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Schweissbrenner für das Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit abschmelzender Drahtelektrode
Die Erfindung betrifft einen Schweissbrenner für das Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit abschmelzender Drahtelektrode mit einem Kontaktstück für die Übertragung des elektrischen Stromes von einer Stromzuführungsschiene auf den Schweissdraht.
Es ist bekannt, dass beim Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit abschmelzender Drahtelektrode die Übertragung des elektrischen Stromes auf den Schweissdraht eine der am meisten ins Gewicht fallenden Störungsquellen darstellt. Die Einrichtungen für diese Stromübertragung müssen so ausgebildet sein, dass der Schweissstrom gleichmässig und möglichst in immer gleicher Entfernung von der Schweissstelle übertragen wird. Gleichzeitig darf die Schutzgasströmung durch solche Einrichtungen nicht gestört werden, und die vom Lichtbogen auf die Kontaktstellen übertragene Wärme muss auf unschädliche Weise abgeführt werden.
Die bei Schweissbrennern bekannten Einrichtungen zur Übertragung des elektrischen Stromes auf den Schweissdraht sind die sogenannten Kontakt- oder Drahtdüsen. Solche Kontaktstücke bestehen im allgemeinen aus einem dickwandigen Röhrchen, das aus einem den elektrischen Strom gut leitenden Material, beispielsweise aus Kupfer, hergestellt ist. Beim Schweissen wird der Schweissdraht mit Hilfe einer Drahtvorschubeinrichtung durch die Röhrchen hindurchgeführt. Wenn die Bohrung dieser Röhrchen eng ist, ergibt sich zwar ein verhältnismässig guter elektrischer Kontakt, doch kann der Förderwiderstand für den Draht, insbesondere wenn dieser dünn ist, dann leicht zu gross werden, so dass Stockungen in der Drahtförderung eintreten.
Umgekehrt führt eine verhältnismässig weite Drahtdüse einerseits zwar zu einer störungsfreien Drahtförderung, anderseits wird jedoch in diesem Falle der Stromübergang dadurch gestört, dass die eigentliche Kontaktstelle längs der zur Verfügung stehenden Röhrchenlänge wandert und der Lichtbogen unregelmässig brennt. Aber auch dann, wenn Förderwiderstand und Stromübergang verhältnismässig günstig aufeinander abgestimmt sind, treten bei den bekannten Drahtdüsen in jedem Falle nach kurzer Betriebszeit des Schweissbrenners Störungen auf Grund des raschen Abriebs der Innenfläche der Kontaktdüse auf.
Es wurde deshalb versucht, diesen Störungen dadurch zu begegnen, dass kleine und vor allem kurze Drahtdüsen verwendet werden, die schnell ausgewechselt werden können. Die Anwendung solcher Drahtdüsen besitzt einige Vorteile in bezug auf die Sicherheit der Schweissung, insbesondere durch Einhaltung einer konstanten Entfernung der Stromübertragungsstelle vom Lichtbogen. Demgegenüber haben diese Drahtdüsen kleiner Masse jedoch den Nachteil, dass sie sehr schnell zu heiss werden und damit wieder den Drahtvorschub hemmen. Ausserdem zwingt ihre Befestigung am Schweissbrenner, die leicht zugänglich sein muss, zu Massnahmen, die Störungen in der Schutzgasströmung bewirken und dadurch zu fehlerhaften Schweissnähten führen.
Es sind auch schon Schweissbrenner bekanntgeworden, bei denen der Schweissstrom über eine oder mehrere metallische Andrückkugeln auf den Schweissdraht übertragen wird. Diese Andrückelemente führen jedoch meist zu Schwankungen der Stromstärke, die auf den unregelmässigen Übergangswiderstand zwischen der Oberfläche der Andrückkugeln und dem Schweissdraht zurückzuführen sind.
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Alle beschriebenen Nachteile der bekannten Kontaktstücke zur Übertragung des elektrischen
Stromes auf den Schweissdraht treten in besonderem Ausmasse bei grossen Schweissstromstärken auf.
Aus diesem Grund können Hochstromlichtbögen, beispielsweise mit 400 A und mehr, mit diesen
Schweissbrennern nicht betrieben werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schweissbrenner für das
Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit abschmelzender Drahtelektrode zu entwickeln, der sowohl eine gleichmässige und gleichbleibende Stromübertragung von einem Kontaktstück auf den Schweissdraht, als auch eine hiedurch ungestörte Schutzgasströmung gewährleistet und der insbesondere für Lichtbögen hoher Stromstärke geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Kontaktstück die Form eines langgestreckten Prismas aufweist, welches mit seiner Längsachse parallel zur Mittelachse der
Stromzuführungsschiene in diese eingelassen ist und dessen einer als Gleit- und Kontaktfläche ausgebildeter Seite mindestens zwei federnde, mit der Stromzuführungsschiene verbundene, jedoch gegenüber dieser elektrisch isolierte Andrückelemente für den Schweissdraht zugeordnet sind.
Diese erfindungsgemässe Ausbildung des Schweissbrenners erfüllt im Gegensatz zu den bekannten
Brennern mit Kontaktdüsen alle Bedingungen für einen reibungslosen Betrieb des Schweissbrenners gleichzeitig. Der elektrische Strom geht mit Sicherheit immer an der gleichen Stelle, nämlich dort, wo die federnden Andrückelemente angeordnet sind, auf den Schweissdraht über. Hiebei bleiben durch die
Federung der Andrückelemente die Kontakteigenschaften der Stromübergangsstelle, insbesondere der
Abstand der Kontaktstellen von der Schweissstelle, ebenso wie der an sich geringe Förderwiderstand für den Draht auch bei Abrieb der Kontaktstellen auf der Gleit- und Kontaktfläche des Kontaktstückes längere Zeit konstant.
Gegenüber den bekannten Schweissbrennern mit Andrückkugeln, durch die der
Schweissstrom auf den Schweissdraht übertragen wird, besitzt die erfindungsgemässe Ausbildung des
Schweissbrenners mit gegenüber dem Schweissdraht elektrisch isolierten Andrückelementen den Vorteil, dass keine durch unregelmässige Übergangswiderstände hervorgerufene Stromschwankungen im
Lichtbogen auftreten.
Das Kontaktstück ist erfindungsgemäss in die Stromzuführungsschiene so eingelassen, dass seine Längsachse parallel zu deren Mittelachse verläuft, wobei alle Andrückelemente störungsfrei in einem Hohlraum der Stromzuführungsschiene untergebracht sind. Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Kontaktstückes innerhalb der gut gekühlten Stromzuführungsschiene wird darüberhinaus erreicht, dass das Kontaktstück keine schädliche Wärme vom Lichtbogen aufnehmen kann, bzw. eine solche leicht abgeführt wird. Die Lichtbogenstrahlung selbst und auch Metallspritzer vom Lichtbogen können hiebei nicht zu den Kontaktstellen gelangen. Diese Vorteile machen den erfindungsgemässen Schweissbrenner zu einem Hochleistungsbrenner der auch mit extrem grossen Stromstärken betrieben werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausbildung des Kontaktstückes, das beispielsweise aus Kupfer oder einem andern elektrisch gut leitenden Material bestehen kann, ist als Gleit- und Kontaktfläche eine im Querschnitt U-förmige Längsnut vorgesehen, in welcher der Schweissdraht gleitet. Als besonders vorteilhaft haben sich Andrückelemente erwiesen, die aus an der Stromzuführungsschiene befestigten und federnd auf den Schweissdraht gedrückten Andrückrollen bestehen. Zweckmässigerweise besitzen diese Rollen Kugellager und sind gegenüber der Stromzuführungsschiene als Schutz gegen Stromdurchfluss und dadurch verursachter Funkenbildung elektrisch isoliert. Bei einem auf diese Weise ausgebildeten Kontaktstück ist der Förderwiderstand für den Schweissdraht äusserst gering und gleichzeitig ein einwandfreier elektrischer Kontakt gewährleistet.
Hiebei ist es besonders günstig, wenn mehrere Andrückrollen, beispielsweise vier, verwendet werden, durch die der Stromübergang auf mehrere Kontaktstellen verteilt wird. Auch dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn grosse Stromstärken und dicke Schweissdrähte, beispielsweise bei der Maschinenschweissung, zur Anwendung kommen sollen.
Die erfmdungsgemässen Stromübertragungseinrichtungen sind gegenüber Abnützungserscheinungen äusserst unempfindlich. Ausserdem besitzen sie den Vorteil, dass das Kontaktstück, wenn dessen Längsnut nach längerer Zeit durch Abrieb zu tief geworden ist, auf einfachste Weise gegen ein neues Kontaktstück ausgetauscht werden kann. Das Auswechseln des Kontaktstückes erfolgt von der Vorderseite des Schweissbrenners her durch Einschieben in die Stromzuführungsschiene.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist der in die Stromzuführungsschiene eingelassene Hohlraum, in dem sich die Stromübertragungseinrichtungen befinden, mit einer auswechselbaren Hülse umgeben und er dadurch entstehende geschlossene Innenraum mit Schutzgas gefüllt. Hiedurch sind die empfindlichen Kontaktstellen dem Angriff durch den Luftsauerstoff entzogen, der sonst durch das Fördersystem für den Schweissdraht zu den
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Stromübertragungsteilen gelangen könnte. Darüberhinaus wird verhindert, dass Luft durch die stirnseitige Austrittsöffnung für den Schweissdraht zur Schweissstelle vordringen kann.
Schliesslich kann der Schutzgasstrom unabhängig von den Stromübertragungseinrichtungen in einem ringförmigen Hohlraum ausserhalb dieser Hülse und innerhalb eines äusseren Mantels störungsfrei der Gasdüse zugeleitet werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigt : Fig. l einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Schweissbrenner, Fig. 2 einen Querschnitt durch denselben Schweissbrenner und Fig. 3 eine Draufsicht auf den geöffneten Schweissbrenner nach den Fig. l und 2.
Fig. l zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemässen Schweissbrenners, dessen Längsachse in der Schnittebene liegt. In die massive Stromzuführungsschiene --1-- ist erfindungsgemäss ein Kontaktstück --2-- eingelassen, welches die Form eines langgestreckten Prismas aufweist. Das Kontaktstück-2-besitzt eine U-förmige Längsnut --3-- (s.Fig.2), in welcher der Schweissdraht --4-- gleitet. Der Durchmesser des U-Bogens der Längsnut --3-- ist etwas grösser als der Durchmesser des Schweissdrahtes-4-.
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für die Stromübertragung von der Stromzuführungsschiene --1-- auf den Schweissdraht --4-- untergebracht sind. Im Hohlraum --5-- befinden sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt vier Andrückrollen-6-.
Diese Andrückrollen --6-- bestehen jeweils us einem Reifen --7--, dessen metallische Oberfläche eine grosse Abriebsbeständigkeit besitzt, einem Kugellager --8-- und einem zu den Andrückrollen --6-- koaxialen zylindrischen Isolierkörper-9-.
Die Isolierkörper --9--, die jeweils auf beiden Seiten der Andrückrollen-6-ein geeignetes
Stück herausragen, liegen in halbkreisförmigen Ausschnitten --10-- von zwei rechteckförmigen Längsleisten-II-, die ein Teil der Stromzuführungsschiene sind. Die Isolierkörper --9-- und damit die Rollen --6-- werden jeweils paarweise durch Federbügel-12--, die sich an durch die beiden Längsleisten --11-- gesteckten Rundstäben --13-- abstützen, nach unten auf den
Schweissdraht--4--gedrückt.
Die Isolierkörper-9-liegen hiebei locker in den Auschnitten-10--, deren Unterseite sie im Normalfalle nicht berühren. Die Ausschnitte --10-- dienen für die Isolierkörper-9-demnach vor allem als Halterung gegen seitliches Verrutschen. Durch die Isolierkörper --9-- wird erreicht, dass der Schweissstrom nicht über die Andrückrollen --6-- auf den Schweissdraht --4-- übergehen kann. Dadurch werden eventuelle Beschädigungen der Andrückrollen-6-und deren Kugellager --8-- durch Funkenbildung vermieden.
Während der Schweissbrenner in Betrieb ist, drehen sich die Andrückrollen-6-in ihren Kugellagern --8-- auf der Oberfläche des nach vorne gleitenden Schweissdrahtes-4-. Die Andrückrollen --6-- bewegen sich hiebei innerhalb von halbkreisförmigen Ausschnitten --14-- im Kontaktstück --2--, die der Grösse und der Form der Andrückrollen --6-- angepasst sind, ohne diese zu berühren. Die Federbügel-12-drücken die Andrückrollen-6-auf den Schweissdraht - und gewährleisten so einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen diesem und dem Kontaktstück --2--.
Auch wenn das Kontaktstück --2-- an der Unterseite der U-förmigen Längsnut-3-einem Abrieb unterliegt, ändert sich der Anpressdruck der Andrückrollen-6nicht und der elektrische Kontakt zwischen dem Kontaktstück --2-- und dem Schweissdraht --4-bleibt gleichmässig erhalten. Erst wenn der Abrieb so weit fortgeschritten ist, dass die Isolierkörper --9-- in den Ausschnitten --10-- aufliegen, lässt der Anpressdruck der Federbügel--12--nach und das Kontaktstück-2-muss gegen ein neues Kontaktstück ausgewechselt werden.
Der aus der Stromzuführungsschiene --1-- herausgearbeitete Hohlraum --5--, in dem die Stromübertragungseinrichtungen untergebracht sind, ist nach aussen durch eine rohrförmige Hülse - abgeschlossen. Der Hohlraum --5-- wird durch einen Kanal --16-- mit Schutzgas versorgt, welches dann im Hohlraum --5-- unter einem etwas über Atmosphärendruck liegenden
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--17-- LuftBohrungen-17 und 18-gleitet der Schweissdraht locker und nahezu berührungsfrei) zur Schweissstelle gelangen kann. Ausserdem werden durch diese Massnahme die empfindlichen Stromübertragungsteile, insbesondere jedoch die Kontaktstellen gegen schädliche Einwirkungen des Luftsauerstoffes geschützt.
Der erfindungsgemässe Schweissbrenner besitzt weiterhin einen äusseren Mantel-19-. Der kreisförmige Kanal --20-- zwischen dem Mantel --19-- und der Hülse --15-- dient der Zuführung des Schutzgases zum Brennerkopf. In diesem Kanal-20-kann das Schutzgas auf Grund
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der erfindungsgemässen Anordnung der Stromübertragungseinrichtungen innerhalb der Hülse --15-völlig störungsfrei strömen und konzentrisch der Schweissstelle zugeführt werden. Es besteht demnach keine Gefahr, dass im Bereich der Gasdüse auf Grund von Wirbeln im Schutzgasstrom Luft in das Schutzgas eingewirbelt werden kann.
Dieser Umstand ist von besonderer Bedeutung, da beispielsweise beim Schweissen von Aluminium und Stahl im Schweissgut bereits dann ein hoher Grad an Porosität auftritt, wenn im Schutzgas 0, 5 % Stickstoff enthalten sind.
Der der Schweissstelle zugewandte Teil des Brennerkopfes ist in den Figuren nicht dargestellt, da seine Gestalt unabhängig vom Erfindungsgegenstand jedem beliebigen Anwendungszweck angepasst werden kann. Insbesondere erlaubt jedoch der erfmdungsgemässe Schweissbrenner eine einfache Konstruktion der Gasdüse, da der Schutzgasstrom bereits durch den ringförmigen Kanal-20-in äusserst günstiger Weise zur Vorderseite des Brennerkopfes geleitet wird. Schliesslich wird der Schweissbrenner noch in bekannter Weise durch Wasser gekühlt, welches durch ein Kanalsystem --21--inderStromzuführungsschiene--1--strömt.
Der erfindungsgemässe Schweissbrenner besitzt nicht nur den Vorteil, dass die Stromübertragung auf den Schweiss draht --4-- für längere Zeit störungsfrei arbeitet, sondern erlaubt darüberhinaus ein einfaches und schnelles Auswechseln des Kontaktstückes --2--. Hiezu wird nach Entfernen des äusseren Mantels -19-- und der in den Figuren nicht dargestellten Gasdüse die Hülse --15-- nach vorne abgezogen, wodurch die Stromübertragungsteile zugänglich werden. Hierauf werden die Federbügel --12-- seitlich abgenommen und die vier Andrückrollen --6-- entfernt. Nach Lösen der Befestigungsschrauben --23-- kann schliesslich das Kontaktstück --2-- nach vorne aus der Stromzufuhrungsschiene--l--herausgezogen und durch ein neues ersetzt werden.
In Fig. 3 ist der innere Teil des erfindungsgemässen Schweissbrenners nach Entfernen der Hülse - von oben gesehen dargestellt. In dieser Figur sind die Lage und die Ausgestaltung der Stromübertragungseinrichtungen, insbesondere die Befestigung der Isolierkörper --9-- und damit der Rollen --6-- durch die Federbügel-12--, die unter den Rundstäben --13-- hindurchgchen, an
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Der erfindungsgemässe Schweissbrenner ermöglicht vielseitige Anwendungen des SchutzgasLichtbogenschweissens mit abschmelzender Drahtelektrode. Insbesondere kann er als Hochleistungsbrenner in wirtschaftlicher Weise unter Verwendung von grossen Stromstärken und dicken Schweissdrähten, d. h. mit einer hohen Abschmelzleistung eingesetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schweissbrenner für das Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit abschmelzender Drahtelektrode mit einem Kontaktstück für die Übertragung des elektrischen Stromes von einer
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Kontaktstück (2) die Form eines langgestreckten Prismas aufweist, welches mit seiner Längsachse parallel zur Mittelachse der Stromzuführungsschiene (1) in diese eingelassen ist und dessen einer als Gleit- und Kontaktfläche ausgebildeter Seite mindestens zwei federnde, mit der Stromzuführungsschiene - verbundene, jedoch gegenüber dieser elektrisch isolierte Andruckelemente (6) für den Schweissdraht (4) zugeordnet sind.
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