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DE1061458B - Verbindung von Kohle- und Graphitelektroden fuer elektrische OEfen mittels doppelkonischer Gewindenippel aus Kohle oder Graphit - Google Patents

Verbindung von Kohle- und Graphitelektroden fuer elektrische OEfen mittels doppelkonischer Gewindenippel aus Kohle oder Graphit

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Publication number
DE1061458B
DE1061458B DES57158A DES0057158A DE1061458B DE 1061458 B DE1061458 B DE 1061458B DE S57158 A DES57158 A DE S57158A DE S0057158 A DES0057158 A DE S0057158A DE 1061458 B DE1061458 B DE 1061458B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
nipple
thread
box
double
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DES57158A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Waldemar Kaufmann
Dr Alfred Ragoss
Dr Erich Fitzer
Ludwig Gress
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Plania Werke AG
Original Assignee
Siemens Plania Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DES53102A external-priority patent/DE1029105B/de
Application filed by Siemens Plania Werke AG filed Critical Siemens Plania Werke AG
Priority to DES57158A priority Critical patent/DE1061458B/de
Priority to AT223458A priority patent/AT239552B/de
Publication of DE1061458B publication Critical patent/DE1061458B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00Heating by electric discharge
    • H05B7/02Details
    • H05B7/14Arrangements or methods for connecting successive electrode sections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B33/00Features common to bolt and nut
    • F16B33/02Shape of thread; Special thread-forms
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B7/00Connections of rods or tubes, e.g. of non-circular section, mutually, including resilient connections
    • F16B7/18Connections of rods or tubes, e.g. of non-circular section, mutually, including resilient connections using screw-thread elements
    • F16B7/182Connections of rods or tubes, e.g. of non-circular section, mutually, including resilient connections using screw-thread elements for coaxial connections of two rods or tubes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)

Description

DEUTSCHES
INTERNAT.
PATENTAMT
S 57158 VIIId/21h
ANMELDETAG: 28. FE BRU AR 1958
25 B- 11 / 1 BEKANNTMACHUNG,
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:
16. JULI 1959
Die Erfindung betrifft eine Verbindung von Kohleoder Graphitelektroden, die für elektrische öfen bestimmt sind, mittels doppelkonischer Gewindenippel, um entsprechend dem fortschreitenden Verbrauch der Elektroden im elektrischen Ofen an das Ende der verbrauchten Elektrode eine neue Elektrode anschließen zu können.
Derartige Elektrodenverbindungen sind bekanntlich mechanisch schwächer als der volle Elektrodenteil im Elektrodenstrang. Sie sind deshalb gegen Bruch be- : sonders anfällig und unterliegen einer zusätzlichen Beanspruchung durch thermische Schrumpf spannungen, die beim Abkühlen der Elektroden auftreten. Auch durch die Strombelastung bei hochbelasteten modernen Elektroofen treten im Nippelteil an der Übergangsstelle zwischen Nippel und Elektrodenschachtel Ül>erhitzungen und somit zusätzlich thermische Spannungen auf. Kritisch werden alle diese thermischen Spannungen bei Elektroden großen Durchmessers (über 400 mm) und bei Elektroofen, die zur Einsparung von Einschmelzzeit und somit zur Kapazitätssteigerung mit sehr hohen Spannungen betrieben werden.
Die vorliegende Erfindung hat eine doppelkonische Nippelschraubverbindung zum Ziel, die unter diesen erschwerten Arbeitsbedingungen in Elektrostahlöfen gegen Brüche in der Elektrodenschachtel beständig ist. Das Verbinden von zylindrischen Elektrodensträngen aus Kohle oder Graphit durch doppelkonische Schraubnippel ist allgemein bekannt. Hierzu wird der doppelkonische Nippel in das eine Elektrodengegengewinde bis zum Anschlag eingeschraubt, bis also ein weiteres Drehen des Nippels nicht mehr möglich ist. Die zweite Elektrode wird nun auf diesen Nippel gesetzt und auf den eingeschraubten Nippel aufgedreht. Die zweite auf den Nippel aufzuschraubende Elektrode kann jedoch nur so lange gedreht werden, bis ihre Stirnfläche sich an der Stirnfläche der anderen Elektrode abstützt, obwohl das Nippelgewinde noch eine weitere Drehung zulassen würde. Um einen kräftigen Anpreßdruck der Elektrodenstirnflächen gegeneinander zu erreichen, muß daher das Nippelgewinde so geschnitten sein, daß vor Erreichen der Endstellung des Gewindes die Stirnflächen der Elektroden gegeneinandergepreßt sind. Dies bedeutet, daß die Gewindeflanken des Nippels an beiden Flanken des Gegengewindes der ersten Elektrode anliegen, während die Gewindeflanken des Nippels in der zweiten Elektrode nur an den Gewindeflanken des Gegengewindes anliegen, die den Stoßflächen, d. h. den in Berührung stehenden Stirnflächen der Elektrode, zugekehrt sind. Beim Festziehen bis zur Berührung der beiden Elektrodenstirnwände müßte jedoch der Nippel so weit von der Gegenflanke des Schachtel-Verbindung von Kohle-
und Graphitelektroden für elektrische öfen mittels doppelkonischer Gewindenippel
aus Kohle oder Graphit
Anmelder:
Siemens-Planiawerke
Aktiengesellschaft für Kohlefabrikate,
Meitingen bei Augsburg
Dr. Waldemar Kaufmann, Dr. Alfred Ragoß,
Dr. Erich Fitzer,
Meitingen bei Augsburg,
und Ludwig Greß, Augsburg,
sind als Erfinder genannt worden
gewindes im zuerst eingeschraubten Elektrodenteil abgehoben sein, daß ein gewisses Spiel bleibt. Eine gute Nippelverbindung hat zur Voraussetzung, daß die Flankenberührungsflächen in beiden Schachteln genügend groß sind, daß beim Stromübergang keine überhitzungen auftreten können.
Durch langjährige Beobachtungen in der Praxis hat sich gezeigt, daß besonders bei den hochbelasteten Elektroden großen Durchmessers die Schachteln in fast allen Fällen beim Betrieb im Stahlofen aufreißen. Dadurch treten große Gefahren auf,
1. weil die schwache Verbindungsstelle im Elektrodenstrang zusätzlich gelockert wird und dadurch die erhöhte Gefahr des Abbrechens von Elektrodenteilen, die dann in das Stahlbad fallen und eine Störung des Ofengangs bewirken, verursacht wird,
2. wird der elektrische Übergangswiderstand an diesen aufgerissenen und somit gelockerten Ubergangsstellen erhöht. Es treten nicht nur Stromverluste auf, sondern auch die Gefahr einer Überhitzung der Stellen, was ebenfalls zur beschleunigten Zerstörung des Elektrodenstranges führen kann.
Durch systematisch angesetzte Temperaturmeßversuche zwischen Nippel und Schachtel konnte gefunden werden, daß die tatsächlich bei modernen öfen auftretenden Temperaturdifferenzen viel größer sind, als das bisher angewendete und vor allem durch das Fest-
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ziehen der zweiten Elektrode entstehende Spiel zwischen dem Nippel und der Elektrode, in welche der Nippel zuerst eingeschraubt worden ist, auffangen könnte.
Besonders beim Abkühlen wird nun durch unterschiedliche Ausdehnung zwischen Nippel und Elektrodenschachtel eine starke Sprengwirkung auf die Elektrodenschachtel ausgeübt, wenn beide Gewindeflanken des Nippels beim Schachtelgewinde fest anliegen.
Es wurde nun erkannt, daß die Ursache für den Bruch der Elektrodenverbindung in der Elektrodenschachtel, in die der Nippel zuerst eingeschraubt ist, beim Abkühlen der Elektrode darin liegt, daß die
Erwähnt sei, daß die Stärke der Einlage in das Gewinde etwas geringer gewählt wird als der gewünschte Abstand zwischen den Gewindeflanken.
Bei Verwendung dieser Streifen aus verkokendem 5 oder plastisch bei erhöhter Temperatur verformbarem Werkstoff kann noch eine zusätzliche Wirkung erreicht werden, wenn man diese Einlagen in Form von Folien oder Streifen mit harten Körnern versieht, die sich während des Einschraubens in die Gewindegänge ίο der weichen Graphitelektrode bzw. Graphitnippel einfressen. Dadurch erreicht man eine Sicherung der kalten Elektrode gegen Lockern unter der vibrierenden Wirkung im elektrischen Ofen.
An Stelle dieser Papiereinlagen können auch Elektrodenschachtel stärker schrumpft, als der Nippel 15 Kunststoffolien sein oder sogar Folien niedrig- und der Bruch eintritt, wenn das Nippelgewinde im schmelzender Metalle, wie Blei, Zinn, Zink, Alumi-Gegengewinde fest anliegt. Durch die Erfindung wird nium usw., Verwendung.finden. Am besten und billignun eine Nippelverbindung für Kohle- oder Graphit- sten sind nach der bisherigen Erfahrung jedoch elektroden geschaffen, die sich als besonders bei ther- Papier- bzw. Pappestreifen, weil diese in den benötigmischer Wechselbeanspruchung an Elektroden vor- 20 ten Stärken sehr einfach verfügbar sind.
zugsweise großen Durchmessers brauchbar erwiesen Das Einlegen von Distanzstücken in das Gewinde
hat. hat den Vorteil, daß die serienmäßig hergestellten
Erreicht wird dies bei einer doppelkonischen Schachteln und Nippel ohne zusätzliche Vermessung, Nippelschraubverbindung, bei der der Abstand zwi- wie z. B. der Schachteltiefe, und ohne zusätzliche Ansehen den der Stoßfläche der Elektroden abgekehrten 25 fertigung von Formteilen bzw. Ausnehmungen in der Gewindeflanken des Nippels und des Gegengewindes Schachtel verwendbar sind.
bei beiden Nippelteilen annähernd gleich groß ist, An Hand der Zeichnungen ist die Erfindung noch
nach der Erfindung dadurch, daß das den Abstand näher erläutert.
der Gewindeflanken bestimmende Mittel eine ein bis Fig. 1 zeigt die bisherige Nippelverbindung, auf
zwei Gewindegänge der Schachtel bedeckende Einlage 30 der der Nippel asymmetrisch eingeschraubt ist;
aus einem sich bei erhöhter Temperatur verformenden Fig. 2 zeigt die Nippelverbindung nach der Erfin
dung, bei der der Abstand der Gewindeflanken des Nippels gegenüber den Gewindeflanken der Elektrodengewinde auf der der Stoßfläche der Elektroden abgekehrten Seite annähernd gleich groß ist;
Fig. 3 und 4 erläutern die Kräfte\^erhältnisse der beim Gewinde ausgeübten Kräfte in Abhängigkeit des Neigungswinkels der Gewindeflanken zur Elektrodenachse und der unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-
Abstand der Gewindeflanken. Dadurch können Ver- 40 koeffizienten in Längs- und Querrichtung des Gewechslungen beim Annippeln vermieden werden. windes;
Fig. 5 zeigt ein Sägezahngewinde mit einem Neigungswinkel /J= 0°;
Fig. 6 zeigt ein Gewinde mit einem Neigungswinkel β = 15°.
Tn den Figuren sind folgende Bezugszeichen verwendet. Mit 1 ist die in dem Gewindegang liegende Einlage aus Papier an den den Stoßflächen 7 der Elektroden 5 und 8 abgekehrten Gewindeflanken 4 bezeichkontakt nicht zu erreichen, so liegt ein außerhalb der 50 net, wobei die Elektrode 5 zuerst auf den Nippel 2 Toleranzen liegender, im Verhältnis zu den Schach- aufgeschraubt wird. Die Gewindeflanken, die den teln zu großer Nippel vor. Diese zusätzliche Kontroll- Stoßflächen 7 zugekehrt sind, sind mit dem Bezugsmöglichkeit gibt somit die Möglichkeit eines Aus- zeichen 3 versehen. Der radiale Abstand zwischen sonderns des Nippels vor Inbetriebnahme des Elek- Gewindespitze und Gewindefuß des Gegengewindes trodenstranges. Bisher hat man einen derartigen, 55 vom Nippel 2 und Elektroden 5, 8 trägt das Bezugs-'außerhalb der Toleranzen liegenden Nippel nicht ohne zeichen 6.
weiteres erkennen können, weil durch das einseitige β ist der Neigungswinkel der tragenden Gewindeasymmetrische Einschrauben wohl ein guter Stirn- flanken zum Lot auf die Elektrodenachse, ai ist der flächenkontakt erreicht worden ist, aber allerdings nur Wärmeausdehnungskoeffizient in Längsrichtung, üq ist unter Inkaufnahme der sprengenden Wirkung des an 60 der Wärmeausdehnungskoeffizient in Querrichtung, die beiden Gewindeflanken anliegenden Nippelteiles PF ist der Flächendruck der Gewindeflanken aufeinauf die Schachtel. Unter asymmetrischem Einschrauben ist verstanden, daß der Abstand der Gewindeflanken, d. h. das Gewindespiel in der zuerst auf den
Nippel aufgeschraubten Elektrode ein anderes ist als 65
in der zweiten Elektrode, die auf die andere Nippelhälfte aufgeschraubt ist. Beim symmetrischen Aufschrauben nach der Erfindung soll der Abstand der
Gewindeflanken, die der S-tpßfläche der Elektroden
Material, z. B. verkokenden Papiereinlage, ist, die in die Gewindegänge der zuerst aufzuschraubenden Schachtel oder des zuerst einzuschraubenden Nippelteiles eingelegt ist.
Es hat sich jedoch bewährt, auch die zweite Elektrodenschachtel bzw. den zweiten Nippelteil mit eben den gleichen Papierdistanzstücken zu versehen. Die Dicke des Papiers ergibt sich aus dem gewünschten
Außerdem erreicht man durch die zweite Distanzierung eine zusätzliche Kontrolle über das Nippelmaß im Vergleich zu den vorliegenden Schachteln.
Die zweite Elektrode muß sich nämlich trotz der Distanzierung auch im zweiten Gewinde mit Hilfe eines vorgegebenen Drehmoments so weit aufschrauben lassen, daß die Elektrodenstirnflächen den angestrebten guten Kontakt haben. Ist dieser Stirnflächenabgekehrt sind, annähernd gleich groß sein.
ander, PL und Pq sind die sich aus dem Gesamtflächendruck Pp ergebenden Längs- und Querkomponenten.
Durch die Einlage von Papier od. dgl. zur Sicherung des symmetrischen Einschraubens des doppelkonischen Nippels kann nun die sich aus den Temperaturdifferenzen und unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Nippels und der Schachtel ergebende Forderung nach größeren Toleranzen
zwischen Nippel und Schachtel verwirklicht werden, da bei einer Verkleinerung des Nippels das Einschrauben des Nippels in den ersten Elektrodenteil wie bei dem größeren Nippel (dem mit kleinerer Toleranz) bis zum beidseitigen Flankenanschlag erfolgt wäre und sich die Vergrößerung der Toleranz (Verkleinerung des Nippels) ausschließlich im zweiten, nach vorstehenden Erklärungen nicht gefährdeten Schachtelteii ausgewirkt hätte. Im Gegenteil hätte diese Verkleinerung des Nippels zu einer untragbaren Vergrößerung des Übergangswiderstandes in eben diesem zweiten Schachtelteil und zu einer nicht zu verantwortenden Verringerung der tragenden Flächen geführt.
Um die tragenden Flächen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zwischen Nippel und Schachtel genügend groß zu halten, wird bezüglich der sich berührenden Elektrodenstirnflächcn bei symmetrischer Einschraubung des Nippels eine radiale Distanz, d. h. ein Abstand der Gewindespitze des Nippels vom Gewindefuß der Elektrodenschachtel von mindestens 0,05% des Nippeldurchmessers innegehalten.
Wie eingangs erwähnt, soll durch das Festschrauben der Nippelschraubverbindung ein ausreichender Anpreßdruck der Stirnflächen erreicht werden. Es konnte nun gefunden werden, daß dieser für normale Temperaturen, also für Raumtemperaturen, bei welchen das Annippeln erfolgt, wohl in den meisten Fällen erreicht wird. Im Laufe des Betriebes des Elektrodenstranges im Ofen dagegen geht dieser Stirnflächenkontakt oft verloren. Als Ursache wurde erkannt, daß bei den eingangs erwähnten Temperaturdifferenzen zwischen Nippel und Schachtel sich die größere Ausdehnung des Nippels nicht nur durch einen Radialdruck auf die Schachtel auswirkt, sondern auch in einer stärkeren Längsausdehnung des Nippels als dem des entsprechenden Schachtelteiles. Hierdurch werden die Stirnflächen gelockert. Der bei Raumtemperatur, z. B. durch das Annippelungsmoment, eingestellte Anpreßdruck der Elektrodenstirnflächen gegeneinander bleibt jedoch bei Temperaturunterschieden zwischen Nippel und Schachteln auch dann erhalten, wenn die Koeffizienten der thermischen Ausdehnung im Nippel in Längs-(Axial-)Richtung einerseits und Quer-(Radial-)Richtung andererseits im bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Aus Fig. 3 ist ersichtlich,
daß dieses Verhältnis -1- gleich tg β ist, wobei β der
aQ
Neigungswinkel der Gewindeflanken zum Lot auf die Elektrodenachse ist.
In der heute üblichen Ausführungsform von doppelkonischen Nippeln verwendet man einen Neigungswinkel von 30° an. Es ist deshalb ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, für diese üblichen Neigungswinkel den Nippel so herzustellen und das Nippelmaterial so auszuwählen, daß das Verhältnis
der thermischen Ausdehnung —i- gleich oder kleiner
als etwa 1 : 2 ist. Im Grenzfall a-£ gleich 0,57 bleibt
der Anpreßdruck bei allen Temperaturunterschieden zwischen Nippel und Schachtel der gleiche, weil der sich stark ausdehnende Nippel auf der Gewindeflanke (schiefe Ebene) gleitet. Exakt trifft dies nur zu, wenn die Reibung der Gewindeflanken vernachlässigt wird.
Im Falle -^- kleiner als 0,57 entsteht ein zusätzlicher
Druck auf die Gewindeflanken in radialer Richtung, der abzüglich des für die Überwindung der Reibung benötigten Anteiles von der festen, kaum verformbaren Schachtel in einen zusätzlichen Anpreßdruck der Elektrodenstirnflächen gegeneinander umgewandelt wird.
Erreicht wird dieses Verhältnis von -— durch bestimmte Auswahl des Koksrohstoffes für den Nippel, welcher beim Strangpreßverfahren das gewünschte Ausmaß der Orientierung gibt. Erfahrungsgemäß
ίο kommt man mit den üblichen Koksrohstoffen über ein Verhältnis der thermischen Ausdehnungen von Längszur Querausdehnung von 1 : 3 bis 1 : 4 nicht hinaus. Es ist deshalb ein weiteres Kennzeichen der Erfindung, in bewußter Weiterführung der dargelegten Gedankengänge den Neigungswinkel dem Verhältnis der Längs- zur Ouerausdehnung der verfügbaren Nippel anzupassen, also z. B. bei einem Verhältnis von Längs- zur Querausdehnung etwa von 1 : 1 einen Neigungswinkel von 45° zu wählen.
Um die Verhältnisse bei der Ausdehnung von Nippel und Schachteln zu erläutern, sind Erfahrungswerte der bisher üblichen Nippelverbindungen solchen nach der Erfindung hergestellten Nippelverbindungen gegenübergestellt.
Die verwendeten Elektroden haben in beiden Fällen folgende Kennzahlen:
Durchmesser 600 mm
Thermischer Ausdehnungskoeffizient ai 2,2 · 1O-6 Thermischer Ausdehnungskoeffizient oq 2,5 · 10—6
In beiden Fällen wird die Schraubverbindung mit
einem Anzugsmoment von 415 m/kg ausgeführt und ein Nippel mit einem Scheiteldurchmesser von etwa 300 mm und einem Gewindeflankenwinkel von 30° bei drei Gewindegängen je Zoll verwendet.
a) Bisherige Ausführungsart
Die Nippel hatten einen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung von aL = 3,0 · 10—β und CLq = 3,5 · ΙΟ""8.
Die mittlere Bearbeitungstoleranz betrug 0,01 mm als unteres Maß des Nippels. Hieraus ergibt sich eine mittlere Breite der Gewindeflankenberührungsflächen von 4,15 mm.
b) Ausführungsform einer Schraubverbindung nach der Erfindung
Es werden Nippel mit Koeffizienten der thermischen Ausdehnung aL = 1,8 · 10-6 und a0 = 3,5 · 10—6 verwendet. Die erfindungsgemäße mittlere untere Toleranz der Nippel betrug 0,5 mm. Daraus ergibt sich eine mittlere Breite der Gewindeberührungsflächen von 3,95 mm.
Die verwendete Papiereinlage in den Gewinden beider Elektroden hat eine Dicke von 0,2 mm, das nach dem Anziehen der Gewindeverbindung auf etwa 0,1 mm zusammengedrückt wird.
Beide Arten von Elektrodenverbindungen wurden in mehreren Parallelversuchen gemeinsam auf 1600° C heiß gleichzeitig aus dem Stahlofen herausgezogen. Bei der unter Betriebsverhältnissen eintretenden Abkühlung sind bei den Verbindungen nach a) diejenigen Schachteln, in die der Nippel zuerst eingeschraubt worden ist, in Längsrichtung gerissen. Auch
S5 die jeweiligen Gegenschachteln zeigten in 50% der Fälle gleichfalls derartige Risse.
Bei Schraubverbindungen nach der Erfindung nach b) dagegen treten unter den gleichen Betriebsbedingungen keine Schachtelrisse auf. Eine vergleichsweise Überprüfung der elektrischen Über-
gangswiderstände in Nippelschraubverbindungen nach a) und b) hat ergeben, daß der mittlere Widerstand innerhalb der Meßfehler gleich war. Des weiteren wurde gefunden, daß etwa 60 bis 65% des Stromes über die Stoßstellen der Elektroden fließen und nur der Rest auf 100 über die Nippel.
Hiermit ist wohl der gleichbleibende mittlere Gesamtwiderstand im Fall a) und b) trotz Verringerung der Gewindeberührungsflächen um etwa 5°/o im Fall b) gegenüber im Fall a) zu erklären.
Für die oben angeführte Umwandlung des durch die thermische Ausdehnung bedingten Radialdruckes in einen den Anpreßdruck der Stirnflächen erhöhenden Axialdruck ist eine genügende Festigkeit der Schachteln vorausgesetzt.
Die Druckverhältnisse sind bildlich in Fig. 4, 5 und 6 wiedergegeben. Durch die vorhandene Gewinderauhigkeit wird jedoch besonders bei steileren Gewindeneigungen (vorzugsweise über 30°) nicht immer die größere Ausdehnung des Nippels und der dadurch bewirkte Flächendruck PF durch eine Gleitung der Gewindeflanken abgefangen werden können. Es kann bei schwachen Stellen in der Schachtel daher zum Reißen kommen. Beim reinen Sägezahngewinde (Neigungswinkel 0°) haben wir wohl keinen Druck auf die Gewindeflanken beim stärkeren Ausdehnen, es fehlt aber auch der durch die stärkere Nippelausdehnung bewirkte Anpreßdruck auf die Stirnflächen der Elektroden, wie dies aus Fig. 5 und 6 hervorgeht. Außerdem fehlt hierbei die Zentrierungsmöglichkeit des Nippels im Gewinde, und es müssen zusätzliche Zentrierhilfsvorrichtungen vorgesehen werden. Es wird deshalb erfindungsgemäß eine Nippelschraubverbindung vorgeschlagen, die einen Neigungswinkel der am Schachtelgewinde der Elektroden anliegenden Nippel aufweist, der größer als 0° und kleiner als 30° ist und vorzugsweise Neigungswinkel zwischen 5 und 20° aufweist.
Bei den erfindungsgemäßen Zwischenwinkeln erfolgt wohl noch die Zentrierung und auch eine Übertragung der Radialausdehnung in eine Stirnflächenpressung, doch ist das Übertragungsverhältnis entsprechend »tg« des Neigungswinkels und somit die Belastung der Gewindeflanken beim kleineren Winkel bedeutend niedriger (vgl. Fig. 6).
Bei diesem Winkel allerdings können die im vorstehenden angeführten Überlegungen hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Längs- und Querausdehnung des Nippels keine praktische Anwendung mehr finden. Es ergeben sich nämlich Ausdehnungsverhältnisse von 1 :3 bis 1 :20, die technisch ohne weiteres nicht realisierbar sind. Die Lösungsmöglichkeit mit Zwischenwinkcln hat deshalb hauptsächlich Bedeutung für Elektrodenverbindungen aus schwachem Elektrodenmaterial, bei welchem eine Lockerung des Stirnflächenkontaktes eher in Kauf genommen werden kann als ein Radialdruck auf die Schachtelwand, der zum Aufreißen derselben führen würde.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Doppelkonische Nippelschraubverbindung für Graphitelektroden vorzugsweise großen Durchmessers (über 400 mm) mit einem Mittel, durch das der Abstand zwischen den der Stoßfläche der Elektroden abgekehrten Gewindeflanken des Nippels und des Gegengewindes bei beiden Nippelteilen annähernd gleich groß ist und sich dadurch beim Gebrauch der Elektroden der heißere Nippel in der kälteren Schachtel ausdehnen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das den Abstand der Gewindeflanken bestimmende Mittel eine ein bis zwei Gewindegänge der Schachtel bedeckende Einlage aus einem sich bei erhöhter Temperatur verformenden Material, z. B. verkokenden Papiereinlage, ist, die in die Gewindegänge der zuerst aufzuschraubenden Schachtel oder des zuerst einzuschraubenden Nippelteiles eingelegt ist.
2. Doppelkonische Nippelschraubverbindung für Graphitelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Papiereinlage beidseitig harte Körner enthält (Schmirgelpapier), die ein Lockern des Gewindes bis zur Verkokung des Papiers verhindern.
3. Doppelkonische Nippelschraubverbindung für Graphitelektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Innehaltung des gewünschten Abstandes der Gewindeflanken, die der Stoßstelle der Elektroden abgekehrt sind, bei Raumtemperatur ein radial gemessener Abstand zwischen jeweils gegenüberliegender Gewindespitze und Fuß des Gegengewindes des Nippels und der Schachtel von mindestens 0,05 °/o des Scheiteldurchmessers des Nippels eingehalten ist.
4. Doppelkonische Nippelschraubverbindung für Graphitelektroden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des Nippels in Längs- (Axial-) Richtung aL zu dem in Quer-(Radial-) Richtung aQ mit dem Neigungswinkel β der Gewindeflanken zur Elektrodenachse so abgestimmt ist, daß — gleich oder kleiner als
tg β ist.
5. Doppelkonische Nippelschvaubverbindung für Graphitelektroden nach Anspruch 1 oder einem der nachstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel β der am Schachtelgewinde anliegenden Flanke des Nippels zum Lot auf die Elektrodenachse größer als 0° und kleiner als 30°, vorzugsweise zwischen 5 und 20° ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 909 577/350 7.
DES57158A 1957-04-11 1958-02-28 Verbindung von Kohle- und Graphitelektroden fuer elektrische OEfen mittels doppelkonischer Gewindenippel aus Kohle oder Graphit Pending DE1061458B (de)

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