EP0053200A1

EP0053200A1 - Elektrode für Lichtbogenschmelzöfen

Info

Publication number: EP0053200A1
Application number: EP80107523A
Authority: EP
Inventors: Dieter Dr. Zöllner; Claudio Dipl.-Ing. Conradty; Friedrich Rittmann
Original assignee: Arc Technologies Systems Ltd
Current assignee: Arc Technologies Systems Ltd
Priority date: 1980-12-02
Filing date: 1980-12-02
Publication date: 1982-06-09
Also published as: ATE22383T1; JPS57119493A; TR21916A; IN155086B; ES508108A0; PT74061B; FI813636L; HU192078B; NZ199015A; CA1173482A; EP0053200B1; DK532781A; AU546162B2; YU279781A; KR870000098B1; SU1093266A3; DD208283A5; AU7769481A; PT74061A; DE3071765D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogenschmelzöfen, insbesondere sur Elektrostrahlherstellung, bestehend aus einem metallischen, flüssigkeitsgekühlten oberen Schaft (1) und einem ersetzbaren unteren Aktivteil (2) aus sich verbrauchendem Material, insbesondere Graphit, wobei eine gegenüber den stromführenden Bauteilen (11) des Schafts elektrisch isolierte Befestigungseinrichtung vergesehen ist, die den Schaft (1) und den Aktivteil (2) lösbar verbindet und die Kontaktflächen des Aktivteils (23) mit den Kontaktflächen (14) der stromführenden Bauteile (11) des Schafts in Druckanlage hält. Um eine Elektrode dieser Art derart weiterzubilden, daß sich bei Einräumung der Möglichkeit eines schnellen und einfachen Lösens bzw. Anschließens in bezug auf den Schaft (1) und den Aktivteil (2) eine einfache Ausbildung, insbesondere des anschlußseitigen Bereichs des Aktivteils, (2) ergibt, ist die Befestigungseinrichtung als Klemmvorrichtung (40, 60) ausgebildet, die unmittelbar auf das obere Ende des Aktivteils (2) derart einwirkt, daß die Klemmkraft das Material des Aktivteils (2) im wesentlichen auf Druck beansprucht, wodruch die physikalischen Eigenschaften des Materials des Aktivteils (2) so ausgenutzt werden, daß keine komplizierten anschlußseitigen Konstruktionen für das Aktivteil (2) erforderlich sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Lichtbogenschmelzöfen, insbesondere zur Elektrostahlherstellung, bestehend aus einem metallischen, flüssigkeitsgekühlten oberen Schaft und einem ersetzbaren unteren Aktivteil aus sich verbrauchendem Material, insbesondere Grafit, wobei eine gegenüber den stromführenden Bauteilen des Schafts elektrisch isolierte Befestigungseinrichtung vorgesehen ist, die den Schaft und den Aktivteil lösbar verbindet und die Kontaktflächen des Aktivteils mit den Kontaktflächen der stromführenden Bauteile des Schafts in Druckanlage hält.
Elektroden für Lichtbogenschmelzöfen sind starken thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Die starken thermischen Beanspruchungen resultieren aus den hohen Arbeitstemperaturen bei derartigen Lichtbogenschmelzöfen, insbesondere bei der Elektrostahlherstellung. Große mechanische Belastungen ergeben sich beim Einfahren der Elektroden durch Berührung mit Schrott und in die Schmelze einrutschende Schrottteile (sog. Schrottversetzungen). Darüber hinaus werden die Elektroden auf elektromagnetische Weise in Schwingungen versetzt, die erhebliche Frequenzen und Amplituden annehmen können. Hierdurch treten große Beschleunigungskräfte auf, die auf die Elektroden als Biege- oder Torsionsbeanspruchungen wirken. Hinzu kommt der insgesamt rauhe und staubbehaftete Betrieb bei der Stahlherstellung. Aufgrund dieser Bedingungen wirft die Verbindung des Schafts mit dem Aktivteil bei derartigen Elektroden erhebliche Schwierigkeiten auf. Trotzdem kommt es darauf an, die Verbindung zwischen dem Schaft und dem Aktiviteil im Aufbau einfach, leicht lösbar und geringe elektrische Verluste ergebend zu gestalten.
Bislang hatten sich in erster Linie Schraubverbindungen zwischen dem Schaft und dem Aktivteil durchgesetzt (vgl. als Beispiel aus einem umfangreichen Stand der Technik die DE-AS 27 39 483). Bei dieser Verbindungsart weist der Schaft an seinem unteren Ende eine Muffe oder dergleichen auf, die ein Innengewinde besitzt. Am oberen Ende des Aktivteils ist ein Sackloch mit ebenfalls einem Innengewinde ausgebildet. In diese beiden Innengewinde wird ein Schraubnippel eingeschraubt, der vorzugsweise aus demselben Material wie der Aktivteil besteht, d.h. in erster Linie aus Grafit.
Für derartige Schraubverbindungen sind spezielle Gewinde entwickelt worden. Diese Gewinde sind nicht nur an das Material des Aktivteils bzw. der Schraubnippel angepaßt, sondern sollen auch weitgehend den geschilderten Betriebsbedingungen Rechnung tragen. Das Gewinde muß hierfür möglichst weitgehend selbsthemmend sein. Es muß darüber hinaus gute elektrische Kontaktflächen bilden, da zumindest streckenweise ein nicht unerheblicher Teil der Strommenge über den Schraubnippel läuft. Darüber hinaus wurden Tabellen entwickelt, die angeben, mit welchem Drehmoment im Einzelfall die Schraubnippel angezogen werden müssen, um die Kontaktflächen zwischen dem Schaft und dem Aktivteil in die gewünschte Druckanlage zu bringen, die für einen ausreichenden elektrischen Kontakt zwischen diesen Kontaktflächen sorgt.
Die Schraublösung hat sich zwar im Einsatz als solche bewährt. Jedoch gestaltet sich bei manchen Anwendungen das Wechseln der Aktivteile langwierig und aufwendig. In diesem Zusammenhang wären Konstruktionen wünschenswert, die bei ausreichender thermischer und mechanischer Festigkeit ein schnelleres Lösen eines verbrauchten Aktivteils von dem zugehörigen Schaft bzw. ein zügigeres und einfacheres Anbringen eines unverbrauchten Aktivteils an dem Schaft ermöglichen. Darüber hinaus zwingt die zunehmende Verteuerung der Aktivteile durch Erhöhung der Rohstoff- und Energiekosten zu einer vollständigen Nutzung des Materials der Aktivteile.
Es ist bereits eine Elektrode der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art bekannt geworden (DE-OS 28 11 877), die es grundsätzlich gestattet, ein verbrauchtes Aktivteil vom oberen Schaft einfach zu lösen und ein unverbrauchtes Aktivteil wieder an den Schaft anzuschließen. Diese bekannte Konstruktion ist dadurch charakterisiert, daß der Stromübergang zwischen dem Metallschaft und dem _Aktivteil und die lösbare Verbindung zwischen Schaft und Aktivteil funktionsmäßig getrennt worden sind. Allerdings setzt die Befestigungseinrichtung der bekannten Elektrode eine spezielle Ausbildung des oberen Endes des Aktivteils voraus. Das obere Ende des Aktivteils ist nämlich mit einem speziell ausgebildeten Anschlußstück versehen, das aus einer runden Platte besteht, auf deren Unterseite ein dem Plattendurchmesser entsprechender axialer Kragen und auf deren Oberseite ein Fortsatz geringeren Durchmessers angeordnet ist, der einen radial vorspringenden Rand aufweist. In einer zentralen Bohrung