DE2555688C2 - Verbindung von Kohlenstoff- und Graphitelektroden - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Elektrodenverbindung mit einem ersten und einem zweiten jeweils an den Stirnflächen mit einer ein Innengewinde aufweisenden Schachtel versehenen Elektrodenabschnitt und einem ein Außengewinde aufweisenden, mit dem Schachtelgewinde verschraubten Nippel, in welcher die auslaufenden Gewindegänge eine geringere Tiefe als die voll im Eingriff stehenden Gewindegänge haben.

Kohlenstoff- und Graphitelektroden werden seit langem als Elektroden für Lichtbogenofen, z. B. für die Erzeugung von Elektrostahl verwendet. Die Elektroden bestehen aus einer Anzahl untereinander mechanisch und elektrisch verbundener Abschnitte oder Stränge, deren Ergänzung entsprechend den Verlusten durch Abbrand oder metallurgische Reaktionen einen nahezu kontinuierlichen Ofenbetrieb ermöglicht. Es bedarf keiner näheren Begründung, daß die Verbindungen der Elektrodenabschnitte Schwachstellen der Elektroden darstellen, und es hat nicht an Versuchen gefehlt, die mechanische Belastbarkeit der Verbindung durch eine verbesserte geometrische Auslegung oder durch eine Steigerung der Festigkeit der verwendeten Kohlenstoff- bzw. Graphitmaterialien zu erhöhen. Die günstigsten Ergebnisse werden mit Nippelverbindungen erzielt, in denen jeweils zwei an den Stirnseiten mit einer schachteiförmigen Ausnehmung mit einem Innengewinde versehene Elektrodenabschnitte durch einen mit einem Außengewinde versehenen Nippel derartig verschraubt sind, daß die Stirnflächen der Elektrodenabschnitte sich berühren. Der Schraubnippel ist zylindrisch oder doppelkonisch ausgebildet, und die Symmetrieebene des Nippels fällt praktisch in die Ebene der Stirnflächen.

Die Problematik einer derartigen Verbindung besteht darin, daß die vergleichsweise eine geringe Fläche aufweisenden Nippel das Gewicht sämtlicher Elektrodenabschnitte tragen, so daß nur Kohlenstoff- bzw. Graphitqualitäten mit besonders hoher Festigkeit für Nippel geeignet sind. Größere Graphit- und Kohlenstoffkörper, wie z. B. die Elektrodenabschnitte lassen sich jedoch nicht in den gleichen bruchfesten Qualitäten herstellen. Die Materialeigenschaften der beiden Verbindungsteile, insbesondere der thermische Ausdehnungskoeffizient, der Elastizitätsmodul und die Temperaturabhängigkeit dieser Eigenschaften sowie der Anisotropiegrad sind entsprechend verschieden, wodurch beim Erhitzen der Elektroden zusätzliche Spannungen in den Verbindungen entstehen. Aus der Analyse von Schadensfällen und aus Modellrechnungen ist bekannt daß die größten Spannungen im Nippel im Bereich der Symmetrieebene und in den Elektrodenabschnitten im Bereich des Schachtelbodens auftreten. Nach der deutschen Offenlegungsschrift 22 34 411 und den amerikanischen Patentschriften 36 12 586 und 36 46 240 ist es bekannt, durch das Entfernen von Gewindegängen, insbesondere im Schachtelgewinde, die Spannungen in diesem Bereich zu verringern. Diese Verbesserungen reichen jedoch für thermisch und mechanisch hochbelastete Elektroden nicht aus, die Bruchwahrscheinlichkeit wesentlich zu reduzieren. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Spannungskonzentrationen innerhalb der gesamten Verbindung zu vermeiden oder wenigstens wesentlich zu verringern und die Bruchwahrscheinlichkeit von Elektrodenverbindungen zu verkleinern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Elektrodenverbindung der eingangs genannten Art gelöst, in der die Tiefe des Schachtelgewindes zum Schachtelgrund hin und die Tiefe des Nippelgewindes zum Nippeläquator hin jeweils über mehrere Gewindegänge stetig verringert ist

Unter Gewindetiefe ist die Differenz von Außendurchr.iesser und Kerndurchmesser eines Gewindegangs zu verstehen. Die Gewindetiefe ist erfindungsgemäß im Bereich der Gewindeausläufe von Schachtel und Nippel, d. h„ im Bereich der Elektrodenstirnflächen und im Bereich der Nippelstirnflächen kleiner als in den dazwischen liegenden Bereichen des Gewindes, wobei die Gewindetiefe im Grenzfall Null betragen kann. Die reduzierte Gewindetiefe wird bei unverändertem Flankendurchmesser durch Verkleinerung des Außendurchmessers des Nippel- bzw. Vergrößerung des Kerndurchmessers des Schachtelgewindes erhalten, d. h, durch Abtragen der Spitzen der Gewindegänge. Besonders wirksam sind über die Gewindelänge sich stetig ändernde Gewindetiefen, wobei die Gewindetiefe der Schachtelgewinde im Bereich der Nippelstirnflächen etwa Null ist und stetig in Richtung auf die Elektrodenstirnflächen zunimmt und die Gewindetiefen des Nippelgewindes ein Minimum im Bereich der Elektrodenstirnflächen aufweisen und in Richtung auf die Nippelstirnflächen zunehmen.

Die Wirkung der Erfindung beruht auf dem Abbau von bruchauslösenden Spannungsspitzen in dem jeweils letzten Gewindegang und einer gleichmäßigeren Verteilung der wirkenden Kräfte auf die gesamte Verbindungsteile. In den bekanntgewordenen Elektrodenverbindungen wird die Spannungsverteilung etwa durch die Wegnahme eines Gewindegangs nur in einem kleinen Bereich verbessert. Die in diesem Bereich benachbarten Gewindegänge sind größeren Spannungen ausgesetzt und trotz verringerter Maximalspannung bleibt die ungleichmäßige und für die Bruchwahrscheinlichkeit von keramischen Stoffen abträgliche Spannungsverteilung in der Verbindung bestehen. Die erfindungsgemäße Verbindung enthält keine schroffen Übergänge, die Gewindetiefe und damit der Gewindeeingriff von Schachtel- und Nippelgewinde ändern sich vielmehr stetig, und die wirkenden Kräfte werden nahezu gleichmäßig auf die gesamte Verbindungsteile verteilt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Elektrodenverbindung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts A in

Fig. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts B in Fig.1.

Die Elektrodenverbindung besteht aus einem ersten Elektrodenabschnitt 1 und einem zweiten Elektrodenabschnitt 2 mit schachtelartigen, mit einem Innengewinde versehenen Ausnehmungen 3, in die ein mit einem Außengewinde versehener, die Elektrodenabschnitte an deren Stirnflächen 6 verbindender Nippe! 5 eingeschraubt ist Eine vergrößerte Ansicht A der Schraubverbindung im Bereich des auslaufenden Nippelgewindes ist in F i g. 2 dargestellt Die Tiefe des Schachtelgewindes 7 und damit der Eingriff des Nippelgewindes 8 nehmen stetig in Richtung auf den zeichnerisch nicht dargestellten Boden der Schachtel 4 ab. In der in F i g. 3 dargestellten vergrößerten Ansicht B aus dem Bereich der auslaufenden Schachtelgewinde nach F i g. 1 nimmt die Tiefe des Nippelgewindes in Richtung auf die Stirnfläche 6 ab, analog verhält sich der Eingriff des Schachtelgewindes 7.

Die zeichnerisch dargestellte Ausführung ist insbesondere für thermisch und mechanisch hochbelastete Elektroden und für solche Verbindungen geeignet, die Nippe! und Elektrodenabschnitte mit sehr verschiedenen Eigenschaften enthalten. Für weniger kritische Bedingungen reicht häufig eine Veränderung der Gewindetiefe entweder im Bereich der Nippelstirnfläche oder im Bereich der Stirnflächen der Elektroden aus. Unter diesen Bedingungen kann die eine kleinere Gewindetiefe aufweisende Zone auf einen Tei! der gesamten Gewindelänge beschränkt bleiben.

Die rechnerisch ermittelte relative Spannungsverteilung in einer Elektrodenverbindung gemäß Fig. 1—3 wird im folgenden mit der Spannungsverteilung in einer herkömmlichen Verbindung verglichen (die Gewindegänge sind in der Schachtel vom Schachtelboden aus numeriert, im Nippel vom Nippeläquator).

relative Werte der Spannung

herkömmliche Verbindung

Verbindung nach

Fig. 1-3

45

55

Schachtel	100	55
1. Gewindegang	50	48
2. Gewindegang	40	4?
3. Gewindegang	33	37
4. Gewindegang	28	33
5. Gewindegang
Nippel	100	45
1. Gewindegang	40	30
2. Gewindegang	23	23
3. Gewindegang	18	19
4. Gewindegang	14	16
5. Gewindegang

Die Rechnung wurde bestätigt durch die Ergebnisse praktischer Versuche mit Lichtbogenelektroden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrodenverbindung mit einem ersten und einem zweiten jeweils an den Stirnflächen mit einer ein Innengewinde aufweisenden Schachtel versehenen Elektrodenabschnitt und einem ein Außengewinde aufweisenden, mit dem Schachtelgewinde verschraubien Nippel, in welcher die auslaufenden Gewindegänge eine geringere Tiefe als die voll im Eingriff stehenden Gewindegänge haben, d a durch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Schachtelgewindes zum Schachtelgrund nin und die Tiefe des Nippelgewindes zum Nippeläquator hin jeweils über mehrere Gewindegänge stetig verringen ist.