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Verfahren zur Sicherung der Schraubnippelverbindung bei Kohle- oder Graphitelektroden für elektrische Öfen gegen Lockerung
Die einwandfreie und sichere Vernippelung von Kohle- und Graphitelektroden ist trotz zahlreicher
Vorschläge und Erfindungen immer noch, besonders bei Grosselektroden, ein nicht gelöstes Problem. Durch das hohe Gewicht dieser Elektroden, die nach dem Zusammennippeln einiger Elektroden zu einem Strang ein Gesamtgewicht von mehreren Tonnen ergeben, treten alle Faktoren, die zum Lockern der Nippel und zum befürchteten Auseinandergehen der Stirnflächen der Elektroden führen, in stark erhöhtem Masse in
Erscheinung, so dass der Stromübergang bei sehr hohen Stromstärken von 50000 - 60000 Ampere Spitzen- belastung nicht mehr gewährleistet ist.
Zur Sicherung der Nippelstelle sind die im folgenden beschriebenen Verfahren üblich und bekannt :
Der Nippel wird vor dem Einschrauben mit einem der bekannten Kitte auf Teer-, Pech-, Harz- oder
Wasserglasbasis bestrichen. Beim Erwärmen verkokt der Kitt, wobei der entstehende Koks einerseits Nippel und Nippelschachtel unlösbar verbinden und anderseits den Übergangswiderstand erniedrigen soll. Bei kleineren Elektrodenabmessungen führt dieses Verfahren unter günstigen Ofenbedingungen zum Erfolg. Bei Grosselektroden werden aber die Schwierigkeiten aus naheliegenden Gründen sogar erhöht, denn die zwischen den Gewindegängen eingebrachte Kittschicht schwindet beim Trocknen und Verkoken. Wenn dieser Schwindungsvorgang auch nur einige zehntel Millimeter in den einzelnen Gewindegängen ausmacht, addieren sich diese Abstände.
Durch das hohe Gewicht des Elektrodenstranges wird der Nippel nach unten gezogen, die Stirnflächen gehen auseinander und der Strom ist gezwungen, seinen Weg über die Elektrodenschachtel in den Nippel zu nehmen, wobei durch Ausfall der Stirnflächen als Kontaktflächen eine Überlastung der Nippel auf das zirka Dreifache ihrer normalen Belastung eintritt.
Ein anderes Verfahren sieht vor, den Nippel oder die Schachtel der Elektrode ganz oder teilweise mit Teer oder Pech zu imprägnieren. Beim Erhitzen schwitzt dieses eingebrachte Mittel aus und verkittet ebenfalls die Gewindeflächen. Dieses Verfahren hat sich in zahlreichen Fällen bewährt, es hat aber unter gewissen Ofenbedingungen den Nachteil, besonders bei zu raschem Nachsetzen der Elektrode, dass das Imprägniermittel direkt als flüssiges Schmiermittel den Lockerungsvorgang begünstigt, wenn es nicht im richtigen Zeitpunkt verkokt.
Die gleiche nachteilige Erscheinung tritt auch bei der Verwendung von kohlenstoffhaltigenGewinde- nippeln mit in radialen Aussparungen des Nippels angeordneten vorgeformten Pechpatronen auf, denn auch hier wird durch das geschmolzene Pech der Lockerungsvorgang begünstigt. Zudem ergibt sich durch die Einarbeitung der radialen Aussparungen eine Schwächung des Gewindenippels.
In einem andern Fall sind in den Endflächen der Elektrodenstücke oder der Nippel oder in deren Nähe Höhlungen mit einer Füllung aus schmelzbarem, kohlenstoffhaltigen Material vorgesehen. Beim Erhitzen schmilzt das kohlenstoffhaltige Material und verlauft über die in die Gewindeteile von Nippel und Endstücken eingearbeiteten Längsnuten bzw. über die in den Nippeln radial angeordneten Kanäle über die Verbindungsflächen von Endstücken und Nippel und verklebt unter dem Hitzeeinfluss die Oberflächen.
Nachdem hier, wie in den beiden vorher beschriebenen Fällen, schmelzbares, kohlenstoffhaltiges Mate-
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rial zur Verkittung verwendet wird, besteht auch hier die Gefahr der Lockerung der Verbindung vor der Verkokung der Kittmasse. Die hier eingearbeiteten Längsnuten im Nippel- oder Sockelgewinde, die zur besseren Verteilung des geschmolzenen Kittmaterials dienen, erstrecken sich in diesem Fall überdieganze Länge des Gewindenippels bzw. des Sockels und enden kurz vor der untersten Windung. Die Nuten sind dabei nicht viel tiefer als die Gewindetiefe und nur einige Millimeter weit.
Ein vielgeübtes Verfahren ist das Sichern der Nippelstelle mit Graphitstiften, die seitlich durch die Schachtel in den Nippel durch vorgebohrte Löcher getrieben werden. Erfahrungsgemäss treten durch die Spannungen, die durch den auf Abscherung stark beanspruchten Graphitstift verursacht werden, Risse in der Elektrodenschachtel auf. Ein Lockern der Gewindestelle ist die unvermeidliche Folge.
