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Schraubverbindung für zwei aus Kohle oder Graphit bestehende
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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 AnpressdruckderElektrodenstirnflächen gegeneinander umgewandelt wird. Für die angeführte Umwandlung des durch die thermische Ausdehnung bedingten Radialdruckes in einer den Anpressdruck der Stirnflächen
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gibt. Erfahrungsgemäss kommt man mit den üblichen Koksrohstoffen über ein Verhältnis der thermischen Ausdehnungen ct L zu ctQ von 1 : 3 bis 1 : 4 nicht hinaus.
Es ist deshalb zweckmässigen bewusster Weiterführung der dargelegten Gedankengänge den Neigungswinkel der am Schachtelgewinde anliegenden Flanke des Nippelgewindes zur Elektrodenstirnfläche dem Verhältnis der Längs- zur Querausdehnung der verfügbaren Nippel anzupassen, also z. B. bei einem Verhältnis von Längs- zur Querausdehnung etwa von l : l einen Neigungswinkel von 450 zu wählen.
Um die Verhältnisse bei der Ausdehnung von Nippel und Schachteln zu erläutern, sind nachstehend 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 α1 = 2,2 . 10-6 je C thermischer Ausdehnungskoeffizient Cl. 5. 10-'je Oc
In beiden Fällen wird die Schraubverbindung mit einem Anzugsmoment von 4] 5 kgm ausgeführt und ein Nippel mit einem Scheiteldurchmesser von etwa 300 mm und einem Gewindeflankenwinkel von 300 bei drei Gewindegängen je Zoll verwendet. a) Bisherige Ausführungsart.
Die Nippel hatten einen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung von Cl. = 3, 0. 10-und KQ = 3, 5. 10-6. Die mittlere Bearbeitungstoleranz betrug minus 0, 10 mm (Untermass des Nippels).
Hieraus ergibt sich eine mittlere Breite der Gewindeflankenberührungsflächen von 4,15 mm. b) Erfindungsgemässe Ausführungsform.
Es werden Nippel mit Koeffizienten der thermischen Ausdehnung = 1, 8. 10' und < XQ= 3, 5. 10-6 verwendet. Die erfindungsgemässe mittlere Toleranz der Nippel betrug minus 005 mm. Daraus ergibt sich eine mittlere Breite der Gewindeberührungsflächen von 3, 95 mm.
Die zwecks symmetrischen Einschraubens des Nippels in den beiden Gewindeschachteln verwendete Papiereinlage in den Gewinden beider Elektroden hat eine Dicke von 0, 2 mm, das durch Anziehen der Gewindeverbindung auf etwa 0, l mm zusammengedrückt wird.
Theoretisch ergibt sich die Stärke der komprimierten Beilage d aus geometrischen Überlegungen mit d = 1/2. Untertoleranz des Nippels. sin ss.
Im Falle eines Gewindeneigungswinkels von 300 gegen die Elektrodenstirnfläche ergibt sich somit d = 1/4. Untertoleranz des Nippels.
Beide Arten von Elektrodenverbindungen wurden in mehreren Parallelversuchen gemeinsam auf 1600 Oc erhitzt und gleichzeitig aus dem Stahlofen herausgezogen. Bei der unter Betriebsverhältnissen eintreten- den Abkühlung sind bei den Verbindungen nach Beispiel a) jene Schachteln, in die der Nippel zuerst eingeschraubt worden ist, in Längsrichtung gerissen. Auch die jeweiligen Gegenschachteln zeigten in 50% der Fälle derartige Risse.
Bei den erfindungsgemässen Schraubverbindungen nach Beispiel b) dagegen traten unter den gleichen Betriebsbedingungen keine Schachtelrisse auf. Eine vergleichsweise Überprüfung der elektrischen Über- gangswiderständein Nippelschraubverbindungen nach den Beispielen a) und b) hat ergeben, dass der mitt-
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- 65 %Stromes über die Stossstellen der Elektroden fliessen und nur der Rest über die Nippel.
Hiemitistwohldergleichbleibende mittlere Gesamtwiderstand trotz Verringerung der Gewindeberührungsflächen um etwa 50/0 im Beispiel b) gegenüber Beispiel a) zu erklären.
Die Kräfteverhältnisse sind in den Fig. 2 bis 4 wiedergegeben. Durch die vorhandene Gewinderauhigkeit wird jedoch besonders bei grösseren Flankenneigungen (ss > 30 ) nicht immer die grössere radiale Ausdehnung des Nippels gegenüber der der Schachtel und der dadurch bewirkte Flächendruck PF durch ein Gleiten der Gewindeflanken ausgeglichen werden können. Es kann bei schwachen Stellen in der Schachtel daher zum Reissen kommen. Beim reinen Sägezahngewinde (Neigungswinkel ss= 0 ) entsteht beim stärkeren Ausdehnen des Nippels wohl kein Druck auf die Gewindeflanken, es fehlt aber auch der durch die stärkere Nippelausdehnung bewirkte Anpressdruck auf die Stirnflächen der Elektroden, wie ein solcher aus den Fig. 2 und 4 hervorgeht.
Ausserdem fehlt hiebei die Selbstzentrierung des Nippels im Gewinde und es müssen zusätzliche Zentrierhilfen vorgesehen werden. Es wird deshalb eine Nippelschraub-
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vorzugsweise 50 - 200 aufweist.
Bei den erfindungsgemäss vorgeschlagenen Neigungswinkeln erfolgt wohl noch'die Zentrierung und auch eine Umwandlung der Radialausdehnung in eine Stirnflächenpressung, doch ist bei kleineren Winkeln das Übertragungsverhältnis entsprechend dem Tangens des Neigungswinkels und somit die Belastung der Gewindeflanken bedeutend niedriger.
Bei kleinen Winkeln allerdings können die im vorstehenden angeführten Überlegungen eines bestimm- ten 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 nicht ohne weiteres realisierbar sind. Die Lösungsmöglichkeit mit kleinen Flankenwinkeln 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.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schraubverbindung für zwei aus Kohle oder Graphit bestehende und vorzugsweise einen Durchmesser über 400 mm aufweisende Elektroden, mit einem doppelkonischen Gewindenippel aus Kohle oder Graphit, der in entsprechende Innengewindeschachteln der zu verbindenden Elektroden derart einschraubbar ist, dass nur die den Stirnseiten der zu verbindenden Elektroden zugewandten Gewindeflanken der Nippelgewinde die entsprechenden Gewindeflanken der Elektrodeninnengewinde berühren und die Stirnseiten der zu verbindenden Elektroden im verschraubten Zustand festaufeinanderliegen, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Verhältnis der Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des Nippels in
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(Axial-)als (tgss) ist.