专利名称：碳和/或石墨电极柱的螺纹连接的制作方法
技术领域：
本发明涉及多种螺纹连接，其包括具有内部螺纹的外部部件和相配合的具有外部螺纹的内部部件。该部件的螺纹分别具有均匀的导距。各个螺纹具有实质上V形的轮廓，且至少一个螺纹在螺纹牙底配置有楔斜面，其中当内部部件和外部部件互相旋上时，一螺纹连接部件的螺纹牙顶毗邻另一连接部件的螺纹牙底的该楔斜面。
本发明进一步涉及另一种不同的或特殊的螺纹连接结构，其包括具有内部螺纹的外部部件和相配合的具有外部螺纹的内部部件。外部和内部部件的各自螺纹具有均匀的导距。一部件的各螺纹具有实质上V形的轮廓，且另一部件根据螺纹的性质配置有环形楔斜面。当内部部件和外部部件互相旋上时，一螺纹连接部件的螺纹牙顶毗邻另一连接部件的螺纹性质的环形楔斜面。
本发明进一步涉及两种该螺纹连接的使用，例如作为碳、部分石墨或石墨电极的连接，用于锁定、承载并不易松开，特别是在动力载荷下。
制造碳化或石墨化碳的技术，因此也包括碳电极和连接销，在现有技术中公知已超过百年，并且该技术适用于大规模的工业。因此，该技术在许多方面已被精炼，在价格方面也得到优化。对该技术的描述可在锑硫镍矿(ULLMANN’S)工业化学百科全书A5卷，VCH VerlagsgesellschaftmbH，Weinheim，1986，103-113页中找到。
电弧炉包括至少一个碳电极柱。该柱的上端被支架夹持，也通过支架施加电极柱的电流。当使用电弧炉时，电弧从该柱的牙底尖端或低端进入位于炉中的熔融的金属。炉中的电弧和高温导致电极柱的底端渐渐烧掉。由于电极柱逐渐前进入炉中，补偿了电极柱的缩短，并且如有必要，另外的电极将旋入该柱的顶端。如有必要，由几个电极和其连接销构成的部分烧掉的电极柱也可以作为一个独立的单位从支架卸掉，并被一个新的、具有充足长度的柱所代替。
各个碳电极旋在已位于炉中的柱上，或者用手或机器将电极旋在一个新的柱上。特别是对于直径为600mm或更大的大直径的电极，为了确保电极柱不裂开，必须施加有效的力和转矩或扭紧力。柱的可靠连接对于电弧炉的运行是极为重要的。
在运输期间，特别是当炉在运行时，柱的可靠连接受到威胁。当炉在使用时，由于包括该柱的炉外壳的振动，或是该柱遭受持续的振动，相当大的挠曲矩重复施加在电极柱上；该柱遭受炉料的撞击，其也对柱的可靠连接施加压力。所有这些压力——重复的挠曲矩、振动和撞击——可能导致电极的螺纹连接松动。这种松动应当被认为是不可避免的和/或不合要求的工序的结果。
为了更好理解，将描述炉在运行时电极柱松动的结果该柱的松动是螺纹连接的紧密度降低的标志。结果，作用在相邻柱元件的接触面上的压力也减小了。该松动可能会发展，直到某些接触面在物理上彼此分离。
结果，连接处的电阻增大。那些仍然接触的表面承受更大的电流密度。更高的电流密度导致局部过热。
当螺纹连接变松动时，连接销通常处于高热和机械载荷下。最后，由于过热和机械载荷，可以预料到连接销的机械故障。结果，电极柱的低端折断，落入熔融的钢中，电弧中断且熔炼工序终止。
为了解决这些连接不充分和由电极柱的一部分向下一部分的电流传递不良的问题，制定了许多非常不同的方法。下列描述的实践也已在钢架中实现。
专利号为4,167,643的美国专利描述了两个石墨电极之间的连接销与两电极相比具有更低的热膨胀系数。当温度上升时——在钢架操作中，达到超过1500℃的温度——电极部分比连接销膨胀更大。这导致连接销和电极之间附加的、由热导致的收紧，其被认为是对螺纹连接的安全切断。然而，同样显而易见的是，在严重的压力下，热导致的力位于螺纹圈的齿侧。
专利号为5,575,582的美国专利描述了除了两石墨电极之间的连接销之外的锥形切断销的使用。这种带有拧紧状态下的电极柱的配置确保了槽中的切断销掉出各自柱的上电极槽外并进入相应柱的下电极槽中，该切断销在两相邻电极的接触面上延伸大约一半。下电极中的槽形成一弧形通道，该通道跟踪(traced)一电弧，该电弧关于电极的中心纵轴具有恒定的半径。当螺纹连接松动时，切断销可以沿通道滑动，直到其在远端被阻塞。已落入槽中的切断销从而防止进一步的变形和随之而来的两电极部分的松动。取决于弧形通道的长度和切断销横贯其中的电极关于其中心纵轴扭转的路径，螺纹连接仍然能变得很松。这在螺纹连接的电流传输和连接的局部过热方面带来有害的效果。
在其它领域也试图解决这一固定物松动的问题。在德国公开的专利申请DE4137020中，描述了自保护固定物，例如螺钉和螺母，其制造材料不再作进一步描述。该固定物在其前表面配置了许多与结构件配合的球状突起。该突起为高度低于1mm的角锥或圆椎，其中角锥或圆椎顶端的角度至少为90°。角锥或圆椎预备印入用螺纹紧固将其支撑的结构件的表面，从而防止固定物松动。涉及到预加应力的“设置”和相应减少(见德国申请第2栏第9行)。角锥或圆椎均匀分布在固定物的前表面。固定物没有特殊构造的接触面，并因此没有具特殊效力的前张力方向。
关于碳电极的螺纹柱，应该注意到，由于陶瓷和碳易碎的性质，在电极或连接销接触表面上的宏观旋钮在拧紧时会破碎。甚至大的碎片可能从柱元件的前表面弹射出来。
专利号为4,076,064(1978)的美国专利描述了一种防止固定物变松的不同方法。在螺纹连接的一个元件的螺纹圈牙底引入楔斜面。当螺纹连接的两元件均旋在一起时，无楔斜面的螺纹连接元件的螺纹圈牙顶毗邻另一元件的螺纹圈牙底的楔斜面。一螺纹连接元件的螺纹圈牙顶与另一元件的螺纹圈牙底楔斜面之间的邻接具有锁住两元件的效果。如果两元件均由适当选择的材料制成，这种锁住效果会更好。如果螺纹连接中的螺栓比相配合的螺母由更硬、低延展性的材料制成，这是有益的。由于对材料未作更详细的描述，为了该发明的目的作出合理的假设，其涉及金属材料。这里没有给出任何启示这种类型的螺纹连接同样可以由合成制造的碳材料所制成，也不针对一般用于连接在此描述的碳和/或石墨电极的锥形螺纹连接。
专利号为4,266,590(1981)的美国专利也详细说明了螺纹圈牙底具有楔斜面的元件。在那种情况下，螺母和螺栓的螺纹圈高度稍微有所不同。结果，对于每一螺纹圈，无楔斜面的螺纹连接元件的螺纹圈牙顶位于在另一元件的螺纹圈牙底具有楔斜面的螺纹圈清晰的横截面中的相对不同位置。根据该专利的说明书，通过两个螺纹连接部件中螺纹圈的不同高度产生的干扰效果，螺纹牙顶撞击楔斜面获得的锁定效果会进一步加强。这里没有给出任何启示这种类型的螺纹连接同样由合成制造的碳材料所制成，也不针对一般用于连接在此描述的碳和/或石墨电极的锥形螺纹连接。
在实际的钢架操作中，会试图将电极尽可能紧密地旋在一起。正如前面所指出的，可手动施加的力、转矩和扭紧力是有限的。这些力可以通过使用机械而大大增加，但是这些机械扭紧装置只能用在一些钢架中。实际的钢架操作表明电极柱元件仍然会反复松动。
发明概要本发明的目的在于提供一种用于碳和/或石墨电极柱的螺纹连接，其克服了上述迄今所知的装置和普通类型的方法的缺陷，并提供了螺纹连接部件的制造，该部件由陶瓷制成，优选为合成制造的碳和石墨制成，该螺纹连接将防止松动，或至少减轻松动的结果。
根据本发明，前述以及其它发明目的是，提供一种螺纹连接组件，包括由陶瓷制成并具有内部螺纹的外部部件；由陶瓷制成并具有外部螺纹的内部部件；内部螺纹和外部螺纹，其具有实质上均匀的导距、牙底和牙顶的螺纹圈，并且各自的螺纹圈具有基本上为V形的轮廓；至少一个内部和外部螺纹，其牙底形成楔斜面，并且当内部和外部部件彼此旋在一起时，一部件的牙顶毗邻另一部件牙底的楔斜面；和圆柱形螺纹或圆锥形螺纹的内部和外部螺纹。
换句话说，螺纹连接部件由陶瓷制成，优选为合成制造的碳或石墨，并且螺纹为圆柱形或圆椎形。当螺纹连接部件接合时，一部件的螺纹牙顶毗邻另一部件的螺纹圈牙底的楔斜面。这意味着载荷不再由螺纹连接的各自螺纹圈的齿侧支承。结果，在其螺纹圈牙底有楔斜面的螺纹连接部件中，无需具有例如V形轮廓的螺纹圈和相应的螺纹圈齿侧。
根据本发明，上述以及其它发明目的是，还提供一种电极柱，其具有上述概括的组件，并且具有多个作为碳电极形式的外部部件和作为连接销形式的内部部件，该连接销在电极柱上将电极旋在一起，和不易松开的、形成锁定和承载的连接组件。
根据本发明的目的，碳电极柱不应该因受到钢架操作时普遍存在的挠曲矩、振动或撞击而松动或彼此分离，元件保持互相锁定接触，并且每种情况下当连接销将电极保持在一起时，螺纹连接均支承柱下部的载荷。
在此使用下列定义电极端部也指其端面。
插口是在电极端面上的同轴凹陷。通常为圆柱形或圆锥形的内部螺纹插入凹陷部的同轴内壁中；这一规程由国际标准IEC60239规定(具有内部螺纹的插口＝螺纹插口)。
连接销是具有外部螺纹的圆柱形或双锥形螺钉，其一端面垂直于在其中任一侧的连接销的轴线设置。为了连接两个电极，连接销大约一半旋入相邻电极的各插口。
预置装置是电极和部分(即一半的长度)旋入电极插口的连接销。
电极或碳电极具有在至少一个端面上的螺纹插口。在该文献中，两电极的通过连接销的连接通常意味着螺纹电极连接。然而，为了简化的目的，使用了电极接头这样的术语，在权利要求中也是如此。
螺纹圈的高度定义为连接销或电极插口的螺纹关于中心纵轴通过360°的路径。螺纹圈的高度或梯度相对较小以防止两螺纹连接部分沿梯度滑下分离。正如国际标准IEC60239所规定的，螺纹圈的梯度或高度必须是每英寸或每25.4mm具有3(T3类型)或4(T4类型)个螺纹圈。根据这一规定，T3类型螺纹圈的高度是8.467mm，T4类型其高度为6.350mm。
根据本发明，由碳制成的螺纹连接部件的优势归功于载荷沿着在一方面的一部件的螺纹牙顶和另一方面的另一部件的螺纹圈牙底楔斜面之间的接触线均衡地分配。事实证明，前述接触线上所有点上的力矢量和的大小基本相等。
比较而言，其螺纹圈牙底没有楔斜面的传统螺纹中，载荷基本上集中在第一圈；随后每一圈的载荷减少。
在传统的螺纹圈牙底没有楔斜面的螺纹中，载荷在第一圈的绝对值明显高于根据本发明的螺纹在别的不重要的条件类似的情况下，例如承受的总载荷、螺纹尺寸、螺纹梯度诸如此类，由碳制成的螺纹连接部件的最大载荷的绝对值。传统螺纹中更大的绝对值在使用钢炉造成电极柱变热的情况下对电流负载产生影响。连接销和电极的膨胀系数不同导致最大载荷的绝对值由于电极柱温度的增高而迅速增大。由于更大载荷的绝对值更高，当传统的螺纹圈牙底无楔斜面的螺纹用于螺纹连接时，该连接中的插口或连接销发生故障更快。另一方面，根据本发明的碳制成的螺纹连接部件对高温造成的插口或连接销的故障更具抵抗力。
在碳电极和连接销的制造中无需为了提供电极接头的锁定而增加根据本发明的额外工序。需要不同的工具，但机械加工并不困难。
许多金属螺纹连接由具有内部螺纹的外部部件，例如金属螺母，以及相配合的具有外部螺纹的内部部件，例如金属螺栓，所构成。螺纹连接的两部件中，螺纹圈之间的距离相等，在所有情况下均是一致的。各自的螺纹圈具有实质上V形的轮廓，并且至少一个部件在其螺纹圈牙底具有楔斜面。根据专利号为4,076,064和4,266,590的美国专利，每种情况下，螺纹连接的一个元件在螺纹圈牙底具有楔斜面，以防止螺纹连接在旋紧的状态下变松和/或确保两螺纹连接元件的锁定。在试图理解锁定和防止变松时，金属的塑性变形能力的概念是有益的。因此，可以设想金属螺纹连接的一部件的螺纹牙顶毗邻另一部件的楔斜面并在两部件旋在一起时可塑地变形，一部件的螺纹牙顶与金属螺纹连接中另一部件的楔斜面因此而联锁。
当试图将这种联锁原理联想到陶瓷螺纹连接的情况时，必须首先处理该原理破环的事实。其原因在于陶瓷的脆性。在高剪应力下，例如当两陶瓷螺纹连接部件旋在一起时，在一部件的螺纹牙顶产生的剪应力下，陶瓷牙顶完全地折断。
尽管合成制造的碳和石墨也被认为是陶制品，在微晶区域中石墨点阵的层状结构使其具有塑性变形的特性。由于这种变形能力，就石墨而言也可以被认为是润滑性，这些陶瓷牙顶不会完全地折断。合成制造的碳和石墨的变形能力由这些材料的细致分布的开孔来维持，其为25％/vol的数量级。微晶区域可以压入相邻孔。这可以确保当两部件旋在一起时，石墨或碳制成的螺纹连接的一部件的螺纹牙顶与石墨或碳制成的螺纹连接的另一部件的楔斜面之间发生联锁。对具有圆柱形或圆锥形的、左旋或右旋螺纹的部件来说都是正确的。
当一螺纹连接部件实质为V形的螺纹圈的螺纹牙顶毗邻另一螺纹连接部件的楔斜面而两部件旋在一起时，所有的力仅在接触线上由一部件传递到另一部件。在螺纹圈牙底具有楔斜面的部件的螺纹圈轮廓可以制得越来越小，且不损失传递的力。这一结果在于，具有楔斜面的部件的螺纹圈齿侧不再接触其螺纹圈实质为V形横截面的部件的螺纹圈齿侧，因此通过这一路径也不再有力的传递。权利要求11中描述的情况可被视为一个有趣的特例，其中有楔斜面的部件不再具有任何可见的突出的螺纹圈，也参见图4。现在只有楔斜面环绕该部件。相配合的螺纹圈的轮廓已减小，例如减小到两楔斜面之间的连接线9，其在图4的横截面中一个位于另一个之上。
在前面部分解释了制造和使用合成制造的碳电极的技术。单独的碳电极柱元件旋在一起。为此，具有外部螺纹的碳连接销与配设内部螺纹的两相邻碳电极的插口相接合。
在碳电极柱上的机械和热应力并未均匀分布在整个电极和连接销上。取而代之，连接销暴露于更大的载荷下，并因此通常由与旋在一起的电极相比具有更好的机械和热额定性能的碳材料制造，关于这些性能，包括可弯曲力、弹性系数、平行且垂直于中心纵轴的膨胀系数、电和热传导性、容积密度等等。
据专利号为4,076,064的美国专利号中的解释，如果螺纹连接的螺栓与相配合的螺母相比由更硬、低延展性的材料制成，该螺纹连接的性能会提高。由于电极柱体的载荷，类似的设置也会产生于该柱的螺纹连接中连接销比低弹性系数、高延展性的碳电极具有更高的弹性系数，并因此具有更低的延展性。已证实，在高延展性电极插口的内部螺纹的螺纹圈牙底设置楔斜面，并保持低延展性连接销的螺纹圈的横截面不变是有优势的。
许多螺纹圈设置在连接销的侧面，其起始于连接销的前表面并延伸到中部截面。此外对应的电极插口也是如此。螺纹圈的数目取决于连接销的长度、电极插口的深度和螺纹梯度。最后一项在国际标准IEC 60239已作规定，同样也适用于碳电极柱。
如果一个螺纹连接部件的所有螺纹圈，在此情况下优选电极插口，在螺纹圈牙底设置楔斜面，则当两螺纹连接部件旋在一起时产生高的锁定效果。然而，在某种情况下，在至少一个螺纹圈上设置楔斜面已经足够。在其它情况下，楔斜面出现在在螺纹圈长度部分的螺纹圈牙底，其从电极插口的底面延伸至电极端面。
有些顾客购买预设形式的电极。在电极一端旋入第一插口的连接销由机器连接，并因此具有高的扭矩；没有占用在电极另一端的第二插口。这意味着在钢架操作中，连接销由机器旋上实际上没有变松的危险。因此，预设装置的螺纹不需要任何防止松动的保护措施，并由此不需要在螺纹圈牙底(插口螺纹的)设置楔斜面。用于将第二电极端旋入的方法也可以是在电钢炉内用机器执行，或者如果在钢架中没有相应的机器，可以用手旋入。特别是在后一情况下，由于运用的扭矩不足，有松动的危险。特别在这些情况下，对松动采取额外的保护措施是有益的。第二电极插口的内部螺纹没有预先旋入连接销，其在螺纹圈牙底具有楔斜面。
在螺纹圈牙底的楔斜面上，通常是旋入的两部件之一，其表面最经常具有相对其齿侧的不同倾斜角。由于螺纹圈的齿侧任意倾斜，使用该齿侧作为参考不起任何作用。合乎逻辑的参考是，连接销或电极的中心纵轴线这一方面与螺纹圈牙底楔斜面的表面倾斜角这另一方面之间的关系。连接销或电极的中心纵轴线一方面和螺纹圈牙底楔斜面的表面倾斜角另一方面之间的角度在10°到60°之间，优选为25°到35°，这些角度为顺时针或者逆时针方向计算的。
螺纹圈牙底楔斜面朝连接销或电极的中心纵轴线的突起的高度为30％到100％的螺纹圈高度。这一段位于螺纹圈牙底，以至于当两螺纹连接元件旋在一起时，第一元件的楔斜面在中间与第二元件的螺纹圈牙顶接触。然而，问题出在，在施加力的载荷作用下，第二元件的螺纹圈牙顶被迫与第一元件的楔斜面的倾斜表面中间分离。
如前述部分中对电炉钢设备中旋紧的碳电极的说明，发明目的在于保护由碳电极和碳连接销构成的螺纹接头不松动，尽管这种限制在钢架中很有效。因此，至少一个部件的螺纹在螺纹圈的螺纹牙底具有楔斜面的螺纹连接用于该螺纹圈的长度的至少一部分上。在一特殊情况下，通常具有基本上V形截面的承载螺纹圈在至少一个元件上没有构造环形的楔斜面。当由碳电极和碳连接销构成的螺纹连接旋在一起时，该连接用于产生锁定、承载并抵制松开，由此确保电极柱的完整。
这种描述类型的螺纹连接相比两螺纹的标准螺纹连接而言具有更均衡的载荷分布，其中每个螺纹圈具有V形横截面。
这种描述类型的螺纹连接用于为通过连接销旋在一起而形成电极柱的碳电极提供能锁定、承载并且不易松动的连接，在标准应用和前面引用的关于螺纹圈的简化轮廓的特殊应用。
范例在由Piccardi(Dalmine(Bergamo)/意大利)制造的被称为“螺纹台”(nippling station)并生产于1997年的旋紧的固定台上，两个直径为600mm的石墨电极中的每个用合适的石墨螺纹接头旋在电极柱上。
这样做，使用了预置装置，其由一个电极和已提前旋入电极插口的螺纹接头构成。该电极具有符合CEIIEC 60239标准的标准螺纹以及编号S 317T4N的插口。相配合的螺纹接头在其两侧具有标准编号N 317T4N的圆锥形螺纹。这意味着在预置装置中仍然自由的螺纹接头的螺纹侧也配置有标准螺纹。
其直径为600mm的第二电极接着旋入该预置装置，并且第二电极的插口在螺纹圈基部具有楔斜面。楔斜面的表面相对于电极的中心纵轴线具有30°角。为了生产电极插口中的这种特殊螺纹，使用了螺丝板，其外部轮廓在相应于插口的楔斜面处也具有30°角。至于其他，螺丝板的轮廓具有典型的V形外形，其对应于通过插口螺纹圈的横截面。对这种类型的电极柱配置做各种螺纹连接试验。
首先，根据本发明的螺纹连接使用机械提供的钳位扭矩闭合。当钳位扭矩达到4000Nm，该螺纹连接完成。为了证明这样的螺纹连接的成功，通过根据本发明的螺纹连接来制造这一部分。这种切面图如图5所示。由于通过石墨部件的切面图对于非本领域技术人员不能立刻理解，凭借粒状结构，关于主要的发明要素的注释已写在该附图中。更重要的注释在于螺纹接头和插口的螺纹圈齿侧是不连续的，因此其应力不能从接头传递到插口，而是在接头上螺纹旋转的牙顶毗邻位于插口上螺纹旋转的基部的楔斜面，其应力在那里传递。
为了描述螺纹连接的紧固可靠性的特征，于是该连接被再次打开并测出其分离矩。确定出其分离矩为6000Nm，在标准螺纹的正常范围之内。
在对相同螺纹连接的反复旋紧和分离的操作中，扭矩和分离矩不会有很大改变。
在进一步的测试中，根据本发明的螺纹连接用手动施加的钳位扭矩来闭合。以这种方式，达到约1200Nm的扭矩。其分离矩为2000Nm。在对相同螺纹连接的反复旋紧和分离的操作中，观察到其分离矩在1500Nm到3000Nm之间；分离矩的宽分布是由用各种不同技术施加扭矩的事实造成的。
其它被认为是本发明特有的特征在从属权利要求中提出。
尽管本发明在此的举例说明和描述具体化为碳和/或石墨电极柱的螺纹连接，然而，由于其中作出的各种修改和结构的变化不脱离本发明的精神并在等效权利要求的界限和范围之内，其并不限于所示的细节。
然而，当结合附图阅读时，本发明的结构和操作方法以及其中附加的目的和优势将会从下列特定实施例的描述中得到最好的理解。
附图的简要说明
图1A和图1B是平行于通过电极1的纵轴的截面图，该电极具有凹进端面3的插口，其内部螺纹为圆柱形或圆锥形；和具有圆柱形或圆锥形螺纹的独立连接销2的纵向延伸视图。
图2是平行于通过电极1的纵轴的放大尺度的截面图，该电极插有圆锥形的连接销2，该连接销旋入电极1的插口。
图3a和图3b示出两个示意截面图，其相比图2示出平行于通过两个不同的螺纹连接的纵轴的视图，其中每个螺纹连接均处于旋紧的状态。图3a)示出传统的、旋紧状态的螺纹连接的截面图，并且图3b)示出根据本发明的、旋紧状态的螺纹连接的截面图。在图3a)中，载荷矢量画在螺纹圈的齿侧，在图3b)中，这些载荷矢量施加于螺纹圈牙底的楔斜面。
图4是平行于通过旋紧的、圆锥形的螺纹连接的部件的纵轴的截面图，其中螺纹连接的一部件(优选为连接销2)具有V形轮廓的螺纹圈，并且其中环形楔斜面7配合在螺纹连接的另一部件(优选为电极1插口)上，而且承载的螺纹圈通常不符合基本上V形的轮廓。
图5是根据本发明通过接头和电极的螺纹连接的截面图。
优选实施例的描述图1a和图1b提供了电极1和独立的连接销2配置的一般视图。同轴布置的电极1插口配置有螺纹表面4。插口的指向电极1主体的界限是电极1的插口底面10。独立的连接销2在它们的侧表面具有螺纹表面5，并在任一侧各具有一个前表面6。
图2以放大的尺度显示特殊的特征。电极插口的螺纹表面4不仅包括具有常规V形轮廓的传统螺纹圈，还包括同样位于螺纹圈牙底的楔斜面7。螺纹圈牙底楔斜面7的表面与连接销2或电极1的纵轴形成一角度，该角度在10°到60°的范围之间，优选为25°到35°。
一螺纹连接元件(连接销2)的螺纹圈8的牙顶毗邻另一螺纹连接元件(电极1)的螺纹圈牙底楔斜面7。在螺纹连接沿环形的接触线7-8处，电极柱的总载荷从电极1传递到连接销2或相反。
图3a和图3b用于阐明根据本发明的碳柱螺纹连接与传统的螺纹连接相比载荷传递有所提高，其中每一种螺纹连接均处于旋紧状态。特别是画在螺纹圈齿侧的载荷矢量阐明了其区别。在传统的螺纹连接中，见图3a，牙顶螺纹圈在其齿侧具有最大的载荷矢量。直接在下面的螺纹圈承受更小的载荷矢量，下面的螺纹圈承受还要更小的载荷，依此类推。牙底螺纹圈仅仅参与从一螺纹连接元件到另一螺纹连接元件传递载荷。
在根据本发明的碳电极柱的螺纹连接中，见图3b，画在螺纹圈牙底楔斜面7的载荷矢量对于所有楔斜面实际上具有相同的大小。这意味着在一螺纹连接元件(连接销2)的螺纹圈8的牙顶到另一螺纹元件(电极1)的螺纹圈牙底的楔斜面7的各个接触面上，载荷以近似相等的份额传递。
正如图3a)和3b)以及图2的放大部分所示，图4示出平行于通过旋紧状态的螺纹连接元件的纵轴的截面图，其中示于图4中的螺纹连接是锥形的(朝向图的牙底)。由于螺纹连接元件的螺纹圈齿侧不传递任何载荷，该螺纹连接元件还具有环形楔斜面7(电极1)，在这种螺纹连接元件(电极1)中，V形轮廓的螺纹圈可以省去。一简单连接线9—示于图4的横截面中—在两楔斜面7之间可以现取代V形轮廓的螺纹圈，并在电极插口的物理实施例中，电极插口相应于具有朝向电极(插口)的中心纵轴11的倾斜角的螺旋面。
图5示出通过旋紧状态的螺纹连接的截面图。在右侧，可看见电极1的插口部件，包括螺纹圈牙底具有楔斜面7的螺纹。楔斜面7的表面具有相对电极1的中心纵轴约30°的倾斜角。在左侧，可以看见连接销2的部件和标准螺纹。连接销2标准螺纹圈的牙顶8接触电极1螺纹圈牙底的楔斜面7。连接销2和电极1的螺纹齿侧并不接触。
权利要求
1.一种具有螺纹连接的组件，包括由陶瓷制成并具有内部螺纹的外部部件；由陶瓷制成并具有外部螺纹的内部部件；所述内部螺纹和所述外部螺纹的螺纹圈具有基本上均匀的导距、牙底和牙顶，并且各自的螺纹圈具有基本上V形的轮廓；至少一个所述内部和外部螺纹，其牙底形成楔斜面，并且当所述内部和外部部件彼此旋在一起时，一所述部件的所述牙顶毗邻另一所述部件的所述牙底的所述楔斜面；和所述内部和外部螺纹为圆柱形螺纹或圆锥形螺纹。
2.一种根据权利要求1的组件，其中所述内部和外部部件由合成制造的碳或石墨制成。
3.一种根据权利要求1的组件，其中所述外部部件是带有插口和其中形成内部螺纹的碳电极，并且所述内部部件是带有所述外部螺纹、用于连接两个所述电极的碳连接销。
4.一种根据权利要求3的组件，其中所述楔斜面配置在所述碳电极的所述内部螺纹的所述螺纹圈的所述牙底上，并且所述碳电极具有比所述碳连接销更低的弹性模量。
5.一种根据权利要求1的组件，其中各个所述螺纹中至少一个螺纹圈上形成有在所述牙底上的楔斜面。
6.一种根据权利要求5的组件，其中在螺纹圈的所述牙底上的所述楔斜面形成于所述螺纹圈的一段的部分上。
7.一种根据权利要求3的组件，其中在预置装置中，该装置具有形成所述外部部件的电极和形成所述内部部件的部分旋入所述电极中的连接销，所述螺纹圈的所述牙底上的所述楔斜面仅仅应用在电极插口的所述内部螺纹上，该电极插口没有用连接销预先旋在一起。
8.一种根据权利要求3的组件，其中在螺纹圈的所述牙底上的楔斜面的表面与所述连接销或所述电极的纵轴之间确定一角度，其范围在10°和60°之间。
9.一种根据权利要求8的组件，其中所述角度在25°和35°的范围之间。
10.一种根据权利要求8的组件，其中在螺纹圈的所述牙底的所述楔斜面与所述纵轴之间的所述角度是顺时针或逆时针方向计算的。
11.一种根据权利要求1的组件，其中所述楔斜面朝所述连接销或所述电极的中心纵轴线突起的高度是所述螺纹圈高度的30％到100％，并且所述突起的一段位于所述螺纹圈的所述牙底上，以至于当该螺纹连接元件旋在一起时，第一元件的所述楔斜面在中心与所述第二元件的所述螺纹圈的所述牙顶相接触。
12.一种电极柱，包括根据权利要求1的组件，其具有多个作为碳电极的所述外部部件和作为连接销的所述内部部件，该连接销在电极柱上将所述电极旋在一起，并且具有使锁定和承载连接不易松开的组件。
13.一种螺纹连接组件，包括设有螺纹的第一和第二部件，其包括具有内部螺纹的外部部件和具有外部螺纹的相配合的内部部件；所述第一和第二部件的所述螺纹具有均匀的导距；所述第一部件的单独的螺纹圈具有基本上V形的轮廓，并且所述第二部件上根据螺纹的性质形成环形楔斜面，其中，当所述第一和第二部件彼此旋在一起时，所述第一部件的螺纹圈牙顶毗邻在所述第二部件上的所述环形楔斜面；并且其中所述螺纹圈的承载螺纹圈通常不符合所述基本上V形的轮廓。
14.一种电极柱，包括根据权利要求13的螺纹连接组件，其具有多个作为碳电极的所述外部部件和作为连接销的所述内部部件，该连接销在电极柱上将所述电极旋在一起，并且具有使锁定和承载连接不易松开的组件。
全文摘要
一种保护碳和/或石墨电极柱免遭松动/拧松危险的螺纹连接。该电极用螺纹连接元件，也就是碳连接销，连接成柱状。至少一个部件在其螺纹圈牙底具有楔斜面。当螺纹连接元件旋在一起时，一部件的螺纹圈牙顶毗邻另一螺纹连接元件的楔斜面。形成一接触线，或者是接触线的多个部分。当该部件旋在一起时，所有的力仅通过接触线由一部件向另一部件传递。在特殊情况下，沿其牙底楔斜面运行的螺纹圈的轮廓减小，例如减小到在横截面中两楔斜面之间的连接线一个位于另一个之上的程度。
文档编号F16B33/02GK1619165SQ200410100589
公开日2005年5月25日 申请日期2004年10月29日 优先权日2003年10月31日
发明者约翰·蒙特米尼, L·A·怀亚特, 理查德·L·哈里斯 申请人:Sgl碳股份公司