DE202021102445U1 - Kombinierte Absaug-Schutzgasdüse eines Lichtbogenschweißbrenners mit abschmelzender Elektrode und Brennerhals mit einer kombinierten Absaug-Schutzgasdüse - Google Patents

Abstract

Kombinierte Absaug-Schutzgasdüse (10) eines Lichtbogenschweißbrenners mit abschmelzender Elektrode mit einem Schutzgaskanal (1) zum Zuführen von Schutzgas zum Schweißprozess und einer Absaugeinrichtung (3) mit mindestens einem Absaugkanal (6) mit Absaugöffnung (7) zum Absaugen des während des Schweißprozesses auftretenden Rauchgases, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzgaskanal (1) und der mindestens eine Absaugkanal (6) radial und in axialer Richtung derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass die Absaugöffnung (7) für den mindestens einen Absaugkanal (6) in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter dem Schutzgaskanal (1) liegt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine kombinierte Absaug-Schutzgasdüse eines Lichtbogenschweißbrenners mit abschmelzender Elektrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Brennerhals zum thermischen Fügen wenigstens eines Werkstücks, insbesondere zum Lichtbogenschweißen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 14.
• Thermische Lichtbogenfügeverfahren nutzen Energie, um die Werkstücke aufzuschmelzen und sie zu verbinden. In der Blechfertigung kommen standardmäßig „MIG“, „MAG“ sowie „WIG“-Schweißen zum Einsatz.
• Bei schutzgasunterstützten Lichtbogenschweißverfahren mit abschmelzender Elektrode (MSG) steht „MIG“ für „Metall-Inertgas“, und „MAG“ für „Metall-Aktivgas“. Bei schutzgasunterstützten Lichtbogenschweißverfahren mit nicht-abschmelzender Elektrode (WSG) steht „WIG“ für „Wolfram-Inertgas“. Die erfindungsgemäßen Schweißvorrichtungen können als maschinengeführter Schweißbrenner ausgeführt sein.
• MAG-Schweißen ist ein Metall-Schutzgasschweiß-Prozess (MSG) mit Aktivgas, bei dem der Lichtbogen zwischen einer kontinuierlich zugeführten, abschmelzenden Drahtelektrode und dem Werkstoff brennt. Die abschmelzende Elektrode liefert den Zusatzwerkstoff zur Bildung der Schweißnaht. MAG-Schweißen kann bei nahezu allen schweißgeeigneten Werkstoffen einfach und wirtschaftlich eingesetzt werden. Je nach Anforderung und Werkstoff werden dabei unterschiedliche Schutzgase eingesetzt.
• Beim MSG-Schweißen schützt das zugeführte Aktivgas die Elektrode, den Lichtbogen und das Schmelzbad gegenüber der Atmosphäre. Dies sichert gute Schweißergebnisse mit hohen Abschmelzleistungen unter unterschiedlichsten Bedingungen. Abhängig vom Werkstoff wird als Schutzgas ein Gasgemisch aus Argon CO2, Argon O2 oder reines Argon oder reines CO2 eingesetzt. Je nach Anforderung werden unterschiedliche Drahtelektroden genutzt. MAG-Schweißen ist ein robuster, wirtschaftlicher und vielseitig einsetzbarer Schweißprozess, der sich sowohl für manuelle, mechanische und automatisierte Prozesse eignet.
• MAG-Schweißen eignet sich zum Schweißen von un- bzw. niedriglegierten Stählen. Hochlegierte Stähle und Nickelbasislegierungen lassen sich prinzipiell auch mit dem MAG-Prozess schweißen. Der O2- oder CO2-Anteil im Schutzgas ist allerdings gering. Je nach Anforderung an die Schweißnaht und an das optimale Schweißergebnis werden unterschiedliche Lichtbogenarten und Schweißprozesse wie der Standard- oder der Pulsprozess verwendet.
• Lichtbogenschweißvorrichtungen erzeugen zum Aufschmelzen des Schweißgutes einen Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer abschmelzenden oder nicht abschmelzenden Schweißelektrode. Das Schweißgut sowie die Schweißstelle werden von einem Schutzgasstrom gegenüber den Atmosphärengasen, hauptsächlich N2, O2, H2, der Umgebungsluft abgeschirmt.
• Der Brennerhals enthält gewöhnlich eine Gruppe von innenliegenden, schweißstromführenden Bauteilen, die den Schweißstrom von einer Schweißstromquelle in dem Lichtbogenschweißgerät zur Spitze des Brennerkopfes auf die Schweißelektrode leiten, um dann von dort aus den Lichtbogen zum Werkstück zu erzeugen.
• Der Schutzgasstrom umströmt die Schweißelektrode, den Lichtbogen, das Schweißbad und die Wärmeeinflusszone am Werkstück und wird diesen Bereichen dabei über den Brennerhals des Schweißbrenners zugeführt. Eine Gasdüse leitet den Schutzgasstrom zum Vorderende des Brenners, wo der Schutzgasstrom etwa ringförmig um die Schweißelektrode aus dem Brennerkopf austritt.
• Die Gasführung zur Gasdüse erfolgt im Stand der Technik in der Regel über Bauteile aus einem Werkstoff mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit (Polymere oder Oxidkeramiken), die gleichzeitig als Isolation dienen können.
