DE29708396U1

DE29708396U1 - Schutzgas-Schweißvorrichtung

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Description

Schutzgas-Schweißvorrichtung

Die Neuerung betrifft eine Schutzgas-Schweißvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Schutzgas-Schweißvorrichtungen gemäß DIN 1910, Teil 4, bzw. marktübliche Schutzgas-Schweißvorrichtungen ermöglichen es, die jeweils für eine bestimmte Schweißaufgabe erforderliche Schutzgasmenge an der Mengenregelarmatur einzustellen. Als Absperrorgan ist zumeist ein Magnetventil vorgesehen, das sich in dem den Schweißbrenner nächstliegenden Stromquellen- und Drahtförderaggregat befindet. Das Brenner-Schlauchpaket führt vom Zentralanschluß dieses Aggregats zum Brennerkörper. Das Brenner-Schlauchpaket kann bis zu 12 m lang sein (im Regelfall nur 3 bis 4 m lang). Wird in größerer Entfernung von der Druckquelle geschweißt, dann wird mit verlängerten Zuführleitungen (für den Draht, den Strom, das Schutzgas und ggfs. ein Kühlmedium) mindestens ein Zwischentrieb-Aggregat benutzt, an dessen Zentralanschluß (oder Einzelanschlüssen) das Brennerschlauchpaket angeschlossen ist. Das jeweils dem Schweißbrenner nächstliegende Aggregat, an das das Brenner-Schlauchpaket angeschlossen wird, enthält im Regelfall das Absperrorgan. Die Mengenregel-Armatur kann durchaus bis zu 20 m und mehr vom Schweißbrenner entfernt sein. Bei geschlossenem Absperrorgan steht zunächst hoher Staudruck an. Beim Öffnen des Absperrorgans zum Einleiten eines Schweißprozesses tritt mangels nenneswerter Drosselung über längere Zeit unerwünscht eine größere Gasmenge in der Gasdüse aus als sie in der Mengenregel-Armatur eingestellt ist, bis sich schließlich für die eingestellte Menge im Strömungsweg ein sehr niedriger Fließdruck von nur wenigen Zehnteln Bar einstellt. Gerade bei Heftnähten mit häufigem An- und Abschalten ist diese Schutzgasvergeudung nachteilig und kostspielig. Die Strömungsverhältnisse im Strömungsweg zwischen der Mengenregel-Armatur und hauptsächlich dem Zentralanschluß des dem Schweißbrenner nächstliegenden Aggregats sind Undefiniert und hängen von sich im Betrieb ändernden Einflüssen ab, die jedoch gerade bei dem niedrigen Fließ-

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druck sehr gravierende Auswirkungen auf die Menge in der Gasdüse haben. Wenngleich die eingestellte Menge über einen längeren Zeitraum tatsächlich eingehalten wird, schwankt doch die Menge in der Gasdüse in kurzen Zeiteinheiten spürbar. Dies hat Einfluß auf die Qualität der Schweißung und führt zu einer Prozeßunsicherheit, die für den Benutzer unerwünscht ist.

Unter Schutzgas-Schweißen gemäß DIN 1910, Teil 4 werden alle gängigen Verfahren wie MSG, MISG; MASG₁ MSGE, MSGG, MSGP, MAGC, MAGM (Metallschweißen) und WIG; WP, WHG, WPS, WPL, WPSL (Wolfram-Schweißen) verstanden. Unter dem Zentralanschluß des dem Schweißbrenner nächstllegenden Aggregats werden auch Einzelanschlüsse verstanden. Ferner sind auch Schweißvorrichtungen betroffen, bei denen nach dem Koaxialprinzip gearbeitet wird.

Bei einer aus US-A-38 11 027 bekannten Schweißvorrichtung einer anderen Art ist stromab eines Druckspeichers ein Nadelventil als Mengen-Einstellorgan vorgesehen. Stromab des Nadelventils ist kein den Arbeitsdruck oder die Menge beeinflussendes weiteres Element mehr vorgesehen.

Bei einer aus US-A-23 76 265 bekannten Schweißvorrichtung einer anderen Art ist im Brennergehäuse ein ausschließlich zwischen einer Öffnungs- und einer Absperrstellung schaltbares Ventil enthalten, das keine Zumeßfunktion hat.

Bei einer aus DE-B-1 21 58 36 bekannten Schweißvorrichtung sind in dem Gasströmungsweg zum Schweißbrenner ein abschaltbares Magnetventil, ein Rückschlagventil und eine Drossel vorgesehen.

Bei einer aus DE-A-2 12 58 90 bekannten Schweißvorrichtung einer anderen Art ist als letzte, die Gasströmung beeinflussende Komponente stromab der Druck- und Mengenregelvorrichtung für das Schutzgas eine Entspannungs-

kammer vorgesehen, die zuströmseitig eine Düse oder Staudüse aufweist. Entlang des Strömungswegs zwischen der Staukammer und dem Schweißbrenner ist die Schutzgasströmung nicht weiter beeinflußt.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzgas-Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art mit baulich geringem Aufwand, auch nachrüstbar, zu verbessern, um möglichst wenig Schutzgas zu vergeuden, und um an der Schweißstelle eine gleichmäßige Schutzgasversorgung und insgesamt eine gesteigerte Prozeßsicherheit zu erreichen.

Die gestellte Aufgabe wird neuerungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Aufgrund der auf den Schutzgasbedarf der verwendeten Gasdüse, und ggfs. auf den Typ der Mengenregel-Armatur, abgestimmten Zumeßdüse baut sich stromauf derselben ein definierter relativ hoher Arbeitsdruck bis ca. 2 Bar oder mehr auf. Die zwar nach wie vor Undefinierten Einflüsse im Strömungsweg stromauf der Zumeßdüse werden aufgrund des definierten und relativ hohen Arbeitsdruckes jedoch nicht mehr spürbar. Die Schutzgasmenge bleibt auch über kurze Zeiteinheiten konstant. Es tritt ferner beim Öffnen des Absperrorganes in der Gasdüse keine nennenswert überschießende Gasmenge auf, weil die Zumeßdüse bei dem hohen Staudruck zunächst sehr stark drosselt, mit fallendem Studruck hingegen die Drosselwirkung selbsttätig zurücknimmt, und weil der Strömungsweg bis zur Zumeßdüse dann als Druckspeicher wirkt. Es werden eine spürbare Störungs-Unempfindlichkeit des Systems erreicht und die Prozeßsicherheit deutlich erhöht, wobei die Einsparung an Schutzgas jeweils beim Öffnen des Absperrorgans signifikant ist. Die Gasdüse wird jederzeit präzise mit der korrekten Schutzgasmenge gespeist. Die Zumeßdüse ist kostengünstig und läßt sich auch bei gegebenen Konzepten verschiedener Schutzgassysteme problemlos unterbringen (Nachrüstung).

Es ist zwar ein sogenanntes Öko-Ventil an der Mengeregel-Armatur bekannt, das das anfängliche Überschießen verhindern soll. Jedoch ist dieses ÖkoVentil sehr teuer und wird mit ihm die Prozeßsicherheit nicht verbessert. Auch ist es bekannt, bei der Mengenregei-Armatur eine Staudüse in Form einer Kapillare einzusetzen. Jedoch dient diese nur zum Verbessern des Regelverhaltens der Armatur.

Gemäß Anspruch 2 wird die jeweilige Schweißaufgabe zuverlässiger, auch bei unterschiedlichen zum Einsatz kommenden Armaturen oder Schweißbrenner-Bestückungen.

Eine besonders einfache und bequeme Handhabung ergibt sich gemäß Anspruch 3. Alternativ kann die Ausführungsform gemäß Anspruch 4 zweckmäßig sein. Für die Ausführungsformen der Ansprüche 3 und 4 gilt, daß eine richtig gewählte oder eingestellte Zumeßdüse nicht nur für eine einzige Mengeneinstellung bzw. Schweißaufgabe brauchbar ist, sondern für einen breiten Mengenbereich und/oder für mehrere unterschiedliche Schweißaufgaben benutzt werden kann.

Besonders gut wirkt die Zumeßdüse gemäß Anspruch 5 nahe der Gasdüse.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 6 ist vorteilhaft, weil im Strömungsweg vom Zentralanschluß zum Schweißbrenner ohnedies relativ definierte Störmungsverhältnisse vorliegen können. In diesem Bereich des Strömungswegs läßt sich die Zumeßdüse besonders einfach integrieren (Nachrüsten).

Gemäß Anspruch 7 wird mit einer sorgfältig gewählten Düsengröße ein relativ großer Mengenbereich abgedeckt.

Montagetechnisch günstig, auch im Hinblick auf eine möglichst geringe Betriebsgefahr wegen der Stromführung, sind die Ausführungsformen der An-

Sprüche 8 und 9, wobei der Gasnippel im Schlauchpaket oder im Aggregat den Einbauraum für die Zumeßdüse bietet.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 10 ist baulich einfach. Zum Anpassen der Zumeßdüse an eine andere Schweißaufgabe wird ein anderer Düsensatz eingesetzt. Zweckmäßigerweise gehört zu der Schweißvorrichtung ein markierter Düsensatz.

Alternativ ist eine Ausführungsform gemäß Anspruch 11 bequem zu handhaben, weil zum Anpassen nur der Drossekörper verstellt wird.

Im Hinblick auf die Gefahr durch den elektrischen Strom ist die Ausführungsform gemäß Anspruch 12 zweckmäßig.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Neuerungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schutzgas-Schweißvorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Detail in vergrößerter Schnittdarstellung,

Fig. 3A-3E verschiedene Konzepte von Schutzgas-Schweißvorrichtungen,

Fig. 4 einen Schnitt eines Deatils, und

Fig. 5 einen Schnitt eines weiteren Details.

Eine Schutzgas-Schweißvorrichtung V gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Schweißbrenner B, einem Stromquellen- und Drahtförder-Aggregat G, einer Druckquelle G für ein Schutzgas (oder Mischgas), einer Mengenre-

gel-Armatur M und einem Absperrorgan A. Der Schweißbrenner B enthält an einem Innenrohr 2 eine Kontaktdüse 1, die von einer Schutzgashülse umgeben ist, die mit der Kontaktdüse 1 eine Schutzgasdüse 3 begrenzt. Das Innenrohr 2 befindet sich in einem Brennerkörper 6, an dessen Schutzgas-Anschlußteil 9 ein Brenner-Schlauchpaket S anschließbar ist. Im Brennerkörper 6 ist eine Zumeßdüse Z im Strömungsweg des Schutzgases angeordnet, die z.B. aus einem Düseneinsatz 12 in einer Bohrung 11 und einer Halteschraube 10 für den Düseneinsatz besteht.

Vom Innenrohr 2 führt ein Ansatz 7 in die Bohrung 8. Der Ansatz 7 enthält wenigstens einen Durchgang ins Innere des Innenrohres, in dem die übliche Führungsspirale für die Drahtelektrode (beides nicht gezeigt) enthalten ist. Das vom Anschlußteil 9 kommende Schutzgas passiert die Zumeßdüse 7 und expandiert im Inneren des Innenrohres 2. Dort strömt es bis zu einem Gasaustritt 5 in der Schutzgasdüse 4. Das Brenner-Schlauchpaket S weist eine Anschlußarmatur 13 auf, die zu einem Anschluß C bzw. einem Zentralanschluß (in der gezeigten Ausführungsform) des dem Schweißbrenner B nächstliegenden Stromquellen- und Drahtförder-Aggregates G paßt. Das Aggregat G ist für Wolfram-Schweißen nur ein Stromquellen- und Schutzgas-Zuführaggregat (gegebenenfalls mit einer Zu- und Abfuhr für ein Kühlmedium) ohne Drahtförderfunktion. Ein zur Anschlußarmatur des Brenner-Schlauchpaketes S passendes Gegenstück 14 befindet sich im Aggregat G. An der Anschlußarmatur 13 ist beispielsweise ein Schutzgasnippel 15 vorgesehen, der über einen Anschluß 16 und Leitungsabschnitte 17, 18, 19 mit einer Druckquelle Q für das Schutzgas verbunden ist. Zwischen den Leitungsabschnitten 17 und 18 ist das Absperrorgan A angeordnet, zumeist ein Magnetventil.

Zwischen den Leitungsabschnitten 18 und 10 befindet sich die Mengenregel-Armatur M zum Einstellen der Schutzgasmenge. Im Anschluß C wird der zum Schutzgasschweißen erforderliche Strom (Pfeil 20), gegebenenfalls Draht

(Pfeil 21), und gegebenenfalls ein Kühlmedium (Pfeile 22) in das Brenner-Schlauchpaket S eingeführt.

Die Zumeßdüse Z läßt sich mit vergleichbarer Wi|frung alternativ im Bereich des Anschlusses C unterbringen, d.h. z.B. im Schutzgasnippel 15, in dem Anschlußleitungsteil 16 oder unmittelbar vor dessen Mündung. Zweckmäßigerweise wird im gesamten Strömungsweg nur eine Zumeßdüse Z vorgesehen. Die Düsengröße der Zumeßdüse ist auf die jeweilige Schweißaufgabe und/oder auf die verwendete Mengenregel-Armatur M abgestimmt, um einerseits einen relativ hohen Arbeitsdruck um ca. 2 Bar im Strömungsweg stromauf der Zumeßdüse Z zu erzeugen, das Überschießen der Menge des Schutzgases beim Öffnen des Absperrorgans unter dem hohen Staudruck zu vermeiden, und um definierte Strömungsverhältnisse zu erzielen, die zu einer gleichmäßigen Menge in der Schutzgasdüse 3 auch über kurze Zeiteeinheiten führt.

In Fig. 2 weist die Mengen-Regelarmatur M Druckreduzierstufen 31, eine nachgeschaitete Staudüse 32 (Kapillare) und Druckmeß- bzw. Mengenmeßinstrumente auf. Der Leitungsabschnitt 18 führt zum Absperrorgan A, das sich in dem dem Schweißbrenner nächstliegenden Aggregat G befindet, d.h. zwischen Leitungsabschnitten 17 und 18.

In Fig. 3A (für Metallschweißen) ist die Druckquelle im Hauptaggregat H angeordnet (die Druckquelle Q könnte auch eine Ringleitung sein) und bereits mit der Mengenregel-Armatur M versehen. Da die Schweißstelle nahe beim Hauptaggregat H liegt, hat das Brenner-Schlauchpaket S nur eine Länge zwischen 3 und 4 m. Das dem Schweißbrenner B nächstiiegende Stromquellen- und Drahtförder-Aggregat G, das auch das Absperrorgan enthält, ist am Hauptaggregat H installiert. Die Zumeßdüse Z befindet sich entweder im Anschlußbereich des Aggregates B oder im Schweißbrenner B - s. Fig. 1.

In Fig. 3B befindet sich die Schweißstelle weiter entfernt vom Hauptaggregat H, wobei das Brenner-Schlauchpaket S an das dem Schweißbrenner B nächstliegende Aggregat G - das das Absperrorgan A enthält - angeschlossen ist. Zwischen dem Aggregat G und einem weiteren Aggregat G am Hauptaggregat H ist eine längere Verbindungsleitung, z.B. 5 m, vorgesehen.

In Fig. 3C ist das dem Schweißbrenner B nächstliegende Aggregat G ein sogenannter Zwischentrieb, weil die Verbindungsleitung 33· bis zu 30 m lang sein kann.

In Fig. 3 D ist der Abstand zwischen der Schweißstelle und dem Hauptaggregat noch größer, jedoch ist das Brenner-Schlauchpaket an das das Absperrorgan A enthaltende Aggregat G angeschlossen. Zwischenleitungen 33 und 33' verbinden das Aggregat G über einen Zwischentrieb G¹ mit dem Hauptaggregat.

In Fig. 3E ist das Brenner-Schlauchpaket (3 bis 4 m lang) an das dem Schweißbrenner B nächstliegende Aggregat G angeschlossen, das das Absperrorgan A enthält. Das Aggregat G befindet sich auf einer Abstützvorrichtung 34 und ist über die Verbindungsleitung 33 mit dem Hauptaggregat H verbunden.

Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen befindet sich die Zumeßdüse Z jeweils im Strömungsweg zwischen dem Anschlußbereich am den Schweißbrenner B nächstliegenden Aggregat G und der Gasdüse und stromab des Absperrorgans A.

In Fig. 4 ist die Zumeßdüse Z in den Schutzgasnippel 15, beispielsweise der Anschlußarmatur 13 von Fig. 1, eingesetzt. Der Schutzgasnippel 15 besitzt einen innenkanal 24 für das Schutzgas, der aufgebohrt und mit einer Gewin-

debohrung 23 versehen ist, in die als Zumeßdüse Z ein Düseneinsatz 25 eingeschraubt ist, der einen Düsenkanal einer vorbestimmten Düsengröße (Durchmesser z.B. zwischen 0,6 bis 0,9 mm) enthält. Zum Verändern der Düsengröße wird ein anderer Düseneinsatz eines Düsensatzes eingeschraubt. Weitere Änderungen sind an der Schweißvorrichtung nicht erforderlich.

In Fig. 5 ist die Zumeßdüse Z nach Art eines Drehhahnes ausgebildet. Ein verdrehbarer Drosselkörper 28 sitzt in einer Bohrung 29, die den Schutzgas-Strömungskanal 24 schneidet. Beiderseitige Abdichtungen verhindern eine Leckage. Der Drosselkörper 28 enthält einen Düsendurchgang 29, der je nach Drehposition des Drosselkörpers 28 eine bestimmte Düsengröße einstellt. Der Drosselkörper 28 ist mit einem Gewindeeinsatz 30 drehbar festgelegt und läßt sich von außen verdrehen.

Claims

Schutzansprüche

1. Schutzgas-Schweißvorrichtung (V), mit einem eine Schutzgasdüse (3) aufweisenden Schweißbrenner (B), und mit einer Schutzgas-Druckquelle (Q), die über eine Mengenregel-Armatur (M), ein Absperrorgan (A) und einen Strömungsweg mit der Schutzgasdüse (3) im Schweißbrenner (B) verbunden ist, wobei sich ein Teil des Strömungsweges innerhalb eines Brenner-Schlauchpaketes (S) erstreckt, das an einen Anschluß (C), gegebenenfalls einen Zentralanschluß des dem Schweißbrenner (B) nächstllegenden Stromquellen- und Drahtförder-Aggregats (G), anschließbar ist, welches stromauf des Anschlusses (C) das Absperrorgan (A) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsweg zwischen dem dem Anschluß (C) in den Schweißbrenner (B) nächstliegenden Aggregat (G) und der Gasdüse (3) im Schweißbrenner (B) wenigstens eine Zumeßdüse (Z) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßdüse (Z) zumindest auf die in der Schutzgasdüse (3) für eine bestimmte Schweißaufgabe erforderliche Menge an Schutzgas oder auf die in der Schutzgasdüse (3) erforderliche Menge an Schutzgas und auf die Mengenregel-Armatur (M) abgestimmt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsengröße der Zumeßdüse (Z) in ihrer Düsengröße verstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsengröße der Zumeßdüse (Z) durch Austauschen der Zumeßdüse (Z; 12) wenigstens gegen eine andere veränderbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßdüse (Z) stromauf eines Gasaustritts (5) im Schweißbrenner (B) angeordnet ist,

vorzugsweise im Anschlußbereich des Brenner-Schlauchpaketes (S) an das Brennergehäuse.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßdüse (Z) im Zentralanschluß (C) des dem Schweißbrenner (B) nächstliegenden Aggregats (G) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßdüse (Z) für einen Schutzgas-Mengenbereich zwischen etwa 6 und 20 l/min eine Düsengröße zwischen etwa 0,3 und 0,9 mm, vorzugsweise bei etwa 0,7 mm, aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßdüse (Z) in der zum Zentralanschluß (C) passenden Anschlußarmatur (13) des Brenner-Schlauchpaketes (S) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßdüse (Z) in einem Schutzgasnippel (15) oder beim zum Schutzgasnippel passenden Anschlußarmatur-Gegenstück (14) des Zentraianschlusses (C) des dem Schweißbrenner (B) nächstliegenden Aggregats (G) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßdüse (Z) einen austauschbaren Düseneinsatz (12) enthält.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßdüse (Z) einen relativ zu einem Durchgang (24) verstellbaren Drosselkörper (28) enthält, bei dessen Verstellung sich die Düsengröße ändert.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Zumeßdüse (Z) eine, vorzugsweise elektrisch isolierende, Verstelleinrichtung aufweist, die von außen frei zugänglich oder unter einer abnehmbaren Abdeckung angeordnet ist.