DE1023534B

DE1023534B - Elektrodenverbindung

Info

Publication number: DE1023534B
Application number: DEU3928A
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Stroup
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1955-06-02
Filing date: 1956-05-30
Publication date: 1958-01-30
Also published as: US2836806A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindung von Kohle-Elektroden, deren mit Bohrung und Innengewinde versehenen Endstücke durch entsprechende Kohle-Nippel am Außengewinde verschraubt sind, die bei erhöhter Betriebstemperatur eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit besitzen und insbesondere für elektrische Öfen geeignet sind.

Nach den bisherigen Vorschlägen mußte an jedem Ende des Nippels der Verbindung je ein elektrisch leitendes Plättchen angewendet werden, da ohne ein solches Plättchen eine erhebliche Stromdichte und ein Erhitzen der Sockelwandungen an der Basis und eine raschere Oxydation der Außenflächen der Elektrodenteile radial außerhalb der Nippel-Endteile eintritt. Als Material für solche Plättchen sind zahlreiche Stoffe vorgeschlagen worden. Ein Vorschlag gaht dahin, Metallwolle anzuwenden, jedoch werden die Elektrodenteile und ihre Verbindungen Temperaturen unterworfen, die höher liegen als die Schmelztemperaturen der üblichen Metalle.

Bei Verwendung eines verjüngten Nippels treten andere und schwierigere Probleme auf. Es ist schwer, den verjüngten Nippel genau in den ersten und üblicherweise unteren Elektrodenteil in dem geeigneten Maße einzusetzen. Wird der verjüngte Nippel in diesen ersten Elektrodenteil zu weit eingesetzt, so sitzt er so fest, daß das übliche Spiel zwischen Nippel und Sockel bzw. deren Schraubenwindungen verschwindet. Das bringt die Gefahr mit sich, daß der Nippel oder der Elektrodenteil leichter bricht infolge Temperaturbeanspruchungen und Vibrationen der Elektrode im Ofen während ihrer Verwendung. Eine andere Gefahr ist die, daß beim Aufschrauben des letzten zu verbindenden Teiles auf den Nippel, bis die Endflächen der Teile festen Kontakt haben, das Spiel in diesem letzten Teil leicht zu groß wird, so daß bei diesem letzten Teil eine geringere Kontaktfläche als bei dem ersten Teil entsteht, mit der Folge eines ungleichen elektrischen Widerstandes und eines ungleichen Erhitzens der beiden Elektrodenteile während der Verwendung. Wenn der verjüngte Nippel in den ersten Teil in einem geringeren Maße, als es erforderlich ist, eingeschraubt wird, so wächst die Gefahr eines ungleichen Spiels im letzten Teil der Elektrode bei dem Inkontaktbringen der Endflächen der Elektrodenteile.

Gemäß der Erfindung weist die Verbindung je ein zwischen jedes stirnseitige Ende des Kohle-Nippels und den jeweiligen Boden der Bohrungen der Endstücke eingelegtes, elektrisch leitendes Plättchen aus zusammendrückbarem Graphit auf, dessen Durchmesser annähernd so groß ist wie der Durchmesser des Bodens der Bohrung der Endstücke.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform, bei der ein verjüngter Kohle-Nippel verwendet wird, weist die Zusammendrückbarkeit des. Plättchens unter einem vorbestimmten Druck ein geringes Spiel an den Schrauben-Elektrodenverbindung

Anmelder:

Union Carbide Corporation,
New York, N.T. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. Dr. rer. pol. K. Köhler,
Patentanwalt, München 2, Amalienstr. 15

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 2. Juni 1955

Robert Charles Stroup, Lewiston, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

windungen des unteren Elektrodenteils auf, wenn das obere Endstück mit seiner Stirnfläche im Kontakt mit der Endfläche des unteren Elektrodenteils ist, wobei die Schraubenwindungen des oberen Teils ein Spiel behalten. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das Plättchen aus zusammendrückbarem Graphit aus gesintertem oder natürlichem Graphit, wobei die Zusammendrückbarkeit der Hälfte der Dicke des Plättchens entspricht.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Plättchen von einer Hülle umgeben, die bei den Betriebstemperaturen schmilzt oder sich zersetzt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrodenverbindung, bei dem ein elektrisch leitendes Plättchen aus Graphit in das Endstück einer Elektrode eingesetzt, ein Nippel in den Sockel unter Zusammenpressung des Plättchens in einem wesentlich geringeren Maße, als der vollständigen Zusammendrückbarkeit des Plättchens entspricht, eingeschraubt, ein entsprechendes Plättchen in den Boden der Sockelausnehmung des Endes des anderen Elektrodenteils eingelegt, der Nippel in diesen Teil unter Zusammendrücken des Plättchens, in einem etwas größeren Maße, als das erste Plättchen zusammengedrückt ist, eingeschraubt wird, die beiden Teile der Elektrode gegeneinander weitergedreht werden unter weiterem, in gleichem Maße erfolgendem Eindrehen des Nippels in jeden Teil, bis die Endflächen der Teile in gute elektrisch leitende Berührung gebracht sind.

Infolge der Verwendung eines Plättchens aus zusammendrückbarem Graphit, dessen Durchmesser an-

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nähernd so groß ist wie der Durchmesser des Bodens der Bohrung der Endstücke, werden die oben geschilderten bisherigen Nachteile vermieden.

Es ist eine Elektrodenverbindung vorgeschlagen, bei der zerkleinertes Pech in einer Ausnehmung des Sockels eingelegt ist. Dieser Vorschlag hat jedoch den Nachteil, daß dieses Pech nicht in der Lage ist, das Spiel zwischen dem Gewinde des Nippels und dem Gewinde des Elektrodensockels einzustellen. Dies gelingt dagegen nach der

Nippel richtig in seine Fassung eingeschraubt ist. Wird der Nippel zu eng bzw. fest in seine Fassung in dem Elektrodenteil eingeschraubt, so würde das übliche Spiel, das die Zeichnung zeigt, ausgefüllt werden; wenn nun der nächste Elektrodenteil auf den Nippel aufgeschraubt wird und die Endflächen 13 a miteinander in Berührung gebracht werden, so würde das Spiel in diesem später angefügten Elektrodenteil größer sein als in dem ersten Teil. Dies hätte den Nachteil, daß der Widerstand

Erfindung durch Verwendung eines Plättchens aus zu- io zwischen einem Teil der Elektrode und dem Nippel einen sammendrückbarem Graphit auf einfache und vorzüg- von dem Widerstand zwischen dem Nippel und dem liehe Weise, während der bekannte Vorschlag sich mit anderen Teil unterschiedlichen Wert hätte, wohingegen diesem Problem nicht befaßt und dieses Problem nicht es erwünscht ist, daß die Leitfähigkeit zwischen Nippel löst. und jedem Teil im wesentlichen gleich ist. Ein übliches

Die Zeichnung zeigt bevorzugte Ausführungsformen 15 Verfahren zum Einsetzen der Plättchen und des Nippels der Erfindung, und zwar zeigt schafft ein gleiches Spiel der Schraubenwindung auf

Fig. 1 eine Ansicht, teilweise geschnitten, der Ver- jeder Seite des Nippels. Nach Einsetzen des Plättchens 15a bindung gemäß der Erfindung, in den ersten Teil der Elektrode zur Aufnahme des Nip-

Fig. 2 eine teilweise geschnittene perspektivische pels 12α wird der Nippel üblicherweise so eingesetzt, daß Ansicht des leitenden Plättchens gemäß der Erfindung, 20 er einen leichten Druck durch Einschrauben von Hand

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Längsansicht einer auf das Plättchen ausübt. Es wird dann das gegenüber-Elektrodenverbindung gemäß der Erfindung mit einem liegende Plättchen in den anderen Teil der Elektrode doppelkonischen Nippel. eingelegt und der Nippel in diesen zweiten Teil so weit

Fig. 1 zeigt zwei Elektrodenteile 10 und 11 einer Ofen- eingesetzt, daß er auf das zweite Plättchen einen etwas elektrode, die verbunden sind durch einen zylindrischen, 25 größeren zusammenpressenden Druck ausübt als auf das mit Schraubengewinde versehenen Nippel 12, derart, daß erste Plättchen. Die beiden Teile werden dann zusätzlich ihre Endflächen 13 dicht aneinanderliegen und eine gegeneinander gedreht. Dadurch wird das erste Plättchen Stromleitung zwischen den Teilen über diese Endflächen zusammengedrückt und dann das zweite, dann wieder und durch den Nippel 12 geschaffen ist. Das zusammen- das erste usw., wobei abwechselnd eine weiteres Zudrückbare leitende Plättchen 15 besteht aus gesintertem 30 sammendrücken jedes Plättchens durch geringere Dre- oder natürlichem Graphit, der gebildet sein kann durch hungen erfolgt, bis die Endflächen 13 a in gut leitender Zersetzen von Siliciumcarbid bei erhöhten Temperaturen. Berührung stehen und die Räume auf beiden Seiten des Der zusammendrückbare Graphit 16, der deformierbar Nippels auf diese Weise zwangläufig angeglichen sind mit und schwer zu behandeln ist, ist mit einer Auflage bzw. gleichen Abständen auf den gegenüberliegenden VerUmhüllung 17 versehen aus einem Material, das bei den 35 jüngungen des Nippels, ohne daß die Notwendigkeit der hohen Temperaturen, denen die Elektrodenverbindung sorgfältigen Abmessung der für das Zusammendrücken

"unterworfen wird, zerstört wird, z. B. aus einer Aluminiumfolie als Auflage oder Umhüllung, die bei tieferen Temperaturen leitet und bei höheren Temperaturen und vor Erreichung der Höchsttemperaturen schmilzt.

Andere Materialien, z.B. Polyäthylenfolien, sind ebenfalls geeignet. In den Fällen, in denen sehr genau gearbeitet werden kann, kann es erwünscht sein, daß das Plättchen sich etwas ausdehnt, statt zusammengedrückt zu werden, insbesondere nach Zerstörung der Auflage; in solchen Fällen ist, wie gefunden wurde, eine leitende Auflage aus einem Gemisch von Graphit mit einer geringen Menge von oxydiertem Graphit geeignet.

Zur Erhaltung einer im wesentlichen gleichförmigen Verteilung des zusammendrückbaren Graphits und zur Versteifung des Bolzens können abteilende Mittel, wie z.B. Klammern (Fig. 2), verwendet werden.

In der Ausführungsform der Fig. 3 sind die Elektrodenteile 10a und 11a, vorzugsweise aus Graphit, durch einen

jedes Plättchens angewendeten Verdrehungskraft notwendig ist. Auf diese Weise wird das Spiel auf jeder Seite des Nippels gleichgemacht.

Beispielsweise zeigten gemäß der Erfindung hergestellte Verbindungen, nachdem sie elektrisch so weit belastet waren, bis die Elektrodenoberfläche eine Temperatur von etwa 1000° erreichte, nach dem Abkühlen folgende Widerstandswerte:

Widerstand der Verbindung (Ohm)

% Plättchen

Zusammen-

drückung

Vor dem
Belasten.

Nach dem Belasten

Änderung

25 % 0,00081 0,00135 + 66°/₀

ohne Plättchen .. 0,00130 0,00280 - 115 °/„

38% 0,00066 0,00061 — 8°/₀

doppelt konischen Nippel 12a verbunden, unter Anein- 55 ^oIme Plättchen .. 0,00048 0,00147 + 198 °/₀

anderdrücken der Endflächen 13 a der Teile zur Bildung 47% 0,000325 0,00032 — 2 %

eines leitenden Kontaktes, durch den ein großer Teil des ohne Plättchen .. 0,000279 0,00107 +318% Stromes hindurchgeht. Zwischen dem Boden der Ausnehmung 14a jeden Teiles und der angrenzenden End- Unter den Vorteilen der Erfindung mag die Fähigkeit fläche des Nippels liegt ein Plättchen 15 a (Fig. 2) aus 60 des Plättchens zur Verminderung der Stromdichte in dem zusammendrückbarem Graphit. Angrenzend an das Ende an den Boden angrenzenden Seitenteil des Nippelsockels des Nippels sind an sich bekannte radiale bzw. diametrale
Ausnehmungen 20 vorgesehen für einen vorgeformten
Bolzen bzw. Kartusche aus Pech oder einem anderen
wärmehärtenden bindenden Material.

