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Die Erfindung bezieht sich auf Schutzgaslichtbogenbrenner, die mit
einem gasdurchlässigen Einsatz in der Gaszuführung versehen sind, der zur Erzielung
einer kohärenten Schutzgasströmung über eine bedeutende Entfernung nach dem Austritt
des Schutzgases aus dem Brenner dient, gemäß Patent 1209 676.
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In dem Hauptpatent ist ein Lichtbogenbrenner beschrieben, bei dem
der gasdurchlässige Einsatz aus ein oder mehreren Lagen feinmaschiger Siebe oder
aus einer dünnen keramischen Platte besteht und zwischen dem Elektrodenhalter und
der Innenwand der Düse befestigt ist, wobei die Verbindungsstellen gasundurchlässig
abgedichtet sind. Das Ergebnis der Anordnung einer derartigen sogenannten »Gaslinse«
besteht darin, daß der aus dem Brenner austretende Gasstrom einen hohen Grad von
Kohärenz aufweist und im wesentlichen frei von mitgerissener Luft bis zu einem bedeutenden
Abstand von der Düse ist. Der Brenner kann daher wesentlich weiter als bisher vom
Werkstück entfernt gehalten werden und ermöglicht dadurch eine bessere Beobachtung
des Schweißvorganges ohne Beeinträchtigung des Schutzeffekts des Gasstromes. Außerdem
kann durch die Kohärenz des Gasstromes ein Teil der Gasführung unterhalb der Linse
wesentlich kürzer ausgebildet oder ganz weggelassen werden, was insbesondere beim
Schweißen von schwer zugänglichen Stellen von Vorteil ist. Auch bei gleichen Abständen
zwischen Brenner und Werkstück hat der mit der Gaslinse versehene Brenner gegenüber
einem Brenner ohne Gaslinse den Vorteil, daß ein geringer Gasfluß erforderlich ist,
um den gleichen Schutzeffekt zu erhalten.
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Gegenstand der Erfindung ist eine besondere Ausbildung der Gaslinse
und deren Befestigung im Brenner.
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Gemäß der Erfindung wird bei einem Brenner mit einer Gaslinse aus
mehreren hintereinander angeordneten Sieben in dem die Elektrode umgebenden Gasdurchlaß
vorgeschlagen, Siebe verschiedener Maschenweite in der .Gaslinse vorzusehen und
ein Sieb mit großer Maschenweite in Richtung des Gasstromes hinter den Sieben mit
feinerer Maschenweite anzuordnen.
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Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von Gaslinsen feinmaschige
Siebe in mehreren Lagen die besten Resultate ergeben. Nachteilig hierbei ist aber,
daß wegen der geringen Stärke der Siebe und deren geringem Widerstand gegen Spritzer
eine Ausnutzung ihrer Vorteile nicht möglich erschien.
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Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag strömt das Gas nunmehr zuerst
durch mindestens zwei Siebe mit feinen Öffnungen von 0,05 bis 0,1 mm, vorzugsweise
0,7 mm, mittels derer ein kohärenter Gasstrom relativ großer Länge erreicht wird.
Das grobe Sieb mit Öffnungen von 0,12 bis 0,20mm, vorzugsweise 0,15 mm, hindert
nicht die Ausströmung des Gases und verschlechtert auch nicht die Kohärenz des Gasstromes,
schützt aber die feinen Siebe vor Zerstörung durch Hitze und Spritzer.
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Eine andere wichtige Erkenntnis dieser Erfindung ist die Notwendigkeit
der Aufrechterhaltung eines optimalen Abstandes zwischen den Sieben. Die Anordnung
von Distanzringen von 1 mm Dicke hat sich als besonders vorteilhaft und völlig ausreichend
erwiesen. Durch Einhaltung der geringen Abstände kann der Brenner auch kleiner ausgebildet
werden. An Stelle der Distanzringe können zwischen den feinmaschigen Sieben auch
grobmaschige Siebe angeordnet werden. Dadurch wird eine besonders gute Versteifung
der feinen Siebe ohne nachteilige Beeinflussung der Kohärenz des Gasstromes erreicht.
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Die Teile der Gaslinse können einzeln in dem Gasdurchlaß angeordnet
werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Teile der Gaslinse am inneren
und äußeren Umfang vorzugsweise in Ringen geführt und befestigt, so daß die Gaslinse
eine Baueinheit bildet und auswechselbar im Gasdurchlaß angeordnet werden kann.
