DE1065955B - Wassergekühlter Schweißbrenner für die Schutzgas-Lichtbogenschweißung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Beim Lichtbogenschweißen unter Schutzgas treten sowohl im Falle der Verwendung von abschmelzenden Drahtelektroden als auch bei der Verwendung einer nicht abschmelzenden, meist aus Wolfram 'bestehenden Elektrode durchweg sehr hohe Lichtbogentemperaturen auf. Sofern dabei mit Stromstärken gearbeitet wird, die höher als etwa 150 Ampere liegen, muß infolgedessen der Brenner, und zwar insbesondere die Schutzgasdüse, außerdem aber auch der Brennerkörper selbst mit der Elektrode bzw., bei abschmelzenden Elektroden, mit dem diese aufnehmenden Kontaktrohr mit Wasser gekühlt werden.

Wasserkühlungen dieser Art sind bereits in der verschiedensten Form bekannt: Sie haben indessen vielfach den Nachteil, daß entweder die Kühlung der Düse oder aber die Kühlung der Elektrode bzw. des Kontaktrohres ungenügend ist. Die Schwierigkeit besteht nämlich darin, daß die Elektrode bzw. das Kontaktrohr notwendigerweise unter Schweißspannung steht, während die Schutzgasdüse, die bei den in Frage kommenden hohen Stromstärken aus Metall gebildet ist, ein neutrales Potential aufweisen muß. Es ist daher erforderlich, diese beiden Bauteile voneinander elektrisch zu isolieren, was wiederum einer gemeinsamen Kühlung hinderlich ist.

Es sind zwar bereits Brenner bekannt, bei denen die Düse mit einer isolierenden Schicht versehen ist, und auch andere,. bei denen eine gemeinsame Kühlkammer für Düse und Elektrode bzw. Elektrodenführungsrohr vorhanden ist, jedoch berühren solche gemeinsamen Kühlkammern die Düse bzw. die Elektrode (Drahtführungsrohr) nur an einer kleinen Fläche und ragen nicht in die Düse hinein, so daß die Kühlung mindestens eines der beiden Brennerteile unzureichend ist.

Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, hat man unter anderem den Ausweg beschritten, die Düse aus einem keramischen Isolierstoff zu fertigen, doch ist die Haltbarkeit derartiger Düsen begrenzt. Auch ist schon die völlig getrennte Kühlung von Düse und Kontaktrohr vorgeschlagen worden, indessen bedingt diese Lösung einen umständlichen und teuren Aufbau des Gerätes mit mehrfachen Möglichkeiten zu Undichtheiten und Störungen; außerdem sind solche mit Kühlkammern versehenen Düsen relativ kostspielig, und bei der Auswechselung der verbrannten Düse gehen auch die zur Anfertigung der Kühlkammer aufgewendeten Kosten verloren.

Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Schutzgas-Lichtbogenschweißbrenner mit abschmelzender, oder nicht abschmelzender Elektrode, mit einer gesonderten wasserdurchflossenen, zwischen Gasdüse und Elektrode bzw. Drahtführungsrohr angeordneten, einen einheitlich metallischen Körper ohne zwischen-

Wassergekühlter Schweißbrenner
für die Schutzgas-Lichtbogenschweißung

Anmelder:

Knapsack-Griesheim Aktiengesellschaft, Knapsack bei Köln

Dr.-Ing. Ernst Witting, Frankfurt/M.,
ist als Erfinder genannt worden

geschaltete isolierende Dichtungen bildenden Kühlkammer, und die Erfindung besteht darin, daß die Kühlkammer über eine größere Länge der nicht abschmelzenden Elektrode bzw. des Drahtführungsrphres bis dicht an deren Spitze heran- und gleichzeitig zwecks intensiver Kühlung von Düse und Elektrode bzw. Führungsrohr über eine größere Länge der Düse in diese hineinreicht und daß ferner die Kühlkammer mit einem der beiden zu kühlenden Teile, vorzugsweise mit der Elektrode bzw. dem Führungsrohr, unmittelbar stromleitend verbunden, von dem anderen Teil, vorzugsweise der metalliscffen Düse, jedoch durch eine elektrisch isolierende, gut wärmeleitende Schicht getrennt ist.

Durch eine derartige Ausgestaltung des Schweißbrenners mit in sich geschlossenem Kühlkörper erübrigt sich die Anbringung von Dichtungen im Brennerkörper, vielmehr bildet die Kühlkammer zusammen mit den Kühlmittelzu- und -abfiußleitungen eine völlig selbständige Einheit, die im Falle von Störungen od. dgl. im Kühlmittelumlauf jederzeit rascfi und mühelos aus- und wieder eingebaut werden kann.
Die Kühlkammer, die mit dem einen der beiden zu kühlenden Teile elektrisch verbunden, von dem anderen Teil dagegen durch eine elektrisch isolierende, jedoch verhältnismäßig gut wärmeleitende Schicht, vorzugsweise aus Aluminiumoxyd, getrennnt ist, wird vorteilhaft in an sich bekannter Weise gleichzeitig als Spannkörper für das die abschmelzende Elektrode aufnehmende Kontaktrohr bzw. für die nicht abschmelzende Elektrode ausgebildet. Sie wird zu diesem Zweck bevorzugt mehrteilig gestaltet und erhält eine konische Außenform mit zylindrischem Mitteldurchgang; die einzelnen Kühlkammer-Teilstücke werden im Kühlwasserstrom in an sich bekannter Weise unmittelbar hintereinandergeschaltet.

Um bei Verwendung von nicht abschmelzenden Elektroden die Möglichkeit zu haben, wahlweise

909 629/248

Claims (5)

ι uoo solche verschiedenen Durchmessers einsetzen zu können, werden bei den bekannten Brennern jeweils entsprechende Spannzangen eingesetzt; bei dem Brenner nach der Erfindung, welcher eine dem größten Elektrodendurchmesser angepaßte Kühlkammer-Spannzange aufweist, kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in den Mitteldurchgang der Kühlkammer ein mit seinem Innendurchmesser dem jeweiligen Elektrodendurchmesser entsprechendes Zwischenrohr aus einem gut leitenden Material, beispiels weise Kupfer, eingesetzt werden, dessen Außendurchmesser dem Durchgangsdurchmesser der Kühlkammer entspricht. Für jeden Elektrodendurchmesser dient dabei ein gesondertes Zwischenrohr, das in Längsrichtung geschlitzt und außerdem zweckmäßig mit einer oder mehreren gleichgerichteten Nuten versehen ist, um einen einwandfreien Kontakt zwischen Elektrode und Zwischenrohr zu gewährleisten. Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schema, und zwar zeigt Abb. 1 einen Längsschnitt durch das untere Ende eines Lichtbogenschweißbrenners, Abb. 2 einen Querschnitt durch das Gerät nach Linie A-B von Abb. 1 und Abb. 3 eine Draufsicht auf ein Zwischenrohr. Der Brenner besteht aus der metallischen Düse 1, die unter Zwischenschaltung des Dichtungsringes 2 mittels der Überwurfmutter 3 mit der aus einem isor lierenden Material gebildeten Brennerhülse 4 ver- \ schraubt ist. In die Düse 1 ist eine besondere, in sich J geschlossene jCühlkammer_5^ von konischer Außenform ■eingesetzt, die sich" gegejPäie gleichgestaltete Innen-. wand des Düsenkörpers anlegt; in der Kammer 5 ■ ist mittig ein zylindrischer Durchgang zur Aufnahme des zugleich das Kontaktglied bildenden Drahtzufühjungsrohres 6 für eine (hier nicht gezeichnete) ab-" "schmeTzenäe Elektrode angebracht, an dessen Stelle gegebenenfalls auch eine nicht abschmelzende Elektrode entsprechenden Durchmessers treten kann. Die Kühlkammer 5 dient als Spannkörper für das Kontaktrohr 6 und ist zu diesem Zweck in die beiden Hälften 5 α und 5 b unterteilt; beim Zusammenfügen des Brenners werden somit durch die Überwurfmutter 3 auch die Kühlkammer-Teilstücke sowie das Kontaktrohr ordnungsgemäß und stromleitend festgespannt. _ Andererseits wird durch eine zwischen der Kühlkam- - mer 5 und der Düse 1 liegende, dünne nichtleitende SchicJht_7die_.Kammer der Düse gegenüber elektrisch isoliert.... Als Material für eine solche" Schicht, die verhältnismäßig gut wärmeleitend sein soll, kann sowohl eine geeignete metallische Zwischenlage, beispielsweise aus Aluminiumoxyd, oder eine entsprechende,JKuns.tstofflage,vorgesehen werden. *~~-- ~~" Durch die konische Ausbildung der Berührungsfläche zwischen Düse und Kühlkammer wird eine j großflächige Berührung .zwischen diesen beiden Teilen j erreicht und damit eine_gute__Kühlung der Düse bei ' geringem WärmestatTan der Zwischenschicht gewährleistet. Die Kühlkammer fängt die gesamte im Brenner nach rückwärts fließende Wärme auf und macht sie unschädlich. Die beiden Kühlkammer-Teilstücke 5 a und 5 b sind dabei im Kühlwasserstrom, der durch das Rohr 8 in die Kammer 5α_ eintritt, über das Verbindungsstück 9 unmittelbar hmtereinandergeschaltet; der Kühlwasseraustritt erfolgt dann, über das Rohr 1O4 "Jede Notwendigkeit einer Abdichtung des "Kühlwassersystems gegenüber dem Brenner entfällt auf diese Weise. Das Schutzgas strömt im vorliegenden Fall zwischen den Kühimittelrohren durch den Innenraum der Brennerhülse 4 und von hier über am Außenmantel des Kontaktrohres 6 angebrachte Kanäle 11 und durch die Zwischenräume zwischen den Spannbacken in Richtung zur Düse 1. Gegebenenfalls können die Gasführungskanäle auch im Bereich des Mitteldurchgangs der Kühlkammer 5 bzw. gleichzeitig sowohl in diesem als auch im Kontaktrohr vorgesehen sein. Zwischen dem Ende der Kühlkammer 5 und der Düsenmündung ist in bekannter Weise ein als Beruhigungskammer für das Schutzgas dienender Raum 12 freigelassen. Soll der Brenner mit einer nicht abschmelzenden, beispielsweise mit einer Wolframelektrode betrieben werden, so wird diese an Stelle des Kontaktrohres 6 in den Mitteldurchgang der Kühlkammer 5 eingesetzt. Sofern Elektrodendurchmesser und Durchgangsdurchmesser übereinstimmen, bedarf es keiner weiteren Halte- oder Führungsglieder; in diesem Fall wird die Elektrode — in gleicher Weise wie sonst das Kontaktrohr ■— durch die Kühlkammer-Teilstücke 5 a, Sb sicher festgeklemmt, sobald die Überwurfmutter 3 angezogen wird. Bei Verwendung von Elektroden kleineren Durchmesssers dagegen wird ein Zwischenrohr 13 in den Kühlkammermitteldurchgang eingesetzt, das zur Erleichterung des Zusammenpressen und damit zur Gewährleistung einer einwandfreien Kontaktgebung einen Längsschlitz 14 sowie, diesem gegenüber, eine Nut 15 aufweist, an deren Stelle im Bedarfsfall selbstverständlich auch mehrere Nuten treten können. Bei Bereithaltung einer entsprechenden Anzahl von solchen Zwischenrohren unterschiedlichen Innendurchmesssers können somit — je nach der im Einzelfall benötigten Stromstärke — Elektroden jeden gewünschten Durchmessers zuverlässig eingespannt werden. Auch in diesem Fall sind im Zwischenrohr und/ oder im Kühlkammermitteldurchgang Kanäle für das Schutzgas zu berücksichtigen, sofern nicht der Längsschlitz "sowie die Nut bzw. die Nuten so bemessen sind, daß die für den praktischen Betrieb erforderliche Schutzgasmenge jederzeit ungehindert zur Düse bzw. in den dieser vorgeschalteten Beruhigungsraum strömen kann. Die Kühlkammer läßt sich sinngemäß im Rahmen der Erfindung in verschiedener Weise verwirklichen und ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere sind Formgebung und Ausgestaltung des Brenners sowie seiner Einzelteile durchaus beliebig, ebenso wie sich auch die Größe und Form der Kühlkammer mit den Kühlmittelzu- und -abflußleitungen nach den Erfordernissen, der Praxis richten. Patentansprüche:

1. Wassergekühlter
schweiBBrenrieri

Schutzgas - Lichtbogen- oder nicht abschmelzender Elektrode, mit einer gesonderten ^TsTeTdTfcHifösHnenTTwischen ^Gasdüsejind Elektrode bzw. Drahtführungsrohr angeordneten, einen einheitlich metallischen Körper ohne zwischengeschaltete isolierende Dichtungen bildenden Kühl-Jcammer, dadurch gekennzeichnet, daß die TKtrhlkammer (5) über eine größere Lange^def "nicht _i äteschm'elzenden Elektrode bzw. des JJ»raht;füh-j rungsrohres__(6) bjs_djdn\a^to^^itee_;.hieran-1 j und gleichzeitig zweck's intensiver Kühlung von³ Düse. (1) und Elektrode bzw. Führungsrohr (6) über eine größere Länge der Düse (1) in diese hineinreicht und daß ferner die Kühlkammer (5) mit ei*nenT"der beiden zu kühlenden Teile, vorzugsweise mit der Elektrode bzw. dem Führungs-

rohr (6), unmittelbar stromleitend verbunden, von dem anderen Teil, vorzugsweise der metallischen Düse (1), jedoch durch eine elektrisch isolierende, gut wärmeleitende Schicht (7)^ getrennt is,t.

2. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer (5) durch mehrteilige Ausbildung in an sich bekannter Weise gleichzeitig als Spannkörper für das Kontaktrohr (6) bzw. für die nicht abschmelzende Elektrode dient.

3. Schweißbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kühlkammer-Teilstücke (5 a, 5 b) in an sich bekannter Weise im Kühlwasserstrom unmittelbar hintereinandergeschaltet sind.

4. Schweißbrenner nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende, gut wärmeleitende Schicht (7) in an sich bekannter Weise aus Aluminiumoxyd besteht.

5. Schweißbrenner nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mitteldurchgang der Kühlkammer (5) ein mit seinem Innendurchmesser dem jeweiligen Elektrodendurchmesser entsprechendes Zwischenrohr (13) einsetzbar ist, das in seiner Längsrichtung geschlitzt (14) und auf seiner Außenfläche mit mindestens einer gleichgerichteten Nut (15) versehen ist, die zweckmäßig dem Schlitz (14) gegenüberliegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 733 801;
deutsche Patentschrift Nr. 968 531; <
schweizerische Patentschrift Nr. 280 899;4i?
USA.-Patentschriften Nr. 2 680 797, 2 616 017,

deutsche Auslegeschrift U 1768 VIIId/21h (bekanntgemacht am 24. 5. 1956).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen