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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutzgasschweißen, mit
einem rohrförmigen
Brennerkörper,
der einen Gaszuführungsabschnitt,
in den eine Gaszuführung
einmündet,
und einen sich an den Gaszuführungsabschnitt
anschließenden
Schaft umfasst, und mit einem am Schaft des Brennerkörpers angeordneten
Düsenstock
mit einer Kontaktspitze für einen
Schweißdraht
und einer Gasdüse
für ein Schutzgas,
wobei der Schweißdraht
in einer Seele durch den Brennerkörper hindurch zur Kontaktspitze geführt und
ein Schutzgas von der Gaszuführung
zur Gasdüse
im Düsenstock
geleitet wird.
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Derartige
Vorrichtungen sind beispielsweise als Schutzgas-Schweißapparaturen
gemäß DIN 1910
bekannt und kommen insbesondere beim Metall-Inertgas-Schweißen (MIG)
Metall-Aktivgas-Schweißen
(MAG) oder WIG (Wolfram Inertgas Schweißen) zum Einsatz. Diese Düsenstöcke sind mündungsseitig
mit einer in der Regel konzentrisch um die eigentliche Schweißdüse angeordnete Schutzgasdüse versehen.
Durch die Schutzgasdüse wird
ein Inertgas oder Aktivgas in den Arbeitsbereich eingebracht und
sorgt dort für
die Ausbildung einer Schutzgasglocke auf der Oberfläche des
zu bearbeitenden Werkstücks.
Die Schutzgasdüse
des Düsenstocks
steht über
eine Zuleitung mit einer Schutzgasquelle, beispielsweise einem Druckgasbehälter, in Strömungsverbindung,
in dem das entsprechende Schutzgas gespeichert wird. Die Steuerung
des Schutzgasstromes durch die Zuleitung erfolgt in der Regel mittels
eines Absperrorgans, meist eines Magnetventils, das in der Regel – in einigem
Abstand vom Düsenstock – im so
genannten Drahtvorschubkoffer angeordnet ist. Durch die Betätigung des
Magnetventils wird der Schutzgasstrom geöffnet oder geschlossen; in
vielen Fällen
wird zudem eine Vor- und/oder eine Nachströmzeit vorgesehen, in der Schutzgas
vor Beginn bzw. nach Abschluss der Schweißarbeiten der Werkstückoberfläche zugeführt wird.
Hierdurch soll während
der Dauer der Schweißarbeiten
eine homogene Schutzgasglocke gewährleistet werden.
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Bei
langen Zuleitungen tritt am Absperrorgan ein erheblicher Staudruck
auf, der beim Einleiten des Schweißprozesses über eine längere Zeit zu einem unerwünscht starken
Gasstrom durch die Zuleitung hindurch führt. Um die Wirkung dieses Staudrucks abzumildern,
wird in der
DE 297
08 396 U1 vorgeschlagen, in der Schutzgasleitung zusätzlich zum
Absperrorgan eine Zumessdüse
in Gestalt eines Drosselventils vorzusehen, die üblicherweise im Stromquellen-
und/oder Drahtförderaggregat
der Schweißapparatur
angeordnet ist. Diese Zumessdüse
ist über eine
Mengen-Regelungseinrichtung mit einer Druckmesseinrichtung am Absperrorgan
verbunden, und drosselt den Zustrom des Schutzgases umso stärker, je
höher der
Druck am Absperrorgan ist.
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Den
Schweißapparaturen
nach dem Stande der Technik ist gemeinsam, dass sich zwischen dem Magnetventil,
das den Schweißgasstrom
regelt, und dem Schweißbrenner
eine oft einige Meter lange Gasversorgungsleitung befindet. In dieser
Gasversorgungsleitung sowie in den Innenraum des Brennerkörpers selbst
können
während
Arbeitspausen unerwünschte
Fremdstoffe wie Feuchte, Luftsauerstoff oder -stickstoff eindringen.
Diese Fremdstoffe beeinflussen bei der Wiederinbetriebnahme der Schweißapparatur
die Zusammensetzung der Schutzgasglocke auf dem Werkstück und führen damit
insbesondere bei gasempfindlichen Werkstoffen, insbesondere bei
Aluminium oder Aluminiumlegierungen, zu erheblichen Beeinträchtigungen
des Schweißergebnisses.
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Um
dieses Problem zu beheben, wird in der
DE 103 57 286 A1 vorgeschlagen,
in der Gaszuführungsleitung
zum Zuführen
von Schutzgas an den Schweißbrenner
eine Rückstromsicherung
vorzusehen. Bei der Rückströmsicherung
handelt es sich beispielsweise um ein federbelastetes Ventil. Dadurch wird
zwar die Gaszuführungsleitung
weitgehend gegen das Eindringen der genannten Fremdstoffe abgesichert,
jedoch besteht nach wie vor die Möglichkeit, dass sich Feuchtigkeit
und Luft im Brennerkörper
selbst ansammelt. Da insbesondere beim Einleiten des Schweißprozesses,
beispielsweise nach Arbeitspausen, der Druck des über die
Gaszuführungsleitung
herangeführten
Schutzgases noch recht gering ist, ist in dieser Phase dementsprechend
der Anteil der Fremdstoffe an dem aus der Gasdüse des Schweißbrenners
austretenden Stoffstrom sehr hoch.
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Aufgabe
der Erfindung ist demnach, eine Schutzgas-Schweißapparatur zu schaffen, die
die Ausbildung einer Schutzgasglocke ermöglicht, die auch unmittelbar
nach Arbeitspausen im Wesentlichen frei von Fremdstoffen, wie Feuchte,
Luftsauerstoff- oder
Stickstoff ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art und
Zweckbestimmung dadurch gelöst,
dass sich zwischen Gaszuführung
und Gasdüse
durch das Innere des Brennerkörpers
hindurch eine Schutzgasleitung erstreckt, in der eine Sperrarmatur
für das
Schutzgas angeordnet ist.
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Nach
der Erfindung befindet sich also im Innern des Brennerkörpers und/oder
des Düsenstocks eine
separate Leitung für
das Schutzgas in der eine Sperrarmatur angeordnet ist. Mittels der
Sperrarmatur wird zu Beginn einer Arbeitspause die Schutzgasleitung
gesperrt und somit das Eindringen von Luft oder Feuchtigkeit verhindert.
Zudem ist die Sperrarmatur im Innern des Brenners einerseits geschützt, andererseits
behindert sie nicht die gewünschte
Flexibilität
der Gaszuführungsleitung.
Bei der Sperrarmatur kann es sich dabei um ein magnetisch, elektrisch
oder pneumatisch betriebenes Element handeln.
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Vorteilhafterweise
ist dabei die Sperrarmatur im Düsenstock
oder im Schaft des Brennerkörpers angeordnet,
um die Schutzgasleitung möglichst
vollständig
gegen das Eindringen von Luft oder Feuchtigkeit sperren zu können.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzgasleitung
zumindest abschnittsweise als eine im Wesentlichen konzentrisch um
die Seele des Schweißdrahtes
angeordnete Ringleitung ausgebildet ist, in welcher die Sperrarmatur
angeordnet ist. Die Sperrarmatur ist also als Ringventil ausgebildet
und kann beispielsweise in die Gasdüse des Düsenstocks integriert sein.
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Bevorzugt
ist als Sperrarmatur ein Rückschlagventil
oder ein Druckhalteventil vorgesehen. Bei einem Rückschlagventil
wird jeglicher Strom entgegen der vorgesehenen Strömungsrichtung
des Schutzgases unterbunden. Bei einem Druckhalteventil sperrt die
Sperrarmatur unterhalb eines vorgegebenen Mindestüberdrucks
im Innern der Schutzgasleitung gegenüber dem Umgebungsdruck. Im letztgenannten
Falle liegt das Schutzgas ständig
mit Überdruck
in der Schutzgasleitung vor; beim Öffnen des Druckhalteventils
tritt das Schutzgas aufgrund dieses Überdrucks rasch aus und entfernt
schnell und zuverlässig
etwaig sich im Düsenbereich
noch befindliche Fremdstoffe. Beim Einleiten des Schweißvorgangs
muss also nicht erst der Druckaufbau über die Gasversorgungsleitung
abgewartet werden, um eine homogene Schutzgasglocke im Arbeitsbereich
herzustellen.
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Bevorzugt
ist das Druckhalteventil dabei derart ausgebildet, dass in der Schutzgastzuführung ein Mindestüberdruck
von 0,2 bar gegenüber
dem Umgebungsdruck gewährleistet
ist. Das Druckhalteventil kann jedoch auch so ausgebildet sein,
dass ein beliebiger Überdruck
frei eingestellt werden kann.
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Anhand
der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert
werden.
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In
schematischen Ansichten zeigen:
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1:
Den Vorderabschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schweißen in einer ersten
Ausführungsform
im Längsschnitt
und
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2:
Den Düsenkopf
einer anderen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Bei
der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 handelt es
sich um einen Schweißbrenner
zum MIG/MAG – Schweißen. Die
Vorrichtung 1 umfasst einen Brennerkörper 2 mit einem Gaszuführungsabschnitt 3 und
einem Hals 4, an dem ein Düsenkopf 5 angeordnet
ist. Im Bereich des Gaszuführungsabschnitts 3 mündet eine
Gaszuleitung 6 in den Brennerkörper 2, durch die
ein Schutzgas aus einer hier nicht gezeigten Schutzgasquelle in
das Innere des rohrförmig
ausgestalteten Brennerkörpers 2 eingeleitet
wird. Die Zumessung des Schutzgases an die Gaszuleitung 6 erfolgt
mittels eines Magnetventils, das in bekannter und hier nicht gezeigten
Weise in einem so genannten Druckvorschubkoffer angeordnet ist,
die sich üblicherweise
einige Meter entfernt vom Arbeitsbereich der Vorrichtung 1 befindet.
Demzufolge weist die Gaszuleitung 6 eine Länge von
einigen Metern auf. Des Weiteren verläuft durch das Innere des Brennerkörpers 2 hindurch – ungefähr zentral – eine Schweißelektrode 7,
die in einer Drahtführungsseele 8 geführt ist.
Im Ausführungsbeispiel
nach 1 handelt es sich bei der Vorrichtung 1 um
ein Handgerät,
und der Gaszuführungsabschnitt 3 umfasst
auch einen Handgriff 9. Im Falle eines Maschinenschweißgeräts umfasst
der Gaszuführungsabschnitt
im Wesentlichen einen Anschluss zum Anschließen der Gaszuleitung 6.
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Der
Düsenkopf 5 umfasst
eine die zentral angeordnete Schweißelektrode 7 umgreifende
Kontaktspitze 11, welche wiederum in einem konzentrisch um
die Kontaktspitze 11 angeordneten Gasdiffusor 12 aufgenommen
ist. Der Gasdiffusor 12 ist über einen Gaseintritt 13 mit
dem Inneren des Brennerschaftes 4 strömungsverbunden, im Übrigen jedoch gasdicht
gegenüber
diesem abgeschlossen. Durch einen Ringspalt vom Gasdiffusor 12 getrennt
schließt sich
eine zylindrische Hülse 14 an,
die in Zusammenwirken mit dem Gasdiffusor 12 dazu bestimmt
ist, das aus seitlichen Strömungsöffnungen 16 des
Gasdiffusors 12 ausströmende
Schutzgas in Richtung auf den vor der Mündung 17 des Düsenkopfes
gelegenen Arbeitsbereich abzulenken. Der zwischen Hülse 14 und Gasdiffusor 12 bestehende
Ringspalt ist dabei gegenüber
dem Innenraum des Brennerschaftes 4 gasdicht abgeschlossen.
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Zwischen
der Einmündung 18 der
Gaszuleitung 6 am Gaszuführungsabschnitt 3 und
dem Gaseintritt 13 des Düsenkopfes ist eine Schutzgasleitung 19 angeordnet,
durch die das Schutzgas zum Gasdiffusor 12 geleitet wird,
ohne dabei in den übrigen
Innenraum des Brennerkörpers 2 einzudringen. In
der Schutzgasleitung 19 ist, im Bereich des Brennerschaftes 4,
ein Sperrelement 20 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel nach 1 handelt
es sich bei diesem Sperrelement um ein pneumatisch, elektrisch oder
magnetisch betriebenes Druckhalteventil, das bei Unterschreiten
eines gewissen Grenzüberdrucks in
der Schutzgasleitung 19 gegenüber dem Druck in der Umgebung
der Vorrichtung 1 den Strömungsweg durch die Schutzgasleitung
automatisch sperrt, bei Überschreiten
des Grenzüberdrucks
diesen jedoch wieder freigibt.
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Vor
Beginn der Schweißarbeiten
wird zunächst
das sich im Drahtvorschubkoffer angeordnete Magnetventil geöffnet und
die Gaszuleitung 6 wird mit Schutzgas geflutet. Ist der
Grenzüberdruck,
beispielsweise 0,2 bar über
dem Umgebungsdruck, erreicht, öffnet
sich das Sperrelement 19 und das Schutzgas strömt über den
Gasdiffusor 12 und die Mündung 17 des Düsenkopfes 5 in
den Arbeitsbereich ein. Nach Beendigung der Arbeiten oder bei einer
Betriebspause wird der Gaszustrom durch Sperren des Magnetventils
im Drahtvorschubkoffer gestoppt. Der Druck in der Schutzgasleitung 19 sinkt
allmählich
ab. Wird der Grenzüberdruck
unterschritten, sperrt das Sperrelement 20. In der Schutzgasleitung 19 wird
so ein anhaltender Überdruck
von beispielsweise 0,2 bar aufrechterhalten. Ein Eindringen von Umgebungsluft
oder -feuchte in die Schutzgasleitung 19 oder in die Gaszuleitung 6 ist
somit nicht möglich. Wird
die Schweißarbeit
wieder aufgenommen bzw. die Betriebspause beendet, strömt erneut
Schutzgas aus der Gaszuleitung 6 in die Schutzgasleitung 19 ein,
wodurch es zu einem Überschreiten
des Grenzüberdrucks
kommt. Da das Schutzgas in der Schutzgasleitung 19 bereits
mit Überdruck
vorliegt, kommt es sehr schnell zum Aufbau einer homogen aus Schutzgas
zusammengesetzten Schutzgasglocke im Arbeitsbereich. Geringe Menge
an Luft und Feuchtigkeit, die sich im Bereich der Mündung 17 des
Düsenstocks 5 angesammelt
haben, werden schnell und zuverlässig
vom Schutzgas verdrängt.
Eine länger dauernde
Spülung
der Schutzgasleitung 19 bzw. der Gaszuleitung 6 ist
somit entbehrlich, die eigentliche Schweißarbeit kann sehr rasch wieder
aufgenommen werden.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 2 ist das Sperrelement im Bereich des Düsenkopfes 30 eines
Schweißbrenners
angeordnet. Der Düsenkopf 30 umfasst,
in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel
nach 1, eine Kontaktspitze 32, die eine Schweißelektrode 31 umgreift.
Die Kontaktspitze 32 ist in einem Gasdiffusor 33 aufgenommen,
der wiederum, durch einen Ringspalt beabstandet, radial von einer
Hülse 34 umgeben
ist. Der Gasdiffusor 33 ist im Ausführungsbeispiel nach 2 mit
dem Innenraum des Brennerkörpers 37 strömungsverbunden,
kann jedoch, ähnlich
wie beim Ausführungsbeispiel
nach 1, auch an eine separate Schutzgasleitung 19 angeschlossen
sein. Im Gasdiffusor 33 ist ein – hier nur angedeutetes – Magnetventil 35 integriert.
Das Magnetventil 35 dient in gleicher Weise wie das zuvor
beschriebene Sperrelement 20 dazu, den Strom des Schutzgases
in Richtung zur Mündung 36 des
Düsenkopfes 30 bei
Unterschreiten eines bestimmten Grenzüberdruckes zu sperren sowie jeglichen
Gasstrom in Richtung des Brennerkörpers 37 zu unterbinden.
Beim Ausführungsbeispiel
nach 2 erfolgt die Trennung zwischen Schutzgas und Umgebungsatmosphäre in unmittelbarer
Nähe zur Mündung 36 des
Düsenkopfs 30.
Dadurch ist die Menge an Luft oder Feuchtigkeit, die sich im Falle
einer Betriebspause im Strömungsweg
des Schutzgases ansammeln kann, besonders gering.
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Die
Sperrelemente 20, 35 können im Rahmen der Erfindung
auch so ausgebildet sein, dass bei der Grenzüberdruck variabel einstellbar
ist und/oder das unabhängig
vom Grenzüberdruck
manuell betätigt
werden kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung wird
der Eintrag an Luft oder Feuchtigkeit auf ein zu bearbeitendes Werkstück wesentlich
reduziert. Insbesondere der Nahtanfangsbereich wird besonders geschützt. Dadurch
wird ein bedeutender Qualitätszuwachs
beim Schweißergebnis
erzielt, weniger Nacharbeiten werden erforderlich und der Ausschuss wird
vermindert. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf den Einsatz
in MIG- oder MAG – Schweißgeräten beschränkt, sondern
kann ebenso bei WIG- oder Plasmaschweißapparaturen verwendet werden. Die
Erfindung eignet sich ferner sowohl für manuell wie auch für maschinell
betriebene Schweißgeräte.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Brennerkörper
- 3
- Gaszuführungsabschnitt
- 4
- Schaft
- 5
- Düsenkopf
- 6
- Gaszuleitung
- 7
- Schweißelektrode
- 8
- Drahtführungseele
- 9
- Handgriff
- 10
- -
- 11
- Kontaktspitze
- 12
- Gasdiffusor
- 13
- Gaseintritt
- 14
- Hülse
- 15
- -
- 16
- Strömungsöffnung
- 17
- Mündung
- 18
- Einmündung (der
Gaszuleitung)
- 19
- Schutzgasleitung
- 20
- Sperrelement
- 30
- Düsenkopf
- 31
- Schweißelektrode
- 32
- Kontaktspitze
- 33
- Gasdiffusor
- 34
- Hülse
- 35
- Magnetventil
- 36
- Mündung
- 37
- Brennerkörper