Das Plättchen 15 a und der Nippel 12a werden zunächst in jeden Elektrodenteil eingesetzt. Ohne ein solches Plättchen zwischen dem Boden der Ausnehmung für den Nippel in dem erhitzten Teil und der Nippelend-

und die Verminderung der Oxydierung der Außenfläche der Sockelwandungen radial außen an den Stellen der Enden des Nippels erwähnt sein. Im Gegensatz zu zusammendrückbaren Plättchen anderer Art ist das Plättchen gemäß der Erfindung in der Lage, die Leitfähigkeit der Verbindung bei der hohen Arbeitstemperatur der Elektrode zu verbessern, bei denen Stahl oder andere Eisenlegierungen schmelzen. Bei der Verbindung gemäß

fläche würde es schwierig sein, festzustellen, wann der 70 der Erfindung mit verjüngtem Nippel schafft die Ver-

wendung des Plättchens in mindestens dem ersten Teil, in den der Nippel eingeschraubt wird, die Sicherheit, daß der Nippel in richtigem Maße in diesen Sockel eingeschraubt ist. Die Angleichung der Spiele zwischen den beiden Sockeln der Verbindung schafft eine Verbindung, die weniger Fehlerquellen durch Sprünge der Sockel mit sich bringt, da das Spiel in beiden Sockeln Spannungen aufnimmt, wie sie bei üblichen Verbindungen ohne Plättchen, bei denen in dem einen Sockel kein Spiel herrscht, auftreten.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbindung von Kohle-Elektroden, deren mit Bohrung und Innengewinde versehene Endstücke durch entsprechende Kohle-Nippel mit Außengewinde verschraubt sind, mit verbesserter elektrischer Leitfähigkeit bei erhöhten Betriebstemperaturen für elektrische Öfen, gekennzeichnet durch je ein zwischen jedes stirnseitige Ende des Kohle-Nippels und den jeweiligen Boden der Bohrungen der Endstücke eingelegtes, elektrisch leitendes Plättchen aus zusammendrückbarem Graphit, dessen Durchmesser annähernd so groß ist wie der Durchmesser des Bodens der Bohrung der Endstücke.

2. Verbindung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammendrückbarkeit des Plättchens unter einem vorbestimmten Druck zwischen einem verjüngten Kohle-Nippel und dem Gewinde des Endstücks der unteren Elektrode ein geringes Spiel an den Schraubenwindungen des unteren Elektrodenteils aufweist, wenn das obere Endstück mit seiner Stirnfläche im Kontakt mit der Endfläche des unteren Elektrodenteils ist, wobei die Schraubenwindungen des oberen Teils ein Spiel behalten.

3. Elektrisch leitendes Plättchen für Verbindungen von Elektroden gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus gesintertem oder natürlichem Graphit besteht und auf die Hälfte seiner Dicke zusammendrückbar ist.

4. Plättchen gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es von einer Hülle umgeben ist, die bei Betriebstemperaturen schmilzt oder sich zersetzt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung für Elektroden gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitendes Plättchen aus Graphit in das Endstück einer Elektrode eingesetzt, ein Nippel in den Sockel unter Zusammenpressung des Plättchens in einem wesentlich geringeren Maße, als der vollständigen Zusammendrückbarkeit des Plättchens entspricht, eingeschraubt, ein entsprechendes Plättchen in den Boden der Sockelausnehmung des Endes des anderen Elektrodenteils eingelegt, der Nippel in diesen Teil unter Zusammendrücken des Plättchens in einem etwas größeren Maße, als das erste Plättchen zusammengedrückt ist, eingeschraubt wird, die beiden Teile der Elektrode gegeneinander weitergedreht werden, unter weiterem, in gleichem Maße erfolgendem Eindrehen des Nippels in jeden Teil, bis die Endflächen der Teile in gute elektrisch leitende Berührung gebracht sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 867 268.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen