Die Herstellung von carbonisierten
oder graphitierten Kohlenstoffkörpern
ist eine inzwischen seit über einhundert
Jahren beherrschte Technik, die im industriellen Maßstab großtechnisch
angewandt wird und deshalb in vielen Punkten ausgefeilt und bezüglich der
Kosten optimiert ist. Eine der Beschreibungen dieser Technik findet
man in ULLMANN'S
ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY, Vol. A5, VCH Verlagsgesellschaft
mbH, Weinheim, l986, S. 103 bis 113.
Die Anwendbarkeit der Elektroden,
Nippel und Elektrodenstränge
im Lichtbogenofen hängt
von den bei der Herstellung erzielten Eigenschaften, insbesondere
auch Oberflächen-Eigenschaften
ab. Diese Oberflächen-Eigenschaften
hängen
z.B. von Werkstoffart (Graphitierungsgrad), vom Porengehalt, von
der Korngröße, von
der Art der Bearbeitung, die die Oberflächenrauheit bestimmt, aber
auch von den Umgebungsbedingungen ab. Elektroden werden im Stahlwerk
gelagert und gehandhabt und sind dabei einer Verschmutzung z.B.
durch Stahlwerksstaub ausgesetzt. Die vorgenannten Faktoren bestimmen
die Reibbeiwerte, die beim Fügen
von zwei Körpern – etwa einer
Elektrode und einem Nippel oder zwei Elektroden – und bei dem Aufeinandergleiten
von zwei Flächen
eine Rolle spielen.
Ein Lichtbogenofen enthält mindestens
einen Elektrodenstrang. Dieser Strang wird am oberen Ende von einem
Tragarm gehalten, über
den auch der elektrische Strom in den Elektrodenstrang gelangt.
Im Ofenbetrieb geht von der unteren Spitze des Stranges der Lichtbogen
in das im Ofen befindliche Schmelzgut. Verursacht durch den Lichtbogen
und die hohen Temperaturen im Ofen brennt der Elektrodenstrang an
seinem unteren Ende langsam ab. Die Verkürzung des Elektrodenstranges
wird dadurch ausgeglichen, dass der Strang stückweise in den Ofen nachgeschoben
wird und bei Bedarf am oberen Ende des Stranges eine zusätzliche
Elektrode aufgeschraubt wird. Bei Bedarf wird auch ein zum Teil
abgebrannter Strang als Einheit aus dem Tragarm entnommen und durch
einen frischen Strang ausreichender Länge ersetzt.
Das Anschrauben einzelner Elektroden
auf einen im Ofen befindlichen Strang oder das Zusammenschrauben
von Elektroden zu einem frischen Strang erfolgt von Hand oder mit
einer maschinellen Einrichtung. Insbesondere bei Elektroden mit
großem
Durchmesser von 600 mm oder darüber
sind beträchtliche
Kräfte
und Drehmomente aufzubringen bzw. Verschraubarbeiten zu erbringen,
um den Zusammenhalt eines Elektrodenstranges zu sichern. Der Zusammenhalt
eines Stranges ist für
die Funktion eines Lichtbogenofens von ausschlaggebender Bedeutung.
Der Zusammenhalt eines Stranges ist
beim Transport, vorzugsweise jedoch beim Betrieb eines Ofens gefährdet. Beim
Betrieb eines Ofens kommen wiederholt beträchtliche Biegemomente durch
das Schwenken des Ofengefäßes einschließlich des
Stranges auf den Elektrodenstrang beziehungsweise ist der Elektrodenstrang
einer anhaltenden Vibration ausgesetzt; auch Schläge auf den
Strang durch das Chargiergut belasten den Zusammenhalt des Stranges.
Alle Belastungsarten – wiederholte
Biegemomente, Vibrationen und Schläge – können eine Lockerung der Verschraubung
von Elektroden verursachen. Eine Lockerung ist als das Ergebnis
von unvermeidlichen und/oder nicht gewünschten Vorgängen anzusehen.
Zur Charakterisierung des Zusammenhaltes
eines Elektrodenstranges mit einer messtechnischen Größe bietet
sich das "Lösemoment" an. Das Lösemoment
zum Aufschrauben einer Elektrodenverbindung wird mit einer Messapparatur
bestimmt. Unterhalb des Bereiches einer mechanischen Schädigung der
beteiligten Gewinde ist die Lockerung einer Verschraubung um so
unwahrscheinlicher und ist der Betrieb mit dem Elektrodenstrang
um so sicherer, je höher
das Lösemoment
einer Elektrodenverbindung ist.
Zum Verständnis seien die Folgen einer
Lockerung der Schraubverbindungen eines Elektrodenstranges während des
Ofenbetriebes skizziert:
Bei einer Lockerung ist davon auszugehen,
dass sich die Verspannung der Verschraubverbindung reduziert. Damit
nehmen auch die Anpresskräfte
der Kontaktflächen
benachbarter Strangelemente ab. Die Lockerung kann so weit fortschreiten,
dass sich einige der Kontaktflächen
voneinander trennen.
In der Folge erhöht sich der elektrische Widerstand
in der Verbindung. Die in Kontakt verbliebenen Flächen werden
mit einer erhöhten
Stromdichte belastet. Die erhöhte
Stromdichte führt
zu einer lokalen thermischen Überhitzung.
Bei der Lockerung einer Schraubverbindung
wird in der Regel der Nippel einer starken thermischen und mechanischen
Belastung ausgesetzt. Letztlich ist das mechanische Versagen des
Nippels durch Überhitzung
und mechanische Belastung vorgezeichnet. In der Folge fällt die
Spitze des Elektrodenstranges ab und stürzt in die Stahlschmelze, der
Lichtbogen bricht ab, der Schmelzvorgang ist beendet.
Die Begriffe im folgenden Text sind
so zu verstehen:
- – Die Enden einer Elektrode
werden auch mit Stirnseite bezeichnet.
- – Eine
Elektrode hat eine zylindrische Mantelfläche und beidseitig je eine
senkrecht zur Elektrodenachse angeordnete Stirnfläche.
- – Eine
Schachtel ist eine koaxial angeordnete Vertiefung in der Stirnseite
einer Elektrode. In die koaxialen Innenwände einer Schachtel sind meist
zylindrische oder konische Innengewinde eingearbeitet.
- – Ein
Nippel ist eine zylindrische oder doppelkonische Schraube mit beidseitig
je einer senkrecht zur Nippelachse angeordneten Stirnfläche. Ein
Nippel wird zwecks Verbindung zweier Elektroden etwa je zur Hälfte in
eine Schachtel benachbarter Elektroden eingeschraubt.
- – Ein
Preset besteht aus einer Elektrode und einem in eine Schachtel der
Elektrode zur Hälfte
darin eingeschraubten Nippel.
- – Es
gibt Elektroden, die nur an einer Stirnseite eine Schachtel haben
und an der anderen Stirnseite ein nach außen weisendes koaxiales Gewinde.
Ein solches nach außen
weisendes koaxiales Gewinde wird als integrierter Nippel bezeichnet.
- – Nicht
nur eine Elektrode und ein Nippel haben Stirnflächen sondern auch der integrierte
Nippel hat eine äußere, senkrecht
zur Nippelachse angeordnete Stirnfläche.
- – Angaben
zur Viskosität
der Gleitschicht beziehen sich auf den Lieferzustand der Elektroden
und Nippel, nicht auf den Zustand der Gleitschicht zum Zeitpunkt
der Erzeugung dieser Schicht.
Um den Problemen des ungenügenden Zusammenhaltes
und des ungenügenden
Stromüberganges von
einem Teil eines Elektrodenstranges zum nächsten zu begegnen, sind sehr
unterschiedliche Überlegungen
angestellt worden und es wird die unten geschilderte Praxis angewandt.
Im schwedischen Patent Nr. 43352
mit Anmeldedatum vom 12. Dezember 1917 wird beschrieben, dass in
die Gewindegänge
von Elektroden mit integrierten Nippeln Blechstreifen eingelegt
wurden. Da Elektroden für
das Erschmelzen von hochschmelzenden Metallen gerade in der Nähe des Lichtbogens
sehr heiß werden,
ist damit zu rechnen, dass das Blech in den Gewindegängen schmilzt
und die beabsichtigte Wirkung verloren geht. In der heutigen Praxis
der Lichtbogenöfen
wird das Einlegen von Blechstreifen in die Kontaktflächen zwischen
zwei Elemente eines Elektrodenstranges nicht angewendet.
In einem Artikel von J. K. LANCASTER "Transitions in the
Friction and Wear of Carbons and Graphites Sliding Against Themselves" aus ASLE TRANSACTIONS,
Vol. 18, 3, 5.187 bis 201 werden die Reibungsverhältnisse
zwischen Kohlenstoffkörpern
vorzugsweise bei unterschiedlichen Reibgeschwindigkeiten untersucht.
Man kann dieser Veröffentlichung
keine Lehre entnehmen, wie zwei Kohlenstoffkörper möglichst fest gegeneinander
verschraubt werden können,
sieht man von der allgemeinen Einsicht ab, dass bei sehr niedrigen Relativgeschwindigkeiten
der beiden Kohlenstoffkörper
niedrige Reibbeiwerte beobachtet werden, s. 1, 2 und 6. Diese Einsicht deutet eher auf ein leichtes
voneinander Abgleiten von ruhenden Kohlenstoffkörpern hin.
In der Patentschrift der Schweizerischen
Eidgenossenschaft Nr. 487 570 wird ein Kitt zur Sicherung einer
Nippelverbindung zwischen Kohleelektroden beschrieben. Der Kitt
wird so eingesetzt, dass er sich in den Gewindegängen zwischen Nippel und Gewindeschachtel der
Elektrode befindet und dort während
des Betriebes eines Elektrodenstranges verkokt. Es wird eine besondere
Zusammensetzung des Kittes beansprucht.
Die Sicherung der Schraubverbindung
eines Elektrodenstranges gelingt hier durch die Erzeugung von Feststoffbrücken zwischen
den einzelnen Teilen des Stranges. Dieses Prinzip unterscheidet
sich vollständig von
dem erfindungsgemäßen Prinzip.
Nach Letzterem werden die Teile des Stranges durch höhere Anpressdrücke gegeneinander
arretiert, die beim Verschrauben durch eine aufgetragene, dünne Gleitschicht
auf den Kontaktflächen
möglich
werden.
In der deutschen Offenlegungsschrift
DE 37 41 510 A1 wird
ein selbstsicherndes Verbindeelement beschrieben, vorzugsweise eine
metallische Schraube. Es wird aber auch in Spalte 2, Zeile 21 ff über Losdrehsicherungen
bei Schraubverbindungen berichtet, bei denen Kleber und Härter in
einer Mikroverkapselung eingesetzt werden. Bei der Montage platzen
die Mikrokapseln auf und setzen Kleber und Härter frei. Der ausgehärtete Kleber
erzeugt Feststoffbrücken
zwischen den zu sichernden Teilen. Dieses Prinzip unterscheidet
sich vollständig
von dem im vorigen Abschnitt skizzierten erfindungsgemäßen Prinzip.
In der deutschen Patentschrift
DE 23 30 798 wird eine Graphitelektrode
beschrieben, die allseitig mit einem Schutzüberzug versehen ist. Da dieser Überzug auch
auf den Stirnflächen
der Elektroden aufgebracht ist, könnte er eine Auswirkung auf
die Sicherheit des Zusammenhaltes eines Elektrodenstranges haben,
was jedoch nicht beschrieben wird. Der Überzug enthält Aluminiumlegierungen, 2.
Spalte vorletzter Absatz, und wird zwischen 600 und 800°C zähplastisch,
2. Spalte, 5. Absatz. Die Zusammensetzung des Überzuges bewirkt einerseits
einen günstigen
niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand und damit einen guten
Stromübergang
von einem Elektrodenabschnitt zum nächsten. Andererseits verursacht
der zähplastische
Zustand des Überzuges
im Temperaturbereich zwischen 600 und 800°C zwangsläufig eine Verminderung des
Anpressdruckes zwischen benachbarten Elektrodenabschnitten, weil
die zähplastische Überzugsmasse
unter dem zunächst
von der Verschraubung verursachten Anpressdruck wegkriecht. Dieser
verminderte Anpressdruck ist das Gegenteil dessen, was mit dem erfindungsgemäßen höheren Anpressdruck
zur Sicherung des Zusammenhaltes eines Elektrodenstranges erreicht
wird.
In der Praxis des Stahlwerks versucht
man, die Elektroden möglichst
fest aneinander zu schrauben. Wie oben erwähnt, sind die von Hand einbringbaren
Kräfte,
Drehmomente bzw. Verschraubarbeiten begrenzt. Mit maschinellen Einrichtungen
können
diese Größen beträchtlich
gesteigert werden, es wird jedoch nur in einem Teil der Stahlwerke
mit solchen maschinellen Verschraubeinrichtungen gearbeitet. Die
Stahlwerkspraxis zeigt, dass immer wieder Lockerungen in den Elektrodensträngen vorkommen.
