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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen
von Schweißbrennern
in automatisierten Schweißstraßen, an
Schweißrobotern
und bei der Einzelfertigung.
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Es
sind verschiedene Verfahren zum Reinigen von Schweißbrennern
bekannt. Es gibt Verfahren die beruhen auf der mechanischen Reinigung. Dabei
werden eine oder mehrere Drahtbürsten,
unterschiedliche Fräswerkzeuge
oder Formfräser
eingesetzt.
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Nachteilig
ist dabei, daß nur
der äußere Bereich
der Gasdüse
und ein Teil des Kontaktrohres mit diesen Werkzeugen gereinigt werden
kann. Die Spritzer- und
Rauchgasablagerungen im Inneren des Brenners und die eingeblasenen
Trennmittel werden nicht vollständig
entfernt. Bei konischen Gasdüsen kann
das Innere der Gasdüse
mit dieser Technologie nicht gereinigt werden.
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Als
ein weiterer Nachteil hat sich die kreisförmige Ausbildung des Brenners
durch die notwendige Drehbewegung der Werkzeuge erwiesen, da sie
einer Anpassung der Brennerform an den Naht- oder Punktbereich entgegen
steht. Änderungen
in der Form des Brenners erfordern eine Veränderung der Reinigungsvorrichtung.
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Ein
weiterer Nachteil besteht darin, daß die anfänglich glatte, meist vernickelte,
Oberfläche
des Brenners durch die mechanische Bearbeitung abgetragen und aufgerauht
wird. Dieses Aufrauhen führt zu
einer schnelleren und stärkeren
Verunreinigung des Brenners.
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Bekannt
ist auch die Reinigung mit Hilfe eines Magneten. Dazu wird der Brenner
in ein spezielles Bad getaucht und die anhaftenden Spritzer mit Hilfe
eines Magneten entfernt. Diese Reinigungstechnologie ist nur für Eisenmetalle
geeignet. Für
die Reinigung von Schweißbrennern
für das
Schweißen von
Al, Edelstahl oder Bronze ist dieses Verfahren nicht geeignet.
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In
WO 02/49794 ist eine Reinigungstechnologie beschrieben, die den
Schweißbrenner
mit Hilfe eines CO2-Luftgemisches, unter
Nutzung der Thermospannung, die bei Metallen mit unterschiedlicher Temperatur
entsteht, reinigt. Nachteilig bei dieser Technologie ist, dass das
Kontaktrohr nicht vollständig
gereinigt werden kann, da die CO2-Pellets
nur beim direkten Auftreffen auf die zu reinigende Fläche wirksam
werden. Die rotierende Strahldüse
erhöht die
Reinigungsleistung kann aber nicht bis zu den Gaseintrittsbohrungen
wirksam werden. Nachteilig ist weiterhin die Dosierung der Pellets
entsprechend der Reinigungsaufgabe und die Mischung mit dem Druckluftstrahl.
Als ein weiterer Nachteil hat sich die Kondensatbildung und die
damit verbundene Vereisung der Dosiereinheit bei längeren Stillständen erwiesen.
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In
JP 07314142 A wird
eine Technologie beschrieben die das Anhaften der Spritzer verhindern soll.
Dazu wird ein Trennmittel vor dem Schweißvorgang auf den kalten Brenner
gesprüht.
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Der
im Patentanspruch 1 bis 3 angegebenen Erfindung liegt das Problem
zugrunde, ein Reinigungsverfahren und eine Vorrichtung zum berührungslosen
Reinigen von Schweißbrennern,
unabhängig
ob es sich um Ein- oder Mehrdrahtbrenner handelt, zu schaffen.
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Dieses
Problem wird gemäß Anspruch
1 bis 3 gelöst,
durch ein Verfahren zum Reinigen von Schweißbrennern, beispielsweise in
automatisch arbeitenden Roboterzellen, mit Hilfe eines kalten Strahlmediums,
vorzugsweise CO2-Schnee, das gleichmäßig oder in Intervallen auf
die zu reinigende Fläche
geblasen und durch eine Zwangsführung
an der zu reinigenden Fläche
vorbei geführt
wird, wobei der spezielle Reinigungskopf linear auf der Achse des
Kontaktrohres verfahren wird.
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Gemäß Anspruch
4 bis 7 besteht die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus einer,
vom Außendurchmesser
des Kontaktrohres und des Innendurchmessers der Gasdüse abhängigen,
Reinigungshülse,
die entweder linear oder unter einem bestimmten Winkel zum Schweißbrenner,
auf der gemeinsamen Achse von Kontaktrohr und Reinigungskopf verschoben
werden kann.