Nach der Erfindung erfolgt die Sicherung der Schraubnippelverbindung bei Kohle- oder Graphitelektroden für elektrische Öfen gegen Lockerung, unter Verwendung von selbsterhärtendem Kittmaterial, das vor der Verkokung nicht mehr erweicht, in der Weise, dass in die Stirnflächen des Gewindenippels undin den.
Boden der Gewindeschachteln mehrere über die ganze Fläche verteilt angeordnete Vertiefungen eingearbeitet und der freie Raum zwischen Nippelstirnfläche und Schachtelboden und die Vertiefungen mit dem erwähnten Kittmaterial ausgefüllt werden, so dass nach dem Erhärten des Kittmaterials an den Enden des Gewindenippels je eine Scheibe aus Kittmaterial mit in die Nippelstirnfläche und in den Schachtelboden hineinragendenZapfen entsteht, wodurch eine Verdrehung des Gewindenippels durch die sperrende Wirkung der Zapfen verhindert wird.
Eine zusätzliche Sicherung der Verbindung kann dadurch erfolgen, dass in das Gewinde von Nippel und Schachtel mehrere quer zu den Gewindegängen verlaufende Vertiefungen in Form von Nuten derart eingearbeitet werden, dass beim Zusammenschrauben von Nippel und Elektroden die Nuten im Nippelgewinde den Nuten im Schachtelgewinde gegenüberstehen oder sich kreuzen. Die Nuten werden ebenfalls mit dem erwähnten Kittmaterial ausgefüllt.
Die Einbringung des Kittmaterials in die freien Räume, die sich durch die Einarbeitung der Vertiefungen in den Berührungsflächen von Nippel und Gewindeschachteln bilden, erfolgt nach der Verschraubung der beiden Teile.
Zur Einbringung des Kittmaterials nach der Verschraubung ist in Höhe des Gewindeschachtelbodens, eine dünne Bohrung von etwa 2 - 3 mm Durchmesser in der Wandung der Gewindeschachteln vorgesehen, durch welche das Kittmaterial von aussen unter hohem Druck eingepresst wird.
Damit die in den Hohlräumen vorhandene Luft entweichen kann, wird in die Elektrodenstirnflächen eine zick-zack-förmig verlaufende Nut eingearbeitet.
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die Einbringung der Kittmasse nur durch die Bohrung der aufgesetzten Elektrode zu erfolgen braucht, da das Kittmaterial durch die Längsbohrung in die unteren freien Räume gelangt und diese ausfüllt. In diesem Falle kann die Luft durch die Bohrung in der unteren Elektrode entweichen. Die Längsbohrung im Nippel ist dann gleichfalls mit Kittmaterial angefüllt.
Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Kittmaterials können der Kittmasse in bekannter Weise Metalle oder Metallkarbide beigefügt werden.
Um ein Schwinden der eingepressten Kittmasse und damit eine Verschlechterung des Kontaktes durch Ablösen der Kittmasse von den Elektrodenwandungen zu verhindern, kann dem Kittmaterial ein gastreibendes Mittel wie Ammoniumbikarbonat beigefügt werden, durch das die Kittmasse an alle Elektrodenflächen fest angedrückt wird. Das Entweichen der Gase, die bei der Verkokung entstehen, kann durch die Anordnung von Kapillaren in der Gewindeschachtel erleichtert werden.
In der Zeichnung ist das Wesen der Erfindung an Hand von einigen Figuren näher erläutert. Die Fig.
1 und 2 zeigen je einen Längsschnitt durch eine Schraubnippelverbindung mit der erfindungsgemässen Sicherung gegen Lockerung der Verbindung. Fig. 3 zeigt die Stirnfläche des Gewindenippels. Fig. 4 zeigt ebenfalls einen Längsschnitt durch eine Schraubnippelverbindung und Fig. 5 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B in Fig. 4.
Die Elektroden a und b nach Fig. 1 sind durch einen konischen Gewindenippel c verbunden. Die Stirnflächen des Gewindenippels und der Boden der Gewindeschachteln sind mit mehreren zylindrischen Vertiefungen d versehen. In Höhe des Gewindeschachtelbodens ist in beiden Elektroden eine dünne Bohrung e vorgesehen, durch welche unter hohem Druck von aussen ein selbsthärtendes Kittmaterial in die freien Räume zwischen Gewindenippel und Gewindeschachtel hineingepresst wird. In der unteren Elektrode b ist der freie Raum zwischen Nippel und Schachtel lediglich wegen der besseren Veranschaulichung frei gelassen worden. Nach dem Erhärten der Kittmasse ist eine Lockerung der Verbindung durch die sperrende Wirkung der in die Vertiefung d eingreifenden Zapfen der aus dem hineingepressten Kittmaterial gebildeten Scheiben f nicht mehr möglich.
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Die beiden Elektroden a und b nach Fig. 2 sind auch hier durch einen konischen Gewindenippel c verbunden. Die Vertiefungen d in den Stirnflachen des Nippels und im Boden der Gewindeschachteln sind in diesem Fall halbkugelartig ausgebildet. Auch hier sind in den Elektroden a und b in Höhe des Gewin- deschachtelbodens dünne Bohrungen e angeordnet. Der Gewindenippel ist in diesem Fall mit einer dünnen
Längsbohrung g versehen. Das Kittmaterial wird hier unter hohem Druck von aussen durch die dünne Boh- rung e in der Elektrode a in die freien Räume zwischen Nippel und Schachtel hineingepresst. Durch die
Längsbohrung g gelangt das Kittmaterial auch in die freien Räume der Elektrode b.
Nach dem Erhärten der Kittmasse bilden sich auch hier zwischen Nippelstirnfläche und Schachtelboden die Scheiben f, die durch die in die Vertiefungen d eingreifenden Zapfen eine Verdrehung des Nippels verhindern. Die Boh- rung e in der Elektrode b ermöglicht das Entweichen der Luft aus den Zwischenräumen.
Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäss ausgebildete Stirnfläche des Gewindenippels mit den eingearbeiteten
Vertiefungen d.
Die Elektroden a und b sind nach Fig. 4 durch den Gewindenippel c fest miteinander verbunden. Um ein Lockern der Verbindung zu vermeiden, sind in die Stirnflächen des Gewindenippels und in den Boden der Gewindeschachteln halbkugelförmige Vertiefungen d eingearbeitet, die mit einem selbsterhärtenden
Kittmaterial ausgefüllt werden, das durch die Bohrungen e unter hohem Druck von aussen in die freien
Räume zwischen Nippel und Schachtel hineingepresst wird. Als zusätzliche Sicherung sind in das Gewin- de des Nippels und der Schachtel mehrere Längsnuten h eingearbeitet, welche ebenfalls mit Kittmasse ausgefüllt werden. Die Längsnuten sind dabei so angeordnet, dass nach dem Zusammenschrauben von Nip- pel und Elektroden die Nuten im Nippelgewinde den Nuten im Schachtelgewinde gegenüberstehen.
Er- reicht wird dies unter Zuhilfenahme von eigens hiefür entwickelten Messgegenständen, durch die ein be- stimmte Punkt auf den Nippel- und Elektrodenstirnflächen festgelegt wird. Von diesem Punkt aus erfolgt die Festlegung der Nuten in genauen Abständen voneinander. Nach dem Einschrauben des Nippels muss dann der Punkt auf der Nippelstirnfläche dem Punkt auf der Elektrodenstirnfläche gegenüberstehen. Ist dies der Fall, dann stehen auch die Nuten im Nippelgewinde den Nuten im Schachtelgewinde etwa gegenüber. Geringe Unterschiede können sich nur ergeben durch die Toleranzen bei der Herstellung. Erfahrungsgemäss sind aber diese Unterschiede gering und man kann sie dadurch ausgleichen, dass die Nuten in der Schachtel etwas breiter ausgeführt werden als die Nuten im Nippelgewinde.
Durch die Ausfüllung der Nuten mit Kittmaterial entstehen so mehrere Bolzen zwischen Nippel- und Schachtelgewinde, die zusammen mit den zwischen Nippelstirnfläche und Schachtelboden gebildeten Scheiben f ein Verdrehen des Nippels verhindern.
In Fig. 5 ist mit a die Elektrode, mit c. der Gewindenippel und mit h sind die mit Kittmaterial angefüllten Längsnuten in dem Gewinde von Nippel und Schachtel bezeichnet.
Wie erwähnt, ist es auch möglich, das Kittmaterial unmittelbar vor der Verschraubung des Nippels mit den Elektroden einzubringen. In diesem Fall wird das erhartende Kittmaterial auf den Boden des Nippelloches der unteren Elektrode, auf die obere Stirnfläche des Gewindenippels und gegebenenfalls in die das Gewinde an mehreren Stellen unterbrechenden Nuten aufgetragen. Beim Zusammenschrauben der Elektroden wird das Kittmaterial dann fest zusammengepresst und unter hohen Druck gesetzt, wobei der Kitt weggedrückt wird und alle Hohl- und Zwischenräume an den Nippelenden voll ausgefüllt werden. Ein Verdrehen ist nach dem Erhärten der Kittmasse nicht mehr möglich.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung entfällt das immerhin schwierige Einarbeiten einer dünnen Bohrung in die Gewindeschachteln, das unter Umständen die Schachtelwand etwa schwächen könnte, und es wird jegliche Gefahr für die Bildung von Rissen vermieden. Auch die Anordnung einer Längsbohrung im Nippel ist nicht erforderlich.
Durch die erfindungsgemässe Sicherung der Schraubnippelverbindung wird nicht nur eine Lockerung der Verbindung verhindert, sondern es wird zugleich auch ein guter Stromübergang an den Stirnflächen des Gewindenippels erzielt.
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