Alfred Hermann Henning – författare

Angaben über das Lichtbogenschweißen unter Wasserdampfschutz liegen bisher, von einigen Veröffentlichungen abgesehen, nur in ausländischer Sprache vor, von denen die russischen Texte zum größten Teil ins Englische übersetzt sind. Die einzelnen Autoren berichten voneinander unabhängig über Untersuchungen oder die Anwendung des Verfahrens in ihrem eigenen Arbeitsbereich, so daß es angebracht erscheint, diese Teilergebnisse zusammenfassend auszuwerten, um einen Überblick über den derzeitigen Stand des Wasserdampfschweißens zu ver­ mitteln. Daher bildet der erste Teil der vorliegenden Schrift eine Literatur­ zusammenfassung während im zweiten Teil die Ergebnisse eigener Versuche besprochen werden, soweit sie nicht bereits veröffentlicht und im Literaturteil enthalten sind. 7 TEIL I Literaturauswertung 1. Ausgangspunkte Seit dem Jahre 1959 ist sowohl in Rußland als auch in Deutschland die Möglichkeit bekannt, Wasserdampf als Schutzgas gegen die schädlichen Einflüsse der Atmo­ sphäre beim elektrischen Lichtbogenschweißen verwenden zu können. Das Wissen um diese Möglichkeit, deren Anwendungsbereich zur Zeit noch erforscht und entwickelt wird, wurde für Rußland besonders durch den Ingenieur L. S. SAPIRO im Stalinoer Maschinenbaubetrieb LKSN (Ukraine) sowie bei den »15. Jahrestag der Legion der jungen Lenin-Kommunisten«-Werken und in Westdeutschland am Institut für Schweißtechnik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen begründet und erforscht. Die VEB »Görlitzer Maschinenbau und »Waggonbau Görlitz«, Halle, führten ebenfalls entsprechende Untersuchungen durch.

Angaben über das Lichtbogenschweißen unter Wasserdampfschutz liegen bisher, von einigen Veröffentlichungen abgesehen, nur in ausländischer Sprache vor, von denen die russischen Texte zum größten Teil ins Englische übersetzt sind. Die einzelnen Autoren berichten voneinander unabhängig über Untersuchungen oder die Anwendung des Verfahrens in ihrem eigenen Arbeitsbereich, so daß es angebracht erscheint, diese Teilergebnisse zusammenfassend auszuwerten, um einen Überblick über den derzeitigen Stand des Wasserdampfschweißens zu ver­ mitteln. Daher bildet der erste Teil der vorliegenden Schrift eine Literatur­ zusammenfassung während im zweiten Teil die Ergebnisse eigener Versuche besprochen werden, soweit sie nicht bereits veröffentlicht und im Literaturteil enthalten sind. 7 TEIL I Literaturauswertung 1. Ausgangspunkte Seit dem Jahre 1959 ist sowohl in Rußland als auch in Deutschland die Möglichkeit bekannt, Wasserdampf als Schutzgas gegen die schädlichen Einflüsse der Atmo­ sphäre beim elektrischen Lichtbogenschweißen verwenden zu können. Das Wissen um diese Möglichkeit, deren Anwendungsbereich zur Zeit noch erforscht und entwickelt wird, wurde für Rußland besonders durch den Ingenieur L. S. SAPIRO im Stalinoer Maschinenbaubetrieb LKSN (Ukraine) sowie bei den »15. Jahrestag der Legion der jungen Lenin-Kommunisten«-Werken und in Westdeutschland am Institut für Schweißtechnik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen begründet und erforscht. Die VEB »Görlitzer Maschinenbau und »Waggonbau Görlitz«, Halle, führten ebenfalls entsprechende Untersuchungen durch.

Die Kunststoffe haben infolge der großen Variationsbreite ihrer Eigenschaften ein weites Anwendungsgebiet gefunden. Ein wichtiges, noch ständig im Wachsen begriffenes Einsatzgebiet für Kunststoffe ist der Rohrsektor. Der mengenmäßige Anteil der Rohrproduktion an der gesamten Kunststofferzeugung geht aus der Tab. 1 hervor. Der Anteil der Kunststoffrohre ist in dem angegebenen Zeitraum von 1956 bis 1963 von 1100 t auf ca. 31 000 t angestiegen, während die gesamte Kunststoffproduktion von 450 000 tauf 1 425 000 t gesteigert werden konnte. Das bedeutet, daß die Rohrproduktion 1956 rd. 0,2% und 1963 ca. 2% der gesamten Kunststofferzeugung betrug. Tab. 1 Entwicklung der Produktion von Kunststoffen insgesafJlf und von Kunststoffrohren in der Bundesrepublik Deutschland seit 1956 (nach Angaben des Statistischen Bundesamtes) Produktion von Kunststoffen insgesamt von Kunststoffrohren [in 1000 t] 1956 450 1,1 ca. ca. 1957 550 2,6 1958 620 5,3 1959 10,1 805 1960 985 14,3 1961 1070 19,2 1962 1248 25,0 1963 1425 31,0 Je nach Verwendungszweck kommen unter anderem folgende Kunststoffe für die Herstellung von Rohren in Frage: Polyvinylchlorid hart (PVC hart), Polyvinylchlorid schlagfest (PVC schlagfest), Polyäthylen hart und weich (PE hart und PE weich), Polypropylen (PP), Polyamide (PA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyformaldehyd (POM), Cellulose-Acetobutyrat (CAB), mit Glasfasern verstärkte ungesättigte Polyester (GUP) und mit Glasfasern verstärkte Epoxydharze (GEP).

Polyamide eignen sich auf Grund ihrer günstigen mechanischen Eigenschaften, ihrer guten Gleiteigenschaften, ihres geringen Verschleißes, ihrer hohen Dämp­ fungsfähigkeit und ihrer Korrosionsbeständigkeit sehr gut als Zahnradwerk­ stoffe und haben als solche auch schon in zahlreichen Fällen Anwendung in Leistungsgetrieben gefunden. Sie unterscheiden sich jedoch in ihrer Zusammensetzung und ihrem molekularen Aufbau weitgehend von den Metallen. Dadurch ist auch ihr andersartiges Ver­ halten bei mechanischer Beanspruchung und gegenüber Temperatur und Feuch­ tigkeitseinflüssen bedingt. Ihre Wärmeleitfähigkeit ist geringer, und sie neigen bei statischer Belastung bereits bei Raumtemperatur zum Fließen, was bei Metallen erst bei weit höheren Temperaturen beobachtet wird. Alle diese Erscheinungen führen dazu, daß man bei Polyamidzahnrädern nicht einfach die für Stahlzahnräder aufgestellten Berechnungsverfahren - natürlich mit weit geringeren zulässigen Festigkeitswerten - anwenden kann. Für die Berechnung können Einzelnachweise über Zahnfußfestigkeit und Flanken­ beanspruchung bisher noch nicht voneinander getrennt geführt werden, weil die Firmenangaben bezüglich der Festigkeitswerte weit streuen. Hingegen werden von vielen Firmen Berechnungsmethoden angegeben, die zum Teil auf Versuchen basieren, und bei denen die oben erwähnten Einzel­ beanspruchungen zusammengefaßt berücksichtigt werden. Die wichtigsten dieser Berechnungsverfahren sind in dieser Arbeit aufgeführt, und es ist mit allen das gleiche Beispiel durchgerechnet worden. Die übertragbaren Leistungen, die sich dabei ergaben, schwanken zwischen 1,26 und 2,9 PS.