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Zum
Reinigen der Außenfläche des
Kontaktrohres und der Gasdüse
wird der zur Erhaltung der flüssigen
Phase des CO2 in der Steigrohrflasche oder im
Tank erforderliche Druck von ca. 50 bar direkt genutzt. Das unter
Druck stehende flüssige
CO2 wird über eine oder mehrere Düsen am Grund
der Reinigungshülse,
wobei der Einströmwinkel
unterschiedlich sein kann, gleichmäßig oder in einem oder mehreren
kurzen Intervallen, in die Reinigungshülse geblasen. Der beim Entspannen
des flüssigen
CO2 entstehende CO2-Schnee
wird sofort, bei gleichzeitiger geringer Verdichtung durch die Zwangsführung in
der Reinigungshülse,
zur Reinigung, d.h. zur Unterkühlung
der anhaftenden Schweißspritzer
genutzt. Die Verdichtung wird durch die Volumenvergrößerung beim
Entspannen und durch die Begrenzung des Ausdehnungsbereiches durch
den Innendurchmesser der Reinigungshülse erreicht. Damit die Verdichtung
des CO2-Schnees nicht zu einem Zusetzen
der Reinigungshülse
führt,
muß ein
bestimmtes Verhältnis
vom Düsenquerschnitt
zu Innendurchmesser der Reinigungshülse eingehalten werden. Bei
Einsatz von Steigrohrflaschen unter Raumtemperatur hat sich das
Verhältnis
1:13 als günstig
erwiesen. Die großen
Massenunterschiede zwischen Kontaktrohr und Gasdüse im Verhältnis zu den Schweißspritzern bewirken
ein schnelleres Abkühlen
der Spritzer und durch die damit verbundene Schrumpfung, ein Ablösen der
Spritzer. Zum Druckausgleich in der Reinigungshülse beim Entspannen des flüssigen CO2 kann die Reinigungshülse mit seitlichen Bohrungen versehen
werden.
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Die
Reinigung des Schweißbrenners
erfolgt in mindestens zwei Etappen. In der ersten Etappe steht der
angepasste Reinigungskopf mit der Reinigungshülse in einem, vom Außendurchmesser
der Gasdüse
abhängigen,
Abstand vor der Gasdüse.
In diesem Abstand erfolgt die Reinigung der Gasaustrittsöffnung der
Gasdüse
durch eine kurzzeitige Beaufschlagung mit CO2-Schnee.
Anschließend
fährt der
Schweißbrenner
mit dem Kontaktrohr in die Reinigungshülse und mit der Gasdüse über die
Reinigungshülse.
Mit einem weiteren CO2-Impuls und durch
die Reinigungsposition bedingte Zwangsführung wird der Außenbereich
des Kontaktrohres und der Innenbereich der Gasdüse gereinigt.
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Der
Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch den Einsatz der Kaltstrahltechnik,
insbesondere durch die Verwendung von CO2-Schnee
und einer dem Brenner angepassten Reinigungshülse die Reinigung der Brenner
berührungslos
und ohne zusätzliche
Spannvorgänge,
die ein Verstellen des Brenners bewirken und damit die Ursache für Fehlschweißungen sein
können,
ausgeführt
werden kann. Durch den CO2-Schnee erfolgt
das begrenzte Abkühlen
und Ablösen
der Verunreinigungen, hauptsächlich
durch die dabei hervorgerufene Thermospannung. während die, durch den Phasenübergang
hervorgerufene und durch die Zwangsführung durch die Reinigungshülse begünstigte,
CO2-Schnee-Luftströmung die gelösten Verunreinigungen
nach außen
spült.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß durch den Einsatz von CO2-Schnee bzw. der Kaltstrahltechnik kein
direkter Kontakt zum Schweißbrenner
besteht und damit die Oberfläche
des Schweißbrenners
nicht beschädigt
oder abgetragen wird.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, daß durch
die berührungslose
Reinigung die Brennerform der entsprechenden Schweißaufgabe
wesentlich besser angepaßt
werden kann und somit das Schweißen in Nuten, Ecken oder in
engen Bereichen vereinfacht oder ermöglicht wird.
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Eine
Weiterführung
der Erfindung besteht darin, dass bei feststehenden Schweißbrennern
die Reinigungsvorrichtung auf einem Schlitten montiert wird und
das Verfahren in die einzelnen Reinigungspositionen durch den Schlitten
realisiert wird.
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In
Fortführung
der erfindungsgemäßen Lösung wird
das flüssige
CO2 innerhalb der Wandung der Reinigungshülse direkt
bis vor die Gasdüse
geführt
und beim Entspannen sofort auf die Stirnfläche der Gasdüse geblasen.
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In
weiterer Fortführung
der erfindungsgemäßen Lösung wird
die Reinigung mit zwei getrennten Reinigungshülsen ausgeführt. Bei Mehrdraht- oder Tandembrennern
umschließt
die Gasdüse
ein oder mehrere Kontaktrohre. In der ersten Stufe der Reinigung
wird das flüssige
CO2 aus einem Kranz von kleinen Düsen direkt,
mit unterschiedlichem Anströmwinkel,
auf die Stirnfläche
der Gasdüse
gelenkt. Der Kranz ist der Kontur der Gasdüse angepaßt. In der zweiten Stufe wird
das oder die Kontaktrohre gereinigt, wobei der Brenner durch den
Roboter so geführt wird,
dass die Reinigungshülse
gleichmäßig über das zu
reinigende Kontaktrohr geführt
wird.
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Eine
weiterführende
Ausführung
der erfindungsgemäßen Lösung ist
das Rei nigen und Ausblasen des Brenners von hinten. Dazu wird die
Reinigungshülse
direkt über
das Kontaktrohr gefahren und das flüssige, unter Druck stehende,
CO2 in der Wandung der Reinigungshülse nach
vorn geführt.
Durch den Entspannungsdruck wird der CO2-Schnee
sowohl auf die Gasdüse
als auch auf das Kontaktrohr gelenkt. Bohrungen in der Reinigungshülse ermöglichen
das Ausströmen
des CO2-Schnees und verhindern einen Staudruck.
Diese Variante der Brennerreinigung kann auch, wie bereits beschrieben,
in zwei Etappen ausgeführt
werden. In der ersten Etappe erfolgt die Reinigung der Gasdüsenaustrittsöffnung und
in der zweiten Etappe die Reinigung des Innenbereiches des Brenners.
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Es
ist naheliegend, dass der Werkstoff, der Zusatzwerkstoff und die
Schweißparameter
einen Einfluß auf
die Form und Größe der Schweißspritzer haben.
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Dies
erfordert auch eine Anpassung der Reinigungsvorrichtung an die vorgegebenen
Arbeitsbedingungen. Diese Anpassung besteht in einer abgesetzten
Ausführung
des Reinigungshüse.
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Durch
die Kombination der verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungen, ergeben sich weitere
Vorteile der berührungslosen
Reinigung durch die direkte Anpassung der Reinigungsvariante an
den Schweißvorgang
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung soll nachstehend an vier Beispielen näher erläutert werden. Es zeigt
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1:
Aufbau einer Reinigungsvorrichtung für Eindrahtbrenner
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2:
Aufbau einer Reinigungsstation für Mehdrahtbrenner
(Tandembrenner)
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3:
Auswechselbare Reinigungshülse
mit Innenbohrungen zur gezielten Führung des flüssigen CO2
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4:
Abgesetzte Reinigungshülse
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Beispiel 1
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Aus
einem CO2-Flüssigtank 1 wird flüssiges CO2 über
eine Druckleitung 2 zum Ventil 3 geführt. Vor
dem Ventil 3 befindet sich eine Messvorrichtung 4 zur
Kontrolle des flüssigen
CO2-Standes. Das Ventil 3 ist mit
dem Reinigungskopf 5 direkt verbunden. Der Reinigungskopf 5 wird
durch die Mutter 6 im Gehäuse 7 gehalten. Das
Reinigungsrohr 8 wird durch die Überwurfmutter 9 positioniert.
Zur Reinigung wird der Schweißbrenner 10 aus
der Arbeitsposition in die Ausgangsstellung 11 gefahren
und so ausgerichtet, dass das Kontaktrohr 12 und die Gasdüse 13 gemeinsam
mit dem Reinigungsrohr 8 auf der Mittellinie 14 liegen.
Nach dem Ausrichten fährt
der Schweißbrenner 10 aus
der Ausgangsstellung 11 in die erste Reinigungsposition 18.
Wird von der Messvorrichtung 4 durch das Signal 15 bestätigt, dass
CO2-flüssig
vorhanden ist, wird vom Roboter das Signal 16 zum Öffnen des
Ventils 3 gegeben. Das flüssige CO2 strömt durch
die Düsenöffnungen 17 in
das Reinigungsrohr 8 und entspannt unter gleichzeitiger
leichter Verdichtung zu CO2-Schnee der durch
den Druck in der Flasche 1 auf die Austrittsöffnung der
Gasdüse 13 geblasen
wird. Der notwendige Druckausgleich wird durch die Ausgleichsbohrungen 20 erreicht.
Ist die Austrittsöffnung
der Gasdüse 13 gereinigt,
fährt der
Schweißbrenner 10 von
der ersten Reinigungsposition 18 zur zweiten Reinigungsposition 19.
Dabei fährt
das Kontaktrohr 12 in und die Gasdüse 13 über das
Reinigungsrohr 8. Ist die Position 19 erreicht, wird
durch das Signal 16 das Ventil 3 geöffnet und
erneut CO2-Schnee in das Reinigungsrohr 8 geblasen. Durch
das eingefahrene Kontaktrohr 12 wird der CO2-Schnee
zwangsweise an dem Kontaktrohr 12 und der Innenfläche der
Gasdüse 13 vorbei
geführt. Nach
erfolgreicher Reinigung fährt
der Schweißbrenner 10 zurück in die
Ausgangsstellung 11 und von dort in die Arbeitsposition.
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Beispiel 2
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Aus
einem CO2-Flüssigtank 1 wird flüssiges CO2 über
eine Druckleitung 2 zum Ventil 3 geführt. Vor
dem Ventil 3 befindet sich eine Messvorrichtung 4 zur
Kontrolle des flüssigen
CO2-Standes. Das Ventil 3 ist mit
dem Reinigungskopf 5 direkt verbunden. Der Reinigungskopf 5 wird
durch die Mutter 6 im Gehäuse gehalten. Das Reinigungsrohr 8 wird
durch die Überwurfmutter 9 positioniert.
Zur Reinigung wird der Tandembrenner 21 aus der Arbeitsposition
in die Ausgangsstellung 22 gefahren und so ausgerichtet, dass
sich die Mittellinie 23 des Tandembrenners 21 mit
der des Reinigungsrohres 8 deckt. Aus dieser Position wird
der Tandembrenner 21 um den Winkel 24 geschwenkt,
so dass das Kontaktrohr 25 gemeinsam mit dem Reinigungsrohr 8 auf
der Mittellinie 14 liegt. Nach dem Ausrichten fährt der
geschwenkte Tandembrenner 21 aus der Ausgangsstellung 22 in
die erste Reinigungsposition 26. Wird von der Messvorrichtung 4 durch
das Signal 15 bestätigt,
dass CO2-flüssig vorhanden ist, wird vom
Roboter das Signal 16 zum Öffnen des Ventils 3 gegeben.
Das flüssige
CO2 strömt
durch die Düsenöffnungen 17 in
das Reinigungsrohr 8 und entspannt unter gleichzeitiger leichter
Verdichtung zu CO2-Schnee der durch den Druck
in der Flasche 1 auf die Austrittsöffnung der Gasdüse 27 geblasen
wird. Der notwendige Druckausgleich wird durch die Ausgleichsbohrungen 20 erreicht.
Ist ein Teil der Austrittsöffnung
der Gasdüse 27 gereinigt,
fährt der
Tandembrenner 22 von der ersten Reinigungsposition 26 zur
zweiten Reinigungsposition 28. Dabei fährt das Kontaktrohr 25 in
und die Gasdüse 27 über das
Reinigungsrohr 8. Ist die Position 28 erreicht,
wird durch das Signal 16 das Ventil 3 geöffnet und
erneut CO2-Schnee in das Reinigungsrohr 8 geblasen.
Durch das in das Reinigungsrohr 8 eingefahrene Kontaktrohr 25 wird
der CO2-Schnee zwangsweise an dem Kontaktrohr 25 und
der Innenfläche
der Gasdüse 27 vorbei
geführt.
Nach erfolgreicher Reinigung fährt
der Tandembrenner 21 zurück in die Ausgangsstellung 22.
Der Tandembrenner 21 wird in dieser Position um den Winkel 24 in
die Ausgangslage und weiter um den gleichen Winkel 24 so nach
der anderen Seite geschwenkt, dass sich das Kontaktrohr 29 mit
dem Reinigungsrohr 8 auf der gleichen Mittellinie 14 befindet.
Die Reinigung erfolgt in der gleichen Weise wie beim Kontaktrohr 25. Nachdem
auch das zweite Kontaktrohr gereinigt wurde fährt der Tandembrenner zurück in die
Ausgangsposition 22, schwenkt um den Winkel 24 zurück in die Ausgangslage
und von dort in die Arbeitsposition.
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Beispiel 3
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Auf
den Reinigungskopf 5 in Beispiel 1 wird das Reinigungsrohr
mit Innenbohrungen 30 aufgesetzt und durch die vergrößerte Überwurfmutter 34 in der
Lage positioniert. Der Schweißbrenner 10 fährt, in
Abhängigkeit
vom Reinigungsprogramm, entweder in die erste Position 18 zum
Reinigen der Gasaustrittsöffnung
der Gasdüse 13,
wobei das flüssige
CO2 direkt vor der Gasdüse 13 aus den Innenbohrungen 31 des
Reinigungsrohres mit Innenbohrungen 30 unter Bildung von
CO2-Schnee auf die Gasaustrittsöffnung geblasen
wird oder sofort in die zweite Reinigungsposition 19, wo,
durch die Zwangsführung
des CO2-Schnees, die durch die, von Werkstoff
und Dicke der Wandung des Reinigungsrohres mit Innenbohrung 30 abhängige, Wärmekapazität beeinflußt wird, gleichzeitig
das Kontaktrohr 12 und die Innenwand der Gasdüse 13 gereinigt
wird. Zur Vermeidung eines Staudrucks und zum Transport der durch
die Thermospannung gelösten
Schweißspritzer
sind im Reinigungsrohr mit Innenbohrungen 30 mehrere Entlüftungsbohrungen 32 angebracht.
Zum Entfernen des gelösten
Spritzerrings der Gasdüse
von dem Reinigungsrohr mit Innenbohrungen 30 sind in der
vergrößerten Überwurfmutter 34 Luftaustrittsöffnungen 33 vorgesehen.
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Beispiel 4
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Auf
den Reinigungskopf 5 in Beispiel 1 wird das abgesetzte
Reinigungsrohr 35 aufgesetzt und durch die angepaßte Überwurfmutter 36 in
der Lage fixiert. Der Schweißbrenner 10 fährt, in
Abhängigkeit vom
Reinigungsprogramm entweder zur Reinigung der Gasaustrittsöffnung der
Gasdüse 13 in
die Position 18 oder mit dem abgesetzten Bereich 37 über das Kontaktrohr 12.
Der Schweißbrenner 10 wird
soweit über
das Kontaktrohr 12 gefahren, bis sich der Düsenkranz
in der Position 19 und der Düsenkranz 39 in der
Position 18 befindet. Die Düsenkränze 38 und 39 werden
durch Betätigung
unterschiedlicher Ventile aktiv. Die Reinigung erfolgt durch wechselweise oder
gleichzeitige Ansteuerung der Ventile. Die Entlastungsbohrung 40 verhindert
einen Staudruck und die Luftbohrungen 41 beseitigen die
Rückstände vom abgesetzten
Reinigungsrohr 35.
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- 1
- CO2-Flüssigtank
- 2
- Druckleitung
- 3
- Ventil
- 4
- Messvorrichtung
- 5
- Reinigungskopf
- 6
- Mutter
- 7
- Gehäuse
- 8
- Reinigungsrohr
- 9
- Überwurfmutter
- 10
- Schweißbrenner
- 11
- Ausgangsstellung
- 12
- Kontaktrohr
- 13
- Gasdüse
- 14
- Mittellinie
- 15
- Signal
(CO2-flüssig)
- 16
- Signal
(Ventil)
- 17
- Düsenöffnungen
- 18
- erste
Reinigungsposition (Eindrahtbrenner)
- 19
- zweite
Reinigungsposition (Eindrahtbrenner)
- 20
- Ausgleichsbohrung
- 21
- Tandembrenner
- 22
- Ausgangsstellung
- 23
- Mittellinie
- 24
- Winkel
- 25
- Kontaktrohr
I
- 26
- erste
Reinigungsposition (Tandembrenner)
- 27
- Gasdüse
- 28
- zweite
Reinigungsposition (Tandembrenner)
- 29
- Kontaktrohr
II
- 30
- Reinigungsrohr
mit Innenbohrungen
- 31
- Innenbohrung
- 32
- Entlüftungsbohrungen
- 33
- Luftaustrittsöffnungen
- 34
- vergrößerte Überwurfmutter
- 35
- abgesetztes
Reinigungsrohr
- 36
- angepaßte Überwurfmutter
- 37
- abgesetzter
Bereich
- 38
- Düsenkranz
- 39
- Düsenkranz
- 40
- Entlastungsbohrung
- 41
- Luftbohrung