DE1440583A1

DE1440583A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines zusammengezogenen Lichtbogens

Info

Publication number: DE1440583A1
Application number: DE19621440583
Authority: DE
Inventors: Sunnen Jean Albert Francois
Original assignee: SOUDURE AUTOGENE ELECT
Current assignee: SOUDURE AUTOGENE ELECT
Priority date: 1961-02-06
Filing date: 1962-02-01
Publication date: 1969-04-10
Also published as: FR1288768A; US3197605A; GB986583A; CH379021A

Description

Expl.

LA. SOUIKJBE ELEGTRIQUE AUTOGEIiE PROOEDES AHOOS, SiA₀, Brüssel

(.Belgien)

Vorrichtung zur Erzeugung eines zusammengezogenen Lichtbogens

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zusammengezogenen Lichtbogens, der zwischen dem freien Ende einer ersten Elektrode und. dem Eingang einer zweiten Elektrode überspringt, die hohl ausgebildet und in der Achse der ersten Elektrode angeordnet ist, wobei die von dem Lichtbogen ionisierten ü-ase bis über das andere, als Austrittsende bezeichnete Ende der hohlen Elektrode mittels unter Druck um das Ende der ersten Elektrode zu deren Schutz umlaufenden Argons getrieben wird, und wobei in der hohlen Elektrode außerdem Kanäle vorgesehen sind, die dazu dienen, in diese Elektrode an zwischen deren i Eingang und Austritt liegenden ±*unkten Druckgasstrahlen seitlich auf die .achse dieser Elektrode einzuführen.

Vorrichtungen dieser Art sind bereits bekannt, bei denen in der hohlen ijlektrode ein seitlicher Kanal vorgesehen ist, um in den diese Elektrode durchsetzenden zusammengezogenen Lichtbogen pulverisiertes lviaterial einzuführen, welches heiß auf ein Teil aufgeworfen werden soll. Dieses in den Lichtbogen eingeführte Ma- . : terial wird entweder durch die Y/ärme des Lichtbogens vor dem

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Auftreffen auf das l'eil geschmolzen oder im festen Zustand auf dieses 'feil geworfen, an welchen es haftet, da dieses durch die _;/ärme des Lichtbogens genügend aufgeweicht ist.

i der bekannten Vorrichtung verläuft die Achse des seitlichen Strahles senkrecht zur Achse der hohlen Elektrode, oder sie bildet mit dieser Achse einen spitzen Winkel, dessen öcheitel etwas näher dem Eingang der hohlen Elektrode als der Stelle liegt, wo der Strahl in die Höhlung dieser Elektrode eindringt. Daraus folgt, daf3 dieser Strahl parallel zur ii-chse der hohlen elektrode eine Komponente ausbildet, die gleich null oder der elektromagnetischen Blaswirkung entgegengerichtet ist, die den Lichtbogen in Verbindung mit dem Schutzgas der ersten Elektrode in der hohlen .Jlektroae vorantreibt«

Ziel uer ...,rfindung ist es, die Wirksamkeit des zusammengezogenen Lichtbogens zu verbessern und zwar sowohl in dem Fall, in welchem er aazu dient, ein material auf einen zu behandelnden Teil aufzubringen, als auch in dem lall, wo er in bekannter ■••/eise lediglich zum ürwärnen dieses Teiles dient, beispielsweise um dieses zu zersauneiuen, odezv schließlich in dem Fall, in welchem er zur Durchführung chemischer Synthesen dient.

der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die in der hohlen..- :, Elektrode vorgesehen Kanäle derart angeordnet, daß die austretenden Strahlen mit der Achse der hohlen Elektrode spitze '..inkel bilden, deren ücheitel weiter von dem Eingang der hohlen

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Elektrode entfernt sind, als.die Punkte, an denen die Strahlen in die hohle Elektrode eindringen.

iiö ist bereits vorgeschlagen worden, eine Vorrichtung zur !Urzeugung eines zusammengezogenen Lichtbogens anzuwenden, um geschmolzenes oder in Pulverform befindliches Material auf ein thermisch zu "behandelndes I¹ eil zu werfen, beispielsweise um ein Teil mit einem anderen zu verschweißen, oder um dieses !'eil mit einer Materialschicht zu überziehen, die infolge einer hin- λ reichenden Erweichung dieses Materials daran haftet, ^s ist v/eiter vorgeschlagen worden, keine otoffe auf diese zu schweißenden l'eile zu werfen, sondern ein reagierendes üaa in die Vorrichtung einzuführen, welches in Berührung mit dein Lichtbogen stark erwärmt wird. In einem besonderen i'all dieser letzteren .anwendungsform wird das Schneiden von metallischen teilen mittels eines zusammengebogenen Lichtbogens in (J-egenwart eines den ochheidvorgang begünstigenden üases vorgenommen, wobei beispielsweise .»ci.Bserstofx dem ocuutzgas der ersten Elektrode hinzugefügt wird. "

Bei gewissen bekannten Vorrichtungen wird das aufzuwerfende ketal! in Form eines Drahtes oder in Ji'orm eines in eineia ü-austroöi aus^eiluiortfen Pulvers in eine Kammer eingeführt * in der der liiclrbbogen zwischen einer ersten Elektrode und dem Eingang der hoitlen Elektrode überspringt. Bas Materialj welches durch die*öS kitgerisseri wird, muß im BereicH des überspringeiiden Lichtbogens in diesen eindringeni doch ist an dieser i

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die Elektrode am wärmsten, und das material hat das xSestreben, daran zu haften. In bestimmten !'allen v/erden ü-asgeinische verwandt, um beispielsweise die wärmeübertragung auf das 'jJeil zu verbessern, und dieses zu zerschneiden, oder um ein chemisches lieaktionsgas zu erwärmen.

Die Einführung diesesü-ases oberhalb des überspringenden Lichtbogens erhöht die Gefahr der beschädigung der Elektroden durch anodische und kathodische Flecken, auf chemischem lege im i/alle eines reagierenden G-ases (beispielsweise Op, üüp, Hp) oder auf.thermischem Me ge im tfalle eines G-ases von hoher thermischer Leitfähigkeit (H₂> Np> He).

Bei anderen bekannten vorrichtungen besteht die erste Elektrode aus einem nicht abschmelzenden werkstoff, und ihr Ende wird von einem ersten Gas geschützt, welches zwischen dieses und eine hohle Hilfselektrode eindringt, die das Zünden des Lichtbogens begünstigt, während die hohle Hauptelektrode, d.h. diejenige, von welcher der Lichtbogen überspringt, um die ihm zugeordnete Arbeit zu leisten, von der hohlen Hilfselektrode durch eine ringförmige Kammer getrennt ist, in die durch eine seitliche Leitung lediglich ein zweites G-as oder ein ein Pulver in Suspension aufweisendes zweites G-as eingeführt wird.

Die erste Elektrode ist an die Stromquelle angeschlossen, die außerdem einerseits unmittelbar an die hohle Hauptelektrode und andererseits indirekt an die hohle Hilfselektrode über

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einen Y/iderstand angeschlossen ist, dessen Jert so groß ist, daß oei überspringendem Lichtbogen der Jtrom in dem die hohle Hilfselektrode aufweisenden Kreis beträchtlich geringer ist, als in dem Kreis mit der hohlen xiauptelektrode, beispielsweise um das 50-fache geringer. Aus diesem Grund erfährt der die ringförmige Kammer durchsetzende Lichtbogen an seinem Eintritt in die hohle Hauptelektrode eine beträchtliche örtliche Temperaturerhöhung. An diesem Punkt ist die hohle Hauptelektrode gleichfalls einem starken Wärmestrom ausgesetzt.

Wie im Falle der obigen Vorrichtungen vergrößert die Einführung der Gase oberhalb des Bereiches des überspringenden Lichtbogens die Gefahr der Beschädigung der elektroden mittels anodischer oder kathodischer Zersetzung auf chemischem wege im Falle eines reagierenden Gases, wie z.B. Sauerstoff, Kohlensäureanhydrid oder Wasserstoff, oder auf thermischem wege im Falle eines Gases von hoher thermischer Leitfähigkeit wie z.B₀ '»/asserstoff, stickstoff oder Helium.

