DE1933639B2

DE1933639B2 - Plasmaschweissbrenner

Info

Publication number: DE1933639B2
Application number: DE19691933639
Authority: DE
Inventors: William J Sylmar; Budds Lee F Canoga Park; Calif. Dahlman (V-StA.)
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1968-07-03
Filing date: 1969-07-02
Publication date: 1978-02-09
Also published as: US3521023A; FR2012263A1; GB1225907A; DE1933639A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasmaschweißbrenner eingerichtet tür die Bedienung mit einer Hand, mit einer Elektrode, einem eine Ionisierungskammer um die Elektrode bildenden Brennerkopf, einer, einen Plasmadüsenausgang aus der Kammer bildenden Einrichtung, einer Zufuhrquelle für Inertgas, einer Leitung, die von der Zufuhrquelle zur Ionisierungskammer führt und einen am Brennerkopf befestigten elektrisch leitenden Teil aufweist, eine am leitenden Teil angeschlossene Stromquelle, wobei der leitende Teil mit der Elektrode elektrisch verbunden ist und einem als Brennergriff ausgebildeten Gehäuse, das den leitenden Teil umschließt und am Brennerkopf anliegt. Ein derartiger Schweißbrenner ist aus der US-PS 3313908 bekannt. Dieser Schweißbrenner weist innerhalb des Handgriffs keine Schalteinrichtungen auf, so daß die Bedienungsperson nicht mit einer Hand am Arbeitsplatz alle notwendigen Einstellungen des Schweißbrenners vornehmen

ίο kann.

Aus der DT-Auslegeschrift 1255 834 ist zwar ein Plasmabrenner bekannt, in dessen Handgriff ein Auslöseschalter zum Einleiten des Schweißvorganges vorgesehen ist, aber ansonsten keine Einrichtungen aufweist, mit denen die notwendigen Einstellungen während des Betriebes an der Schweißstelle selbst vorgenommen werden können.

Gegenüber diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Plasmaschweißbrenner der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem die Bedienungsperson alle notwendigen Einstellungen, am Arbeitsplatz zur Durchführung der Schweißung vorgenommen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Gehäuse mit einem ersten, an den leitenden Teil anschließenden Schalter 2um Steuern und Ändern des Stromflusses zur Elektrode versehen ist, wobei dieser ein erstes Bedienungselement

jo aufweist, das sich durch eine Wand des Gehäuses erstreckt und von Hand zum Betätigen des ersten Schalters bedienbar ist, und daß das Gehäuse mit einem zweiten Schalter innerhalb des Gehäuses zum Betätigen des Brenners für einen transferierten bzw. nicht transferierten Lichtbogen vorgesehen ist und ein zweites Bedienungselement aufweist, das sich durch eine Wand im Gehäuse erstreckt und von Hand zum Betätigen des zweiten Schalters bedienbar ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Schweißbrennern stellt der Gegenstand der vorliegenden Erfindung einen Miniaturbrenner dar, der all die Steuereinheiten innerhalb des Brennerhandgriffes aufweist, die erforderlich sind, um die variablen Betriebsparameter so zu verändern, daß die Bedienungsperson alle erforderlichen Einstellungen unmittelbar am Werkstück durchführen kann. Somit ist für die Durchführung des Schweißvorganges keine weitere Bedienungsperson erforderlich.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels zum besseren Verständnis näher erläutert und beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen ist. Es zeigt

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 Bedienungselementen,

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

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

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

In Fig. 1 ist ein Plasmabrenner schematisch dargestellt. Eine Versorgungseinheit 10 ist mittels eines Mehrfachkabels 22 flexibel mit dem Plasmabrenner 24 veibunden. Die Versorgungseinheit 10 enthält eine Stromquelle 12, den Ausgang des Hochfrequenzkreises 18, den verstellbaren Stromkreis 26 für den transferierten bzw. nicht transferierten Lichtbogen, eine Wasserzufuhreinheit 14 und eine Inertgaszufuhreinheit 16. Der Brenner 24 enthält ein Gehäuse 26 und einen einen Kühlmantel enthaltenden Brennerkopf 28, einen veiulellbaren Schalter 32 sowie einen Schalter 36 für den transferierten bzw. nicht transferierten Lichtbogen.

