EP0053200A1 - Arc furnaces electrode - Google Patents

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EP0053200A1
EP0053200A1 EP80107523A EP80107523A EP0053200A1 EP 0053200 A1 EP0053200 A1 EP 0053200A1 EP 80107523 A EP80107523 A EP 80107523A EP 80107523 A EP80107523 A EP 80107523A EP 0053200 A1 EP0053200 A1 EP 0053200A1
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EP
European Patent Office
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clamping
active part
electrode according
shaft
clamping device
Prior art date
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Granted
Application number
EP80107523A
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German (de)
French (fr)
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EP0053200B1 (en
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Dieter Dr. Zöllner
Claudio Dipl.-Ing. Conradty
Friedrich Rittmann
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Arc Technologies Systems Ltd
Original Assignee
Arc Technologies Systems Ltd
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Publication date
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Priority to CA000390225A priority patent/CA1173482A/en
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Priority to NZ199015A priority patent/NZ199015A/en
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    • H05B7/10—Mountings, supports, terminals or arrangements for feeding or guiding electrodes
    • H05B7/101—Mountings, supports or terminals at head of electrode, i.e. at the end remote from the arc

Definitions

  • the upper end of the active part is namely provided with a specially designed connector, which consists of a round plate, on the underside of which an axial collar corresponding to the plate diameter and on the top of which an extension of smaller diameter is arranged, which has a radially projecting edge.
  • a tension screw for bracing the connector with the active part is arranged in a central bore of the connector.
  • the upper section of the active part is designed in such a way that it surrounds the head of the lag screw and engages in the collar, which is conical at the point of contact. This prevents the upper end of the active part from breaking apart under the action of transverse forces and the tension screw.
  • the fastening device On the side of the shaft, the fastening device comprises a cage in the form of a hollow cylinder, which is provided at the lower end on its periphery with a plurality of recesses into which clamping bodies are inserted. These are radially movable and have the shape of balls or rollers.
  • the cage is connected to a hydraulic cylinder with a piston, through which the cage and with it the clamping bodies can be moved in the axial direction relative to the cylinder.
  • the clamping bodies cooperate with an oblique control edge, so that the clamping bodies are moved radially inward by the control edge when lifting by the hydraulic cylinder, whereby they come to rest below an edge of an extension of the connecting piece. This results in a positive locking of the active part with the shaft.
  • the fastening device of the known electrode described is extremely complicated. This results primarily from the need for the active part to be provided with a specially designed connecting piece which has to be clamped to the upper end of the active part by means of a lag screw. This construction is necessary because the material of the active part is subjected to tension in the selected arrangement. The tensile strength of relevant materials for active parts, especially graphite, is considerably lower than the compressive strength of the materials in question. The arrangement chosen in the known solution with connector and lag screw for the active part clearly increases the cost of these electrodes considerably.
  • Another disadvantage of the system is the need to have metallic load-bearing parts uncooled as fastening elements in the hot active part of the electrode.
  • the fastening device is designed as a clamping device which acts directly on the upper end of the active part in such a way that the clamping force essentially applies pressure to the material of the active part.
  • the invention is based on the fact that the compressive strength of the materials usually used for active parts is considerably higher than the bending strength and the tensile strength. For graphite, for example, the compressive strength is approximately three to three and a half times greater than the tensile strength or the bending strength.
  • the clamping device acts on the upper end of the active part in such a way that the clamping force essentially applies pressure to the material of the active part, the invention makes use of the high compressive strength of relevant materials for the active parts.
  • connection section of the active parts After it is not in the electrodes according to the invention it is necessary to provide the connection section of the active parts with special constructions, it is possible to also consume the connection section of the active parts according to the invention without further notice. As a result, considerable material savings or high material utilization compared to the known solutions are achieved.
  • the clamping device can have a separate cooling system or can be connected to the cooling device of the shaft.
  • the clamping device can also advantageously be designed as a clamping sleeve.
  • the clamping force is applied to the active part via the outer surface of the clamping sleeve. According to the other possibility, this takes place via the inner surface of the clamping sleeve.
  • a further embodiment of the electrode according to the invention is characterized in that the clamping device is arranged within the current-carrying component of the shaft and the clamping sleeve detects the active part on a clamping pin formed thereon (FIGS. 5, 6, 7 and 9, 10).
  • This embodiment is characterized in that the diameter of the shaft can be kept relatively small, so that the outer diameter of the shaft can substantially correspond to the outer diameter of the active part, which is of considerable practical importance tung is.
  • the effective outer or inner surface of the clamping sleeve has additional projections which engage in corresponding recesses on the active part. It is particularly advantageous if the projections to form a snap-in coupling are radially resilient when the active part is slid onto the clamping sleeve, which can be achieved by assigning springs to the movable projections.

Abstract

The invention concerns an electrode for arc furnaces, especially for electrosteel production, comprising a metallic liquid-cooled upper shaft (1) and an exchangeable lower active portion (2) of self-consuming material, particularly graphite, whereby a securing means is provided which is electrically insulated against the current-conducting components (11) of the shaft (1) and said securing means detachably connects the shaft (1) with the active portion (2) as well as holding the contact surfaces of the active portion (23) pressed against the contact surfaces (14) of the current-conducting components (11) of said shaft. To further develop an electrode of this type, which also provides the possibility of rapid and simple disconnection or connection with respect to the shaft (1) and the active portion (2) with a simple design, especially of the area of the active portion on the connection side, the securing device is designed as a clamping means (40; 60) which takes direct effect on the upper end of the active portion (2) in such manner that the clamping force essentially pressure-loads the material of the active portion (2), whereby the physical properties of the material of the active portion (2) are so exploited that no complicated designs are required on the connection side for said active portion (2).

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.The invention relates to an electrode for arc melting furnaces, in particular for the production of electrical steel, consisting of a metallic, liquid-cooled upper shaft and a replaceable lower active part made of consumable material, in particular graphite, with a fastening device which is electrically insulated from the current-carrying components of the shaft and which provides the shaft and removably connects the active part and holds the contact surfaces of the active part in contact with the contact surfaces of the current-carrying components of the shaft.

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.Electrodes for arc melting furnaces are exposed to strong thermal and mechanical stresses. The strong thermal stresses result from the high working temperatures in such arc melting furnaces, especially in the production of electrical steel. When the electrodes are retracted, large mechanical loads result from contact with scrap and scrap parts that slip into the melt (so-called scrap dislocations). In addition, the electrodes are vibrated in an electromagnetic manner, which can assume considerable frequencies and amplitudes. As a result, large acceleration forces occur which act on the electrodes as bending or torsional stresses. Added to this is the overall rough and dusty operation in steel production. Because of these conditions, the connection of the shaft to the active part in such electrodes poses considerable difficulties. Nevertheless, it is important that the connection between the shaft and the active part is simple, easy to remove and low in construction to design electrical losses.

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.So far, primarily screw connections between the shaft and the active part had prevailed (cf. DE-AS 27 39 483 as an example from an extensive prior art). In this type of connection, the shaft has a sleeve or the like at its lower end, which has an internal thread. A blind hole with an internal thread is also formed at the upper end of the active part. A screw nipple is screwed into these two internal threads, which preferably consists of the same material as the active part, i.e. primarily made of graphite.

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.Special threads have been developed for such screw connections. These threads are not only adapted to the material of the active part or the screw nipple, but should also largely take into account the operating conditions described. The thread must be as self-locking as possible. In addition, it must form good electrical contact surfaces, since at least in places a not inconsiderable part of the amount of electricity runs over the screw nipple. In addition, tables have been developed which specify the torque with which the screw nipples must be tightened in individual cases in order to bring the contact surfaces between the shaft and the active part into the desired pressure system, which ensures sufficient electrical contact between these contact surfaces.

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.The screw solution has proven itself as such in use. However, in some applications, changing the active parts is tedious and time-consuming. In this context, constructions would be desirable which, with sufficient thermal and mechanical strength, would release a used active part more quickly from the associated shaft or a quicker and enable easier attachment of an unused active part to the shaft. In addition, the increasing cost of the active parts due to the increase in raw material and energy costs is forcing full use of the material of the active parts.

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.An electrode of the type required in the preamble of patent claim 1 has already become known (DE-OS 28 11 877), which in principle allows a used active part to be easily detached from the upper shaft and an unused active part to be reconnected to the shaft. This known construction is characterized that have been separated function as the current transfer between the metal shaft and the ktivteil A and the releasable connection between the shaft and the active part. However, the fastening device of the known electrode requires a special design of the upper end of the active part. The upper end of the active part is namely provided with a specially designed connector, which consists of a round plate, on the underside of which an axial collar corresponding to the plate diameter and on the top of which an extension of smaller diameter is arranged, which has a radially projecting edge. A tension screw for bracing the connector with the active part is arranged in a central bore of the connector. For this purpose, the upper section of the active part is designed in such a way that it surrounds the head of the lag screw and engages in the collar, which is conical at the point of contact. This prevents the upper end of the active part from breaking apart under the action of transverse forces and the tension screw. On the side of the shaft, the fastening device comprises a cage in the form of a hollow cylinder, which is provided at the lower end on its periphery with a plurality of recesses into which clamping bodies are inserted. These are radially movable and have the shape of balls or rollers. The cage is connected to a hydraulic cylinder with a piston, through which the cage and with it the clamping bodies can be moved in the axial direction relative to the cylinder. The clamping bodies cooperate with an oblique control edge, so that the clamping bodies are moved radially inward by the control edge when lifting by the hydraulic cylinder, whereby they come to rest below an edge of an extension of the connecting piece. This results in a positive locking of the active part with the shaft.

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.The fastening device of the known electrode described is extremely complicated. This results primarily from the need for the active part to be provided with a specially designed connecting piece which has to be clamped to the upper end of the active part by means of a lag screw. This construction is necessary because the material of the active part is subjected to tension in the selected arrangement. The tensile strength of relevant materials for active parts, especially graphite, is considerably lower than the compressive strength of the materials in question. The arrangement chosen in the known solution with connector and lag screw for the active part clearly increases the cost of these electrodes considerably.

Ein weiterer Nachteil des Systems ist das Erfordernis, metallische tragende Teile ungekühlt als Befestigungselemente im heißen Aktivteil der Elektrode angeordnet zu haben.Another disadvantage of the system is the need to have metallic load-bearing parts uncooled as fastening elements in the hot active part of the electrode.

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.In the case of a further known electrode of essentially similar design, a pliers mechanism is used instead of the described ball mechanism (US Pat. No. 3,311,693, FIG. 2). This must also be the case with this construction The upper end of the active part can be provided with a specially designed connecting piece, so that the same disadvantages apply to this arrangement as to the electrode construction described first.

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.In contrast, it is an object of the invention to further develop an electrode of the presupposed type in such a way that when the possibility of quick and easy disconnection or connection with respect to the shaft and the active part is granted, a simple design, in particular of the connection-side region of the active parts, results. This task is based on the consideration of utilizing the physical properties of the material of the active part in such a way that no complicated connection-side constructions are required for the active part.

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.This object is achieved according to the invention in the case of an electrode of the presupposed type in that the fastening device is designed as a clamping device which acts directly on the upper end of the active part in such a way that the clamping force essentially applies pressure to the material of the active part.

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.The invention is based on the fact that the compressive strength of the materials usually used for active parts is considerably higher than the bending strength and the tensile strength. For graphite, for example, the compressive strength is approximately three to three and a half times greater than the tensile strength or the bending strength. Now that, according to the invention, the clamping device acts on the upper end of the active part in such a way that the clamping force essentially applies pressure to the material of the active part, the invention makes use of the high compressive strength of relevant materials for the active parts. Because of this, a sufficient clamping force can be transferred to the active part without it being in contrast to the State of the art is required to connect a separate connector to the upper end of the active part, to which the clamping force of the clamping device is transmitted. Due to the exploitation of the high compressive strength of the relevant materials for the active part, despite the direct application of the clamping force to the active part, these can be chosen to be correspondingly high so that they withstand the high mechanical stresses to which the relevant electrodes are subject and reliably hold the active part in the shaft .

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.Since in the solution according to the invention the clamping device acts directly on the upper section of the active part, this upper section can have a relatively simple and therefore inexpensive form. Already during the production of the active parts, the upper section of the same can be given this shape in one operation. With certain designs of the clamping device, even the current customary shape of the electrodes made entirely of graphite can be retained. The separate assembly of the connecting pieces with the aid of lag screws or the like, which is required in the known electrodes, is eliminated. The electrodes according to the invention can thus be manufactured much cheaper than the known constructions.

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.The clamping device according to the invention also allows, particularly in contrast to the previously known constructions that work with screw nipples, a simple and quick release of a used active part from the shaft. The same applies to attaching an unused active part to the shaft. As a result, the electrodes according to the invention can be worked efficiently, saving considerable set-up times.

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.After it is not in the electrodes according to the invention it is necessary to provide the connection section of the active parts with special constructions, it is possible to also consume the connection section of the active parts according to the invention without further notice. As a result, considerable material savings or high material utilization compared to the known solutions are achieved.

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:

Figure imgb0001
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.The construction according to the invention also allows cheaper material to be used for the active parts in high-performance electrodes than is currently used for such high-performance electrodes. For example, graphite with the following physical properties is used for high-performance electrodes:
Figure imgb0001
 These are post-compressed electrodes. These electrodes can be loaded with approx. 50,000 to 55,000 A, for example with a diameter of approx. 500 mm.

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:

Figure imgb0002
Using the solution according to the invention, it is possible to load electrodes with a diameter of approx. 400 mm with approx. 50,000 to 55,000 A when using a graphite with the following physical properties:
Figure imgb0002

Dabei handelt es sich um unverdichtete Grafitelektroden.These are undensified graphite electrodes.

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.Since, in contrast to the prior art, it is not necessary in the case of electrodes according to the invention to provide the upper end of the active part with a special connecting piece, the current can be introduced directly into the current-carrying components of the shaft into the active part. For this it is only necessary to bring contact surfaces of the current-carrying components of the shaft into contact with the upper end face of the active part. In the known constructions, on the other hand, it was sometimes necessary to form special contact surfaces on the connecting pieces of the active parts (see, for example, US Pat. No. 3,311,693), which made these arrangements even more expensive. The solution according to the invention therefore makes it possible in a considerably simplified manner to functionally separate the power supply between the current-carrying components of the shaft and the active part and the clamping device for mechanically connecting the two components of the electrode. This results in particularly simple and material-appropriate training options for both the electrical connection and the mechanical connection between the shaft and the active part.

Zweckmäßige Ausbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind aus den übrigen Patentansprüchen zu entnehmen.Appropriate designs of the solution according to the invention can be found in the remaining claims.

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.Thereafter, due to the separation of the mechanical and electrical connection between the shaft on the one hand and the active part on the other hand and the direct attack of the clamping device on the material of the active part due to its pressure load due to the clamping force, there is a particularly large abundance of design options.

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.So it is possible to operate the clamping device not only mechanically, pneumatically or hydraulically. Rather, there is also the possibility that the clamping force at least essentially by the Eigenge weight of the active part is generated.

Ferner kann die Klemmvorrichtung ein separates Kühlsystem aufweisen oder an die Kühleinrichtung des Schafts angeschlossen sein.Furthermore, the clamping device can have a separate cooling system or can be connected to the cooling device of the shaft.

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.The clamping device can also grip the active part in its upper area from the inside and / or outside. Only the requirement must be met that the clamping force essentially stresses the material of the active part.

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.After the clamping device acts directly on the active part according to the invention, it is only necessary to tune the active part depending on the type of the clamp connection by forming fitting points, openings, recesses and grooves. The respective shape of the connection area of the active part can already be produced as such during the manufacture of the active part. In a particularly advantageous solution, the active part can be used in unchanged form or even without post-processing connected to the basic manufacturing process.

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).A concrete embodiment of the solution according to the invention is characterized in that the clamping device has at least two clamping jaws, which are radially and axially movable together by means of a relative movement to at least one inclined surface, and a blind hole with an undercut clamping surface is provided in the active part, with which the clamping surfaces of the Jaws can be brought into system. (Figs. 1 and 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.This clamping device is characterized by a high mechanical and high thermal load capacity with a simple structure. It always works reliably with simple means.

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).A particularly simple embodiment of the construction in question results from the fact that the inclined surface is formed directly between two clamping jaws which are movable relative to one another (FIGS. 1 and 2).

Dabei ist es zweckmäßig, daß die Klemmbacken an der Schrägfläche formschlüssig, z.B. mittels einer Schwalbenschwanzführung, geführt sind.It is expedient that the jaws on the inclined surface are form-fitting, e.g. are guided by a dovetail guide.

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.However, the clamping device can also advantageously be designed as a clamping sleeve. There are two options. According to one possibility, the clamping force is applied to the active part via the outer surface of the clamping sleeve. According to the other possibility, this takes place via the inner surface of the clamping sleeve.

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.Several variants are also advantageously available for the formation of the clamping sleeve. The clamping sleeve can either be formed in one piece and provided with a longitudinal slot, or it can be composed of a number of segments.

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.Another specific embodiment of the electrode according to the invention is that the clamping device detects the active part on its outer surface, the current-carrying component of the metal part is arranged within the clamping sleeve of the clamping device and the clamping sleeve is surrounded by a tube, on the inside of which wedge surfaces are arranged, which are arranged with Interact wedge surfaces on the clamping sleeve (Fig. 3). This embodiment has the primary advantage that the tube surrounding the ferrule not only serves to control the ferrule, but also effectively protects the overall arrangement against thermal and mechanical attack, after this outer tube can be easily formed by the tube a sufficient wall thickness is given and the outer side is provided with an appropriate coating. It is also possible to supply the cooling medium to the individual components of the shaft via this tube in order to cool the tube and these components. This results in a particularly compact structure of this embodiment of the electrode according to the invention.

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.Finally, the construction mentioned also has considerable advantages with regard to the design of the active part. After the clamping sleeve engages directly on the outer surface of the active part, the active part does not require any special training for connection to the clamping device. Only to increase safety, it may be necessary to provide the circumferential surface of the active part with a circumferential groove in which the clamping device engages in order to thereby increase the transferable force. It is particularly advantageous that the active part can have a flat end face on the connection side. This makes it possible to provide the connection side of the active part with an internally threaded blind hole for screw nipples. In this way, the upper section of the active part designed in this way can easily be supplied for consumption by connecting this upper section to the lower end of an active part to be used using a screw nipple.

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.A further embodiment of the electrode according to the invention is characterized in that the clamping device is arranged within the current-carrying component of the shaft and the clamping sleeve detects the active part on a clamping pin formed thereon (FIGS. 5, 6, 7 and 9, 10). This embodiment is characterized in that the diameter of the shaft can be kept relatively small, so that the outer diameter of the shaft can substantially correspond to the outer diameter of the active part, which is of considerable practical importance tung is.

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.The described embodiment allows a plethora of possibilities for actuating the clamping device. According to a first variant, the pressure arrangement comprises a pressure sleeve which lies with its conical inner surface against the correspondingly shaped conical outer surface of the clamping sleeve. A second embodiment consists in that the pressure arrangement comprises a mushroom-shaped tension plunger, which rests with its conical outer surface on a correspondingly conically shaped inner surface of the clamping sleeve.

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.The directly adjacent connection parts of the clamping device on the one hand and the active part on the other hand can be designed both cylindrical and conical. With a conical design, in addition to the non-positive connection, there is also a partially positive fixing of the components to one another.

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.If particularly high forces have to be transmitted between the shaft and the active part, it is advisable to use means in addition to the non-positive connection which produce a positive connection between the parts to be connected in order to increase safety. This is possible because the effective outer or inner surface of the clamping sleeve has additional projections which engage in corresponding recesses on the active part. It is particularly advantageous if the projections to form a snap-in coupling are radially resilient when the active part is slid onto the clamping sleeve, which can be achieved by assigning springs to the movable projections.

Wie bereits eingangs betont, kann die Klemmvorrichtung auch hydraulisch oder pneumatisch gesteuert werden.As already emphasized at the beginning, the clamping device can also be controlled hydraulically or pneumatically.

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.According to a first embodiment, the pressure arrangement of the clamping sleeve has hydraulically or pneumatically axially movable wedges for this purpose. These wedges combine positive and positive locking. According to another variant, the pressure arrangement of the clamping sleeve has hydraulically or pneumatically radially movable plungers which act accordingly on the clamping sleeve to generate the clamping force.

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.In a configuration of the electrode according to the invention, in which the clamping device surrounds the current-carrying component of the shaft, it is particularly advantageous that the current-carrying component can be designed as a solid rod which merges into a contact plate at its lower end. As a result, the current-carrying component can be produced in a particularly material-saving manner. The outside of the solid rod can be surrounded by cheaper material, possibly provided with a cooling system, in order to protect the current-carrying solid rod from loads of both thermal and mechanical nature. The contact plate provides a large contact area between the current-carrying component of the shaft and the active part, with the result of effective current transmission at this contact area. For this purpose it is recommended that the outside diameter of the contact plate corresponds approximately to the outside diameter of the active part.

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.According to the other basic design variant already mentioned, in which the current-carrying component of the shaft is designed as a tube and the clamping device is arranged within this tube, it is advantageous that the outside diameter of the tube corresponds approximately to the outside diameter of the active part.

Die Auslegung des Rohrs kann in jeder Hinsicht auf die mechanischen und elektrischen Erfordernisse der Gesamtanordnung optimiert werden.The design of the tube can be optimized in every respect to the mechanical and electrical requirements of the overall arrangement.

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.Finally, it is conceivable to design the clamping device only axially movable and for this purpose to connect the connecting part of the clamping device to the connecting part of the active part in a form-fitting manner. A specific embodiment consists in providing the upper end of the active part with a transverse groove running perpendicular to the axis, open to the end face and having an undercut, into which a correspondingly designed connecting part of the clamping device is inserted perpendicular to the axis. The connecting part of the clamping device then only has to be moved axially in order to bring the end-face contact surfaces of the connecting part into contact with the contact surfaces of the current-carrying components of the shaft in order to bring about the required electrical contact between the two components. The geometric design of the clamping zones is to be determined in such a way that the mechanical stress on the active part also primarily occurs as a compressive stress.

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.
Further details and advantages of the invention result from the description of exemplary embodiments shown in the drawings. It shows:
  • 1 shows a schematic illustration of an axial section through a first exemplary embodiment of the electrode according to the invention, the connection process between the active part and the shaft being indicated,
  • 2 shows the arrangement according to FIG. 1 in the operating position,
  • 3 shows a further exemplary embodiment of the electrode according to the invention in a schematic representation of the essential components,
  • 4 shows an arrangement comparable to the construction according to FIG. 3, but in which the current-carrying component of the shaft is designed differently,
  • 5 shows a further exemplary embodiment of the electrode according to the invention in a schematic illustration of an axial section through the essential components,
  • 6 shows an axial section through a further design variant of the electrode according to the invention, the design of the shaft being shown in more detail,
  • 7 is an enlarged axial section through the clamping device of the arrangement according to FIG. 6,
  • 8 shows a further embodiment of the electrode according to the invention in a schematic representation using an axial section through the essential components,
  • 9 shows a first embodiment of a hydraulically or pneumatically operated clamping device in axial section,
  • 10 shows a second embodiment of a pneumatically or hydraulically actuated clamping device, also in axial section,
  • 11 shows a further embodiment of the electrode according to the invention in a schematic illustration of an axial section through the essential components, and
  • Fig. 12 shows a section through the arrangement of FIG. 11 along the section line 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.After the basic structure of relevant electrodes, consisting of a metallic, liquid-cooled upper shaft and a replaceable lower active part made of consumable material, is known, the attached figures and accordingly their description are restricted to the components essential to the invention. Only in FIG. 6 is the shaft of a relevant electrode shown in more detail for the sake of completeness.

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.1 and 2 show a first embodiment of the electrode according to the invention. The metallic, liquid-cooled upper shaft is denoted overall by 1 and the replaceable lower active part made of consumable material overall by 2. Of the shaft 1, only the current-carrying component is shown in the form of a tube 11, in which coolant channels 12 are indicated. The tube 11 carries an electrical insulation 13 on the inner surface. All other components of the shaft 1, such as external insulation or the like, are not shown.

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.The clamping device is designated by a total of 30. It comprises two clamping jaws 31 and 32. These clamping jaws 31 and 32 can be displaced relative to one another along oblique surfaces 31a, 32a formed on them. Since the inclined surfaces 31a and 32a run at a slight angle to the axis of the overall arrangement, a radial reduction of the arrangement is achieved when the clamping jaws 31 and 32 are moved apart along the inclined surfaces 31a and 32a, while when the clamping jaws 31 and 32 are moved together a radial enlargement is achieved Arrangement is achieved. In order to positively guide the clamping jaws together in the manner described, they are positively connected to one another via a dovetail guide.

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 derThe active part 2 has a blind bore 21 which has an undercut surface 22. In this blind hole 21, the two jaws 31 and 32 can be inserted. For this, as shown by the two positions in the

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.Figure 1 indicated, the jaws 31 and 32 moved apart so that their radial extent is reduced. After the clamping jaws 31 and 32 have been inserted into the blind hole 21 of the active part 2, the clamping jaws, as shown in FIG. 2, are moved together, as a result of which their radial extension increases and their clamping surfaces 31b and 32b abut against the undercut clamping surface 22 of the Blind hole 21 of the active part 2 arrive. In the described clamping position, the two clamping jaws 31 and 32 are then moved axially upward as a whole, as a result of which the end face 23 of the active part 2 comes into contact with the end face 14 of the power supply pipe 11. This also creates the electrical connection between the shaft 1 and the active part 2.

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.3 shows a further exemplary embodiment of the electrode according to the invention. The clamping device, designated overall by 40, surrounds the shaft designated overall by 1. The clamping device 40 comprises a clamping sleeve 41. This clamping sleeve 41 concentrically surrounds the power supply tube 11 of the shaft 1. It has clamping jaws 42 with clamping surfaces 42a formed thereon at its lower end. The clamping jaws 42 of the clamping sleeve 41 can represent separate elements or can be produced by J corresponding longitudinal slots in the clamping sleeve 41. All that matters is that the jaws 42 are radially movable.

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.The clamping sleeve 41 is concentrically surrounded by a tube 43, on the inside of which in the region of the clamping jaws 42 are arranged wedge surfaces 43a which interact with wedge surfaces 42b of the clamping jaws 42 in a manner to be described in more detail. At the upper end of the active part 2, a circumferential groove 24 is formed in the lateral surface, into which, as shown, the clamping jaws 42 can engage with their clamping surfaces 42a. To make this possible, the ferrule 41 and the outer tube 43 are axially movable relative to each other. If the clamping sleeve 41 and the tube 43 are moved apart, the clamping surfaces 42b and 43a disengage, as a result of which the clamping jaws 42 can move radially outwards. In this position of the jaws 42, the upper end of the active part 2 can be inserted between them. When the clamping sleeve 41 and the tube 43 are pushed together, the clamping surfaces 42b and 42a come into engagement, as a result of which the clamping jaws 42 are moved radially inward until their clamping surfaces 42b come into contact with the upper wall surface of the circumferential groove 24 of the active part 2. The clamping sleeve 41 and the tube 43 are then moved upwards together, as a result of which the end face contact surface 23 of the active part 2 comes into electrically conductive contact with the contact surface 14 of the power supply tube 11.

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.The embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIG. 3 primarily in that the current-carrying component of the shaft 1 is designed differently than in the previous constructions. It is designed as a solid rod 15, which merges into a contact plate 16 at its lower end. The outer diameter of the contact plate 16 corresponds approximately to the outer diameter of the active part 2. This not only achieves a very material-saving design of the current-carrying component of the shaft 1, but also achieves a large contact area between the contact plate 16 and the relevant end face 23 of the active part 2. To protect the solid wall rod 15 against thermal and mechanical influences, this can be surrounded by a possibly cooled protective tube 17 made of a cheaper material than that of the current-carrying component 15, 16.

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.In FIG. 3 it is indicated that the active part 2 can consist of several sections, two of which are connected to each other by means of a screw nipple 25.

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.The uppermost section of the active part 2, which is to be regarded as a type of adapter and has the circumferential groove 24, has on its upper end face a blind bore 26 which is provided with an internal thread and is suitable for receiving a screw nipple 25. In this way, this section of the active part, if it is no longer suitable as an adapter, can be connected to the active part 2 as a section to be consumed and then consumed, as a result of which no material is lost.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen Anordnungen, bei denen die jeweilige Klemmvorrichtung innerhalb des stromleitenden Rohrs 11 des Schafts 1 angeordnet ist.6 to 8 show arrangements in which the respective clamping device is arranged within the current-conducting tube 11 of the shaft 1.

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.According to FIG. 5, there is the clamping pipe lying inside the power supply pipe 11, designated 50 in total. device from a clamping sleeve 51 and a concentrically surrounding pressure sleeve 52. This pressure sleeve 52 has a conical inner surface 53 which abuts the correspondingly shaped conical outer surface of the clamping sleeve 51. The jaws of the clamping sleeve can be moved radially outwards or inwards by a corresponding relative movement between the clamping sleeve 51 and the pressure sleeve 52. To cooperate with this clamping device, the active part has at its upper end a conical enlargement to the free end of the clamping pin 27, which is inserted between the clamping sleeve when the jaws are moved apart, whereupon the jaws of the clamping sleeve by a corresponding relative movement between the clamping sleeve 51 and the pressure sleeve 52 Clamping sleeve 51 in the clamping system on the Clamping pin 27 are brought. Subsequently, the clamping sleeve 51 and the pressure sleeve 52 are moved axially upward together in order to bring the contact surface 23 of the active part 2 into an electrically conductive connection with the contact surface 14 of the power supply pipe 11.

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.FIG. 6 relates to an arrangement in which the clamping device designated overall by 60 essentially corresponds to the clamping device according to FIG. 5. However, the design of the shaft 1 and the control of the clamping device 60 are explained in more detail in FIG. 6. The clamping device 60 comprises a clamping sleeve 61 which is connected to an actuating element 62. The clamping sleeve 61 and the actuating element 62 are concentrically surrounded by a pressure tube 63, on the inner surface of which a conical clamping surface 64 is formed in the region of the clamping sleeve 61. The jaws of the clamping sleeve 61 are moved radially by a corresponding relative movement between the clamping sleeve 61 and the conical clamping surface 64. In the present case, the pressure sleeve 63 with the conical clamping surface 64 is arranged in a stationary manner by the pressure sleeve 63 being fitted into the power supply pipe 11 with the interposition of electrical insulation.

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.The clamping sleeve 61 is moved axially via the actuating element 62. At the end of the actuating element 62 opposite the clamping sleeve 61, a mechanical-hydraulic actuating device is arranged, which is denoted overall by 100. This consists of a cylinder 101 in which a piston 102 is slidably mounted. This piston 102 is connected to the pull rod 62. A spring 103 is clamped between the piston 102 and a stationary stop of the cylinder 101 in such a way that it always tries to pull the actuating element 62 and with this the active part 2 upwards via the clamping sleeve 61. To release the active part 2 from the clamping device 16, it is only necessary to apply a hydraulic or pneumatic medium supplied via line 104 from a source (not shown) to the upper side of the piston 102, as a result of which the actuating element 62 is moved downward, so that the jaws of the clamping sleeve move 61 can move radially outwards. As a result, the clamping pin 27 of the active part 2 is released from the clamping sleeve 61. In this position of the arrangement, the clamping pin 27 of an unused active part 2 can be inserted into the clamping sleeve 61. Then the arrangement for clamping the new active part 2 is moved up again. As a result, the contact surface 23 of the active part 2 also comes into electrically conductive contact with the contact surface 14 of the power supply pipe 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.As can also be seen from FIG. 6, the section of the shaft 1 penetrating into the furnace is protected on the outside by a coating 18. This coating 18 consists of a suitable material that withstands the prevailing thermal and mechanical stresses.

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.The electrode is held in a feedthrough in the lid of the furnace by a holding device which acts on the shaft 1 and is designated overall by 200. This holding device 200 can be designed in any manner and therefore not to be described in more detail.

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.FIG. 7 shows the clamping device 60 according to FIG. 6 in detail. From Fig. 7 it follows that the pressure sleeve 63 itself can be made of electrically insulating material, so that the pressure sleeve 63 can rest directly on the power supply pipe 11. The conical clamping surface 64 is designed as a separate component and in a suitable manner with the pressure sleeve 63 connected.

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.In the embodiment according to FIG. 8, the clamping device, designated as a whole by 70, also lies within the power supply tube 11 of the shaft 1, but, in contrast to the construction described above, engages in a correspondingly shaped blind hole 21 with an undercut clamping surface 22 in the active part 2 . For this purpose, the clamping device 70 has an actuating element 71 which is shaped like a mushroom at its end and is axially movable. The clamping sleeve 72 is located at the lower end of a stationary tube 73, which is electrically isolated from the power supply tube 11 of the shaft 1 by the interposition of insulation or due to the formation of an insulating material. When the actuating element 71 is moved upwards, the clamping jaws of the clamping sleeve 72 are moved radially outward, while when the actuating element 71 is moved downwards the clamping jaws of the clamping sleeve 72 are movable radially inwards. In the radially inwardly moved position of the clamping jaws of the clamping sleeve 72, the clamping device 70 can be inserted into the blind hole 21 of the active part 2. The actuating element 71 is then moved upward, so that the clamping jaws of the clamping sleeve 72 move outwards, as a result of which the clamping surfaces 74 of the clamping sleeve 72 engage behind the undercut clamping surface 22 of the blind hole 21 of the active part 2. Thereafter, the actuating element 71 is moved upwards until the contact surface 23 of the active part 2 comes into contact with the contact surface 14 of the power supply tube 11 of the shaft 1 in order in this way to establish the electrical connection between the current-carrying component of the shaft 1 and the active part 2 manufacture.

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.In the embodiment according to FIG. 9, a hydraulically operated clamping device is provided, which is designated a total of 80. This comprises an annular space 81, which is connected via a feed line 82 to a hydraulic source, not shown. The inner boundary of the annular space 81 is formed by a clamping sleeve 83 consisting of separate clamping jaws, the guides of the clamping jaw of the clamping sleeve 83 being liquid-tight. A wedge 84, which is axially movable when acted upon by hydraulic fluid, interacts with each of the clamping jaws of the clamping sleeve 43. If the wedge 84 is acted upon by the hydraulic fluid from above, it moves downward and vice versa. As a result, the associated clamping jaws of the clamping sleeve 83 are moved radially inwards or radially outwards.

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.10 shows a further possible embodiment of a hydraulically operating clamping device, which is designated as a whole by 90. This clamping device 90 comprises two annular spaces 91, which are connected via a feed line 92 to a hydraulic source, not shown. In these annular spaces 91 radially extending cylinder sections are arranged at regular intervals, in which the pistons are guided by plungers 93. The clamping jaws of a clamping sleeve 94 can be actuated via these radially movable plungers 93 in order to bring them into a clamping arrangement on the clamping pins 27 of the active part 2.

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.An embodiment is shown in FIGS. 11 and 12, in which the clamping device, designated as a whole by 300, is only axially movable. This clamping device comprises an actuating element 301, on the lower end of which a clamping plate 302 is arranged. At the upper end of the active part 2 there is a transverse groove 28 which is perpendicular to the axis and which is open to the end face of the active part 2 and has an undercut clamping surface 29. In this transverse groove 29 the clamping plate 302 of the clamping device 300 can be inserted in a form-fitting manner perpendicular to the axis, for which purpose the actuating element 301 and thus the clamping plate 302 are lowered accordingly. After coupling the active part 2 to the clamping device 300, the actuating element 301 is moved upwards until the contact surface 23 of the active part 2 comes into electrically conductive contact with the contact surface 14 of the power supply pipe 11.

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.In the clamping devices described, the main focus is on the fact that the clamping force exerted by the respective clamping device directly on the active part essentially stresses the material of the active part. Of course, the active part is subjected to tension in the usual way due to its own weight.

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.The live components of the arrangement consist of a suitable electrically conductive material, such as Copper or a corresponding metal alloy. Both the current-carrying and the other components of the shaft are cooled accordingly and protected against thermal and mechanical overloading by means of coatings. The parallel guides used between the individual components can be coated or coated with graphite or similar high-temperature-resistant lubricating materials in order to ensure good sliding conditions even at high temperatures and high mechanical loads. The coatings mentioned advantageously consist of ceramic materials which are resistant to high temperatures. The active parts consist primarily of graphite.

Claims (30)

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.1.electrode for arc melting furnaces, in particular for the production of electrical steel, consisting of a metallic, liquid-cooled upper shaft and a replaceable lower active part made of consumable material, in particular graphite, wherein a fastening device is provided which is electrically insulated from the current-carrying components of the shaft and which forms the shaft and the Detachably connects the active part and holds the contact surfaces of the active part with the contact surfaces of the current-carrying components of the shaft in a pressure system, characterized in that the fastening device is designed as a clamping device (30; 40; 50; 60; 70; 80; 300) which is directly connected to the the upper end of the active part (2) acts in such a way that the clamping force places the material of the active part (2) essentially under pressure. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung mechanisch betätigt ist.2. Electrode according to claim 1, characterized in that the clamping device is actuated mechanically. 3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung pneumatisch bzw. hydraulisch betätigt ist.3. Electrode according to claim 1, characterized in that the clamping device is actuated pneumatically or hydraulically. 4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmkraft durch das Eigengewicht des Aktivteils erzeugt wird.4. Electrode according to claim 1, characterized in that the clamping force is generated by the weight of the active part. 5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung ein separates Kühlsystem aufweist oder an die Kühleinrichtung des Schafts angeschlossen ist.5. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping device has a separate cooling system or is connected to the cooling device of the shaft. 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.6. Electrode according to one or more of the preceding claims, characterized in that the clamping device detects the active part in its upper region from the inside and / or outside. 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.7. Electrode according to one or more of the preceding claims, characterized in that the active part is matched to the clamping device by the formation of fitting points, openings, recesses and grooves. 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).8. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping device (30) has at least two clamping jaws (31, 32) which are radially and axially movable together by means of a relative movement to at least one inclined surface (31a or 32a) and in the active part (2) is provided with a blind hole (21) with an undercut clamping surface (22) with which the clamping surfaces (31b, 32b) of the clamping jaws (31, 32) can be brought into contact (FIGS. 1 and 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).9. Electrode according to claim 8, characterized in that the inclined surface (31a; 32a) is formed directly between two relatively movable clamping jaws (31, 32) (Fig. 1 and 2). 10. Elektrode nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmbacke an der Schrägfläche formschlüssig, z.B. mittels einer Schwalbenschwanzführung, geführt ist.10. Electrode according to claim 8 or 9, characterized in that the clamping jaw on the inclined surface in a form-fitting manner, e.g. by means of a dovetail guide. 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.11. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping device comprises a clamping sleeve, the effective outer surface of which is connected to the active part, can be expanded by a pressure arrangement. 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.12. Electrode according to claim 11, characterized in that the clamping device comprises a clamping sleeve, the effective inner surface connected to the active part can be constricted by a pressure arrangement. 13. Elektrode nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse einteilig ausgebildet ist und zumindest einen Längsschlitz aufweist.13. Electrode according to claim 11 or 12, characterized in that the clamping sleeve is formed in one piece and has at least one longitudinal slot. 14. Elektrode nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmhülse aus einer Anzahl von Segmenten zusammengesetzt ist.14. Electrode according to claim 11 or 12, characterized in that the clamping sleeve is composed of a number of segments. 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).15. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping device (40) detects the active part (2) on its outer surface, the current-carrying component (11) of the shaft (1) within the clamping sleeve (42) of the clamping device (40) is arranged and the clamping sleeve (42) is surrounded by a tube (43), on the inside of which wedge surfaces (43a) are arranged, which cooperate with wedge surfaces (42a) on the clamping sleeve (42) (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).16. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping device (50; 60; 80; 90) is arranged within the current-carrying component (11) of the shaft (1) and the clamping sleeve (51; 61; 83; 94) the active part (2) is detected on a clamping pin (27) formed thereon (FIGS. 5, 6, 7, 9 and 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).17. Electrode according to claim 16, characterized in that the pressure arrangement comprises a pressure sleeve (52; 63) which bears with its conical inner surface (53; 64) on the correspondingly shaped conical outer surface of the clamping sleeve (51; 61) (Fig. 5th , 6 and 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).18. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure arrangement comprises a mushroom-shaped actuating element (71) which bears with its conical outer surface against a correspondingly conically shaped inner surface of the clamping sleeve (72) (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.19. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the effective outer or inner surface of the clamping sleeve is cylindrical to form a positive connection with the active part. 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.20. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the effective inner or outer surface of the clamping sleeve is conical to form a positive and non-positive connection. 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.21. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the effective outer or inner surface of the clamping sleeve for producing an additional positive connection for the positive connection has projections. 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.22. Electrode according to claim 21, characterized in that the projections are radially resilient to form a snap-in coupling when the active part is pushed onto the clamping sleeve. 23. Elektrode nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge unter Federkraft stehen.23. Electrode according to claim 22, characterized in that the projections are under spring force. 24. Elektrode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckanordnung der Klemmhülse (83) hydraulisch bzw. pneumatisch axial bewegliche Keile (84) aufweist (Fig. 9).24. Electrode according to claim 16, characterized in that the pressure arrangement of the clamping sleeve (83) has hydraulically or pneumatically axially movable wedges (84) (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).25. Electrode according to claim 16, characterized in that the pressure arrangement of the clamping sleeve (94) comprises hydraulically or pneumatically radially movable plungers (93) (Fig. 10). 26. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (300) nur axial beweglich ausgebildet ist (Fig. 11 und 12).26. Electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping device (300) is only axially movable (Fig. 11 and 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).27. Electrode according to claim 26, characterized in that the connecting part (302) of the clamping device (300) with the connecting part (28) of the active part (2) is positively connected (Fig. 11 and 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).28. Electrode according to one of the preceding claims, in which the clamping device surrounds the current-carrying component of the shaft, characterized in that the current-carrying component is designed as a solid rod (15) which merges at its lower end into a contact plate (16) (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).29. Electrode according to claim 28, characterized in that the outer diameter of the contact plate (16) corresponds approximately to the outer diameter of the active part (2) (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.30. Electrode according to one of the preceding claims, in which the current-carrying component of the shaft is designed as a tube and the clamping device is arranged within this tube, characterized in that the outer diameter of the tube (11) corresponds approximately to the outer diameter of the active part (2).
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