Eb ist außerdem zu bemerken, daß bei den beiden Arten von Vorrichtungen, bei denen das zweite Gas in eine Kammer eingeführt wird, in der der Lichtbogen überspringt, bevor er in die einzige vorgesehene hohle Elektrode oder in die hohle Hauptelektrode gelangt, das zweite Gas nicht in Form von

strahlen in den Lichtbogen eindringt. Darüberhinaus behindert das zweite Gas das Durchdringen des ersten dchutzgases in der Kammer, so daß es unerläßlich ist, dieses bei einem Druck ·

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zu halten, der oberhalb dem des zweiten Ü-ases liegt.

•schließlich sind öchweißgeräte beirannt, bei denen das Ende der ersten Elektrode diirch ein G-as geschützt ist, welches darauf mit einem zusammengezogenen Lichtbogen in einer hohlen Elektrode umläuft, währenu ein zusätzlicher üchutzgasschirm um den !eil des Lichtbogens gebildet wird, der über den Ausgang dieser hohlen Elektrode hinaus bis zu dem an die stromquelle angeschlossenen zu schweißenden !eil geht. Dieser zweite Schirm wirkt der Ausbreitung des Lichtbogens entgegen, die bestrebt ist, sich am Austritt aus der hohlen Elektrode auszubreiten sowie zur verbesserung des Schutzes des Üchweißbades, doch hat dieser zusätzliche Schirm von Schutzgas nicht die Wirkung, die thermische wirkung des Lichtbogens gegenüber dem zu schweißenden i'eil wirksam zu verstärken.

Jei der erfiudungsgemäßen Vorrichtung trägt die -dichtung der. unterhalb des üusgangsbereiches des Lichtbogens in das von diesem ionisierte G-as eindringenden ütrahlen des zweiten J-ases dazu bei, die kinetische Energie aes gegebenenfalls geschmolzene oder leste Teilchen mitreißenden ionisierten liases zu erhöhen.

In der ^.bwesenheit von durch das G-as mitgerissenem ..aterial wird die ^cimeidwirkung oder die Kerbwirirang verbessert, herden, geschmolzene oder feste x'eilchen mitgerissen, werden diese viel heftiger auf aas zu behandelnde Teil geschleudert.

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Jiei einer bevorzugte-α Ausführung a form der Erfindung, die auf den if'all anwendbar ist, daß ein abschmelzender schweißdraht im LichtDogen geschmolzen wird, wird dieser Schweißdraht durch eine jrahtführung in den !eil des zusammengezogenen Lichtbogens eingeführt, der bereits das zweite Ü-as innerhalb der hohlen Elektrode aufgenommen hat. Außerdem sind die Kanäle, durch die das zweite ü-as in die hohle Elektrode eindringt, derart ausgerichtet, daß die Achsen dieser, otrahlen höchstens einige millimeter von der Achse des Schweißdrahtes auf die -achse der hohlen JBlektrode auftreffen.

,.eitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung er- ■ geuen sich aus der folgenden .üeschreibung einiger besondere zweckmäßiger Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

]?ig.1 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer ersten Ausführun- sf orm zum Vej.-sch.weissen zweier .!.'eile mittels eines der Vorrichtung züge- ( führten rulvergemisch.es;

i'^lig.2 einen Schnitt analog dem nach 3Pig.1 durch einen Teil einer anderen Vorrichtung zum ScJineiden beliebiger i/erkstof f e;

i'ig.3 einen querschnitt nach Linie III-III in Pig.2;

i'ig.4, 6, 8 und 10 der Pig.2 entsprechende Schnitte durch vier abgeänderte .JAsf ührungsformen zum Schweißen; .

!•'ig.i>, 7, 9 und 11 der I¹Xg.3 entsprechende ociinitte nach den- 9C9B1G/019B BAD ORIGINAL

Linien Y-Y, YII-VII, IX-IX und XI-XI in den Fig» 4, 6, 8 und 10.

In den verschiedenen Figuren Id e zeichnen gleiche ±3 e zug sz eichen identische Elemente.

In i'ig.i ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zusammengezogenen Lichtbogens durch das freie Ende 2 eine./ ersten Elektrode, beispielsA.^reise aus feuerfeatem iiaterial, und die ■ffnung 4 einer zweiten Elektrode 5 dargestellt, die hohl und in aer Achse der ersten Elektrode 3 angeordnet ist. Deren axiale ütexlung ist in einem stromführenden Halter 6 einstellbar. Die Eiiire ge lung aer axialen Stellung der Elektrode 3 kann durch Drehen eines Handels 7 erfolgen, welches an einer Schraube befestigt ist, die in ein Seil 9 eingreift, das den oberen ¹Ueil der Vorrichtung bildet.'

In diesem i'eil ist eine Kammer 10 vorgesenen, in die Argon unter Druck durch eine Leitung 11 eingeführt werden kann, die an ein Rohr 12 angeschlossen ist, welches'mit einem nicht wiedergegebenen Vorrat an Argon in Verbindung steht. Dieses Gas strömt durch die am Umfang des Haltete 6 vorgesehenen Nuten 13 in eine Kauiner 14, in der das Ende der Elektrode 3 gelagert ist. Es entweicht aus dieser Kammer durch die hohle Elektrode 5 und schützt dabei das freie Ende der Elektrode.

In der Elektrode 5 sind schräg verlaufende Kanäle 15 vorgesehen, um'an Punkten,.wie den mit 16 bezeichneten, die zwischen dem Eintrittse/nde; 4- und dem Austrittsende 17 der Elektrode liegen,

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Strahlen eines zweiten unter Druck stehenden Gases in die Höhlung einzuführen, welches dazu dient, in den lichtbogen Pulver einzuführen, um auf den zu verschv/eißenden Ütücken 18 ein üchweißbad zu . bilden und gegebenenfalls dieses Bad gegen die atmosphärische Luft abzuschirmen. Die Kanäle 15 verlaufen in der ',.eise schräg, daß der ocheitel der von den Kanälen mit der .achse der hohlen Elektrode gebildeten spitzen \/inkel weiter von dem Eingang 4 der hohlen Elektrode entfernt sind, als die Punkte 16, an denen die otrahlen in die Höhlung der Elektrode eintreten.

Das Pulvergemisch wird den Kanälen 15 durch ein Rohr 19 zugeführt, das an eine Leitung 20 angeschlossen ist, welcheiarerseits mit einer Hingnut 21 in Verbindung steht, in die die verschiedenen Kanäle 15 einmünden.

Die elektrische Verbindung der ersten Elektrode 3 und der hohlen Elektrode 5 ist schematisch wiedergegeben, wobei diese beiden Elektroden unmittelbar über Leiter 23 und 24 an eine Stromquelle 22 angeschlossen sind. Selbstverständlich brauchen diese lediglich an die Außenfläche der gegeneinander isolierten, jedoch mit den Elektroden 3 und 5 in leitender Verbindung stehenden Metallteile angeschlossen zu werden, aus Pig.i geht hervor, daß die Elektrode 5 in elektrisch leitender Verbindung mit einem Metallteil 25 im unteren Teil der Vorrichtung steht, welches an dem überteil durch einen mit einem G-ewinde versehenen isolierten Hin/; befestigt ist, der dieses i'eil gegen eine isolierende ooheibe 27 drückt. Das gleichzeitig mit den 'feilen 9 und ·

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25 in Verbindung stehende l'eil 28 ist gleichfalls ein isolierendes Clement. Ls besteht beispielsweise aus feuerfestem Laterial.

In den ieilen 9 und 25 sind Kammern 29 und 30 ausgebildet, die mittels eines ü-ummirohres 31 in Verbindung stehen, und in denen ein strömendes Kühlmittel umlauft.Dieses wird beispielsweise durch einen metallischen .ansatz 32 zugeführt und uurch einen anderen metallisehen Ansatz 33 abgeleitet. Die elektrischen leiter 23 und 24 sind an diesen Ansätzen befestigt und dienen dazu, die "Elektroden 3 und 5 an die stromquelle 22 anzuschließen.

i der Ausfiuirungsform nach aen i'ig.2 Lind 3 v/erden die Kanäle 15 ausschließlich von unter ijruck stehendem u-c.s durchströmt, jjiese --usfülirun-sform eignet sich zur das uCiineiüen beliebiger .erkstoffe. Die Länge des über das .ois tritt sende der hohlen Elektrode hinaasreichenden Lichtbogens erhöht sich für einen gegebenen Druck, wenn aer i/ert des spitzen .,inlcels, uen die -ochsen dieser Kanäle mit der .^crise der hohlen Elektrode bilden, annimmt, ^us x''ig.2 ^eht hei'vor, daß dieser , inkel etwa 45 beteägt, es ist jedoch von Vorteil, einen wesentlich kleineren ..inkel aüzuwenaen.

.Ljei der in den ü'ig.4 und 5 v/i edergegebeiien Ausführungsform liegt aer winkel, den die Achse des Kanals 15 mit der .achse aer hohlen Elektrode einschließt, unterhalb 35 · laese Kanäle führen lediglich unter Druck stehendes ίί-as in die Elektrode eiii. Die -tt-chsen der Kanäle schneiden sich an einem Punkt 34> der

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gleichzeitig von der Achse des Kanals 35 geschnitten wird, der der Halterung eines Drahtes 36 dient, dessen Zusammensetzung in kjusaiiimenhang mit der Art des niederzuschlagenden ^etalls steht, welches durch die verschiedenen G-asstr^hlen auf das \verkstück geworfen wird. Dieser jJraht ist vorteilhafterweise mit einem zur öchlackenbildung dienenden Flußmittel versehen. Indessen mann in "bestimmten !'allen auf die Verwendung eines Flußmittels dieser Art verzichtet werden, wenn das durch die schrägen Kanäle zugeführte ü-as und das aus der Kammer 14 st am- | mende geeignet sind, das Metall gegen die Außenluft abzuschirmen. In dem Maß., wie der Draht 36 im Lichtbogen schmilzt, wird er durch die von der Vorrichtung getragenen Rollen 37 zugeführt.

Bei der Ausführungsform nach den Fig.6 unu 7 liegt der spitze ,winkel, den die Kanäle 15 mit der Achse der hohlen illeictrode ■bilden, unterhalb 30°. Der iichnittpunkt 34 eier achsen dieser Kanäle liegt diesmal außerhalb der hohlen Elektrode 5. Der Draht 36 Avird ebenfalls so geführt, daß seine Achse annähernd durch diesen .Punict geht, ilierbei ist ein Abstand von wenigen ilillimetern zwischen der ^chse des Drahtes und dem Punkt 34 zulässig. Die kinetische Energie des durch die Gasstranlen aufgeworfenen .uaterials steigt in dem Maße, wie der spitze ./inkel zwischen den Kanälen 15 und der .achse der hohlen Elektrode abnimmt, bei gleichem (iasdruck.

der Ausführungsform nach den Fig.8 und 9 tritt zu dem dats jjnde der Elektrode 3 schützenden, in der Kammer 14 umlaufen

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.den Argon ein anderes unter Druck stehendes Gas der Leitung 20 in eine halbringförmige Nut 21 ein. Dieses andere Gas führt Pulver eines Metalls oder einer anderen in heißem Zustand an der iiustrittsseite der Vorrichtung niederzuschlagende Substanz mit sich. Die Strahlen von in dem Gas suspendierten Pulver gelangen durch zwei Kanäle 15 in den Lichtbogen, deren Achsen sich im gleichen Punkt wie die .achsen der beiden anderen Kanäle .15' schneiden, die mit einer anderen halbringförmigen Hut 21' in Verbindung stehen, jjiese wird von einem anderen in Gas suspendierten Pulver durchströmt, welches durch eine Leitung 20' zugeführt wird.

Die Kanäle 15 und 15' in den I'ig.8 und 9 weisen die gleiche neigung auf, und ihre Austrittsöffnungen 16 und 16' liegen im glei· chen Niveau, doch läßt sich der gleiche Schnittpunkt der Achsen der verschiedenen Kanäle auch unter deren Aufteilung in mehrere Gruppen erreichen, die verschiedene Neigung aufweisen und deren ^ustrittsöffnungen in verschiedenem Niveau liegen. Dies ist in den Eig.10 und 11 wiedergegeben, nach denen vier durch eine Hingnut 21 gespeiste Kanäle 15 vorgesehen sind, deren Austrittsenden 16 in einem von den Austrittsöffnungen 16''von vier anderen Kanälen 15''verschiedenen Niveau liegt, die mit der Achse der hohlen Elektrode einen größeren spitzen Winkel bilden, als" die Kanäle 15. Die Kanäle 15''werden dui'ch e.ine Ringnut 2t¹' gespeist, die mit einer Leitung 20'' in Verbindung steht, welche ein anderes in einem unter Druck stehenden Gas suspendiertes Pulver zuführt· als die Leitung 20«

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Unter Verwendung zweier durch verschiedene Gase geförderter .Pulver läßt sich die Zusammensetzung des Ü-esamtniederachiages durch eine Veränderung der einteile der beiden Oase oder der in einem dieser G-ase oder in beiden suspendierten Stoffe leicht verändern.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht toif die im Vorstehenden beschriebenen und in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführun^sbeispiele beschränkt, sondern es sind demgegenüber f zahlreiche Abänderungen möglich, ohne daß diese vom Grundgedanken der Erfindung abweichen.

So muß beispielsweise die Elektrode 3 nicht notwendigerweise eine feuerfeste Elektrode sein. Besteht diese aus einem schmelzbaren Metall, kann sie mit einem inneren oder äußeren Flußmittel versehen sein. Der kontinuierliche Vorschub kann dabei in an sich bekannter «/eise vorgenommen werden.

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Claims

-H-

U4058 3

Patentansprüche

Vorrichtung zur Erzeugung eines zusammengezogenen Liolrfrbogens, der zwischen dem freien Ende einer ersten Elektrode und dem Eingang einer zweiten hohlen und in der Achse der ersten Elektrode angeordneten Elektrode überspringt, wobei die von dem Lichtbogen ionisierten U-ase "bis über das andere, als Austrittsende bezeichnete Ende der hohlen Elektrode mittels unter Druck stehenden und zum bchutz der ersten Elektrode um deren Ende umlaufenden Argons getrieben werden, und wobei in der hohlen Elektrode Kanäle vorgesehen sind, um seitlich zur Achse dieser Elektrode gerichtete strahlen eines unter Zurück stehenden Gases an zwischen dem Eingang und dem Austritt liegenden Punkten der hohlen Elektrode in diese einzuführen, ds.durch gekennzeichnet, daß die Kanäle (15) bzw. die aus diesen austretenden dtrahlen mit der ^chse der hohlen Elektrode (5) spitze Vinkel bilden, der^n ochtfeitel v/eiter von dem Eingang der hohlen Elektrode entfernt liegen als die Punkte (16), an denen die Kanäle bzw. die otrahlen in den Hohlraum der Elektrode einmünden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spitzen v/inkel höchstens 45 betragen. '
3» Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, · daß eine !Drahtführung (35 bzw.37) vorgesehen ist, welche einen abschmelzenden Schweißdraht (36) in den !Teil des Lichtbogens einführt, dem das zweite üas bereits in der hohlen Elektrode zugeführt wurde, um hier geschmolzen und auf das v/erk-

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_ ₁₅ _ U40583

stück geworfen zu wurden, und daß die Kanäle (15)» durch welche die u-asstrahlen in die hohle Elektrode eindringen, so gerichtet sind, daß die .achsen der (J-asstrahlen die Achse der hohlen Elektrode höchstens einige liillimeter von der Achse des üchweißdrahtes entfernt schneiden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt der .achsen'der schrägen Kanäle (15) bzw. der aus diesen ausströmenden ü-asstrahlen mit der ^chse des Schv/eiß- λ drahtes (36) sowie mit der xxchse der hohlen Elektrode (5) in- ' nerhalb dieser liegt.
5. Vorrichtung nach einem der .Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen Kanäle (15) an verschiedene Speiseleitungen für verschiedene ü-ase angeschlossen sind und sich die Achsen aller Kanäle in einem Punkt schneiden·

Aachen, den 30. Januar 1962

Die Patentanwälte: durch

(Leo Schmetz)

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