Fluidumgekühlter Elektrodenhalter zum Schweissen mit gasumhülltem Lichtbogen. Bei handbetätigten Schweissapparaten, die mit Hilfe eines gastumhüllten elektrischen Lichtbogens arbeiten, ist eine innere Fluidum kühlvorrichtung besonders wünschenswert. Beim elektrischen Schweissen mit gasumhüll tem Lichtbogen wird zwischen einer Dauer elektrode, die gewöhnlich aus Wolfram be steht., und dem Arbeitsstück ein Lichtbogen von ausserordentlich hoher Stromstärke gebil det. Das den Lichtbogen tragende Elektroden ende und das geschmolzene Metall sind von einer Hülle inerten, monatomischen Gases, ge wöhnlich Argon, umgeben.
Dadurch wird das Sehweissmetall vor Oxydation und anderer atmosphärischer Verunreinigung geschützt, wodurch die fertige, geschweisste Oberfläche glatt, sauber und. gleichmässig wird. Zufolge der ausserordentlich hohen Schweisstempera tur am Kopf des Schweissgerätes besteht eine beträchtliche Gefahr, dass sieh der Arbeiter die Hand verbrennt, in der er das Gerät hält, und die Möglichkeit, dass der Kopf des Ge rätes schmilzt, sofern keine Kühlvorrichtung vorgesehen ist.
Diese Kühlvorrichtung soll bei von Hand betätigten Schweissapparaten ganz im eigent lichen Schweissgerät eingeschlossen sein, damit der Arbeiter eine grössere Bewegungsfreiheit hat, ohne von vorspringenden Fluidumleitun gen behindert zu werden.
Die Konstruktion eines inwendig gekühlten Schweissgerätes bzw. Elektrodenhalters für Schweissen mit. gasumhülltem Lichtbogen bietet viele Schwierigkeiten. Der Halter selbst soll leicht und schlank sein, damit er leicht. gehandhabt werden kann. Ausserdem soll die Halterwandung aus relativ dickem Isolier material hergestellt sein, um den Arbeiter vor Verbrennungen und elektrischen Schlägen zu schützen. Aus diesen Gründen steht im Halter nur ein sehr beschränkter Raum für die Zu fuhr von elektrischem Strom, Gas und Kühl fluidum zur Verfügung.
Weiter soll, wenn der Schweisskopf eine aus Metall bestehende Leitdüse für die Gas abgabe aufweist, diese Düse vom Schweissstrom elektrisch isoliert sein, um eine unerwünschte Lichtbogenbildung zwischen Düse und Ar beitsstück zu verhindern. Beim Verwenden innerer Kühlmittel liegen die Fluidumleitun gen notwendigerweise nahe an den stromfüh renden Leitungen und sind gewöhnlich selbst aus elektrisch leitendem Material hergestellt. Es bestehen daher Schwierigkeiten für das Fluidumkühlen der Düse, da die Gefahr be steht, dass auch die Düse stromführend wird.
