versehenen Gehäuse besteht, aus dessen einem Ende zwei Elekroden herausragen und dessen anderes Ende mit einer elektrischen Energiequelle zu verbinden ist. Zum Betrieb der Vorrichtung wird diese durch eine Bedienperson so gehalten, dass die Elektroden über die offene Oberseite des Tiegels in das feinkörnige Gemisch eingeführt sind, wobei anschließend die aluminothermische Reaktion durch Zündung eines Lichtbogen zwischen den Elektroden eingeleitet wird. Bei geeigneter Form der Elektroden wird eine Energiequelle mit einer Spannung von etwa 12 Volt und einem maximalen Strom von etwa 150 Ampere als ausreichend angesehen. Problematisch bei diesel Vorrichtung ist, dass sich die Bedienperson zur Auslösung der Zündung in unmittelbare Nähe des Tiegels begeben muss, welches ein Sicherheitsrisiko sein kann.From the document DE 196 15 020 C1 a device is known for initiating the reaction of an aluminothermic mixture contained in a crucible, which consists of a handle housing, from one end of which two electrodes protrude and whose other end is to be connected to an electric power source. To operate the device, it is held by an operator so that the electrodes are inserted into the fine-grained mixture via the open top of the crucible, and then the aluminothermic reaction is initiated by igniting an arc between the electrodes. With suitable shape of the electrodes, a power source having a voltage of about 12 volts and a maximum current of about 150 amps is considered sufficient. The problem with this device is that the operator has to go to trigger the ignition in the immediate vicinity of the crucible, which can be a security risk.

Es ist vor disem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, einen Tiegel entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit der Maßgabe auszugestalten, dass bei Wahrung eines einfachen Aufbaus eine Verbesserung der Arbeitsicherheit und ein wirtschaftlicher Betrieb ermöglicht werden. Gelöst ist diese Aufgabe bei solchen Tiegel durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.It is against this background, the object of the invention to design a crucible according to the preamble of claim 1 with the proviso that while maintaining a simple structure, an improvement in occupational safety and economic operation are possible. This problem is solved in such crucible by the features of the characterizing part of claim 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach, dass die Zündvorrichtung aus zwei, in das Reaktionsgemisch des Tiegels hineinragenden, an dessen Wandung befestigten Elektroden besteht, die voneinander einen definierten, durch die Zündbedingungen bestimmten Abstand aufweisen. Für die Bereitstellung der für eine Initialzündung erforderlichen Wärme wird somit der innere elektrische Widerstand des Reaktionsgemisches genutzt. In Abkehr von dem eingangs dargelegten Stand der Technik ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau, da die einen integralen Bestandteil des Tiegels bildenden Elektroden außerhalb des Tiegels lediglich mit einer Energiequelle zu verbinden sind. Auch entfällt die Notwendigkeit, dass sich eine Bedienperson zwecks Einleitung der aluminothermischen Reaktion in unmittelbarer Nähe des Tiegels aufhalten muss. Die Ausgestaltung des Tiegels kann im Übrigen in an sich bekannter Weise erfolgen.It is essential to the invention hereinbelow that the ignition device consists of two electrodes protruding into the reaction mixture of the crucible and attached to its wall, which have a defined spacing from one another by the ignition conditions. For the provision of the heat required for an initial ignition thus the internal electrical resistance of the reaction mixture is used. Turning away from the prior art set out at the outset, the result is a very simple construction, since the electrodes forming an integral part of the crucible outside the crucible are merely to be connected to an energy source. Also eliminates the need for an operator must be in the immediate vicinity of the crucible to initiate the aluminothermic reaction. The design of the crucible can otherwise be done in a conventional manner.

Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 sind auf Varianten der Anordnung der zur Energieversorgung der Elekroden bestimmten Leitungen gerichtet. Diese können besonders vorteilhaft in die Substanz der Tiegelwandung integriert und auf diese Weise gegnüber Beschädigungen geschützt sein. Wesentlich ist, dass auch diese Leitungen mit dem Tiegel in fester Verbindung stehen, so dass der erfindungsgemäß ausgerüstete Tiegel eine bauliche Einheit mit der im wesentlichen durch die Elektroden verkörperten Zündvorrichtung bildet.The features of claims 2 and 3 are directed to variants of the arrangement of the power supply of the electrodes certain lines. These can be particularly advantageously integrated into the substance of the crucible wall and protected in this way against damage. It is essential that these lines are in solid connection with the crucible, so that the crucible equipped according to the invention has a structural unit with the crucible forms essentially embodied by the electrodes ignition device.

Der Abstand der Elektroden innerhalb des Reaktionsgemisches kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 einstellbar eingerichtet sein. Auf diese Weise ist eine Anpassbarkeit an unterschiedliche elektrische Parameter der Energiequelle gegeben.The spacing of the electrodes within the reaction mixture can be adjusted in accordance with the features of claim 4. In this way, adaptability to different electrical parameters of the energy source is given.

Der Tiegel ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 5 von einer Tiegelhülle umgeben. Diese schützt das Reaktionsgemisch vor Umgebungseinflüßen und ist von Vorteil insbesondere dann, wenn der Tiegel nur für eine einmalige Verwendung bestimmt ist. Er ist in diesem Fall zugleich Transportbehälter für das Reaktionsgemisch einschließlich der Zündvorrichtung.The crucible is surrounded by a crucible shell according to the features of claim 5. This protects the reaction mixture from environmental influences and is advantageous in particular when the crucible is intended for one-time use only. He is in this case at the same time transport container for the reaction mixture including the ignition device.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 sind die Enden der zur Versorgung der Elektroden bestimmten Leitungen mit einem Abdeckstopfen elektrisch überbrückt, der zur Durchführung einer Zündung abziehbar ist, der hingegen im aufgesetzten Zustand eine unbeabsichtigte Zündung des Reaktionsgemisches, beispielsweise infolge elektromagnetischer Strahlung, eines unbeabsichtigten Kontaktes mit einer Spannungsquelle etc. verhindert. Auf diese Weise werden die für einen Transport und gleichermaßen die Lagerung dieser Tiegel betreffenden Eigenschaften verbessert.According to the features of claim 6, the ends of the supply lines for the electrodes are electrically bridged with a Abdeckstopfen which is deductible to carry out an ignition, however, in the mounted condition unintentional ignition of the reaction mixture, for example due to electromagnetic radiation, inadvertent contact with a voltage source, etc. prevented. In this way, the properties relating to transport and storage of these crucibles are improved.

Man erkennt, dass ein erfindungsgemäß konzipierter Tiegel ein vorteilhaft handhabbares, einen einfachen Aufbau aufweisendes, kostengünstig herstellbares Arbeitsmittel insbesondere für Schweißarbeiten im verlegten Gleis bildet, welches zugleich ein sicheres Arbeiten ermöglicht.It can be seen that a crucible designed in accordance with the invention forms an advantageously handleable working means, which has a simple structure and can be produced cost-effectively, in particular for welding work in the laid track, which at the same time enables safe work.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawing.

Die Zeichnung zeigt einen aus einem feuerfesten Werkstoff bestehenden, für eine aluminothermische Schienenschweißung bestimmten, oberseitig offenen Tiegel 1, dessen Boden 2 in einem zentralen Bereich mit einer Ausflußöffnung 3 versehen ist. Die innere Oberfläche 4 des Bodens 2 ist allseitig in Richtung auf die Ausflußöffnung 3 hin geneigt ausgebildet, um einen Ausfluß in dieser Richtung zu unterstützen. Beipielsweise kann der Tiegel 1 eine rotationssymmetrische Gestalt aufweisen.The drawing shows an existing from a refractory material, intended for aluminothermic rail welding, open top crucible 1 whose bottom 2 in a central area with an outflow opening 3 is provided. The inner surface 4 of the soil 2 is on all sides in the direction of the outflow opening 3 inclined to support an outflow in this direction. For example, the crucible 1 have a rotationally symmetrical shape.

