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Lichtbogen-Schutzgas-Schweißbrenner mit Drucknachstellung der nicht
abschmelzenden Elektrode Die Erfindung bezieht sich auf Lichtbogen-Schutzgas-Schweißbrenner,
insbesondere für die Lichtbogen-Punktschweißung, mit einer nicht abschmelzenden
Elektrode, welche durch eine dem Druckbleistiftrnechanismus entsprechende Nachstelleinrichtung
vorgeschoben werden kann.
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Der Erfolg der Schweißungen hängt in hohem Grade von der Aufrechterhaltung
des richtigen Abstandes zwischen dem Werkstück und der Elektrodenspitze ab. Es ist
daher wichtig, während der Schweißvorgänge diesen Abstand in enger Toleranz aufrechtzuerhalten.
Beispielsweise schwankt bei bestimmten Punktschweißungen der Abstand zwischen 1,4
und 2.O mm infolge Abbrand der sich nicht verzehrenden Elektrode, so daß von Zeit
zu Zeit der Abstand der Elektrode zum Werkstück eingestellt werden muß. Diese Elektrodennachstellung
wird bei den bekannten Brennern unter anderem durch einen dem Druckl)leistiftmcchanismus
ähnlichen Vorschub von Hand am Brenner selbst bewerkstelligt. Bei Serienproduktionsschweißanlagen,
welche vorwiegend automatisch arbeiten und manchmal mit einer großen Anzahl von
Brennern gleichzeitig arbeiten, wird aber oft vom Arbeiter ein Brenner übersehen
hinsichtlich der erforderlichen Elektrodennachstellung, so daß dieser Irrenner dann
mangelhafte Schweißungen hervorbringt.
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Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer Elektrodenhalterung
für Lichtbogen-Schutzgas-Schweißbrenner, mittels deren die Elektrode im Brenner
automatisch richtig nachgestellt werden kann.
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Die Erfindung besteht darin, daß zur Fernbedienung der Elektrodennachstellung
durch Druckmittel die Spannzange für die Elektrode am Ende eines Hohlkolbens angeordnet
ist, der gegen Federdruck vorn Druckmittel voll beaufschlagt zur Lösung der Spannzange
vorgeschoben werden kann und in einer inneren zylindrischen Bohrung als Träger der
Elektrode einen Kolben aufweist, der über eine kleine Bohrung im IIohllcoll;enhoden
ebenfalls, jedoch gegenüber der Hohlkolbenbewegung verzögert, vom Druckmittel beaufschlagt
werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Schweißbrenner
zusätzlich zur Fernbeidienung mittels Druckmittel noch ein von Hand be-(lienbarer
Druckkolben zur Elektrodennachstellung vorgesehen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Nachstellen der Elektrode in dem
Schweißbrenner besteht darin, daß der Schweißbrenner, vorzugsweise automatisch,
auf eine Nachstell-Lehre aufgesetzt wird, die vorzugsweise automatisch über die
Fernbedienung das Nachstellen der Elektrode auf die richtige Lichtbogenlänge bewirkt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung und in der Beschreibung
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längs-Querschnitt eines Lichtbogen-Schutzgas-Schweißbrenners
gemäß der Erfindung, wobei die Elektrodenhalterteile in normaler Betriebsstellung
veranschaulicht sind, Fig.2 .eine schematische Veranschaulichung des Brenners nach
der Fig. 1, wobei die Elektrodenhalterteile in Offenstellung für die Elektrodeneinstellung
veranschaulicht sind, und Fig. 3 eine Ansicht, teilweise im Aufriß, teilweise im
Schnitt einer Brennerhauptkörpereinrichtung und eines Brennerhalters gemäß der Erfindung.
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Nach der Fig. 1 besteht der Lichtbogen-Schutzgas-Schweißbrenner aus
einem Brennkörper 10 und einer auf seinem vorderen Ende lösbar angebrachten Gasleitdüse
12. Diese Brennereinheit läßt sich allgemein anwenden; so ist sie ohne weiteres
sowohl für Handgebrauch als auch für Gebrauch mit mechanischen Brennerhaltern einzurichten.
Der Brennerkörper weist einen Elektrodenhaltermetallschaft auf, der aus einem hohlen
zylindrischen Teil 14 und einem hohlen Vorderteil 16 besteht, das mit dem vorderen
Ende des Teiles 14 zusammengepaßt und mit ihm, etwa durch die
Schweißung,
bei 18' sicher .verbunden ist, Das hohle zvlindrische Teil 14 hat eine mittige,
sich längs hindurch erstreckende Bohrung 20, die rückwärts bei 21 verbreitert ist
und im vorderen Teil einen Hohlkolben 22 gleitbar angeordnet aufweist. Das hintere
Ende des Teiles 14 ist mittels einer Abschlußkappe 18 verschlossen, die als Strom-,
Gas- und Druckmittelzufuhrkopf dient. Dieser Kopf 18 ist ein Metallblock mit einer
mittigen Ausnehmung 19, die sich vorwärts in die Bohrung 20 öffnet und mit dieser
eine Flüssigkeitsdruckkammer 23 mit dem Hohlkolben 22 bildet. Der Kopf 18 hat einen
zylindrischen vorderen Abschnitt 24, der gleitbar in eine Gegenbohrung 25 am hinteren
Ende des Organs 24 paßt, sowie einen ringförmigen Kragen 26, der sich vom Abschnitt
24 aus nach vorn erstreckt und in den vergrößerten Abschnitt 21 der Bohrung 20 aufgenommen
ist. Der Kragen 26 hat einen mit Gewinde versehenen rückwärtigen Abschnitt 27, der
in einen innen mit Gewinde versehenen Abschnitt 28 der Bohrung 20 eintreten kann.
Die Länge dees zylindrischen Abschnittes 24 des Kopfes 18 ist kürzer als die Tiefe
der Gegenbohrung 25, so daß, wenn der Kopf 18 in den Schaft eingepaßt ist, ein ringförmiger
Gasverteilkanal 29 gebildet ist: In diesem Kanal ist ein ringförmiger Metallabstandkörper
30 mit guter elektrischer Leitfähigkeit angeordnet, der sowohl mit dem Kopf 18 als
auch mit dem Schaft 14 endseitig zusammenstößt, um hierdurch einen Weg kleinen Widerstandes
für die Leitung des Stromes vom Kopf zum Schaft für anschließenden Übergang zur
Elektrode zu bilden. Dies verhindert die Lichtbogenbildung an den Gewindeoberflächen
27 und 28 an Kopf und Schacht.
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Der vergrößerte Teil 21 der Bohrung 20 hat gegenüber dem mit Gewinde
versehenen Abschnitt 28 eine innre ringförmige Nut 31, die einen O-förmigen Sting
32 aufnehmen kann. Dieser O-Ring ist so angeordnet, daß er von dem vorderen, nicht
mit Gewinde versehenen Abschnitt des Kragens 26 zusammengedrückt werden kann, wenn-
der Kopf in den Schaft 14 eingeführt ist, um so einen gasdichten Abschluß zwischen
der Flüssigkeitsdruckkammer 23 und dem Gas aufnehmenden ringförmigen Kanal 29 zu
bilden. O-förmige Ringe 33 und 34, die in axialem Abstand voneinander befindlichen
äußeren ringförmigen Nuten 35 bzw. 36 im Kolben 22 angeordnet sind, bilden mit der
inneren Oberfläche der Bohrung 20 einen gasdicliten Abschluß, damit keine Luft aus
der Drucklzamrn,r 23 vorwärts in die -Schutzgaskanäle am vorderen Ende der Hülse
entweichen kann. Ein gasdichter Abschluß wird auch auf der Rückseite des ringförmigen
Kanals 29 mittels eines O-förmigen Ringes 37 gebildet, der in eine ringförmige Nut
38 im zylindrischen Abschnitt 24 des Kopfes 18 angesetzt ist, der mit der Seitenwand
der Gegenbohrung 25 zusammenwirkt.
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Die vordere äußere Fläche des Schaftteiles 16 hat eine innen konische
Oberfläche 3,9, die eine mittige Öffnung 40 umgibt, welche durch sie hindurch eine
Elektrodenspannzange 41 aufnehmen kann. Diese Spannzange hat einen Schaftteil, der
sich durch die Öffnung hindurch erstreckt und an seinem rück--#:-ärtigen Ende mit
dem Kolben 22 lösbar verbunden ist. Der vordere Teil der Spannzange weitet sich
bei 43 nach außen zu einem vergrößerten Spannkopf 42 aus, der einen hinlänglich
großen Durchmesser besitzt, um den Durchtritt des Kopfes durch die Öffnung 40 hindurch
zu verhüten. Die Zange ist in üblicher Weise von ihrem vorderen Ende aus bis mindestens
zu einem iii:i:rlialb der Hülse befindlichen Zwischenteil geschlitzt, während die
innen konische Oberfläche 39 auf dem Brennerschaft als Sitz für die verbreiterte
bzw. verjüngte, außen konische Oberfläche 43 auf der Hülse dient. Eine Feder 22
a innerhalb des Brennerschaftes drückt den Kolben und die Zange kontinuierlich zurück,
um die Zange für gewöhnlich in einer Stellung mit geschlossenem Sitz zu halten,
wobei die sich aus der Berührung der sich verjüngenden Oberfläche 39 des Brennerschaftes
und der entsprechenden Oberfläche 43 des Kopfes ergebende Keilwirkung den Verschluß
der Klemmbacken der Klemmhülse ge:vährleistet. Eine Leitkappe 44, die mit dem vorderen
Ende des Schaftes lösbar fest verbunden ist, wie mittels einer Verbindung aus mit
Gewinde versehenem Pfropfen und Sockel gemäß 45., schließt den herausragenden Kopf
42 der Spannzange 43, ein. Radiale Nuten 46 in der Kappe 44 dienen der Leitung von
Schutzgas rechtwinklig zur inneren Wandung der Gasleitdüse. Durch diese Lenkung
wird ein laminarer Fluß des Gases erzielt. Die Kappe schützt auch die Klemmhülse
dagegen, daß sich auf ihr Stoffe abscheiden, die während des Schweißens in die Düse
12 hineinspritzen. Die Kappe hat eine vordere Oberfläche 46a, die sich einwärts
zu einer mittigen Bohrung 47 verjüngt, um die Einführung einer Elektrode in den
Schaft zu erleichtern, wobei die Öffnung selbst als Führung für die Elektrode dient.
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Der Kolben 22 hat eine zylindrische Bohrung 48, die nach vorn offen
ist zur Aufnahme einer Elektrode 49. Die Bohrung 48 enthält einen Kolben 50, so,
daß eine gasdichte Kammer 48a rückseitig des Kolbens entsteht. Der Kolben 50 nimmt
das hintere Ende einer Elektrode auf. Die Vorwärtsbewegung des Kolbens 50 wird durch
einen ringförmigen Sitz 51 begrenzt, der an dem rückwärtigen Ende eines mit Gewinde
versehenen Nippelteiles 52 der Zange 41 gebildet ist, die in einen mit Gewinde versehenen
Sockelteil 53 des Kolbens 22 aufgenommen ist. Die rückwärtige Bewegung des Kolbens
50 wird durch eine innere ringförmige Schulter 54 nahe dem hinteren Ende der Kammer
48a begrenzt. Der Kolben 22 hat einen abgestuften rückwärtigen Teil 5,5., der im
hinteren Ende eine kleine Öffnung 56 besitzt, die zwischen den Kammern 23 und 48
a. eine Verbindung zum Durchlaß des Druckmittels aus der Kammer 23 zur Kammer 48a
beim Arbeitshub des Kolbens 22 und aus der Kammer 48a, zur Kammer 23, beim Rückhub
des Kolbens 22 bei vorbestimmter geregelter Geschwindigkeit dient. Es ist ersichtlich,
daß, wenn eine Elektrode in den Brennerschaft eingeführt ist, sie gegen den Kolben
50 stößt und ihn rückwärts in eine Stellung gemäß der Fig. 1 bewegt. Ist die Elektrode
von der Klemmhülse frei und Druckmittel in das rückwärtige Ende der Kammer 48a eingelassen,
wirkt sie so, daß sie den Kolben vorwärts treibt und die Elektrode aus dem Brennerschaft
und der Klemmhülse herausbewegt.
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Der den Strom, das Gas und die Luft zuführende Kopf 18 enthält eine
Bohrung 57 mit einem Metallrohr 58; das sowohl einen Schweißstromleiter als auch
eine Schutzgasleitung bildet. Der Strom wird dem Kopf zugeführt und läuft durch
ihn und den hohlen Metallschaft des Brenners weiter in die Elektrode am vorderen
Ende des Brenners durch die Spannzange 41. Schutzgas, das mittels des Rohres 58
in die Bohrung 57 eintritt, wird der ringförmigen Kammer 29 zugeführt und gelangt
durch radiale Bohrungen 59 im Abstandkörper 30 in einen länglichen Kanal 60 im Teil
14 a. Auf diese Weise wird Gas der ringförmigen Kammer 61 zugeführt, welche das
rückwärtige Ende der Klemmhülse 41 umgibt und aus welcher das Gas durch
die
axialen Schlitze der Klemmhülse hindurch und von dort durch radiale Öffnungen 46
in der Leitkappe 44 in das Innere- der Düse 12 gelangt.
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Die Kammer 23 ist mittels eines Kanals 63 im Kopf finit einer Zufuhrleitung
64 verbunden, die wahlweise finit einer nicht veranschaulichten Druckmittelquelle,
licispielsweise einer Druckluftquelle, und einem nicht veranschaulichten Luftabzug
verbunden werden kann, uni Druckluft in die Kammer 23 hinein- sowie aus ihr lierauszuleiten.