Im Institut für Lichtbogenschweißung E. o. PATON der Akademie der Wissen­ schaften in Kiew, UdSSR, wurde bei Versuchen mit dem automatischen Licht­ bogen-Vertikal-Schweißen die Beobachtung gemacht, daß der zugeführte Schweißdraht zeitweise ohne Lichtbogen abschmolz. Die Untersuchung dieses Vorganges führte zur Entwicklung eines neuen Schweißverfahrens, des soge­ nannten Elektro-Schlacke-Schweißens. Gleichzeitig mit dem Schweißverfahren entwickelte das Institut die entsprechenden Schweißgeräte und führte das Ver­ fahren in der Praxis ein. Seit 1951 wird das ESS-Ve~fahren in der UdSSR, vor allem im Schwermaschinen- und Kesselbau, wirtschaftlich eingesetzt. Durch einen Aufsatz von G. Z. WOLOSCHKIEWITSCH wurde 1954 das neue Ver­ fahren in Deutschland bekannt. Die erste Anwendung des ES S-Verfahrens erfolgte jedoch erst 1957 durch F. ERDMANN-]ESNITZER und G. KÄMMLER. 1.1. Arbeitsweise des Elektro-Schlacke-Schweißverfahrens Die grundsätzliche Arbeitsweise des ESS-Verfahrens kann aus Abb. 1 abgelesen werden. Abb. 1 zeigt die vorbereitete Schweißstelle. Die Kupferbacken dienen zur Führung des entstehenden Schmelzbades (Schlacke- und Metallbad) und zur Kühlung der Schweißstelle. Der Schweißdraht, der gleichzeitig stromzuführende Elektrode ist, wird durch das Schlackepulver geleitet, bis er auf den Steg des aus Grund­ werkstoff gefertigten Anlaufstückes aufstößt. Beim Auf tupfen der Elektrode auf den Grundwerkstoff wird im Kurzschluß ein Lichtbogen gezündet. Es kann jedoch vorkommen, daß die Elektrode auf ein Pulverkorn aufstößt. Das Pulver­ korn hat im festen Zustand eine isolierende Wirkung und erschwert das Zünden des Lichtbogens. Eine dünne Lage Stahlwolle unter dem Pulver hat sich als Zündhilfe bewährt.

Die vielseitige Verwendung, die die Elektronenstrahlung seit ihrer Entdeckung im Jahre 1869 gefunden hat, ist weitgehend bekannt. Anwendungsbeispiele findet man u. a. in der Elektronenröhre, der Braunschen Röhre, der Röntgenröhre und in der Elektronenoptik. Die Elektronenröhre dient zur Strom- und Spannungsverstärkung mit Hilfe des gesteuerten Ladungstransportes. Sie findet Verwendung als Gleichrichter-, Ver­ stärker und Senderöhre. Von der Braunschen Röhre führt der Weg über den Oszillographen zur Bildröhre der Fernsehgeräte. Ein gebündelter, in x- und.y-Richtung steuerbarer Elektronen­ strahl ermöglicht das Umsetzen elektrischer Informationen in ein optisches Bild auf dem Leuchtschirm. In der Röntgenröhre wird die kinetische Energie stark beschleunigter Elektronen eines Elektronenstrahles beim Auftreffen auf der Anode in kurzweIlige elektro­ magnetische Strahlung von hohem Durchdringungsvermögen umgewandelt. Die Elektronenoptik macht sich die Analogie der Elektronenstrahlung zur Licht­ strahlung zunutze. An die Stelle des Lichtstrahles tritt der Elektronenstrahl. Die optischen Linsen werden durch elektrostatische oder magnetische Glieder ersetzt. Da das Auflösungsvermögen und die Vergrößerung eines optischen Mikroskopes durch die Wellenlänge des Lichtes begrenzt werden, liegt die Auflösungsgrenze bei etwa 0,15 tJ.. Mit dem Elektronenmikroskop lassen sich aber Werte von 0,0015 tJ. erreichen.

Dank der Vielzahl ihrer differenzierten Fertigungsverfahren hat die Schweiß­ technik sich heute nach stürmischer Entwicklung während der letzten drei Jahr­ zehnte einen festen Platz in der industriellen Fertigung gesichert. An ihren Erfolgen hat die elektrische Widerstandsschweißung einen bedeutenden Anteil. Während die elektrische Lichtbogenschweißung sowohl bei der Einzelfertigung als auch bei der Massenfertigung verwendet wird, ist das Hauptanwendungsgebiet der elektrischen Widerstandsschweißung - bis auf wenige Ausnahmen - die Massenfertigung. Hierbei erzielt sie gegenüber anderen Schweißverfahren hoch­ wertige Schweißverbindungen bei hervorstechender Wirtschaftlichkeit und Repro­ duzierbarkeit. Die Anwendungsmöglichkeit dieser Schweißmethode wird im allgemeinen durch konstruktive Gesichtspunkte und nicht durch den Werkstoff bestimmt. Mit Hilfe der elektrischen Widerstandsschweißung lassen sich nämlich alle Werkstoffe, die im knetbaren Zustand verschweißbar sind, unter Anwendung von Druck (Preß­ schweißverfahren) verschweißen. Darüber hinaus können durch Widerstands­ schweißverf'}hren verschiedenste Metalle miteinander verbunden werden, die aus metallurgischen Gründen durch die Schmelzschweißung nicht miteinander ver­ schweißt werden können. Eine wirtschaftlich interessante Anwendung der Widerstandsschweißung, ins­ besondere der Abbrennstumpfschweißung, ist unter anderem beim Schweißen von Betonstahl in der Bauindustrie gegeben. Aus Gründen, die sich sowohl auf die Herstellung als auch auf den Transport beziehen, werden Bewehrungsstäbe für die Bauindustrie nur bis zu einer Länge von 14 m geliefert. Darüber hinaus können auch Überlängen bis 26 m nach Vereinbarung bezogen werden. Besteht der Wunsch nach noch größerenLängen, so ist man gezwungen, mehrere Stäbe zu verbinden. Hierbei haben sich Schweiß verbindungen als sehr günstig erwiesen.

Polyamide eignen sich auf Grund ihrer günstigen mechanischen Eigenschaften, ihrer guten Gleiteigenschaften, ihres geringen Verschleißes, ihrer hohen Dämp­ fungsfähigkeit und ihrer Korrosionsbeständigkeit sehr gut als Zahnradwerk­ stoffe und haben als solche auch schon in zahlreichen Fällen Anwendung in Leistungsgetrieben gefunden. Sie unterscheiden sich jedoch in ihrer Zusammensetzung und ihrem molekularen Aufbau weitgehend von den Metallen. Dadurch ist auch ihr andersartiges Ver­ halten bei mechanischer Beanspruchung und gegenüber Temperatur und Feuch­ tigkeitseinflüssen bedingt. Ihre Wärmeleitfähigkeit ist geringer, und sie neigen bei statischer Belastung bereits bei Raumtemperatur zum Fließen, was bei Metallen erst bei weit höheren Temperaturen beobachtet wird. Alle diese Erscheinungen führen dazu, daß man bei Polyamidzahnrädern nicht einfach die für Stahlzahnräder aufgestellten Berechnungsverfahren - natürlich mit weit geringeren zulässigen Festigkeitswerten - anwenden kann. Für die Berechnung können Einzelnachweise über Zahnfußfestigkeit und Flanken­ beanspruchung bisher noch nicht voneinander getrennt geführt werden, weil die Firmenangaben bezüglich der Festigkeitswerte weit streuen. Hingegen werden von vielen Firmen Berechnungsmethoden angegeben, die zum Teil auf Versuchen basieren, und bei denen die oben erwähnten Einzel­ beanspruchungen zusammengefaßt berücksichtigt werden. Die wichtigsten dieser Berechnungsverfahren sind in dieser Arbeit aufgeführt, und es ist mit allen das gleiche Beispiel durchgerechnet worden. Die übertragbaren Leistungen, die sich dabei ergaben, schwanken zwischen 1,26 und 2,9 PS.

Das Verbinden von Werkstückteilen ist für die metallverarbeitende Industrie ein Arbeitsprozeß, der sorgfältig überlegt und ausgeführt werden muß. Der Fertigungsablauf und die Fertigungskosten werden von ihm in vielen Fällen ent­ scheidend beeinflußt. Es müssen zahlreiche Einflußgrößen besonders von seiten der Werkstoffeigenschaften und der später auftretenden Beanspruchungsarten berücksichtigt werden. Zum Zusammenfügen der Werkstücke wurden im Laufe der Zeit verschieden­ artige lösbare und unlösbare Verbindungsverfahren entwickelt, von denen die lös baren Verbindungen im allgemeinen durch Schrauben und Klemmen ausgeführt werden. Zu den festen Verbindungsarten zählen das Nieten, das Weich- und Hartlöten, das Schweißen in seinen unterschiedlichen Ausführungsformen und das heute schon vielfach in der Praxis eingesetzte Kleben mit Kunstharzen. Alle diese Verfahren besitzen V or- und Nachteile, die für den jeweiligen Anwendungs­ fall genau beachtet werden müssen. Näher betrachtet werden soll einleitend das jüngste Verbindungsverfahren, das Kleben, bei dem im Gegensatz zu den anderen Fügeverfahren der Zusammenhalt zwischen den beiden zu verbindenden Metallteilen durch ein::n artfremden Stoff, den Kunstharz-Klebstoff, hervorgerufen wird.

Im Institut für Lichtbogenschweißung E. o. PATON der Akademie der Wissen­ schaften in Kiew, UdSSR, wurde bei Versuchen mit dem automatischen Licht­ bogen-Vertikal-Schweißen die Beobachtung gemacht, daß der zugeführte Schweißdraht zeitweise ohne Lichtbogen abschmolz. Die Untersuchung dieses Vorganges führte zur Entwicklung eines neuen Schweißverfahrens, des soge­ nannten Elektro-Schlacke-Schweißens. Gleichzeitig mit dem Schweißverfahren entwickelte das Institut die entsprechenden Schweißgeräte und führte das Ver­ fahren in der Praxis ein. Seit 1951 wird das ESS-Ve~fahren in der UdSSR, vor allem im Schwermaschinen- und Kesselbau, wirtschaftlich eingesetzt. Durch einen Aufsatz von G. Z. WOLOSCHKIEWITSCH wurde 1954 das neue Ver­ fahren in Deutschland bekannt. Die erste Anwendung des ES S-Verfahrens erfolgte jedoch erst 1957 durch F. ERDMANN-]ESNITZER und G. KÄMMLER. 1.1. Arbeitsweise des Elektro-Schlacke-Schweißverfahrens Die grundsätzliche Arbeitsweise des ESS-Verfahrens kann aus Abb. 1 abgelesen werden. Abb. 1 zeigt die vorbereitete Schweißstelle. Die Kupferbacken dienen zur Führung des entstehenden Schmelzbades (Schlacke- und Metallbad) und zur Kühlung der Schweißstelle. Der Schweißdraht, der gleichzeitig stromzuführende Elektrode ist, wird durch das Schlackepulver geleitet, bis er auf den Steg des aus Grund­ werkstoff gefertigten Anlaufstückes aufstößt. Beim Auf tupfen der Elektrode auf den Grundwerkstoff wird im Kurzschluß ein Lichtbogen gezündet. Es kann jedoch vorkommen, daß die Elektrode auf ein Pulverkorn aufstößt. Das Pulver­ korn hat im festen Zustand eine isolierende Wirkung und erschwert das Zünden des Lichtbogens. Eine dünne Lage Stahlwolle unter dem Pulver hat sich als Zündhilfe bewährt.