In die Ausflußöffnung 3 ist in an sich bekannter Weise ein schmelzbarer Verschluss 5 eingesetzt, der nach Ablauf eines definierten Zeitintervalls nach Einsetzen der aluminothermischen Reaktion thermisch zersetzt wird und die Ausflußöffnung 3 freigibt, so dass schmelzflüssiger Stahl aus dem Tiegel 1 heraus und in eine zeichnerisch nicht dargestellte Gießform eingeführt werden kann, auf die der Tiegel zur Durchführung einer Schienenschweißung aufgesetzt ist.In the outflow opening 3 is in a conventional manner a fusible closure 5 used, which is decomposed thermally after the expiration of a defined time interval after the onset of the aluminothermic reaction and the outflow opening 3 releases, leaving molten steel from the crucible 1 out and in a graphically not shown mold can be introduced, on which the crucible is placed to carry out a rail weld.

Der mit einem aluminothermischen Reaktionsgemisch 7, der Schweißportion weitgehend ausgefüllte Tiegel 1 ist außenseitig von einer Tiegelhülle 6 umgeben, durch welche dessen Oberseite verschlossen ist und durch welche das Reaktionsgemisch 6 vor Umgebungseinflüßen, beispielsweise während einer Lagerung oder auch eines Transports geschützt angeordnet ist. Die Tiegelhülle 6 kann beispielseweise aus einem thermisch leicht zersetzbaren, die Schweißung nicht beeinflußenden Stoff bestehen.The with an aluminothermic reaction mixture 7 , the sweat portion largely filled crucibles 1 is on the outside of a crucible shell 6 surrounded by which the top is closed and through which the reaction mixture 6 is protected from environmental influences, for example, protected during storage or transportation. The crucible shell 6 may for example consist of a thermally easily decomposable, not affecting the weld material.

Mit 8 sind zwei Elektroden bezeichnet, die einen definierten Abstand voneinander aufweisen und in das Reaktionsgemisch 7 hineinragen. Die Elektroden 8 sind in Leitungen 9 weitergeführt, die an der Wandung 10 des Tiegels 1 befestigt oder auch in diese integriert sein können. Die Leitungen 9 stehen mit einer zeichnerisch nicht dargestellten, energetisch hinreichenden, die Zündspannung, bei der es sich um eine Gleich- oder eine Wechselspannung handeln kann, bereit stellenden Energiequelle über eine zwischengeordnete Schalteinrichtung in Verbindung.With 8th are two electrodes designated, which have a defined distance from each other and in the reaction mixture 7 protrude. The electrodes 8th are in lines 9 continued on the wall 10 of the crucible 1 attached or can be integrated into this. The wires 9 are with a graphically not shown, energetically sufficient, the ignition voltage, which may be a DC or an AC voltage, providing source of energy via an intermediate switching device in combination.

Die Enden 11 der beiden Leitungen 9 sind über einen zeichnerisch nicht dargestellten Abdeckstopfen kurzgeschlossen, so dass ein versehentliches Zünden des Reaktionsgemisches 7 ausgeschlossen ist. Durch bloßes Abziehen des den Kurzschluß vermittelnden Abdeckstopfens hingegen können die Enden 11 zwecks Durchführung einer aliminothermischen Reaktion mit einer Energiequelle verbunden werden.The ends 11 the two lines 9 are short-circuited via a cover, not shown drawing, so that accidental ignition of the reaction mixture 7 is excluded. By merely subtracting the short circuit mediating Abdeckstopfens contrast, the ends 11 be connected to an energy source to perform an aliminothermal reaction.

Die Zündbedingungen innerhalb des Tiegels 1 werden durch das als leitendes Medium fungierende Reaktionsgemisch 7 und den Abstand der Elektroden 8 innerhalb der Gemisches bestimmt, und müssen in Abstimmung mit der zur Verfügung gestellten Spannung der Energiequelle insbesondere durch Variierung des genannten Abstands dahingehend eingestellt werden, dass eine erforderliche Zündspannung erreicht ist. Der hierzu erforderliche Abstand der Elektroden 8 kann experimentell in einfacher Weise ermittelt werden.The ignition conditions inside the crucible 1 be through the acting as a conductive medium reaction mixture 7 and the distance of the electrodes 8th determined within the mixture, and must be adjusted in accordance with the provided voltage of the power source in particular by varying the distance to the effect that a required ignition voltage is reached. The required distance of the electrodes 8th can be determined experimentally in a simple manner.

