DE1933639A1 - Plasmaschweissbrenner - Google Patents

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DB. HER. NAT, K. PiTENTANWALTB D-8000 MÖNCHEN 80 · MARIA-THERESIA-STRASSEi . TELEFON (0811} vMlOil 17 4-88

NORTH AMERICAN ROCKWELL CORPORATION, El Segundo, California / USA

Plasmas chweißbrenner

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plasmaschweißbrenner, insbesondere einen für die Bedienung mit; einer Hand ausgebildeten Schweißbrenner.

Bei herkömmlichen Plasmabrennern wird der Betrieb normalerweise ferngesteuert. Kabel für die Aufnahme der elektrischen Leitungen und der Leitungen für die Gaszufuhr führen normalerweise von einer Steuereinheit zum Plastikbrenner, wobei keine Steuervorrichtung zur Bedienung des Plastikbrenners an der Arbeitsstelle vorgesehen ist. Diese Ausführungsform eines Plasmabrenners weist den Nachteil auf,daß die Steuerelemente entfernt und daher vom Bedienungsmann unerreichbar angeordnet sind, so daß für die Bedienung eines Plasmabrenners manchmal ein zusätzlicher Mann benötigt wird. Diese Arbeitsweise ist sehr

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ORIGINAL INSPECTED

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zeitraubendund unwirtschaftlich. Wenn der Bedienungsmann außerdem den Licbtbogen des Plasmabrenners für '⁵ ^ die Ausführung einer anderen Arbeitverändern möchtey muß er den Parameter des Plasmabrenners bei der entfernt liegenden Steuereinheit einstellen, so daß ein ■ Wechsel der Arbeitsweise bzw. eine Neueinsteilung des Plasmabrenners nicht ohne Arbeitsunterbrechung durchgeführt werden kann.

Herkömmliche Plasmabrenner arbeiten nur mat transfer-A riertem Lichtbogen, d.h. der Lichtbogen wird zwischen der Elektrode und dem geerdeten Arbeitsstück gezogen," Das indirekte Verfahren (d.h. der Lichtbogen wird-zwischen der Elektrode und dem geerdeten Plasmabrenner gezogen) wird nur für die anfängliche Startphase verwendet, worauf der Lichtbogen während des Schweissens sofort auf das Arbeitsstück übertragen wird. Bei diesen herkömmlichen Plasmabrennern kann der nicht tränsferrierte Lichtbogen, der für andere Arbeiten, wie z.Bi zum Schmelzschneiden, Löten und Hartlöten, verwendet werden kann, während des Schweissens nicht angewendet werden.

w Wenn bei herkömmliehen Sehweisbrennern ein Inertgas für die Säuberung des Arbeitsstücks verwendet wird, erfolgt dessen Zufuhr über separate Leitungen. BLe Verwendung,des -■ kalten Inertgases führt unter Umständen an der Schweißstelle oder in dessen Bereich zur Bildung von kleinen Rissen oder Kratern.

Ein weiterer Nachteil bei herkömmlichen Plasmabrennern besteht darin, daß bei der Inbetriebsetzung die Elektrode, mit der Erdung im Plasmabrenner in Berührung kommt und

nachfolgend zurückgezogen werden muß. Dies bewirkt ein übermässiges Abbrennen der Wolframelektrode.

Ziel der· vorliegenden ^Erfindung ist es, einen kleinen Plasmabrenner zu schaffen., bei dem die für die Arbeitswechsel und Neueinstellungen notwendigen Bedienungselemente im Brennergriff untergebracht sind, so daß der Bedienungsmann alle notwendigen Einstellungen&m Arbeitsplatz durchführen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels zum besseren Verständnis näher erläutert und beschrieben, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des für die Bedienung des erfindungsgemäßen Plasmabrenners notwendigen Stromkreises.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemässen Plasmabrenners mit den verschiedenen Bedienungselement eru

Fig. 3 einen Teilschnitt durch den erfindungsgemäßen Plasmabrenner, wobei die Anordnung der Bedienungselemente gezeigt ist.

Fig. 4- eine Schnittansicht durch den Kopf des erfindungs gemäss en Plasmabrenners, wobei die Anordnung der Elektrode bezüglich der Gasleitungen gezeigt ist.

Fig. 5 eine Ansicht entlang den Linien 5-5 in Fig. 3, w,obei die Gasdüse und die Anordnung der Kanäle für das Inertgas dargestellt sind.

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Auf Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Plasmabrenner schemaüsch dargestellt. Eine Versorgungseinheit Io ist mittels eines Mehrfachkabels 22 flexibel mit dem Plasmabrenner 24 verbunden. Die Zufuhreinheit 1o enthält eine Stromquelle 12, den Ausgang des Hochfrequenzkreises 18, den verstellbaren Stromkreis 2o für den transferrierten bzw. nicht transferrierten Lichtbogen, eine Wässerzufuhreinheit 14· und eine Inertgaszufuhreinheit 16. Der Brenner 24 enthält ein Gehäuse 26 und»einen einen Kühlmantel enthaltenden Brenner-' fe kopf 28, einen -verstellbaren Rhetostat 32 sowie einen Schalter 36 für den transferrierten bzw. nicht transferrierten Lichtbogen.

Bei der Inbetriebsetzung wird die Zufuhreinheit Io durch den am Brenner 32 angeordneten Rhetostat 32 vom Arbeit's—-. platz aus eingeschaltet. Der Rhetostat 32 wird auf die gewünschte Einstellung gedreht, worauf der folgende Ablauf bei der Zufuhreinheit 1o ausgelöst wird. Zuerst wird das Wasser "14'und das Inertgas 16 in Umlauf gesetzt. Zu diesem Zweck sind Magnetspulen und ein herkömmliches, nicht gezeigtes Steuersystem vorgesäBh, wodurch das Wasser und das Inertgas zu einem vorgewähl- w ten Zeitpunkt vor dem Einschalten des Hochfrequenzsystems 18 zum Fließen gebracht wird. Mittels des Hochirequenzsystems kann ein Lichtbogen zwischen die Elektrode -"54 und den Brennerkopf'28 gelegt werden, wodurch die Ionisierung des in diesem Bereich befindlichen Inertgases erfolgt. Unmittelbar nach dem Start wird das Hochfrequenzsystem automatisch ausgeschaltet, so daß der Brenner 24 betriebsbereit ist. Zu diesem Zweck „kann ein Hochfrequenzstromkreis, wie er in Marks¹ Mechanical Engineers· Handbook auf den Seiten 13 bis 34 vorgeschlagen ist, verwendet werden. Zur Übertragung des Lichtbogens vom Brenner 24 zum Arbeitsstück 29 wird

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der Schalter 36 niedergedrückt, wodurch die Erdung zwischen der Elektrode 54- und dem Brennerkopf 28 unterbrochen und auf das Arbeitsstück 29 überfcragen wird. Wenn der Brenner vom Arbeitsstück weggezogen wird, so wird der Lichtbogen automatisch auf die nicht transferrierte Arbeitsmethode; übertragen. Ein einfacherStromkreis, der ein Stromstoßrelais und einen Spannungssensor enthält, ist in der Zuführeinheit 1o eingebaut. Wenn die Spannung des Lichtbogens bis zu einem eingestellten Wert ansteigt, wird das Stromkreisrelais eingeschaltet, wodurch die Erdung automatisch zum Brenner (nicht transferierte Arbeitsweise) übertragen wird, Die Übertragung des Lichtbogens zurück zum Arbeitsstück 29 erfolgt nach nochmaligem Niederdrücken des Schalters 36.

Fig. 2 ist eine Perspektive des Brenners 2H₄ wobei die Anordnung des Rhetostäts 32 und des Schaltknopfes 36 besonders gut dargestellt sind. Diese Elemente sind mit Gewindeverbindungen an integral mit der Gehäusehälfte 26 ausgebildeten Befestigungsansätzen fixiert. Der Plasmabrenner kann mit einer Hand bedient werden. Der Bedienungsmann kann mit der Fingerspitze die maximale Einstellung je nach den gewünschten Leistungen vornehmen. Der Brenner enthält zwei Gehäusehälften 26, 27, die vorzugsweise aus verstärktem Kunststoff ausgebildet sind und den Brennerkopf 28 abstützen. Die Befestigung erfolgt mittels in entsprechende Augen 31 in der Gehäuse- ^; halfte 27 passende Schrauben 3o. Der Rhetostat 32 und der Schalter 36 sind an der Gehäusehälfte 27 befestigt. Eine Gummikappe 3^ sehirbzt den. in Fig. 3' -^ dargestellten elektrisch 'VerMtafen" Befestigungskopf 48. ·"■■■:,--'-■:'-■ ·.-.,:■■■ -..U :-.-■.

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Wie Pig¹. 3~ und4 zeigen, ist der Brennerkopf 28 an. dem metallenen" Einlaß für das Inertgas 76 und dem Wasserein- bzw. Auslaß 84 bzw. 86 angelötet, die als Trägelemente für den Brenner 24 dienen» Die Me-. talleitung führt um den Rhetostat 32 und der Sehalter 36 ist an den Anschlüssen 7o, 78und 79» die im rückwärtigen ^Beil des Brenners 24 angeordnet sind, angeschlossen. Die Metalleitungen sind von den Drähten und den Elementen im Brennergehäuse, mittels P Schutzmänteln 88 gegen Elektrizität isoliert. Die leitenden Metalleitungen 76, 84 und 86 üben eine zusätzliche Funktion aus. Der erhitzte Draht 72 ¹VOn der Stromquelle 12 wird innerhalb der aus Gummi ausgebildeten Leitung für das Inertgas 38 geführt und am Anschluß 7o angelötet, während der Leiter 76 den Strom zum elektrischen Gehäuse'44 führt. Das Inertgas strömt um den Draht 72 und kühlt ihn", gleichzeitig. Der Erd- leiter 8o des Stromkreises2o (für die transferrierte und nicht transferrierte Arbeitsweise) verläuft durch die aus Gummi ausgebildete Leitung 4o für das Wasser und ist am Anschluß 78 angelötet, der die Metalleitung

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84. für das Wasser, die bis zum Kühlmantel 46 führt, er-" det. Der Erdungsdraht ist auf ähnliche Weise wie der "heiße" Draht 72 gekühlt.

Fig. 4 zeigt den Brennerkopf 28 in vergrößerter Darstellung. Die Befestigungskappei4B, das Elektrodengehäuse 44 sind mittels eines Teflonisoliereinsatzes 6o vom. Kühlmantel für das Wasser 46 elektrisch isoliert. Die innere Büchse ist im Einsatz 6o eingesehraubt und am äußeren Gehäuse 46 angeschweißt, wobei der dazwischen entstehende Saum die Wasserkammer £>o darstellt. Ein in die Büchse 56 eingeschraubter Ingektorknopf 62 dient als Erdung für die Elektrode 5^ beim Betrieb mit

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nieht transferiertem Lichtbogen. Der Knopf 621aa-nn mit verschiedenen, einen unterschiedlichen Düsendurchmesser 65 aufweisenden Knöpfen ausgetauscht werdend

Fig. 5 zeigt den auf Fig. 4dargestellten Brennerkopf von unten, wobei die Gasdüse 66,der Sicherungsring 68, der Knopf 62 und die Anordnung der Wassereinlaß- bzw. Auslaßleitungen 84 und 86 deutlicher dargestellt sind.

Die Arbeitsweise des Plasmabrenners 24 ist wie folgt: Wasser wird von der Wassereinheit 14 über die Leitungen 4o und 84 zur Kammer 5o geführt und von da über die Rückleitungen 86 und ^C wieder zur Wassereinheit 14. Gleichzeitig wird von der GaszuführeidEit 16 Inertgas durch die Leitungen 38 und 76 in die obere Gaskammer 51 geführt, anschließend über die Kanäle 53 in die Kammer 58 und von dort durch die Kanäle 64 und 65 in den Knopf 62. Ein Teil des Inertgases strömt durch die Düse 66. Die Gasdüse wird von einem Sprengring 68 gehalten, der eine Vorspannung gegen eine ringförmige Nut im Gehäuse · 46 ausübt. Nach einer eingestellten Zeitperiode löst der Hochfrequenzstromkreis 18 einen Lichtbogen aus, worauf er wieder ausschaltet. Der Abstand der verstellbaren Wolframelektrode 54 zwischen der Spitze desselben und dem Knopf 62 beträgt ca. 1,78 mm (0,007"). Dieser Abstand ist genügend groß für die Erstellung eines Lichtbogens mittels des Hochfrequenzsystems, wodurch ein Anklopfen bzw. Berühren der Elektrode mit dem Arbeitsstück überflüssig gemacht wird. Ein Teil des vorgewärmten Inertgases strömt aus der Kammer 58 durch die Kanäle 64 und wird durch die Gasdüse 66 auf das Arbeitsstück gelenkt.

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Die Stromquelle 12 weist normalerweise eine Leistung von 5o Ampöre auf. Dies genügt für die Ausführung verschiedener Arbeiten mit dem Plasmabrenner. Die mittels der Brennerf.lamme erzielbaren Temperaturen von ca. 93⁰C bis ca. 13 30O⁰C können mittels Drehen des Rhetostats 32jin jeder gewünschten Gradstellung eingestellt werden. Auf diese Weise kann der Bedienungsmann Einstellungen, die für das Schweissen von Lot bis zum Trennschneiden von hochfesten Stählen reicht, vornehmen«

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Claims (1)

1. -4-

   Pa ,ten t„ a η s P r ü g _:h ... e ;

   P Λ lläsinaschweißbrenner, insbesondere ein für die Bedienung mit einer Hand ausgebildeter Schweißbrenner, mit dem Temperatüren von ca* 93°^G bis,13 3ÖÖ C erzielbar sind, dadurch g $ k, e η η ζ e i c h η: e,;;t,cdaß eine Elektrode (5^) vorgesehen ist, daß ein eine Ipnisierungskammer um die Elektrode bildender Brennerkopf (28) vorgesehen ist, daß eine Zufuhrquelle (16) für Inertgas vorgesehen ist, daß eine Leitung (38) von der Zufuhrquelle zur Ionisierungskammer führt, daß die Zufuhrleitung (38) einen am Brennerkopf (28) befest^- ten leitenden Teil (7o) in Verbindung steht, daß der leitende Teil mit der Elektrode elektrisch verbunden ist, daß ein als Brennergriff ausgebildetes Gehäuse (24) den leitenden Teil umschließt und am Brennerkopf (28) anliegt, daß innerhalb des Gehäuses anliegend am leitenden Teil eine Schaltanordnung (32, 36) zur Steuerung und proportioneilen Veränderung der Stromzufuhr zur Elektrode vorgesehen ist, daß ein erstes Bedienungselement (32) von der ersten Schaltanordnung durch die Wandung des Gehäuses (26) ragt und manuell einstellbar ist zur Betätigung der Schaltanordnung, daß eine zweite Schaltanordnung (36) innerhalb des Gehäuses vorgesehen ist zur Betätigung des Brenners für einen transferrierten bzw. nicht transferrierten Lichtbogen, daß ein zweites Bediehungselement (36) von der zweiten Schaltanordnung durch die Wandung des Gehäuses ragt und manuell einstellbar ist zur Betätigung der zweiten: Schaltanordnung.

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   2# Plasmase^eißbr^inner nach; Insgrücli 1, ctadurcit |f .1 e tii t-i c lie t_t ItS &s..Gehfcse_;!(27ite*s'- -■■ 26) mindestens eine I)urchbi?echting in- seiner Wandung- . \ .-■' aufweist j daßJdas^? zweite Bedienungselement (32) schei- y.-benförmig ausgebildet ist und durch die Durchbrechung '..:■* nach öα■ßen:-Γ■agt^■--und.■daß^:■■■&ine·:■iaw^;eite-IM3^.&bΓeehύ■ίϊg^^^:i-πϊ.-■■.^ ' Gehäuse vorgesenen ist, durch die das zweite Bedienungs-." element (36) nach außen ragt. · : .<,-.' ^

   3, !"- ^iasmaschweißbrenner nach Anspruch-1_fodej?iv2,^dä- d durch g-e k en η ζ e i e:h η e t_t daß das ^ Gehäuses (2&3' zwei entlang einer Ebene auseinandernehmbare- Gehäuse- * λ ^s; ^s < half ten (27_ν·26) enthält, daß' eine ■■-* Gehäusehälfte-fürl die f-y Befestigung der ersten und der zweiten Schaltanordnung«^-^ ausgebildet ist* .

   4. , ^lasmaschweißbrenner: nach Anspruch 1"_r 2-oder·-3, dadurch^, g e k^em^n ζ e i c Λ£ η''e^! t, daß die erste^ ' Schaltanordnung-ein Rhetostat (32) ist, und-daß das er~i« l ste BedienungSölement eine drehbare» durch/'elas Gehäuse w.

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   ragende Scheibe ist.

   5· Plaemaschweißbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche _r dadurch g e k e η η ζ e i ohne t, daß eine Anordnung zum Erhitzen der Zufuhrquelle des Inertgases vorgesehen ist_t wobei ein Teil des Gases durch eine Elektrode (54·) ionisiert wird» daß eine Anordnung (66) zur Verteilung eines Teils des nicht ionisierten» erhitzten Inertgaees auf das Arbeitsstück vorgesehen ist» daß diese Anordnung um die Peripherie der Ionisierungskam mer, angeordnete Kanäle (8§ 65) und einen ringförmigen»die Plasmadüse umgebenden Auslaß enthält.

   6» Plasmaschweißbrenner nach einem dervoiergehenden Ansprüchej dadurch g e k e η η ζ eich n-e t ,daß

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   die Leitung (22) wenigstens eine flexible Rohrleitung (38, 4o)-yon der Zufuhreinheit (16, 14·) zu einem soliden leitenden Teil ( 76, 78) enthält, daß die Stromleitung (72) innerhalb der flexiblen Leitung verläuft und elektrisch mit dem leitenden Teil verbunden ist.

   7.1 Plasmaschweißbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , ■daß eine Anordnung zur Ableitung der Wärme innerhalb des Brennerkopfes (28) und des Gehäuses ein System für den Umlauf eines Strömungsmittels enthält und daß eine Ein- und Auslaßleitung (84·, bzw. 86) mit der den Brennerkopf umgebenden Kühlkammer (5o) verbunden ist.

   8. Plasmaschweißbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e kenn ζ e i c h η e t _tt daß der leitende Teil (88) der Zufuhrleitung in einem bestimmten Winkel am Brennerkopf befestigt ist und als tragender Teil für den Brennerkopf und das Gehäuse dient.

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