• Der zum Schweißen erzeugte Lichtbogen erhitzt während des Schweißvorgangs das zu schweißende Werkstück sowie gegebenenfalls zugeführtes Schweißgut, sodass diese aufgeschmolzen werden. Durch den Lichtbogenenergieeintrag, die hochenergetische Wärmestrahlung und Konvektion kommt es zu einem signifikanten Wärmeeintrag in den Brennerkopf des Schweißbrenners. Ein Teil der eingetragenen Wärme kann durch den durch den Brennerkopf geleiteten Schutzgasstrom beziehungsweise durch die passive Kühlung in der Umgebungsluft sowie die Wärmeleitung in das Schlauchpaket wieder abgeführt werden.
• Ab einer gewissen Schweißstrombelastung des Brennerkopfes ist der Wärmeeintrag jedoch so groß, dass eine sogenannte aktive Kühlung des Brennerkopfes erforderlich ist, um die eingesetzten Bauteile vor thermischem Materialversagen zu schützen. Hierzu wird der Brennerkopf aktiv mit einem Kühlmittel gekühlt, welches den Brennerkopf durchströmt und dabei die aus dem Schweißprozess aufgenommene und unerwünschte Wärme abtransportiert. Als Kühlmittel kann dabei beispielsweise entionisiertes Wasser mit Zusätzen von Ethanol oder Propanol zum Zweck des Frostschutzes verwendet werden.
• Neben dem Schweißen kommt auch das Löten in Betracht, um Blechbauteile zu verbinden. Anders als beim Schweißen wird dabei nicht das Werkstück, sondern nur der Zusatzwerkstoff geschmolzen. Der Grund dafür ist, dass beim Löten zwei Kanten durch das Lot als Zusatzwerkstoff miteinander verbunden werden. Die Schmelztemperaturen des Lotwerkstoffes und der Bauteilwerkstoffe liegen weit auseinander, weshalb bei der Bearbeitung nur das Lot schmilzt.
• Zum Lichtbogen-Löten können üblicherweise Argon 11 oder Ar-Gemische mit Beimischungen von CO2, O2 oder H2 nach DIN ISO 14175 eingesetzt werden.
• Das Prinzip des MSG-Lichtbogenlötens ist gerätetechnisch weitgehend identisch mit dem MSG-Schweißen mit drahtförmigem Zusatzwerkstoff.
• Aus der EP 2 407 267 B1 und der EP 2 407 268 B1 ist ein Schweißbrenner mit einer Schutzgaszuführung, einem Brenneranschlussblock, einem an einem Ende an den Brenneranschlussblock anschließenden Brennerhals und einem am anderen Ende des Brennerhalses vorgesehenen Brennerkopf bekannt, wobei der Brennerhals ein Innenrohr, ein Außenrohr und einen zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr vorgesehenen Isolierschlauch aufweist.
• Derartige Schweißbrenner werden im Stand der Technik unter anderem zum Metallinertgasschweißen (MIG) eingesetzt. Beispielsweise ist ein solcher Schweißbrenner in der Druckschrift DE 10 2004 008 609 A1 beschrieben. Bei diesem Schweißbrenner wird der Schweißstrom über die Kontaktdüse dem im Innenrohr befindlichen Schweißdraht zugeführt. Dabei sind die äußeren Teile des Brenners elektrisch von dem Innenrohr isoliert, um ein Fließen von Schweißströmen über das Brennergehäuse zu verhindern. Im Schweißprozess erfolgt eine Erwärmung des Schweißdrahtes und die Wärme wird teilweise in den Schweißbrenner geleitet.
• Gattungsgemäß kann das im Schweißprozess ohnehin verwendete Schutzgas möglichst effektiv zur Kühlung des Innenrohres eingesetzt werden. Eine effektive Kühlung des Innenrohres kann erreicht werden, wenn das Gas in flachen Kanälen an der Außenseite des Innenrohres entlang strömt. Zur Erzeugung von Gasströmungskanälen außen am Innenrohr wird im Stand der Technik ein Mantelrohr auf dem Innenrohr verwendet. Der Verbund aus Innenrohr und Mantelrohr wird dann durch einen Isolierschlauch von einem äußeren Gehäuserohr isoliert.
• Die Zuführung des Schutzgases erfolgt zunächst durch die Schutzgaszuführung, die typischerweise in Form einer Bohrung im Brenneranschlussblock ausgebildet ist. Da die Zuführung des Schutzgases unsymmetrisch zum Innenrohr erfolgen kann, soll das Schutzgas möglichst gleichmäßig um das Innenrohr herum verteilt werden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise in der EP 2 407 267 B1 vorgeschlagen, dass der äußere Ringkanal innerhalb des Brenneranschlussblocks und um das Innenrohr ausgebildet ist, durch welchen sich das Schutzgas um das Innenrohr herum verteilen kann. Das Schutzgas strömt somit ausgehend von der Bohrung im Brenneranschlussblock über den äußeren Ringkanal und die radialen Gaskanäle zu dem Zwischenraum zwischen Innenrohr und Isolierschlauch bzw. gegebenenfalls auch zu dem Zwischenraum zwischen Isolierschlauch und Außenrohr.
• Zur Erfassung der beim Schweißen entstehenden Rauchgase und Schadstoffe möglichst nahe am Entstehungsort, d.h. am Schweißprozess, sind Brenner mit Absaugeinrichtungen vorgesehen.
• Aus der EP 2 298 485 A1 ist ein Brenner mit einem Absauggehäuse bekannt, welches den Brennerhals in einem relativ kurzen Teilabschnitt umschließt. An das Absauggehäuse ist ein Absaugschlauch angeschlossen, der parallel zum restlichen Abschnitt des Brennerhalses und zum Handgriff mit dem Brennerschlauchpaket verlegt ist.