des Anschlußstückes ist eine Zugschraube für die Verspannung des Anschlußstücks mit dem Aktivteil angeordnet. Zu diesem Zweck ist das obere Teilstück des Aktivteils in der Weise ausgebildet, daß es den Kopf der Zugschraube umschließt und in den Kragen eingreift, der an der Berührungsstelle konisch ausgebildet ist. Hierdurch wird ein Auseinanderbrechen des oberen Endes des Aktivteils unter der Wirkung von Querkräften und der Zugschraube verhindert. Auf seiten des Schaftes umfaßt die Befestigungseinrichtung einen Käfig in Form eines Hohlzylinders, der am unteren Ende auf seinem Umfang mit mehreren Ausnehmungen versehen ist, in die Klemmkörper eingesetzt sind. Diese sind radial beweglich und haben die Form von Kugeln oder Rollen. Der Käfig steht mit einem Hydraulikzylinder mit einem Kolben in Verbindung, durch den der Käfig und mit ihm die Klemmkörper gegenüber dem Zylinder in axialer Richtung bewegt werden können. Die Klemmkörper wirken dabei mit einer schrägen Steuerkante zusammen, so daß die Klemmkörper beim Anheben durch den Hydraulikzylinder durch die Steuerkante radial nach innen bewegt werden, wodurch sie unterhalb eines Randes eines Fortsatzes des Anschlußstückes zur Anlage gelangen. Hierdurch wird eine formschlüssige Verriegelung des aktiven Teils mit dem Schaft bewirkt.
Die Befestigungseinrichtung der geschilderten bekannten Elektrode ist äußerst kompliziert. Dies resultiert in erster Linie aus der Notwendigkeit, daß der Aktivteil mit einem besonders ausgebildeten Anschlußstück versehen werden muß, das durch eine Zugschraube mit dem oberen Ende des Aktivteils verspannt werden muß. Diese Konstruktion ist deshalb erforderlich, weil bei der gewählten Anordnung das Material des Aktivteils auf Zug beansprucht wird. Die Zugfestigkeit einschlägiger Materialien für Aktivteile, insbesondere Grafit, ist aber erheblich niedriger als die Druckfestigkeit der betreffenden Materialien. Die bei der bekannten Lösung gewählte Anordnung mit Anschlußstück und Zugschraube für den Aktivteil verteuert diese Elektroden ersichtlich erheblich.
Ein weiterer Nachteil des Systems ist das Erfordernis, metallische tragende Teile ungekühlt als Befestigungselemente im heißen Aktivteil der Elektrode angeordnet zu haben.
Bei einer im wesentlichen ähnlich ausgebildeten weiteren bekannten Elektrode wird anstelle des geschilderten Kugel-Mechanismus ein Zangen-Mechanismus verwendet (US-PS 3 311 693, Fig. 2). Auch bei dieser Konstruktion muß das obere Ende des Aktivteils mit einem speziell ausgebildeten Anschlußstück versehen werden, so daß für diese Anordnung dieselben Nachteile gelten wie für die zuerst beschriebene Elektroden-Konstruktion.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode der vorausgesetzten Art so weiterzubilden, daß sich bei Einräumung der Möglichkeit eines schnellen und einfachen Lösens bzw. Anschließens in bezug auf den Schaft und den Aktivteil eine einfache Ausbildung insbesondere des anschlußseitigen Bereichs der Aktivteile ergibt. Dabei liegt dieser Aufgabenstellung die überlegung zugrunde, die physikalischen Eigenschaften des Materials des Aktivteils so auszunutzen, daß keine komplizierten anschlußseitigen Konstruktionen für das Aktivteil erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird bei einer Elektrode der vorausgesetzten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Befestigungseinrichtung als Klemmvorrichtung ausgebildet ist, die unmittelbar auf das obere Ende des Aktivteils derart einwirkt, daß die Klemmkraft das Material des Aktivteils im wesentlichen auf Druck beansprucht.
Die Erfindung geht aus von der Tatsache, daß die Druckfestigkeit der üblicherweise für Aktivteile verwendeten Materialien erheblich höher ist als die Biegefestigkeit und die Zugfestigkeit. Für Grafit ist beispielsweise die Druckfestigkeit ca. drei- bis dreieinhalbmal größer als die Zugfestigkeit bzw. die Biegefestigkeit. Nachdem nun erfindungsgemäß die Klemmvorrichtung so an dem oberen Ende des Aktivteils angreift, daß die Klemmkraft das Material des Aktivteils im wesentlichen auf Druck beansprucht, macht sich die Erfindung die hohe Druckfestigkeit einschlägiger Materialien für die Aktivteile zunutze. Aufgrunddessen kann eine ausreichende Klemmkraft auf den Aktivteil übertragen werden, ohne daß es im Gegensatz zum Stand der Technik erforderlich ist, ein separates Anschlußstück mit dem oberen Ende des Aktivteils zu verbinden, auf das die Klemmkraft der Klemmvorrichtung übertragen wird. Aufgrund der Ausnutzung der hohen Druckfestigkeit der einschlägigen Materialien für das Aktivteil kann trotz des unmittelbaren Aufbringens der Klemmkraft auf das Aktivteil diese entsprechend hoch gewählt werden, so daß sie den hohen mechanischen Beanspruchungen, denen die einschlägigen Elektroden unterliegen, widersteht und zuverlässig den Aktivteil im Schaft hält.
Da bei der erfindungsgemäßen Lösung die Klemmvorrichtung unmittelbar auf den oberen Abschnitt des Aktivteils einwirkt, kann dieser obere Abschnitt eine relativ einfache und deshalb billig zu erzeugende Form besitzen. Schon bei der Herstellung der Aktivteile kann deshalb dem oberen Abschnitt derselben diese Form in einem Arbeitsgang verliehen werden. Bei bestimmten Ausbildungen der Klemmvorrichtung kann sogar die heutige übliche Formgebung der voll aus Grafit bestehenden Elektroden beibehalten werden. Die bei den bekannten Elektroden erforderliche gesonderte Montage der Anschlußstücke unter Zuhilfenahme von Zugschrauben oder dergleichen entfällt. Damit sind die erfindungsgemäßen Elektroden wesentlich billiger herstellbar als die bekannten Konstruktionen.
Die erfindungsgemäße Klemmvorrichtung erlaubt darüber hinaus, insbesondere im Gegensatz zu den vorbekannten Konstruktionen, die mit Schraubnippeln arbeiten, ein einfaches und schnelles Lösen eines verbrauchten Aktivteils vom Schaft. Ein gleiches gilt für das Anbringen eines unverbrauchten Aktivteils am Schaft. Dadurch kann mit den erfindungsgemäßen Elektroden rationell unter Einsparung erheblicher Rüstzeiten gearbeitet werden.
Nachdem es bei den erfindungsgemäßen Elektroden nicht erforderlich ist, den Anschlußabschnitt der Aktivteile mit besonderen Konstruktionen zu versehen, ist es möglich, den Anschlußabschnitt der erfindungsgemäßen Aktivteile ebenfalls ohne weiteres zu verbrauchen. Dadurch wird eine erhebliche Materialeinsparung bzw. eine hohe Materialausnutzung gegenüber den bekannten Lösungen erreicht.
Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt es darüber hinaus, auch bei Hochleistungselektroden billigeres Material für die Aktivteile zu verwenden, als es derzeit für derartige Hochleistungselektroden eingesetzt wird. Für Hochleistungselektroden wird z.B. Grafit mit folgenden physikalischen Eigenschaften verwendet:
Es handelt sich hierbei um nachverdichtete Elektroden. Diese Elektroden sind z.B. bei einem Durchmesser von ca. 500 mm mit ca. 50.000 bis 55.000 A belastbar.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, Elektroden bei einem Durchmesser von ca. 400 mm mit ca. 50.000 bis 55.000 A zu belasten bei Einsatz eines Grafits mit folgenden physikalischen Eigenschaften:
Dabei handelt es sich um unverdichtete Grafitelektroden.
Nachdem bei erfindungsgemäßen Elektroden es im Gegensatz zum Stand der Technik nicht erforderlich ist, das obere Ende des Aktivteils mit einem besonderen Anschlußstück zu versehen, kann der Strom unmittelbar con den stromführenden Bauteilen des Schafts in den Aktivteil eingeleitet werden. Hierfür ist es lediglich erforderlich, Kontaktflächen der stromführenden Bauteile des Schafts in Anlage mit der oberen Stirnfläche des Aktivteils zu bringen. Bei den bekannten Konstruktionen war es hingegen in manchen Fällen erforderlich, an den Anschlußstücken der Aktivteile spezielle Kontaktflächen auszubilden (vgl. z.B. US-PS 3 311 693), die diese Anordnungen noch weiter verteuerten. Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es deshalb auf erheblich vereinfachte Weise, die Stromzuführung zwischen den stromführenden Bauteilen des Schafts und dem Aktivteil und die Klemmvorrichtung zum mechanischen Verbinden der beiden Bauteile der Elektrode funktionell zu trennen. Dadurch ergeben sich besonders einfache und materialgerechte Ausbildungsmöglichkeiten sowohl für die elektrische Verbindung als auch die mechanische Verbindung zwischen Schaft und Aktivteil.
Zweckmäßige Ausbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind aus den übrigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Danach ergibt sich aufgrund der Trennung der mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen Schaft einerseits und Aktivteil andererseits und des unmittelbaren Angriffs der Klemmvorrichtung an dem Material des Aktivteils aufgrund dessen Druckbeanspruchung durch die Klemmkraft eine besonders große Fülle an konstruktiven Möglichkeiten.
So ist es möglich, die Klemmvorrichtung nicht nur mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch zu betätigen. Es ist vielmehr auch die Möglichkeit eingeräumt, daß die Klemmkraft zumindest im wesentlichen durch das Eigengewicht des Aktivteils erzeugt wird.
Ferner kann die Klemmvorrichtung ein separates Kühlsystem aufweisen oder an die Kühleinrichtung des Schafts angeschlossen sein.
Die Klemmvorrichtung kann darüber hinaus den Aktivteil in dessen oberem Bereich von innen und/oder außen erfassen. Dabei muß nur die Maßgabe eingehalten werden, daß die Klemmkraft das Material des Aktivteils im wesentlichen auf Druck beansprucht.
Nachdem erfindungsgemäß die Klemmvorrichtung unmittelbar auf den Aktivteil einwirkt, ist es lediglich erforderlich, den Aktivteil je nach Art der Klemmverbindung durch Ausbildung von Paßstellen, öffnungen, Ausnehmungen und Riefen abzustimmen. Die jeweilige Form des Anschlußbereichs des Aktivteils kann schon bei der Herstellung des Aktivteils als solchem erzeugt werden. Bei besonders vorteilhafter Lösung kann der Aktivteil in unveränderter Form bzw. sogar ohne an den Grundherstellungsprozeß angeschlossene Nachbearbeitung eingesetzt werden.
Eine konkrete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung mindestens zwei Klemmbacken aufweist, die mittels einer Relativbewegung zu mindestens einer Schrägfläche radial und gemeinsam axial beweglich sind und in dem Aktivteil ein Sackloch mit einer hinterschnittenen Klemmfläche vorgesehen ist, mit der die Klemmflächen der Klemmbacken in Anlage bringbar sind. (Fig. 1 und 2).
Diese Klemmvorrichtung zeichnet sich sowohl durch eine hohe mechanische als auch hohe thermische Belastbarkeit bei einfachem Aufbau aus. Sie arbeitet mit einfachen Mitteln stets zuverlässig.
Eine besonders einfache Ausbildung der angesprochenen Konstruktion ergibt sich dadurch, daß die Schrägfläche unmittelbar zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Klemmbacken ausgebildet ist (Fig. 1 und 2).
Dabei ist es zweckmäßig, daß die Klemmbacken an der Schrägfläche formschlüssig, z.B. mittels einer Schwalbenschwanzführung, geführt sind.
Die Klemmvorrichtung kann aber auch mit Vorteil als Klemmhülse ausgebildet sein. Dabei sind zwei Möglichkeiten gegeben. Nach der einen Möglichkeit wird die Klemmkraft über die Außenfläche der Klemmhülse auf den Aktivteil aufgebracht. Nach der anderen Möglichkeit erfolgt dies über die Innenfläche der Klemmhülse.
Auch für die Ausbildung der Klemmhülse stehen vorteilhafterweise mehrere Varianten zur Verfügung. Die Klemmhülse kann entweder einteilig ausgebildet und mit einem Längsschlitz versehen oder aus einer Anzahl von Segmenten zusammengesetzt sein.
Eine weitere konkrete Ausbildung der erfindungsgemäßen Elektrode besteht darin, daß die Klemmvorrichtung den Aktivteil an dessen Mantelfläche erfaßt, das stromführende Bauteil des Metallteils innerhalb der Klemmhülse der Klemmvorrichtung angeordnet ist und die Klemmhülse von einem Rohr umgeben ist, an dessen Innenseite Keilflächen angeordnet sind, die mit Keilflächen an der Klemmhülse zusammenwirken (Fig. 3). Diese Ausführungsform weist in erster Linie den Vorteil auf, daß das die Klemmhülse umgebende Rohr nicht nur der Steuerung der Klemmhülse dient, sondern darüber hinaus die Gesamtanordnung wirksam gegen thermischen und mechanischen Angriff schützt, nachdem dieses Außenrohr ohne weiteres entsprechend ausgebildet werden kann, indem dem Rohr eine ausreichende Wandstärke verliehen wird und die Außenseite mit einer entsprechenden Beschichtung versehen wird. Dabei besteht ferner die Möglichkeit, über dieses Rohr auch das Kühlmedium den einzelnen Bauteilen des Schafts zuzuleiten, um das Rohr und diese Bauteile zu kühlen. Dadurch ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau dieser Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Elektrode.
Die angesprochene Konstruktion weist schließlich auch erhebliche Vorteile in bezug auf die Gestaltung des Aktivteils auf. Nachdem die Klemmhülse unmittelbar an der Mantelfläche des Aktivteils angreift, bedarf der Aktivteil keiner speziellen Ausbildung für den Anschluß an die Klemmvorrichtung. Lediglich zur Erhöhung der Sicherheit kann es erforderlich sein, die Mantelfläche des Aktivteils mit einer Umfangsnut zu versehen, in die die Klemmvorrichtung eingreift, um dadurch die übertragbare Kraft zu erhöhen. Von besonderem Vorteil ist es, daß der Aktivteil anschlußseitig eine plane Stirnfläche aufweisen kann. Dadurch ist es möglich, die Anschlußseite des Aktivteils bereits mit einem Innengewinde-Sackloch für Schraubnippel zu versehen. Auf diese Weise kann der obere Abschnitt des derart ausgebildeten Aktivteils ohne weiteres dem Verbrauch zugeführt werden, indem dieser obere Abschnitt an das untere Ende eines einzusetzenden Aktivteils unter Verwendung eines Schraubnippels angeschlossen wird.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung innerhalb des stromzuführenden Bauteils des Schafts angeordnet ist und die Klemmhülse den Aktivteil an einem daran ausgebildeten Klemmzapfen erfaßt (Fig. 5, 6, 7 und 9, 10). Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß der Durchmesser des Schafts relativ klein gehalten werden kann, so daß der Außendurchmesser des Schafts im wesentlichen dem Außendurchmesser des Aktivteils entsprechen kann, was von erheblicher praktischer Bedeutung ist.
Die beschriebene Ausführungsform läßt eine Fülle von Möglichkeiten für die Betätigung der Klemmvorrichtung zu.Nach einer ersten Variante umfaßt die Druckanordnung eine Druckhülse, die mit ihrer konischen Innenfläche an der entsprechend geformten konischen Außenfläche der Klemmhülse anliegt. Eine zweite Ausführungsform besteht darin, daß die Druckanordnung einen pilzartig geformten Zugstößel umfaßt, der mit seiner konischen Außenfläche an einer entsprechend konisch geformten Innenfläche der Klemmhülse anliegt.
Die unmittelbar aneinanderliegenden Anschlußteile der Klemmvorrichtung einerseits und des Aktivteils andererseits können sowohl zylindrisch als auch konisch gestaltet werden. Bei einer konischen Gestaltung ergibt sich neben der kraftschlüssigen Verbindung auch eine teilweise formschlüssige Fixierung der Bauteile zueinander.
Falls besonders hohe Kräfte zwischen dem Schaft und dem Aktivteil übertragen werden müssen, empfiehlt es sich, neben der kraftschlüssigen Verbindung Mittel einzusetzen, die zur Erhöhung der Sicherheit einen Formschluß zwischen den zu verbindenden Teilen herstellen. Dies ist dadurch möglich, daß die wirksame Außen- bzw. Innenfläche der Klemmhülse zusätzliche Vorsprünge aufweist, die in entsprechende Ausnehmungen am Aktivteil eingreifen. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Vorsprünge zur Bildung einer Einrastkupplung beim Aufschieben des Aktivteils auf die Klemmhülse radial nachgiebig gelagert sind, was durch die Zuordnung von Federn zu den beweglichen Vorsprüngen erzielt werden kann.
Wie bereits eingangs betont, kann die Klemmvorrichtung auch hydraulisch oder pneumatisch gesteuert werden.
Nach einer ersten Ausführungsform weist hierfür die Druckanordnung der Klemmhülse hydraulisch bzw. pneumatisch axial bewegliche Keile auf. Diese Keile kombinieren Kraft- und Formschluß. Nach einer anderen Variante weist die Druckanordnung der Klemmhülse hydraulisch bzw. pneumatisch radial bewegliche Stößel auf, die auf die Klemmhülse zur Erzeugung der Klemmkraft entsprechend einwirken.
Bei einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Elektrode, bei der die Klemmvorrichtung das stromführende Bauteil des Schafts umgibt, ist es von besonderem Vorteil, daß das stromführende Bauteil als Vollstab ausgebildet werden kann, der an seinem unteren Ende in eine Kontaktplatte übergeht. Hierdurch kann das stromführende Bauteil besonders materialsparend hergestellt werden. Die Außenseite des Vollstabs kann dabei von billigerem, eventuell mit einem Kühlsystem versehenen Material umgeben sein, um den stromführenden Vollstab vor Belastungen sowohl thermischer als auch mechanischer Natur zu schützen. Die Kontaktplatte ergibt zwischen dem stromführenden Bauteil des Schafts und dem Aktivteil eine große Kontaktfläche mit der Folge einer wirkungsvollen Stromübertragung an dieser Kontaktfläche. Hierzu empfiehlt es sich, daß der Außendurchmesser der Kontaktplatte in etwa dem Außendurchmesser des Aktivteils entspricht.
Nach der bereits angesprochenen anderen grundsätzlichen Konstruktionsvariante, bei welcher das stromführende Bauteil des Schafts als Rohr ausgebildet und die Klemmvorrichtung innerhalb dieses Rohrs angeordnet ist, ist es von Vorteil, daß der Außendurchmesser des Rohrs in etwa dem Außendurchmesser des Aktivteils entspricht.
Die Auslegung des Rohrs kann in jeder Hinsicht auf die mechanischen und elektrischen Erfordernisse der Gesamtanordnung optimiert werden.
Schließlich ist es denkbar, die Klemmvorrichtung nur axial beweglich auszubilden und dafür das Anschlußteil der Klemmvorrichtung mit dem Anschlußteil des Aktivteils formschlüssig zu verbinden. Eine konkrete Ausführungsform besteht darin, das obere Ende des Aktivteils mit einer senkrecht zur Achse verlaufenden, zur Stirnfläche offenen und eine Hinterschneidung aufweisenden Quernut zu versehen, in die senkrecht zur Achse ein entsprechend ausgebildetes Anschlußteil der Klemmvorrichtung eingeschoben wird. Das Anschlußteil der Klemmvorrichtung muß dann nur axial bewegt werden, um die stirnseitigen Kontaktflächen des Anschlußteils mit den Kontaktflächen der stromführenden Bauteile des Schafts in Druckanlage zu bringen, um den erforderlichen elektrischen Kontakt zwischen beiden Bauteilen herbeizuführen. Die geometrische Ausbildung der Klemmzonen ist so zu bestimmen, daß die mechanische Beanspruchung des Aktivteils ebenfalls vornehmlich als Druckbeanspruchung auftritt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Axialschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrode, wobei der Anschlußvorgang zwischen dem Aktivteil und dem Schaft angedeutet ist,
Fig. 2 die Anordnung nach Fig. 1 in Betriebsstellung,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrode in schematischer Darstellung der wesentlichen Bauteile,
Fig. 4 eine der Konstruktion nach Fig. 3 vergleichbare Anordnung, bei der jedoch das stromführende Bauteil des Schafts anders ausgebildet ist,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrode in schematischer Darstellung eines Axialschnittes durch die wesentlichen Bauteile,
Fig. 6 einen Axialschnitt durch eine weitere Konstruktionsvariante der erfindungsgemäßen Elektrode, wobei die Ausbildung des Schaftes näher dargestellt ist,
Fig. 7 einen vergrößerten Axialschnitt durch die Klemmvorrichtung der Anordnung nach Fig. 6,
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode in schematischer Darstellung anhand eines Axialschnitts durch die wesentlichen Bauteile,
Fig. 9 eine erste Ausführungsform einer hydraulisch bzw. pneumatisch betätigten Klemmvorrichtung im Axialschnitt,
Fig. 10 eine zweite Ausführungsform einer pneumatisch bzw. hydraulisch betätigten Klemmvorrichtung, ebenfalls im Axialschnitt,
Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode in schematischer Darstellung eines Axialschnitts durch die wesentlichen Bauteile, und
Fig. 12 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 11 entsprechend der Schnittlinie XII-XII.

Nachdem der grundsätzliche Aufbau von einschlägigen Elektroden, bestehend aus einem metallischen, flüssigkeitsgekühlten oberen Schaft und einem ersetzbaren unteren Aktivteil aus sich verbrauchendem Material bekannt ist, beschränken sich die beigefügten Figuren und demgemäß auch deren Beschreibung auf die erfindungswesentlichen Bauteile. Nur in Fig. 6 ist der Vollständigkeit halber der Schaft einer einschlägigen Elektrode näher dargestellt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrode. Dabei ist der metallische, flüssigkeitsgekühlte obere Schaft insgesamt mit 1 und der ersetzbare untere Aktivteil aus sich verbrauchendem Material insgesamt mit 2 bezeichnet. Von dem Schaft 1 ist lediglich das stromleitende Bauteil in Form eines Rohrs 11 dargestellt, in dem andeutungsweise Kühlmittelkanäle 12 ausgebildet sind. Auf der Innenfläche trägt das Rohr 11 eine elektrische Isolierung 13. Alle übrigen Bauteile des Schafts 1, wie äußere Isolierungen oder dergleichen, sind nicht dargestellt.
Die Klemmvorrichtung ist insgesamt mit 30 bezeichnet.-Sie umfaßt zwei Klemmbacken 31 und 32. Diese Klemmbakken 31 und 32 sind längs an ihnen ausgebildeten Schrägflächen 31a, 32a relativ zueinander verschieblich. Da die Schrägflächen 31a und 32a in einem leichten Winkel zur Achse der Gesamtanordnung verlaufen, wird beim Auseinanderbewegen der Klemmbacken 31 und 32 längs der Schrägflächen 31a und 32a eine radiale Verkleinerung der Anordnung erzielt, während bei einem Zusammenbewegen der Klemmbacken 31 und 32 eine radiale Vergrößerung der Anordnung erreicht wird. Um die Klemmbacken in der geschilderten Weise formschlüssig aneinander zu führen, sind sie über eine Schwalbenschwanzführung formschlüssig miteinander verbunden.
Der Aktivteil 2 weist eine Sackbohrung 21 auf, die eine hinterschnittene Fläche 22 besitzt. In diese Sackbohrung 21 können die zwei Klemmbacken 31 und 32 eingeführt werden. Hierfür werden, wie durch die zwei Positionen in der
Figur 1 angedeutet, die Klemmbacken 31 und 32 auseinandergefahren, so daß ihre radiale Erstreckung verkleinert wird. Nachdem die Klemmbacken 31 und 32 in das Sackloch 21 des Aktivteils 2 eingeführt worden sind,werden die Klemmbacken, wie in Fig. 2 dargestellt, zusammengefahren, wodurch sich ihre radiale Erstreckung vergrößert und ihre Klemmflächen 31b und 32b in Anlage an die hinterschnittene Klemmfläche 22 des Sackloches 21 des Aktivteils 2 gelangen. In der geschilderten Klemmstellung werden dann die beiden Klemmbacken 31 und 32 insgesamt axial nach oben bewegt, wodurch die Stirnfläche 23 des Aktivteils 2 in Anlage an die Stirnfläche 14 des Stromzuleitungsrohrs 11 gelangt. Dadurch ist auch die elektrische Verbindung zwischen dem Schaft 1 und dem Aktivteil 2 hergestellt.
Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrode. Dabei umgibt die insgesamt mit 40 bezeichnete Klemmvorrichtung den insgesamt mit 1 bezeichneten Schaft. Die Klemmvorrichtung 40 umfaßt eine Klemmhülse 41. Diese Klemmhülse 41 umgibt konzentrisch das Stromzuleitungsrohr 11 des Schafts 1. Sie weist an ihrem unteren Ende Klemmbacken 42 mit daran ausgebildeten Klemmflächen 42a auf. Die Klemmbacken 42 der Klemmhülse 41 können separate Elemente darstellen oder durch J entsprechende Längsschlitze in der Klemmhülse 41 erzeugt sein. Es kommt lediglich darauf an, daß die Klemmbacken 42 radial beweglich sind.
Die Klemmhülse 41 ist konzentrisch umgeben von einem Rohr 43, an dessen Innenseite im Bereich der Klemmbacken 42 Keilflächen 43a angeordnet sind, die mit Keilflächen 42b der Klemmbacken 42 in noch näher zu schildernder Weise zusammenwirken. Am oberen Ende des Aktivteils 2 ist in der Mantelfläche eine Umfangsnut 24 ausgebildet, in die gemäß der Darstellung die Klemmbacken 42 mit ihren Klemmflächen 42a eingreifen können. Um dies zu ermöglichen, sind die Klemmhülse 41 und das äußere Rohr 43 axial relativ zueinander beweglich. Werden die Klemmhülse 41 und das Rohr 43 auseinanderbewegt, gelangen die Klemmflächen 42b und 43a außer Eingriff, wodurch sich die Klemmbacken 42 radial nach außen bewegen können. In dieser Stellung der Klemmbacken 42 kann das obere Ende des Aktivteils 2 zwischen diese eingeschoben werden. Beim Zusammenschieben der Klemmhülse 41 und des Rohrs 43 gelangen die Klemmflächen 42b und 42a in Eingriff, wodurch die Klemmbacken 42 radial nach innen bewegt werden, bis ihre Klemmflächen 42b in Anlage mit der oberen Wandungsfläche der Umfangsnut 24 des Aktivteils 2 gelangen. Danach werden die Klemmhülse 41 und das Rohr 43 gemeinsam nach oben bewegt, wodurch die stirnseitige Kontaktfläche 23 des Aktivteils 2 mit der Kontaktfläche 14 des Stromzuleitungsrohrs 11 in elektrisch leitende Berührung gelangt.
Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach Fig. 3 in erster Linie dadurch, daß das stromführende Bauteil des Schafts 1 anders ausgebildet ist als bei den vorhergehenden Konstruktionen. Es ist nämlich als Vollstab 15 ausgebildet, der an seinem unteren Ende in eine Kontaktplatte 16 übergeht. Dabei entspricht der Außendurchmesser der Kontaktplatte 16 in etwa dem Außendurchmesser des Aktivteils 2. Dadurch ist nicht nur eine sehr materialsparende Ausbildung des stromführenden Bauteils des Schafts 1 erreicht, sondern auch eine große Kontaktfläche zwischen der Kontaktplatte 16 und der diesbezüglichen Stirnfläche 23 des Aktivteils 2 erzielt. Zum Schutz des Vollwandstabs 15 gegenüber thermischen und mechanischen Einflüssen kann dieses von einem eventuell gekühlten Schutzrohr 17 aus einem billigeren Material als dem des stromführenden Bauteils 15, 16 umgeben sein.