Zur Durchführung beispielsweise einer Schienenschweißung wird der mit dem Reaktionsgemisch 7 gefüllte Tiegel 1 auf eine, den Spalt zwischen zwei Schienenenden umschließende Gießform gesetzt und in geeigneter Weise fixiert. Anschließend wird der Tiegel 1 über seine Leitungen 9 und eine Schalteinrichtung mit einer elektrischen, zur Darstellung der Zündbedingungen geeigneten Energiequelle verbunden. Nach Anlegen der Zündspannung an den Elektroden 8 bildet sich zwischen diesen ein Lichtbogen aus, der zur Zündung des Reaktionsgemisches 7 und damit zur Einleitung der aluminothermischen Reaktion führt, in deren Verlauf ein schmelzflüssiger Stahl und eine auf diesem aufschwimmende Schlacke entsteht. Die hiermit einhergehenden thermischen Verhältnisse führen zur Aufschmelzung des Verschlusses 5 und zur Überführung der Schmelze in die Gießform.To carry out, for example, a rail weld is the with the reaction mixture 7 filled jars 1 placed on a, the gap between two rail ends enclosing mold and fixed in a suitable manner. Subsequently, the crucible 1 over his lines 9 and a switching device with an electrical, for Representation of the ignition conditions suitable energy source connected. After applying the ignition voltage to the electrodes 8th an arc forms between them, which ignites the reaction mixture 7 and thus leads to the initiation of the aluminothermic reaction, in the course of which a molten steel and a floating slag on this arises. The associated thermal conditions lead to the melting of the closure 5 and for transferring the melt into the casting mold.

Bei dem Tiegel 1 handelt es sich um einen solchen, der zum einmaligen Gebrauch bestimmt ist. Er ermöglicht für den Bediener ein gefahrloses Arbeiten aufgrund eines hinreichenden Abstands zum Tiegel während des Ablaufs der aluminothermischen Reaktion. Er bietet fernet den Vorteil eines rationellen Arbeitens, da der Tiegel weitgehend vorbereitet ist sowie problemfrei lager- und transportierbar ist.At the crucible 1 it is one that is intended for single use. It allows the operator to work safely due to a sufficient distance to the crucible during the course of the aluminothermic reaction. It offers the advantage of efficient working, since the crucible is largely prepared and can be stored and transported without problems.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Tiegelcrucible
22: Bodenground
33: Ausflußöffnungoutflow
44: Oberflächesurface
55: Verschlussshutter
66: Tiegelhüllecrucible shell
77: Reaktionsgemischreaction
88th: Elektrodeelectrode
99: Leitungencables
1010: Wandungwall
1111: EndeThe End

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2008/113653 A1 [0004]
DE 19615020 C1 [0005]

Claims

For use in aluminothermic welds, a reaction mixture ( 7 ) with an automatically opening closure ( 5 ) and an electrical, connectable to an energy source ignition device for the reaction mixture ( 7 ) provided crucible ( 1 ), characterized in that the ignition device consists of two, in the reaction mixture ( 7 ), on the wall ( 10 ) of the crucible ( 1 ) attached electrodes ( 8th ) consists.

Crucible ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the electrodes ( 8th ) for energy supply with two on the wall ( 10 ) attached lines ( 9 ) keep in touch.

Crucible ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the electrodes ( 8th ) for energy supply with two in the wall ( 10 ) integrated lines ( 9 ) keep in touch.

Crucible (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spacing of the electrodes ( 8th ) within the reaction mixture ( 7 ) is set adjustable.

Crucible ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized by a surrounding this crucible shell ( 6 ).

Crucible ( 1 ) according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized by one, the ends ( 11 ) of the lines ( 9 ) short-circuiting, removable to ignite the electrodes Abdeckstopfen.