Demgegenüber ist der vorliegende fluidum gekühlte Elektrodenhalter zum Schweissen mit gasumhülltem Lichtbogen, mit einem hohlen Isolierhandgriff, einer Gas- und zwei Flui- dumleitungen in diesem Griff, von welchen Leitungen wenigstens eine den elektrischen Strom leitende Mittel aufweist, diese Leitun gen mit thermisch und elektrisch leitenden Leitungsteilen des Schweisskopfes, die in elek trisch leitender Verbindung mit den strom- führenden Mitteln stehen, kommunizieren, und der Endteil der Gasleitung wenigstens eine Gasaustrittsöffnung aufweist und mit, einer am Gasauslassende der Gasleitung befestigten elektrisch leitenden, die Schweisselektrode ein spannenden Vorrichtung, dadurch gekenn zeichnet,
dass eine einen Leitungsteil (27) des Schweisskopfes mit Reibungsschluss um fassende elastische und elektrisch isolierende Dichtung und eine .das austretende Gas lei tende Düse vorgesehen sind, wobei diese Düse den Gasauslass umschliesst und einen die Dichtung im Abstand umgebenden Zylinder teil aufweist, ferner gekennzeichnet durch wenigstens zwei im Abstand voneinander an geordnete Dichtungsteile, die den Raum zwi schen der Innenfläche des Düsenzylinderteils und der Aussenfläche der Dichtung axial abdich ten zum Bilden wenigstens eines fluidumdich ten Durchlasskanals zwischen diesen Flächen, wobei die Dichtung wenigstens eine Öffnung aufweist, die mit dem Innern des Endteils jeder Fluidumleitung und dem Durchlasskanal in Verbindung steht, damit Fluidum durch diese zirkulieren kann.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Elektrodenhalter nach dem ersten Beispiel, Fig. 2 einen zu Fig. 1 senkrechten Teil schnitt durch den Schweisskopf nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch den Schweisskopf nach der Linie 3-3 der Fig. 2 und Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Sehweisskopf des zweiten Beispiels.
Der Elektrodenhalter des ersten Beispiels nach Fig. 1 bis 3 weist einen hohlen Isolier- griff 10 mit einem dickeren Teil 11 auf, der verjüngt in einen engen Halsteil 12 übergeht. Eine Gasleitung 13 und ein Paar Kühlflui dumröhren 14 und 15 durchsetzen den Griff 10. Die Leitung sowie die beiden Röhren sind vorzugsweise in einen sich rückwärts erstrek- kenden, biegsamen Isolierschlauchteil und einen elektrisch leitenden Röhrenteil unter- teilt. Im Griffteil 1.1 ist. ein Isolierschlauch 16 z. B. mittels eines Klemmdrahtes 17 an ein Rohr 18 angeschlossen, das den Griffhalsteil 12 durchsetzt und aus elektrisch leitendem Material, z. B. Kupfer, besteht. Der Schlauch 1.6 und das Rohr 18 bilden die Gasleitung 13.
In gleicher Weise ist ein Paar Isolierschläuche 19 und 20 im Griffteil 11 mittels Klemmrin gen 21 bzw. 22 mit einem. Paar elektrisch lei tenden Röhren 24 bzw. 23 verbunden, und diese Schläuche und Röhren bilden Teile der Fluidumleitungen 15 und 14. Die leitenden Röhren 18, 23 und 24 sowie der diese um schliessende Isoliergriffhalsteil 12 sind vor zugsweise aus etwas biegsamen Materialien hergestellt, so dass ein Durchbiegen des --gan zen Halses in verschiedenen Winkeln möglich ist, wodurch der Schweisskopf auch an weniger zugängliche Schweissstellen gebracht werden kann. Die Röhren 18, 23 und 24 können z. B. aus biegsamem Kupfer und der Griffhalsteil 12 aus gummiähnlichem Material hergestellt. sein.
Ein elektrisches Leitungskabel 25 durch setzt wenigstens einen der Schläuche, z. B. 20, und ist z. B. durch Hartlöten an das leitende Rohr 23 angeschlossen, das innerhalb des Schlauches 20 festgehalten ist.. >_ m die Strom aufnahmefähigkeit zu erhöhen, sind die Röh ren 18, 23 und 24 vorzugsweise alle in gegen seitig elektrisch leitendem Kontakt im Hals 12 des Isoliergriffes 10. Diese Röhren leiten den elektrischen Strom zum Schweisskopf A. Dieser ist am Griff vorzugsweise unter einem stumpfen Winkel befestigt, wie in Fig. 1 dar gestellt, damit der elektrische Lichtbogen vom Arbeiter weggebogen wird und um die Hand habung des Schweisskopfes in Ecken und andern relativ schwer zugänglichen Stellen zu erleichtern.
