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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen metallischen Werkstücken, gemäss den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruches 1.
Der kombinierte Einsatz eines Laserstrahls in Verbindung mit einem Lichtbogen zum Schweissen sowie die Ausbildung entsprechender Düsenanordnungen für derartige Schweissbrenner ist schon seit längerem aus dem Stand der Technik bekannt. Eine derartige Düsenanordnung ist beispielsweise aus der DE 196 27 803 C bekannt. Die darin beschriebene Düsenanordnung ist dabei so ausgebildet, dass innerhalb einer Düsenhülse eine weitere Düse, welche den Laserstrahl umhüllt, angeordnet ist. Sowohl die Düsenhülse als auch die Düse weisen dabei einen konischen in Richtung des Werkstückes verjüngenden Verlauf auf. Die Düse und die Düsenhülse sind mit quer versetzten Achsen angeordnet, d. h. dass die Mittelachse der Düse aus dem Zentrum der Düsenhülse versetzt angeordnet ist.
Der dadurch gewonnene Raum in einem Teil zwischen Düse und Düsenhülse wird dazu verwendet, die Schweisselektrode zum Aufbau des Lichtbogens bzw. ihre Elektrodenführung in dem entstandenen Bereich des Ringspaltes anzuordnen. Nachteilig bei dieser Ausbildung einer Düsenanordnung ist die schräg konische Ausbildung der Düse, welche nur mit einem erhöhten Fertigungsaufwand bewerkstelligt werden kann. Zudem sind auf der äusseren Oberfläche der Düsenhülse zusätzliche Einrichtungen notwendig, um eine entsprechende Kühlung der Düsenanordnung zur Erhöhung der Standzeiten zu ermöglichen.
Die ebenfalls in dieser DE-C geoffenbarte Variante der parallelen Achsversetzung zwischen Düse und Düsenhülse birgt ebenfalls den Nachteil in sich, dass die Elektrode bzw. Elektrodenführung nur in genau jenem Teil des erweiterten Ringspaltes angeordnet werden kann, der durch die Achsversetzung entsteht.
Eine weitere Düsenanordnung für den Einsatz eines Laserstrahls in Verbindung mit dem Lichtbogenschweissen ist aus der JP 60-106688 A bekannt. Die in dieser JP-A beschriebene Düse geht von einer konzentrischen Anordnung des Laserstrahls und der einzelnen Elektroden aus. Letztere
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sind innerhalb eines zylindrischen Isolators angeordnet, wobei dieser gleichzeitig die Apparatur für den Laserstrahl darstellt. Das für den Schweissprozess erforderliche Schutzgas wird durch einen Ringspalt, der sich aufgrund der Anordnung des Isolators innerhalb der Düse ergibt, der zu schweissenden Stelle zugeführt. Durch die Anordnung von vier Elektrodenpaaren innerhalb des Isolators soll erreicht werden, dass der Lichtbogen vor und nach dem Laserstrahl ausgebildet werden kann.
Nachteilig ist bei dieser Anordnung, dass die Düse, insbesondere der Isolator, lediglich zur Elektrodenführung herangezogen werden kann. Zudem muss bei einem allfälligen Störfall, beispielsweise durch Verreiben einer Elektrode im Isolator oder aber durch Verlegen einer Öffnung im Isolator durch Spritzer aus dem Schmelzbad, der gesamte Schweissbrenner vom Werkstück abgesetzt werden, um diesen beheben zu können, sodass in der Folge der Schweissprozess für einen mehr oder weniger langen Zeitraum unterbrochen werden muss.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen metallischen Werkstücken mit einer Schweissdüse mit mehreren Kammern auszubilden, wobei diese Kammern für die Zufuhr unterschiedlichster Medien an eine Verbindungsstelle herangezogen werden können.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruches l gelöst. Vorteilhaft ist dabei, dass der Zusatzwerkstoff aufeinanderfolgend durch unterschiedliche Kammern der Verbindungsstelle zugeführt wird. Es kann damit eine Verkürzung der Stillstandszeiten aufgrund einer defekten Schweissdüse erreicht werden, da es insbesondere möglich ist, den Zusatzwerkstoff bei auftretenden Problemen über eine weitere Kammer der Verbindungsstelle zuzuführen.
Dabei ist nach Anspruch 2 von Vorteil, wenn der Zusatzwerkstoff vor dem Verdrehen der Zuführungsvorrichtung im Bereich der Schweissdüse durchtrennt wird, da dadurch eine Antriebsvorrichtung eingesetzt werden kann, die nur in eine Richtung den Zusatzwerkstoff fördern muss und somit Kosten eingespart werden können.
