DE1924794A1

DE1924794A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einleiten eines Gas-Flaemmvorganges an Metallwerkstuecken

Info

Publication number: DE1924794A1
Application number: DE19691924794
Authority: DE
Inventors: Svensson Sven Erik; Per-Lennart Loenngren
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1968-05-16
Filing date: 1969-05-14
Publication date: 1970-02-19
Also published as: DE1924794B2; US3658599A; GB1267820A; FR2008634A1

Description

Patentanwalt 1 DipL-Ing. H. Strohschänk i

8 München 60 H.5.1969-3B(4)

• Musöusstraöe 5 19O-71OP

Verfahren und Vorrichtlang zum Einleiten eines Gas-Flämmvorganges an Metallwerkstücken -

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einleiten eines Gas-Flämmvorganges an Metallwerkstücken mittels einer Plämmvorrichtung, wobei auf das Werkstück zunächst ein Metallklumpen genügend hoher Temperatur aufgebracht wird, um ihn durch Sauerstoff entzünden zu können, insbesondere an Werkstücken mit relativ zur Flämmvorrichtung hoher Zuführgeschwin-* digkeit, sowie auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Es sind Verfahren zum Gas-Flämmen von Werkstücken bekannt, gemäss denen die Relativbewegung zwischen Werkstück und Flämmvorrichtung unterbrochen werden muss, damit das Werkstück zum Einleiten des Flämmvorganges die erforderliche Erhitzung erfahren kann. Dies bringt jedoch insbesondere dann grosee Nachteile mit sich, wenn die Fehlerstellen über die zu flammende waagerechte Fläche des Werkstückes verteilt sind. Früher wurde das Werkstück zum Einleiten des Gas-Flämmens durch einen zwischen einer Kohle-Elektrode und dem Werkstück gezogenen*: elektrischen Lichtbogen erhitzt.

Um die Leistung der Flammvorrichtungen zu verbessern, wurde auch bereits ein Verfahren mit "fliegendem Start" des Gas-Flämmens vorgeschlagen, gemäss welchem zum Zünden des Sauer-

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stoffs ein Zusatz von Pulver erforderlich ist. Wenn es in dieser Weise auch gelingt, den gewünschten fliegenden Start zu erreichen, so fallen die entsprechenden Flämmvorrichtungen infolge der erforderlichen zusätzlichen Ausrüstung zum Zuführen des Pulvers doch recht kompliziert aus. Um zu gewährleisten, dass der Flämmvorgang an einer bestimmten Stelle des Werkstückes beginnt, muss das Pulver auch noch vorgewärmt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass man auch noch die durch das Pulver entstehende Schlacke abführen muss. Überdies muss damit gerechnet werden, dass ein grosser Teil des Pulvers, statt an dem Verfahren teilzunehmen, in den Fabrikraum weggeblasen wird, was es erforderlich macht, ein entsprechend leistungsfähiges Belüftungssystem·vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel zu vermeiden und den sogenannten "fliegenden Start¹¹ beim Gas-Flämmen auf einfachere Weise ebenfalls zuverlässig zu erreichen.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Zünden mittels einer sich verbrauchenden," gegen das Werkstück bewegten Schweisselektrode erfolgt, die an einer Stelle des Werkstückes während dessen Relativbewegung zur Flämmvorrichtung geschmolzen wird.

Mit diesem; Verfahren ist ein fliegender Start des Gas-Flämmens. bei relativen Zuführungsgeschwindigkeiten des Werkstückes ermöglicht, die wesentlich höher als diejenigen Geschwindigkeiten liegen, die heute beim Gas-Brennschneiden verwendet werden;

Eine Vorrichtung zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens mit einem vor der Sauerstoffdüse einer Flämmvorrichtung beweg-

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lieh angeordneten Elektrodenhalter ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den Elektrodenhalter vorschiebbare sich verbrauchende Schweisselektrode vorgesehen und der Elektrodenhalter nach dem Werkstück hin schwenkbar gelagert ist, und dass eine elektrische Zuführeinrichtung für die Schweisselektrode an einen sowohl das Schmelzen der Schweisselektrode als auch eine Schwenkvorrichtung für,den Elektrodenhalter und ein Steuerventil für die Sauerstoffzuführung steuernden Stromkreis angschlossen ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen sowohl Einzelheiten des erfindungsgemässen Verfahrens als auch konstruktive Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Flämmvorriehtung.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. "laeine erfindungsgemässe Flämmvorrichtung mit einem zu flammenden Werkstück in einer schematisch gehaltenen Seitenansicht (in ihrer Ausgangsstellung);

Fig. 1b und 1c der Fig.. ^entsprechende Darstellungen, jedoch jeweils unmittelbar vor und nach dem Beginn eines Flämmvorganges;

Fig. 2 und 3 zwei Schaltbilder unterschiedlicher Stromkreise, die zwei verschiedenen Ausführungsformen von Fläraravorrichtungen zum Durchführen des in Fig. 1 dargestellten Flämmvorganges zugeordnet sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Flämmvorrichtung weist einen Elektrodenhalter 1 auf, der an einem nicht dargestellten Wagen um eine quer zu dessen Bewegungsrichtung verlaufende waagerechte Achse 2 schwenkbar gelagert ist. Der Elektrodenhalter 1 ist

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von einer Elektrode 3 durchsetzt, die von einer ebenfalls ~ auf dem Wagen angeordneten Vorratsrolle 5 aus über eine Zuführeinrichtung 4 zugeführt wird« . Der Wagen iet entlang einem Werkstück 6. an welchem das Flämmen durchgeführt werden soll, gemäss Fig. 1a von links nach rechts beweglich und trägt weiterhin hinter dem Elektrodenhalter 1 einen Gasbrenner 7. Das Werkstück 6 ist teilweise geschnitten dargestellt, um eine Fehlerstelle 8 desselben zu zeigen* Im , .*..,_ . übrigen ist gemäss dem Aueführungsbeispiel davon ausgegan- -gen, dass am genannten Wagen mehrere Gasbrenner 7 neben- ^: einander jeweils hinter einer Elektrode 3 vorgesehen sind, so dass das Flämmen an Werkstücken 6 unterschiedlicher Breite vorgenommen werden kann. ,

Die Brenner und Elektroden können auch m angeordnet Bein, dass das Werkstück zugleich an verschiedenen Seiten oder entlang seinem ganzen runden Umfang bearbeitet werden kann. J·- ; η der Brenner mit Beiner zugeordneten Elektrode let unabhängig von den Übrigen Brennern steuerbar, wae insbesondere beim Qm- . , Flämmen von Guseblöcken mit artlichen Fehlerstellen notwendig ist, die über deren ganze Oberfläche verteilt sind» > '

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Fig. 1a zeigt die Ausgangsstellung eines Satzes von Gasbrennern 7· Die Fehlerstelle 8 im Werkstück 6 war entweder unmittelbar durch die Bedienungsperson der Vorrichtung oder selbsttätig durch eine geeignete Suchvorrichtung festgestellt worden. Der Wagen mit den Gasbrennern 7 bewegt sich mit ver- . ;' ~ haitnismäesig. hoher Geschwindigkeit entlang dem Werkstück 6 ;' - und die Bedienungsperson leitet den Flämmvorgang jeweils kurz, vor dem Augenblick ein, wo der Brenner die Fehlerstelle 9 er- '.· reicht. Der Vorgang spielt sich grundsätzlich in gleicher Weise ab, wenn die Fehleretellen selbsttätig ermittelt wurden,

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Wenn die Bedienungspereon bei der in Fig. 1b dargestellten Stellung der Flämmvorrichtung unmittelbar vor dem Start den · Start-Druckknopf betätigt hat, wird die Elektrode 3 bis zur Berührung de» Werkstückes 6 vorgeschoben, das sie unmittelbar vor der Fehlerstelle 8 berührt. Beim dargeet*llten Auaführungabelepiel ist angenommen, dass die Elektrode 3 entweder durch 'eine Wideretandaerwärmung oder durch eine LichtbOgenerhitzung ' geachmolzen wird. Ea bestehen aber«auch noch andere Möglichkeiten, die Elektrode 3 zu schmelzen, ao beispielaweiaa durch •ine Induktionsheizung.

Züglaich mit dem Zuführen, der Elektrode 3 wird der elektrisohe Stromkreis zum Zünden des Lichtbogens geschlossen und der Elektrodenhalter 1 um seine Achse 2 mit einer Geschwindigkeit nach unten geschwenkt, die der Relativgeschwindigkeit zwischen Flämmvorrichtung und Werkstück 6 entspricht.' Das vordere Ende der Elektrode 3 schmilzt sodann und bildet vor der Fehltrateile 8 einen. Metallhaufen hoher !Temperatur. ■

Gemäss Fig. 1c wird gerade ein vor der Fehlerstelle 8 erzeugter Metallhaufen zum Zünden eines aus dem Gasbrenner 7 austretenden Sauerstoff Strahles verwendet.,, der nach dem Häufen hin gerichtet ist. Wenn der Elektrodenhalter 1 die dargestellte Stellung erreicht hat, wird die Zuführung 4er Elektrode 3 durch Unterbrechung des die Zuführeinrichtung 4 versorgenden Stromkre .ees im gleichen Augenblick unterbrochun, wo die Ausströmung den SauerstoffStrahles aus dem Gasbreimer 7 beginnt. Der Elektrodenhalter 1 wird sodann schnell in die aus Fig. 1 ersichtlich

gangsstellung im gleichen Augenblick zurückgeeohwenkt, wo der Sauerstoffstrahl den Flämmvorgang eingeleitet hat. Im übrigen wird der Sauerstoffstrahl zur Vermeidung eineβ Kippen· de· Werkstückes nicht plötzlich sondern allmählich in Gang gesetzt. Weiterhin wird das Werkstück 6 in^ der in den Fig, 1a und 1b dar-

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gestellten Weise zunächst durch Heizflammen 9 vorgeheizt» Wenn die Fehlerstelle 8 aufhört, wird die Zuführung dee SauerstoffStrahles unterbrochen. Die Brenneranordnung bliibt jedoch zu einer Wiederzündung bereit» falls am Werkstück 6 entlang der weiteren Bewegungebahn des jeweiligen Gasbrenners 7 weitere Fehlerstellen 6 vorhanden sein sollten*

Das in Fig. 2 dargestellte Schaltbild ist einer elektropneumatischen Steuervorrichtung der Flämmvorrichtung gemäss Fig. 1 zugeordnet. Ein Einschaltkontakt 10 ist einerseits mit einer Stromquelle 11 und anderseits über einen pneumatisch, betätigbaren Kontakt 12 sowohl mit den beiden Wicklungen zwei-« er Relais 13 und 14 als auch mit einem Schweissdraht-Vorschubmotor 15 der Zuführeinrichtung 4 (gemäss Fig. 1) verbunden* Aus β er dem kann der Einschaltkontakt 10 über einen zweiten pneumatisch betätigbaren Kontakt 16 mit der Wicklung eines dritten Relais 17 verbunden werden*

Das Relais 13 betätigt einea Relaiskontakt 13a, der in einem Gleichstromkreis zwischen einer durch einen Umformer 18 gebildeten Stromquelle und der Elektrode 3 liegt. Das Relais; 14 betätigt ein Ventil 19 eines pneumatischen Steuerzylinders 20. Der Steuerzylinder 20 steuert die Stellung des Elektrodenhalter· 1 (Fig* ;1) relativ zum Werkstück 6.- Weiterhin steuert der; St euer zylinder 20 auch die beiden Kontakte 12 und 16. Das dritte Relais 17 wirkt auf ein Ventil 2i öin, welches die Zufuhr von Sauerstoff steuert. '

Das Einleiten eines Flämmvorgangea erfolgt mit der das Schaltbild gemäss Fig. 2 aufweisenden Flämmvorrichtung wie

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ORIGINAL INSPECTiD

Wenn der Umformer 18 zu arbeiten begonnen hat und der (nicht dargestellte) Wagen in Gang gesetzt ist, wird der Binachaltkontakt 10 betätigt. Dadurch wird den Relais 13 und 14 ein Impuls erteilt und der Schweissdraht-Vorschubmotor 15 eingeschaltet. Das Relais 13 schaltet über den Relaiskontakt 13a die Elektrode 3 an den Umformer 18 an, während das Relais 14 das Ventil 19 in eine Stellung umschaltet, bei der der Steuerzylinder 20 ein Abwärtsschwenken des Elektrodenhalter* 1 (Fig. 1) nach dem Werkstück 6 hin verursacht.

Die beiden pneumatisch betätigbaren Kontakte 12 und 16 befinden sich in ihrer nicht betätigten Ruhestellung in den aus Fig. 2 ersichtlichen Stellungen. Der Kolben im Steuer-' zylinder 20 ist in der gestrichelt dargestellten Weise mit den beiden Kontakten 12 und 16 beispielsweise mittels nicht dargestellter Relais verbunden. Wenn der Kolben im Steuerzylinder 20 eine bestimmte Stellung erreicht hat, d.h. wenn 4er Elektrodenhalter 1 die in Fig· Ic dargestellte Stellung erreicht hat, unterbricht der Kontakt 12 seinen Stromkreis, während der Kontakt 16 seinen Stromkreis schliesst. Durch die öffnung des Kontaktes 12 hört der Vorschub des Schweissdrahtes auf, der Relaiskontakt 13a unterbricht die Stromzufuhr zur Elektrode 3 und das Ventil 19 wird über das abgeschaltete Relais 14 so umgeschaltet, dass der Steuerzylinder 20 in seine Ausgingestellung zurückkehrt.

Durch den geschlossenen Kontakt 16 wird das Relais 17 eingeschaltet und das Ventil 21 öffnet die Zuführung des Sauerstoff Strahles durch den Gasbrenner 7, womit der Flämmvorgang .beginnt. Zur Unterbrechung des Flämmvorganges muss der Ein- *ohaltkontakt 10 wieder geöffnet werden, woraufhin die Kontakte 12 und 16 wieder in ihre in Fig« 2 dargestellten Ausgangestel-

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lungen zurückkehren und das Ventil 21 die Sauerstoffzufuhr wieder unterbracht.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Schaltbild wird die Fläramvorrichtung elektropneumatisch gesteuert. Die der Fig. 2 gleichenden Einzelheiten sind durch die gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet und in gleicher Weise dargestellt. Der Einschaltkontakt 10 ist hier mit einem Paar einstellbarer Zeitrelais 22 und 23 verbunden, die als Thermorelais dargestellt sind. Das eine Zeitrelais 22 ist mit den Wicklungen der beiden Relais 13 und 14 und mit dem Schweissdraht-Vorschubmotor 15 verbunden, während das andere Zeitrelail 23 mit der Wicklung des dritten Relais 1? verbunden ist.

Wenn im Stromkreis Zeitrelais 22 und 23 vorgesehen sind, können pneumatisch betätigbare Kontakte 12 und 16 entfallen. Dies hat den Vorteil, dass zwischen den einzelnen Schritten des Verfahrens eine zeitliche Abhängigkeit geschaffen wird. Es ist auch möglich, einen der pneumatisch betätigbaren Kontakte 12 und 16 durch ein Zeitrelais 22 bzw. 23 zu ersetzen.

Das Flämmen wird mit der das Schaltbild gemäss Fig. 3 aufweisenden Flämmvorrichtung in gleicher Weise wie mit der das Schaltbild gemäss Fig. 2 aufweisenden Flämmvorrichtung eingeleitet. Wenn der Umformer 18 arbeitet und der Wagen in Gang gesetzt ist, wird der Einschaltkontakt 10 betätigt· Dadurch flieset Strom durch die Zeitrelais 22 und 23» woraufhin die Relais 13 und 14 den Relaiskontakt 13a bzw.. das Ventil 19 in gleicher Weise wie bei dem Schaltbild gemäss Fig. 2 betätigen« Hach einer vorbestimmten Zeit unterbricht das Zeitrelais 22 ' den Stromkreis des Schweissdraht-Vorechubmotors 15 und der Wicklungen der Relais 13 und 14. Etwa zur gleichen Zeit schließet das Zeitrelais 23 seinen die Wicklung des dritten Relais 17

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enthaltenden Stromkreis, womit das Heiais 17 das Ventil 21 in gleicher Weise betätigt, wie es anhand der Fig* 2 beschrieben wurde. Der Flämmvorgang wird durch eine Ausschaltung des Einschaltkontaktes 10 unterbrochen, wodurch die Zeitrelais 22 und 23 in ihre Ausgangsstellungen zurückkehren und die Sauerstoffzufuhr durch das Ventil 21· unterbrochen wird.

Gemäss einem dritten, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die beiden in Pig. 3 dargestellten Zeitrelais durch ein einziges Zeitrelais mit zwei Kontaktstellungen ersetzt werden, von denen die eine der Einschaltung der beiden Relais 13 und 14 und des Schweissdraht-Vorschubmotors 15 und die andere der Einschaltung des dritten Relais 17 dient.

Das vorstehend anhand der erläuterten Ausführungsbeispiele beschriebene Flämmverfahren bietet wesentliche Vorteile, indem hohe Abtast- und Flämmgeschwindigkeiten ohne jeglichen . Zusatz von Pulver erzielt werden können. Dies geht klar aus der nachstehenden Tabelle hervor, deren Werte experimentell durch Flämmen kalter Werkstücke mit. einer Flämmvorrichtung gewonnen wurden, die einer vorstehend beschriebenen und dargestellten Ausführung entspricht:

Gasbrennerdüse: 1 Düsenbohrung für den Sauerstoffstrahl

mit einem Durchmesser von 16 mmj

10 Bohrungen für das Vorheizgas mit jeweils einem Durchmesser von 1 mm;

Neigung gegenüber dem Werkstück von 75 ; Abstand vom Werkstück 16 mm.

Schweisselektrode AGA: SL 58, Durchmesser 1,6 mm.

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Relativgeschwindigkeit zwischen

Flämmvorrichtung und Werkstück 6 m/Min, 9 m /Min.

Elektrodenhalter: Winkel zum Werk- "

stück in der Ausgangsstellung: 45 45 Abstand vom Werkstück in der

Ausgangsstellung: 50 mm 50 mm

Stromstärke des Schmelzstromes für

die Elektrode: 360 A 360 A

Druck des Sauerstoffstrahls am ρ

Startbeginn: 0,2 kg/cm 0,2 kg/cm

Druck des Schneid-SauerstoffStrahls: 1,0 kg/cm 1,0 kg/cm

Druck des Vorheizsauerstoffs am Regulator:

5,0 kg/cm² 5,0 kg/cm²

Acetylendruck am Regulator: 1,5 kg/cm 1,5 kg/cm

Durch einen Gasbrenner in das Werkstück eingebrannte Nute:

Breite: 90 mm BO nun Tiefe : 6,5 mm 4 mm

Noch wesentlich bessere Resultate lassen sich natürlich durch ein Heissflämmen der Werkstücke erzielen.

Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden. Statt der, beschriebenen Bewegung der Plämmvorrichtung gegenüber einem feststehenden Werkstück könnte auch das Werkstück gegenüber einer feststehenden Flämmvorrichtung bewegt werden.· Es sind auch noch andere Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, ohne dasa dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte

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• ... Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.

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Claims

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J Verfahren Bim Einleiten einee aae-Flämmvorganges an MetällwerttetUcken mittels einer Flänmvorriohtung, Wobei auf < dae Werkstück iunäohtt ein Metallkluepen genügen*¹ hoher Teaperatur aufgebracht wird, um ihn durch Sauerstoff, ent Bünden ^ zu können, inebeeondere an Werks tückennit relativ *ur Flanmvorrichtung hoher Zuführgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, da·· dae Zünden mittels einer «ich verbrauchenden, gegen dae Werketüok (6) bewegten Sohweieeelektrode (3) erfolgt, die an einer Stelle de· Werketüokee (6) während deeeen Relativbewegung zur Fläemvorrichtung geechmoleen wird,t

2. Verfahren nach Anspruch1, dadurch gekentueiohnet» 4«·· die Sohweieeelektrode (3) gegen da· Werketüok (6) durch Relativbewegung mit einer aeechwindigkeit bewegt Wird_f die annähernd gleich der Relativgeeohwindigkeit ewiechen WerketÜck (6) und FlMeeivorrlchtung iet_r und da·· der SchweJ-ßetroai nach einer vorbeetiemten Zeit zugleich mit dem Bfginn- der Zuführung des Sauerstoffetrahl· unterbrochen wird.'

3. Verfahrati nach Anspruch 2_f dadurch gekennzeichnet, das· die in einem Elftktrodenhalter (1) geführte Sohweieeelektrode (J) vor dee Zünden mit dem "Werketuck (6) «Inen spitzen'Winkel eineohlieset und nach Einleitung der Relativbewegung zwischen Werkstück (6) und Flämmvorrichtung unter gleichzeitige!* Sohliee-•en des Schweiße tromkr β ie es zu ihrem Schmelzen nach dem Werkstück (6) hin vorgeschoben wird, und daes der Elektrodenhalter (1) anschlieeeend nach dem Werkstück (6) hin geschwenkt und der Säueret off strahl nach einer vorbestimmten zeltliehen Verzögerung

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ORtölNAL

zum gleichen Zeitpunkt zugeführt wird, wie die Schweiaselektrode (3) in ihre Auegangsstellung zurückbewegt wird.

4* Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit einem" vor der Sauerstoff düse (Gasbrenner) einer Flämmvorrichtung*beweglioh angeordneten Elektrodenhalter, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den Elektrodenhalter (1) vorschiebbare sioh verbrauchende Schweisaelektrode (3) vorgesehen und der Elektrodenhalter (1) nach dem Werkstück (6) hin schwenkbar gelagert ist, und dass eine elektrische Zuführeinrichtung für die Sohweisselektrode (3) an einen sowohl das Schmelzen der Schwtisselektrode (3) als auch eine Schwenkvorrichtung für den Elektrodenhalter (1) und ein Steuerventil für die Säuerstoffzuführung steuernden Stromkreis angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenhalter (1) und das Steuerventil (21) für die Säuerst off zuführung mit zugeordneten Steuervorrichtungen auf einem entlang dem Werkstück (6) bewegbaren Wagen angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sauerstoffdüsen (Gasbrenner 7) mit zugeordneten Schweißelektroden ₄(3) unabhängig voneinander anwendbar nebeneinander vorgesehen sind.

original inspected