Die Konstruktion des Schweisskopfes -l selbst. ist in Fig. 2 und 3 und auch in Fig. 1 dargestellt. Ein inneres, axiales, elek trisch leitendes Röhrenstüek 26, das als f,'as- zuleitung dient, ist von einem grösseren äussern, elektrisch leitenden Röhrenstüeh 27 umgeben. Die beiden Röhrenstüeke 26, 27 sind durch ein Paar axialer Scheidewände 28 in konzentrischem Abstand voneinander ge halten, wie am besten aus Fig. 2 und 3 her vorseht, die dicht zwischen die Aussenfläche des Röhrenstückes 26 und die Innenfläche des Röhrenstückes 27 eingesetzt sind und mit diesen Stücken zwei Fluidumkanäle 29 und 30 bilden.
Jeder dieser Kanäle weist einen Auslass 31 auf, der am besten aus Fig. 2 lind 3 ersichtlich ist. Obschon aus nachstehend angeführten Gründen vorzugsweise die kon zentrischen Röhrenstücke 26, 27 zum Bilden der beiden Fluidumkanäle 29, 30 verwendet. werden, können letztere auch eine andere Querschnittsform aufweisen und im Schweiss kopf an einer andern Stelle angeordnet sein.
Eine elastische Isolierdichtung 32, deren Innendurchmesser etwas kleiner als der Aussendurchmesser des Röhrenstückes 27 ist und somit zwecks Bildens einer fluidumdich ten Abdichtung mit diesem satt an diesem an liegt, umschliesst dicht den untern Endteil. des Röhrenstückes 27. Zwei mit den Auslässen 31 ausgerichtete Öffnungen 33 sind in der Wandung der Dichtung 32 vorgesehen. Zu folge seiner Elastizität funktioniert die Dich tung 32 nicht nur als Isolierelement, sondern auch als eine hermetische Abdichtung, wie nachstehend erklärt ist.
Wegen der ausser ordentlich hohen Temperaturen, denen die Dichtung 32 während des Schweissens ausge setzt ist, besteht es vorteilhafterweise aus einem gummiähnlichen Isoliermaterial, das hohen Temperaturen ohne Schmelzen oder Auflösung standhalten kann. Beispiele solcher passender, elastischer Materialien, die hohen Temperaturen standhalten, sind: Polytetra- fluorät.hylen, Polymonochlortrifluoräthylen und Siliconegummi.
Das als Gaszuleitung dienende Röhren stück 26 endigt in einem zylindrischen Teil 34, das ein mit Gewinde versehenes und offenes Endteil aufweist zur Aufnahme einer axial angeordneten Schweisselektrode 35. Diese Elektrode kann axial durch den zylindrischen Teil 34 in die Gaszuleitung 26 eingeführt wer den. Elektrodenhalter aus elektrisch leitendem Material, mit einer teilweisen geschlitzten Spannpatrone 36 und einem diese festhalten- den Konus 37, sind auch vorgesehen. Die Spannpatrone ist gleitbar auf der Schweiss elektrode 35 montiert und funktioniert in be kannter Weise zwecks Umfassens der Elek trode und zum Abdichten des offenen Endes des zylindrischen Gliedes 34, wenn der Teil 37 auf dieses Ende aufgeschraubt ist, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt.
Eine Anzahl von Gas- auslässen 38 sind in einem Flansch 39 des zylindrischen Gliedes 34 gebildet, um. Gas um die eingespannte Elektrode 35 abzugeben.
Ein Mundstück 40 aus metallischem oder keramischem Material umgibt die zylindrische Dichtung 32 und weist einen zylindrischen Teil 41 und einen verjüngten offenen End- teil 42 auf, welch letzterer vorzugsweise ab nehmbar ausgebildet ist und über das Ende der Dichtung 32 vorspringt. Das Ende des Mundstückes 42 ist vorzugsweise in das Ende des Düsenteils 41 eingeschraubt, wie darge stellt, und dient dazu, aus den Auslässen 38 austretendes Gas um die Elektrode 35 zu leiten.
Indem die Düse mit einem abnehmbaren End- teil ausgerüstet ist, kann mit ein und dem selben Teil 41 eine Anzahl von Düsenendteilen 42 mit verschieden grossen Öffnungen und somit ein und derselbe Schweisskopf mit Elek troden von verschiedenem Durchmesser ver wendet werden.
Der Durchmesser der innern Umfangs fläche des Düsenteils 41 ist etwas grösser als der Aussendurchmesser der Dichtung 32. Die Innenfläche des Düsenteils 41 bildet mit der Aussenfläche der Dichtung 32 wenigstens einen fluidumdichten Durchflusskanal.
Eine geeignete Konstruktion ist in Fig. 1 und 2 dargestellt und weist zwei voneinander distanzierte, ringförmige, von der Innenfläche des Düsenteils 41 vorspringende Rippen 43 auf, die sich dicht gegen die Aussenfläche der Dichtung 32 anlegen zwecks Bildens eines fluidumdichten Ringkanals 44 zwischen dem Teil 41 und der Dichtung 32. Obschon die Vorsprünge 43 vorzugsweise mit dem Düsen teil. 41 aus einem Stück gearbeitet sind, kön nen sie auch als Einzelteile hergestellt. sein.
Durch diesen Ringkanal 44 kann Fluidum in Richtung der in Fig. 2 gezeigten Pfeile über einen Serienweg vom einen Fluidumkanal 29 durch den Kanal 44 und zurück in den andern Fluidumkanal 30 strömen, wodurch der Teil 41 der Düse 40 gekühlt wird.
In der Variante nach Fig. 4 ist eine Wärmeabschirmung vorgesehen, um eine ge wöhnliche Dichtung 32', das heisst eine solche, die keine hohen Temperaturen aushält, ver wenden zu können, wobei auch ein anderes Mitteldargestellt ist, um neben dem Düsenteil 41' einen Ringkanal 44' zu bilden. Die elasti sche Isolierdichtung 32' weist zwei vonein ander distanzierte, ringförmige Rippen 43' auf, die von ihrer Aussenfläche vorspringen und sich dicht gegen die Innenfläche des zylin drischen Düsenteils 41.' legen.
Diese Innen fläche, die Aussenfläche der Dichtung 32' und die Dichtungsrippen 43' bilden einen Ring kanal 44', der dieselbe Funktion hat wie der Ringkanal 44 in Fig. 1 bis 3, nämlich im Düsenteil 41' die Fluidumzirkulation zu er möglichen. Eine Isolierunterlagsscheibe 45, be stehend aus einem wärmebeständigen Material, wie oben angeführt., ist zwischen dem Düsen- endteil 42 (Fig. 4) und der Dichtung 32' ein gesetzt. Diese Scheibe 45 schirmt den der Wärmequelle zugekehrten Endteil der Dich tung 32' vor unmittelbarem Kontakt. mit den ausserordentlich hohen Temperaturen, die wäh rend des Schweissens an der Elektrode erzeugt werden.
Da. der übrige Teil der Dichtung 32' mittels des durch den Ringkanal 44' fliessen den Fluidums gekühlt wird, kann die Dich tung 32' z. B. aus gewöhnlichem Gummi her gestellt sein. Ähnliche Wärmeschirme können auch im Schweisskopf A der Fig. 1 verwendet werden, wodurch auch die Dichtung 32 des ersten Beispiels aus gewöhnlichem elastischem Isoliermaterial hergestellt sein kann.
Ein elektrisch leitendes Verbindungsglied 46 dient zum Verbinden der Fluidum- und Gas leitungen im Griff 10 mit denjenigen im Schweisskopf A. Die eine Seite dieses Gliedes 46 ist z. B.. durch Hartlöten fluidumdicht an den im Handgriff 10 untergebrachten Lei tungen 18, 23 und 24 befestigt.