Dieser Vorteil tritt auch durch die Ausbildung gemäss Anspruch 3 ein, wonach der Zusatzwerkstoff durch eine Rückwärtsbewegung aus den Kammern der Schweissdüse entfernt wird und somit Zusatzwerkstoff eingespart werden kann.
Vorteilhaft ist nach Anspruch 4 weiters, wenn die der Schweissdüse übertragene Energie, insbe- sondere die Wärmeenergie, über ein Kühlmedium, welches in den Kammern der Schweissdüse strömt, entzogen wird und damit die Lebensdauer der Schweissdüse verlängert werden kann.
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Weiters ist es von Vorteil, wenn das Schutzgas bzw. Schutzgasgemisch, gemäss Anspruch 5, über zumindest eine der Kammern der Schweissdüse dem Bereich der Verbindungsstelle zugeführt wird, da damit der Zusatzwerkstoff vor einer oxidativen Beeinträchtigung geschützt werden kann.
Von Vorteil ist schliesslich auch eine Ausbildung gemäss Anspruch 6, da durch das Unterbrechen der Kühlmittel-und/oder Schutzgaszufuhr vor dem Verdrehen der Schweissdüse ein unbeabsichtigtes Beaufschlagen der Verbindungsstelle und damit eine ungewollte Abkühlung letzterer durch das Kühlmittel verhindert werden kann.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemässen Schweissgerätes ; Fig. 2 einen Teil des erfindungsgemässen Schweissbrenners, insbesondere der am Brenner- kopf angeschlossenen Schweissdüse, in schematischer, seitlicher und geschnittener
Darstellung ; Fig. 3 die erfindungsgemässe Schweissdüse, geschnitten in Draufsicht und schematisch ver- einfachter Darstellung ; Fig. 4 einen Teil der erfindungsgemässen Schweissdüse in seitlicher, geschnittener und schematischer Darstellung mit einer zusätzlichen Zuführungsvorrichtung im durch den Innenmantel gebildeten Innenraum ; Fig. 5 die erfindungsgemässe Schweissdüse in schematischer, geschnittener Draufsicht mit teilweise durch einen Verschluss verschlossenen Kammern ;
Fig. 6 eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Schweissdüse in schema- tischer, geschnittener Draufsicht mit alternativer Anordnung der Kammern ; Fig. 7 eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Schweissdüse in schema- tischer, geschnittener Draufsicht.
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Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können.
Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen.
In Fig. 1 ist eine Schweissanlage bzw. ein Schweissgerät 1 gezeigt. Dieses Schweissgerät 1 umfasst zumindest eine Stromquelle 2 mit einem Leistungsteil 3, eine Steuervorrichtung 4 und ein dem Leistungsteil 3 bzw. der Steuervorrichtung 4 zugeordnetes Umschaltglied 5. Das Umschaltglied 5 bzw. die Steuervorrichtung 4 ist mit einem Steuerventil 6 verbunden, welches in einer Versorgungsleitung 7 für ein Gas 8, insbesondere ein Schutzgas wie beispielsweise Coo2, Helium oder Argon und dgl., zwischen einem Gasspeicher 9 und einem Schweissbrenner 10 angeordnet ist.
Zudem kann über die Steuervorrichtung 4 noch ein Drahtvorschubgerät 11, welches für das MIG/MAG-Schweissen üblich ist, angesteuert werden, wobei über eine Versorgungsleitung 12 ein Schweissdraht 13 von einer Vorratstrommel 14 in den Bereich des Schweissbrenners 10 zugeführt wird. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Drahtvorschubgerät 11, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, im Schweissgerät 1 integriert ist und nicht, wie in Fig. 1 dargestellt, als Zusatzgerät ausgebildet ist.
Der Strom zum Aufbauen eines Lichtbogens 15 zwischen dem Schweissdraht 13 und einem Werkstück 16 wird über eine Versorgungsleitung 17 vom Leistungsteil 3 der Stromquelle 2 dem Schweissbrenner 10 bzw. dem Schweissdraht 13 zugeführt, wobei das zu verschweissende Werkstück 16 über eine weitere Versorgungsleitung 18 ebenfalls mit dem Schweissgerät 1, insbesondere mit der Stromquelle 2, verbunden ist und somit über dem Lichtbogen 15 ein Stromkreis aufgebaut werden kann.
Zum Kühlen des Schweissbrenners 10 kann über einen Kühlkreislauf 19 der Schweissbrenner 10 unter Zwischenschaltung eines Strömungswächters 20 mit einem Wasserbehälter 21 verbunden werden, wodurch bei der Inbetriebnahme des Schweissbrenners 10 der Kühlkreislauf 19, insbesondere eine für die im Wasserbehälter 21 angeordnete Flüssigkeit verwendete Flüssigkeits-
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pumpe, gestartet werden und somit eine Kühlung des Schweissbrenners 10 bzw. des Schweissdrahtes 13 bewirkt werden kann.
Das Schweissgerät l kann weiters eine Ein-und/oder Ausgabevorrichtung 22 aufweisen, über die die unterschiedlichsten Schweissparameter bzw. Betriebsarten des Schweissgerätes 1 eingestellt werden können. Dabei werden die über die Ein-und/oder Ausgabevorrichtung 22 eingestellten Schweissparameter an die Steuervorrichtung 4 weitergeleitet und von dieser werden anschliessend die einzelnen Komponenten der Schweissanlage bzw. des Schweissgerätes 1 angesteuert.
Weiters kann, wie dies in Fig. l dargestellt ist, der Schweissbrenner 10 über ein Schlauchpaket 23 mit dem Schweissgerät 1 bzw. der Schweissanlage verbunden sein. In dem Schlauchpaket 23 sind die einzelnen Leitungen vom Schweissgerät 1 zum Schweissbrenner 10 angeordnet. Das Schlauchpaket 23 wird über eine zum Stand der Technik zählende Verbindungsvorrichtung 24 mit dem Schweissbrenner 10 verbunden, wogegen die einzelnen Leitungen im Schlauchpaket 23 mit den einzelnen Kontakten des Schweissgerätes 1 über Anschlussbuchsen bzw. Steckverbindungen verbunden sind. Damit eine entsprechende Zugentlastung des Schlauchpaketes 23 gewährleistet ist, ist das Schlauchpaket 23 über eine Zugentlastungsvorrichtung 25 mit einem Gehäuse 26 des Schweissgerätes 1 verbunden.
Wie weiters aus Fig. l ersichtlich ist, umfasst das Schweissgerät 1 neben dem Schweissbrenner 10 einen Laser 27. Dieser Laser 27 kann dabei zumindest aus einer monochromatische Strahlung erzeugenden Strahlungsquelle 28 und einen die monochromatische Strahlung emittierenden Laserkopf 29 bestehen, wobei der Laserkopf 29 mit der Strahlungsquelle 28 über eine geeignete Leitung 30, z. B. einem vorzugsweise flexiblen Lichtwellenleiter, verbunden sein kann.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass der Laserkopf 29 und die Strahlungsquelle 28 eine einzige Baueinheit bilden und der Laserkopf 29 direkt an der Strahlungsquelle 28 angeordnet ist.
Als Laser 27 kann z. B. ein Neodymium-Yttrium-Aluminium-Granat (Nd : YAG) Festkörperlaser, ein Diodenlaser, ein C02-Laser oder jeglicher andere geeignete, aus dem Stand der Technik bekannte Laser verwendet werden. Die Wellenlänge der abgestrahlten monochromatischen Laserstrahlung kann im Bereich zwischen 500 nm und 15000 nm, insbesondere zwischen 850 nm und
1060 nm liegen. Vorteilhaft ist bei der Verwendung eines Nd : YAG-Lasers, dass in Abhängigkeit
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von der Nd3+-Konzentration ein Aufbau einer grossen Populationsumkehr möglich ist und somit das Nd3+ in Hochenergielasem verwendet werden kann.
Die Fig. 2 und 3 zeigen den Schweissbrenner 10 mit einer erfindungsgemässen Schweissdüse 31 in stark vereinfachter Darstellung. Diese Schweissdüse 31 umfasst dabei einen Aussenmantel 32 sowie einen davon distanzierten Innenmantel 33. Sowohl der Aussenmantel 32 als auch der Innenmantel 33 sind von einer oberen und einer unteren, einander gegenüberliegenden Stirnfläche 34, 35 begrenzt.
Wie besser aus Fig. 3 ersichtlich ist, werden zwischen dem Aussenmantel 32 und dem Innenmantel 33 mehrere Kammern 36 ausgebildet. Diese Kammern 36 können durch Stege 37 voneinander getrennt sein und beispielsweise als Längsstege, welche sich in Richtung einer Mittelachse 38 zwischen den beiden Stirnflächen 34 und 35 erstrecken, ausgebildet sein.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verbinden die Stege 37 den Aussenmantel 32 mit dem Innenmantel 33. Selbstverständlich können zwischen dem Aussenmantel 32 und dem Innenmantel 33 weitere Schichten, beispielsweise Beschichtungen des Aussen- und/oder Innenmantels 32, 33, angeordnet sein und ist es dadurch möglich, dass die Stege 37 nicht direkt an den Aussenmantel 32 bzw. Innenmantel 33 anschliessen. Derartige Beschichtungen können beispielsweise
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bildet sein. Es ist auf diese Weise möglich, eine als Zusatzwerkstoff 39 ausgebildete Elektrode über den Innenmantel 33 und/oder die Stege 37 zu kontaktieren, ohne dass der Aussenmantel 32 stromführend ist.
Die Verbindung der Stege 37 mit dem Aussenmantel 32 bzw. Innenmantel 33 kann in geeigneter Weise erfolgen, beispielsweise durch Schweissen, Löten oder dgl. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Schweissdüse 31 einstückig ausgebildet ist, d. h., dass diese Stege 37 sowohl am Aussenmantel 32 als auch am Innenmantel 33 angeformt sind. Eine Kombination dieser beiden Ausführungsvarianten ist ebenfalls möglich, sodass beispielsweise diese Stege 37 entweder am Aussenmantel 32 oder am Innenmantel 33 angeformt sind.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Kammern 36 vorzugsweise konzentrisch angeordnet. Die Anzahl der Kammern 36 kann sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck dieser Kammern 36 richten und ist es beispielsweise möglich, durch diese Kammern 36 ein entsprechendes Fluid
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zu führen, um beispielsweise eine Kühlung der Schweissdüse 31 zu erreichen. Ebenso kann der Zusatzwerkstoff 39 durch diese Kammern 36 der Verbindungsstelle bzw. dem Schmelzbad zugeführt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Nutzung dieser Kammern 36 ist die Zuführung eines entsprechenden Schutzgases bzw. Schutzgasgemisches zur Verbindungsstelle.
Um ein entsprechendes Fluid zur Kühlung der Schweissdüse 31 durch diese Kammern 36 führen zu können, ist es möglich, dass zumindest zwei Kammern über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Dadurch kann ein Zu- und Ablauf des Fluids beispielsweise über die der Stirnfläche 34 zugewandten Öffnungen der Kammern 36 erfolgen. Andeutungsweise ist in Fig. 5 der Strömungsverlauf des Fluids in üblicher Weise in zwei Kammern 36 dargestellt.
Es ist weiters möglich, mehrere Kammern 36 über Verbindungsleitungen miteinander zu verbinden, um so einen mäanderförmigen Verlauf des Fluids zu erhalten. Diese Verbindungsleitungen können zumindest zum Teil auch durch Durchbrüche 40 in den Stegen 37 ersetzt werden.
Die Verbindungsleitungen können sowohl im Bereich der Stirnfläche 34 als auch im Bereich der Stirnfläche 35 angeordnet sein und ist es vorteilhaft, wenn diese Verbindungsleitungen im Bereich der Stirnfläche 34 vorgesehen werden. Im Bereich der Stirnfläche 35, welche auf die zu verbindenden Werkstücke 16 weist, ist es hingegen vorteilhaft, wenn die Verbindung zweier Kammern 36 über besagte Durchbrüche 40 erfolgt. Dadurch kann eine ungehinderte Zufuhr des Zusatzwerkstoffes 39 über jede beliebige Kammer 36 erfolgen, sollte eine derartige Kühlung der Schweissdüse 31 gegebenenfalls nicht beabsichtigt sein bzw. verwendet werden.
Zur Führung des Fluids in der Schweissdüse 31 müssen zumindest zwei Kammern 36 im Bereich der Stirnflächen 35 einen entsprechenden Verschluss 41, wie dies beispielsweise in Fig. 5 dargestellt ist, aufweisen. Dieser Verschluss 41 kann so ausgebildet sein, dass er bereits bei der Herstellung der Schweissdüse 31 mitberücksichtigt und somit nicht bewegbar an der Schweissdüse 31 angebracht ist. Andererseits ist es möglich, den Verschluss 41 beispielsweise als Lochblende auszubilden, wodurch vorteilhafterweise erreicht werden kann, insbesondere wenn diese Lochblende bzw. der Verschluss 41 drehbar an der Schweissdüse 31 gehaltert ist, dass beliebige Kammern 36 bei entsprechender Ausbildung der Lochblende verschlossen werden können.
Damit ist es weiters möglich, sofern die Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Kammern 36 entsprechend gewählt werden, dass das Kühlfluid nicht nur in einander benachbarten Kammern 36 zu-bzw. abgeführt wird, sondern sind beliebige Kombinationen der Kammern 36 möglich.
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Es kann in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein, wenn an der Schweissdüse 31 entsprechende Vorkehrungen getroffen werden, mit deren Hilfe die Verbindungsleitungen nachträglich angebracht werden können. Diese Vorkehrungen können beispielsweise in Form von Steckanschlüssen, Schraubgewinden oder dgl. ausgebildet sein. Ein weiterer Vorteil für die Verwendung des Verschlusses 41 liegt darin, dass dadurch keine Schweissspritzer in die Kammern 36 der Schweissdüse 31 eindringen können und somit eine Verlegung der Kammern 36 verhindert wird.
Der Verschluss 41 kann weiters, wie in Fig. 5 dargestellt, als Segmentblende ausgeführt sein, wobei diese wiederum drehbar an der Schweissdüse 31 im Bereich der in Fig. 5 verdeckten Stirnfläche 35 angeordnet sein kann. Dieser Verschluss 41 kann dabei so ausgeführt sein, dass er über entsprechende Dichtungseinrichtungen ebenflächig an der Stirnfläche 35 anliegt. Andererseits ist es möglich, dass der Verschluss 41 über einen Übergangskanal 42 verfügt, wie in Fig. 5 strichliert angedeutet. Dieser Übergangskanal 42 kann aus dem Material des Werkstoffes für den Verschluss 41 durch entsprechende Bearbeitungsverfahren gebildet sein, beispielsweise mit Hilfe von Pressen.
Weiters kann sich dieser Übergangskanal 42 über einen weiten Bereich des Verschlusses 41 erstrecken oder aber ist es möglich, dass der Übergangskanal 42 lediglich im Bereich der Stege 37 angeordnet ist.
Unterstützend kann der bzw. können die Stege 37 eine entsprechende Aussparung im Bereich der Stirnfläche 35 aufweisen, wodurch sich der Querschnitt des Übergangskanals 42 vergrössern lässt. Selbstverständlich kann der Querschnitt des Übergangskanals 42 jede beliebige Form aufweisen und ist die Querschnittsfläche in weiten Grenzen variabel gestaltbar.
Ein Vorteil der erfindungsgemässen Schweissdüse 31 ist, dass der Zusatzwerkstoff 39 in zeitlicher Abfolge über verschiedene Kammern 36 der Verbindungsstelle zugeführt werden kann. Ebenso ist es natürlich möglich, dass mehrere Zusatzwerkstoffe 39 gleichzeitig über mehrere Kammern 36 zugeführt werden. Durch dieses Mehrkammersystem der erfindungsgemässen Schweissdüse 31 ist es möglich, dass, sollte unvorhergesehenerweise der Zusatzwerkstoff 39 nicht mehr weitertransportiert werden, die Schweissdüse 31 um zumindest eine Position, d. h. eine Kammer 36, verdreht werden kann und somit der Zusatzwerkstoff 39 durch diese neue Kammer 36 geführt werden kann. Um dies zu erreichen, kann der Zusatzwerkstoff 39 entweder aus der jeweiligen Kammer 36 in Richtung vom Werkstück 16 weg zurückgezogen werden.
Andererseits ist es natürlich möglich, dass jenes Stück des Zusatzwerkstoffes 39, welches sich bereits in der Kammer
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36 befindet, vom darüberliegenden Teil des Zusatzwerkstoffes 39 abgetrennt wird und somit das Verdrehen der Schweissdüse möglich wird.
Zum automatischen Abtrennen des Zusatzwerkstoffes 39 kann in zumindest einer Kammer 36 im Bereich einer Stirnfläche, vorzugsweise der Stirnfläche 34, des Überganges von der Schweissdüse 31 auf einen Brennerkopf 43 (siehe Fig. 2) eine Schneideinrichtung 44 angeordnet sein.
Selbstverständlich ist es möglich, dass diese Schneideinrichtung 44 auch im Brennerkopf 43 im Bereich der Stirnfläche 34 angeordnet ist. Beide Varianten sind in Fig. 2 schematisch angedeutet.
Auf diese Weise wird ermöglicht, dass z. B. durch entsprechendes Verschieben der Schneideinrichtung 44 der Zusatzwerkstoff 39 entweder vollständig durchtrennt wird oder aber soweit angeritzt wird, dass bei einem Weiterdrehen der Schweissdüse 31 der Zusatzwerkstoff 39 an dieser Sollbruchstelle abgetrennt und somit das Verdrehen der Schweissdüse 31 ermöglicht wird.
Für den Fall, dass die Schneideinrichtung 44 an der Schweissdüse 31 angebracht ist, ist es selbstverständlich möglich, dass diese im Bereich der Stege 37, insbesondere auf Höhe der Stirnfläche 34, situiert ist und somit ohne zusätzliches Verschieben dieser Schneideinrichtung 44 durch alleiniges Verdrehen der Schweissdüse 31 der Zusatzwerkstoff 39 durchtrennt wird.
Wie in Fig. 5 dargestellt, besteht weiters die Möglichkeit, dass der Innenmantel 33 im Bereich einer Kammer 36 eine Öffnung 45 aufweist. Durch diese Öffnung 45 kann ein während des Verbindungsvorganges verwendetes Schutzgas bzw. Schutzgasgemisch in den Bereich zwischen dem Laserkopf 29 (siehe Fig. 2) und dem Innenmantel 33 sowie in der Folge der Verbindungsstelle zugeführt werden, wie dies in Fig. 5 durch Pfeile 46 angedeutet ist.
Selbstverständlich ist es aber möglich, dass dieses Schutzgas bzw. Schutzgasgemisch durch den Brennerkopf 43 besagtem Bereich zugeführt wird, wie dies in Fig. 2 ebenfalls mit Hilfe der Pfeile 46 dargestellt ist.
Für den Fall, dass eine oder mehrere Kammern 36 für die Zufuhr des Schutzgases bzw. Gasgemisches herangezogen wird bzw. werden, besteht die Möglichkeit, dass die Schweissdüse 31 im Bereich der Stirnfläche 35, welche dem Werkstück 16 zugewandt ist, offen oder verschlossen ist, je nachdem, ob erwünscht ist, dass ein Teilstrom des Schutzgases bzw. Gasgemisches direkt durch zumindest eine der Kammern 36 der Verbindungsstelle zugeführt wird.
Durch das Mehrkammersystem wird weiters ermöglicht, dass ein Gasgemisch entweder direkt an der Austrittstelle aus der Schweissdüse 31 oder aber in den Kammern 36 bzw. im Bereich zwi-
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schen Laserkopf 29 und Innenmantel 33 hergestellt wird, indem nämlich verschiedene Kammern 36 von Reingasen durchströmt werden.
Für den Fall, dass das Gasgemisch in einer der Kammern 36 hergestellt wird, kann eine mittlere Kammer 36 von zwei benachbarten Kammern 36, welche von den Reingasen durchströmt werden, in Strömungsverbindung stehen, sodass diese Reingase in die mittlere Kammer 36 eintreten und sich dort durchmischen können. Dazu können die Stege 37 wiederum entsprechende Durchbrüche 40 aufweisen. Ebenso können durch die wahlweisen Öffnungen 45 im Innenmantel 33 Reingase aus den Kammern 36 dem Innenraum zur Vermischung zugeführt werden.
Es ist weiters möglich, dass im Fall der Gasgemischherstellung in der Schweissdüse 31 entsprechende Einbauten in zumindest einer Kammern 36 angeordnet sind, die eine bessere Durchmischung erlauben.
Vorteilhaft ist es weiters, wenn die Schweissdüse 31 zumindest bereichsweise einen konischen Verlauf aufweist. Durch die entsprechende Ausbildung des Aussen- und/oder Innenmantels 32, 33 kann der Zusatzwerkstoff 39 einfacher der Verbindungsstelle zugeführt werden. Die Konizität kann sich dabei nach dem Fokusabstand zwischen Verbindungsstelle und Laserkopf 29 richten, sodass der Fokus direkt auf bzw. in unmittelbarer Nähe zur Verbindungsstelle ist.
Wie bereits erwähnt, kann die erfindungsgemässe Schweissdüse 31 drehbar am Brennerkopf 43 angeordnet sein. Dazu ist es möglich, dass im Bereich der Stirnfläche 34 im Übergangsbereich Schweissdüse 31/Brennerkopf 43 eine entsprechende Verbindungseinrichtung, wie z. B. eine Schleifkupplung angeordnet ist. Weiters ist es möglich, dass diese Verbindungseinrichtung über Rasten verfügt, welche einen vordefinierten Abstand zueinander aufweisen und ist es vorteilhaft, wenn dieser Abstand der Breite der Kammern 36 zwischen den Stegen 37 entspricht, da damit ein zielgenaues Verdrehen der Schweissdüse 31 um jeweils eine Kammer 36 auf einfache Weise möglich wird. Selbstverständlich können diese Rasten auch am Brennerkopf 43 angeordnet sein.
Ein mit dieser Schweissdüse 31 ausgestatteter erfindungsgemässer Schweissbrenner 10 kann aber auch anstelle der Einrichtung zur Erzeugung bzw. Abgabe eines Laserstrahls eine nicht abschmelzende Elektrode aufweisen. Dadurch wird es, wie bei der Verwendung des Laserstrahls, nicht notwendig, den Zusatzwerkstoff 39 zu kontaktieren, da der Lichtbogen zwischen der nicht abschmelzenden Elektrode und dem Werkstück 16 aufgebaut wird. Die Kontaktierung der nicht abschmelzenden Elektrode kann entsprechend dem Stand der Technik erfolgen. Durch diese
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Ausbildung kann eine vorteilhafte Vereinfachung des Aufbaus der Schweissdüse 31 erreicht werden, da zusätzliche Massnahmen zur elektrischen Isolierung, beispielsweise des Aussenmantels 32, nicht erforderlich sind.
Sowohl die Einrichtung zur Erzeugung bzw. Abgabe eines Laserstrahls, insbesondere der Laserkopf 29, als auch die nicht abschmelzende Elektrode können konzentrisch zu den Kammern 36 angeordnet sein, d. h., dass diese im wesentlichen im Zentrum der Schweissdüse 31 angeordnet sind, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Wie bereits erwähnt, kann die Schweissdüse 31 um die Mittelachse 38 drehbar am Schweissbrenner 10 gehaltert sein.
Zur Verbindung der Schweissdüse 31 mit dem Brennerkopf 43 können entsprechende Verbindungselemente, beispielsweise Schleifringe, verwendet werden und können insbesondere für den Fall, dass durch einzelne der Kammern 36 Flüssigkeiten und/oder Gase geführt werden, diese Verbindungselemente entweder entsprechende Dichtelemente umfassen oder aber als solche ausgebildet sein.
Das Verbindungselement kann wiederum eine oder mehrere Rasten mit vorzugsweise vorbestimmtem Abstand zueinander aufweisen.
Wie bereits einführend erwähnt, kann das Schweissgerät 1 ein Drahtvorschubgerät 11 umfassen.
Mit Hilfe dieses Drahtvorschubgerätes 11 wird der Zusatzwerkstoff 39, d. h. der Schweissdraht 13, automatisch über die Zuführungsvorrichtung der Verbindungsstelle zugeführt. Es ist nun möglich, dass die Zuführungsvorrichtung bzw. das Drahtvorschubgerät 11 über eine Antriebseinrichtung verfügt, beispielsweise einen Stellmotor, mit deren Hilfe der Zusatzwerkstoff 39 bei einem allfälligen Verdrehen der Schweissdüse 31 aus der jeweiligen Kammer 36 in Richtung vom Werkstück 16 weg rückgezogen wird, wodurch wiederum ein Verdrehen der Schweissdüse 31 ermöglicht wird. Dadurch kann auf eine zusätzliche Schneideinrichtung 44 in der Schweissdüse 31 bzw. im Brennerkopf 43 verzichtet werden.
Wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, ist es weiters möglich, dass in einem durch den Innenmantel 33 definierten Innenraum 47 neben der Einrichtung bzw. Abgabe eines Laserstrahls oder der nicht abschmelzenden Elektrode eine weitere Zuführungsvorrichtung zur Zuführung eines weiteren Zusatzwerkstoffes 39 zur Verbindungsstelle am Werkstück 16 angeordnet ist. Es besteht somit nicht nur die Möglichkeit, Zusatzwerkstoffe 39 über zumindest eine der Kammern 36 zuzuführen, sondern zusätzlich bzw. ausschliesslich, falls erforderlich, über den Innenraum 47.
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In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass es selbstverständlich möglich ist, dass, für den Fall, dass mehrere Zusatzwerkstoffe 39 getrennt zugeführt werden, diese aus unterschiedlichem Material sein können und somit an der Verbindungsstelle eine Legierungsbildung bewirkt werden kann.
Wie in Fig. 4 dargestellt, können die zuletzt genannte weitere Zuführungsvorrichtung und die Einrichtung zur Erzeugung bzw. Abgabe eines Laserstrahls bzw. die nicht abschmelzende Elektrode in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sein, sodass sich beispielsweise die gedachte Verlängerung einer Zusatzwerkstoffmittelachse 48 im Fokus des Laserstrahls trifft. Es kann damit eine ausreichend schnelle Erwärmung des Zusatzwerkstoffes 39 bis über bzw. in den Bereich seines Schmelzpunktes ohne die Ausbildung eines zusätzlichen Lichtbogens erreicht werden. Für den Fall der Verwendung einer nicht abschmelzenden Elektrode kann die gedachte Zusatzwerkstoffmittelachse 48 in etwa im Bereich des Lichtbogenendes enden.
Dieser erfindungsgemässe Schweissbrenner 10 bzw. die Schweissdüse 31 können für jedes herkömmliche Schweissgerät, z. B. einem MIG/MAG-Schweissgerät, in einem Widerstandsschweissgerät oder dgl. verwendet werden, in dem vorteilhafterweise ein Drahtvorschubgerät 11 angeordnet ist. Dieses Drahtvorschubgerät 11 ist dabei vorzugsweise so ausgestaltet, dass ein automatischer Vorschub des Zusatzwerkstoffes 39 mit einstellbarem Vor- und Rücklauf aus oben genannten Gründen möglich ist.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Schweissdüse 31 dargestellt.
Obwohl bislang nur Stege 37 mit zumindest annähernd senkrechter Ausrichtung zum Aussenund Innenmantel 32, 33 beschrieben wurden, ist es selbstverständlich möglich, dass derartige Stege 36 als sogenannte Querstege 49 ausgebildet sind, welche wiederum in etwa konzentrisch zum Aussen-bzw. Innenmantel 32, 33 angeordnet sind und sich zumindest über einen Teil der gesamten Bauhöhe der Schweissdüse 31 zwischen den Stirnflächen 34 und 35 erstrecken können.
Die dadurch zusätzlich entstehenden Kammern können wiederum, wie dies in Fig. 6 strichliert angedeutet ist, mit Hilfe der Stege 37 unterteilt werden.
Es ist also auf diese Weise möglich, die Schweissdüse 31 mit unterschiedlichst angeordneten Kammern 36 zu versehen und somit die Schweissdüse 31 nach dem jeweiligen Verwendungszweck auszurichten. Beispielsweise kann durch die Anordnung derartiger Querstege 49 erreicht
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werden, dass ein möglicher Zusatzwerkstoff 39 in einer Kammer 36, welche zwischen dem Innenmantel 33 und dem Quersteg 49 ausgebildet wird, geführt wird und dass die Kammern 36 zwischen dem Aussenmantel 32 und den Querstegen 49 wiederum zur Kühlung verwendet werden.
Mit einem derartig ausgebildeten Schweissgerät 1 bzw. einem derartigen Schweissbrenner 10 mit einer erfindungsgemässen Schweissdüse 31 kann also in der Folge ein erfindungsgemässes Verfahren ausgeführt werden, bei dem der Zusatzwerkstoff 39 aufeinanderfolgend durch unterschiedliche Kammern 36 der Verbindungsstelle zugeführt wird. Selbstverständlich ist es-wie bereits erwähnt - möglich, gleichzeitig mehrere Kammern 36 mit dem Zusatzwerkstoff 39 zu beschicken. Zur Energiezufuhr zur Verbindungsstelle kann entweder die Energie, welche mit Hilfe eines Laserstrahls übertragen werden kann, verwendet werden bzw. kann bei Verwendung einer nicht abschmelzenden Elektrode die Energie von einem zwischen dem Werkstück 16 und der Elektrode gezündeten Lichtbogen 15 stammen.
Soll die Schweissdüse 31 aus bestimmten Gründen, beispielsweise bei auftretenden Problemen in der Zufuhr des Zusatzwerkstoffes 39, um ihre Mittelachse 38 verdreht werden, so ist es möglich, diesen Zusatzwerkstoff 39 vor dem Verdrehen der Schweissdüse 31 in Richtung von der Verbindungsstelle weg, also in Richtung des Schweissbrenners 10 bzw. des Brennerkopfes 43, aus der Schweissdüse 31 zu bewegen bzw. das Stück, welches sich in zumindest einer der Kammern 36 befindet, durch entsprechende Vorkehrungen vom restlichen Teil des Zusatzwerkstoffes 39 abzutrennen.
Selbstverständlich kann bei Verwendung der Kammern 36 zur Führung eines entsprechenden Kühlfluids bzw. eines für den Verbindungsvorgang notwendigen Schutzgases bzw. Schutzgasgemisches die Zufuhr dieser Fluide oder Gase während des Verdrehens der Schweissdüse 31 unterbrochen werden.
Weiters ist in Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schweissdüse 31 gezeigt. Dabei wird die Schweissdüse 31 aus zumindest zwei Einzelteilen 50,51 gebildet, wobei einer der Einzelteile 50, 51, insbesondere der Einzelteil 50, derart ausgebildet ist, dass dieser den Innenmantel 33 und die Stege 37 ausbildet, d. h., dass dadurch ein einteiliges Bauteil geschaffen wird.
Dieser Einzelteil 50 kann dabei durch ein Strangpressprofil gebildet werden. Damit die erfindungsgemässe Schweissdüse 31 hergestellt werden kann, wird in einfacher Form über das Strang-
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pressprofil, insbesondere den Einzelteil 50, der weitere Einzelteil 51 geschoben, wodurch die einzelnen Kammern 36 ausgebildet werden. Selbstverständlich ist es möglich, dass der Einzelteil 51, der den Aussenmantel bildet, aus einem entsprechenden Strangpressprofil gebildet sein kann.
Die Verbindung der beiden Einzelteile 50,51 kann beliebig erfolgen. Dazu ist es beispielsweise möglich, dass die Einzelteile 50,51 zumindest teilweise miteinander verlötet, verschweisst oder über Rastverbindungen, usw. miteinander verbunden werden.
Selbstverständlich kann in diesem Fall die Schweissdüse 31 zumindest annähernd gerade ausgeführt sein.
Abschliessend sei darauf hingewiesen, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen einzelne Teile unproportional vergrössert dargestellt wurden, um das Verständnis der erfindunggemässen Lösung zu verbessern. Des weiteren können auch einzelne Teile der zuvor beschriebenen Merkmalskombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit anderen Einzelmerkmalen aus anderen Ausführungsbeispielen eigenständige, erfindungsgemässe Lösungen bilden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1, 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen erfindungsgemässen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.