DE3216557C1 - Plasma-Pulver Auftragschweißbrenner - Google Patents

Description

• In Fig. la- 1c ist ein Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner veranschaulicht, der in Betriebsbereitschaft in Richtung der strichpunktierten Pfeile zusammengesteckt ist. Der Brenner besteht aus einem Hülsenteil 110 mit Pulver- und Schutzgaszuführung 15, 16 (Fig. la) und einem Plasmabrennerteil 11 (Fig. lb) mit Plasmaeinschnürdüse 12 und dieser zugeordneten, in einem Elektrodenhalterteil 13 (Fig. lc) befestigten Elektrode 14. Dabei sind Plasmabrennerteil 11, Elektrodenhalterteil 13 und Hülsenteil 110 mit Pulver- 15 und Schutzgaszuführung 16 jeweils als in sich geschlossene, auswechselbare Baueinheiten ausgebildet. Der Austausch einzelner Baueinheiten schafft vorteilhaft ein Baukastensystem, durch das der Brenner unter Verwendung entsprechend der Plasmastärke und -einschnürung sowie Kühlung angepaßter Bauteile, wie beispielsweise Elektrode, Plasmadüse, Pulver und Schutzgaszuführung innerhalb kurzer Umrüstzeiten und mit geringem Aufwand für verschiedene Schweißstromstärken (100 bis 350 Ampere) und Auftragschweißverfahren einsetzbar ist.
• Der Innenkühlkörper 17 des Plasmabrennerteils 11 hat eine zylindrische Mittelbohrung 18, die an ihrem vorderen Ende in einer den Lichtbogen einschnürenden Öffnung 19 endet, die von einer in dem Plasmabrennerteil 11 eingeschraubten, auswechselbaren Plasmaeinschnürdüse 12 gebildet wird. Innerhalb der Mittelbohrung 18 durch die das Zentrumgas (Plasmagas) strömt, sind ein Keramikrohr 20 und ein Keramikstein 21 zur elektrischen Isolation und zur Führung des Elektrodenhalterteils 13 bzw. der Elektrode 14 angeordnet.
• Die spiralförmigen Innenkühlmittelkanäle 22 bilden im Innenkühlkörper 17 einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf, der die den Plasmastrahl einschnürende Plasmaeinschnürdüse 12, das Brennergehäuse und das Schweißpulver kühlt. Im hinteren Bereich 23 des Innenkühlkörpers 17 sind die koaxial zur Mittelbohrung 18 angeordneten spiralförmig verlaufenden Innenkühlmittelkanäle 22 zugelötet.
• Zwei im hinteren Bereich 23 um ca. 1800 versetzte radiale Gewindebohrungen 24, 25 stehen mit den Innenkühlmittelkanälen 22 in Verbindung. In die Gewindebohrung 24 des Kühlmitteleinganges 26 ist eine Schlauchtülle 27 zur Aufnahme des Kühlmittelschlauches 28 eingeschraubt.
• Die Gewindebohrung 25 ist an der radialen Austrittsöffnung 29 mittels eines eingelöteten Blindstopfens 30 gegen Kühlmittelaustritt verschlossen. Über eine durch die Isolierscheibe 31 mit den Flachdichtungen 32, 33 führende axiale Verbindungsbohrung 34 wird die radiale Gewindebohrung 25 mit der in der Spannzangenaufnahme 35 angeordneten radialen Kühlmittelausgangsbohrung 36 verbunden. In der Kühlmittelausgangsbohrung 36 ist ein Doppel-Gewinde-Nippel 37 eingeschraubt, der den Kühlmittelausgang 38 und den Plasmahauptlichtbogenstromeingang darstellt.
• Durch die mittels Lötung verschlossenen Innenkühlmittelkanäle 22 wird vorteilhaft ein Kühlmittelkreislauf ohne O-Ring-Abdichtung erreicht, der in sich geschlossen ist und beim Wechsel der Baueinheit - Plasmabrennerteil 11 bzw. Pulverzuführung 15 - zu keinem Kühlmittelverlust führt.
• Die Isolierscheibe 31 mit den Flachdichtungen 32, 33 trennt den am Innenkühlkörper 17 anliegenden Pilotlichtbogenstrom elektrisch von dem an der Spannzangenaufnahme 35 liegenden Plasmahauptlichtbogenstrom. Über eine nicht dargestellte Schraubenverbindung werden die Isolierscheibe 31 mit der Flachdichtung 32 und die Spannzangenaufnahme 35 verbunden.
• In dem zur Plasmadüse gerichteten Ende des Bereiches 23 des Plasmabrennerteils 11 ist ein den gesamten Bereich 23 umfassender zweigeteilter Isolierkörper 39 angeordnet. In seinem, der Spannzangenaufnahme 35 zugewandten Ende ist der Isolierkörper 39 als Isolierkappe 47 ausgebildet, die auf das Außengewinde 48 der Spannzangenaufnahme 35 aufgeschraubt ist. Am Umfang des Isolierkörpers 39 sind Ausnehmungen 40, 41 zur Aufnahme der Schlauchtülle 27 des Kühlmitteleinganges 26, des Doppel-Gewinde-Nippels 37 des Kühlmittelausganges 38 mit Plasmahauptlichtbogenstromeingang, der nicht dargestellten um ca. 300 zur Schlauchtülle 27 versetzten Schraube des Pilotlichtbogenstromeinganges und des nicht dargestellten um ca.
• 900 versetzten Doppel-Gewinde-Nippels des Zentrumgas einganges vorgesehen.
• Die Befestigung des Isolierkörpers 39 erfolgt an dem der Plasmaeinschnürdüse 12 zugewandten Ende über einen mit dem Gewinde 42 in Verbindung stehenden Zentrierring 43, dessen Stirnfläche 44 eine mittels Isolierring 45 elektrisch isolierte Rändelmutter 46 fixiert. Zwischen Isolierring 45 und Innenkühlkörper 17 ist ein mit dem durch Pulverzuführung 15 und Innenkühlkörper 17 gebildeter Pulverkanal 49 in Wirkverbindung stehender Pulverschutzring 50 angeordnet, der den Innenkühlkörper 17 vor vorzeitigen Verschleiß, der durch das unter hohem Gasdruck zugeführte Pulver verursacht wird, schützt. Die durch Plasmabrennerteil 11 und Hülsenteil 110 mit Pulverzuführung 15/Schutzgaszuführung 16 gebildete Baueinheit weist vorzugsweise bei einer Stromstärke von 100 Ampere einen durch die Außenwand 51 des Innenkühlkörpers 17 und die Innenwand 52 der Pulverzuführung 15 gebildeten ringförmigen Pulverkanal 49 auf. Bei einer Schweißstromstärke von 200 bzw. 350 Ampere besteht der Pulverkanal 49 vorzugsweise aus zwei sich um ungefähr 1800 gegenüberliegenden Pulverzuführnuten, die eine Reduzierung des Schweißpulververbrauchs von ca. 30% ermöglichen. Der Pulvereingang 54 des durch Außenwand 51 und Innenwand 52 gebildeten Pulverkanals 49, der in seinem vorderen Ende einen Pulveraustrittswinkel von vorzugsweise 400 aufweist, erfolgt über eine im hinteren Bereich der Pulverzuführung 15 eingeschraubte Schlauchtülle 55.
• In der Pulverzuführung 15 ist ein in sich geschlossener, den Plasmastrahl einschnürender zweiter spiralförmiger Kühlmittelkreislauf vorgesehen. Der im, Anschlußteil 56 der Pulverzuführung angeordnete Kühlmittelausgang 57 erfolgt über die Schlauchkupplung 58, der Kühlmitteleingang 59 über den Doppel-Gewinde-Nippel 60 und der nicht dargestellte um ca. 900 versetzte Schutzgaseingang über einen weiteren Doppel-Gewinde-Nippel. Andere Ausführungen der Gas-, Kühlmittel-und Pulveranschlüsse, wie beispielsweise Schnellverschlußkupplungen, sind ebenfalls vorteilhaft am Brenner einsetzbar.
• Das Anschlußteil 56 der Pulverzuführung 15 ist über das vordere, der Pulveraustrittsöffnung 61 zugeordnete Außengewinde 62 mit dem im hinteren Teil ausgebildeten Innengewinde 63 des Schutzgasteils 16 verbunden.
• Zwischen der Stirnfläche 64 des Innengewindes 63 und dem als Flansch 65 ausgebildeten Ende des Außengewindes 62 ist eine Flachdichtung 66 angeordnet.
• Die Innenwand 67 des Schutzgasteils 16 bildet mit der Außenwand 68 der Pulverzuführung 15 den Schutzgaskanal 69, der in einer in der Pulverzuführung 15 einliegenden Schutzgasmischeinlage 70 endet. Die Schutzgaszufuhr erfolgt über einen nicht dargestellten, um ca. 90° versetzten im Anschlußteil 56 eingeschraubten Gewindenippel.
• Der in Fig. in dargestellte Hülsenteil (110) mit Pulver- und Schutzgaszuführung 16 wird über das Außengewinde 62a mit der am Plasmabrennerteil 11 angeordneten Rändelmutter 46 verbunden.
• Durch die zwischen dem Pulverkanal 49 liegenden, in sich geschlossenen Innen- 72 und Außenkühlmittelkreise 73 des Plasmabrennerteils 11 und der Pulverzuführung 15 und Schutzgaszuführung 16 wird vorteilhaft eine Überhitzung des Hülsenteils 110 mit Pulverzuführung 15 und Schutzgaszuführung 16 durch Rückstauwärme vermieden. Das Schweißpulver bleibt in seinem ursprünglichen festen Aggregatzustand und geht erst beim Eintritt in den Plasmastrom in die flüssige Phase über. Somit wird ein Verkleben des Pulverkanales 49 durch im Pulverkanal 49 geschmolzenes Schweißpulver vermieden.
• In Fig. 1c ist das als Baueinheit ausgebildete Elektrodenhalterteil 13 dargestellt, das mittels einer gegenüber der Plasmaeinschnürdüse 12 liegenden Schnellverschlußkupplung 74 derart am Brenner befestigbar ist, daß die Baueinheit mit eingespannter Elektrode entgegen der Plasmaausströmrichtung 75 auswechselbar ist.
• Das Kupplungsstück 78 besteht aus einem rohrförmigen Körper, der an seinem der Elektrode 14 zugewandten Ende, zwei, in Wirkverbindung mit den Aufnahmen 76 der Spannzangenaufnahme 35 stehende L-förmige Ausfräsungen 77 aufweist Am Umfang des Kupplungsstückes 78 ist eine, über eine Gewindeverbindung mit dem Kupplungsstück 78 verbundene, das Kupplungsstück 78 umfassende Isolierung 53 angebracht. Innerhalb des röhrenförmigen Kupplungsstükkes 78 ist eine Spannkegelaufnahme 79 angeordnet, die mit dem Flansch 80 auf dem oberhalb der L-Ausfräsung 77 angedrehten Bund 81 des Kupplungsstückes 78 aufliegt.
• Über dem Flansch 80 ist die Spannkegelaufnahme 79 als Zylinder 82 ausgebildet, der eine auf den Flansch 80 wirkende Druckfeder 83 führt. Als Gegenlager für die Druckfeder 83 ist ein Federspannring 84 in das Kupplungsstück eingeschraubt. Der Zylinder 82 ist dabei in die Durchgangsbohrung 85 so eingefügt, daß der Durchmesser 86 des Federspannringes 84 mit dem Durchmesser 87 des Zylinders eine Spielpassung bildet.
• Durch die im Federspannring 84 angeordneten Bohrun- gen 88 und mittels eines dazugehörenden Hakenschlüssels ist die Federspannkraft der Druckfeder 83 über eine Drehung des Federspannringes 84 im Innengewinde 89 des Kupplungsstückes 78 veränderbar.
• Unter dem Flansch 80 ist die Spannkegelaufnahme 79 ebenfalls als Zylinder 90 ausgebildet, der an seinem, der Elektrode 14 zugewandten Ende ein Gewinde 91 aufweist. In dem Zylinder 90 der Spannkegelaufnahme 79 wird der Spannkegel 93 in einer Sackbohrung 92 aufgenommen und mittels einer im Zylinder 90 angeordneten Schraube 94 befestigt. Der Spannkegel 93 ist als an seinem der Elektrode 14 zugewandten Ende geschlitztes Rohr 95 ausgebildet, das eine kegelige Umfangsfläche 96 hat. Innerhalb des Rohres 95 wird die Elektrode 14 geführt und mittels der über dem Rohr 95 angeordneten Spannmutter mit Zentrierung 97 gespannt. Die Innenbohrung 98 der Spannmutter mit Zentrierung 97 weist die gleiche Steigung auf wie die Umfangsfläche 96 des Spannkegels 93. Durch Aufschrauben der Spannmutter mit Zentrierung 97 auf das Gewinde 91 der Spannkegelaufnahme 79 erfolgt die Befestigung der Elektrode 14 im Elektrodenhalter 13.
• Der Stirnseite 99 der Spannmutter mit Zentrierung 97 ist ein festes Elektrodeneinstellmaß 100 zugeordnet, das über die in Wirkverbindung zueinander stehende Bundfläche 101 der Spannmutter mit Zentrierung 97 und der Auflagerfläche 102 des Plasmabrennerteils 11 ein vorgegebenes Einstellmaß E Elektrode 14/Plasmaeinschnürdüse 12 ermöglicht Somit ist es vorteilhaft möglich, die Elektrode außerhalb des Brenners einzustellen.
• Das Elektrodenhalterteil 13, das durch einfachen Austausch der Spannkegel für Elektroden 14 mit einem unterschiedlichen Durchmesser, vorzugsweise 2 bis 4 mm und damit für unterschiedliche Plasmahauptlichtbogenströme (100-350 A) verwendbar ist, wird nach erfolgter Elektrodeneinstellung und -befestigung in die Mittelbohrung 18 des Plasmabrennerteils 11 derart eingesteckt, daß die Bundfläche 101 der Spannmutter mit Zentrierung 97 auf der Auflagerfläche 102 des Plasmabrennerteils aufliegt. Anschließend wird unter Ausübung eines Gegendrucks auf die Druckfeder 83 der Elektrodenhalter 13 so lange um seine Achse gedreht bis die Aufnahmen 76 der Spannzangenaufnahme 35 in die L-Ausfräsungen 77 des Elektrodenhalterteils 13 eingreifen und verriegelt sind.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner mit einem Elektrodenhalterteil, einem Plasmabrennerteil mit einer Plasmaeinschnürdüse und einem Hülsenteil mit Pulverzuführung, dadurch gekennzeichn e t, daß der Elektrodenhalterteil (13), der Plasmabrennerteil (11) und der Hülsenteil (110) jeweils als in sich geschlossene, auswechselbare Baueinheiten ausgebildet sind.
2. 2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Plasmabrennerteil (11) ein Elektrodenhalter (13) als Baueinheit ausgebildet ist, die mittels einer gegenüber der Plasmaeinschnürdüse (12) liegenden Schnellverschlußkupplung (74) derart am Plasmabrennerteil (11) befestigbar ist, daß die Baueinheit mit eingespannter Elektrode (14) entgegen der Plasmaausströmrichtung (75) auswechselbar ist.
3. 3. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmabrennerteil (11) eine Spannzangenaufnahme (35) und einen Innenkühlkörper (17) mit dazwischenliegender Isolierscheibe (39) aufweist, und an dem der Isolierscheibe (39) gegenüberliegenden Ende im Innenkühlkörper (17) eine Plasmaeinschnürdüse (12) auswechselbar befestigt ist.
4. 4. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Plasmabrennerteil (11) ein geschlossener erster Kühlkreislauf (72) vorgesehen ist
5. 5. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulverzuführteil (15) einen Kühlteil mit geschlossenem zweitem Kühlkreislauf (73) aufweist, der von einem Schutzgasteil (16) umgeben ist, wobei der Schutzgaskanal (69) durch die Außenwand(68) des Pulverzuführteils (15) und die Innenwand (67) des Schutzgasteils gebildet wird.
6. 6. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (13) ein Kupplungsteil (78, 83, 84) mit einer Spannkegelaufnahme (79) aufweist, in der ein die Elektrode führender Spannkegel (93) befestigbar ist, in dem die Elektrode (14) mittels einer auf den Spannkegel (93) wirkenden Spannmutter mit Zentrierung (97) festspannbar und zentrierbar ist.
7. 7. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Außen- (73) und Innenkühlmittelkreis (72) liegende Pulverkanal (49) durch die Außenwand (51) des Plasmabrennerteils (11) und die Innenwand (52) des Pulverzuführteils (15) gebildet wird.
8. 8. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheiten Plasmabrennerteil (11), Pulverzuführ- (15)/Schutzgasteil (16) über Überwurfschraubverbindungen (46, 62,63) miteinander verbunden sind.

   Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner, nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

   Der Aufwand, der bei der Herstellung und Fertigung eines Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenners aufgebracht wird bzw. werden kann, ist in der Praxis von dessen Konstruktion bzw. von dessen Anwendungsbe- reich abhängig. Dabei soll der Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner einerseits einfach und kostengünstig in der Fertigung und Herstellung sein und andererseits in einem großen Anwendungsbereich einsetzbar sein.

   Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse, die in einem Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner angeordneten Einzelteile als rotationssymmetrische Teile auszubilden. Weiterhin werden die Gas-, Wasser- und Pulverzuführungen nahezu koaxial zur Brennermittelachse angeordnet, um so die in den Einzelteilen einzubringenden Kanäle einfach, kostengünstig und funktionsgerecht herzustellen (DE-PS 11 57 321).

   Dabei ist der Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner jedoch nur in einem begrenzten Anwendungsbereich einsetzbar. Einzelne Teilegruppen sind nicht funktionsgerecht vom Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner lösbar bzw. nicht als Baueinheit ausgebildet.

   Aus der DE-OS 2545495 ist ein Lichtbogen-Plasmaschneidbrenner zum mechanisierten Plasmaschneiden bekanntgeworden, der aus zwei lösbaren und dicht miteinander verbundenen Teilen besteht, von denen der erste Teil alle zur Plasmaerzeugung erforderlichen Teile enthält und der zweite Teil als Anschlußblock für die Gas-, Wasser- und Stromleitungen ausgebildet ist.

   Aufgabe der Erfindung ist es, einen in einem weiten Anwendungsbereich einsetzbaren Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner zu schaffen, der die obengenannten Nachteile nicht aufweist und bei dem eine einfache und kostengünstige Herstellung und Fertigung ebenso möglich ist, wie eine funktionsgerechte Handhabung und Bedienung.

   Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

   Besondere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

   Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner aus drei Teilen besteht, wobei die in sich geschlossenen, auswechselbaren Baueinheiten des Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenners wiederverwendbar in einem Baukastensystem integriert sind.

   Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des Plasma-Pulver-Äuftragschweißbrenners wird ein kostengünstiger, in einem Anwendungsbereich von 100 bis 350 Ampere einsetzbarer Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner geschaffen. Vergrößert wird der Anwendungsbereich weiterhin durch die aufgrund der Baukastenbauweise möglich gewordene schmale Ausbildung des Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenners.

   Dabei wird durch die konstruktive Ausbildung der in sich geschlossenen, auswechselbaren Baueinheiten die Handhabung des Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenners wesentlich verbessert. So tritt durch die in sich geschlossenen Kühlmittelkanäle bei der Trennung des Plasmabrennerteils vom Hülsenteil kein Kühlmittelverlust auf. Auch wird eine Reinigung des Pulverkanals durch die einfache und schnelle Trennung der Pulverzuführung von der Schutzgaszuführung ermöglicht.

   Anhand der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale näher erläutert. Es veranschaulichen Fig. ta- 1c einen aus in sich geschlossenen, auswechselbaren Baueinheiten gebildeten Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner.