DE2839485A1 - Brenner zum mikroplasmaschweissen - Google Patents
Brenner zum mikroplasmaschweissenInfo
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Description
2839481
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P 7 I 1 3 BRD
Brenner zum Mikroplasmaschweißen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner zum Mikroplasmaschweißen,
mit einem hohlzylindrischen Brennergehäuse, einer im Brennergehäuse isoliert gelagerten
Elektrodenhalterung, einer Plasmadüse mit einer Kühlkammer, einer konzentrisch um die Plasmadüse angeordneten
Schutzgasdüse sowie Brenneranschlüsse und Leitungen
für Plasmagas, Schutzgas und Schweißstrom und ferner Rohrleitungen und Kanäle für die Zu- und Abfuhr eines
Kühlmittels zur Plasmadüse.
.Ein Mikroplasmabrenner dieser Art ist durch die DE-PS
18 06 858 bekanntgeworden. Bei diesem bekannten Brenner ist -wie üblich beim Mikroplasmaschweißen- die stiftförmige
Elektrode relativ dünn. Üblicherweise beträgt der Stiftdurchmesser der Elektrode 1 mm. Die Elektrodenspitze ragt hierbei in eine trichterförmige Aufweitung
des Plasmakanals der Plasmadüse. Die trichterförmige Aufweitung ist hierbei aus gasdynamisehen Gründen vorgesehen.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß Mikroplasmabrenner
Hs 1 Kow /1.9.1978
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dieser Art für einen Einsatz in einer Serienfertigung
nicht geeignet sind, da einerseits mit ihnen keine stabile Fokussierung des Lichtbogenplasmas erreichbar
ist und andererseits sie einem sehr hohen Verschleiß unterliegen. Die unstabile Fokussierung des
Plasmas wird durch das Flackern des Pilotlichtbogens hervorgerufen, da kein definierter Brennfleck vorhanden
ist. Der hohe Verschleiß wiederum ist auf die hohe Elektrodentemperatur zurückzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikroplasmabrenner
kleinster Abmessungen für den Bereich von 0,1 - 20 ... 50 A zu schaffen, der auch der hohen Dauerbelastung
bei der Serienfertigung Stand hält, eine konstante Energieabgabe bei stabiler Fokussierung des
Plasmas liefert und das Plasma exakt zündet. Diese Aufgabe wird bei einem Brenner zum Mikroplasmaschweißen
der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Plasmakanal der Plasmadüse an der Eintrittsstelle des
Plasmas einen gegen die Spitze der Elektrode gerichteten erhöhten Ringrand aufweist, und daß die Elektrode
zur Ermöglichung eines erhöhten Wärmeabtransportes entsprechend stark bemessen und mit einer eigenen Kühlung
versehen ist.
Durch den gegen die Spitze der Elektrode gerichteten erhöhten Ringrand wird das Flackern des Pilotbogens
verhindert, da nur ein definierter Brennfleck gegeben ist. Durch den nunmehr konstant brennenden
Pilotlichtbogen sind ungünstige Beeinflussungen auf die Plasmasäule verhindert. Überraschenderweise haben
sich durch diese neue Brennergeometrie keine Nachteile bezüglich der Gasdynamik ergeben.
Dadurch, daß nicht nur die Plasmadüse, sondern auch die
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Elektrode unmittelbar wassergekühlt ist und aufgrund des mehrfachen Querschnittes der Stabelektrode wird
ein Optimum an Wärmeableitung und somit Kühlung der Elektrode erreicht. Dadurch wird die Erosion der
Elektrodenspitze erheblich reduziert. Damit wird die Belastbarkeit und Standzeit der Plasmadüse und
Elektrode um ein Vielfaches erhöht.
Vorzugsweise weist der Brenner ein Zweikreis-Kühlsystem
auf, wobei der eine Kühlkreislauf der Ringdüse und der andere Kühlkreislauf der Elektrode zugeordnet ist. Die
Aufteilung des Kühlsystems in zwei getrennte Kühlkreisläufe verhindert unerwünschte elektrische Ströme im
Kühlwasser und somit die elektrolytische Zerstörung des Brenners. Durch diese Maßnahmen kann der Brenner
auch mit einem relativ hohen Pilotstrom von etwa 1OA
betrieben werden, anstatt der üblichen 2A. Der relativ hohe Pilotstrom ergibt eine, um ein Vielfaches bessere
thermische Ionisation für das Plasma, was Fehlzündungen ausschließt.
