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Vorrichtung zum Befestigen runder Bolzen in vorgebohrten Löchern, insbesondere von Nippeln in gebrannten Kohleblöcken für die Aluminiumelektrolyse
Bei der Erzeugung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse werden nach einem bekannten
Verfahren vorgebrannte Blöcke aus Kunstkohle als Anoden benützt. Die Kohleblöcke dieser Anoden sind mit seitlich angebrachten Metallbolzen, sogenannten Nippeln, versehen. Die Nippel werden in
Bohrungen der Kohleblöcke mittels einer elektrisch leitenden Masse befestigt, ragen zum Teil aus den
Kohleblöcken heraus und dienen zum Befestigen der Anoden an den Tragorganen und gleichzeitig zur
Stromzuführung. Das Befestigen der Nippel in den Bohrlöchern der Kohleblöcke wird durch Einstampfen der elektrisch leitenden Masse in dem Zwischenraum zwischen Bohrlochwandung und Nippel bewerk- stelligt.
Dieser Zwischenraum kann wegen des erforderlichen geringen Übergangswiderstandes zwischen Nippel und Kohleblock kaum grösser als 10 mm gewählt werden. Infolgedessen ist das Einstampfen der
Nippel eine zeitraubende und eine besondere Sorgfalt erfordernde Handarbeit, zumal an diese Nippel- verbindung hohe Anforderungen an elektrischer Leitfähigkeit und mechanischer Festigkeit gestellt werden.
Diese Anforderungen werden bei dem bisher bekannten Stampfverfahren trotz Verwendung besonders geeigneter Pressluftstampfer und besonders entwickelter Vorrichtungen für die Justierung der Nippel und Zuführung der Stampfmasse nicht mit Sicherheit erfüllt, weil die Eigenheiten des Stampfbetriebes für die Erzielung einer gleichmässigen Güte der Verbindung hinderlich sind.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Befestigen runder Bolzen in vorgebohrten Löchern, insbesondere von Nippeln in gebrannten Kohleblöcken für die Aluminiumelektrolyse, durch Einpressen einer plastischen Masse in den Zwischenraum zwischen Bolzen und Bohrlochwandung, wobei die Nachteile der bekannten Arbeitsweise vermieden und Nippelverbindungen gleichmässiger und hoher Qualität erzielt werden.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine in diesen Zwischenraum passende hohle Schnecke vorgesehen ist, die über einen Hohlzylinder von einer gleichfalls hohlen Welle angetrieben und vermöge ihrer Schwerkraft oder durch Druckwirkung in das Bohrloch gedrückt wird, dass innerhalb der Schnecke und des Hohlzylinders eine axial verschiebbare, jedoch gegen Verdrehung gesicherte und an ihrem vorderen Ende zum Festhalten des Bolzens innerhalb des Bohrloches gabel- oder zangenartig ausgebildete Haltestange und ein, die plastische Masse aufnehmender und die Pressvorrichtung umgebender Trichter vorgesehen ist, durch dessen Mündung der Hohlzylinder mit der hohlen Schnecke axial bewegbar ist, dass der Trichter mit einem Flansch an seiner Spitze vermöge der Schwerkraft oder durch Druckwirkung gegen das Bohrloch pressbar ist,
wobei die plastische Masse mittels eines an der Aussenseite des Hohlzylinders angeordneten, beispielsweise aus schmalen, steilen Schneckengängen gebildeten Leitwerkes der hohlen Schnecke zugeleitet wird.
Zwischen dem Zylinder und der Wand des Bohrloches verbleibt noch so viel Zwischenraum, dass durch diesen die elektrisch leitende Masse nach der am vorderen Ende des Zylinders befindlichen Schnecke gefördert werden kann. Diese Förderung wird durch ein auf der Oberfläche des Zylinders befindliches, aus Schneckengängen gebildetes Leitwerk erzielt. Die Schnecke ist im Verhältnis zu ihrem Durchmesser sehr kurz und besitzt nur eine oder wenige Windungen geringer Steigung. Sie ist hohl, d. h. ihr Innendurchmesser entspricht dem des Zylinders, so dass sie den Nippel ebenfalls mit geringem Spiel umschliesst ; im Gegensatz zu dem Zylinder ist aber ihr Aussendurchmesser so gross, dass sie mit geringem Spiel auch an den Bohrlochwandungen anliegt. Dadurch wirkt sie besonders zentrierend auf die Stellung des Nippels im Bohrloch.
Die Justierung der am Nippel befindlichen Kontaktfläche sowie der zum Befestigen der Tragorgane der Anode dienenden Bohrung in bezug auf die Achsen des Kohleblockes geschieht dadurch, dass das ausserhalb des Bohrloches verbleibende Ende des Nippels, an welchem sich diese Kontaktfläche
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blockes von einem Trichter umgeben ist, in welchem sich die elektrisch leitende Masse befindet. Bei
Beginn des Pressvorganges durchdringt die Schnecke nebst Zylinder die untere Spitze des Trichters und dringt in das Bohrloch im Kohleblock ein. Die untere Spitze des Trichters ist flanschförmig ausgebildet und wird während des Pressvorganges fest an die Fläche des Kohleblockes gepresst, z. B. mittels Pressluft oder durch die Schwerkraft.
Im gewöhnlichen Fall, dass der Nippel nicht senkrecht, sondern schräg zur
Fläche des Kohleblockes angeordnet ist, ist auch der Flansch am unteren Ende des Massetrichters schräg in bezug auf die Achse des Trichters angebracht. Beim Anpressen des Trichterflansches an den Kohle- block entsteht daher ein seitlicher Schub, welcher die Zentrierung der Schnecke samt Zylinder im Bohrloch stört. Aus diesem Grund ist am Massetrichter bzw. an dessen Flansch eine Stütze angebracht, welche sich an einer Kante des Kohleblockes regulierbar abstützt und den Schub aufnimmt, so dass die Zentrierung der Schnecke gesichert ist.
Die Konsistenz der elektrisch leitenden Masse erfordert meist noch eine regelbare Zuteilung aus einem
Vorratsbunker in den Trichter, welche mit bekannten Mitteln, wie mittels Schnecke oder Zellenrad, durchgeführt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist in ihrer einfachsten Ausführungsform senkrecht wirkend, d. h.
Schnecke und Zylinder sind vertikal angeordnet.
Eine andere Ausführungsform enthält zwei oder mehr Schnecken einschliesslich Zylinder parallel nebeneinander zum gleichzeitigen Befestigen von zwei oder mehreren Nippeln in einer Seitenfläche eines
Kohleblockes. Bei dieser Zwillings- oder Mehrfachvorrichtung sind die Schnecken nebst Zylinder zweckmässig waagrecht angeordnet. Diese Maschinen können mit gemeinsam oder getrennt angetriebenen Pressvorrichtungen versehen sein.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele von Maschinen, welche die oben beschriebenen Vorrichtungen enthalten, wiedergegeben. Ausserdem ist ein Ausführungsbeispiel eines Kohleblocks für kontinuierliche vorgebrannte Anoden mit eingesetzten Nippeln zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der erfindungsgemässen Maschine zum Befestigen dieser Nippel in diesem Kohleblock mittels einer elektrisch leitenden Masse wiedergegeben.
Fig. 1 und 2 zeigen einen Aufriss und Seitenriss eines Kohleblockes mit eingesetzten Nippeln. Fig. 3 zeigt einen Aufriss einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Maschine teils im Schnitt. Fig. 4 ist ein Seitenriss der in Fig. 3 dargestellten Maschine. Fig. 5 zeigt ein Detail der Schnecke nebst Zylinder und Fig. 5 a die Abwicklung der Schnecke. Fig. 6 zeigt die Sperre für die Haltestange im Schnitt a-b gemäss Fig. 3. Fig. 7 zeigt einen teilweisen Schnitt einer andern Ausführungsform der Maschine im Aufriss.
In den Fig. 1 und 2 ist der Kohleblock mit 1 bezeichnet. An jeder der zwei gegenüberliegenden senkrechten Seiten 2 des Kohleblockes sind zwei Nippel 3 in den Bohrlöchern 4 dadurch befestigt, dass in den Zwischenräumen 5 zwischen Nippel und Bohrlochwandung eine elektrisch leitende Masse eingepresst ist.
Die Nippel 3 ragen mit ihrem hinteren Ende aus dem Kohleblock heraus ; dieses Ende ist mit einer Kontaktfläche 6 und mit einer Bohrung 7 versehen, welche zum Befestigen der Tragstangen, die gleichzeitig der Stromzuführung dienen, vorgesehen sind.
In den Fig. 3,4 und 5 sind folgende Einzelteile der Maschine zu erkennen. Mit 8 ist die Tragsäule der Maschine und der auf ihr auf-und abgleitende horizontale Tragarm 9 bezeichnet, welcher einen Schlitten 10 trägt, an dem die eigentliche Pressvorrichtung befestigt ist. Durch die vertikale Beweglichkeit des Tragarmes 9 auf der Säule 8 und die horizontale Beweglichkeit des Schlittens 10 auf dem Tragarm 9 kann die Pressvorrichtung in die erforderliche Stellung zu dem Bohrloch 4 in dem Kohleblock 1 gebracht werden. Die vertikale Bewegung wird durch die Kolbenstange 11 im Zylinder 12 hydraulisch und die horizontale Bewegung des Schlittens mittels der Leitspindel 13 bewirkt. Mit dem Schlitten 10 ist das Lagergehäuse 21 fest verbunden. Dieses Lagergehäuse nimmt die eigentliche Pressvorrichtung auf, welche
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sinn der Schnecke 23 verhindert.
In der hohlen Antriebswelle 20, welche vom Getriebe 18 durch das Gehäuse 21 geführt ist und unten den hohlen Zylinder 22 und die hohle Schnecke 23 trägt, befindet sich die Haltestange 25, welche von der Auf- und Abwärtsbewegung der eigentlichen Pressvorrichtung 18 bis 23 sowie von der Umdrehung der Antriebswelle 20, des Zylinders 22 und der Schnecke 23 unabhängig ist.
Die Haltestange 25 kann mittels des Pressluftzylinders 26 auf- und abwärts gefahren werden, so dass ihr vorderes, gabelartig ausgebildetes Ende 27, an welchem der Nippel befestigt wird, entweder zwecks Wechseln des Nippels aus der hohlen Schnecke 23 nach unten herausgeschoben werden kann oder sich während des Pressvorganges innerhalb der Schnecke 23 bzw. des Zylinders 22 befindet.
Die Haltestange 25 wird durch die Sperrscheibe 29 daran gehindert, die Umdrehungen der hohlen Antriebswelle 20, des Zylinders 22 und der Schnecke 23, innerhalb welcher sie von oben nach unten geführt ist, mitzumachen. Die Sperrvorrichtung (Fig. 6) besteht aus der Sperrscheibe 29, in der die Haltestange 25 geführt ist und welche zwei gegenüberliegende, um 1800 versetzte Sperrzähne 30 besitzt.
Der Sperrbolzen 31, welcher von der Feder 32 radial gegen die Sperrscheibe 29 gedrückt wird, blockiert einen der beiden Sperrzähne, so dass sich die Scheibe 29 mit der Haltestange 25 nicht im Drehsinn der
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Pressvorrichtung drehen kann. Dagegen lässt sich die Haltestange einschliesslich der Sperrscheibe im entgegengesetzten Sinn drehen, so dass die Haltestange 25 und der an ihrem unteren zangenartig ausge- bildeten Ende 27 befestigte Nippel 3 je nach Erfordernis eine von zwei um 1800 gegeneinander verdrehte
Stellungen einnehmen kann, was wegen der verschiedenen Stellung der Kontaktflächen 6 bei zwei in einer Kohleblockfäche 2 angeordneten Nippeln 3 notwendig ist (Fig. 2).
Das in Fig. 5 dargestellte eigentliche Pressorgan, welches aus der Schnecke 23 und dem Zylinder 22 besteht, zeigt eine verhältnismässig geringe Zahl und eine steile Ganghöhe der Schneckenwindungen 33, welche in den Flächen 34 enden, die nicht senkrecht zur Schneckenachse stehen, sondern etwas abgeschrägt sind. Die Schnecke 23 sowie der Zylinder 22 umschliessen den Nippel mit geringem Spiel.
Die Schnecke 23 liegt mit ihren Gängen 33 dicht an der Wandung des Bohrloches 4 in dem Kohle- block 1 an. Dagen ist der Zylinder 22 so dünnwandig ausgebildet, dass zwischen ihm und der Wandung des Bohrloches 4 genügend Spaltbreite bleibt, um die Masse aus dem Trichter 16 nach der Schnecke 23 gelangen zu lassen, wobei das auf der Oberfläche des Zylinders angeordnete, aus in Fig. 5 vereinfacht dar- gestellten Schneckengängen gebildete Leitwerk 35, welches einem sehr steilen Schneckengang ähnlich ist, den Transport der Masse bewirkt.
In Fig. 4 zeigen 36 einen Vorratsbehälter und 37 eine Zuteilungsschnecke für die Masse und 38 eine
Vorrichtung zum Abfangen des seitlichen Schubs, welcher durch das Aufpressen des schrägen Flan- sches 39 am unteren Ende des Trichters 16 auf die schräggestellte Fläche 2 des Kohleblockes 1 entsteht.
Die Vorrichtung stützt sich an der benachbbarten Seite des Kohleblockes ab und ist durch Handrad 40 und Spindel 41 regulierbar. Der Trichter 16 ist mit den Säulen 14, der Traverse 15 und dem Zylinder 26 fest verbunden. Die Säulen 14 gleiten durch die Bohrungen der Traversen 17, 17'. Damit wird die notwendige Unabhängigkeit einerseits der axialen Bewegungen des Trichters 16 und anderseits der eigentlichen Pressvorrichtung gesichert, wobei diese Bewegungen durch die mit den Säulen 14 fest verbundenen Anschläge 60 begrenzt werden. Dadurch ist es möglich, die Eintauchtiefe der Schnecke 23 in dem Bohrloch 4 zu begrenzen.
In Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Maschine dargestellt. Diese ist mit zwei horizontal wirkenden Pressvorrichtungen ausgestattet, mit welcher die beiden an einer Fläche 2 eines Kohleblockes 1 nebeneinander angeordneten Nippel 3 durch gleichzeitiges Einpressen von elektrisch leitender Masse in den Zwischenraum 5 zwischen den Nippeln 3 und den Bohrlöchern 4 in diesen befestigt werden.
Die Maschine mit horizontal liegenden Schneckenpressen weicht in ihrer Ausführung in einigen Punkten von der zuerst beschriebenen vertikalen Ausführungsform ab, obgleich die eigentliche Pressvorrichtung zum Einpressen der elektrisch leitenden Masse in den Zwischenraum 5 zwischen Nippel 3 und Bohrloch 4 im Prinzip nicht verändert ist. Die Maschine besitzt an Stelle der Säule 8, der Gleitbahn 9 und des
Schlittens 10 ein feststehendes Gehäuse 42, Die für die zwei parallel übereinanderliegenden Pressvorrichtungen vorgesehenen zwei Massetrichter 61, von denen in Fig. 7 nur einer zu sehen ist, werden durch die Schubstange 43 an die Fläche 2 des Kohleblockes 1 angedrückt und durch die Dichtungen 44 an den beiden Bohrlöchern 4 abgedichtet.
Diese Schubstange 43 wird durch den Zylinder 45 mittels Druckflüssigkeit oder Pressluft betätigt. Die hohlen Antriebswellen 46 der beiden Pressvorrichtungen können in den Antriebszylindern 47 zwar in Richtung ihrer Längsachse gleiten, werden jedoch durch die Drehung der Antriebszylinder 47 kraftschlüssig mitgedreht, was z. B. durch Nuten und Federn auf den sich berührenden Flächen 46 und 47 erzielt werden kann. Diese Antriebswellen 46 treiben die an ihrem vorderen Ende befestigten Zylinder 22 und Schnecken 23 an. Die Antriebszylinder 47 werden ihrerseits von dem Motor 19 über Schneckengetriebe 48 angetrieben. Die für die Schneckenpressen erforderliche Schubkraft in Richtung der Achsen der Bohrlöcher 4 wird durch Zylinder 49 und an deren Kolbenstangen befestigten Querhäuptern 50 mittels Druckflüssigkeit oder Pressluft bewirkt.
Die hohlen Antriebswellen 46 sind in diesen Querhäuptern (Traversen) 50 drehbar gelagert. An Stelle der Haltestange 25 ist bei der horizontal wirkenden Maschine je ein Rohr 51 in den hohlen Antriebswellen 46 angeordnet.
Diese Rohre 51 sind darin längs verschiebbar, aber nicht drehbar. Am vorderen Ende dieser Rohre 51 ist eine Zange 52 angebracht, welche den Nippel 3 während des Pressvorganges in der erforderlichen Lage im Bohrloch 4 festhält. Diese Zange 52 wird durch einen Kolben 53 mittels des Keilstückes 54 geschlossen, wenn sich Druckluft in dem Rohr 51 befindet, und durch die Feder 55 wieder geöffnet, wenn das Rohr 51 wieder druckentlastet wird.
Das Rohr 51 ist, wie bereits erwähnt, in der Antriebswelle 46 längs verschiebbar und kann mit der Zange 52 und dem Nippel 3 entweder in eine erste Stellung, in welcher der Nippel 3 sich im Bohrloch 4 in seiner richtigen Lage beim Einpressen der elektrisch leitenden Masse befindet, oder in eine zweite Stellung gebracht werden, in welcher sich der Nippel 3 in der Höhe des Fensters 56 befindet, welches in der hohlen Antriebswelle 46 angeordnet ist. Durch dieses Fenster 56 wird nach Beendigung des Pressvorganges ein neuer Nippel 3 in das Innere der Welle 46 eingelegt und an der Zange 52 befestigt.
Die erforderliche Verschiebung des Rohres 51 in die erwähnten zwei Stellungen wird durch die Zylinder 57 bewirkt, welche doppeltwirkend sind und mittels Druckflüssigkeit oder Druckluft betätigt werden. In dem mit dem Rohr 51 verbundenen Kolben 58 im Zylinder 57 befindet sich eine Bohrung 59, durch welche Druckluft aus dem Zylinder 57 in das Rohr 51 strömt, um die Zange 52 zu betätigen, wenn das Rohr vor Beginn des Pressvorganges in die vordere Stellung geschoben wird.