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Die
Erfindung betrifft ein Handstück
für eine Schweißdrahtzuführeinrichtung
für Lichtbogenschweißgeräte mit einer
nicht abschmelzenden Elektrode, das einen Durchtrittskanal für einen
Schweißdraht,
der durch das Handstück
hindurchgeschoben wird, aufweist sowie eine Schweißdrahtzuführeinrichtung
mit einem solchen Handstück.
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Lichtbogenschweißgeräte sind
aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Beim Lichtbogenhandschweißen wird
durch einen Lichtbogen, der durch Anlegen eines Gleichstromes oder
Wechselstromes zwischen einem Werkstück und einer Elektrode entsteht,
erhitzt und aufgeschmolzen. In das aufgeschmolzene Material des
Werkstückes
wird ein Schweißdraht
eingeführt,
der aufschmilzt und Teil des Werkstückes wird. Der abschmelzende
Schweißdraht
wird dabei von Hand oder über
eine Zuführeinrichtung
in veränderbarer
Geschwindigkeit kontinuierlich nachgeführt. Um ein Oxidieren der Schweißstelle
zu verhindern, können
Gase zum Bereich der Schmelzstelle geführt werden. Diese Gase können inert
oder aktiv sein. Beim Wolfram-Inert-Gasschweißen (WIG-Schweißen) wird
das Schutzgas über
ein Schlauchpaket zu dem sogenannten Brenner mit der nicht abschmelzenden
Elektrode geführt.
Dort wird es durch eine Düse,
meist aus Keramik, auf die Schweißstelle geführt. Die Elektrode sollte dabei
das zu schweißende
Material nicht berühren,
da sonst die Materialeigenschaften des Werkstückes verschlechtert werden
könnten
und die Elektrode, die aus Wolfram besteht, stumpf wird.
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Nachteilig
an den bekannten Handschweißgeräten ist
die Tatsache, dass gerade bei reaktiven Materialien wie Titan sehr
große
Sorgfalt auf eine sauerstofffreie Umgebung gelegt werden muss. Auch ist
der Aufschmelzbereich in dem Werkstück relativ groß, so dass
die Wärmeeinflusszone
sich relativ weit von der Schweißnaht in das Werkstück hinein
erstreckt, was zu unerwünschten
Gefügeveränderungen
führen
kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bereitzustellen,
mit der ein besseres Schweißergebnis
erzielt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Handstück
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Schweißdrahtzuführeinrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Das
erfindungsgemäße Handstück für Schweißdrahtzuführeinrichtungen
für Lichtbogenschweißgeräte mit einer
nicht abschmelzenden Elektrode, das einen Durchtrittskanal für einen
Schweißdraht,
der durch das Handstück
hindurchgeschoben wird, aufweist, sieht eine Spule zur Erzeugung
eines elektromagnetischen Wechselfeldes vor, die in dem Handstück angeordnet
ist. In der Spule ist ein Metall- bevorzugt Eisenkern angeordnet,
der sich in Richtung auf die Handstückspitze erstreckt. Wird die
Spule von Strom durchflossen, bildet sich ein magnetisches Feld
aus, wobei bei Anlegen eines Wechselstromes sich das Magnetfeld
mit der Frequenz des Leiterstromes ändert. Durch den in der Spule
in Richtung auf die Handstückspitze
ausgerichteten Metal- oder Eisenkern, der das Magnetfeld verstärkt, wird eine
Verwirbelung innerhalb des Schmelzbades des durch den Lichtbogen
aufgeschmolzenen Werkstoffes durch die Ablenkung des Lichtbogens
erreicht, wodurch eine schnellere Abküh lung nach der stoffschlüssigen Verbindung
der Werkstücke
bzw. des Werkstückes
mit dem Schweißdraht
erfolgt ist. Der Lichtbogen wird durch das sich ändernde Magnetfeld periodisch
abgelenkt, so dass stets nur eine kleine Menge des Werkstückes oder
des Schweißdrahtes aufgeschmolzen
wird. Die Umpolung bewirkt eine Feldänderung in der Spitze und einen
oszillierenden Lichtbogen, wodurch die Wärmeeinflusszone klein gehalten
wird. Der oszillierende Lichtbogen führt auch zu einer hohen Spaltüberbrückbarkeit,
da der Lichtbogen zwischen beiden Spaltwandungen hin- und herwandert.
Das Handstück
ist somit besonders gut zu Verschweißen von zueinander beabstandet angeordneten
Bauteilen geeignet.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich an den Eisenkern
eine Metallbevorzugt Eisenspitze anschließt, die über die Spule in Richtung der
Handstückspitze
hinausragt, um das magnetische Wechselfeld auf die Handstückspitze
und damit auf den Lichtbogen während
des Schweißens
zu konzentrieren.
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Um
bei einem möglichen
Verschleiß der Handstückspitze
möglichst
schnell weiter schweißen zu
können,
ist diese als ein auswechselbarer Kopf mit einer Durchtrittsöffnung für den Schweißdraht ausgebildet,
wobei die auswechselbare Spitze an das zu verschweißende Werkstück angepasst
werden kann, um Verunreinigungen bei einem ungewollten Kontakt mit
dem Werkstück
zu vermeiden.