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In 'der nachfolgenden, auf die Zeichnung bezugnehmenden Beschreibung
ist die Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g.1 einen Brenner teilweise im Schnitt
mit auswechselbar angeordneter Gaslinse, F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt
aus F i g.1, der die Ausbildung und Anordnung der Gaslinse zeigt, F i g. 3 einen
entsprechenden Ausschnitt, wobei die Gaslinse allein in der Düse befestigt ist,
F i g. 4 einen entsprechenden Ausschnitt, wobei die Gaslinse zwischen Düse und Elektrodenhalter
angeordnet ist, F i g. 5 einen entsprechenden Ausschnitt mit gekürzter Düse, wobei
die Gaslinse am unteren Ende des Gasführungsteiles befestigt ist.
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In F i g.1 weist der Brenner ein Gehäuse 10, einen vorzugsweise
isolierten Kopfteil 12 und einen Gasführungskörper 14 mit konzentrisch angeordnetem
Elektrodenhalter 15 und darin geführter Elektrode 16 auf. Der Brenner ist außerdem
mit einer aus isolierendem Material vorzugsweise Keramik bestehenden Gasführungsdüse
18 versehen.
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Der zwischen dem Gehäuse 10 und der Düse 18
angeordnete
Isolator 26 weist eine Anlagefläche und Begrenzung für die auf die Hülse 22 aufgeschraubte
Düse 18 auf.
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Elektrischer Strom wird der Elektrode 16 über den Elektrodenhalter
15 zugeführt, und das Schutzgas strömt durch den Gasführungskörper 14 und durch
die radialen Bohrungen 20 in die Düse 18.
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In der Ausführung nach F i g.1 umgibt die vorzugsweise aus Metall
bestehende Gasführungshülse 22 mit Abstand eine gewisse Länge des Gasführungskörpers
14 und bildet so eine ringförmige Gaskammer. Die Gasführungshülse 22 lenkt außerdem
das durch die Öffnungen 20 in die Kammer strömende Gas um.
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Die Innenfläche der Gasführungshülse 22 ist am unteren Ende mit einer
ringförmigen Aussparung versehen, in gleicher Weise wie das untere Ende des Gasführungskörpers
14. Eine Baueinheit von mehreren feinmaschigen Sieben L (s. F i g. 2) ist in den
beiden Aussparungen befestigt. Die Baueinheit L weist Siebe 24 auf, die durch Distanzringe
25 und 27 in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten werden. Die Siebe und
Distanzringe werden in ihrer Stellung gegeneinander durch einen Innenring 28 und
einen Außenring 32 festgehalten. Der Innenring 28 ist über das untere Ende des Gasführungskörpers
14
geschoben und wird in seiner Stellung durch einen Federring 30 gehalten.
Der Außenring 32 ist in das untere Ende der Gasführungshülse 22 eingeschoben und
wird in seiner Stellung durch einen Federring 38 gehalten.
In F
i g. 3 ist die Baueinheit L unterhalb des Gasführungskörpers 44 angeordnet.
Der Innenring 28
umschließt dicht die Elektrode 16, und der Außenring
32 ist festgeklemmt zwischen der Stirnfläche der Gasführungshülse 48 und
einer inneren Schulter der Düse 46.
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In F i g. 4 ist der Außenring 32 in ähnlicher Weise zwischen Gasführungshülse
48 und der auf diese aufgeschraubten Düse 46 festgeklemmt. Dagegen ist der Innenring
28 zwischen der Stirnfläche des Gasführungskörpers 54 und einer Anlagefläche der
durchbohrten Schraube 56, die in den Gasführungskörper 54 eingeschraubt ist,
festgeklemmt.
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In F i g. 5 ist die Gasführungshülse 48 von einem Isolationsring 58
umgeben, dessen untere Stirnfläche im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die
nach unten gerichtete Fläche der Gaslinsen-Baueinheit L liegt, so daß mit dieser
Brennerausführung Schweißungen an Stellen durchgeführt werden können, welche mit
der längeren Düse 18 nach F i g.1 nur schwierig zu erreichen sind. Diese Verkürzung
der Düse ist nicht durchführbar ohne die Verwendung der feinmaschigen Siebe 24,
da der Austritt des Gases dann in turbulenter Weise erfolgen und durch die Turbulenz
des Gasstromes Luft in die Schweißzone mitgerissen würde. Das Ergebnis wären schlechte
Schweißungen. Ein anderer sehr wichtiger Vorteil, der durch die Verkürzung der Düse
erreicht wird, besteht darin, daß die Elektrode 16 nunmehr relativ weit bis zu etwa
25 mm unterhalb der Stirnfläche der Düse 58 herausragt. Dies erlaubt eine wesentlich
genauere Beobachtung des Schweißbades und dessen Umgebung. Dadurch können besonders
einwandfreie Schweißnähte hergestellt werden. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße
Anordnung die Zugänglichkeit schwer erreichbarer Stellen wesentlich erleichtert.
Ferner betragen die Elektroden-Endenverluste, die bei üblichem Verbrauch der Elektroden
anfallen, nur 45 % der bisherigen Verluste.
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Um trotz geringer Höhe der Gaslinse eine so große aktive Oberfläche
wie möglich zu erreichen, werden die Wände der Gasführungshülse in der Nähe der
Siebe möglichst dünn ausgebildet. Dieses unterstützt auch eine ausreichende Kühlung
des Gasführungskörpers.
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Eine andere wichtige Aufgabe dieser Erfindung ist die Eliminierung
von Gasströmen hoher Geschwindigkeit, die unmittelbar in die Siebe hineingerichtet
sind. Derartige Gasströme wirken sich ungünstig auf die Vergleichmäßigung der Strömung
aus mit dem Ergebnis einer Verminderung des Gasschutzes. Durch zusätzliche Lagen
von Sieben könnte dieser Zustand korrigiert werden. Dies würde aber eine Erhöhung
der Kosten für die Gaslinse bedeuten. Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung
fließt das Schutzgas aus einer Anzahl von Öffnungen in dem Gaszuführungskörper radial
in eine den Gasführungskörper umgebende Kammer und prallt gegen die Innenfläche
der Düse. Dadurch wird eine Umlenkung des Gasstromes und eine Umwandlung dessen
hoher Geschwindigkeit in dem gegenüber den radialen Bohrungen größeren Querschnitt
der Kammer in eine langsame Geschwindigkeit erreicht, bevor der Gasstrom in die
Gaslinse eintritt. Ein weiteres Merkmal ist, daß durch Reibung die kinetische Energie
reduziert wird, was eine weitere Unterstützung in der Bildung einer kohärenten Strömung
des Gasflusses durch die Drahtsiebe bedeutet. Bei der Verwendung derartiger Siebe
kann eine größere Masse an dem unteren Teil des Gasführungsteils vorgesehen werden.
Die größere Masse gewährleistet eine wirkungsvollere Kühlung und eliminiert dadurch
das bekannte Problem der Abhängigkeit des Schweißelektrodendurchmessers von der
Größe des Gasführungskörpers. Es ist nunmehr möglich, eine ausreichende Masse zu
verwenden, um einen größeren Gasführungskörper zu erhalten, und auch größere Schweißelektroden
zu verwenden, als es mit dieser Brennergröße bisher möglich war. Bei früheren Brennerausbildungen
wurde es als erforderlich angesehen, eine relativ große ringförmige Öffnung zwischen
dem Gasführungskörper und der Gaszuführungshülse vorzusehen, um einen ausreichenden
Gasschutz zu erhalten. Auf Grund der vorliegenden Erfindung kann diese Fläche reduziert
werden, wodurch der Einbau eines größeren Gasführungskörpers und die Verwendung
größerer Schweißelektroden möglich ist. Zum Beispiel dort, wo bisher nur 3-mm-Schweißelektroden
verwendet werden konnten, ist es nunmehr möglich, Elektroden mit einem Durchmesser
von 4 mm zu gebrauchen. Eine derartige Anordnung erlaubt eine größere Flexibilität
beim Schweißen.
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Außerdem ist ein weiterer Vorteil der Anwandung derartiger Siebe,
daß außergewöhnlich niedrige Gasdrücke vorhanden sind. Dadurch können die Ränder
solcher Siebe ohne Schwierigkeiten abgedichtet werden; außerdem treten keine Probleme
in der Verhinderung von Leckströmen auf.