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Elektrische Verbindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Verbindung mit wenigstens einem zum Anschliessen an eine elektrische Leitung eingerichteten Graphitstift, der in eine Aussparung an einem andern elektrisch leitenden Teil, z. B. eine Graphitanode, eingepresst ist.
Die übliche Art, Graphitstifte mit Anoden zu verbinden, besteht darin, die mit Gewinde versehenen Enden der Stifte in Gewindelöcher in den Anoden einzuschrauben. Es ist auch vorgeschlagen worden, an Stelle einer Verbindung durch Verschrauben die Stifte mit den Anodenplatten durch Einpressen zu verbinden. Fig. 2 veranschaulicht diese Art einer Verbindung ebenso wie die erfindungsgemässe Verbesserung, welche weiter unten im Detail beschrieben wird. Diese Verbindungen beruhen auf der Tatsache, dass Graphit seiner Natur nach etwas elastisch federnd oder drucknachgiebig ist und in Ausnehmungen gezwängt oder gedrückt werden kann, deren lichte Durchmesser etwas kleiner sind als der äussere Durchmesser der in sie einzuführenden Stifte.
Dieser Unterschied in den Durchmessern, der als Übermass" bezeichnet sei, sollte nicht zu gross sein, denn in solchen Fällen beginnen die sich berührenden Teile des Stiftes und der Ausnehmung in der Anode hinsichtlich ihrer Federwirkung zu versagen. Beispielsweise werden bei Stiften von etwa 100 mm Durchmesser beim Einpressen Kräfte von etwa 350 bzw. 1200 kg angewendet, wenn das Übermass 0, 1 bzw. 0, 4 mm beträgt. Die Kraft, welche zum Lösen oder Auseinanderziehen der Verbindung erforderlich ist, entspricht bis zu einem Übermass von etwa 0, 3 mm der zum Zusammenfügen notwendigen Kraft.
Bei einem Übermass von 0, 4 mm ist aber die zum Trennen der Verbindung erforderliche Kraft um 25 bis 50% kleiner als die beim Zusammensetzen erforderliche u. zw. wegen der anfänglich in der Wand der Ausnehmung infolge übermässiger Zugbeanspruchung oder aus andern Gründen entstandenen Risse.
Diese Art von Verbindungen hat jedoch gegenüber den Schraubverbindungen einige Nachteile. Die Toleranzen bei der Bearbeitung für den Durchmesser des Stiftes, der mit der Ausnehmung in Berührung steht, und für deren Durchmesser sind klein, weil ein Übermass erreicht werden muss, das selbst innerhalb enger Grenzen liegt. Aber auch bei Übermassen, die in den zulässigen Bereich fallen, ist der Widerstand der Verbindung recht unterschiedlich und von dem jeweils tatsächlich vorliegenden Übermass abhängig.
Mit andern Worten, der Übergangswiderstand bei einem Übermass von 0, 1 mm ist beträchtlich höher als bei einem Übermass von 0, 3 mm. Diesem Typ von Verbindungen kommen also, obwohl er gegenüber Schraubverbindungen hinsichtlich der Herstellung, des Widerstandes und des möglichen Ausmasses von Abweichungen im Übergangswiderstand Vorteile aufweist, doch noch Nachteile zu, wenn auch in verringertem Masse.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, für zwei oder mehrere Teile, die sämtlich aus Graphit oder von denen einzelne aus Graphit, andere aus Metall bestehen, eine Verbindung anzugeben, die einen kleinen und gleichmässigen Übergangswiderstand zwischen den verbundenen Teilen aufweist. Es ist ein weiteres Ziel, diese Eigenschaften bei Pressverbindungen zu erreichen. Diese Ziele lassen sich erreichen, wenn Stifte verwendet werden, deren an die Wandung der Aussparung anliegende Teile erfindungsgemäss mit wenigstens einer Ausnehmung versehen sind oder eine Ausgestaltung aufweisen, derzufolge sie beim Zusammenfügen mit der Aussparung in der Anode oder andern Teilen aus Graphit oder Metall, mit welchen sie verbunden werden sollen, gegenüber dem angewendeten Druck nachgiebiger sind als sie wären, wenn sie diese Ausgestaltung nicht aufwiesen.
Die Anwendung einer solchen Ausgestaltung zur besseren Drucknachgiebigkeit der Kontaktteile der Stifte bei Pressverbindungen vermindert die auftretenden Änderungen des elektrischen Übergangswiderstandes und ermöglicht überdies eine viel leichtere Vereinigung bei der Herstellung solcher Verbindungen, weil sie weitere Toleranzen bei der Herstellung gestattet, als bei andersartig geformten Teilen für Pressverbindungen zulässig sind.
Mit der erfindungsgemässen Ausgestaltung wird nicht nur eine vergrösserte Verformbarkeit in diametraler Richtung der eingepressten Teile der Stifte unter dem Einflusse der von der dichtanliegenden Wand ausgeübten Kraft erreicht, sondern auch die unerwünschte Variation des elektrischen Widerstandes solcher Verbindungen vermindert, so dass die mit dieser Erscheinung verbundenen Nachteile
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vermieden sind. Die erreichte mechanische Nachgiebigkeit dient dazu, Unterschiedlichkeiten im Sitz des Stiftes bei der vorgenommenen Verbindung zu verringern und damit einen andernfalls vom Druck und daher vom Übermass abhängigen Übergangswiderstand festzulegen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind, wobei sich weitere Erfindungsmerkmale ergeben. Von den Zeichnungsfiguren zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf einen elektrisch leitenden Teil, z. B. eine Anodenplatte, Fig. 2 einen Längsschnitt nach Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht der unteren Stirnfläche des Stiftes in Fig. 2, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Verbindung, Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 und Fig. 8 je eine Stirnansicht von erfindungsgemäss ausgebildeten Stiften, Fig. 7 und Fig. 9 je einen Teilschnitt nach den Linien VII-VII bzw. IX-IX der Fig 6 bzw. 8 und Fig. 10 einen Teilschnitt einer abgeänderten Ausführung einer Verbindung des in Fig. 4 gezeigten Typs.
Sämtliche erfindungsgemässe Verbindungen weisen einen Graphitstift auf, der kein Gewinde trägt und in einer Aussparung eines andern mit ihm elektrisch zu verbindenden Teiles eingepresst ist, die ebenfalls nicht mit Gewinde versehen ist.
Die dargestellten Stifte weisen alle einen Schaft 1 auf, der, z. B. mittels eines mit Gewinde versehenen Grundloches 8, zum Anschliessen an eine elektrische Leitung eingerichtet ist. Ein Abschnitt 2 der Stifte ist zum kraftschlüssigen Einsetzen in Aussparungen ausgestaltet, deren Wandung kein Gewinde trägt und die in einem Teil 10 vorgesehen sind, der mit dem Stift verbunden werden soll. Die mechanische Verbindung ist ein Presssitz, bei welchem der Stift durch die Reibung in der Aussparung gehalten wird. Der Kontaktabschnitt 2 ist im wesentlichen zylindrisch gestaltet. Er kann mit dem Schaft einstückig ausgebildet sein und unter Bildung einer Schulter in diesen übergehen, deren innere Kante zweckmässig abgerundet ist. Der Schaftteil des Stiftes ist prismatisch oder zylindrisch gestaltet und kann einen, z.
B. quadratischen, achteckigen, vorzugsweise jedoch kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Schaftquerschnitt übertrifft im allgemeinen den Querschnitt des Kontaktabschnittes, doch ist dies für die Erfindung nicht wesentlich. Entscheidend ist vielmehr die Dimensionierung des Kontaktteiles im Hinblick auf die Abmessungen der Aussparung, in welche er eingeführt werden soll.
Der Kontaktteil 2 jedes Stiftes weist eine Ausgestaltung auf, welche diesen beim Einführen in die Ausnehmung drucknachgiebiger macht als er ohne diese Ausgestaltung wäre. Diese den Kontaktteil nachgiebiger machende Ausgestaltung kann in der Anordnung einer ringförmigen Nut 3 bestehen, die z. B. etwa 2, 4-4 mm breit ist und zu dem Umfang des Kontaktteiles konzentrisch ist bzw. von diesem gleich weit absteht, wie die Fig. 2 und 3 zeigen. Diese Ausgestaltung kann aber auch in einem zylindrischen Grundloch 4 mit ebenem Boden oder einem Grundloch 4 a mit zylindrischer Seitenwand, die in einen etwa im Mittelpunkt die tiefste Stelle aufweisenden Boden übergeht, bestehen, wie die Fig. 4 bzw. 10 zeigen.
Es ist ferner auch möglich, drei geradlinig verlaufende Nuten 5 vorzusehen, welche gleiche Längen aufweisen und die Seiten eines gleichseitigen Dreiecks oder Teile dieser Seiten bilden, das wenigstens im ersten Falle innerhalb des Querschnittsumfanges gelegen ist. Die Mitte jeder der Nuten kann von dem Umfang des Querschnittes im wesentlichen gleich weit abstehen. Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführung, bei welcher die Nuten mittlere Abschnitte der Seiten eines gleichseitigen Dreieckes bilden. Bei der Ausbildung nach den Fig. 8 und 9 stossen die drei geradlinigen Nuten von im wesentlichen gleicher Länge zusammen und bilden eine einzige, durchlaufende Nut. Wieder stehen die Mittelpunkte der einzelnen Nuten 6 von der Mantelfläche des Kontaktabschnittes im wesentlichen gleich weit ab.
In allen Fällen ist eine sich in Längsrichtung von der Stirnfläche des Stiftes bis zu seinem Schaftteil reichende Ausgestaltung getroffen, die eine verbesserte Drucknachgiebigkeit gewährleistet. Da nur der Kontaktabschnitt für den Presssitz des Stiftes in der Ausnehmung von Bedeutung ist, kann die Tiefe der Nuten auf die Länge des Kontaktteiles beschränkt bleiben, sie brauchen nicht bis in den Schaftteil zu reichen.
Je grösser die Kontaktfläche zwischen dem Umfang des Kontaktabschnittes und den Wänden der Aus-
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Stiften mit 125 mm Durchmesser ergeben sich daher kleinere Widerstände als bei Stiften mit 75 mm Durchmesser. Hieraus folgt, dass bei jeder vorgesehenen Grösse des Stiftes vorzugsweise keine der Nuten oder der andersgestalteten Ausnehmungen zur Verbesserung der Nachgiebigkeit die Mantelfläche des Kontaktabschnittes durchsetzen soll, denn jeder hiedurch entstehende Ausschnitt vermindert die Kontaktfläche zwischen dem Stift und der Ausnebmung und vergrössert hiedurch den Übergangswiderstand.
Wenn sich solche Ausschnitte über die Höhe der Ausnehmung erstrecken, so gestatten sie bei Verwendung der Verbindung bei elektrolytischen Bädern od. dgl. ein Eindringen des Elektrolyten in den Zwischenraum zwischen dem Stift und der Anode. Dies ist unerwünscht, da infolge der Auswirkung auch milder und beginnender elektrolytischer Einflüsse, die in den Poren oder Hohlräumen der Begrenzungswände der verbundenen Teile auftreten würden, die Graphitbestandteile dort mehr angegriffen werden als an andern Stellen der Platte. Eine Zerstörung der Graphitstruktur führt aber zu einem loseren Sitz und höherem Übergangswiderstand.
Schliesslich vermindern Ausschnitte in der Begrenzungswand des kontaktgebenden Stiftabschnittes auch die Reibung zwischen diesem und der Wand der Aussparung und erniedrigen die zum Lösen der verbundenen Teile voneinander notwendige Kraft. Anderseits ist es möglich, eine Nut zu verwenden, die entweder für sich oder in Verbindung mit der andern Ausgestaltung zur Verbesserung der Drucknach-
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giebigkeit die Mantelfläche nur an einer Stelle durchsetzt. Zu dieser Massnahme wird dann Zuflucht zu nehmen sein, wenn es gilt, eine weitergehende zusätzliche Nachgiebigkeit zu gewinnen. Sie stellt eine andere Möglichkeit zur nachgiebigen Gestaltung dar, wenn sie angewendet werden kann, ohne die oben erwähnten Eigenschaften der Verbindung allzu abträglich zu beeinflussen.
Es ist anzunehmen, dass jede über diese einzige hinausgehende zusätzliche Unterbrechung in der Kontaktfläche durch die hiemit verbesserte Nachgiebigkeit weniger erreichen lässt als wegen ihrer Anwesenheit von den erwünschten Eigenschaften geopfert werden muss. Vorzugsweise ist daher von Ausschnitten abzusehen, aber eine auf eine einzige Stelle beschränkte Unterbrechung kann bei der Anwendung der Erfindung manchmal zugelassen werden oder angezeigt sein, z. B. wegen der mechanischen Eigenschaften spezieller Arten von Graphit. Wenn Stifte mit einer solchen Unterbrechung der Umfangswand in Elektrolytzellen verwendet werden, sollte der Nutengrund von der Stirnfläche des Stiftes um nicht mehr als 80-90% der Eindringtiefe in die Ausnehmung der Anode abstehen, so dass die Dichtigkeit der Verbindung gegenüber der Flüssigkeit unbeeinträchtigt bleibt.
Die Nut sollte sich, ausgehend von der Stirnfläche des kontaktgebenden Abschnittes, nur bis knapp in die Nähe des Schaftes erstrecken. Diese Beschränkung der Nutentiefe ist nicht erforderlich, wenn bei Verwendung des Stiftes eine Flüssigkeitsabdichtung nicht notwendig ist oder wenn er keine Ausnehmung in seiner Seitenwand aufweist. Wenn bei Berücksichtigung dieser Bedingungen eine die Mantelfläche des Stiftes durchsetzende Nut verwendet werden soll, so empfiehlt sich die Anordnung eines von der Ringnut nach Fig. 2 radial ausgehenden Schlitzes oder ein Nutenverlauf, beispielsweise nach einer archimedischen Spirale, wobei ein Ende der Nut bis an die Umfangsfläche des Kontaktabschnittes reicht.
Die genauen Abmessungen der Nuten oder andern Ausgestaltungen zur nachgiebigeren Gestaltung des kontaktgebenden Abschnittes und deren genaue Lage ist nicht kritisch und kann innerhalb weiter Grenzen variieren, ohne den Bereich der Erfindung zu überschreiten. Insbesondere kann der Durchmesser der Ringnut 3, deren Breite und deren Tiefe weitgehend verändert werden. Das gleiche gilt für den Durchmesser der Grundlöcher 4 und 4 a oder den Abstand der Nuten 5 und 6 von der Mantelfläche des Stiftes.
Als einziger bedeutungsvoller Umstand, welcher die Möglichkeit von Abänderungen einschränken kann, ist zu beachten, dass eine erwünschte verbesserte Nachgiebigkeit gegenüber Druckbeanspruchungen erreicht wird, hiebei die Kontaktkräfte zwischen dem Kontaktabschnitt und der Aussparung vergleichmässigt werden und die mechanische Stabilität des Stiftes in der Aussparung nicht beeinträchtigt wird. Mit diesem letzten Punkt ist gemeint, dass die Nuten oder die andere Einrichtung nicht so ausgestaltet sind, dass es zu einem Zerspringen, Brechen oder Ausbrechen des Stiftes kommt, wenn dieser in die Aussparung eingeführt wird, oder nach dessen längerem Gebrauch, und dass die zum Herausziehen erforderliche Kraft nicht so stark verringert werden soll, dass die Stifte sich von den Teilen lösen, mit denen sie verbunden sind.
Die mit dieser Erfindung angestrebten Ziele und Ergebnisse lassen sich leicht erreichen, denn die Berücksichtigung dieser nicht besonders einschneidenden Gesichtspunkte liegt im Ermessen jedes Durchschnittsfachmannes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrische Verbindung mit wenigstens einem zum Anschliessen an eine elektrische Leitung eingerichteten Graphitstift, der in eine Aussparung an einem andern elektrisch leitenden Teil, z. B. eine Graphitanode, eingepresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Stift einen Schaft (1) für den Anschluss der elektrischen Leitung und einen Kontaktabschnitt (2) zum Einsetzen in die Ausspannung aufweist, der mit wenigstens einer Ausnehmung (3) zur Vergrösserung der Drucknachgiebigkeit versehen ist, welche Ausnehmung sich von der Stirnfläche des Kontaktabschnittes in Längsrichtung gegen den Schaft erstreckt, wobei die Kontaktfläche des Kontaktabschnittes höchstens an einer Stelle unterbrochen ist.