Es bestand daher die Aufgabe, die
Verbindungsstellen eines Elektrodenstranges so zu präparieren, dass
keine Lockerung der einzelnen Elemente des Stranges voneinander
auftritt oder dass eine hohe Sicherheit des Zusammenhaltes eines
Stranges gegeben ist.
Eine weitere Aufgabe bestand darin,
den Übergangswiderstand
von einem Element des Stranges zum nächsten Element zu senken.
Eine weitere Aufgabe bestand darin,
das messbare Lösemoment
zwischen benachbarten Elementen zu erhöhen.
Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass die Elektrode und/oder
ein je zwei Elektroden verbindender – auch integrierter Nippel – Nippel
auf den Kontaktflächen
zum nächsten
Element des Elektrodenstranges eine aufgebrachte, dünne Gleitschicht
hat und dass die benachbarten Kontaktflächen der Schraubverbindung
einen Anpressdruck im Bereich von 0,1 bis 80 N/mm2 haben.
Eine solche Gleitschicht erlaubt
es, bei gleicher aufgewendeter Kraft zum Verschrauben bzw. bei gleichem
aufgebrachten Drehmoment die Verschraubung weiter zuzudrehen als
ohne Gleitschicht.
Art, Menge und Verteilung der Gleitschicht
werden definiert und entsprechend der bei den Verschraubversuchen
gewonnenen Erkenntnisse aufgebracht. Das bedeutet, dass der einzelne
Kunde für
Elektroden die Gleitschicht nicht ausbringen sollte und dieser Vorgang
wegen
- – der
Reproduzierbarkeit,
- – der
Verwendung einer Gruppe optimaler Mittel,
- – des
Mengen- und Dickenauftrages,
- – der
Auswahl der Kontaktflächen
mit der besten Wirkung und
- – des
so günstig
beeinflussten Übergangswiderstandes
beim
Elektroden-Hersteller erfolgen sollte.
Diese Präparation der Verbindungsstellen
eines Elektrodenstranges mit einer Gleitschicht sorgt dafür, dass
ein Elektrodenstrang nach intensiver Verschraubung keine Lockerung
der einzelnen Elemente des Stranges voneinander oder eine hohe Sicherheit
des Zusammenhaltes eines Stranges zeigt. Die Sicherheit des Zusammenhaltes
beziehungsweise die unterbleibende Lockerung werden mit Hilfe des
Lösemomentes
gekennzeichnet. Wie in den folgenden Beispielen im Einzelnen beschrieben,
werden mit der erfindungsgemäßen Präparation
der Verbindungsstellen höhere
Lösemomente
erreicht als mit nicht präparierten
Verbindungsstellen. Dies gilt sowohl für handverschraubte Stränge als
auch für
mit maschineller Einrichtung verschraubte Elektrodenstränge.
Es war nicht naheliegend, auf die
Kontaktflächen
von Schraubverbindungen für
Kohlenstoff- oder Graphitelektroden ein Gleitmittel zu geben. Ursache
ist die allgemein bekannte Tatsache, dass Graphit selbst ein Schmiermittel
ist. Dies gilt zumindest bei Anwesenheit geringster Mengen Feuchtigkeit.
Dabei reicht die übliche
Luftfeuchtigkeit schon aus, um sehr niedrige Reibbeiwerte zu erzielen.
Ein weiteres Argument gegen die Verwendung
von Gleitmitteln in Schraubverbindungen für Kohlenstoff- oder Graphitelektroden
ist die hohe Porosität
von Kohlenstoff- oder Graphitelektroden. Niedrigviskose Gleitmittel,
wie etwa Öle,
würden
wegen der Kapillarwirkung des Kohlenstoffes oder Graphites sofort
von den Kontaktflächen
in das Innere des Materiales gesogen, es bliebe allenfalls – je nach
Benetzungswinkel zwischen Oberfläche
und Gleitmittel – ein
sehr dünner,
möglicherweise
leicht entfernbarer Film eines solchen Gleitmittels auf der Kontaktfläche.
Die Lösung der Aufgaben wird durch
die kennzeichnenden Teile der Ansprüche zwei bis sieben in vorteilhafter
Weise ausgestaltet.
Die auf die Kontaktflächen der
Elemente eines Elektrodenstranges aufgebrachte Gleitschicht bedeckt die
Flächen
partiell oder geschlossen durchgängig.
Eine partielle Bedeckung genügt
insbesondere bei dicken Gleitschichten von mehr als 0,5 mm Dicke.
Das Material der Gleitschicht liegt auf den Kontaktflächen auf
und kann daher auch als filmbildend bezeichnet werden im Gegensatz
zu dünnflüssigen Materialien,
mit denen die Ausbildung einer Gleitschicht auf den porösen Kohlenstoffelementen
weniger gut möglich
ist. Die kinematische Viskosität
des Materiales der Gleitschicht beträgt mindestens 20 mm2/s. Das Material der Gleitschicht gehört zur Gruppe
der Schmierstoffe, die auch Festschmierstoffe und Gleitlacke umfassen.
Die Gruppe der Schmierstoffe ist durch eine große Vielfalt ausgezeichnet,
die verschiedene Klassen von chemischen – meist organischen – Verbindungen
umfasst. Diese – meist
organischen – Verbindungen
werden je nach Anforderungen an den Schmierstoff mit einem oder
mehreren Additiven gemischt, wobei die Anzahl der in Frage kommenden
Additive sehr groß ist.
Die Wirkung der Schmierstoffe ist
unterschiedlich. Es hat sich gezeigt, dass im Falle der Schraubverbindung
von Elementen eines Elektrodenstranges aus Kohlenstoffen bestimmte
Kombinationen von Anpressdrucken der benachbarten Kohlenstoffelemente
und von Schmierstoffen vorteilhaft sind. Bei relativ niedrigen Anpressdrucken
von 0,1 bis 5,0 N/mm2 eignen sich Schmierstoffe
aus der Gruppe der Fluorpolymere, der Polytetrafluorethylene (PTFE),
der Festschmierstoffe wie Molybdändisulfide
oder/und der Silikone als Materialien der Gleitschicht auf den benachbarten
Kontaktflächen
der Schraubverbindung.
Bei relativ höheren Anpressdrucken von 1
bis 80 N/mm2 eignen sich Schmierstoffe aus
der Gruppe der viskosen Schmierstoffe mit kinematischen Viskositäten zwischen
20 bis 1000 mm2/s, bevorzugt zwischen 100 und
600 mm2/s, wie Paraffine oder/und veresterte
langkettige Carbonsären
als Materialien der Gleitschicht auf den benachbarten Kontaktflächen der
Schraubverbindung.
Die weitere Aufgabe wird dadurch
gelöst,
dass der bei Einsatztemperaturen im Lichtbogenofen von im wesentlichen über 300°C und bei
mit bestimmten Anzugsmomenten verspannten, benachbarten Elementen herrschende Übergangswiderstand
zwischen benachbarten Elementen mit ursprünglich aufgetragener dünner Gleitschicht
um zehn bis dreißig
Prozent niedriger ist als der Übergangswiderstand
zwischen benachbarten Elementen ohne ursprünglich aufgetragener dünner Gleitschicht.
Eine weitere Aufgabe bestand darin, das messbare Lösemoment
zwischen benachbarten Elementen eines Elektrodenstranges zu erhöhen. Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass auf die Kontaktflächen
der Elemente eines Elektrodenstranges erfindungsgemäß eine Gleitschicht
aufgebracht wird. Die so behandelten Elemente werden gegeneinander
verschraubt, so dass die Kontaktflächen benachbarter Elemente
je nach Grad der Verschraubung unter einem bestimmten Anpressdruck
stehen. Die Sicherheit des Zusammenhaltes eines Elektrodenstranges
an der Verschraubungsstelle wird mit dem Lösemoment der Verbindung gemessen.
Man stellt bei Messungen fest, dass das bei einem bestimmten Anpressdruck
benachbarter Elemente messbare Lösemoment
zwischen benachbarten Elementen mit der dünnen Gleitschcht um mindestens
15 Prozent höher
ist als das Lösemoment
zwischen benachbarten Elementen gleichen Anpressdruckes ohne die
dünne Gleitschicht.
Eine weitere Erläuterung ist dem Beispiel 3
zu entnehmen.
Die Gleitschicht befindet sich erfindungsgemäß auf der
Kontaktfläche
der Elemente eines Elektrodenstranges. Dabei besteht die Kontaktfläche aus
einer oder mehreren der Flächen
von den Stirnflächen
der Elektrode und von den Gewindeflächen der Elektrodenschachtel
und/oder der Gewindeflächen
des Nippels.
Im Gegensatz zu niedrigviskosen Gleitmitteln,
die vom porösen
Kohlenstoff aufgesogen werden können
und möglicherweise
keine Gleitschicht ausbilden, gelingt die Ausbildung einer Gleitschicht
auf der porösen Kohlenstoff
oder Graphitkontaktfläche
mit filmbildenden oder auch hochviskosen Gleitmitteln. Die Gleitschicht auf
der Kontaktfläche
hat zweckmäßiger Weise
eine Dicke von 0,001 bis 5,0 mm, vorzugsweise von 0,005 bis 0,5
mm.
Ein Elektrodenstrang kann aus einem
einheitlichen Material oder aus verschiedenen Materialien bestehen.
Der häufigste
Fall ist derjenige, bei dem Elektrode und Nippel aus Graphit bestehen.
Bei einem anderen Fall bestehen Elektrode und Nippel aus carbonisiertem
Kohlenstoff, beide Komponenten wurden bei ihrer Herstellung mit
einer maximalen Temperatur von deutlich unter 2000°C behandelt,
vorzugsweise von unter 1200°C
behandelt. Bei wiederum einem anderen Fall besteht die Elektrode
aus carbonisiertem Kohlenstoff und der Nippel aus Graphit.
Eine für den Elektrodennutzer, meistens
ein Elektro-Stahlwerk, zweckmäßige Lieferform
ist das Preset. Die innere Kontaktfläche des Preset wird beim Elektrodenhersteller
entweder freigelassen und Elektrode sowie Nippel zusammengeschraubt
oder die Elektrode und/oder der Nippel haben auf der Kontaktfläche eine dünne Gleitschicht.
Dabei besteht die innere Kontaktfläche aus einer oder beiden der
Flächen
von Gewindeflächen
der Elektrodenschachtel und von Gewindeflächen des Nippels.
Wird ein Preset im Lichtbogenofen
eingesetzt, so hat auch das Preset erfindungsgemäß auf einer oder mehreren der
Kontaktflächen
zum nächsten
Preset oder zum nächsten
Teil des Elektrodenstranges eine dünne Gleitschicht. Dabei hat
das Preset an der einen Stirnseite eine Kontaktfläche, die
aus einer oder beiden der Flächen
von Stirnfläche
der Elektrode und von Gewindeflächen
der Elektrodenschachtel besteht, und an der anderen Stirnseite hat
das Preset eine Kontaktfläche,
die aus einer oder mehreren der Flächen von Stirnfläche der
Elektrode, Gewindeflächen
des Nippels und Stirnfläche
des Nippels besteht.
Nicht alle Elektroden haben an beiden
Stirnseiten koaxial angeordnete Schachteln mit Innengewinden. Vielmehr
gibt es Elektroden, die nur an einer Stirnseite eine solche Schachtel
aufweisen und an der anderen Stirnseite einen integrierten koaxialen
Nippel haben. Auch solche Elektroden haben die erfindungsgemäße Gleitschicht
auf der gewünschten
Kontaktfläche.
Die gewünschte
Kontaktfläche
besteht in diesen Fällen
an der einen Stirnseite der Elektrode aus einer oder beiden der
Flächen
von Stirnfläche
der Elektrode und von Gewindeflächen
der Elektrodenschachtel und an der anderen Stirnseite der Elektrode
aus einer oder mehreren der Flächen
von Stirnfläche
der Elektrode und Gewindeflächen
des integrierten koaxialen Nippels.
Beispiel 1:
Auf einem Verschraubstand der Fa.
Piccardi (Dalmine(Bergamo)/Italien) mit der Bezeichnung „Nipplingstation", Baujahr 1997, wurden
zwei Graphitelektroden mit Durchmessern von jeweils 750 mm mit einem
passenden Nippel zu einem Elektrodenstrang verschraubt. Dabei wurde
ein Preset aus einer Elektrode und einem bereits in eine Schachtel
der Elektrode vorverschraubten Nippel eingesetzt. Preset und Elektrode wurden
miteinander verschraubt. Bei Erreichen eines Anzugsmomentes von
7500 Nm wurde die Verschraubung beendet.
Um die Sicherheit des Zusammenhaltes
der Verschraubung zu charakterisieren, wurde die Verbindung anschließend wieder
geöffnet
und dabei das Lösemoment
gemessen.
Dieses prinzipielle Vorgehen wurde
in drei Varianten A, B und C ausgeführt:
Variante A
Die Kontaktflächen von Preset und Elektrode
erhielten keine erfindungsgemäße Gleitschicht
und wurden in ihrem ursprünglichen
Zustand verschraubt.
Variante B
Die Kontaktflächen des Preset und der einzelnen
Elektrode wurden mit der erfindungsgemäßen Gleitschicht versehen.
Die Gleitschicht bestand aus dem Lagerfett mit der Typenbezeichnung
arcanol 12V von der Firma FAG Kugelfischer (Schweinfurt/ Deutschland).
Als Kontaktflächen
wurden die Stirnfläche
der Elektrode und die freien Gewindeflächen des Nippels ausgewählt. Die
Dicke der Gleitschicht betrug 0,1 mm.
Variante C
Nur die Stirnfläche der Elektrode des Preset
wurde mit der erfindungsgemäßen Gleitschicht
versehen. Die Gleitschicht bestand aus dem Lagerfett mit der Typenbezeichnung
arcanol 12V von der Fa. FAG Kugelfischer (Schweinfurt/ Deutschland).
Die Dicke der Gleitschicht betrug 0,5 mm.
Tabelle 1
Die angegebenen Werte gelten für Elektroden
mit einem Durchmesser von 750 mm und für ein Anzugsmoment von 7500
Nm beim Verschrauben.
Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht,
war das Lösemoment
abhängig
von der An der Behandlung der Kontaktflächen und dem Anteil der beschichteten
Flächen
an der gesamten Kontaktfläche.
Das niedrigste Lösemoment
wurde bei Kontaktflächen
ohne Gleitschicht erreicht (Variante A). Nach Ausbringen einer Gleitschicht
auf die Kontaktfläche
wurden sehr hohe Lösemomente
gemessen. Wenn nur ein Teil der gesamten Kontaktfläche mit
einer Gleitschicht versehen war (Variante C), fiel das Lösemoment
niedriger aus als bei vollständiger
Beschichtung der Kontaktfläche
(Variante B).
Größere Dicken der Gleitschichten
als in Variante C verminderten nicht die Höhe des Lösemomentes. Das überschüssige Material
der Gleitschicht wurde in die Poren der Elektroden und des Nippels
bzw. aus der gesamten Verbindung des Elektrodenstranges gepresst.
Bei solchen nicht In Tabelle 1 aufgelistet Versuchen konnte beobachtet
werden, dass größere Dicken
der Gleitschichten zu erhöhten,
ebenfalls in Tabelle 1 nicht notierten Werten für Verschraubarbeiten führten.
Beispiel 2:
Bei diesen Versuchen wurde wieder
das prinzipielle Vorgehen des Beispieles 1 gewählt. Im Unterschied zu Beispiel
1 wurden jedoch sowohl Elektroden mit einem Durchmesser von 750
mm als auch Elektroden mit 600 mm eingesetzt. Wie in Beispiel 1
wurden die Elektroden mit einem Durchmesser von 750 mm mit einem
Anzugsmoment von 7500 Nm verschraubt. Die Elektroden mit einem Durchmesser
von 600 mm wurden jedoch mit einem Anzugsmoment von 4000 Nm verschraubt.
Für
die Versuchsvarianten A und B wurden Elektroden mit einem Durchmesser
von 750 mm eingesetzt und es wurde mit einem Anzugsmoment von 7500
Nm verschraubt.
Variante A
Die Kontaktflächen von Preset und Elektrode
erhielten keine erfindungsgemäße Gleitschicht
und wurden in ihrem ursprünglichen
Zustand verschraubt.
Variante B
Die Kontaktflächen des Preset und der einzelnen
Elektrode wurden mit der erfindungsgemäßen Gleitschicht versehen.
Die Gleitschicht bestand aus der wässrigen PTFE-Suspension mit
der Typenbezeichnung TF 5032 PTFE von der Firma Dyneon (Burgkirchen/Deutschland).
Als Kontaktflächen
wurden die Stirnfläche der
Elektrode und die freien Gewindeflächen des Nippels ausgewählt. Die
Dicke der Gleitschicht betrug 0,005 mm.
Für
die Versuchsvarianten C und D wurden Elektroden mit einem Durchmesser
von 600 mm eingesetzt und es wurde mit einem Anzugsmoment von 4000
Nm verschraubt.
Variante C
Die Kontaktflächen von Preset und Elektrode
erhielten keine erfindungsgemäße Gleitschicht
und wurden in ihrem ursprünglichen
Zustand verschraubt.
Variante D
sDie Kontaktflächen des Preset und der einzelnen
Elektrode wurden mit der erfindungsgemäßen Gleitschicht versehen.
Die Gleitschicht bestand aus der wässrigen PTFE-Suspension mit
der Typenbezeichnung TF 5032 PTFE von der Firma Dyneon (Burgkirchen/Deutschland).
Als Kontaktflächen
wurden die Stirnfläche der
Elektrode und die freien Gewindeflächen des Nippels ausgewählt. Die
Dicke der Gleitschicht betrug 0,005 mm.
Tabelle 2
Die angegebenen Werte gelten für Elektroden
mit einem Durchmesser von 750 mm und für ein Anzugsmoment von 7500
Nm beim Verschrauben.
Tabelle 3
Die angegebenen Werte gelten für Elektroden
mit einem Durchmesser von 600mm und für ein Anzugsmoment von 4000Nm
beim Verschrauben.
Wie aus den Tabellen 2 und 3 hervorgeht,
war das Lösemoment
abhängig
von der Art der Behandlung der Kontaktflächen. Das jeweils niedrigere
Lösemoment
wurde bei Kontaktflächen
ohne Gleitschicht erreicht (Varianten A und C). Nach Aufbringen
einer Gleitschicht auf die Kontaktfläche wurde das höhere Lösemoment gemessen
(Varianten B und D).
Beispiel 3:
Auf einem Verschraubstand der Fa.
Piccardi (Dalmine(Bergamo)/Italien) mit der Bezeichnung „Nipplingstation", Baujahr 1997, wurden
zwei Graphitelektroden mit Durchmessern von jeweils 750 mm mit einem
passenden Nippel zu einem Elektrodenstrang verschraubt. Dabei wurde
ein Preset aus einer Elektrode und einem bereits in eine Schachtel
der Elektrode vorverschraubten Nippel eingesetzt. Preset und Elektrode wurden
miteinander verschraubt. Im Gegensatz zu den Beispielen 1 und 2
wurde im Beispiel 3 nicht bis zu einem oberen Wert eines Anzugsmomentes
verschraubt sondern bis zum Erreichen eines bestimmten Anpressdruckes
der Stirnflächen
von benachbarten Elektroden einer Schraubverbindung. Als Anpressdruck
wurden 8 MPa gewählt.
Um die Sicherheit des Zusammenhaltes
der Verschraubung zu charakterisieren, wurde die Verbindung anschließend wieder
geöffnet
und dabei das Lösemoment
gemessen.
Dieses prinzipielle Vorgehen wurde
in zwei Varianten A und B ausgeführt:
Variante A
Die Kontaktflächen von Preset und Elektrode
erhielten keine erfindungsgemäße Gleitschicht
und wurden in ihrem ursprünglichen
Zustand verschraubt.
Variante B
Die Kontaktflächen des Preset und der einzelnen
Elektrode wurden mit der erfindungsgemäßen Gleitschicht versehen.
Die Gleitschicht bestand aus dem Lagerfett mit der Typenbezeichnung
arcanol 12V von der Firma FAG Kugelfischer (Schweinfurt/ Deutschland).
Als Kontaktflächen
wurden die Stirnfläche
der Elektrode und die freien Gewindeflächen des Nippels ausgewählt. Die
Dicke der Gleitschicht betrug 0,1 mm.
Tabelle 4
Die angegebenen Werte gelten für Elektroden
mit einem Durchmesser von 600 mm und für einen Anpressdruck der Stirnflächen benachbarter
Elektroden von 8 MPa nach dem Verschrauben.
Wie aus der Tabelle 4 hervorgeht,
war das Lösemoment
abhängig
von der Art der Behandlung der Kontaktflächen. Das niedrigere Lösemoment
wurde bei Variante A mit Kontaktflächen ohne Gleitschicht erreicht.
Nach Aufbringen einer Gleitschicht auf die Kontaktflächen und
nach Einstellen eines Anpressdruckes von 8 MPa wurde bei Variante
B das gegenüber
Variante A um mindestens 15% höhere
Lösemoment
gemessen.