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Schweißbrenner für das Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit
abschmelzender Drahtelektrode
Die Erfindung betrifft einen Schweißbrenner
für das Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Drahtelektrode mit einem
Kontaktstück für die Übertragung des elektrischen Stromes von einer Stromzuführungsschiene
auf den Schweißdraht.
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Es ist bekannt, daß beim Schutzgas-Lichtbogenschweissen mit abschmelzender
Drahtelektrode die Übertragung des elektrischen Stromes auf den Schweißdraht eine
der am meisten ins Gewicht fallenden Störungsquellen darstellt. Die Einrichtungen
für diese Stromübertragung müssen so ausgebildet sein, daß der Schweiß. Strom gleichmäßig
und möglichst in immer gleicher Entfernung von der Schweißstelle übertragen wird.
Gleichzeitig darf die Schutz-
Basströmung durch solche Einrichtungen
nicht gestört werden, und die vom Lichtbogen auf die Kontaktstellen übertragene
Wärme muß auf unschädliche Weise abgeführt werden. Die bei Schweißbrennern bekannten
Einrichtungen zur Übertragung des elektrischen Stromes auf den Schweißdraht sind
die sogenannten Kontakt- oder Drahtdüsen. Solche Kontaktstücke bestehen im allgemeinen
aus einem dickwandigen Röhrchen, 'das aus einem den elektrischen Strom gut leitenden
Material, beispielsweise aus Kupfer, hergestellt ist. Beim Schweißen wird der Schweißdraht
mit Hilfe einer Drahtvorschubeinrichtung durch die Röhrchen hindurchgeführt, Wenn
die Bohrung dieser Röhrchen eng ist, ergibt sich zwar ein verhältnismäßig guter
elektrischer Kontakt, doch kann der Förderwiderstand für den Draht, insbesondere
wenn dieser dünn ist, dann leicht zu groß werden, so daß Stockungen in der Drahtförderung
eintreten. Umgekehrt führt eine verhältnismäßig weite Drahtdüse einerseits zwar
zu einer störungsfreien Drahtförderung, andererseits wird jedoch in diesem Falle
der Stromübergang dadurch gestört, daß die eigentliche Kontaktstelle längs der zur
Verfügung stehenden Röhrchenlät ge wandert und der Lichtbogen unregelmäßig brennt.
Aber auch dann, wenn Förderwiderstand und Stromübergang verhältnigmäßig günstig
aufeinander abgestimmt sind, treten bei den bekannten Drahtdüsen in jedem Falle
nach kurzer Betriebszeit des Schweißbrenners Störungen auf Grund des raschen Abriebes
der Innenfläche der Kontaktdüse auf.
Es wurde deshalb versucht,
diesen Störungen dadurch zu begegnen, daß kleine und vor allem kurze Drahtdüsen
verwendet werden, die schnell ausgewechselt werden können. Die Anwendung solcher
Drahtdüsen besitzt einige Vorteile in Bezug auf die Sicherheit der Schweißung, insbesondere
durch Einhaltung einer konstanten Entfernung der Stromübertragungsstelle vöm Lichtbogen.
Demgegenüber haben diese-Drahtdüsen kleiner Masse jedoch den Nachteil, daß sie sehr
schnell zu heiß werden und-damit wiederum den Drahtvorschub hemmen. Außerdem zwingt
ihre Befestigung am Schweißbrenner, die-leicht zugänglich sein muß, zu Maßnahmen,
die-Störungen in der Schutzgasströmung bewirken und dadurch zu fehlerhaften Schweißnähten
führen: Alle beschriebenen Nachteile der bekannten Kontaktstücke zur Übertragung
des elektrischen Stromes auf den Schweißdraht-treten in besonderem Ausmaße bei großen
Schweißstromstärken auf. Aus diesem Grunde können Hachstromlichtbögen, beispielsweise
mit 400 A und mehr, mit diesen Schweißbrennern nichtbetrieben werden: Der Erfindung
liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schweißbrenner für das Schutzgas-Lichtbogenschweißen
mit abschmelzender Drahtelektrode zu entwickeln, der sowohl eine gleichmäßige und
gleichbleibende Stromübertragung von einem Kontaktstück auf den Schweißdraht als
auch eine hierdurch urigestörte Sch-,tzgasströmung gewährleistet und der insbesondere
für Lichtbögen hoher Stromstärke geeignet ist.
Diese Aufgabe wird
dadurch gelöst, daß das Kontaktstück die Form eines langgestreckten Prismas aufweist,
welches mit seiner ü Längsachse parallel zur Mittelachse der Stromzuführungsschiene
in diese eingelassen ist und dessen einer als Gleit- und Kontaktfläche ausgebildeter
Seite federnde, mit der Stromzuführungsschiene verbundene Andruckelemente für den
Schweißdraht zugeordnet sind.
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Diese erfindungsgemäße Ausbildung des Schweißbrenners erfüllt im Gegensatz
zu den bekannten Brennern mit Kontaktdüsen alle Bedingungen für einen reibungslosen
Betrieb des Schweißbrenners gleichzeitig. Der elektrische Strom geht mit Sicherheit
immer an der gleichen Stelle, nämlich--dort, wo die federnden Andtickelemente angeordnet
sind, auf den Schweißdraht über. Hierbei bleiben durch die Federung der Andruckelemente
die Kontakteigenschaften der Stromübergangsstelle, insbesondere der Abstand der
Kontaktstellen von der Schweißstelle, ebenso wie der an sich geringe Förderwiderstand
für den Draht auch bei Abrieb der Kodaktstellen auf der Gleit- und Kontaktfläche
des Kontaktstückes längere Zeit konstant-. Das Kontaktstück ist erfindungsgemäß
in die Stromzuführungsschiene so eingelassen, daß seine Längsachse parallel zu deren
Mittelachse verläuft, wobei alle Andruckelemente störungsfrei in einem Hohlraum
der Stromzuführungsschiene untergebracht sind. Durch die erfindungsgemäße Anordnung
des Kontakt-Stückes innerhalb der gut gekühlten Stromzuführungsschiene wird
darüberhinaus
erreicht, daß das Kontaktstück keine schädliche Wärme vom Lichtbogen aufnehmen kann,
bzw. eine solche leicht abgeführt wird. Die Lichtbogenstrahlung selbst und auch
Metallspritzer vom Lichtbogen können hierbei nicht zu den Kontaktstellen gelangen.
Diese Vorteile machen den erfindungsgemäßen Schweiß brenner zu einem Hochleistungsbrenner
der mit auch extrem grossen Stromstärken betrieben werden kann: Bei einer vorteilhaften
Ausbildung des Kontaktstükkes, das beispielsweise aus Kupfer oder einem anderen
elektrisch gut leitenden` Material bestehen kann, ist als Gleit- und Xontaktfläche
eine im Querschnitt U-förmige Längsnut vorgesehen, in welcher der Schweißdraht gleitet.
Als besonders vorteilhaft haben sich Andruckelemente erwiesen, die aus an der Stromzuführungsschiene
befestigten und federnd auf den Schweißdraht gedrückten Andrückrollen bestehen.
Zweclflnäfligerweise besitzen diese Rollen Kugellager und sind. gegenüber der Stromzuführungsschiene
als Schutz gegen StromdurchfluB und dadurch verursachter Funkenbildung elektrisch
isoliert. Hei einem auf diese Weise ausgebildeten Kontaktstück ist der Förderwiderstand
für den Schweißdraht äußerst gering und gleichzeitig ein einwan&'Neier elektrischer
Kontakt gewährleistet. Hierbei ist es besonders günstig, wenn mehrere Andrückrollen,
beispielsweise vier, verwendet werden, durch die der Stromübergang auf mehrere Kontaktstellen
verteilt wird. Auch dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn große Stromstärken
und dicke Schweißdrähte, beispielsweise
bei der Maschinenschweißung,
zur Anwendung kommen sollen.
lieh. Außerdem besitzen sie den Vorteil, daß das Kontaktstück, wenn dessen Längsnut
nach längerer Zeit durch Abrieb zu tiefgeworden ist, auf einfachste Weise gegen
ein neues Kontaktstück ausgetauscht werden kann. Das Auswechseln des Kontaktstückes
erfolgt von der Vorderseite des Schweißbrenners her durch Einschieben in die Stromzuführungsschiene.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist der in die
Stromzuführungsschiene eingelassene Hohlraum, in dem sich die Stromübertragungseinrichtun=
gen-befinden, mit einer auswechselbaren Hülse umgeben und der dadurch entstehende
geschlossene Innenraum mit Schutzgas gefüllt. Hierdurch sind die empfindlichen Kontaktstellen
dem Angriff durch den Luftsauerstoff entzpgen, der sonst durch das Fördersystem
für den Schweißdraht zu den Stromübertragungsteilen gelangen könnte. Darüberhinaus
wird verhindert, daß Luft durch die stirnseitige Austrittsöffnung für den Schweißdreht
zur Schweißstelle vordringen kann. Schließlich kann der Sehutzgasstrom unabhängig.von
den StromUbertragungseinrichtungen in einem ringförmigen Hohlraum außerhalb dieser
Hülse und innerhalb eines äußeren Mantels störungsfrei der Gasdüse: zugeleitet werden.
Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Figuren schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 einen- Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Schweißbrenner.
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Fig. 2 einen weiteren Querschnitt durch denselben Schweißbrenner.
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Fig. 3 eine Draufsicht auf den geöffneten Schweißbrenner nach den
Fig: 1 und 2.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eineE erfindungsgemäßen
Schweißbrenners, dessen Längsachse in der Schnittebene liegt. In die massive Strömzuführungsschiene
1 ist erfindungsgemäß ein Kontaktstück 2 eingelassen; welches di,, Form eines langegestreekten
Prismas aufweist. Das Kontaktstück 2 besitzt eine U-förmige Längsnut :3 (siehe Fig:
2), in welcher der Schweißdraht 4 gleitet. Der Durchmesser des U-Bogens der Längsnut
3 ist etwas größer als der Durchmesser des Schweißdrahtes @+.
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Die Stromzuführungsschiene 1 besitzt einen Hohlraum 5, in dem die
Einrichtungen für die Stromübertragung von der Stromzuführungsschiene 1 auf den
Schweißdraht 4 untergebracht sind: Im Hohlraum 5 befinden sich bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel insgesamt vier Andrückrollen 6. Diese AndrUckrollen o bestehen
jeweils aus einem Reifen 7, dessen metallische
Oberfläche eine
große Abriebsbeständigkeit besitzt, einem Kugellager $ und einem zu den Andrüekrollen
6 koaxialen zyliädrischen Isolierkörper 9.
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Die Isolierkörper 9, die jeweilä auf beiden Seiten'.," der Andruckrollen
6 ein geeignetes Stück herausragen, liegen in halbkreisförmigen Ausschnitten 10
von zwei rechteckförmigen Längsleisten 11, die ein Teil der Stromzuführungsschiene
sind. Die Isolierkörper 9 und damit die Rollen 6 werden jeweils paarweise durch
Federbügel 12, die sich an durch die beiden Längsleisten 11 gesteckten Rundstäben
13 abstützen, nach unten auf den Schweißdraht 4 gedrückt. Die Isolierkörper
9 liegen hierbei locker in den
Ausschnitten 10, deren Unterseite sie im
Normalfalle nicht be-
rühren. Die Ausschnitte 10 dienen für
die Isolierkörper 9 dem-
nach vor allem als Halterung gegen seitliches Verrutschen.
Durch die Isolierkörper 9 wird erreicht, daß der Schweißstrom nicht über die
Andruckrollen 6 auf den Schweißdraht 4 über13ehen kann. Dadurch werden
eventuelle Beschädigungen der Andruckrollen 6 und deren Kugellager 8 durch Funkenbildung
vermieden. Während der Schweißbrenner in Betrieb ist, drehen
sich die
Andruckrollen 6 in ihren Kugellagern 8 auf der Ober-Fläche des nach vorne, gleitenden
Schweißdrahtes 4. Die Andrückrollen 6 bewegen sich hierbei innerhalb von halbkreisförmigen
Ausschnitten 14 im Kontaktstück 2, die der Größe und der Form
der Andruckrollen
6 angepaßt sind, ohne diese zu berühren. Die
:Federbügel 12 drücken
die Andruckrollen 6 auf den Schweißdraht und gewährleisten@so einen sicheren elektrischen
Kontakt zwischen*diesem und dem Kontaktstück 2. Auch wenn das Kontaktstück 2 an
der Unterseite der U-förmigen Längsnut 3 einem Abrieb unterliegt, ändert sich der
Anpreßdruck der Andruckrollen 6 nicht und der elektrische Kontakt zwischen dem Kontaktstück
2 und dem Schweißdraht 4 bleibt gleichmäßig erhalten. Erst wenn der Abrieb so weit
fortgeschritten ist, daß die Isolierkörper 9 in den Ausschnitten 10 aufliegen, läßt
der Anpreßdruck der FederbUgel 12 nach und das Kontaktstück 2 muß gegen ein neues
Kontaktstück ausgewechselt werden.
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Der aus der Stromzuführungssehiene 1 herausgearbeitete Hohlraum 5,
in dem die Stromübertragungseinrichtungen untergebracht sind, ist nach aussen durch
eine rohrförmige Hülse 15 abgeschlossen. Der Hohlraum 5 wird durch einen Kanal 16
mit Schutzgas versorgt, welches dann im Hohlraum 5 unter einem etwas über Atmosphärendruck
liegenden Druck steht. Auf diese Weise wird verhindert, daß durch die Drahtzuführungsbohrung
17
Luft in den Hohlraum 5 eingeschleust wird und damit durch die Kopfbohrung
18 (in den beiden Bohrungen-17 - und 18 gleitet der Schweißdraht locker und nahezu
berührungsfrei) zur Schweißstelle gelangen kann. Außerdem werden durch diese Maßnalrüe
die empfindlichen Stromübertragungsteile, insbesondere jedoch die Kontaktstellen
gegen schädliche Einwirkungen des Luftsaueratoffsgeschützt. - .,
Der
erfindungsgemäße Schweißbrenner besitzt weiterhin einen
äußeren
Mantel 19. Der kreisförmige Kanal 20 zwischen dem Mantel
19 und der Hülse 15 dient der Zuführung des Schutzgases
zum Brennerkopf.
In diesem Kanal 20 kann das Schutzgas auf
Grund,der
erfindungsgemäßen Anordnung der Stromübertragungsein-
richtungen
innerhalb der Hülse 15 völlig störungsfrei strömen
und konzentrisch
der Schweißstelle zugeführt werden. Es besteht
demnach keine Gefahr,
daß im Bereich der Gasdüse auf Grund von
Wirbeln im Schutzgasstrom
Luft in das Schutzgas eingewirbelt werden kann. Dieser Umstand
ist von besonderer Bedeutung, da
beispielsweise beim Schweißen von
Aluminium und Stahl im
Schweißgut bereits dann ein hoher Grad an Porosität
auftritt,
wenn im Schutzgas 0,5 % Stickstoff enthalten sind.
Der
der Schweißstelle zugewandte Teil des Brenner-
kopfes ist in den
Figuren nicht dargestellt, da seine Gestalt
unabhängig vom Erfindungsgegenstand
jedem beliebigen Anwen-
dungszweck angepaßt werden kann: Insbesondere erlaubt
jedoch
der erfindungsgemäße Schweißbrenner eine einfache Konstruktion
der Gasdüse, da der Schutzgasstrom bereits durch den ringförmigen
Kanal 20 in äußerst günstiger Weise zur Vorderseite des
Brennerkopfes
geleitet wird. Schließlich wird der Schweißbren-
ner noch in bekannter
Weine durch Wasser gekühlt, welches durch ein, Kanalsystem 21 in der Stromzuführungsschiene
1 strömt.
_ Der erfindungsgemäße Schweißbrenner besitzt nicht
nur den Vorteil, daß die Stromübertragung auf den Schweißdraht
4 für längere Zeit störungsfrei arbeitet, sondern erlaubt da-
rüberhinaus
ein einfaches und schnelles Auswechseln des Kon-
taktstUckes 2.
Hierzu wird nach Entfernen des äußeren Mantels 19 und
der in den Figuren nicht dargestellten Gasdüse: die Hiils®
15 nach vorne abbzogen, wodurch die StromUbertragungsteile@
zugänglich werden Hierauf werden die Federbügel 12 seitlich
abgenommen
und die vier AndrUckrallen 6 entfernt. Nach Lösen
der Befestigungsschrauben
23 kann schließlich das Kontaktstück 2 nach vorne aus der
Stromzuführungsschiene 1 herausgezogen
und durch ein neues ersetzt Werden.
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In Fig. 3 ist der innere Teil des erfindungsgemässen
Schweißbrenners nach Entfernen der Hülse 15 von obe+esehen dargedtellt..
In dieser Figur sind die Lage und die Ausgestaltung
der StromUbertragungseinrichtungen, insbesondere die' '
Befestigung
der,Isolierkörper 9 und damit der Rollen 6 durch
die Federbügel
2s die unter den Rundstäben 13 hindurchgehen,
an der Stromzuführungsschiene
1 deutlich zu erkennen. Während-der Schweißbrenner in Betrieb ist, gleitet
der Schweißdroht 4 in der U-förmigen Längsnut 3 des Kontaktstückes 2 nach vorne,
wobei sich die den Schweißdraht 4 auf das Kontaktstück
2 drückenden
AndirtUckrollen 6 in den Ausschnitten 14 des Kontaktstüakes 2 drehen.
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Der erfindungsgemäße Schweißbrenner ermöglicht vielseitige Anwendungen
des Schutzgas-Lichtbogensahweißens mit abschmelzender Drahtelektrode. Insbesondere
kann er als
Hochleistungsbrenner in wirtschaftlicher Weise unter
Verwendung von großen Stromstärken und dicken Schweißdrähten, d. h. mit einer hohen
Abschmelzleistung eingesetzt werden.