Diese Leitun gen sind mittels drei winklig abgebogenen, im Verbindungsied 46 gebildeten Kanälen mit den entsprechenden Leitungen 26, 29 und 30 im Schweisskopf A verbunden. Die im Hand griff angeordnete Gasleitung 18 steht mit der im Schweisskopf A befindlichen Gasleitung 26 durch einen zentralen abgebogenen Kanal 47 in Verbindung und die Handgriff-Flui dumleitungen 23, 24 mit den Schweisskopf- Fluidumleitungen 29 bzw. 30 durch abgebo gene Kanäle 48 bzw. 49, die auf jeder Seite des Gaskanals 46 angeordnet. sind.
Die im Schweisskopf und im Handgriff untergebrach ten Gas- und Fluidumleitungen sind als sepa rate, mittels des Kupplungsgliedes 46 mitein ander verbundene Glieder dargestellt, da sie als solche leichter montiert werden können. Natürlich können aber die Schweisskopfleitun gen auch als Endteile der Handgriffleitungen ausgebildet sein.
Beim Gebrauch des in Fig. 1 dargestellten Elektrodenhalters wird durch die Gasleitun- gen 13, 26 ein als Absebirmitng dienendes Edelgas, z. B. Argon, zugeführt und durch die Gasauslässe 38 in den das Gas leitenden Düsenendteil 42 abgegeben. Ein Kühlfluidum, z. B. Wasser, fliesst unter mässigem Druck in die Leitung 14 und zirkuliert nacheinander durch einen Serienweg, bestehend aus der Lei tung 29, Ringkanal 44, Rückleitung 30 und Leitung 15, aus der das Fluidum austritt.
Der elektrische Strom wird durch das Kabel<B>25,</B> die elektrisch leitenden Leitungen 18, 23 und 24, das elektrisch leitende Kupplungsglied 46, die elektrisch leitenden Leitungen 26, 27 und den elektrisch leitenden Elektrodenhalter, be stehend aus den Gliedern 34, 36 und 37, zuge führt. Das verwendete Fluidum ist. vorzugs weise elektrisch nicht leitend. Wenn aber Was ser verwendet wird, sollte es soweit als mög lich frei von elektrisch leitenden Verunreini gungen sein.
Ein wichtiger Vorteil dieses verbesserten Elektrodenhalters ist, dass er von gedrängter Bauart und für das Schweissen mit. gasumhüll tem Lichtbogen leicht zu handhaben ist. Weiter ist er von einfacher Konstruktion, mit einer vollständig eingeschlossenen Vorrich tung. Indem. die im Schweisskopf axial ange- ordnete Gasleitung 26 von zwei sieh gleich weit erstreckenden Fluidumleitungen 29 und 30 umgeben wird, zirkuliert das Fluidum unmit telbar neben den Gliedern, die in direkter wärmeleitender Verbindung mit der Schweiss elektrode stehen, wodurch die während des Schweissens erzeugte Flitze rasch zerstreut und abgeleitet wird.
Ferner weisen alle Gas- und Kühlmittelleitungen im Schweisskopf zusam men nur eine kleine Querschnittsfläche auf und nehmen nur sehr wenig Platz ein. Durch Verwenden einer mit Öffnung versehenen, elastischen Isolierdichtung 32 zwischen den innern stromführenden Leitungen und der konzentrisch dazu angeordneten Düse wird sowohl die Düse vom Schweissstrom isoliert und der grössere Teil der Düse selbst gekühlt. Zufolge seiner Elastizität funktioniert diese Meldung sowohl zur Verhinderung eines Gas verlustes durch die Rückseite des Düsenzylin derteils, wie auch zur Verhinderung eines Kühlmittelverlustes in den von ihm dicht um schlossenen Endteilen der Innenleitungen.
Der gezeigte und beschriebene Schweiss kopf kann leicht zum Gebrauch für maschi nelle wie auch für handbetätigte Schweissappa rate ausgebildet werden. Die Kühlvorrichtung kann ohne weiteres für viele verschiedene Arten von Gasschneid- und assehweissappa- raten ausgebildet werden.