DE3936205A1 - Lichtbogen-schweisslanze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogen-Schweißlanze mit einer Kühl- und Blasvorrichtung. Beim elektrischen Lichtbogenschwei­ ßen wird während der Verbindung des Basiswerkstoffs mit dem zu­ geführten Schweißdraht aus der Mündung der Schweißlanze kontinu­ ierlich ein Inertgas unter Druck zugeführt, das in der Schweiß­ zone die Luft ersetzt und damit die Schweißzone schützt.

Es ist bekannt, daß während des Lichtbogen-Schweißvorganges im wesentlichen zwei Probleme auftreten. Das erste Problem wird durch die Rauchbildung verursacht, die sowohl auf das Verschmel­ zen des Basiswerkstoffs mit dem zugeführten Metall als auch auf die Verdampfung von Desoxydationselementen wie Mangan, Sili­ cium, Aluminium, Titan und anderen Bestandteilen des zugeführ­ ten Materials zurückzuführen ist.

Ein weiteres Problem wird durch die Wärme verursacht, die sich beim Schweißen entwickelt und die abgeführt werden muß, um die Temperatur der Schweißlanze in solchen Grenzen zu halten, daß diese nicht beschädigt oder zerstört wird und gleichzeitig der Arbeiter sich beim Anfassen der Lanze nicht verbrennt.

Da der sich bildende Rauch giftig ist und somit nicht eingeat­ met werden darf, muß er so rasch wie möglich aus der Schweißzo­ ne entfernt werden. Zu diesem Zweck werden in den Schweißräumen Absauganlagen eingebaut oder über dem Schweißplatz Lüftungshau­ ben angebracht. Mit Hilfe dieser Vorkehrungen ist es jedoch nicht möglich, den Rauch aus der Schweißzone sofort und gänz­ lich abzusaugen, so daß der Arbeiter unvermeidlich mit diesem Rauch in Berührung kommt, was besonders deshalb gefährlich ist, weil beim Schweißen das Gesicht des Arbeiters nur sehr wenige Zentimeter von der Schweißzone entfernt ist.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sind Vorrichtungen bekannt, die aus mit Druckluft gespeisten Düsen bestehen, welche in der Nähe der Schweißzone angeordnet sind und den Rauch sofort weg­ blasen, so daß der Arbeiter mit diesem nicht in Berührung kommt. Bei bekannten Lösungen werden diese Vorrichtungen über bewegliche Halter am Arbeitstisch befestigt, so daß der Druck­ luftstrahl unmittelbar in die Nähe der Schweißzone gerichtet wird. Bei diesen Vorrichtungen läßt es sich jedoch fast niemals erreichen, daß die Blasrichtung optimal verläuft, da der Ver­ ankerungspunkt der Blasdüse fest ist, während die Schweißzone sich verändert.

Eine gewisse Verbesserung läßt sich dadurch erzielen, daß die Blasdüse am Schutzschild für den Schweißer befestigt ist. Da der Schweißer während seiner Arbeit den Schutzschild zur Schweißzone gerichtet hält, ergibt sich automatisch und nahezu unwillkürlich eine fast konstante Blasrichtung auf die Schweißzo­ ne. Allerdings hat dieses System den Nachteil, daß durch die Be­ festigung der Düse am Schutzschild dessen Handhabung einge­ schränkt und die Schweißgeschwindigkeit begrenzt werden. Um in dieser Richtung größere Freiheit zu haben, läßt sich häufig be­ obachten, daß der Schweißer die Düse kurzerhand entfernt.

Der größte Nachteil wird jedoch dadurch hervorgerufen, daß bei einer oft unbeabsichtigten, heftigen Bewegung des Schutzschilds der Druckluftstrahl unmittelbar auf den Schweißpunkt gerichtet wird, so daß der Lichtbogen abreißt oder die Schutzgasatmosphä­ re zerstört wird.

Hinsichtlich des Problems der Wärmeabfuhr während des Schweiß­ vorgangs sind Lösungen bekannt, die in Schweißlanzen bestehen, die eine erhebliche Masse aufweisen, um die Austauschflächen zu vergrößern; die Handgriffe haben dabei sehr große Abmessungen und bestehen aus Kunststoff großer Dicke, um dadurch die Isolie­ rung zu verbessern. Das führt jedoch zu sehr schweren und gro­ ßen Schweißlanzen, die schwierig zu bedienen sind und den Schweißer ermüden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißlanze zur Verfügung zu stellen, die die erwähnten Nachteile nicht auf­ weist. So soll in erster Linie eine Vorrichtung zum Kühlen und zum Wegblasen des Rauches geschaffen werden, die eine sehr gute Kühlwirkung hat und im Vergleich mit bekannten Schweißlanzen das Lanzengewicht sowie die Abmessungen des Handgriffes bei gleichbleibender Stromstärke verringert bzw. die bei gleichblei­ bendem Gewicht der Schweißlanze und gleichbleibenden Abmessun­ gen des Handgriffes die Schweißstromstärke erhöht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Schweißlanze mit der Kühl- und Blasvorrichtung so auszugestalten, daß die Blaswirkung während des Schweißens bei allen Anwendungsbedingun­ gen der Lanze konstant bleibt. Dabei soll die Gefahr ausgeschal­ tet sein, daß beim Blasen der Lichtbogen gelöscht oder die even­ tuell vorhandene Schutzgasatmosphäre unterbrochen wird.

Schließlich soll die Vorrichtung so beschaffen sein, daß sie für den Schweißer weder in der Handhabung ermüdend ist noch des­ sen Bewegungsfreiheit einschränkt, so daß die Produktionslei­ stung nicht beeinträchtigt wird.

Gemäß der Erfindung besteht die Lösung dieses Problems in einer Schweißlanze der angegebenen Gattung mit dem Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Beim Merkmal des Anspruchs 3 ist vorgesehen, daß der Druckluft­ strom aus dem Kollektor bezüglich seiner Stärke einstellbar und über eine Kappe in seiner Richtung wählbar ist, obwohl diese ko­ nische Kappe koaxial auf den Kollektor aufgesetzt ist. Durch Drehen der Kappe kann der Druckluftstrahl aufgeteilt oder durch Schließen einiger Austrittsöffnungen am Kollektor abgesperrt werden.

Gemäß der Erfindung ist eine Kühl- und Blasvorrichtung für eine Schweißlanze geschaffen, die gleichzeitig eine Kühlung sowie eine sofortige Beseitigung des Rauches aus der Schweißzone in jeder beliebigen Ebene erreicht, in der die Schweißung durchge­ führt wird, ohne daß der Schweißer während des Schweißens in seinen Bewegungen behindert wird.

Ein weiterer Vorteil gemäß der Erfindung besteht darin, daß bei gleichbleibender Stromstärke wesentlich leichtere und besser handhabbare Schweißlanzen zur Verfügung stehen bzw. bei gleich­ bleibenden Gewichts- und Abmessungsgrößen Schweißlanzen für hö­ here Stromstärken gebaut werden können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schweißlanze mit Kühl- und Blasvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Teils der Kühl- und Blasvor­ richtung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Kühlmuffe,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine abgeänderte Ausführungs­ form der Kühlmuffe,

Fig. 5 einen Längsschnitt zur Darstellung der Verbindung zwi­ schen der Kappe und dem Kollektor,

Fig. 6, 7 und 8 Vorderansichten zur Darstellung einiger Mög­ lichkeiten für die Aufteilung und Richtung des Blasluftstromes bei unterschiedlicher Stellung der Kappe auf dem Kollektor.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Kühl- und Blasvorrichtung 1 gemäß der Erfindung ist an einer Schweißlanze 40 angebracht. Sie besteht im wesentlichen aus einer Kühlmuffe 50, die von au­ ßen auf das Gehäuse 2 der Schweißlanze 40 aufgesetzt ist und im Bereich des vorderen Endes 51 des Handgriffes 3 sitzt. An ihrem hinteren Ende 52 hat die Kühlmuffe 50 eine Kupplung 22 für ein Rohr 23, über welches Druckluft von einem nicht gezeigten An­ schluß zugeführt wird, der stromaufwärts der Schweißlanze 40 vorgesehen ist. Die Druckluft strömt aus dem Rohr 23 in eine Kammer 24 der Kühlmuffe 50 und von hier über Bohrungen 25, wo­ bei die Wärme abgeführt wird, die durch die Schweißlanze beim Schweißen erzeugt und die über das Gehäuse 2 der Schweißlanze in die Kühlmuffe 50 übertragen wird, wo sie durch den Druckluft­ strom abgeführt werden kann.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Bohrungen 25 kreisförmig an­ geordnet sind, so daß auf diese Weise die thermische Übertra­ gungsfläche zwischen der Kühlmuffe 50 und der Druckluft, die durch die Bohrungen 25 strömt, vergrößert wird und die beim Schweißen erzeugte Wärme optimal abgeführt werden kann. Die An­ zahl der Bohrungen 25 und ihr Durchmesser wird so gewählt, daß die Wärmeübertragung in Abhängigkeit der unterschiedlichen Be­ triebsbedingungen optimiert werden kann.

ln Strömungsrichtung hinter der Kühlmuffe 50 gelangt die Luft in eine Kammer 28 eines Blasluftkollektors 20, der ebenfalls von außen auf das Gehäuse 2 der Lanze aufgesetzt und über eine Gewinde 53 mit der Kühlmuffe 50 verbunden ist. Der Blasluftkol­ lektor 20 hat eine Kegelstumpfform mit einer Reihe von Bohrun­ gen 27, die auf der konischen Außenfläche verteilt sind und für den Austritt der Blasluft dienen. Eine entsprechend kegelstumpf­ förmige Kappe 26 ist auf den Blasluftkollektor 20 aufgesetzt und um eine gemeinsame Achse auf diesem drehbar. Auf dem Umfang der Basis des Kollektors 20 ist eine Reihe von Vorsprüngen 70 ausgebildet, die in eine entsprechende Ringnut der Kappe 26 zur Schnappverbindung zwischen Kappe und Kollektor eingreifen.

Wie die Fig. 6, 7 und 8 zeigen, hat die Kappe 26 drei Langlö­ cher 71, 72 und 73, die sich jeweils über einen gewissen Kreis­ bogenabschnitt erstrecken und mit einem Winkel von 90° zueinan­ der angeordnet sind. Da im dargestellten Ausführungsbeispiel die Bohrungen 27 im Kollektor 20 in zwei Gruppen mit einem Win­ kelabstand von etwa 180° zueinander aufgeteilt sind (vgl. Fig. 6), ergibt sich bei einer Verdrehung der Kappe 26 auf dem Kol­ lektor 20 sowohl eine Aufteilung und Drosselung als auch eine Richtungsänderung der Luftstrahlen zum Entfernen des Rauches.

Diese Möglichkeit ist vor allem deshalb wichtig, weil damit die Richtung der Luftströme besser an die Schweißbedingungen ange­ paßt werden kann, die davon abhängen, ob die Schweißung in ei­ ner horizontalen, einer vertikalen oder in einer schrägen Ebene durchgeführt wird.

Die Betriebsweise der Kühl- und Blasvorrichtung gemäß der Erfin­ dung während eines Schweißvorgangs wird nachstehend näher erläu­ tert.

Wenn der Arbeiter mit dem Schweißvorgang beginnt, führt er die Mündung 13 der Schweißlanze 40 zur Oberfläche 14 des zu schwei­ ßenden Werkstücks 15 und drückt auf den Knopf 30. Auf diese Wei­ se wird die Schweißelektrode 11 vorgeschoben, welche innerhalb der Bohrung 27 zugeführt wird. Sobald die Elektrode 11 die Ober­ fläche 14 des Werkstücks 15 berührt, wird der Lichtbogen 16 ge­ zündet. Gleichzeitig mit dem Druck auf den Knopf 30 wird ein Elektromagnetventil geöffnet, das am hinteren Ende der Schweiß­ lanze 40 angebracht und in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Über dieses Elektromagnetventil wird Schutzgas zugeführt, und zwar über die Leitung 9, den Diffusor 8 sowie die Bohrungen 7, wobei die Düse 4 das Schutzgas in den Bereich des Lichtbogens 16 leitet, so daß eine Schutzzone 6 gebildet wird, die sowohl den Lichtbogen 16 als auch den Schweißdraht 11 umhüllt. Gleich­ zeitig bewirkt ein weiteres, nicht gezeigtes Elektromagnetven­ til, das am hinteren Ende der Schweißlanze 40 vorgesehen ist und das über denselben Knopf 30 betätigt wird, daß über das Rohr 23 Druckluft in die Kammer 24 der Kühlmuffe 50 und von die­ ser über die Bohrungen 25 in den Raum 28 des Blasluftkollektors 20 strömt. Während des Durchgangs durch die Bohrungen 25 nimmt die Druckluft von der Kühlmuffe 50 die Wärme auf, die durch Wär­ meleitung vom Gehäuse 2 der Schweißlanze 40 auf die Kühlmuffe 50 übergegangen und sich dort gesammelt hat. Ausgehend von dem Raum 28 des Blasluftkollektors 20 wird die Druckluft über die Bohrungen 27 sowie die Langlöcher 71, 72 und 73 zur Aufteilung und Zielgebung seitlich von der Schweißzone ausgeblasen. Da die Achse 17 der Bohrungen 27 nicht koaxial zur Achse 18 des Schweißdrahtes 11 verläuft, sondern von letzterer um einen Win­ kel 19 divergiert, bildet sich außerhalb der Schweißzone ein im wesentlichen konischer Druckluftstrom, der den Rauch wegbläst, sobald dieser beim Zünden des Lichtbogens entsteht.

Mit dieser Art von Durckluftstrom wird eine optimale Blaswir­ kung erzielt, wobei die Gefahr ausgeschaltet ist, daß aufgrund eines Positionierfehlers der Druckluftstrom in die Schutzzone 6 gelangt oder, was weitaus schlimmer ist, den Lichtbogen 16 be­ einträchtigt. Der Schweißvorgang kann dadurch mit konstanter Qualität durchgeführt werden.

Ferner ist festzustellen, daß die Kühl- und Blasvorrichtung 1 in keiner Weise störend für den Schweißer ist, da bei einer Platzveränderung der Schweißlanze 40 der Luftstrom automatisch mitbewegt wird. Ferner erhöht die Möglichkeit der Aufteilung und Richtunggebung des Luftstromes mittels der Einstellung der Kappe 26 die Wirksamkeit des Blaseffektes und damit die Rauchbe­ seitigung.

Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden die eingangs er­ läuterten Aufgaben bestens gelöst. Vor allem werden optimale Ar­ beitsbedingungen für den Schweißer geschaffen, wobei die Vor­ richtung den Handgriff 3 der Schweißlanze wesentlich abkühlt und dadurch die Baumaße des Handgriffs bei gleichbleibender Stromstärke verringert bzw. die Schweißstromstärke bei gleich­ bleibenden Abmessungen herkömmlicher Handgriffe erhöht.

Eine Variante der Kühlmuffe 60 ist in Fig. 3 gezeigt, aus der sich ergibt, daß die Kanäle für den Durchfluß der Druckluft Nu­ ten 61 sind, die in die Kühlmuffe 60 beispielsweise durch Räu­ men eingearbeitet sind.

Im Rahmen des Erfindungsgedankens können zur weiteren Verbesse­ rung der Kühl- und Blasvorrichtungen Abänderungen vorgesehen werden. So können die Bohrungen 27 in der Seitenwand der Kappe 26 des Blasluftkollektors 20 durch anders geformte Schlitze oder Öffnungen ersetzt werden. Außerdem können an dem Blasluft­ kollektor 20 Einrichtungen vorgesehen werden, mit denen der Luftdurchsatz durch die Kappe variiert werden kann.

Claims (6)

1. Kühl- und Blasvorrichtung an einer Lichtbogen-Schweißlanze mit einer am vorderen Ende des Handgriffs der Schweißlanze ange­ brachten Kühlmuffe und einem mit dieser verbundenen Blasluft­ kollektor, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl­ muffe (50) von Druckluft durchströmt wird, welche von einem mit der Kühlmuffe (50) verbundenen Rohr (23) zugeführt wird, wobei in der Kühlmuffe (50) Kanäle (25, 61) für die Luftzufuhr ausge­ bildet sind, welche Wärmeaustauschflächen für die durch Wärme­ leitung zugeführte Wärme bilden und wobei die aus der Kühlmuffe (50) strömende Luft in einem Kollektor (20) gesammelt wird, der eine Vielzahl von Öffnungen (27) für das Ausströmen der Druck­ luft aufweist, die aufteilbar und deren Strömungsrichtung ein­ stellbar ist, so daß der beim Schweißen erzeugte Rauch abgebla­ sen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmuffe (50) mit einem vorzugsweise kegelstumpfförmigen Blas­ luftkollektor (20) verbunden ist, der auf das Gehäuse (2) der Schweißlanze (40) aufgesetzt ist und auf seiner zur Schweißzone gerichteten Seitenfläche (26) mehrere Öffnungen (27) für den Austritt der Druckluft aufweist, welche von dem Blasluftkollek­ tor (20) zugeführt wird und diesen am Ausgang der Kühlmuffe (50) erreicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Blasluftkollektor (20) eine kegelstumpfförmig ausge­ bildete Kappe (26) um die gemeinsame Achse drehbar aufgesetzt ist, welche eine Reihe von Öffnungen (71, 72, 73) hat, die teil­ weise oder vollständig die Ausgangsbohrungen (27) des Kollek­ tors (20) schließen können.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft-Durchgangskanäle, die in die Kühlmuffe (50) eingearbeitet sind, aus Durchgangsbohrungen (25) bestehen, die in Längsrichtung in die Kühlmuffe (50) eingearbei­ tet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in die Kühlmuffe (60) eingearbeiteten Luft­ druck-Durchgangskanäle in Längsrichtung verlaufende Nuten (61) sind, die einen zylindrischen Querschnitt haben und eine mehr­ lappige Innenfläche für den Wärmeaustausch bilden.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (17) der Öffnungen (27) für den Luftaustritt aus dem Blasluftkollektor (20) mit der Achse (18) des zugeführten Schweißdrahtes (11) einen Winkel (19) ein­ schließt.