• Die EP 0 835 711 A2 betrifft einen Schweißbrenner mit einem den Brennerhals umschließenden, im Zwischenraum einen Rauchgaskanal ausbildenden Absaugrohr. Das Absaugrohr geht im vorderen Bereich in eine Absaugdüse über. Das Rauchgas wird unmittelbar an der Schweißstelle abgesaugt. Das Absaugrohr ist mittels eines Dreifachsteges und einer Überwurfmutter mit dem Brennerhals fest verbunden. Am griffseitigen Ende mündet das Absaugrohr in einen nach Art eines Bypasses außen neben dem Handgriff des Brenners geführten Absaugschlauch.
• Nachteilig bei den bekannten Vorrichtung ist, dass die Handhabung des Brenners durch die am Brennerkopf angeordnete Absaugeinrichtung eingeschränkt ist, da das über die Absaugdüse abgesaugte Rauchgas über eine separate Bypassleitung parallel zum Handgriff des Brenners geführt wird. Zudem ist durch die Führung des Rauchgases über diese parallel zum Brennerhals verlaufende Leitung der abgesaugte Volumenstrom stark begrenzt.
• Darüber hinaus ist es nachteilig, dass bei den bekannten Vorrichtungen auch ohne Absaugdüse geschweißt werden kann, so dass die schädlichen Rauchgase und Schadstoffe folglich nicht abgesaugt werden und von einem Benutzer eingeatmet werden können, was ein großes Gesundheitsrisiko darstellt.
• Ausgehend von den zuvor beschriebenen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Düseneinheit und einen verbesserten Brennerhals anzugeben, welche eine gewichts- und größenreduzierte Bauform aufweisen und eine sichere und einfache Bedienung gewährleisten. Dabei sollen sich Baugröße und Gewicht möglichst wenig von einem konventionellen Schweißbrenner unterscheiden.
• Ferner besteht die Herausforderung bei der Konstruktion von Schweißrauchabsaugbrennern darin, einen ausreichenden Absaugvolumenstrom mit einer begrenzten Absaugleistung erzeugen zu können, um eine ausreichende Erfassung der Schweißrauche zu erreichen und dabei die Schutzgasströmung nicht nachteilig zu beeinflussen.
• Diese Aufgabe wird gelöst mit einer kombinierten Absaug-Schutzgasdüse nach Anspruch 1 und mit einem Brennerhals eines Schweißbrenners zum thermischen Fügen wenigstens eines Werkstücks nach Anspruch 14.
• Darstellung der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine kombinierte Absaug-Schutzgasdüse eines Lichtbogenschweißbrenners mit abschmelzender Elektrode, wie etwa einen MIG-Brenner, mit einem Schutzgaskanal zum Zuführen von Schutzgas zum Schweißprozess und einer Absaugeinrichtung mit mindestens einem Absaugkanal mit Absaugöffnung zum Absaugen des während des Schweißprozesses auftretenden Rauchgases oder der Schadstoffe.
• Erfindungsgemäß sind der Schutzgaskanal und der mindestens eine Absaugkanal radial und in axialer Richtung derart versetzt zueinander angeordnet, dass die Absaugöffnung für den mindestens einen Absaugkanal in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter dem Schutzgaskanal liegt.
• Auf diese Weise ist eine möglichst kompakt ausgebildete Absaug-Schutzgasdüse für MIG-Brenner realisiert. Ferner ist eine optimale Rauchabsaugung umgesetzt, um Schweißer und Bediener vor Schweißrauchen zu schützen. Denn die schädlichen Emissionen werden auch in einer solchen Konfiguration noch immer nah genug am Entstehungsort, d.h. am Schweißprozess, abgesaugt, sodass Schweißer und Bediener nicht in Kontakt mit dem Schweißrauch kommen. Ziel ist es dabei insbesondere die induzierte Geschwindigkeit der Absaugströmung nach EN ISO 21904-1, die eine aus dem Volumenstrom berechnete Strömungsgeschwindigkeit am virtuellen Lichtbogenansatz am Drahtende beschreibt, zu erreichen.
• Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, dass die Absaugöffnungen der Absaugeinrichtung bezüglich der Düsenlängsachse axial versetzt zum Schutzgasauslass der Düse angeordnet sind. Die Rauchgasführung erfolgt also über die kombinierte Absaug-Schutzgasdüse, wobei es jedoch vorliegend im Gegensatz zum Stand der Technik keiner Veränderung am Brennerkopf bedarf. Das Führen des Rauchgases koaxial zum eigentlichen Brennerhals ist einfach zu realisieren. Es bedarf keines Bypasses, und vor allem erfordert es keine Veränderung des Brennerhals selbst.
• Diese nach außen und weniger nach vorn gerichtete Ausrichtung ist insbesondere von Bedeutung für die Absaugung von Ozon als gasförmigem Schadstoff, das durch die Lichtbogenstrahlung induziert erst in einiger Entfernung zum Prozess entsteht. Hier schafft die Erfindung einen größeren Freiheitsgrad, indem der Absaugabschnitt, d.h. die Absaugöffnungen weiter hinten und nach außen gerichtet angeordnet sind. Diese Lösung ist dabei vor allem für begrenzten Stromstärken bis 300 A und entsprechend wenig gerichteten Lichtbogenströmen geeignet, sehr gute Absaugergebnisse zu erreichen.
• Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung ist, dass die Absaugung des Rauchgases und die Zuführung des Schutzgases in Strömungsrichtung hintereinander erfolgen, d.h. am vorderen Ende der Düse strömt Schutzgas aus und in Rauchgasabsaugrichtung gesehen dahinter wird erst abgesaugt. Hierdurch wird ein Erhitzen des Schutzgases durch heiße Rauchgase weitestgehend vermieden und durch die Anordnung der Absaugöffnungen wird auch vermieden, dass sich diese an der heißen Schutzgasdüsenoberfläche zusätzlich erwärmen, was zu erhöhten Temperaturen im Brenner, insbesondere im Handgriff führen kann.
• Wie erwähnt, ist es beim Stand der Technik nachteilig, dass das über eine Düse am Brennerkopf abgesaugte Rauchgas über einen Schlauch in Art eines Bypasses in das Griffstück geführt und von dort über das Schlauchpaket abgeleitet wird. Denn dadurch ist die Handhabung des Brenners stark eingeschränkt.
• Demgegenüber schlägt die Erfindung vor, die Befestigung der Absaugeinrichtung am Handstück des Brenners vorzunehmen. Während also beim Stand der Technik die Fixierung der Düse am Brennerkopf erfolgt, ist die Rauchgasabführung bei der Erfindung über den Brennerkopf und eine Führung am Brennerhals in das Griffstück angeordnet und nicht über eine separate Bypass Leitung. Bei der Erfindung wird das Rauchgas von der Düse am Brennerkopf über den Brennerhals der Düse zum Griffstück geführt.
• Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Schutzgaskanal und der Absaugkanal im Wesentlichen achsparallel zueinander ausgerichtet. Das Rauchgas strömt demnach in der Düse in entgegengesetzter Richtung zum Schutzgas. Durch diese Ausgestaltung ist eine besonders kompakte Bauform der Düse realisiert. Vorzugsweise können Schutzgaskanal und Absaugkanal zentrisch zueinander angeordnet sein. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn lediglich nur ein einziger Absaugkanal vorgesehen ist, welcher sich koaxial um den Schutzgaskanal erstreckt, so dass Schutzgaskanal und Absaugkanal zentrisch zueinander ausgerichtet sind.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die die Absaugeinrichtung mehrere umfangseitig des Brennerhals, vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnete Absaugöffnungen für das Rauchgas aufweist. Die Absaugöffnungen können etwa im gleichen Abstand zueinander angeordnet sein, wobei jede Absaugöffnung über den Absaugkanal mit der Absaugeinrichtung in einer Fluidverbindung steht. Auf diese Weise wird das Rauchgas gleichmäßig abgesaugt. Vorzugsweise kann eine gerade Anzahl an Absaugöffnungen vorzugsweise sein, um die Düse formtechnisch herstellen zu können.
• Gemäß einer weiteren Variante ist das brennerseitige Ende des Schutzgaskanals über eine Schulter mit dem mindestens einen radial und in axialer Richtung versetzt angeordneten Absaugkanal verbunden.
• Der Schutzgaskanal wird durch einen vorzugsweise etwa zylindrisch ausgebildeten Düsenabschnitt mit einer inneren und äußeren Oberfläche gebildet, wobei das Schutzgas im Inneren des Düsenabschnitts geführt wird. Das brennerseitige Ende des Schutzgaskanals, insbesondere die äußere Oberfläche des den Schutzgaskanal bildenden Düsenabschnitts, mündet in die Schulter, welche vorzugsweise gegenüber dem Düsenabschnitt nach außen vorstehen kann. Diese Schulter ist mit dem Absaugkanal verbunden, wobei die Absaugöffnungen im Bereich der, vorzugsweise schräg verlaufenden Schulter angeordnet sind. Aufgrund der schräg verlaufenden Schulter wird erreicht, dass die Rauchgase und Schadstoffe über einen größeren Absaugbereich abgesaugt werden. Denn aufgrund der Schrägstellung ist die Absaugöffnung bzw. sind die Absaugöffnungen nicht nur in Strömungsrichtung gerichtet, sondern auch in Richtung seitlich zur Düse, so dass im Ergebnis der Absaugbereich, insbesondere gegenüber einer nicht schräg gestellten Schulter Absaugöffnung vergrößert ist.
• Darüber hinaus sind die nach vorne und zusätzlich nach außen gerichteten Absaugöffnungen insbesondere für die Absaugung von Ozon als gasförmigem Schadstoff von Bedeutung. Denn das Ozon entsteht durch die Lichtbogenstrahlung induziert erst in einiger Entfernung zum Schweißprozess. Insgesamt wird in vorteilhafter Weise ein größerer Freiheitsgrad erreicht, indem die Absaugöffnungen weiter hinten und nach außen gerichtet angeordnet sind.
• Insbesondere kann das brennerseitige Ende des Schutzgaskanals einstückig über die Schulter mit dem Absaugkanal verbunden sein. Auf diese Weise ist der Einsatz des Schweißbrenners mit erfindungsgemäßer Düse nur im montierten Zustand der Düse mit Absaugbereich möglich. Aufgrund dieses Sicherheitsmerkmals ist der Benutzer optimal vor Rauchgasen und Schadstoffen geschützt.
• In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Absaugöffnungen einen elliptischen oder ovalförmigen Querschnitt aufweisen.
• Insbesondere kann es für den Fall, dass sich die Absaugöffnungen über die schräg verlaufende Schulter erstrecken, vorgesehen sein, dass die Absaugöffnungen einen elliptischen oder ovalförmigen Querschnitt in Bezug auf die Oberfläche der Schulter aufweisen. Auf diese Weise wird der Absaugbereich für die Rauchgase und Schadstoffe weiter vergrößert, was insbesondere auch für Gase wie Ozon relevant ist. Ferner können die Absaugöffnungen durch Bohren herstellungstechnisch einfach erzeugt werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Düse ein Gewinde, insbesondere einen Gewindeeinsatz zum Aufschrauben auf einen Brennerhals aufweist. Auf diese Weise ist eine einfache Montage und Austauschbarkeit der Düse am Brenner gewährleistet.
• Besonders vorteilhaft ist, dass zwischen dem Gewindeeinsatz und der Absaugeinrichtung eine elektrische Isolation, insbesondere eine Spritzmasse vorgesehen ist. Hierbei kann die Isolationsmasse sowohl durch Pressen, Spritzpressen als auch Spritzgießen verarbeitet werden.
• Vorzugsweise wird eine Isolation aus mit Glasfasern und Mineralien gefüllter Phenolformmasse eingesetzt. Dieses Material bietet sehr hohe mechanische Stabilität in alle Richtungen bei gleichzeitig sehr guter elektrischer Isolierfähigkeit.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Gewindeeinsatz in eine Aufnahme der Düse einpressbar, insbesondere ist der Gewindeeinsatz in eine in der Aufnahme der Düse befindliche Spritzmasse zur elektrischen Isolation einpressbar. Die ist deshalb besonders vorteilhaft, da die Montage der Düse weiter vereinfacht wird.
• In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung kann es alternativ zur Ausgestaltung, wonach das brennerseitige Ende des Schutzgaskanals einstückig über die Schulter mit dem Absaugkanal verbunden ist, vorgesehen sein, dass die Absaugeinrichtung mit Absaugkanal und Absaugöffnungen lösbar an einem Teilelement der kombinierten Absaug-Schutzgasdüse angeordnet ist, wobei das Teilelement den Schutzgaskanal mit Schutzgasauslassöffnungen aufweist. In diesem Teilelement können auch der Gewindeeinsatz zum Aufschrauben auf den Brennerhals und/oder die elektrische Isolation vorgesehen sein. Insbesondere ist es denkbar, dass das Teilelement und die Absaugeinrichtung miteinander verschraubt sind. Hierzu kann das Teilelement ein Außengewinde aufweisen, auf welches die Absaugeinrichtung mit einem korrespondierenden Innengewinde aufschraubbar ist.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Absaug-Schutzgasdüse am vorderen Ende, insbesondere im Bereich der Schutzgasauslassöffnung einen Aufnahmebereich zur Aufnahme, insbesondere zum Aufstecken oder Aufschrauben einer Verschleißkappe aufweist, vorzugsweise dass der Aufnahmebereich ein Außengewinde zum Aufschrauben der Verschleißkappe mit einem korrespondierenden Innengewinde aufweist.
• Diese Verschleißkappe hat den Vorteil, dass sie geometrisch sehr einfach und damit preisgünstig hergestellt werden kann. Die höchsten Belastungen in Bezug auf den lichtbogeninduzierten Wärmeeintrag und auch Spritzer wirken damit auf dieses Bauteil und nicht auf die komplexere Schutzgas-Absaugdüse ein. Die Lebensdauer der kombinierten Schutzgas-Absaugdüse kann dabei mindestens eine Größenordnung über der Lebensdauer der Verschleißkappe liegen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Geometrie, vorzugsweise die Länge der Verschleißkappe einfach angepasst werden kann bzw. dies ein Anwender selbst anpassen kann.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen die Absaugeinrichtung aus Aluminium, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, und/oder der Gewindeeinsatz aus Messing und/oder die Verschleißkappe aus Kupfer. Die spezifischen Vorteile von Aluminium liegen in der geringen Dichte, der guten Bearbeitbarkeit und bei guter Wärmeleitfähigkeit. Die Vorteile von Messing liegen in der guten Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Härte, sodass das Gewinde nicht verschleißt. Die Vorteile von Kupfer liegen in der sehr guten Wärmeleitfähigkeit sodass die Spritzeranhaftung deutlich reduziert wird.
• Ein eigenständiger Gedanke der Erfindung betrifft einen Brennerhals zum thermischen Fügen wenigstens eines Werkstücks, insbesondere zum Lichtbogenschweißen, mit einer zuvor beschriebenen kombinierten Absaug-Schutzgasdüse.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung steht ein Absaugrohrkanal zum Absaugen des Rauchgases mit der Absaugeinrichtung der Absaug-Schutzgasdüse in Fluidverbindung.
• Es ist denkbar, dass der Absaugrohrkanal Teil eines Handgriffes für den Brenner ist, insbesondere, dass der Handgriff aus zwei Halbschalen gebildet ist.
• Ferner betrifft die Erfindung einen Brenner mit einem zuvor beschriebenen Brennerhals.
• Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
• Dabei zeigen zum Teil schematisch:
• 1 eine perspektivische Darstellung einer kombinierten Absaug-Schutzgasdüse,
• 2 eine Schnittdarstellung der Düse gemäß 1,
• 3 eine weitere Schnittdarstellung der Düse gemäß 1,
• 4 eine perspektivische Darstellung der kombinierten Absaug-Schutzgasdüse gemäß 1 mit einer Verschleißkappe,
• 5 eine Schnittdarstellung der Düse gemäß 4,
• 6 eine weitere Schnittdarstellung der Düse gemäß 4,
• 7 eine perspektivische Darstellung des Teils eines Brenners mit kombinierter Absaug-Schutzgasdüse und Verschleißkappe und
• 8 eine Schnittdarstellung des Brenners gemäß 7.
• Gleiche oder gleichwirkende Bauteile werden in den nachfolgend dargestellten Figuren der Zeichnung anhand einer Ausführungsform mit Bezugszeichen versehen, um die Lesbarkeit zu verbessern.
• Aus 1 geht eine kombinierte Absaug-Schutzgasdüse 10 für einen Lichtbogenschweißbrenner mit abschmelzender Elektrode, insbesondere MIG-Brenner, hervor.
• Diese Absaug-Schutzgasdüse 10 wird an einem in 1 nicht dargestellten Brennerhals 13 eines Schweißbrenners 15 angeordnet, insbesondere aufgeschraubt. Ein solcher Brennerhals 13 ist in den 7 und 8 dargestellt.
• Wie insbesondere aus den Schnittdarstellungen gemäß 2 und 3 hervorgeht, welche die Ausführungsform gemäß 1 zeigen, weist die Absaug-Schutzgasdüse 10 einen Schutzgaskanal 1 mit Schutzgasauslassöffnung 2 zum Zuführen von Schutzgas zum Schweißprozess auf. Der Schutzgaskanal 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform etwa zentral in der Absaug-Schutzgasdüse 10 geführt.
• Die Schnittdarstellung des Brenners 15 mit Brennerhals 13 in 8 zeigt einen Schutzgaseinlasskanal 4 zum Einleiten des Schutzgases durch den Brennerhals 13 in die kombinierte Absaug-Schutzgasdüse 10. Dort tritt das Schutzgas aus den Schutzgaseinlassöffnungen 16 in den Schutzgaskanal 1 ein und durch die Schutzgasauslassöffnung 2 aus der Düse 10 zum Schweißprozess aus.
• Ferner weist die Absaug-Schutzgasdüse 10 eine Absaugeinrichtung 3 zum Absaugen des während des Schweißprozesses auftretenden Rauchgases und der Schadstoffe auf. Vorliegend sind mehrere umfangseitig des Brennerhalses 13 gleichmäßig verteilt angeordnete Absaugöffnungen 7 für das Rauchgas vorgesehen. Diese Absaugöffnungen 7 stehen mit wenigstens einem Absaugkanal 6 in Fluidverbindung, wie die 1 bis 8 verdeutlichen. Die Absaugeinrichtung 3 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Absaugkanäle 6 mit jeweils einer Absaugöffnung 7 auf, welche umfangseitig des Brennerhals 13 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Ein Absaugrohrkanal 14 zum Absaugen des Rauchgases steht mit der Absaugeinrichtung 3 der Schutzgasdüse 10 in Fluidverbindung.
• Die Absaugöffnungen 7 weisen vorliegend einen elliptischen oder ovalförmigen Querschnitt auf und die Hauptachse des elliptischen oder ovalförmigen Querschnitts erstreckt sich in etwa parallel zur Längsachse 5 der Düse 10.
• Aus den 1 bis 6 geht hervor, dass der Schutzgaskanal 1 durch einen vorzugsweise etwa zylindrisch ausgebildeten Düsenabschnitt mit einer inneren und äußeren Oberfläche gebildet wird, wobei das Schutzgas im Inneren des Düsenabschnitts geführt wird. Das brennerseitige bzw. hintere Ende 9 des Schutzgaskanals 1, insbesondere die äußere Oberfläche des den Schutzgaskanal 1 bildenden Düsenabschnitts, mündet in die Schulter 11, welche vorzugsweise gegenüber dem Düsenabschnitt nach außen vorstehen kann.
• Diese Schulter 11 ist mit dem Absaugkanal 6 verbunden, wobei die Absaugöffnungen 7 im Bereich der vorliegend schräg verlaufenden Schulter 11 angeordnet sind. Diese nach vorne und zusätzlich nach außen gerichteten Absaugkanäle 6 mit Absaugöffnungen 7 sind insbesondere für die Absaugung von Ozon als gasförmigem Schadstoff von Bedeutung.
• Insbesondere kann das brennerseitige Ende 9 des Schutzgaskanals 1 einstückig über die Schulter 11 mit den Absaugkanälen 6 verbunden sein.
• Wie aus den 2 und 3 weiter hervorgeht, sind die Absaugkanäle 6 mit Absaugöffnungen 7 der Absaugeinrichtung 3 bezüglich der Düsenlängsachse 5 axial versetzt zur Schutzgasauslassöffnung 2 der Düse 10 angeordnet. Darüber hinaus sind der Schutzgaskanal 1 und der mindestens eine Absaugkanal 6 radial und in axialer Richtung derart versetzt zueinander angeordnet, dass die Absaugöffnungen 7 für die Absaugkanäle 6 in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter dem Schutzgaskanal 1 liegen. Der Schutzgaskanal 1 und die Absaugkanäle 6 sind im Wesentlichen achsparallel zueinander ausgerichtet.
• Mit anderen Worten sind die Absaugöffnungen 7 gegenüber dem Gasauslass 2 für das Schutzgas in Strömungsrichtung des Rauchgases zurückversetzt und radial nach außen versetzt, so dass diese Absaugöffnungen 7 beabstandet zum Schweißprozess sind.
• Das im Schweißprozess entstehende Rauchgas oder Schadstoffe werden also durch die Absaugöffnungen 7 in die Absaugkanäle 6 eingesaugt.
• Diese nach außen und weniger nach vorn gerichtete Ausrichtung ist insbesondere für die Absaugung von Ozon als gasförmigem Schadstoff von Bedeutung, das durch die Lichtbogenstrahlung induziert erst in einiger Entfernung zum Prozess entsteht. Vor allem bei Aluminiumanwendungen kann auch bei geringen Leistungen eine hohe Ozonkonzentration durch die Lichtbogenstrahlung entstehen, Hier schafft die Erfindung einen größeren Freiheitsgrad, indem der Absaugabschnitt, d.h. die Absaugöffnungen 7 weiter hinten und nach außen gerichtet angeordnet sind.
• Die Absaugung des Rauchgases und die Zuführung des Schutzgases erfolgen also in Strömungsrichtung hintereinander, d.h. am vorderen Ende der Düse strömt Schutzgas aus und in Rauchgasabsaugrichtung gesehen dahinter wird erst abgesaugt. Hierdurch wird ein Erhitzen des Schutzgases durch heiße Rauchgase weitestgehend vermieden.
• Die 7 und 8 verdeutlichen weiter, dass diese Rauchgase und Schadstoffe durch einen in einem Handgriff des Brenners 15 angeordneten Absaugrohrkanal 14 abgesaugt werden.
• Aus den 7 und 8 geht ein Teil des Schweißbrenners 15 mit Stromkontaktdüse 17 und einem Brennerhals 13 mit einer kombinierten Absaug-Schutzgasdüse 10 hervor. Insbesondere aus 8 ist ersichtlich, dass ein Absaugrohrkanal 14 zum Absaugen des Rauchgases mit der Absaugeinrichtung 3 der Schutzgasdüse 10 in Fluidverbindung steht. Der Absaugrohrkanal 14 ist Teil eines Handgriffes für den Brenner 15, welcher vorliegend aus zwei Halbschalen gebildet ist.
• Wie aus den 7 und 8 weiter hervorgeht, ist die Düse 10 an dem Brennerhals 13 zum thermischen Fügen wenigstens eines Werkstücks, insbesondere zum Lichtbogenschweißen angeordnet. Hierzu weist die Düse 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Gewindeeinsatz 12 zum Aufschrauben auf den Brennerhals 13 auf.
• Vorliegend ist der Gewindeeinsatz 12 in eine in der Aufnahme der Düse 10 befindliche Press- oder Spritzmasse 20 zur elektrischen Isolation zwischen Brennerhals 13 und Düse 10 eingepresst, wie aus den 7 und 8 hervorgeht. Hierbei kann die Isolationsmasse sowohl durch Pressen, Spritzpressen als auch Spritzgießen verarbeitet werden. Vorzugsweise wird eine Isolation aus mit Glasfasern und Mineralien gefüllter Phenolformmasse eingesetzt.
• In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das brennerseitige Ende 9 des Schutzgaskanals 1 einstückig über die Schulter 11 mit den Absaugkanälen 6 verbunden, d.h. eine Verwendung des Schweißbrenners 15 ist nur in Kombination der kombinierten Absaug-Schutzgasdüse 10 mit Absaugeinrichtung 3 möglich.
• Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann es alternativ zu dieser Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Absaugeinrichtung 3 mit den Absaugkanälen 6 und Absaugöffnungen 7 lösbar an einem Teilelement der kombinierten Absaug-Schutzgasdüse 10 angeordnet ist, wobei das Teilelement den Schutzgaskanal 1 mit Schutzgasauslassöffnungen 2 aufweist. In diesem Teilelement können auch der Gewindeeinsatz 12 zum Aufschrauben auf den Brennerhals 13 und/oder die elektrische Isolation 20 vorgesehen sein. Insbesondere ist es denkbar, dass das Teilelement und die Absaugeinrichtung 3 miteinander verschraubt sind. Hierzu kann das Teilelement ein Außengewinde aufweisen, auf welches die Absaugeinrichtung 3 mit einem korrespondierenden Innengewinde aufschraubbar ist.
• Wie insbesondere aus den 4, 5 und 6 hervorgeht, ist am vorderen Ende 8 der Düse 10 im Bereich der Schutzgasauslassöffnung 2 ein Aufnahmebereich zur Aufnahme einer Verschleißkappe 19 vorgesehen. Diese Verschleißkappe 19 kann auf die Düse 10 aufgesteckt werden. Gemäß der 4-6 ist es aber auch denkbar, dass die Verschleißkappe 19 mit einem Innengewinde auf ein korrespondierendes Außengewinde 18 der Düse 10 aufgeschraubt wird. Die höchsten Belastungen in Bezug auf den lichtbogeninduzierten Wärmeeintrag und auch Spritzer wirken damit auf die Verschleißkappe 19 und nicht auf die komplexere Schutzgas-Absaugdüse 10 ein. Die Lebensdauer der kombinierten Schutzgas-Absaugdüse 10 kann dabei mindestens eine Größenordnung über der Lebensdauer der Verschleißkappe 19 liegen.
• Die Absaugeinrichtung 3 besteht im Wesentlichen aus Aluminium, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung. Der Gewindeeinsatz 12 ist vorzugsweise aus Messing hergestellt und die Verschleißkappe 19 kann aus Kupfer bestehen.
• Bezugszeichenliste

1

Schutzgaskanal

2

Schutzgasauslassöffnung

3

Absaugeinrichtung

4

Schutzgaseinlasskanal

5

Längsachse Düse

6

Absaugkanal

7

Absaugöffnungen

8

vorderes Ende Schutzgaskanal

9

hinteres bzw. brennerseitiges Ende Schutzgaskanal

10

kombinierte Absaug-Schutzgasdüse

11

Schulter

12

Gewindeeinsatz

13

Brennerhals

14

Absaugrohrkanal

15

Brenner

16

Schutzgaseinlassöffnung

17

Stromkontaktdüse

18

Außengewinde Düse - Verschleißkappe

19

Verschleißkappe

20

elektrische Isolation / Pressmasse

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 2407267 B1 [0016, 0019]
• EP 2407268 B1 [0016]
• DE 102004008609 A1 [0017]
• EP 2298485 A1 [0021]
• EP 0835711 A2 [0022]

Claims (16)

1. Kombinierte Absaug-Schutzgasdüse (10) eines Lichtbogenschweißbrenners mit abschmelzender Elektrode mit einem Schutzgaskanal (1) zum Zuführen von Schutzgas zum Schweißprozess und einer Absaugeinrichtung (3) mit mindestens einem Absaugkanal (6) mit Absaugöffnung (7) zum Absaugen des während des Schweißprozesses auftretenden Rauchgases, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzgaskanal (1) und der mindestens eine Absaugkanal (6) radial und in axialer Richtung derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass die Absaugöffnung (7) für den mindestens einen Absaugkanal (6) in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter dem Schutzgaskanal (1) liegt.
2. Düse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzgaskanal (1) und der Absaugkanal (6) im Wesentlichen achsparallel zueinander ausgerichtet sind.
3. Düse (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (3) mehrere umfangseitig des Brennerhalses (13), vorzugsweise gleichmäßig über den Brennerhals (13) verteilt angeordnete Absaugöffnungen (7) für das Rauchgas aufweist.
4. Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das brennerseitige Ende (9) des Schutzgaskanals (1) über eine Schulter (11) mit dem mindestens einen radial und in axialer Richtung versetzt angeordneten Absaugkanal (6) verbunden ist.
5. Düse (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugöffnungen (7) im Bereich der, vorzugsweise schräg verlaufenden Schulter (11) angeordnet sind.
6. Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das brennerseitige Ende (9) des Schutzgaskanals (1) einstückig über die Schulter (11) mit dem mindestens einen Absaugkanal (6) verbunden ist.
7. Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugöffnungen (7) einen elliptischen oder ovalförmigen Querschnitt aufweisen.
8. Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) ein Gewinde, insbesondere einen Gewindeeinsatz (12) zum Aufschrauben auf einen Brennerhals (13) eines Schweißbrenners (15) aufweist.
9. Düse (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gewindeeinsatz (12) und der Absaugeinrichtung (3) eine elektrische Isolation (20), insbesondere eine Press- oder Spritzmasse vorgesehen ist.
10. Düse (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (12) in eine Aufnahme der Düse (10) einpressbar ist, insbesondere dass der Gewindeeinsatz (12) in eine in der Aufnahme der Düse (10) befindliche Press- oder Spritzmasse (20) zur elektrischen Isolation einpressbar ist.
11. Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (3) lösbar an einem Teilelement der Düse (10) angeordnet ist, wobei das Teilelement den Schutzgaskanal (1) aufweist, vorzugsweise dass das Teilelement und die Absaugeinrichtung (3) miteinander verschraubbar sind.
12. Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie am vorderen Ende (8), insbesondere im Bereich der Schutzgasauslassöffnung (2) einen Aufnahmebereich zur Aufnahme, insbesondere zum Aufstecken oder Aufschrauben einer Verschleißkappe (19) aufweist, vorzugsweise dass der Aufnahmebereich ein Außengewinde (18) zum Aufschrauben der Verschleißkappe (19) mit einem korrespondierenden Innengewinde aufweist.
13. Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (3) aus Aluminium, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, und/oder der Gewindeeinsatz (12) aus Messing und/oder die Verschleißkappe (19) aus Kupfer bestehen.
14. Brennerhals (13) eines Schweißbrenners zum thermischen Fügen wenigstens eines Werkstücks mit einer kombinierten Absaug-Schutzgasdüse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.
15. Brennerhals (13) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absaugrohrkanal (14) zum Absaugen des Rauchgases mit der Absaugeinrichtung (3) der Schutzgasdüse (10) in Fluidverbindung steht.
16. Brenner (15) mit einem Brennerhals (13) nach Anspruch 14 oder 15.

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