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Weiterhin
ist an dem Handstück
ein Betätigungselement
zur Steuerung des Schweißdrahtvorschubes
angeordnet, um auch bei schwierigen Schweißsituationen eine optimale
Anpassung des Schweißdrahtvorschubes
an dem Handstück
vornehmen zu können,
so dass während
des Schweißvorganges
eine Anpassung an die Schweißgegebenheiten
durch den Nutzer erfolgen kann.
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Um
unmittelbar die Schweißaktion
einleiten zu können,
ist eine Bedieneinheit zum Starten des Schweißdrahtvorschubes an dem Handstück angeordnet.
Ebenso kann eine Schutzgasführung
in dem Handstück
integriert sein, um insbesondere inerte Gase an die Schweißstelle
zu leiten. Zur Einstellung der Schwingungsfrequenz des Lichtbogens
ist eine Regeleinheit für
die Frequenz und/oder die Polarität des Mag netfeldes an dem Handstück angeordnet, wobei
die Frequenz bevorzugt zwischen 3Hz und 60Hz einstellbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Schweißdrahtzuführeinrichtung
sieht eine Schweißdrahtvorschubeinheit vor,
mit der ein oszillierender Vorschub des Schweißdrahtes möglich ist. Die entsprechende
Einrichtung bewirkt keinen kontinuierlichen Vorschub, vielmehr wird
der Schweißdraht
vor- und zurückbewegt,
wobei die Vorbewegung länger
als die Rückbewegung
ist, so dass effektiv eine Schweißdrahtzufuhr stattfindet. Durch
die oszillierende Bewegung wird weniger Schweißdraht verbraucht, was zu einer
Materialeinsparung führt.
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An
der Schweißdrahtzuführeinrichtung
ist eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der Drahtvorschubgeschwindigkeit
angeordnet, wobei dies bevorzugt eine Grobeinstellung ist, während an
dem Handgerät
eine Feineinstellung vorgenommen werden kann. Das Handstück und die
Schweißdrahtzuführeinrichtung
sind über
eine Steckkupplung miteinander verbindbar, durch die der Schweißdraht,
ggf. das Schutzgas sowie Informationen und der Spulenstrom für die in
dem Handstück
angeordnete Spule durchgeleitet wird. Durch diese Steckkupplung
ist ein einfaches Auswechseln des Handstückes möglich.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Figuren näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 – ein Blockdiagramm
des erfindungsgemäßen Handstückes und
der Schweißdrahtzuführeinrichtung;
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2 – einen
Längsschnitt
durch ein Handstück;
sowie
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3 – einen
Querschnitt gemäß III-III
aus 2.
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In
der 1 ist als Blockschaltbild eine Schweißdrahtzuführeinrichtung
dargestellt, mit einem Steuergerät 40,
einer Drahtvorschubeinheit 50 sowie einem Handstück 100.
Die separaten Einrichtungen zur Bereitstellung des notwendigen Schweißstromes,
wie Schweißtrafo,
Gleichrichter, Umformer oder Inverter sowie die Elektrode und die
Schutzgaseinrichtungen für
eine komplette Schweißanlage
sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Das Steuergerät 40 weist
neben einer Stromversorgung 18 eine Einstellvorrichtung 12 zur
Einstellung einer Schweißdrahtvorschubgeschwindigkeit
auf. Ebenfalls können
an dem Steuergerät 40 Ein-/Ausschalter
sowohl für
das Steuergerät 40 selbst
als auch für
daran angeschlossene Geräte
vorgesehen sein. An dem Steuergerät 40 können Grundeinstellungen
für das
Handstück 100,
für einen
in dem Handstück 100 integrierten
Elektromagneten 10, beispielsweise die Erregerfrequenz,
sowie für
den Drahtvorschub insgesamt über
Schalter oder Regler vorgenommen werden.
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Das
Steuergerät 40 ist über Stecker 8, 18 und
ein Steuerkabel 16 mit der Drahtzuführeinheit 50 verbunden.
Für diese
Drahtvorschubeinheit 50 ist eine Schweißdrahtspule 1 vorgesehen,
die mit einer Bremse versehen sein kann, um beim Abrollen des Schweißdrahtes
stets eine konstante Spannung bereitzustellen. Von der Spule 1 wird
der Schweißdraht über einen
Motor 2, der einen Exzenter 3 antreibt, abgerollt
und in Richtung auf das Handstück 100 vorgeschoben.
Auf dem Exzenter 3 ist ein Rückhol hebel 4 angeordnet,
der eine Rückwärtsbewegung
des Drahtes einleitet, wobei diese Rückholbewegung über einen
Klemmmechanismus 5, beispielsweise über Kugelklemmen, begrenzt
ist. Dies führt
dazu, dass eine oszillierende Vorschubbewegung des Schweißdrahtes
verwirklicht wird. Alternativ zu der dargestellten, mechanischen
Lösung
für eine
oszillierende Drahtvorschubbewegung ist ein entsprechend elektronisch angesteuerter
Stellmotor als Antrieb möglich.
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Über eine
elektrische Steckverbindung 6 und entsprechende Zuführeinrichtungen 9 werden
die Steuerungssignale aus dem Steuergerät 40 sowie deren Schweißdraht zum
Handstück 100 geführt, in dem
ein Elektromagnet 10 angeordnet ist. Ebenfalls an dem Handstück 100 angeordnet
sind ein Betätigungselement 11 zur
Feinjustierung des Schweißdrahtvorschubes
sowie eine Bedieneinheit 13 zum Starten bzw. Beenden des
Schweißdrahtvorschubes. Somit
kann der Schweißdrahtvorschub
ein- und ausgeschaltet
werden, ohne das Steuergerät 40 in
Griffweite zu haben.
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An
dem vorderen Ende des Handstückes 10 ist
eine Metallspitze 14, vorzugsweise aus Eisen oder einem
anderen magnetisierbaren Metall angeordnet, um das magnetische Wechselfeld
auf die Handstückspitze 15 auszurichten
und zu konzentrieren, die als eine auswechselbare Spitze ausgebildet
ist. Die Handstückspitze 15 wird
beim oder nach dem Zünden
des Lichtbogens zwischen der Elektrode und dem Werkstück so ausgerichtet,
dass der Schweißdraht
in das Schmelzbad hineinragt, um darin aufgeschmolzen zu werden.
Das Material der Elektrodenspitze 15 kann an das Material
des Werkstückes
oder des Schweißdrahtes
angepasst sein, um Verunreinigungen bei einem unbeabsichtigten Kontakt
mit dem Werkstück
zu vermeiden.
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Der
grundsätzliche
Aufbau des Handstückes 100 ist
in der 2 dargestellt, die einen Längsschnitt durch das Handstück 100 zeigt.
An dem vorderen Ende des Handstückes
ist die auswechselbare Handstückspitze 15 mit
einer Durchtrittöffnung 24 für einen
nicht dargestellten Schweißdraht
angeordnet. Diese Handstückspitze 15 ist
in dem magnetisierbaren Kopf oder Vorderstück 14 eingeschraubt,
der wiederum mit dem Metall- oder Eisenkern 20 verbunden ist.
Um den Metall- oder Eisenkern 20, der auch aus Stahl ausgebildet
sein kann, ist eine Spule 30 gewickelt oder angeord net,
deren elektrische Versorgung durch das Steuergerät 40 erfolgt. An der
Spule ist die Bedieneinheit 13 zum Starten des Schweißdrahtvorschubes
sowie ein Betätigungselement 11,
beispielsweise ein Potentiometer, zur Feinsteuerung des Schweißdrahtvorschubes
angeordnet. Um die Spule 30 sowie den Eisenkern 20 ist
ein Gehäuse 21 angeordnet,
das unter anderem die elektrischen und elektronischen Komponenten
sowie die Schweißdrahtdurchführung 22 und
elektrische Steckelemente 23 schützt. Über die elektrischen Steckelemente 23 wird das
Handstück 100 über die
Versorgungsleitung 9 mit der Drahtvorschubeinheit 50 und
dem Steuergerät 40 verbunden. Über die
Steckerelemente 23 werden neben Reglerstrom für die Spule 30 auch
die Steuerinformationen für
den Drahtvorschub von dem Handstück 100 an
das Steuergerät
und die Drahtvorschubeinheit 50 übermittelt.
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3 zeigt
in einer Querschnittsdarstellung gemäß III-III die Anordnung des
Eisenkerns 20 und des Betätigungselementes 4 für die Steuerung
des Schweißdrahtvorschubes.
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Die
Metallspitze 14 ist mechanisch mit dem Eisenkern 20 bzw.
Stahlgehäuse
verbunden und bündelt
das von der Spule 30 erzeugte Magnetfeld in Richtung auf
die Handstückspitze 15.
Durch die Ausbildung eines elektromagnetischen Wechselfeldes wird
der zwischen der Elektrode und dem Werkstück von Lichtbogen periodisch
abgelenkt, während gleichzeitig
oszillierend der Schweißdraht
in das Schmelzbad eingeführt
wird. Durch die oszillierende Ablenkung des Lichtbogens ist eine
sehr gute Spaltüberbrückbarkeit
gegeben, da der Lichtbogen zwischen den Spaltwänden hin und her wandert. Gleichzeitig
wird die Zugabe des Schweißdrahtes
durch die oszillierende Bewegung verringert, so dass kein überflüssiger Schweißdraht aufgeschmolzen
wird.
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Das
Handstück 100 mit
Steuergerät 40 und Drahtvorschubeinheit 50,
die zusammen die Schweißdrahtzuführeinrichtung
ausbilden, können an übliche Lichtbogenschweißgeräte wie MIG-, MAG-
oder WIG-Schweißgeräte angeschlossen
werden. Die Synchronisierung von Lichtbogen und Schweißdrahtvorschub
kann über
das Steuergerät 40 realisiert
werden. Das Steuergerät 40 und
die Drahtvorschubeinheit 50 können auch als eine Einheit
ausgebildet und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein.