專利名稱：碳和/或石墨電極柱的螺紋連接的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多種螺紋連接，其包括具有內部螺紋的外部部件和相配合的具有外部螺紋的內部部件。該部件的螺紋分別具有均勻的導距。各個螺紋具有實質上V形的輪廓，且至少一個螺紋在螺紋牙底配置有楔斜面，其中當內部部件和外部部件互相旋上時，一螺紋連接部件的螺紋牙頂毗鄰另一連接部件的螺紋牙底的該楔斜面。
本發(fā)明進一步涉及另一種不同的或特殊的螺紋連接結構，其包括具有內部螺紋的外部部件和相配合的具有外部螺紋的內部部件。外部和內部部件的各自螺紋具有均勻的導距。一部件的各螺紋具有實質上V形的輪廓，且另一部件根據(jù)螺紋的性質配置有環(huán)形楔斜面。當內部部件和外部部件互相旋上時，一螺紋連接部件的螺紋牙頂毗鄰另一連接部件的螺紋性質的環(huán)形楔斜面。
本發(fā)明進一步涉及兩種該螺紋連接的使用，例如作為碳、部分石墨或石墨電極的連接，用于鎖定、承載并不易松開，特別是在動力載荷下。
制造碳化或石墨化碳的技術，因此也包括碳電極和連接銷，在現(xiàn)有技術中公知已超過百年，并且該技術適用于大規(guī)模的工業(yè)。因此，該技術在許多方面已被精煉，在價格方面也得到優(yōu)化。對該技術的描述可在銻硫鎳礦(ULLMANN’S)工業(yè)化學百科全書A5卷，VCH VerlagsgesellschaftmbH，Weinheim，1986，103-113頁中找到。
電弧爐包括至少一個碳電極柱。該柱的上端被支架夾持，也通過支架施加電極柱的電流。當使用電弧爐時，電弧從該柱的牙底尖端或低端進入位于爐中的熔融的金屬。爐中的電弧和高溫導致電極柱的底端漸漸燒掉。由于電極柱逐漸前進入爐中，補償了電極柱的縮短，并且如有必要，另外的電極將旋入該柱的頂端。如有必要，由幾個電極和其連接銷構成的部分燒掉的電極柱也可以作為一個獨立的單位從支架卸掉，并被一個新的、具有充足長度的柱所代替。
各個碳電極旋在已位于爐中的柱上，或者用手或機器將電極旋在一個新的柱上。特別是對于直徑為600mm或更大的大直徑的電極，為了確保電極柱不裂開，必須施加有效的力和轉矩或扭緊力。柱的可靠連接對于電弧爐的運行是極為重要的。
在運輸期間，特別是當爐在運行時，柱的可靠連接受到威脅。當爐在使用時，由于包括該柱的爐外殼的振動，或是該柱遭受持續(xù)的振動，相當大的撓曲矩重復施加在電極柱上；該柱遭受爐料的撞擊，其也對柱的可靠連接施加壓力。所有這些壓力——重復的撓曲矩、振動和撞擊——可能導致電極的螺紋連接松動。這種松動應當被認為是不可避免的和/或不合要求的工序的結果。
為了更好理解，將描述爐在運行時電極柱松動的結果該柱的松動是螺紋連接的緊密度降低的標志。結果，作用在相鄰柱元件的接觸面上的壓力也減小了。該松動可能會發(fā)展，直到某些接觸面在物理上彼此分離。
結果，連接處的電阻增大。那些仍然接觸的表面承受更大的電流密度。更高的電流密度導致局部過熱。
當螺紋連接變松動時，連接銷通常處于高熱和機械載荷下。最后，由于過熱和機械載荷，可以預料到連接銷的機械故障。結果，電極柱的低端折斷，落入熔融的鋼中，電弧中斷且熔煉工序終止。
為了解決這些連接不充分和由電極柱的一部分向下一部分的電流傳遞不良的問題，制定了許多非常不同的方法。下列描述的實踐也已在鋼架中實現(xiàn)。
專利號為4,167,643的美國專利描述了兩個石墨電極之間的連接銷與兩電極相比具有更低的熱膨脹系數(shù)。當溫度上升時——在鋼架操作中，達到超過1500℃的溫度——電極部分比連接銷膨脹更大。這導致連接銷和電極之間附加的、由熱導致的收緊，其被認為是對螺紋連接的安全切斷。然而，同樣顯而易見的是，在嚴重的壓力下，熱導致的力位于螺紋圈的齒側。
專利號為5,575,582的美國專利描述了除了兩石墨電極之間的連接銷之外的錐形切斷銷的使用。這種帶有擰緊狀態(tài)下的電極柱的配置確保了槽中的切斷銷掉出各自柱的上電極槽外并進入相應柱的下電極槽中，該切斷銷在兩相鄰電極的接觸面上延伸大約一半。下電極中的槽形成一弧形通道，該通道跟蹤(traced)一電弧，該電弧關于電極的中心縱軸具有恒定的半徑。當螺紋連接松動時，切斷銷可以沿通道滑動，直到其在遠端被阻塞。已落入槽中的切斷銷從而防止進一步的變形和隨之而來的兩電極部分的松動。取決于弧形通道的長度和切斷銷橫貫其中的電極關于其中心縱軸扭轉的路徑，螺紋連接仍然能變得很松。這在螺紋連接的電流傳輸和連接的局部過熱方面帶來有害的效果。
在其它領域也試圖解決這一固定物松動的問題。在德國公開的專利申請DE4137020中，描述了自保護固定物，例如螺釘和螺母，其制造材料不再作進一步描述。該固定物在其前表面配置了許多與結構件配合的球狀突起。該突起為高度低于1mm的角錐或圓椎，其中角錐或圓椎頂端的角度至少為90°。角錐或圓椎預備印入用螺紋緊固將其支撐的結構件的表面，從而防止固定物松動。涉及到預加應力的“設置”和相應減少(見德國申請第2欄第9行)。角錐或圓椎均勻分布在固定物的前表面。固定物沒有特殊構造的接觸面，并因此沒有具特殊效力的前張力方向。
關于碳電極的螺紋柱，應該注意到，由于陶瓷和碳易碎的性質，在電極或連接銷接觸表面上的宏觀旋鈕在擰緊時會破碎。甚至大的碎片可能從柱元件的前表面彈射出來。
專利號為4,076,064(1978)的美國專利描述了一種防止固定物變松的不同方法。在螺紋連接的一個元件的螺紋圈牙底引入楔斜面。當螺紋連接的兩元件均旋在一起時，無楔斜面的螺紋連接元件的螺紋圈牙頂毗鄰另一元件的螺紋圈牙底的楔斜面。一螺紋連接元件的螺紋圈牙頂與另一元件的螺紋圈牙底楔斜面之間的鄰接具有鎖住兩元件的效果。如果兩元件均由適當選擇的材料制成，這種鎖住效果會更好。如果螺紋連接中的螺栓比相配合的螺母由更硬、低延展性的材料制成，這是有益的。由于對材料未作更詳細的描述，為了該發(fā)明的目的作出合理的假設，其涉及金屬材料。這里沒有給出任何啟示這種類型的螺紋連接同樣可以由合成制造的碳材料所制成，也不針對一般用于連接在此描述的碳和/或石墨電極的錐形螺紋連接。
專利號為4,266,590(1981)的美國專利也詳細說明了螺紋圈牙底具有楔斜面的元件。在那種情況下，螺母和螺栓的螺紋圈高度稍微有所不同。結果，對于每一螺紋圈，無楔斜面的螺紋連接元件的螺紋圈牙頂位于在另一元件的螺紋圈牙底具有楔斜面的螺紋圈清晰的橫截面中的相對不同位置。根據(jù)該專利的說明書，通過兩個螺紋連接部件中螺紋圈的不同高度產生的干擾效果，螺紋牙頂撞擊楔斜面獲得的鎖定效果會進一步加強。這里沒有給出任何啟示這種類型的螺紋連接同樣由合成制造的碳材料所制成，也不針對一般用于連接在此描述的碳和/或石墨電極的錐形螺紋連接。
在實際的鋼架操作中，會試圖將電極盡可能緊密地旋在一起。正如前面所指出的，可手動施加的力、轉矩和扭緊力是有限的。這些力可以通過使用機械而大大增加，但是這些機械扭緊裝置只能用在一些鋼架中。實際的鋼架操作表明電極柱元件仍然會反復松動。
發(fā)明概要本發(fā)明的目的在于提供一種用于碳和/或石墨電極柱的螺紋連接，其克服了上述迄今所知的裝置和普通類型的方法的缺陷，并提供了螺紋連接部件的制造，該部件由陶瓷制成，優(yōu)選為合成制造的碳和石墨制成，該螺紋連接將防止松動，或至少減輕松動的結果。
根據(jù)本發(fā)明，前述以及其它發(fā)明目的是，提供一種螺紋連接組件，包括由陶瓷制成并具有內部螺紋的外部部件；由陶瓷制成并具有外部螺紋的內部部件；內部螺紋和外部螺紋，其具有實質上均勻的導距、牙底和牙頂?shù)穆菁y圈，并且各自的螺紋圈具有基本上為V形的輪廓；至少一個內部和外部螺紋，其牙底形成楔斜面，并且當內部和外部部件彼此旋在一起時，一部件的牙頂毗鄰另一部件牙底的楔斜面；和圓柱形螺紋或圓錐形螺紋的內部和外部螺紋。
換句話說，螺紋連接部件由陶瓷制成，優(yōu)選為合成制造的碳或石墨，并且螺紋為圓柱形或圓椎形。當螺紋連接部件接合時，一部件的螺紋牙頂毗鄰另一部件的螺紋圈牙底的楔斜面。這意味著載荷不再由螺紋連接的各自螺紋圈的齒側支承。結果，在其螺紋圈牙底有楔斜面的螺紋連接部件中，無需具有例如V形輪廓的螺紋圈和相應的螺紋圈齒側。
根據(jù)本發(fā)明，上述以及其它發(fā)明目的是，還提供一種電極柱，其具有上述概括的組件，并且具有多個作為碳電極形式的外部部件和作為連接銷形式的內部部件，該連接銷在電極柱上將電極旋在一起，和不易松開的、形成鎖定和承載的連接組件。
根據(jù)本發(fā)明的目的，碳電極柱不應該因受到鋼架操作時普遍存在的撓曲矩、振動或撞擊而松動或彼此分離，元件保持互相鎖定接觸，并且每種情況下當連接銷將電極保持在一起時，螺紋連接均支承柱下部的載荷。
在此使用下列定義電極端部也指其端面。
插口是在電極端面上的同軸凹陷。通常為圓柱形或圓錐形的內部螺紋插入凹陷部的同軸內壁中；這一規(guī)程由國際標準IEC60239規(guī)定(具有內部螺紋的插口＝螺紋插口)。
連接銷是具有外部螺紋的圓柱形或雙錐形螺釘，其一端面垂直于在其中任一側的連接銷的軸線設置。為了連接兩個電極，連接銷大約一半旋入相鄰電極的各插口。
預置裝置是電極和部分(即一半的長度)旋入電極插口的連接銷。
電極或碳電極具有在至少一個端面上的螺紋插口。在該文獻中，兩電極的通過連接銷的連接通常意味著螺紋電極連接。然而，為了簡化的目的，使用了電極接頭這樣的術語，在權利要求中也是如此。
螺紋圈的高度定義為連接銷或電極插口的螺紋關于中心縱軸通過360°的路徑。螺紋圈的高度或梯度相對較小以防止兩螺紋連接部分沿梯度滑下分離。正如國際標準IEC60239所規(guī)定的，螺紋圈的梯度或高度必須是每英寸或每25.4mm具有3(T3類型)或4(T4類型)個螺紋圈。根據(jù)這一規(guī)定，T3類型螺紋圈的高度是8.467mm，T4類型其高度為6.350mm。
根據(jù)本發(fā)明，由碳制成的螺紋連接部件的優(yōu)勢歸功于載荷沿著在一方面的一部件的螺紋牙頂和另一方面的另一部件的螺紋圈牙底楔斜面之間的接觸線均衡地分配。事實證明，前述接觸線上所有點上的力矢量和的大小基本相等。
比較而言，其螺紋圈牙底沒有楔斜面的傳統(tǒng)螺紋中，載荷基本上集中在第一圈；隨后每一圈的載荷減少。
在傳統(tǒng)的螺紋圈牙底沒有楔斜面的螺紋中，載荷在第一圈的絕對值明顯高于根據(jù)本發(fā)明的螺紋在別的不重要的條件類似的情況下，例如承受的總載荷、螺紋尺寸、螺紋梯度諸如此類，由碳制成的螺紋連接部件的最大載荷的絕對值。傳統(tǒng)螺紋中更大的絕對值在使用鋼爐造成電極柱變熱的情況下對電流負載產生影響。連接銷和電極的膨脹系數(shù)不同導致最大載荷的絕對值由于電極柱溫度的增高而迅速增大。由于更大載荷的絕對值更高，當傳統(tǒng)的螺紋圈牙底無楔斜面的螺紋用于螺紋連接時，該連接中的插口或連接銷發(fā)生故障更快。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的碳制成的螺紋連接部件對高溫造成的插口或連接銷的故障更具抵抗力。
在碳電極和連接銷的制造中無需為了提供電極接頭的鎖定而增加根據(jù)本發(fā)明的額外工序。需要不同的工具，但機械加工并不困難。
許多金屬螺紋連接由具有內部螺紋的外部部件，例如金屬螺母，以及相配合的具有外部螺紋的內部部件，例如金屬螺栓，所構成。螺紋連接的兩部件中，螺紋圈之間的距離相等，在所有情況下均是一致的。各自的螺紋圈具有實質上V形的輪廓，并且至少一個部件在其螺紋圈牙底具有楔斜面。根據(jù)專利號為4,076,064和4,266,590的美國專利，每種情況下，螺紋連接的一個元件在螺紋圈牙底具有楔斜面，以防止螺紋連接在旋緊的狀態(tài)下變松和/或確保兩螺紋連接元件的鎖定。在試圖理解鎖定和防止變松時，金屬的塑性變形能力的概念是有益的。因此，可以設想金屬螺紋連接的一部件的螺紋牙頂毗鄰另一部件的楔斜面并在兩部件旋在一起時可塑地變形，一部件的螺紋牙頂與金屬螺紋連接中另一部件的楔斜面因此而聯(lián)鎖。
當試圖將這種聯(lián)鎖原理聯(lián)想到陶瓷螺紋連接的情況時，必須首先處理該原理破環(huán)的事實。其原因在于陶瓷的脆性。在高剪應力下，例如當兩陶瓷螺紋連接部件旋在一起時，在一部件的螺紋牙頂產生的剪應力下，陶瓷牙頂完全地折斷。
盡管合成制造的碳和石墨也被認為是陶制品，在微晶區(qū)域中石墨點陣的層狀結構使其具有塑性變形的特性。由于這種變形能力，就石墨而言也可以被認為是潤滑性，這些陶瓷牙頂不會完全地折斷。合成制造的碳和石墨的變形能力由這些材料的細致分布的開孔來維持，其為25％/vol的數(shù)量級。微晶區(qū)域可以壓入相鄰孔。這可以確保當兩部件旋在一起時，石墨或碳制成的螺紋連接的一部件的螺紋牙頂與石墨或碳制成的螺紋連接的另一部件的楔斜面之間發(fā)生聯(lián)鎖。對具有圓柱形或圓錐形的、左旋或右旋螺紋的部件來說都是正確的。
當一螺紋連接部件實質為V形的螺紋圈的螺紋牙頂毗鄰另一螺紋連接部件的楔斜面而兩部件旋在一起時，所有的力僅在接觸線上由一部件傳遞到另一部件。在螺紋圈牙底具有楔斜面的部件的螺紋圈輪廓可以制得越來越小，且不損失傳遞的力。這一結果在于，具有楔斜面的部件的螺紋圈齒側不再接觸其螺紋圈實質為V形橫截面的部件的螺紋圈齒側，因此通過這一路徑也不再有力的傳遞。權利要求11中描述的情況可被視為一個有趣的特例，其中有楔斜面的部件不再具有任何可見的突出的螺紋圈，也參見圖4?，F(xiàn)在只有楔斜面環(huán)繞該部件。相配合的螺紋圈的輪廓已減小，例如減小到兩楔斜面之間的連接線9，其在圖4的橫截面中一個位于另一個之上。
在前面部分解釋了制造和使用合成制造的碳電極的技術。單獨的碳電極柱元件旋在一起。為此，具有外部螺紋的碳連接銷與配設內部螺紋的兩相鄰碳電極的插口相接合。
在碳電極柱上的機械和熱應力并未均勻分布在整個電極和連接銷上。取而代之，連接銷暴露于更大的載荷下，并因此通常由與旋在一起的電極相比具有更好的機械和熱額定性能的碳材料制造，關于這些性能，包括可彎曲力、彈性系數(shù)、平行且垂直于中心縱軸的膨脹系數(shù)、電和熱傳導性、容積密度等等。
據(jù)專利號為4,076,064的美國專利號中的解釋，如果螺紋連接的螺栓與相配合的螺母相比由更硬、低延展性的材料制成，該螺紋連接的性能會提高。由于電極柱體的載荷，類似的設置也會產生于該柱的螺紋連接中連接銷比低彈性系數(shù)、高延展性的碳電極具有更高的彈性系數(shù)，并因此具有更低的延展性。已證實，在高延展性電極插口的內部螺紋的螺紋圈牙底設置楔斜面，并保持低延展性連接銷的螺紋圈的橫截面不變是有優(yōu)勢的。
許多螺紋圈設置在連接銷的側面，其起始于連接銷的前表面并延伸到中部截面。此外對應的電極插口也是如此。螺紋圈的數(shù)目取決于連接銷的長度、電極插口的深度和螺紋梯度。最后一項在國際標準IEC 60239已作規(guī)定，同樣也適用于碳電極柱。
如果一個螺紋連接部件的所有螺紋圈，在此情況下優(yōu)選電極插口，在螺紋圈牙底設置楔斜面，則當兩螺紋連接部件旋在一起時產生高的鎖定效果。然而，在某種情況下，在至少一個螺紋圈上設置楔斜面已經足夠。在其它情況下，楔斜面出現(xiàn)在在螺紋圈長度部分的螺紋圈牙底，其從電極插口的底面延伸至電極端面。
有些顧客購買預設形式的電極。在電極一端旋入第一插口的連接銷由機器連接，并因此具有高的扭矩；沒有占用在電極另一端的第二插口。這意味著在鋼架操作中，連接銷由機器旋上實際上沒有變松的危險。因此，預設裝置的螺紋不需要任何防止松動的保護措施，并由此不需要在螺紋圈牙底(插口螺紋的)設置楔斜面。用于將第二電極端旋入的方法也可以是在電鋼爐內用機器執(zhí)行，或者如果在鋼架中沒有相應的機器，可以用手旋入。特別是在后一情況下，由于運用的扭矩不足，有松動的危險。特別在這些情況下，對松動采取額外的保護措施是有益的。第二電極插口的內部螺紋沒有預先旋入連接銷，其在螺紋圈牙底具有楔斜面。
在螺紋圈牙底的楔斜面上，通常是旋入的兩部件之一，其表面最經常具有相對其齒側的不同傾斜角。由于螺紋圈的齒側任意傾斜，使用該齒側作為參考不起任何作用。合乎邏輯的參考是，連接銷或電極的中心縱軸線這一方面與螺紋圈牙底楔斜面的表面傾斜角這另一方面之間的關系。連接銷或電極的中心縱軸線一方面和螺紋圈牙底楔斜面的表面傾斜角另一方面之間的角度在10°到60°之間，優(yōu)選為25°到35°，這些角度為順時針或者逆時針方向計算的。
螺紋圈牙底楔斜面朝連接銷或電極的中心縱軸線的突起的高度為30％到100％的螺紋圈高度。這一段位于螺紋圈牙底，以至于當兩螺紋連接元件旋在一起時，第一元件的楔斜面在中間與第二元件的螺紋圈牙頂接觸。然而，問題出在，在施加力的載荷作用下，第二元件的螺紋圈牙頂被迫與第一元件的楔斜面的傾斜表面中間分離。
如前述部分中對電爐鋼設備中旋緊的碳電極的說明，發(fā)明目的在于保護由碳電極和碳連接銷構成的螺紋接頭不松動，盡管這種限制在鋼架中很有效。因此，至少一個部件的螺紋在螺紋圈的螺紋牙底具有楔斜面的螺紋連接用于該螺紋圈的長度的至少一部分上。在一特殊情況下，通常具有基本上V形截面的承載螺紋圈在至少一個元件上沒有構造環(huán)形的楔斜面。當由碳電極和碳連接銷構成的螺紋連接旋在一起時，該連接用于產生鎖定、承載并抵制松開，由此確保電極柱的完整。
這種描述類型的螺紋連接相比兩螺紋的標準螺紋連接而言具有更均衡的載荷分布，其中每個螺紋圈具有V形橫截面。
這種描述類型的螺紋連接用于為通過連接銷旋在一起而形成電極柱的碳電極提供能鎖定、承載并且不易松動的連接，在標準應用和前面引用的關于螺紋圈的簡化輪廓的特殊應用。
范例在由Piccardi(Dalmine(Bergamo)/意大利)制造的被稱為“螺紋臺”(nippling station)并生產于1997年的旋緊的固定臺上，兩個直徑為600mm的石墨電極中的每個用合適的石墨螺紋接頭旋在電極柱上。
這樣做，使用了預置裝置，其由一個電極和已提前旋入電極插口的螺紋接頭構成。該電極具有符合CEIIEC 60239標準的標準螺紋以及編號S 317T4N的插口。相配合的螺紋接頭在其兩側具有標準編號N 317T4N的圓錐形螺紋。這意味著在預置裝置中仍然自由的螺紋接頭的螺紋側也配置有標準螺紋。
其直徑為600mm的第二電極接著旋入該預置裝置，并且第二電極的插口在螺紋圈基部具有楔斜面。楔斜面的表面相對于電極的中心縱軸線具有30°角。為了生產電極插口中的這種特殊螺紋，使用了螺絲板，其外部輪廓在相應于插口的楔斜面處也具有30°角。至于其他，螺絲板的輪廓具有典型的V形外形，其對應于通過插口螺紋圈的橫截面。對這種類型的電極柱配置做各種螺紋連接試驗。
首先，根據(jù)本發(fā)明的螺紋連接使用機械提供的鉗位扭矩閉合。當鉗位扭矩達到4000Nm，該螺紋連接完成。為了證明這樣的螺紋連接的成功，通過根據(jù)本發(fā)明的螺紋連接來制造這一部分。這種切面圖如圖5所示。由于通過石墨部件的切面圖對于非本領域技術人員不能立刻理解，憑借粒狀結構，關于主要的發(fā)明要素的注釋已寫在該附圖中。更重要的注釋在于螺紋接頭和插口的螺紋圈齒側是不連續(xù)的，因此其應力不能從接頭傳遞到插口，而是在接頭上螺紋旋轉的牙頂毗鄰位于插口上螺紋旋轉的基部的楔斜面，其應力在那里傳遞。
為了描述螺紋連接的緊固可靠性的特征，于是該連接被再次打開并測出其分離矩。確定出其分離矩為6000Nm，在標準螺紋的正常范圍之內。
在對相同螺紋連接的反復旋緊和分離的操作中，扭矩和分離矩不會有很大改變。
在進一步的測試中，根據(jù)本發(fā)明的螺紋連接用手動施加的鉗位扭矩來閉合。以這種方式，達到約1200Nm的扭矩。其分離矩為2000Nm。在對相同螺紋連接的反復旋緊和分離的操作中，觀察到其分離矩在1500Nm到3000Nm之間；分離矩的寬分布是由用各種不同技術施加扭矩的事實造成的。
其它被認為是本發(fā)明特有的特征在從屬權利要求中提出。
盡管本發(fā)明在此的舉例說明和描述具體化為碳和/或石墨電極柱的螺紋連接，然而，由于其中作出的各種修改和結構的變化不脫離本發(fā)明的精神并在等效權利要求的界限和范圍之內，其并不限于所示的細節(jié)。
然而，當結合附圖閱讀時，本發(fā)明的結構和操作方法以及其中附加的目的和優(yōu)勢將會從下列特定實施例的描述中得到最好的理解。
附圖的簡要說明

圖1A和圖1B是平行于通過電極1的縱軸的截面圖，該電極具有凹進端面3的插口，其內部螺紋為圓柱形或圓錐形；和具有圓柱形或圓錐形螺紋的獨立連接銷2的縱向延伸視圖。
圖2是平行于通過電極1的縱軸的放大尺度的截面圖，該電極插有圓錐形的連接銷2，該連接銷旋入電極1的插口。
圖3a和圖3b示出兩個示意截面圖，其相比圖2示出平行于通過兩個不同的螺紋連接的縱軸的視圖，其中每個螺紋連接均處于旋緊的狀態(tài)。圖3a)示出傳統(tǒng)的、旋緊狀態(tài)的螺紋連接的截面圖，并且圖3b)示出根據(jù)本發(fā)明的、旋緊狀態(tài)的螺紋連接的截面圖。在圖3a)中，載荷矢量畫在螺紋圈的齒側，在圖3b)中，這些載荷矢量施加于螺紋圈牙底的楔斜面。
圖4是平行于通過旋緊的、圓錐形的螺紋連接的部件的縱軸的截面圖，其中螺紋連接的一部件(優(yōu)選為連接銷2)具有V形輪廓的螺紋圈，并且其中環(huán)形楔斜面7配合在螺紋連接的另一部件(優(yōu)選為電極1插口)上，而且承載的螺紋圈通常不符合基本上V形的輪廓。
圖5是根據(jù)本發(fā)明通過接頭和電極的螺紋連接的截面圖。
優(yōu)選實施例的描述圖1a和圖1b提供了電極1和獨立的連接銷2配置的一般視圖。同軸布置的電極1插口配置有螺紋表面4。插口的指向電極1主體的界限是電極1的插口底面10。獨立的連接銷2在它們的側表面具有螺紋表面5，并在任一側各具有一個前表面6。
圖2以放大的尺度顯示特殊的特征。電極插口的螺紋表面4不僅包括具有常規(guī)V形輪廓的傳統(tǒng)螺紋圈，還包括同樣位于螺紋圈牙底的楔斜面7。螺紋圈牙底楔斜面7的表面與連接銷2或電極1的縱軸形成一角度，該角度在10°到60°的范圍之間，優(yōu)選為25°到35°。
一螺紋連接元件(連接銷2)的螺紋圈8的牙頂毗鄰另一螺紋連接元件(電極1)的螺紋圈牙底楔斜面7。在螺紋連接沿環(huán)形的接觸線7-8處，電極柱的總載荷從電極1傳遞到連接銷2或相反。
圖3a和圖3b用于闡明根據(jù)本發(fā)明的碳柱螺紋連接與傳統(tǒng)的螺紋連接相比載荷傳遞有所提高，其中每一種螺紋連接均處于旋緊狀態(tài)。特別是畫在螺紋圈齒側的載荷矢量闡明了其區(qū)別。在傳統(tǒng)的螺紋連接中，見圖3a，牙頂螺紋圈在其齒側具有最大的載荷矢量。直接在下面的螺紋圈承受更小的載荷矢量，下面的螺紋圈承受還要更小的載荷，依此類推。牙底螺紋圈僅僅參與從一螺紋連接元件到另一螺紋連接元件傳遞載荷。
在根據(jù)本發(fā)明的碳電極柱的螺紋連接中，見圖3b，畫在螺紋圈牙底楔斜面7的載荷矢量對于所有楔斜面實際上具有相同的大小。這意味著在一螺紋連接元件(連接銷2)的螺紋圈8的牙頂?shù)搅硪宦菁y元件(電極1)的螺紋圈牙底的楔斜面7的各個接觸面上，載荷以近似相等的份額傳遞。
正如圖3a)和3b)以及圖2的放大部分所示，圖4示出平行于通過旋緊狀態(tài)的螺紋連接元件的縱軸的截面圖，其中示于圖4中的螺紋連接是錐形的(朝向圖的牙底)。由于螺紋連接元件的螺紋圈齒側不傳遞任何載荷，該螺紋連接元件還具有環(huán)形楔斜面7(電極1)，在這種螺紋連接元件(電極1)中，V形輪廓的螺紋圈可以省去。一簡單連接線9—示于圖4的橫截面中—在兩楔斜面7之間可以現(xiàn)取代V形輪廓的螺紋圈，并在電極插口的物理實施例中，電極插口相應于具有朝向電極(插口)的中心縱軸11的傾斜角的螺旋面。
圖5示出通過旋緊狀態(tài)的螺紋連接的截面圖。在右側，可看見電極1的插口部件，包括螺紋圈牙底具有楔斜面7的螺紋。楔斜面7的表面具有相對電極1的中心縱軸約30°的傾斜角。在左側，可以看見連接銷2的部件和標準螺紋。連接銷2標準螺紋圈的牙頂8接觸電極1螺紋圈牙底的楔斜面7。連接銷2和電極1的螺紋齒側并不接觸。
權利要求
1.一種具有螺紋連接的組件，包括由陶瓷制成并具有內部螺紋的外部部件；由陶瓷制成并具有外部螺紋的內部部件；所述內部螺紋和所述外部螺紋的螺紋圈具有基本上均勻的導距、牙底和牙頂，并且各自的螺紋圈具有基本上V形的輪廓；至少一個所述內部和外部螺紋，其牙底形成楔斜面，并且當所述內部和外部部件彼此旋在一起時，一所述部件的所述牙頂毗鄰另一所述部件的所述牙底的所述楔斜面；和所述內部和外部螺紋為圓柱形螺紋或圓錐形螺紋。
2.一種根據(jù)權利要求1的組件，其中所述內部和外部部件由合成制造的碳或石墨制成。
3.一種根據(jù)權利要求1的組件，其中所述外部部件是帶有插口和其中形成內部螺紋的碳電極，并且所述內部部件是帶有所述外部螺紋、用于連接兩個所述電極的碳連接銷。
4.一種根據(jù)權利要求3的組件，其中所述楔斜面配置在所述碳電極的所述內部螺紋的所述螺紋圈的所述牙底上，并且所述碳電極具有比所述碳連接銷更低的彈性模量。
5.一種根據(jù)權利要求1的組件，其中各個所述螺紋中至少一個螺紋圈上形成有在所述牙底上的楔斜面。
6.一種根據(jù)權利要求5的組件，其中在螺紋圈的所述牙底上的所述楔斜面形成于所述螺紋圈的一段的部分上。
7.一種根據(jù)權利要求3的組件，其中在預置裝置中，該裝置具有形成所述外部部件的電極和形成所述內部部件的部分旋入所述電極中的連接銷，所述螺紋圈的所述牙底上的所述楔斜面僅僅應用在電極插口的所述內部螺紋上，該電極插口沒有用連接銷預先旋在一起。
8.一種根據(jù)權利要求3的組件，其中在螺紋圈的所述牙底上的楔斜面的表面與所述連接銷或所述電極的縱軸之間確定一角度，其范圍在10°和60°之間。
9.一種根據(jù)權利要求8的組件，其中所述角度在25°和35°的范圍之間。
10.一種根據(jù)權利要求8的組件，其中在螺紋圈的所述牙底的所述楔斜面與所述縱軸之間的所述角度是順時針或逆時針方向計算的。
11.一種根據(jù)權利要求1的組件，其中所述楔斜面朝所述連接銷或所述電極的中心縱軸線突起的高度是所述螺紋圈高度的30％到100％，并且所述突起的一段位于所述螺紋圈的所述牙底上，以至于當該螺紋連接元件旋在一起時，第一元件的所述楔斜面在中心與所述第二元件的所述螺紋圈的所述牙頂相接觸。
12.一種電極柱，包括根據(jù)權利要求1的組件，其具有多個作為碳電極的所述外部部件和作為連接銷的所述內部部件，該連接銷在電極柱上將所述電極旋在一起，并且具有使鎖定和承載連接不易松開的組件。
13.一種螺紋連接組件，包括設有螺紋的第一和第二部件，其包括具有內部螺紋的外部部件和具有外部螺紋的相配合的內部部件；所述第一和第二部件的所述螺紋具有均勻的導距；所述第一部件的單獨的螺紋圈具有基本上V形的輪廓，并且所述第二部件上根據(jù)螺紋的性質形成環(huán)形楔斜面，其中，當所述第一和第二部件彼此旋在一起時，所述第一部件的螺紋圈牙頂毗鄰在所述第二部件上的所述環(huán)形楔斜面；并且其中所述螺紋圈的承載螺紋圈通常不符合所述基本上V形的輪廓。
14.一種電極柱，包括根據(jù)權利要求13的螺紋連接組件，其具有多個作為碳電極的所述外部部件和作為連接銷的所述內部部件，該連接銷在電極柱上將所述電極旋在一起，并且具有使鎖定和承載連接不易松開的組件。
全文摘要
一種保護碳和/或石墨電極柱免遭松動/擰松危險的螺紋連接。該電極用螺紋連接元件，也就是碳連接銷，連接成柱狀。至少一個部件在其螺紋圈牙底具有楔斜面。當螺紋連接元件旋在一起時，一部件的螺紋圈牙頂毗鄰另一螺紋連接元件的楔斜面。形成一接觸線，或者是接觸線的多個部分。當該部件旋在一起時，所有的力僅通過接觸線由一部件向另一部件傳遞。在特殊情況下，沿其牙底楔斜面運行的螺紋圈的輪廓減小，例如減小到在橫截面中兩楔斜面之間的連接線一個位于另一個之上的程度。
文檔編號F16B33/02GK1619165SQ200410100589
公開日2005年5月25日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權日2003年10月31日
發(fā)明者約翰·蒙特米尼, L·A·懷亞特, 理查德·L·哈里斯 申請人:Sgl碳股份公司