Gemäß einem weiteren Merkmal besitzt der Brenner eine diffusionsdichte Plasmagaszuleitung. Vorzugsweise wird
das Plasmagas durch ein diffusionsdichtes Metallwellrohr dem Brenner zugeführt. Es hat sich gezeigt, daß
der bisher verwendete Kunststoff- oder Gummischlauch diese Forderung nicht voll erfüllt. Durch die Diffusion
von Sauerstoff aus der Atmosphäre in das Plasmagas (Argon) aufgrund der Partialdruckunterschiede wurde
bisher die Oxydation und Erosion der Elektrode (Wolfram) stark beschleunigt. Die Folgen waren eine frühzeitige
Zündunfähigkeit der Elektrode und -meist vorher schon-Fokussionsstörungen
des Plasmastrahls.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dar-
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gestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch einen Mikroplasmabrenner, Figur 2 einen Teilschnitt durch den um 62° gedrehten
Brenner gemäß Figur 1,
Figur 3 einen Teilschnitt durch den um 90° gedrehten Brenner und
Figur 3 einen Teilschnitt durch den um 90° gedrehten Brenner und
Figur 4 einen teilweise geschnittenen Brenner mit Kontaktierung der Düse nach Figur 1.
Mit 1 ist ein hohlzylindrisches Brennergehäuse bezeichnet, in das eine mit Außengewinde versehene Isolierbüchse
eingeschraubt ist. Mit Hilfe von Schrauben 3 ist ein ringförmiges
Brennerteil 4 befestigt und mit Hilfe eines O-Ringes 5 abgedichtet. Mit Hilfe einer als Überwurfmutter
ausgebildeten Schutzgasdüse 6 ist eine ringförmige Plasmadüse 7 gegen den Brennerteil 4 gedrückt
und mit Hilfe eines O-Ringes 8 gegen die Düsenkammer abgedichtet. Der Plasmakanal 10 der Plasmadüse 7 weist
an der Eintrittsstelle des Plasmas einen gegen die Spitze 11 einer Elektrode 12 gerichteten erhöhten Ringrand
13 auf, der vorzugsweise die Form eines Kegelstumpfes aufweist. Die Spitze 11 der Elektrode 12 ist
dem Ringrand 13 näher benachbart als die Umgebung der Düsenkammer 9, so daß ein definierter Brennfleck gegeben
ist, der ein Flackern des Pilotbogens mit Sicherheit verhindert.
Die Elektrode 12 ist in einer Bohrung einer Aufnahme
14 einer Elektrodenhalterung mit Hilfe eines konischen Metallringes 15 und einer in die Aufnahme 14 eingeschraubten
Gewindebuchse 16 gehalten. Der Metallring und die entsprechende konische Bohrung in der Aufnahme
bzw. die Bohrung für die Elektrode 12 sind so eng
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toleriert, daß sich der Metallring 15 unter elastischer Verformung dichtend gegen diese Flächen legen kann. Dies
ist deshalb von Wichtigkeit, weil das obere Ende der Elektrode 12 mit einer Kühlung versehen ist und das
Kühlmittel nicht in die Düsenkammer 9 eindringen darf.
Am oberen Ende der Elektrode 12 ist durch Einarbeitung einer Ringnut 17 in der Aufnahme 14 ein Kühlmittelkanal
entstanden, der über horizontale Bohrungen 18 in der Aufnähme 14 und in der Isolierbüchse 2 sowie in Achsrichtung
verlaufende Anschlüsse 19 und 20 zur Kühlmittelzu- und -abfuhr in Verbindung steht, wie Figur 2 zeigt.
Wie Figur 1 zeigt, ist ein Brennerkopf 21 mit einem Gewindestutzen
22 versehen, der in eine entsprechende Bohrung der Aufnahme 14 eingeschraubt und durch O-Ringe
23 und 24 einerseits gegen die Aufnahme 14 und andererseits gegen die Isolierbuchse 2 abgedichtet ist. Der
Brennerkopf 21 besitzt Bohrungen 25 zur Zuführung des Plasmagases über Kanäle 26 der Aufnahme 14 zur Düsenkammer
9. Die Zuführung des Plasmagases erfolgt über ein feststehendes Rohr 27, das im Brennerkopf 21 eingeschraubt
ist und welches über ein Verbindungsstück 28 mit einer diffusionsdichten Plasmagaszuleitung 29 in
Verbindung steht. Vorzugsweise wird ein diffusionsdichtes Metallwellrohr verwendet.
Der Schutzgasdüse 6 wird das Schutzgas über einen Schutzgaskanal 30 zugeführt, der einerseits über Bohrungen 31
mit der Außenseite der Plasmadüse 7 und andererseits über eine Bohrung 32 mit einem Schutzgasanschluß 33 in
Verbindung steht.
Wie Figur 3 zeigt, besitzt auch die Plasmadüse 7 eine Kühlung. Nahe dem Plasmakanal 10 ist eine Kühlkammer 34
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vorgesehen, welche über Bohrungen 35 in der Plasmadüse 7 und über in entsprechende Bohrungen im ringförmigen
Brennerteil 4 und in der Isolierbuchse 2 eingesetzte, mit Anschlußstutzen 36a versehene Röhrchen 36 sowie in
der Zeichnung nicht dargestellten Kühlmittelschläuchen mit dem Kühlmittelzu- und -ablauf in Verbindung steht.
Durch einen O-Ring 37 ist auch der Kühlmittelkreislauf für die Düse 7 gegen die Düsenkammer 9 einerseits und
gegen außen andererseits abgedichtet.
Wie Figur 4 zeigt, ist in einer Bohrung der Isolierbuchse 2 und des ringförmigen Brennerteils 4 eine Elektrode
39 für die anodische Verbindung der Plasmadüse 7 mit der Pilotstromquelle vorgesehen. Die Zufuhr erfolgt
über einen elastischen Bügel 40, der mit einem Ende mit der Elektrode 39 und mit dem anderen Ende über ein Anschlußstück
41 mit dem positiven Pol der Pilotstromquelle in Verbindung steht. Der negative Pol der Pilotstromquelle
steht in an sich bekannter Weise mit der Elektrode 12 in Verbindung.
An dem Brennergehäuse 1 ist mit Hilfe einer Überwurfmutter 42 ein elastisches Schutzrohr 43 angebracht.
9 Patentansprüche
4 Figuren
4 Figuren
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Claims (9)
- -1- 78 P 7 1 13 BROPatentansprücheBrenner zum Mikroplasmaschweißen, mit einem hohlzylindrischen Brennergehäuse, einer im Brennergehäuse isoliert gelagerten Elektrodenhalterung, einer Plasmadüse mit einer Kühlkammer, einer konzentrisch um die Plasmadüse angeordneten Schutzgasdüse sowie Brenneranschlüsse und Leitungen für Plasmagas, Schutzgas und Schweißstrom und ferner Rohrleitungen und Kanäle für die Zu- und Abfuhr eines Kühlmittels zur Plasmadüse, dadurch gekennzeichnet , daß der Plasmakanal (10) der Plasmadüse (7) an der Eintrittsstelle des Plasmas einen gegen die Spitze (11) der Elektrode (12) gerichteten erhöhten Ringrand (13) aufweist, und daß die Elektrode (12) zur Ermöglichung eines erhöhten Wärmeatitransportes entsprechend stark bemessen und mit einer eigenen Kühlung versehen ist.
- 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -zeichnet , daß der Ringrand (13) die Form eines gegen die Elektrode (12) gerichteten Kegelstumpfes aufweist.
- 3. Brennar nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e ή η zeichnet , daß die Elektrode (12) von einem Kühlmittel unmittelbar umströmt ist.
- 4. Brenner nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß am oberen Ende einer Aufnahme (14) für die Elektrodenhalterung ein das obere Ende der Elektrode (12) umgebender Ringkanal (17) vorgesehen ist, welcher vorzugsweise über radial angeordnete Kanäle (18) mit in Achsrichtung in der Isolierbüchse (2) eingeschraubten Anschlüssen (19, 20) für die Zu- und Abfuhr des Kühlmittels in Verbindung steht.0 3 0 0 12/0404ORIGINAL INSPECTED-2- 78 P 7 1 1 3 BRO
- 5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis ^ dadurch gekennzeichnet , daß er ein Zweikreis-Kühlsystem aufweist, wobei der eine Kühlkreislauf der Plasmadüse (7) und der andere Kühlkreislauf der Elektrode (12) zugeordnet ist.
- 6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß als Elektrodenhalterung ein eng tolerierter konischer nicht geschlitzter Metallring (15) verwendet ist, der mit Hilfe einer Gewindebüchse (16) einerseits gegen eine entsprechende konische Bohrung der -Aufnahme (14) der Elektrodenhalterung und andererseits gegen die Elektrode (12) dichtend gedrückt ist.
- 7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Metallring (15) ein Bronzering verwendet ist.
- 8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß er eine diffusionsdichte Plasmagas-Zuleitung (29) aufweist.
- 9. Brenner nach Anspruch 8, gekennzeich-η e t durch die Verwendung eines Metallwellrohres.030012/0404
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
8125 | Change of the main classification | ||
8126 | Change of the secondary classification | ||
D2 | Grant after examination | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |