DE2607471A1

DE2607471A1 - Lichtbogenschweissbrenner mit flexibler drahtfuehrung

Info

Publication number: DE2607471A1
Application number: DE19762607471
Authority: DE
Inventors: Donald Joseph Mikalsen; Ralph Hugo Willgohs; Ralph Bertram Grenville Yeo
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1975-02-25
Filing date: 1976-02-24
Publication date: 1976-09-02
Also published as: GB1530007A; US3999033A; JPS51110450A; JPS5437576B2

Description

2 4. Fc-b. CT

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

8000 MÜNCHEN 83 ■ ELFENSTRA5SE 32

L-9739-G

UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 1OO17, V.St.A.

Lichtbogenschweißbrenner mit flexibler Drahtfuhrung

Die Erfindung betrifft einen Schutzgaslichtbogenbrenner, bei dem eine abschmelzende Elektrode unter dem Einfluß des Schweißers vorgeschoben wird.

In gewissen Fällen ist die Zugänglichkeit der Schweißstelle beschränkt, so daß der Schweißer den Brenner in eine ungewöhnliche oder unbequeme Stellung bringen muß, um die Schweißung durchführen zu können. Es bietet sich an, zur Lösung dieses Problems eine flexible Führung vorzusehen, die in beliebige Stellungen gebracht werden kann, um die Richtung des Elektrodendrahtes beim Durchlaufen der Düse des Schweißbrenners vorzugeben, wo der Elektrode Strom zugeführt wird, bevor sie mit der Schweißstelle in Kontakt kommt. Eine in Verbindung mit einem mit nichtabschmelzender Schweißelektrode arbeitenden Schutzgaslichtbogenbrenner zu verwendende flexible Verlängerung ist bekannt (US-PS 3 158 730). Die flexible Anordnung besteht aus einem' Bündel von langgestreckten flexiblen massiven Metalldrähten, die sich spiralförmig zwischen dem Brennerkörper und

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FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

der Düse erstrecken. Das Drahtbündel sorgt für Flexibilität und übernimmt außerdem die Funktion, Strom von dem Brennerkörper aus der innerhalb der Düse sitzenden nichtabschmelzenden Elektrode zuzuführen. Es ist dort angegeben, wie die Anzahl der Einzeldrähte und die Stärke der erforderlichen flexiblen Drähte aufeinander abzustimmen sind, um in jeder gewählten Winkellage ein hohes Maß an Steifigkeit zu erzielen und gleichzeitig für günstige Lebensdauer- und Gewichtseigenschaften zu sorgen. Diese bekannten Maßnahmen lassen sich unmittelbar für den Entwurf eines mit abschmelzender Elektrode arbeitenden Schutzgaslichtbogenbrenners heranziehen, indem der flexible Halsbereich des Brenners benutzt wird, um sowohl für einen Durchlaß für eine sich bewegende Elektrode zu sorgen als auch die Richtung der Elektrode beeinflussen zu können. Bei einer unkomplizierten Konstruktion würde einfach das Einzeldrahtbündel um eine zylindrische hülsenförmige Innenauskleidung herum angeordnet, die einen ringförmigen Durchlaß für die Elektrode bilden würde. Eine derartige Ausbildung würde jedoch nicht in ausreichendem Maße die Neigung der Mehrfacheinzeldrähte und der Innenauskleidung berücksichtigen, während eines Biegens des flexiblen Halses abzuknicken. Durch ein solches Abknicken würden die Vorschubkräfte beträchtlich erhöht, die erforderlich sind, um die Elektrode durch den Brennerkörper hindurchzubewegen.

Es ist auch ein speziell für einen Schutzgasbrenner bestimm-

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ter flexibler Drahtführungsvorsatz für eine abschmelzende Elektrode bekannt (US-PS 3 755 648), bei dem angestrebt wird, die Neigung der Drahtführung,während eines Biegens abzuknicken, minimal zu halten. Die flexible Drahtführung besteht dabei aus einem verdrillten Bündel von Einzeldrähten, die um eine Stahlfeder herum angeordnet sind, welche die Bohrung bildet, durch die hindurch die Elektrode läuft. Einer Auslenkung der Einzeldrähte wird durch eine äußere Glasstreifen-Stützhülse entgegengewirkt. Die Hülse soll die schraubenförmigen Einzeldrähte daran hindern, sich während des Biegens auszubreiten, während die Federauskleidung den Zweck hat, eine radial nach außen gerichtete Kraft auszuüben, welche die Bohrung kreisförmig hält. Vorteilhafte Wirkungen, die sich aus dem Zusammenhalt der Drahtwindungen ergeben, gehen jedoch nur auf Kosten der Flexibilität bei der Handhabung der Drahtführung. Je stärker Auslenkungen entgegengewirkt wird, desto weniger flexibel wird die Führung und desto stärker steigt das Rückfederungsbestreben aus einer abgebogenen Lage an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen MIG-Schweißbrenner zu schaffen, der eine in hohem Maße flexible Drahtführung aufweist, die eine universelle Einstellung gestattet, ohne daß es während des Biegens zu einem Abknicken oder Abflachen kommt.

Ausgehend von einem MIG-Brenner mit einem Brennerkörper, durch

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den hindurch eine abschmelzende Elektrode vorbewegbar ist, einer Düsenanordnung, die ein mit der Elektrode in elektrischem Kontakt stehendes Bauteil aufweist, und einer langgestreckten flexiblen Drahtführung von vorbestimmter Länge, die von dem Brennerkörper zu der Düsenanordnung reicht und die Richtung der sich durch die Düse hindurchbewegenden Elektrode vorgibt, wird diese Aufgabe erfindungsgemäS dadurch gelöst, daß die Drahtführung versehen ist mit mindestens zwei Lagen aus massivem Metalldraht, von denen jede aus einer Mehrzahl von Einzeldrähten besteht, deren Enden an dem Brennerkörper bzw. der Düsenanordnung befestigt sind, wobei die Drahtlagen unter Bildung eines ringförmigen Durchlasses konzentrisch zueinander angeordnet sind und mindestens eine der Lagen einen wendeiförmigen Aufbau hat, ferner mit einer Auslenkungen der Drahtlagen entgegenwirkenden Anordnung, die eine erste, innerhalb des ringförmigen Durchlasses untergebrachte und sich gegen die Drahtlagen anlegende Stützfeder, deren Windungen dicht beieinanderliegen, und eine zweite, die Drahtlagen umfassende, unter Druck gehaltene Stützfeder aufweist, deren Windungen in vorbestimmtem Abstand, vorzugsweise zwischen 10 und 25 % des Federdrahtdurchmessers, auseinanderliegen, so daß die Drahtlagen beim Aufbringen einer Biegekraft gegeneinander zu gleiten suchen und eine stetige Kurve mit vorgegebenem Mindestkrümmungsradius bilden, sowie mit einem flexiblen isolierenden Außenmantel, der die Drahtlagen und die beiden Stützfedern umschließt.

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Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Außenansicht eines MIG-Schweißbrenners, die erkennen läßt, in welche Winkelstellungen die den flexiblen Hals bildende Drahtführung gebracht werden kann,

Fig. 2 einen Längsschnitt des Brenners und der Drahtführung nach Fig. 1, wobei die Drahtführung aufgebrochen ist, um innenliegende Teile erkennen zu lassen, und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2.

Der in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte Brenner weist einen Brennerkörper 10, eine flexible Drahtführung 12 und eine Düsenanordnung 14 auf. Der Brennerkörper 10 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut. Er nimmt ein an eine nicht gezeigte Stromquelle anschließbares Stromkabel 16, eine Gaszuleitung 18, die an eine entfernt liegende Gasversorgung anschließbar ist, und eine Drahtvorschubleitung 20' auf. Eine von einem Schweißdraht gebildete abschmelzende Elektrode E wird von einer entfernt angeordneten, nicht veranschaulichten Drahtspule aus durch die Drahtvorschubleitung 20· hindurch vorgeschoben. Ein durch den

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Schweißer von Hand betätigbarer Schalthebel 17 löst die Gaszufuhr aus, schaltet den Strom ein und bewirkt den Vorschub der Elektrode E. Die Elektrode E läuft durch den Brennerkörper 1G, die flexible Drahtführung 12 und dann durch die Düsenanordnung 14 hindurch, um von dort aus den Brenner zu verlassen. Die langgestreckte Drahtführung 12 ist mit dem Brennerkörper 10 und der Düsenanordnung 14 lösbar verbunden. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, kann die Drahtführung 12 des Brenners von einer horizontalen Lage aus in jeder beliebigen Winkelrichtung um volle 180 oder mehr gebogen werden. Die Drahtführung 12 ist, wie im einzelnen noch näher erläutert ist, so aufgebaut, daß sie nach Aufbringung einer Biegekraft eine von dem Brennerkörper 10 zur Düsenanordnung 14 reichende stetige Kurve ohne Abknicken oder Abflachen bildet. Dies ist wichtig, weil die Elektrode E nur geringe Knickfestigkeit hat und jedes in ihrer Bewegungsbahn befindliche Hindernis den Durchgang verhindert. Außerdem kommt es darauf an, daß die Drahtführung 12, nachdem sie gebogen ist, die betreffende Stellung beibehält, wenn die Biegekraft zu wirken aufhört.

Der Aufbau der flexiblen Drahtführung 12 ist im einzelnen in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht. Wie dort gezeigt, sind mindestens zwei Leiterlagen 20 und 22 vorgesehen, die jeweils von dem Brennerkörper 10 zur Düsenanordnung 14 reichen. Jede der Leiterlagen 20, 22 besteht aus einer vorbestimmten Anzahl.von elektrisch leitenden Einzeldrähten oder Strängen aus flexiblem

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massivem Metalldraht, vorzugsweise Kupfer, der eine vorbestimmte Drahtstärke hat. Die Drahtstärke und die Anzahl der Einzeldrähte stehen in gegenseitiger Verbindung. Sie sind so zu wählen, daß die mechanischen Bedingungen hinsichtlich Flexibilität und Steifigkeit erfüllt werden und daß die Lagen gemeinsam in der Lage sind, den notwendigen Strom zu führen.

Die innere Leiterlage 20 ist wendelförmig um einen Dorn herumgewickelt, der später entfernt wird, um den ringförmigen Durchlaß 25 zu erhalten. Die Wickelrichtung der Wendel ist nicht von Bedeutung, obwohl vorzugsweise die die innere Lage 20 umgebende äußere Lage 22 ebenfalls wendelförmig gewickelt wird, und zwar in einer Richtung, die der Wickelrichtung der Innenlage 20 entgegengesetzt ist. Die gegenüberliegenden Enden jeder Lage 2O und 22 befinden sich innerhalb eines Ringraums 24 bzw. 26 in einem Endverbindungsstück 28 bzw. 30. Die Lagen werden dann festgelegt, indem die Endverbindungsstücke bei 32 und 34 mit Sicken versehen werden. Das Endverbindungsstück 28 verbindet die flexible Drahtführung 12 mit der Düsenanordnung 14, während das Endverbindungsstück 30 für eine Verbindung zwischen der flexiblen Drahtführung 12 und dem Brennerkörper 1O sorgt. Eine gewendelte, aus Stahl gefertigte Zugfeder 36, deren Windungen eng beieinanderliegen und einander vorzugsweise berühren, befindet sich innerhalb des ringförmigen Durchlasses 25. Der Durchmesser der Feder 36 ist so gewählt, daß sie in den Durchlaß 25 eng hineinpaßt; ihre Länge entspricht ungefähr

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der Strecke L zwischen den mit Sicken versehenen Enden der Endverbindungsstücke 28 und 30. Eine äußere aus Stahl gefertigte Schraubenfeder 38 umfaßt die Leiterlagen 20 und 22. Ihre Windungen haben einen vorbestimmten gegenseitigen Abstand S₁ der im Bereich zwischen 10 und 25 % des Federdrahtdurchmessers liegt. Der in Fig. 2 veranschaulichte Abstand S ist der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt. Vorzugsweise wird der gewünschte Abstand S zwischen den Windungen der Feder 38 dadurch erhalten, daß eine eng gewickelte Zugfeder ahnlich der Feder 36 vorgesehen wird, diese Feder auf eine Länge zugeschnitten wird, die um 10 bis 25 % kleiner als die Strecke L ist, und die Feder dann auf eine freie Länge gestreckt wird, die größer als die Strecke L ist. Die gestreckte Feder 38 wird dann über die Leiterlagen geschoben und seitlich zusammengedrückt, bevor eines der Endverbindungsstücke 28 oder 30 angebracht wird. Die Endverbindungsstücke 28 und 30 halten die Feder dann in zusammengedrücktem Zustand.

Der Durchmesser der Feder 38 ist so zu bemessen, daß die Feder die äußere Leiterlage 22 eng umfaßt. Obwohl sich die innere und die äußere seder 36 und 38 gegen die innere bzw. die äußere Leiterlage 20, 22 anlegen sollen, ist es nicht notwendig und ist vorzugsweise auch nicht dafür gesorgt, daß die Federn eine Rqdialkraft auf die Leiterlagen ausüben, solange die flexible Drahtführung 12 die waagrechte oder nicht gebogene Stellung einnimmt. Eine dritte Feder 40, vorzugsweise eine

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Feder aus Flachdraht, dient als Leitung für den Elektrodendraht E. Obwohl die Flachdrahtfeder 40 nur über eine der Länge L der Drahtführung 12 entsprechende Strecke zu reichen
braucht, ist vorzugsweise dafür gesorgt, daß die Drahtfederleitung 4O eine durchgehende Auskleidung bildet, die durch
die Drahtvorschubleitung 20' hindurch nach hinten bis zu dem Drahtvorrat sowie nach vorne bis zu einer in der Düsenanordnung 14 sitzendenKontaktspitze 42 reicht. Durch die Verwendung einer einzigen Auskleidung sind Unterbrechungen in dem von der sich bewegenden Elektrode E durchlaufenen Kanal vermieden; die Reibungskräfte, die andernfalls beim Übergang von einer Auskleidung zu einer anderen auftreten würden, sind verringert. Die flexiblen Leiterlagen 20 und 22 sowie die Federn der Drahtführung 12 werden von einem rohrförmigen Außenmantel 44 aus
isolierendem Werkstoff, beispielsweise Gummi, umschlossen.
Der Außenmantel 44 wird an beiden Enden der Drahtführung an
den Endverbindungsstücken 28 und 30 befestigt.

Während des Arbeitens wird elektrische Energie in herkömmlicher Weise über das Stromkabel 16 dem einen Ende des leitenden Endverbindungsstückes 30 zugeführt. Von dort fließt der
Strom weiter über die Leiterlagen 20 und 22. Die Leiterlagen 20 und 22 übertragen den Schweißstrom zum anderen Endverbindungsstück 28, von wo aus er zu der Kontaktspitze 42 der Düsenanordnung 14 gelangt. Schutzgas wird über die Gaszuleitung 18 durch den Brennerkörper 10 hindurch zugeführt. Es ge-

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langt durch den Ringraum 48 des Endverbindungsstückes 30 hindurch in den Ringraum 26 und strömt entlang der flexiblen Drahtführung 12 durch die Zwischenräume zwischen den Leiterlagen 2O und 22 sowie die Zwischenräume zwischen diesen Lagen und dem Außenmantel 44. Nachdem das Gas das Endverbindungsstück 28 erreicht hat, gelangt es von dem Ringraum 24 aus in die Düsenanordnung 14.

Die Lage der Drahtführung 12 kann von Hand zwischen einer waagrechten Stellung und einer geneigten oder abgewinkelten Stellung verändert werden, indem die Düsenanordnung 14 mit Bezug auf den Brennerkörper 1O bewegt wird. Nach Aufbringen einer Biegekraft sorgt die innere Feder 36, deren Windungen in engem gegenseitigem Kontakt stehen, für eine gleichförmige Rückhaltekraft, wodurch die Leiterlagen 2O und 22 abgestützt und daran gehindert werden, sich nach innen durchzubiegen. Gleichzeitig drückt die äußere Feder 38 die Leiterlagen 20 und 22 zusammen, wodurch die Leiterlagen an einer Auslenkung nach außen gehindert werden. Dies hat die Wirkung, daß die beiden Leiterlagen 20 und 22 fest gegeneinander gehalten werden, wodurch die Gleitreibung zwischen den Lagen erhöht wird. Die erhöhte Reibung steigert den Widerstand gegenüber weiterem Abbiegen, vergrößert die Steifigkeit der Drahtführung 12 und vermindert jede Neigung der Drahtführung 12, zurückzufedern. Durch die Anwendung von zwei oder mehr Leiterlagen 20, 22 ist dafür gesorgt, daß die Steifigkeit der Drahtführung 12

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von Reibungskräften und nicht von einer plastischen Verformung abhängt, wie dies bei nur einer Leiterlage der Fall wäre. Vorzugsweise werden außerdem, wie vorstehend erwähnt, die Lagen 20 und 22 in entgegengesetzter Richtung gewickelt, was die Widerstandsfähigkeit gegenüber Ermüdungserscheinungen vergrößert und für einen erhöhten Torsionswiderstand sorgt. Die äußere Feder 38 wird zusammengedrückt gehalten, um ein axiales Verschieben der Feder während des Biegens zu vermeiden. Außerdem wird auf diese Weise eine gleichförmige Ruckhaltekraft auf die Leiterlagen über die volle Länge L der Drahtführung 12 hinweg gewährleistet .

Es wurde ein 250 Α-Brenner zur Verwendung einer Drahtelektrode von 1,14 mm Durchmesser in der vorstehend erläuterten Weise aufgebaut. Dabei wurden insgesamt 38 Einzeldrähte aus massivem Kupferdraht von 1,3 mm Durchmesser für die beiden Leiterlagen 20 und 22 vorgesehen. Die innere Leiterlage 20 wurde aus 16 Einzeldrähten gewickelt, während die äußere Leiterlage 22 aus 22 Einzeldrähten gewickelt wurde. Die Länge L der Drahtführung 12 betrug 127 mm bei einem kleinsten Biegeradius von 38 mm.

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Claims

Ansprüche

(λ. sMIG-Schweißbrenner mit einem Brennerkörper, durch den hindurch eine abschmelzende Elektrode vorbewegbar ist, einer Düsenanordnung,die ein mit der sich bewegenden Elektrode in elektrischem Kontakt stehendes Bauteil aufweist, und einer langgestreckten flexiblen Drahtführung von vorbestimmter Länge, die von dem Brennerkörper zu der Düsenanordnung reicht und die Richtung der sich durch die Düse hindurchbewegenden Elektrode vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtführung (12) versehen ist mit mindestens zwei Lagen (20, 22) aus massivem Metalldraht, von denen jede aus einer Mehrzahl von Einzeldrähten besteht, deren Enden an dem Brennerkörper (1O) bzw. der Düsenanordnung (14) befestigt sind, wobei die Drahtlagen unter Bildung eines ringförmigen Durchlasses (25) konzentrisch zueinander angeordnet sind und mindestens eine der Lagen einen wendeiförmigen Aufbau hat, ferner mit einer Auslenkungen der Drahtlagen entgegenwirkenden Anordnung, die eine erste, innerhalb des ringförmigen Durchlasses untergebrachte und sich gegen die Drahtlagen anlegende Stützfeder (36), deren Windungen dicht beieinander liegen, und eine zweite, die Drahtlagen umfassende, unter Druck gehaltene Stütz- ■ feder (38) aufweist, deren Windungen in vorbestimmtem Abstand auseinanderliegen, so daß die Drahtlagen beim Aufbringen einer Biegekraft gegeneinander zu gleiten suchen und

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eine stetige Kurve mit vorgegebenem Mindestkrümmungsradius bilden, sowie mit einem flexiblen, isolierenden Außenmantel (44), der die Drahtlagen und die beiden Stützfedern umschließt.
2. MIG-Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand zwischen den Windungen der zweiten Feder (38) im Bereich von 10 bis 25 % des Federdrahtdurchmessers liegt.
3. MIG-Schweißbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Feder (40) vorgesehen ist, die mindestens über die volle Länge des Brennerkorpers (10) und durch die Drahtführung (12) hindurch in die Düsenanordnung (14) hineinreicht und eine durchgehende Innenauskleidung für die sich bewegende Elektrode (E) bildet.
4. MIG-Schweißbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (20, 22) aus massivem Metalldraht in entgegengesetzten Richtungen wendelförmig gewickelt sind.
5* MIG-Schweißbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zusammendrücken der zweiten Stützfeder (38) Bauteile (28, 30) vorgesehen sind, die zugleich die Leiterlagen (20, 22) an ihren gegenüberliegenden

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Enden zwischen dem Brennerkörper (10) und der Düsenanordnung (14) festlegen.
6. MIG-Schweißbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible isolierende Außenmantel (44) aus Gummi besteht.

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