In der Figur 3 ist angedeutet, daß das Aktivteil 2 aus mehreren Abschnitten bestehen kann, von denen jeweils zwei benachbarte mittels eines Schraubnippels 25 miteinander verbunden sind.
Der oberste Abschnitt des Aktivteils 2, der als Art Adapter anzusehen ist und die Umfangsnut 24 besitzt, weist an seiner oberen Stirnseite ein mit einem Innengewinde versehene Sackbohrung 26 auf, die zur Aufnahme eines Schraubnippels 25 geeignet ist. Auf diese Weise kann dieser Abschnitt des Aktivteils, falls er nicht mehr als Adapter geeignet ist, als zu verbrauchender Abschnitt an den Aktivteil 2 angeschlossen und dann verbraucht werden, wodurch kein Material verloren geht.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen Anordnungen, bei denen die jeweilige Klemmvorrichtung innerhalb des stromleitenden Rohrs 11 des Schafts 1 angeordnet ist.
Nach Fig. 5 besteht die innerhalb des Stromzuleitungs- rohrs 11 liegende, insgesamt mit 50 bezeichnete Klemm- . vorrichtung aus einer Klemmhülse 51 und einer konzentrisch diese umgebenden Druckhülse 52. Diese Druckhülse 52 weist eine konische Innenfläche 53 auf, die an der entsprechend geformten konischen Außenfläche der Klemmhülse 51 anliegt. Durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen der Klemmhülse 51 und der Druckhülse 52 können die Backen der Klemmhülse radial nach außen bzw. nach innen bewegt werden. Zum Zusammenwirken mit dieser Klemmvorrichtung weist der Aktivteil an seinem oberen Ende einen konisch sich zum freien Ende vergrößernden Klemmzapfen 27 auf, der bei auseinandergefahrenen Backen der Klemmhülse zwischen diese eingeschoben wird, worauf durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen der Klemmhülse 51 und der Druckhülse 52 die Backen der Klemmhülse 51 in Klemmanlage an den Klemmzapfen 27 gebracht werden. Daran anschließend werden Klemmhülse 51 und Druckhülse 52 gemeinsam axial nach oben bewegt, um die Kontaktfläche 23 des Aktivteils 2 mit der Kontaktfläche 14 des Stromzuleitungs- rohrs 11 in elektrisch leitende Verbindung zu bringen.
Die Fig. 6 betrifft eine Anordnung, bei der die insgesamt mit 60 bezeichnete Klemmvorrichtung im wesentlichen der Klemmvorrichtung gemäß Fig. 5 entspricht. Jedoch sind in der Fig. 6 näher erläutert die Ausbildung des Schafts 1 und die Steuerung der Klemmvorrichtung 60. Die Klemmvorrichtung 60 umfaßt eine Klemmhülse 61, die mit einem Betätigungselement 62 verbunden ist. Die Klemmhülse 61 und das Betätigungselement 62 sind konzentrisch von einem Druckrohr 63 umgeben, an dessen Innenfläche im Bereich der Klemmhülse 61 eine konische Klemmfläche 64 angeformt ist. Durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen der Klemmhülse 61 und der konischen Klemmfläche 64 werden die Backen der Klemmhülse 61 radial bewegt. Im vorliegenden Fall ist-die Druckhülse 63 mit der konischen Klemmfläche 64 ortsfest angeordnet, indem die Druckhülse 63 unter Zwischenschaltung einer elektrischen Isolierung in das Stromzuleitungs-Rohr 11 eingepaßt ist.
Die Klemmhülse 61 wird axial über das Betätigungselement 62 bewegt. An dem der Klemmhülse 61 entgegengesetzten Ende des Betätigungselements 62 ist eine mechanischhydraulische Betätigungseinrichtung angeordnet, die insgesamt mit 100 bezeichnet ist. Diese besteht aus einem Zylinder 101, in dem ein Kolben 102 verschiebblich gelagert ist. Dieser Kolben 102 ist mit der Zugstange 62 verbunden. Zwischen dem Kolben 102 und einem ortsfesten Anschlag des Zylinders 101 ist eine Feder 103 derart verspannt, daß diese stets das Betätigungselement 62 und mit dieser über die Klemmhülse 61 den Aktivteil 2 nach oben zu ziehen trachtet. Zum Lösen des Aktivteils 2 aus der Klemmvorrichtung 16 ist es lediglich notwendig, die obere Seite des Kolbens 102 mit einem über die Leitung 104 von einer nicht dargestellten Quelle zugeführten hydraulischen oder pneumatischen Medium zu beaufschlagen, wodurch das Betätigungselement 62 nach unten bewegt wird, so daß sich die Backen der Klemmhülse 61 radial nach außen bewegen können. Dadurch kommt der Klemmzapfen 27 des Aktivteils 2 von der Klemmhülse 61 frei. In dieser Stellung der Anordnung kann der Klemmzapfen 27 eines unverbrauchten Aktivteils 2 in die Klemmhülse 61 eingeschoben werden. Danach wird die Anordnung zum Klemmen des neuen Aktivteils 2 wieder nach oben bewegt. Hierdurch gelangt auch die Kontaktfläche 23 des Aktivteils 2 in elektrisch leitende Anlage an der Kontaktfläche 14 des Stromzuleitungsrohrs 11.
Wie sich aus der Fig. 6 ferner ergibt, ist der in den Ofen eindringende Abschnitt des Schafts 1 außenseitig durch eine Beschichtung 18 geschützt. Diese Beschichtung 18 besteht aus einem geeigneten Material, das den herrschenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen widersteht.
Die Elektrode wird in einer Durchführung im Deckel des Ofens durch eine am Schaft 1 angreifende Haltevorrichtung gehalten, die insgesamt mit 200 bezeichnet ist. Diese Halteeinrichtung 200 kann in beliebiger und deshalb nicht näher zu beschreibender Weise ausgebildet sein.
Die Fig. 7 zeigt die Klemmvorrichtung 60 gemäß Fig. 6 im Detail. Aus der Fig. 7 ergibt sich, daß die Druckhülse 63 selbst aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet sein kann, so daß die Druckhülse 63 unmittelbar an dem Stromzuleitungsrohr 11 anliegen kann. Die konische Klemmfläche 64 ist als separates Bauteil ausgebildet und auf geeignete Weise mit der Druckhülse 63 verbunden.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 8 liegt die insgesamt mit 70 bezeichnete Klemmvorrichtung ebenfalls innerhalb des Stromzuleitungs-Rohrs 11 des Schafts 1, greift aber im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Konstruktion in ein entsprechend geformtes Sackloch 21 mit einer hinterschnittenen Klemmfläche 22 im Aktivteil 2 ein. Die Klemmvorrichtung 70 weist hierzu ein an seinem Ende pilzartig geformtes Betätigungselement 71 auf, das axial beweglich ist. Die Klemmhülse 72 befindet sich an dem unteren Ende eines ortsfesten Rohrs 73, das gegenüber dem Stromzuleitungs-Rohr 11 des Schafts 1 durch Zwischenschaltung einer Isolierung oder aufgrund der Ausbildung aus einem Isoliermaterial elektrisch getrennt ist. Beim Bewegen des Betätigungselements 71 nach oben werden die Klemmbacken der Klemmhülse 72 radial nach außen bewegt, während beim Bewegen des Betätigungselements 71 nach unten die Klemmbacken der Klemmhülse 72 radial nach innen beweglich sind. In der radial nach innen bewegten Stellung der Klemmbacken der Klemmhülse 72 kann die Klemmvorrichtung 70 in das Sackloch 21 des Aktivteils 2 eingefahren werden. Danach wird das Betätigungselement 71 nach oben gefahren, so daß sich die Klemmbacken der Klemmhülse 72 nach außen bewegen, wodurch die Klemmflächen 74 der Klemmhülse 72 die hinterschnittene Klemmfläche 22 des Sacklochs 21 des Aktivteils 2 hintergreifen. Danach wird das Betätigungselement 71 soweit nach oben gefahren, bis die Kontaktfläche 23 des Aktivteils 2 mit der Kontaktfläche 14 des Stromzuleitungs-Rohrs 11 des Schafts 1 in Anlage gelangt, um auf diese Weise die elektrische Verbindung zwischen dem stromführenden Bauteil des Schafts 1 und dem Aktivteil 2 herzustellen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 9 ist eine hydraulisch betätigte Klemmvorrichtung vorgesehen, die insgesamt mit 80 bezeichnet ist. Diese umfaßt einen Ringraum 81, der über eine Zuleitung 82 mit einer nicht dargestellten Hydraulikquelle verbunden ist. Die innere Begrenzung des Ringraums 81 wird durch eine aus separaten Klemmbacken bestehende Klemmhülse 83 gebildet, wobei die Führungen der Klemmbacke der Klemmhülse 83 flüssigkeitsdicht ausgebildet sind. Mit jeder der Klemmbacken der Klemmhülse 43 wirkt ein bei Beaufschlagung mit Hydraulikflüssigkeit axial beweglicher Keil 84 zusammen. Wird der Keil 84 von oben her durch die Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, bewegt er sich nach unten und umgekehrt. Dadurch wird der zugehörige Klemmbacken der Klemmhülse 83 radial nach innen bzw. radial nach außen bewegt.
Aus der Fig. 10 ergibt sich eine weitere mögliche Ausgestaltung einer hydraulisch arbeitenden Klemmvorrichtung, die insgesamt mit 90 bezeichnet ist. Diese Klemmvorrichtung 90 umfaßt zwei Ringräume 91, die über eine Zuleitung 92 mit einer nicht dargestellten Hydraulikquelle verbunden sind. In diesen Ringräumen 91 sind in regelmäßigen Abständen radial verlaufende Zylinder-Abschnitte angeordnet, in denen die Kolben von Stößeln 93 geführt sind. über diese derart radial beweglichen Stößel 93 sind die Klemmbacken einer Klemmhülse 94 betätigbar, um diese in Klemmanlage an den Klemmzapfen 27 des Aktivteils 2 zu bringen.
Aus den Fig. 11 und 12 ergibt sich ein Ausführungsbeispiel, bei dem die insgesamt mit 300 bezeichnete Klemmvorrichtung ausschließlich axial beweglich ist. Diese Klemmvorrichtung umfaßt ein Betätigungselement 301, an dessen unterem Ende eine Klemmplatte 302 angeordnet ist. Am oberen Ende des Aktivteils 2 ist eine senkrecht zur Achse verlaufende Quernut 28 angeordnet, die zur Stirnfläche des Aktivteils 2 offen ist und eine hinterschnittene Klemmfläche 29 besitzt. In diese Quernut 29 ist senkrecht zur Achse die Klemmplatte 302 der Klemmvorrichtung 300 formschlüssig einschiebbar, wozu das Betätigungselement 301 und damit die Klemmplatte 302 entsprechend abgesenkt werden. Nach dem Ankuppeln des Aktivteils 2 an der Klemmvorrichtung 300 wird das Betätigungselement 301 nach oben gefahren, bis die Kontaktfläche 23 des Aktivteils 2 an der Kontaktfläche 14 des Stromzuleitungs-Rohrs 11 in elektrisch leitende Anlage gelangt.
Bei den beschriebenen Klemmvorrichtungen ist das Hauptaugenmerk darauf gerichtet, daß die von der jeweiligen Klemmvorrichtung unmittelbar auf das Aktivteil ausgeübte Klemmkraft das Material des Aktivteils im wesentlichen auf Druck beansprucht.Natürlich wird in üblicher Weise der Aktivteil aufgrund seines Eigengewichts auf Zug beansprucht.
Die stromführenden Bauteile der Anordnung bestehen aus einem geeigneten elektrisch leitenden Werkstoff, wie z.B. Kupfer bzw. einer entsprechenden Metallegierung. Sowohl die stromführenden als auch die anderen Bauteile des Schafts werden entsprechend gekühlt und durch Beschichtungen gegen thermische und mechanische überbeanspruchungen gesichert. Die angewendeten Gleichführungen zwischen den einzelnen Bauteilen können mit Grafit oder ähnlichen hochtemperaturfesten Schmiermaterialien beschichtet oder belegt sein, um gute Gleitverhältnisse auch bei hohen Temperaturen und starken mechanischen Beanspruchungen zu gewährleisten. Die angesprochenen Beschichtungen bestehen zweckmäßigerweise aus hochtemperaturfesten, keramischen Materialien. Die Aktivteile bestehen in erster Linie aus Grafit.

Claims

1. Elektrode für Lichtbogenschmelzöfen, insbesondere zur Elektrostahlherstellung, bestehend aus einem metallischen, flüssigkeitsgekühlten oberen Schaft und einem ersetzbaren unteren Aktivteil aus sich verbrauchendem Material, insbesondere Grafit, wobei eine gegenüber den stromführenden Bauteilen des Schafts elektrisch isolierte Befestigungseinrichtung vorgesehen ist, die den Schaft und den Aktivteil lösbar verbindet und die Kontaktflächen des Aktivteils mit den Kontaktflächen der stromführenden Bauteile des Schafts in Druckanlage hält, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung als Klemmvorrichtung (30; 40; 50; 60; 70; 80; 300) ausgebildet ist, die unmittelbar auf das obere Ende des Aktivteils (2) derart einwirkt, daß die Klemmkraft das Material des Aktivteils (2) im wesentlichen auf Druck beansprucht.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung mechanisch betätigt ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung pneumatisch bzw. hydraulisch betätigt ist.

4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkraft durch das Eigengewicht des Aktivteils erzeugt wird.

5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung ein separates Kühlsystem aufweist oder an die Kühleinrichtung des Schafts angeschlossen ist.

6. Elektrode nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung den Aktivteil in dessen oberem Bereich von innen und/oder außen erfaßt.

7. Elektrode nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivteil auf die Klemmvorrichtung durch die Ausbildung von Paßstellen, Öffnungen, Ausnehmungen und Riefen abgestimmt ist.

8. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (30) mindestens zwei Klemmbacken (31, 32) aufweist, die mittels einer Relativbewegung zu mindestens einer Schrägfläche (31a bzw. 32a) radial und gemeinsam axial beweglich sind und in dem Aktivteil (2) ein Sackloch (21) mit einer hinterschnittenen Klemmfläche (22) vorgesehen ist, mit der die Klemmflächen (31b, 32b) der Klemmbacken (31, 32) in Anlage bringbar sind (Fig. 1 und 2).

9. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägfläche (31a; 32a) unmittelbar zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Klemmbacken (31, 32) ausgebildet ist (Fig. 1 und 2).

10. Elektrode nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacke an der Schrägfläche formschlüssig, z.B. mittels einer Schwalbenschwanzführung, geführt ist.

11. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung eine Klemmhülse umfaßt, deren mit dem Aktivteil in Verbindung stehende wirksame Außenfläche durch eine Druckanordnung ausweitbar ist.

12. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung eine Klemmhülse umfaßt, deren mit dem Aktivteil in Verbindung stehende wirksame Innenfläche durch eine Druckanordnung einschnürbar ist.

13. Elektrode nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse einteilig ausgebildet ist und zumindest einen Längsschlitz aufweist.

14. Elektrode nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse aus einer Anzahl von Segmenten zusammengesetzt ist.

15. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (40) den Aktivteil (2) an dessen Mantelfläche erfaßt, das stromführende Bauteil (11) des Schafts (1) innerhalb der Klemmhülse (42) der Klemmvorrichtung (40) angeordnet ist und die Klemmhülse (42) von einem Rohr (43) umgeben ist, an dessen Innenseite Keilflächen (43a) angeordnet sind, die mit Keilflächen (42a) an der Klemmhülse (42) zusammenwirken (Fig.3).

16. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (50; 60; 80; 90) innerhalb des stromzuführenden Bauteils (11) des Schafts (1) angeordnet ist und die Klemmhülse (51; 61; 83; 94) den Aktivteil (2) an einem daran ausgebildeten Klemmzapfen (27) erfaßt (Fig. 5, 6, 7, 9 und 10).

17. Elektrode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckanordnung eine Druckhülse (52; 63) umfaßt, die mit ihrer konischen Innenfläche (53; 64) an der entsprechend geformten konischen Außenfläche der Klemmhülse (51; 61) anliegt (Fig. 5, 6 und 7).

18. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckanordnung ein pilzartig geformtes Betätigungselement (71) umfaßt, das mit seiner konischen Außenfläche an einer entsprechend konisch geformten Innenfläche der Klemmhülse (72) anliegt (Fig. 8).

19. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Außen- bzw. Innenfläche der Klemmhülse zur Bildung einer formschlüssigen Verbindung mit dem Aktivteil zylindrisch gestaltet ist.

20. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Innen- bzw. Außenfläche der Klemmhülse zur Bildung einer form-und kraftschlüssigen Verbindung konisch gestaltet ist.

21. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Außen- bzw. Innenfläche der Klemmhülse zur Herstellung einer zur kraftschlüssigen Verbindung zusätzlichen formschlüssigen Verbindung Vorsprünge aufweist.

22. Elektrode nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge zur Bildung einer Einrastkupplung beim Aufschieben des Aktivteils auf die Klemmhülse radial nachgiebig gelagert sind.

23. Elektrode nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge unter Federkraft stehen.

24. Elektrode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckanordnung der Klemmhülse (83) hydraulisch bzw. pneumatisch axial bewegliche Keile (84) aufweist (Fig. 9).

25. Elektrode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckanordnung der Klemmhülse (94) hydraulisch bzw. pneumatisch radial bewegliche Stößel (93) umfaßt (Fig. 10).

26. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (300) nur axial beweglich ausgebildet ist (Fig. 11 und 12).

27. Elektrode nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil (302) der Klemmvorrichtung (300) mit dem Anschlußteil (28) des Aktivteils (2) formschlüssig verbunden ist (Fig. 11 und 12).

28. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Klemmvorrichtung das stromführende Bauteil des Schafts umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das stromführende Bauteil als Vollstab (15) ausgebildet ist, der an seinem unteren Ende in eine Kontaktplatte (16) übergeht (Fig. 4).

29. Elektrode nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Kontaktplatte (16) in etwa dem Außendurchmesser des Aktivteils (2) entspricht (Fig. 4).

30. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das stromführende Bauteil des Schafts als Rohr ausgebildet und die Klemmvorrichtung innerhalb dieses Rohrs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Rohrs (11) in etwa dem Außendurchmesser des Aktivteils (2) entspricht.