DE202016004798U1

DE202016004798U1 - Warmdrahtschweissbaugruppe für tiefe und schmale ausgesparte Spalte

Info

Publication number: DE202016004798U1
Application number: DE202016004798.2U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2016-11-08
Anticipated expiration: 2026-08-09
Also published as: US20170036294A1; JP3206961U; US10189108B2; CN206047331U

Abstract

Kontaktspitzenbaugruppe, die Folgendes umfasst: eine Kontaktspitze (108, 400, 408, 504), die Folgendes umfasst: einen Körperabschnitt, der ein erstes Ende aufweist, das mit einem Schweißbrenner wirkzuverbinden ist, und ein zweites Ende aufweist, das dem ersten Ende entlang einer Achse (AA) gegenüberliegt, die durch den Körperabschnitt verläuft, einen Hohlraum (204, 520, 602) in dem Körperabschnitt, der sich von dem zweiten Ende in den Körperabschnitt hinein erstreckt, und einen Kanal, der durch den Körperabschnitt entlang der Achse (AA) von dem ersten Ende zu dem Hohlraum verläuft, um einen Draht (116) hindurchzuführen; und ein nicht-elektrisch leitfähiges Verlängerungsrohr (112, 406, 516), das in den Hohlraum eingesetzt ist und mit der Kontaktspitze (108, 400, 408, 504) gekoppelt ist, wobei das nicht-elektrisch leitfähige Verlängerungsrohr einen Kanal hat, der auf den Kanal des Körperabschnitts ausgerichtet ist, wenn das Verlängerungsrohr (112, 406, 516) in den Hohlraum eingesetzt ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Kontaktspitzenbaugruppe nach Anspruch 1 und eine Kontaktspitze zur Verwendung in einem Warmdrahtschweißbrenner nach Anspruch 16. Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Schweißprozesse, -ausrüstung und -materialien. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Schweißverfahren und eine Schweißvorrichtung, die für Schmalnutschweißen ausgelegt sind, um einen Schweißvorgang in tiefen und schmalen ausgesparten Abschnitten eines Werkstücks zu ermöglichen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In einigen Szenarios kann es wirtschaftlich effektiver sein, Metallkomponenten zu reparieren, die Risse oder sonstige Schäden aufweisen, anstatt sie komplett auszuwechseln. Eine solche Reparaturtechnik bezeichnet der Fachmann als Schmalnutschweißen oder Schmalspaltschweißen. Bei dieser Art des Schweißens wird der Schweißvorgang in der Regel in tiefen und ausgesparten Abschnitten eines Werkstücks ausgeführt. Schmalnutschweißen kann auch vorteilhaft sein, wenn dickwandige Werkstücke miteinander verbunden werden. Normalerweise wird Schmalnutschweißen durch einen Lichtbogenschweißprozess ausgeführt. In einem herkömmlichen Lichtbogenschweißprozess wird eine kontinuierliche Länge von Schweißdraht in einen Lichtbogenschweißbrenner geführt. Der Schweißdraht wird durch den Schweißbrenner geschoben, und eine Kontaktspitze, die sich an einem Ende des Schweißbrenners befindet, führt den Schweißdraht zu der Schweißfuge. Der Schweißdraht fungiert als eine aufzehrbare Elektrode und wird in einen elektrischen Lichtbogen hineingeschmolzen. Der elektrische Lichtbogen wird zwischen dem Schweißdraht und dem Grundwerkstoff erzeugt und schmilzt die Metalle an der Schweißfuge.
Schon in der Vergangenheit wurden Versuche unternommen, Schmalnutschweißnähte zu ziehen. Jedoch sehen sich nahezu alle derartigen Versuche mit gewaltigen Herausforderungen konfrontiert. Eine solche Herausforderung ist das Kurzschließen des Schweißdrahtes, wenn er in Kontakt mit der Seitenwand der Schmalnut kommt. Um dieses Problem zu lösen, muss der Schweißdraht extrem gerade in die Kontaktspitze eingeführt werden, so dass der Schweißdraht nicht die Seitenwände berührt. In der Praxis lässt sich das nur schwer realisieren, speziell im Fall feiner Schweißdrähte. Eine andere Herausforderung ist, dass die Länge des Schweißdrahtes (gemeinhin als „Vorstand” oder „freie Elektrodenlänge” bezeichnet) recht lang sein kann, beispielsweise länger als drei Inch, wodurch sich der Schweißdraht biegt. Ein Schweißdraht, der gebogen ist, kann während eines Schweißvorgangs sehr umständlich und schwierig zu steuern sein. Des Weiteren vergrößert ein langer Vorstand die Tendenz der Entstehung von Störlichtbögen zwischen dem in die Schmalnut hinabgeführten Schweißdraht und den Seitenwänden der Schmalnut.
Was die Sache noch verschlimmert, ist, dass derzeitige Ausführungsformen der Kontaktspitze herkömmlicherweise eine kurze Länge haben und aus einem guten elektrischen Leiter bestehen, in der Regel Kupfer. Dadurch entsteht ein doppeltes Problem beim Schweißen in tiefen und schmalen ausgesparten Umgebungen. Das erste Problem ist, dass die unzureichende Länge der Kontaktspitze es der Kontaktspitze nicht erlaubt, in den schmalen und ausgesparten Abschnitt einer Schweißfuge eines Werkstücks hineinzureichen. Dieses Problem wird in Szenarios, wo die Schweißfuge schmaler als die Kontaktspitze ist, zusätzlich verkompliziert. Das zweite Problem ist, dass, weil die Kontaktspitze in der Regel aus einem Material besteht, das ein guter elektrischer Leiter ist, jeder Kontakt mit der umgebenden Wand des ausgesparten Abschnitts einen Kurzschluss in dem System erzeugt. Aus diesen oben erwähnten Gründen besteht Bedarf an einer Baugruppe, die ein Schweißen in tiefen und schmalen ausgesparten Spalten innerhalb eines Werkstücks erlaubt.
BESCHREIBUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung das Problem zu Grunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen ein Schweißen in tiefen und schmalen ausgesparten Spalten innerhalb eines Werkstücks verbessert werden kann. Dieses Problem wird durch eine Kontaktspitzenbaugruppe nach Anspruch 1 gelöst sowie durch eine Kontaktspitze zur Verwendung in einem Warmdrahtschweißbrenner nach Anspruch 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die vorliegende Offenbarung stellt Kontaktspitzen für Warmdrahtschweißgeräte bereit, die dafür ausgelegt sind, in tiefen und schmalen ausgesparten Spalten innerhalb eines Werkstücks zu arbeiten. Kontaktspitzen gemäß der vorliegenden Erfindung stellen eine Baugruppe bereit, die in der Lage ist, sowohl den Reichweitennachteil herkömmlicher Kontaktspitzen und Schweißvorgänge zu überwinden als auch das Kurzschließen des Systems in dem Fall zu vermeiden, dass die Kontaktspitze in Kontakt mit der umgebenden Wand des tiefen und schmalen ausgesparten Spalts des Werkstücks kommt. Folglich ermöglichen Aspekte der vorliegenden Offenbarung Einsparungen von Zeit sowie Arbeits- und Materialkosten im Vergleich zu herkömmlichen Kontaktspitzen.
Kurz gesagt, umfasst eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Schweißbaugruppe mit einer Kontaktspitze, die ein Verlängerungsrohr aufnehmen kann. Das Verlängerungsrohr ist über ein Befestigungsmittel an der Kontaktspitze befestigt, und das Verlängerungsrohr führt den Schweißdraht in einen tiefen und schmalen ausgesparten Spalt. Das Verlängerungsrohr kann aus isolierendem Material bestehen, wie zum Beispiel Keramikmaterial, und schützt folglich den Schweißdraht davor, in Kontakt mit der Seitenwand des Spalts zu kommen, wodurch ein Kurzschluss vermieden wird. Dem Fachmann ist klar, dass es noch andere Materialien außer Keramikmaterial gibt, die die gleiche Aufgabe erfüllen, die diese Ausführungsform der Erfindung zu erfüllen bestrebt ist; diese sind ebenfalls in den Schutzumfang der Erfindung aufgenommen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und/oder weitere Aspekte der Erfindung werden deutlicher erkennbar, indem im Detail beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen Folgendes zu sehen ist:
1A veranschaulicht eine schaubildhafte Darstellung eines kompletten Schweißsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
1B ist eine auseinandergezogene Ansicht der Kontaktspitze, die in einem tiefen und schmalen ausgesparten Spalt arbeitet, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einer Schweißbaugruppe;
2 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Kontaktspitze gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einer Schweißbaugruppe;
3 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Verlängerungsrohres, das an der in 2 gezeigten Kontaktspitze befestigt ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einer Schweißbaugruppe;
4 veranschaulicht eine seitliche Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer Schweißbaugruppe, die ein Verlängerungsrohr zeigt, das an der Kontaktspitze befestigt ist;
5 veranschaulicht eine seitliche Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer Schweißbaugruppe, die ein Verlängerungsrohr zeigt, das einen Erwärmungsmechanismus enthält, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform einer Schweißbaugruppe; und
6 veranschaulicht eine seitliche Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden nun beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sollen das Verstehen der Erfindung unterstützen und sind nicht dafür gedacht, den Schutzumfang der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich stets auf gleiche Elemente.
Wenden wir uns nun den Figuren der vorliegenden Anmeldung zu. 1 zeigt ein beispielhaftes Warmdrahtschweißsystem 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Weil Warmdrahtschweißsysteme und -verfahren allgemein bekannt sind, werden die Details ihres Aufbaus und ihrer Funktion im vorliegenden Text nicht besprochen, weil der Durchschnittsfachmann sie versteht. Das System 100 enthält – wie es üblich ist – eine Stromversorgung 110, die über Kabel 130 mit einer Drahtzuführvorrichtung 120 gekoppelt ist. Die Stromversorgung 110 gibt einen Strom aus, der in die Drahtzuführvorrichtung 120 eingespeist wird, so dass die Drahtzuführvorrichtung den Strom zu der Elektrode E (im vorliegenden Text alternativ auch als ein Schweißdraht oder ein Verbrauchsmaterial bezeichnet) zum Schweißen des Werkstücks W weiterleiten kann. In einer beispielhaften Ausführungsform empfängt die Stromversorgung 110 ein Wechselstromsignal als ihr Eingangssignal (in 1 nicht gezeigt). Das Wechselstromsignal kann als ein 3-phasiges Eingangssignal oder ein einphasiges Wechselstrom-Eingangssignal empfangen werden. Das Wechselstromsignal kann in Abhängigkeit von der Energiequelle und/oder dem Land, in dem das System betrieben wird, hinsichtlich Spannung und Frequenz variieren. Zum Beispiel kann das Wechselstrom-Eingangssignal aus einem Energieversorgungsnetz stammen, das im Bereich von 100 bis 660 Volt bei 50 oder 60 Hz liegen kann, oder es kann von einem portablen Generator stammen, der ebenfalls eine variierende Spannung und Frequenz haben kann. Somit kann das System 100 ungeachtet der Größenordnung der Eingangswechselspannung, des Phasentyps und der Frequenz ordnungsgemäß arbeiten und ein Schweißsignal bereitstellen. Die Stromversorgung 110 kann dafür ausgelegt sein, in verschiedenen Modi zu arbeiten, wie zum Beispiel einem Konstantspannungs(CV)- oder Konstantstrom(CC)-Modus usw., wie für verschiedene Anwendungen geeignet. Somit kann die Stromversorgung 110 zusätzliche elektrische Komponenten enthalten, um das empfangene rohe (Ausgangs-)Wechselstromsignal aufzubereiten und das gewünschte Schweißsignal auszugeben. Das Ausgangssignal oder Schweißsignal kann in Abhängigkeit von der Anwendung und dem gewünschten Ausgangssignals entweder Gleichstrom oder Wechselstrom sein. Des Weiteren sind der Aufbau und die Funktion der Stromversorgung 110 für Warmdrahtanwendungen allgemein bekannt und brauchen im vorliegenden Text nicht im Detail beschrieben zu werden.
Ein Drahtzufuhrkabel 140 führt die Elektrode E zu einer Brennerbaugruppe 150, die den Schweißstrom aus der Stromversorgung 110 über ein Schweißkabel 170 in die Elektrode E einspeist. Obgleich das Kabel 170 separat von dem Kabel 140 gezeigt ist, ist es bekannt, dass das Kabel 170 auch in dem Gehäuse des Kabels 140 verlaufen kann. Ein Erdungskabel 160 ist ebenfalls mit dem Werkstück W gekoppelt. Jedes der Stromkabel 170 und 160 ist mit der Drahtzuführvorrichtung 120 über Anschlusspole 180 verbunden. Das Schweißsignal, das von der Stromversorgung 110 empfangen wird, wird über die Ausgangspole 180 in die Kabel 160/170 eingespeist. In der Regel werden Abfühldrähte verwendet, um eine Spannung und/oder einen Strom des Schweißlichtbogens abzufühlen, um eine ordnungsgemäße Steuerung des Schweißvorgangs zu ermöglichen. Die Abfühldrähte sind elektrisch mit dem Werkstücks W und der Brennerbaugruppe 150 gekoppelt, um eine Rückmeldung der Spannung und des Stroms des Lichtbogens bereitzustellen. Diese Rückmeldung wird durch die Stromversorgung 100 zum Steuern der Erzeugung und Ausgabe des Schweißsignals verwendet.
In 1A ist zu sehen, dass die Brennerbaugruppe 150 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Kontaktspitze 108 und ein Verlängerungsrohr 112 zum Führen des Schweißdrahtes in die Schmalnut enthält. In einigen Ausführungsformen nimmt ein Hohlraum im Inneren eines Körperabschnitts der Kontaktspitze 108 das Verlängerungsrohr 112 auf. Darum ist in beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie weiter unten noch ausführlicher besprochen wird, das Verlängerungsrohr 112 so geformt, dass der Schweißdraht 116 zu einem Boden einer Schweißfuge während eines Schweißvorgangs geführt werden kann, bei dem der größte Spalt der Schweißfuge schmaler ist als der kleinste Außendurchmesser der Kontaktspitze 108, wie zum Beispiel in 1A gezeigt. Wie später noch beschrieben wird (in 1A nicht gezeigt), umfasst die Kontaktspitze 108 des Weiteren einen Kanal, der durch den Körperabschnitt entlang einer Achse der Kontaktspitze 108 verläuft. In einigen Ausführungsformen verläuft der Kanal von einem Ende der Kontaktspitze 108 zum anderen Ende der Kontaktspitze 108. In einigen anderen Ausführungsformen verläuft der Kanal von einem Ende der Kontaktspitze 108 zu dem Hohlraum, der im Inneren des Körperabschnitts der Kontaktspitze 108 enthalten ist. Es versteht sich, dass Kontaktspitzen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung eine Baugruppe bereitstellen, die in der Lage ist, sowohl den Reichweitennachteil herkömmlicher Kontaktspitzen zu überwinden als auch das Kurzschließen des Systems in dem Fall zu vermeiden, dass die Kontaktspitze in Kontakt mit der umgebenden Wand des tiefen und schmalen ausgesparten Spalts des Werkstücks kommt. In einigen Ausführungsformen kann das Verlängerungsrohr 112 aus elektrisch isolierendem Material bestehen, wie zum Beispiel Keramikmaterial. In anderen Ausführungsformen kann das elektrisch isolierende Material ein Hochtemperaturpolymer, ein Glas oder irgendein anderes nicht-metallisches, nicht-leitfähiges Material sein, das den Temperaturen des Prozesses widerstehen kann.
1B ist eine weitere Ansicht einer Ausführungsform der in 1A gezeigten Brennerbaugruppe 150, die in einem tiefen und schmalen ausgesparten Spalt eines Werkstücks W (oder einem Spalt zwischen zwei Werkstücken) arbeitet. Es ist gezeigt, dass die Brennerbaugruppe 150 einen Brennerkörperabschnitt 151 enthält, der die Kontaktspitze 108 aufnimmt, und die Kontaktspitze 108 nimmt ein Verlängerungsrohr 112 zum Führen des Schweißdrahtes 116 auf. Die Kontaktspitze 108 hat ein proximales Ende 106, das die Spitze 108 mit dem Brennerkörper 151 koppelt, und ein distales Ende 110, mit dem das Rohr 112 gekoppelt ist, so dass das Verlängerungsrohr 112 den Schweißdraht 116 zu der Schweißfuge führt. Des Weiteren ist, wie in 1B gezeigt, das Verlängerungsrohr 112 so geformt, dass der Schweißdraht 116 zu einem Boden einer Schweißfuge eines Werkstücks W (oder einer Schweißfuge zwischen zwei Werkstücken) während eines Schweißvorgangs, bei dem die Schweißfuge schmaler als die Kontaktspitze 108 ist, geführt werden kann. In beispielhaften Ausführungsformen kann das Rohr 112 einen kreisförmigen Querschnitt haben, während in anderen Ausführungsformen der Querschnitt elliptisch, oval, tragflächenförmig usw. sein kann.
2 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform der in 1B gezeigten Kontaktspitze 108. Wie in 2 gezeigt, hat die Spitze 108 ein proximales Ende 106 und ein distales Ende 110 gegenüber dem proximalen Ende 106 entlang einer Achse AA, die durch die Spitze 108 hindurch verläuft. Das proximale Ende ist mit dem Brennerkörper 151 gekoppelt und kann nach Wunsch konfiguriert sein, um ordnungsgemäß an einem Brennerkörper befestigt zu werden. Zum Beispiel kann das proximale Ende 106 ein Gewinde aufweisen, um eine Schraubverbindung zu bilden. Andere Konfigurationen können ebenfalls verwendet werden. Wie gezeigt, ist ein Hohlraum 204 in der Spitze 108 enthalten, der sich teilweise von dem distalen Ende 110 entlang der Achse AA in die Spitze 108 hinein erstreckt. In beispielhaften Ausführungsformen liegt die Länge des Hohlraums im Bereich von 0,25 bis 0,75 Inch (1 Inch ≈ 2,54 cm). Jedoch ist zu beachten, dass die Länge des Hohlraums 204 jede Länge sein kann, die für die Stabilität des Verlängerungsrohres sorgt. In einigen Ausführungsformen kann der Hohlraum 204 in einem Bereich von 50 bis 100% der Länge der Kontaktspitze liegen. Des Weiteren ist in 2 gezeigt, dass die Kontaktspitze 108 einen Kanal 208 umfasst, der durch die Spitze 108 entlang der Achse AA von dem proximalen Ende 106 in Richtung des distalen Endes 110 verläuft. Der Kanal 208 wird dafür verwendet, den Draht 116 durch die Spitze 108 zu führen, und hat einen Durchmesser, der hinreichend größer ist, damit der Draht 116 leicht hindurch passt, aber auch ein elektrischer Kontakt zwischen den Wänden des Kanals 208 und dem Draht 116 während des Drahtzuführprozesses beibehalten bleibt. Dies stellt sicher, dass der Strom korrekt von der Kontaktspitze 108 zu dem Draht 116 fließen kann. Wie gezeigt, hat der Hohlraum 204 an dem distalen Ende 110 der Spitze 108 einen Durchmesser oder eine Größe, der bzw. die einen größeren Querschnitt aufweist als der Durchmesser bzw. die Größe des Kanals 208. Es ist anzumerken, dass zwar die gezeigten Ausführungsformen einen Hohlraum 204 mit einem kreisförmigen Querschnitt verwenden, dass aber andere Ausführungsformen diesbezüglich nicht beschränkt sind, und dass auch andere Querschnittsformen verwendet werden können. In beispielhaften Ausführungsformen hat der Hohlraum 204 einen Durchmesser im Bereich des 2- bis 3-fachen des Durchmessers des Kanals 208. Der Hohlraum 204 sollte so beschaffen sein, dass er eine ausreichende Befestigung des Rohres 112 an der Spitze 108 erlaubt.
Ein Verlängerungsrohr 112 (in 2 nicht gezeigt) kann mit dem Hohlraum 204 gekoppelt sein, um den Schweißdraht an dem zweiten Ende 110 der Spitze 108 vorbei und tief in eine Schmalnut hinein zu führen. Das heißt, ein proximales Ende des Rohres kann so in den Hohlraum eingesetzt sein, dass ein Kanal in dem Rohr auf den Kanal 208 ausgerichtet ist, damit der Draht 116 von der Spitze 108 zu dem Rohr 112 und schlussendlich zu dem Werkstück verlaufen kann. Der Hohlraum 204 sollte so konfiguriert sein, dass das Rohr sicher an der Spitze 108 angebracht werden kann. Zum Beispiel ist in beispielhaften Ausführungsformen ein Loch 212A in der Spitze 108 ausgebildet, um beispielsweise einen Befestigungsabschnitt 212 aufzunehmen (siehe 3 und 4), der das Verlängerungsrohr 112 an dem Körperabschnitt 108 sichern kann. Beispiele eines Befestigungsabschnitts 212 sind Bolzen, Schrauben, Niete, Sicherungsscheiben, Stehbolzen, Stifte, Muttern, Halteringe und dergleichen. Das heißt, der Befestigungsabschnitt 212 kann eine Stellschraube sein, die so in das Loch 212A geschraubt wird, dass sie Kontakt mit einer Außenfläche des Kanals 112 herstellt und durch eine Kompressionskraft den Kanal 112 an seinem Platz hält. In einigen Ausführungsformen kann der Kanal 112 eine Arretierung, eine Vertiefung oder eine Mutter an seiner Außenfläche haben, die so auf das Loch 212A ausgerichtet ist, dass eine Spitze des Befestigungsabschnitts 212 die Arretierung, die Mutter oder die Vertiefung in Eingriff nimmt, um das Rohr 112 in einer sicheren Weise zu halten. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Außenfläche des Rohres 112 ein Gewinde haben, das mechanisch mit einem Gewinde an der Innenfläche des Hohlraums 204 zusammenpasst. Natürlich können auch andere geeignete mechanische Verbindungen verwendet werden.
3 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer beispielhaften Kontaktspitzenbaugruppe 300 der vorliegenden Erfindung, wobei ein Verlängerungsrohr 112 an der in 2 gezeigten Kontaktspitze 108 befestigt ist. Genauer gesagt, zeigt 3 das Verlängerungsrohr 112, wie es im Inneren des Hohlraums 204 des Körperabschnitts 108 unter Verwendung des Befestigungsabschnitts 212 befestigt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Loch 212A ein Gewindeloch, das sich von einer Außenwand 220 des Körperabschnitts 108 und zu dem Hohlraum 204 erstreckt. Das Gewindeloch kann zum Beispiel in einem nicht-senkrechten Winkel mit Bezug auf eine Achse AA angeordnet sein und kann eine Stellschraube aufnehmen, die das Verlängerungsrohr 112 an dem Körperabschnitt 108 sichert. In einigen Ausführungsformen kann das Gewindeloch senkrecht zu der Achse angeordnet sein. Das Verlängerungsrohr 112 ermöglicht ein Hindurchführen des Schweißdrahtes (nicht gezeigt) um einen großen Betrag an dem zweiten Ende 110 der Spitze 108 vorbei. Das heißt, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen Vorstand erreichen, der signifikant größer ist als bei jeder bekannten Brenner-Kontaktspitze-Baugruppe. Der Kanal 208 ist auf einen Kanal 114 in dem Verlängerungsrohr 112 ausgerichtet, um das Hindurchführen des Schweißdrahtes durch den Körperabschnitt 108 und zu dem Werkstück W zu ermöglichen. Obgleich nicht gezeigt, kann der Kanal 114 einen gekrümmten oder gewinkelten Rand an seinem proximalen Ende haben, der mit dem Austritt des Kanals 208 zusammenpasst. Dies stellt sicher, dass, wenn eine geringfügige Fehlausrichtung vorhanden ist, der Draht trotzdem noch leicht aus dem Kanal 208 in den Kanal 114 gelangt. In beispielhaften Ausführungsformen kann das Verlängerungsrohr 112 zylindrisch geformt sein und eine Länge, einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser aufweisen. Natürlich können nach Wunsch auch andere äußere Formen verwendet werden. Natürlich versteht es sich, dass, wenn ein Verbrauchsmaterial mit einem kreisförmigen Querschnitt verwendet wird, der Innendurchmesser des Verlängerungsrohres ebenfalls kreisförmig sein muss und ähnlich dem Durchmesser der Bohrung 208 in der Kontaktspitze bemessen sein muss, um ein ordnungsgemäßes Hindurchführen des Verbrauchsmaterials zu ermöglichen.
In beispielhaften Ausführungsformen ist die Länge des Verlängerungsrohres 112 so bemessen, dass der Austritt 113 des Rohres um eine Distanz D von dem distalen Ende 110 der Kontaktspitze 108 beabstandet ist, wobei D im Bereich von 1,5 bis 8 Inch liegt. Zum Beispiel liegt die Distanz D in beispielhaften Ausführungsformen im Bereich von 4 bis 6 Inch. In beispielhaften Ausführungsformen liegt der Durchmesser des Kanals 114 im Bereich von 0,02 bis 0,0625 Inch und kann den gleichen Durchmesser wie der Kanal 208 haben, um die gleiche Drahtgröße aufzunehmen wie die Spitze 108. Der Außendurchmesser des Verlängerungsrohres 112 muss so gewählt werden, dass das Rohr während des Betriebes stabil bleibt, aber immer noch in den Spalt des Schweiß- oder Fügevorgangs passt. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der Außendurchmesser des Rohres 112 variieren, wie in der unten besprochenen Ausführungsform gezeigt.
4 veranschaulicht eine seitliche Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer Schweißbaugruppe, die ein Verlängerungsrohr zeigt, das an der Kontaktspitze befestigt ist. Genauer gesagt, unterscheiden sich die Ausführungsformen des Verlängerungsrohres und der Kontaktspitze in 4 von den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen des Verlängerungsrohres und der Kontaktspitze. Zum Beispiel gibt es in dieser Ausführungsform keinen Hohlraum in der Mitte des distalen Endes der Kontaktspitze 408, sondern der Kanal 412B einer Kontaktspitze 408 erstreckt sich zu dem zweiten Ende 110, wie gezeigt. Dies erlaubt es, die Kontaktspitze 408 unabhängig von dem Verlängerungsrohr 406 zu verwenden. In einigen beispielhaften Szenarios versteht es sich und ist klar, dass anstelle des Verlängerungsrohres 112 auch das Verlängerungsrohr 406 in dem Schweißsystem 100 von 1 verwendet werden kann. Ein solches Szenario kann sein, wenn der Schweißer von Schmalnutschweißen zu normalem Warmdraht- oder Lichtbogenschweißen oder umgekehrt wechselt. Die Kontaktspitze 408 kann für normales Schweißen verwendet werden, und das Verlängerungsrohr 406 kann gewünschtenfalls leicht angebracht werden. Wie in 4 zu sehen, hat das Verlängerungsrohr 406 einen Verbindungsabschnitt 410, der durch den ausgesparten Abschnitt 414 im Inneren des Körperabschnitts 408 aufgenommen werden kann, wie in 4 gezeigt. In einigen Ausführungsformen ist der ausgesparte Abschnitt 414 ein ringförmiger Hohlraum, der radial um eine Mittelachse der Kontaktspitze 400 angeordnet ist, und der Verbindungsabschnitt ist eine Einschubversion des ringförmigen Hohlraums, die in den ausgesparten Abschnitt 414 eingeführt werden kann. Des Weiteren enthält das Verlängerungsrohr 406 einen Kanal 412A, der auf den Kanal 412B, der durch den Körperabschnitt 408 hindurch verläuft, ausgerichtet ist. Der Kanal 412B erstreckt sich von dem distalen Ende 110 zu dem proximalen Ende (nicht gezeigt) der Spitze 408. Ähnlich der zuvor besprochenen Ausführungsform ist ein Befestigungsabschnitt 212 in der Spitze 408 angeordnet, um das Verlängerungsrohr 406 an der Spitze 408 zu befestigen.
Natürlich können auch andere Verbindungsmechanismen verwendet werden, und Form und Größe des Vorsprungsabschnitts 410 können variieren, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können anstelle eines Rings auch mehrere Vorsprünge verwendet werden. Außerdem kann, wie gezeigt, die äußere Form des Rohres 406 so variiert werden, dass eine ordnungsgemäße Verbindung mit der Kontaktspitze 408 sichergestellt ist. Zum Beispiel kann das proximale Ende des Rohres 406 einen größeren Außendurchmesser haben als das distale Ende des Rohres 406.
5 veranschaulicht eine seitliche Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer Schweißbaugruppe 500, die eine Kontaktspitze zeigt, das einen Erwärmungsmechanismus enthält. Genauer gesagt, zeigt 5 einen Schweißdraht 116, der durch eine Kontaktspitze 504 verläuft, und einen Erwärmungsmechanismus 524, der einen Abschnitt des Verlängerungsrohres 516 bedeckt. In einigen Ausführungsformen sind die Kontaktspitze 504 und der Erwärmungsmechanismus 524 separate Komponenten. In anderen Ausführungsformen ist der Erwärmungsmechanismus 524 ein integraler Teil der Kontaktspitze 504. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Erwärmungsmechanismus 524 Induktionsspulen 528 enthalten (die zum Beispiel mit einer Ummantelung versehen sind), um den Schweißdraht 116 zu erwärmen, der durch das Verlängerungsrohr 516 hindurchgeführt wird. Ein Befestigungsabschnitt 508 ist innerhalb der Kontaktspitze 504 angeordnet. Der Befestigungsabschnitt 508 sichert das Verlängerungsrohr 516 an der Kontaktspitze 504. Des Weiteren ist in 5 gezeigt, dass die Kontaktspitze 504 einen Kanal 512 umfasst, der von dem proximalen Ende 530 zu dem distalen Ende 526 durch die Spitze 504 verläuft. Außerdem ist ein Hohlraum 520 gezeigt, der in dem distalen Ende der Spitze 504 enthalten ist und sich teilweise von dem zweiten Ende 526 in die Spitze 504 hinein erstreckt, um das Verlängerungsrohr 516 aufzunehmen, ähnlich wie in 2 gezeigt. Es ist anzumerken, dass der Erwärmungsmechanismus 524 in den Kontaktspitzenausführungsformen enthalten sein kann, die in Verbindung mit den 2, 3, 4 und 6 besprochen wurden. In beispielhaften Ausführungsformen ist der Erwärmungsmechanismus 524 mit einer Stromquelle gekoppelt, die einen Strom bereitstellt, der die Spulen 528 erwärmt. Die Spulen erwärmen dann das Rohr 516 und somit den Draht 116 durch Induktionserwärmung (oder irgendeinen anderen ähnlichen Erwärmungsprozess), um sicherzustellen, dass der Wärmeverlust in dem Draht minimal ist. Dies kann helfen, einen ordnungsgemäßen Abscheidungsprozess in Warmdrahtanwendungen sicherzustellen, besonders, wenn die Länge des Rohres 516 groß ist.
6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Kontaktspitzenbaugruppe der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird eine Stützhülse 601 dafür verwendet, das Befestigen des Rohres 112 an der Kontaktspitze 108 zu unterstützen. Weil die Länge des Rohres groß sein kann, kann sie bruchanfällig sein oder unerwünschterweise verrutschen und einen versehentlichen Kontakt herstellen. Die Stützhülse 601 hat einen Hohlraum 602, in den das distale Ende der Spitze 108 so eingesetzt ist, dass die Wände des Hohlraums 602 einen Kontakt mit einer Außenfläche der Kontaktspitze 108 herstellen. Des Weiteren hat die Hülse 601 einen Kanal 604, durch den das Rohr 112 verläuft. Somit kontaktiert die Hülse 601 sowohl das Rohr als auch die Kontaktspitze, um die Steifigkeit der Verbindung zu erhöhen. Natürlich sollte die Hülse 601 kein Design haben, das mit einem tiefen Schmalnutschweißvorgang kollidiert. Somit kann die Stützhülse 601 dafür verwendet werden, das Rohr 112 zusätzlich physisch zu stützen, und kann mit jeder der oben besprochenen und gezeigten Ausführungsformen verwendet werden, und kann in Abhängigkeit von der Anwendung entweder aus einem leitfähigen oder einem nicht-leitfähigen Material bestehen. Darüber hinaus kann die Hülse 601 mit jedem mechanischen Mittel an der Spitze 108 befestigt werden. Zum Beispiel kann die Hülse 601 eine Stellschraubenverbindung ähnlich der oben besprochenen verwenden.
In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Hülse 601 auch dafür verwendet werden, das Rohr 112 an der Kontaktspitze 108 zu befestigen. Zum Beispiel hat das Rohr 112, wie in 6 gezeigt, einen Vorsprungsabschnitt 603, der sich von der Außenwand des Rohres 112 nach außen erstreckt. Der Hohlraum 602 der Hülse 601 hat eine distale Fläche 607 innerhalb des Hohlraums, die den Vorsprungsabschnitt 603 kontaktiert, und hält im zusammengebauten Zustand den Vorsprungsabschnitt 603 gegen das distale Ende 110 der Spitze 108. Zum Beispiel können die Kontaktspitze 108 und die Hülse 601, wie gezeigt, zusammenpassende Gewindeflächen haben, die es ermöglichen, die Hülse 601 auf die Außenseite der Spitze 108 zu schrauben, so dass das Rohr 112 zu dem distalen Ende 110 der Spitze 108 gezogen und daran gesichert wird. Der Vorsprungsabschnitt 603 kann integral mit der Wand des Rohres ausgebildet sein und kann nach Bedarf geformt sein, um eine sichere Verbindung bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Abschnitt 603 ein Ring um die Außenwand des Rohres 112 herum sein oder kann mehrere diskrete Vorsprünge sein, dass in entsprechende Nuten in der Hülse 601 eingreifen. Natürlich können auch andere Verbindungsarten verwendet werden, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Umfassen, enthalten und/oder Mehrzahlformen von jedem sind offene Formulierungen und enthalten die aufgelisteten Teile und können weitere Teile enthalten, die nicht aufgelistet sind. Und/oder ist eine offene Formulierung und enthält ein oder mehrere der aufgelisteten Teile und Kombinationen der aufgelisteten Teile.
Wie oben angesprochen, erfolgte der größte Teil der Besprechung in der vorliegenden Anmeldung zwar im Kontext von Schweißsystemen und -anwendungen, doch diese Besprechungen waren nur beispielhaft. Oder anders ausgedrückt: Zwar wurde die Erfindung insbesondere mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben, doch die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel kann die Befestigung des Verlängerungsrohres an der Kontaktspitze auch auf einem Press- oder Reibpassungsmechanismus anstatt auf den oben besprochenen Mechanismen basieren. Somit leuchtet dem Durchschnittsfachmann ein, dass verschiedene Änderungen an Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, abzuweichen.
Bezugszeichenliste

100: Schweißsystem
106: proximales Ende
108: Kontaktspitze
110: Stromversorgung/distales Ende
112: Verlängerungsrohr
113: Austritt
114: Kanal
116: Schweißdraht
120: Drahtzuführvorrichtung
130: Kabel
140: Zufuhrkabel
150: Brennerbaugruppe
151: Brennerkörper(abschnitt)
160: Erdungskabel
170: Schweißkabel
180: Ausgangspol
204: Hohlraum
208: Kanal
212: Befestigungsabschnitt
212A: Loch
300: Spitzenbaugruppe
400: Kontaktspitze
406: Verlängerungsrohr
408: Kontaktspitze
410: Verbindungsabschnitt/Vorsprungabschnitt
412A: Kanal
412B: Kanal
414: ausgesparter Abschnitt
500: Schweißbaugruppe
504: Kontaktspitze
508: Befestigungsabschnitt
512: Kanal
516: Verlängerungsrohr
520: Hohlraum
524: Erwärmungsmechanismus
526: zweites Ende
528: Induktionsspule
530: proximales Ende
601: Stützhülse
602: Hohlraum
603: Vorsprungsabschnitt
604: Kanal
AA: Achse
D: Distanz
E: Elektrode
W: Werkstück

Claims

Kontaktspitzenbaugruppe, die Folgendes umfasst: eine Kontaktspitze (108, 400, 408, 504), die Folgendes umfasst: einen Körperabschnitt, der ein erstes Ende aufweist, das mit einem Schweißbrenner wirkzuverbinden ist, und ein zweites Ende aufweist, das dem ersten Ende entlang einer Achse (AA) gegenüberliegt, die durch den Körperabschnitt verläuft, einen Hohlraum (204, 520, 602) in dem Körperabschnitt, der sich von dem zweiten Ende in den Körperabschnitt hinein erstreckt, und einen Kanal, der durch den Körperabschnitt entlang der Achse (AA) von dem ersten Ende zu dem Hohlraum verläuft, um einen Draht (116) hindurchzuführen; und ein nicht-elektrisch leitfähiges Verlängerungsrohr (112, 406, 516), das in den Hohlraum eingesetzt ist und mit der Kontaktspitze (108, 400, 408, 504) gekoppelt ist, wobei das nicht-elektrisch leitfähige Verlängerungsrohr einen Kanal hat, der auf den Kanal des Körperabschnitts ausgerichtet ist, wenn das Verlängerungsrohr (112, 406, 516) in den Hohlraum eingesetzt ist.
Kontaktspitzenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das Verlängerungsrohr (112, 406, 516) einen solchen Außendurchmesser hat, dass der Draht (116) zu einem Boden einer Fuge während eines Drahtabscheidungsvorgangs geführt werden kann, bei dem die Fuge schmaler ist als ein kleinster Durchmesser der Kontaktspitze (108, 400, 408, 504).
Kontaktspitzenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Hohlraum entlang der Achse (AA) so in den Körperabschnitt hinein erstreckt, dass ein distales Ende des Kanals stromaufwärts des zweiten Endes der Kontaktspitze (108, 400, 408, 504) endet.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Hohlraum (204, 520, 602) ein ringförmiger Hohlraum ist, der sich in den Körperabschnitt hinein erstreckt, wobei der ringförmige Hohlraum (204, 520, 602) radial um die Achse (AA) herum angeordnet ist.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Körperabschnitt ein Loch zum Aufnehmen eines Befestigungsabschnitts umfasst, um den Verlängerungsrohr (112, 406, 516) an dem Körperabschnitt zu sichern.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Loch ein Gewindeloch ist, das sich von einer Außenwand des Körperabschnitts und zu dem Hohlraum erstreckt, und der Befestigungsabschnitt eine Stellschraube ist, die das Verlängerungsrohr (112, 406, 516) an dem Körperabschnitt sichert.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gewindeloch in einem Winkel mit Bezug auf die Achse (AA) angeordnet ist.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gewindeloch senkrecht zu der Achse (AA) angeordnet ist.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verlängerungsrohr (112, 406, 516) ein Keramikmaterial ist.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die des Weiteren einen Erwärmungsmechanismus (524) umfasst, der über dem Verlängerungsrohr (112, 406, 516) angeordnet ist, um den Draht (116) zu erwärmen.
Kontaktspitzenbaugruppe nach Anspruch 10, wobei der Erwärmungsmechanismus (524) eine Induktionsspule enthält.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Länge des Hohlraums im Bereich von 0,25 bis 0,75 Inch liegt.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Länge des Verlängerungsrohres (112, 406, 516) von dem zweiten Ende der Kontaktspitze zu einem distalen Ende des Verlängerungsrohres (112, 406, 516) im Bereich von 1,5 bis 8 Inch liegt.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein Durchmesser des Kanals des Verlängerungsrohres (112, 406, 516) im Bereich von 0,02 bis 0,0625 Inch liegt.
Kontaktspitzenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eine Außenfläche des Verlängerungsrohres (112, 406, 516) einen nicht-kreisförmigen Querschnitt hat.
Kontaktspitze (108, 400, 408, 504) zur Verwendung in einem Warmdrahtschweißbrenner, wobei die Kontaktspitze (108, 400, 408, 504) Folgendes umfasst: einen Körperabschnitt, der ein erstes Ende aufweist, das mit dem Warmdrahtschweißbrenner wirkzuverbinden ist, und ein zweites Ende aufweist, das dem ersten Ende entlang einer Achse gegenüberliegt, die durch den Körperabschnitt verläuft; einen Hohlraum in dem Körperabschnitt zum Aufnehmen eines Verlängerungsrohres (112, 406, 516), das einen Schweißdraht (116) an dem zweiten Ende des Körperabschnitts vorbei führt, wobei sich der Hohlraum von dem zweiten Ende und teilweise in den Körperabschnitt hinein erstreckt; und einen Kanal, der durch den Körperabschnitt entlang der Achse von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende oder zu dem Hohlraum verläuft, um einen Schweißdraht (116) hindurchzuführen; und ein nicht-elektrisch leitfähiges Verlängerungsrohr (112, 406, 516), das in den Hohlraum eingesetzt ist und mit der Kontaktspitze (108, 400, 408, 504) gekoppelt ist, wobei das nicht-elektrisch leitfähige Verlängerungsrohr (112, 406, 516) einen Kanal hat, der auf den Kanal des Körperabschnitts ausgerichtet ist, wenn das Verlängerungsrohr (112, 406, 516) in den Hohlraum eingesetzt ist.
Kontaktspitze (108, 400, 408, 504) nach Anspruch 16, wobei der Körperabschnitt ein Loch zum Aufnehmen eines Befestigungsabschnitts umfasst, um das Verlängerungsrohr (112, 406, 516) an dem Körper zu sichern.
Kontaktspitze (108, 400, 408, 504) nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Loch ein Gewindeloch ist, das sich von einer Außenwand des Körperabschnitts und zu dem Hohlraum erstreckt, und der Befestigungsabschnitt eine Stellschraube ist, die das Verlängerungsrohr (112, 406, 516) an dem Körperabschnitt sichert.
Kontaktspitze (108, 400, 408, 504) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei sich der Hohlraum entlang der Achse (AA) in den Körperabschnitt hinein erstreckt.
Kontaktspitze (108, 400, 408, 504) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der Hohlraum ein ringförmiger Hohlraum ist, der sich in den Körperabschnitt hinein erstreckt, wobei der ringförmige Hohlraum radial um die Achse (AA) herum so angeordnet ist, dass das distale Ende des Kanals des Körperabschnitts koplanar mit dem zweiten Ende des Körperabschnitts ist.