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Um die Spannzange auch direkt von Hand freizusetzen, ist innerhalb
des Hohlkolbens 22 ein kleiner Kolben 65 in eine Öffnung 66 im rückwärtigen Ende
des Kopfes eingepaßt, der den Kolben 22 vorwärts schiebt, wenn er heruntergedrückt
wird. Der Kolben 65, weist eine kegelkopfförmige Kappenschraube auf, deren Kopf
ständig gegen einen Sitz auf einer verjüngten, die innere Mündung der Öffnung 66
umgebenden Oberfläche gedrängt wird mittels einer Feder 67, die rückwärts auf eine
Mutter 68 drückt, derart, daß die Öffnung 66 für geschlossen gehalten wird.
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Im Betrieb wird die Elektrode 49 axial ortsfest gehalten durch die
Greifbacken am Kopf 42 der Spannzange 41 in einem vorbestimmten Abstand der Spitze
69 der Elektrode vom Werkstück. Wie nun aus Fig. 2 hervorgeht, wird die Nachstellung
der Elektrode in ihre richtige Lage gemäß der vorliegenden Erfindung verwirklicht,
wie folgt: Nachdem eine Nachstell-Lehre 70 unter die Mündung der Düse 12 gelegt
worden ist, wird Druckluft über die Leitung 64 und den Kanal 63 im Kopf 18 in die.
Kammer 23. gegeben. Der Kolben 22 überwindet die Wirkung der Feder 22a. und bewegt
die Spannzange 41 in ihre Offenstellung, in welcher die Elektrode 49 freigesetzt
wird. Druckluft wird zur selben Zeit, aber mit geringerer Geschwindigkeit, auch
in die Kammer 48a innerhalb des Kolbens 22 durch die Öffnung 56 hindurchgegeben.
Die leichte Verzögerung erlaubt es der Spannzange, daß sie sich in die Offenstellung
bewegt, bevor der Druck in der Kammer 48a hinlänglich groß geworden ist, um den
Kolben 50 zu bewegen, bis die vordere Spitze der Elektrode 69 am Meßblock 70 anschlägt.
Nach Druckentlastung drückt die Feder 22a. den Kolben 22 rückwärts, bis die Spannzange
sich geschlossen hat. Zur selben Zeit wird Druckluft aus der Kammer 48a freigesetzt,
aber bei einer niedrigeren Geschwindigkeit, derart, daß die Elektrode in ihrer nachgesetzten
Stellung gehalten wird, bis die Klemmhülse die Schließstellung erreicht. Diese nachfolgende
Wirkung verhindert ein Reiben der Klemmhülse an der Elektrode und bringt auf diese
Weise eine Abnutzung in der Klemmhülse auf ein Minimum.
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Der Schweißbrenner kann eine Gasleitdüse 12 aus keramischem oder anderem
hitzebeständigem Material gemäß Fig. 1 besitzen, eignet sich aber besonders für
eine Einrichtung in der bevorzugten Brennerhalterausführung gemäß der Fig. 3. Der
Brennerhalter weist einen Träger 80 auf, der mechanisch festgelegt zum Werkstück
gehalten werden kann, wie bei 81 angedeutet. Der Träger 80 hat eine längliche Bohrung
82, die sich durch ihn hindurch erstreckt und eine elektrisch isolierende zylindrische
Auskleidung 83 aufnimmt. Diese Auskleidung ist in ihrem Gehäuse axial fest angebracht
mittels einer Stellschraube 84, die in eine Nut 85 der Auskleidung hereinragt. Das
Gehäuse ist an der Seite der Bohrung 21 gegenüber dem Werkstück mit einem ringförmigen
Flansch 86 versehen, der sich radial einwärts richtet, um mit einer äußeren Schulter
87 an einem Düsenteil 88 zusammenzuwirken. der in das vordere Ende des Gehäuses
eingepaßt ist. Die Auskleidung 83 hat zwischen ihren Enden eine innere ringförmige
Schulter 89, die einen darin aufgenommenen Brennerhauptkörper 10 in Betriebsstellung
festlegt. Der gegenüber der Schulter 89 befindliche Abschnitt der Auskleidung weist
eine innere Wandung auf, die mit der inneren Wandung des Düsenteiles 88 eine kontinuierliche
Oberfläche und zusammen mit einem solchen Düsenteil eine Gasleitdüse für den Brenner
bildet. Der Düsenteil 88 ist in bekannter Weise mit einem ihn umgebenden Wasserhaltemantel
90 versehen, der einen Einlaß 91 und einen Auslaß 92 für den Umlauf eines Kühlmittels
durch den Mantelraum besitzt, um die Wärme vom Brenner in der Nachbarschaft des
Lichtbogens wegzuführen.