Bei der Inbetriebsetzung wird die Versorgungseinheit 10 durch den am Brenner 32 angeordneten Schalter 32 vom Arbeitsplatz aus eingeschaltet. Der Schalter 32 wird auf die gewünschte Einstellung gedreht, worauf der folgende Ablauf bei der Versorgungseinheit 10 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 vorgesehen, wodurch das Wasser und das Inertgas zu einem vorgewählten Zeitpunkt vor dem Einschalten des Hochfrequenzsystems 18 zum Fließen gebracht wird. Mitteis des Hochfrequenzsystems 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 Marks' Mechanical Engineers' Handbook auf den Seiten 13 bis 34 vorgeschlagen ist, verwendet werden. Zur Übertragung des Lichtbogens vom Brenner 24 zum Werkstück 29 wird der Schalter 36 niedergedrückt, wodurch die Erdung zwischen der Elektrode 54 und dem Brennerkopf 28 unterbrochen und auf das Werkstück 29 übertragen wird. Wenn der Brenner vom Werkstück weggezogen wird, so wird der Lichtbogen automatisch auf die nicht transferierte Arbeitsmethode übertragen. Ein einfacher Stromkreis, der ein Stromstoßrelais und einen Spannungssensor enthält, ist in der Versorgungseinheit 10 eingebaut. Wenn die Spannung des Lichtbogens bis zu einem eingestellten Wert ansteigt, wird das Stromkn;isrelais eingeschaltet, wodurch die Erdung automatisch zum Brenner (nicht transferierte Arbeitsweise) übertragen wird. Die Übertragung des Lichtbogens zurück zum Werkstück 29 erfolgt nach nochmaligem Niederdrükken des Schalters 36.

In Fig. 2 ist der Brenner 24 perspektivisch dargestellt, wobei die Anordnung des Schalters 32 und des Schaltknopfes 36 besonders gut sichtbar sind. Diese Elemente sind mit Gewindeverbindungen an integral mit der Gehäusehälfte 26 ausgebildeten Befestigungsansätzen fixiert. Der Plasmabrenner kann mit einer Hand bedient werden. Die Bedienungsperson 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 Gehäusehälfte 27 passende Schrauben. Der Schalter 32 und der Schalter 36 sind an der Gehäusehälfte 27 befestigt. Eine Gummikappe 34 schützt den in Fig. 3 dargestellten elektrisch »erhitzten« Befestigungskopf 48.

Wie Fig. 3 und 4 zeigen, ist der Brennerkopf 28 an dem metallenen Einlaß für das Inertgas 76 und dem Wasserein- bzw. Auslaß 84 bzw. 86 angelötet, die als Tragelemente für den Brenner 24 dienen. Die Metalleitung führt um den Schalter 32. Der Schalter 36 ist an den Anschlüssen 70, 78 und 79, die im rückwärtigen Teil des Brenners 24 angeordnet sind, angeschlossen. Die Metalleitungen sind von den Drähten

ι« und den Elementen im Brennergehäuse mittels Schutzmänteln 88 elektrisch isoliert. Die leitenden Metalleitungen 76, 84 und 86 üben eine zusätzliche Funktion aus. Der erhitzte Draht 72 von der Stromquelle 12 wird innerhalb der aus Gummi ausgebildeten Leitung für das Inertgas 38 geführt und am Anschluß 70 angelötet, während der Leiter 76 den Strom zum elektrischen Gehäuse 44 führt. Das Inertgas strömt um den Draht 72 und kühlt ihn gleichzeitig. Der Erdleiter 80 des Stromkreises 20 (für die transferierte und nicht transferierte Arbeitsweise) verlauf! durch die aus Gummi ausgebildete Leitung 40 für das Wasser und ist am Anschluß 78 angelötet, der die Metalleitung 84 für das Wasser, die bis zum Kühlmantel 46 führt, erdet. Der Erdungsdraht ist auf ähnliche Weise wie der »heiße« Draht 72 gekühlt.

Fig. 4 zeigt den Brennerkopf 28 in vergrößerter Darstellung. Die Befestigungskappe 48, das Elektrodengehäuse 44 sind mittels eines Teflonisoliereinsatzes 60 vom Kühlmantel für das Wasser 46 elektrisch isoliert. Die innere Büchse ist im Einsatz 60 eingeschraubt und am äußeren Gehäuse 46 angeschweißt, wobei der dazwischen entstehende Raum die Wasserkammer 50 darstellt. Ein in die Büchse 56 eingeschraubter Injektorknopf 62 dient als Erdung für

J5 die Elektrode 54 beim Betrieb mit nicht transferiertem Lichtbogen. Der Knopf 62 kann mit verschiedenen, einen unterschiedlichen Düsendurchmesser 65 aufweisenden Knöpfen ausgetauscht werden.

Fig. 5 zeigt den auf Fig. 4 dargestellten 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 40 und 84 zur Kammer 50 geführt und von da über die Rückleitungen 86 und 42 wieder zur Wassereinheit 14. Gleichzeitig wird von der Gaszufuhreinheit 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. Dieser Abstand ist genügend groß für die Erstellung eines Lichtbogens mittels des Hochfrequenzsystems, wodurch ein Anklopfen bzw. Berühren der Elektrode mit dem Werkstück überflüssig ge-

b5 macht wird. Ein Teil des vorgewärmten Inertgases strömt aus der Kammer 58 durch die Kanäle 64 und wird durch die GasdUse 66 auf das Werkstück gelenkt.

Die Stromquelle 12 weist normalerweise eine Lei-

stung von 50 Ampere auf. Dies genügt für die Ausf ührung verschiedener Arbeiten mit dem Plasmabrenner. Die mittels der Brennerflamme erzielbaren Temperaturen von ca. 93° C bis ca. 13300° C können mittels Drehen des Schalters 32 in jeder gewünschten Gradstellung eingestellt werden. Auf diese Weise kann d Bedienungsperson Einstellungen, die für das Schwe Ben von Lot bis zum Trennschneiden von hochfeste Stählen reicht, vornehmen. Weitere vorteilhafte Au; gestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchei

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Plasmaschweißbrenner, eingerichtet für die Bedienung mit einer Hand, mit

- einer Elektrode,

- einem eine Ionisierungskammer um die Elektrode bildenden Brennerkopf,

- einer, einen Plasmadüsenausgang aus der Kammer bildenden Einrichtung,

- einer Zufuhrquelle für Inertgas,

- einer Leitung, die von der Züfuhrquelle zur Ionisierungskammer führt und einen am Brennerkopf befestigten elektrisch leitenden Teil aufweist,

- eine am leitenden Teil angeschlossene Stromquelle, wobei der leitende Teil mit der Elektrode elektrisch verbunden ist, und

- einem als Brennergriff ausgebildeten Gehäuse, das den leitenden Teil umschlieSt und am Brennerkopf anliegt,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (26) mit einem ersten, an den leitenden Teil (70) anschließenden Schalter (32) zum Steuern und Ändern des Stromflusses zur Elektrode versehen ist, wobei dieser ein erstes Bedienungselement aufweist, das sich durch eine Wand des Gehäuses erstreckt und von Hand zu Betätigen des ersten Schalters bedienbar ist, und daß das Gehäuse mit einem zweiten Schalter (36) innerhalb des Gehäuses zum Betätigen des Brenners für einen transferierten bzw. nicht transferierten Lichtboden vorgesehen ist und ein zweites Bedienungselement aufweist, das sich durch eine Wand im Gehäuse erstreckt und von Hand zum Betätigen des zweiten Schalters bedienbar ist.

2. Plasmaschweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (26) mindestens eine öffnung in seiner Wandung aufweist, wobei das erste Bedienungselement scheibenförmig ausgebildet ist und durch die öffnung nach außen ragt, sowie eine zweite öffnung in der Wand des Gehäuses, durch die das zweite Bedienungselement nach außen ragt.

3. Plasmaschweißbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zwei entlang einer Ebene auseinandernehmbare Gehäusehälften (27, 26) erhält, wobei eine Gehäusehälfte für die Befestigung des ersten und des zweiten Schalters (32, 36) ausgebildet ist.

4. Plasmaschweißbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (32) ein Rheostat ist.