DE4104850C2 - Schutzgas-Schweißbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schutzgas-Schweißbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Schweißbrenner, bei dem Schutzgas wie Argon der Schweißelektrode zugeführt wird und zusätzlich Kühlfluid wie Wasser im Anschluß an den Schweißkopf zirkuliert, um durch den Brennerbetrieb erzeugte überschüssige Hitze zu entfernen.

Derartige Schweißbrenner sind in den US-Patentschriften 4,571,475, 3,493,716, 3,461,269 und 3,350,537 beschrieben.

Ein Schutzgas-Schweißbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist in der DE 30 19 966 A1 beschrieben. Dort ist die axiale Bohrung gerade zu einer Schweißdrahtführung verlängert, eine Kühlwasserzuleitung und eine Kühlwasserableitung führen im Bereich der Schweißdrahteinspannung zu einem einzigen Ringkanal, der sich außen an die axiale Bohrung anschließt. Daran schließt sich nach außen eine Gasdüse für das Schutzgas an, das durch einen äußeren Ringkanal zur Spitze des Schweißdrahtes geführt wird. Dieser Schweißbrenner sollte kleine Abmessungen und eine elektrische Isolation aufweisen, welche die Kühlung des Schweißbrenners nicht behindert. Zu diesem Zwecke weist der Brennerschaft einen im Durchmesser kleineren Ansatz auf, der in die Isolierbuchse hineinragt, die Kühlleitung ist bis in den Ansatz des Brennerschaftes geführt.

Die Herstellung ist verhältnismäßig aufwendig, die Kühlleistung ist aufgrund des eingeschränkten Kühlkontaktes nicht optimal.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen neuen Schutzgas- Schweißbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, der unter Vermeidung der erwähnten Nachteile des Standes der Technik die Herstellung verbilligt, den Aufbau vereinfacht, gut für einen Handbetrieb geeignet ist und die Kühlwirkung verbessert.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Beim Erfindungsgegenstand wird der Brennerkopf oder Schweißkopf über eine zirkulierende Kühlflüssigkeit, wie eine Mischung aus Wasser und Äthylenglykol, gekühlt. Das Kühlwasser bzw. die Kühlflüssigkeit wird über konzentrische rohrförmige Durchgänge zum Schweißkopf geleitet, wobei die Flüssigkeit über eine innere konzentrische Ringverbindung zum Schweißkopf geleitet wird, von da mit einer Endfläche des Schweißkopfes in Wärmeaustausch- Kontakt gerät, und von da über eine äußere konzentrische Ringverbindung zurückgeführt wird.

Eine Rohrverzweigung stellt eine Verbindung mit einem Kühlfluid, wie einem Kühlwasservorrat, her und dient zur Führung über die konzentrischen Rohre, die an ihrem Ende mit dem Schweißkopf in Verbindung stehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Schweißbrenners,

Fig. 2 eine Explosions-Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Schweißbrenners,

Fig. 3 einen Längsschnitt des Schweißkopf-Bereiches des Schweißbrenners,

Fig. 4 einen Längsschnitt der Rohrverzweigung des Schweißbrenners, wobei einzelne Rohre, welche das Kühlwasser bzw. die Kühlflüssigkeit tragen, im Aufbau miteinander verbunden sind und weiter über konzentrische Ringverbindungen zum Schweißkopf geführt sind,

Fig. 5 eine Teildarstellung, teilweise im Querschnitt, welche den Aufbau der konzentrischen Ringe zeigt, wie sie mit dem Schweißkopf in Verbindung stehen,

Fig. 6 eine Endansicht längs der Linie VI-VI von Fig. 3.

In den Fig. 1, 2 und 4 ist eine Rohrverzweigung dargestellt, die ein Ausgangs-Wasserrohr 12 und ein Eingangs-Wasserrohr 14 mit konzentrischen Ringverbindungen innerhalb eines Rohres verbindet, die innerhalb eines äußeren Isoliergehäuses 16 enthalten ist. Am inneren Ende des Isoliergehäuses 16 ist eine Erweiterung 18 ausgebildet, in welche die Rohrverzweigung 10 eingebettet ist. Ein drittes Rohr 20 geht durch die Rohrverzweigung 10 hindurch, welche das Schutzgas, wie Argon, zur Elektrode des Schweißgerätes bzw. Schweißbrenners trägt. Ein isolierender rohrförmiger Handgriff 22 ist an der Stelle 24 über die Rohrverzweigung 10 und somit über die Rohre 12, 14 und 20 geschraubt. Am distalen Ende ist das Isoliergehäuse 16 mit der Schweißkopf-Anordnung 25 verbunden, über der eine Durchlaßdüse 26 abdichtend angeordnet ist.

Fig. 4 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt der Rohrverzweigung 10 und des daran anschließenden Isoliergehäuses 16 mit ihrer Erweiterung 18. Innerhalb des Isoliergehäuses 16 sind eine Reihe von konzentrischen Metallrohren enthalten, bestehend aus einem Außenrohr 28, einem Innenrohr 30 und einem zentralen Rohr 20. Das zentrale Rohr 20 führt das Schutzgas Argon direkt durch die Rohrverzweigung 10 hindurch. Die Außenrohre 28 und 30 bilden zwischen sich rohrförmige Fluid­ durchlässe zum Zirkulieren der Kühlflüssigkeit, vorzugsweise einer Mischung aus Wasser und Äthylenglykol, zum Schweißkopf und von dort zurück. Die Ringleitung 32 zwischen Innenrohr 30 und zentralem Rohr 20 bildet eine erste Leitung zum Durchführen von Kühlflüssigkeit zur Schweißkopf-Anordnung 25. Von der Schweißkopf- Anordnung 25 kehrt das Kühlwasser durch die Ringverbindung 34 zwischen Außenrohr 28 und Innenrohr 30 zurück und bildet so eine zweite Leitung für das Durchführen von Kühlwasser.

Eine axiale Bohrung durch die Rohrverzweigung 10 beherbergt die koaxialen Rohre 28, 30 und 20. Diese Bohrung ist zylindrisch und weist abgestuften abnehmenden Durchmesser auf; sie besteht aus einem ersten Bohrungsabschnitt 36 von relativ großem Durchmesser. Nach innen zu schließt sich innerhalb der Rohrverzweigung 10 ein zweiter Bohrungsabschnitt 38 von geringerem Durchmesser an, gefolgt nach innen zu durch einen dritten Bohrungsabschnitt 40 von noch geringerem Durchmesser und endend in einem noch schmaleren vierten Bohrungsabschnitt 42. Schließlich schließt sich ein fünfter Bohrungsabschnitt 44 mit dem geringsten Durchmesser nach innen an, der eng an das zentrale Rohr 20 angepaßt ist, das das Schutzgas Argon zum Schweißkopf führt. Die konzentrische Natur der verschiedenen Rohre ist in Fig. 5 dargestellt.

Das Außenrohr 28 ist eng in den ersten Bohrungsabschnitt 36 eingepaßt, der an einer Stirnseite 46 endet, wobei der Durchmesser der Bohrung 36 zum Durchmesser der Bohrung 38 stufenförmig abnimmt. Innerhalb der Bohrung 40 ist eng das Innenrohr 30 eingepaßt, das an der Stirnseite 48 endet, wo die Bohrung 40 sich stufenweise zur Bohrung 42 verringert.

Der beschriebene Aufbau sieht ein Paar von konzentrischen Ringleitungen oder Ringkanälen 32 und 34 vor, die so ausgelegt sind, um das innen hindurchgeführte und das außen hindurchgeführte Kühlwasser zu leiten. Eine Verbindung zwischen diesen zugeordneten Ringleitungen und den Rohren 12 und 14 wird durch ein Paar von radialen Bohrungen oder Verbindungen oder Durchlässen wie folgt hergestellt:

Das Rohr 12, das das hereingeführte Kühlwasser trägt, ist in eine Längsbohrung 50 eingepaßt, die in radialem Abstand vom zentralen Rohr 20 angeordnet ist. Das Rohr 12 steht mit einer zu ihm fluchtenden länglichen Bohrung 52 in Verbindung (die in radialem Abstand von der zentralen Bohrung 44 angeordnet ist, welche das zentrale Rohr 20 trägt). Am inneren Ende der Bohrung 52 ist ein radialer Durchlaß 54, der eine Verbindung zwischen der Bohrung 52 und dem Bohrungsabschnitt 42 vorsieht, die die innere Verbindungsleitung 32 bildet, vorgesehen.

Eine zweite Längsbohrung 56 umfaßt eng passend das Rohr 14 und steht mit einer zu diesem Rohr fluchtenden Längsbohrung 58 in Verbindung, die ebenfalls radial in einem Abstand von der zentralen Bohrung 44 angeordnet ist. Am Ende der Längsbohrung 58 ist ein radialer Durchlaß 60, der mit dem Bohrungsabschnitt 58 und von da mit der äußeren Ringleitung bzw. dem äußeren zweiten Ringkanal 34 für die Kühlflüssigkeit in Verbindung steht, angeordnet.

Das Kühlwasser fließt durch das Rohr 12, die Längsbohrung 52 und den radialen Durchlaß 54 in das System bzw. den Schweißbrenner und in die innere Ringleitung 32. Es fließt dann durch die Brennerkopf- bzw. Schweißkopf-Anordnung 25, wobei es den Schweißkopf 62 für einen Wärmeaustausch berührt, fließt dann durch die äußere Ringleitung 34 zurück, von da in den Bohrungsabschnitt 38, den radialen Durchlaß 60, die Längs­ bohrung 58, zurück in das Auslaßrohr 14.

Die Rohre 12 und 14 sind außerhalb des Brennersystems bzw. Schweißbrenners über einen geeigneten Wärmeaustauscher oder Kühler (nicht gezeigt) miteinander verbunden, so daß die Kühlflüssigkeit durch das System bzw. Schweißgerät zirkuliert.

Das Ende des Brennersystems im Beeich des Brenner- bzw. Schweißkopfes ist in den Fig. 3, 5 und 6 dargestellt. Ein Schweißkopf 62 ist in das distale Ende des Außenrohres 28 eingefügt, wie in Fig. 3 gezeigt. Es hat an der Stelle 64 eine axiale, mit einem Schraubengewinde versehene Bohrung, in welche ein Futter oder Flansch 66 eingeschraubt ist, der eine quer an­ geordnete Schweißelektrode 68 aufnimmt. Der Schweißkopf 62 weist eine Axialbohrung 70 auf, die zum zentralen Rohr 20 ausgerichtet ist, und dieser Durchgang wird in Form einer Bohrung 72 innerhalb des Flansches 66 fortgesetzt, der sich etwa in der Mitte durch den Flansch 66 hindurch erstreckt und in einer Reihe von radialen Öffnungen 74 endet, die es dem Argon- Schutzgas ermöglichen, in die Durchgangsdüse 26 einzufließen, welche die Schweißelektrode 68 umgibt. Oberhalb des vorspringenden Endes des Futters 66 ist eine Muffe 76 befestigt, die Öffnungen 78 aufweist, welche zu den radialen Öffnungen 74 ausgerichtet sind, um dem Argon den Eintritt in die Kammer zu ermöglichen, welche die Schweißelektrode 68 umgibt.

Das distale Ende des Innenrohres 30 ist mit Nuten 80 versehen, die der Kühlflüssigkeit in Form des Kühlwassers ermöglichen, von der inneren Ringleitung 32 radial nach außen in die äußere Ringleitung 34 zu fließen, und von da zum Rohr 14 und aus dem Schweißgerät herauszugelangen. Bei diesem Vorgang kommt das Kühlwasser in einen Wärmeaustausch-Kontakt mit der Endfläche 82 des Schweißkopfes 62. Die Wärme fließt von der Anordnung einschließlich dem Futter 26 und dem Schweißkopf 62 in das Kühlwasser und wird von hier durch den Kühlwasser-Fluß aus dem System herausgebracht.

Zusätzlich zur Leitung von Schutzgas zum Schweißgerät führt das zentrale Rohr 20, das leitend ist, auch Schweißstrom durch das Rohr 20, den Schweißkopf 62 und das Futter 66 zur Schweißelektrode 68.

Die Schweißelektrode 68 ist durch die Scherkraft zwischen Muffe 76 und Futter 66 im Schweißkopf eingeklemmt, die auftritt, wenn das Futter 66 an der Stelle 64 in den Schweißkopf 62 eingeschraubt wird. Während das Einschrauben eine axiale Einwärtsbewegung des Schweiß-Futters 66 ermöglicht, schlägt die Muffe 76 an die Endfläche des Schweißkopfes 62 an, wodurch die Einwärtsbewegung gestoppt wird, und die Klemmwirkung an der Elektrode 68 tritt an der Verbindungsstelle zwischen Schweiß- Futter 66 und Muffe 76 auf. Das Klemmen wird durch die Verwendung der Schweißelektrode 68 als Drehgriff bewerkstelligt, um das Schweiß-Futter 66 leicht zu drehen und dabei die Schweißelektrode zu lösen oder festzumachen. Die Muffe 76 wird durch einen in Fig. 6 gezeigten Stift 86 mit dem Futter 66 verbunden.

Claims (6)

1. Schutzgas-Schweißbrenner mit einem Schweißkopf (62), der eine Axialbohrung (70) aufweist, der ein zentrales Rohr (20) aufweist, das koaxial zur Axialbohrung (70) angeordnet ist und mit dieser in Verbindung steht, der eine Halterung (66) für eine Schweißelektrode (68) aufweist, der Schutzgas-Zu- und Ableitungen sowie Kühlfluid wie Wasser-Zu- und Ableitungen mit einem konzentrischen Ringkanal zum Kühlen des Schweißkopfes (62) aufweist, gekennzeichnet durch

• a) die Zuleitung des Schutzgases zur Schweißelektrode (68) über das zentrale Rohr (20),
• b) die Kombination eines Innenrohres (30), das in einem Abstand konzentrisch um das zentrale Rohr (20) zur Bildung eines inneren ersten Ringkanals (32) angeordnet ist, mit einem Außenrohr (28), das konzentrisch zum Innenrohr (30) angeordnet ist, zur Bildung eines äußeren zweiten Ringkanals (34) zwischen Innenrohr (30) und Außenrohr (28),
• d) Verbindungsdurchlässe (80) zwischen Innenrohr (30) und Außenrohr (28) an der Endfläche (82) der Axialbohrung (70) und damit zwischen innerem ersten (32) und äußerem zweiten Ringkanal (34),
• e) wobei Kühlfluid wie Kühlwasser durch den inneren Ringkanal (32) eigneführt und durch den äußeren zweiten Ringkanal (34) nach außen abgeführt wird, und wobei ein Wärmeaustausch zwischen Schweißkopf (62) und dem Fluid stattfindet.

2. Schweißbrenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen senkrechte Endfläche (82) an einem Ende der Axialbohrung (70), einen Aufnahmeflansch als Halterung (66) für die im wesentlichen sich quer zur Längsachse des Schweißkopfes (62) erstreckende Elektrode (68), eine mit der Axialbohrung (70) in Verbindung stehende Durchgangsöffnung (72), um einen Schutzgasfluß zur Elektrode (68) zu ermög­ lichen, sowie eine Begrenzung des Innenrohres (30) an der Endfläche (82) der Axialbohrung (70).

3. Schweißbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsdurchlässe aus wenigstens einer Nut (80) am Innenrohr (30) im Bereich der Endfläche (82) der Axialbohrung (70) bestehen.

4. Schweißbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet durch

• - eine längliche, im wesentlichen zylindrische Rohrverzweigung (10),
• - welche mit den Enden von drei Fluidleitungen (12, 14, 20) im Eingriff steht und eine zentrale Achse aufweist, wobei ein Ende der Fluidleitungen die Form von drei auf der zentralen Achse angeordneten konzentrischen Rohren (20, 30, 28) aufweist,
• - wobei die drei konzentrischen Rohre aus einem zentralen Rohr (20), einem Innenrohr (30) und einem Außenrohr (28) bestehen,
• - wobei das Innere des zentralen Rohres (20) eine Schutzgas­ leitung zum Transportieren von Schutzgas zu einem Brennerkopf (62) bildet,
• - wobei der innere erste Ringkanal (32) zwischen Innenrohr (30) und zentralem Rohr (20) eine erste Leitung darstellt,
• - wobei der äußere zweite Ringkanal (34) zwischen Innenrohr (30) und Außenrohr (28) eine zweite Leitung darstellt,
• - wobei die Rohrverzweigung (10) einen Körper mit einer Axialbohrung an ihrer Achse aufweist,
• - wobei die Rohre (20, 30, 28) an der Axialbohrung konzentrisch angeordnet sind,

weiter gekennzeichnet durch

• - eine erste Längsbohrung (50) im Körper, die radial in einem Abstand von der Axialbohrung angeordnet ist,
• - einen ersten radialen Durchgang (54) zwischen dem inneren ersten Ringkanal (32) und der ersten Längsbohrung (50),
• - eine zweite Längsbohrung (56) innerhalb des Körpers, die radial in einem Abstand von der Axialbohrung angeordnet ist,
• - einen zweiten radialen Durchgang (60) zwischen dem äußeren zweiten Ringkanal (34) und der zweiten Längsbohrung (56),
• - wobei die Längsbohrungen (50, 56) innerhalb des Umfangs der zylindrischen Rohrverzweigung (10) ausgebildet sind,
• - und wobei die Längsbohrungen (50, 56) Verbindungseinrich­ tungen (52, 58) für die Aufnahme von Rohren (12, 14) aufweisen, die in Längsrichtung ausgerichtet sind, um Kühlfluid zum Schweißkopf (62) und von diesem wegzuleiten.

5. Schweißbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Axialbohrung (70) zylindrisch und mit abnehmendem Durchmesser abgestuft ist,
• - daß der äußerste erste Bohrungsabschnitt (36) den größten Durchmesser aufweist und das Außenrohr (28) eng umgibt,
• - daß der nächstinnere zweite Bohrungsabschnitt (38) einen kleineren Durchmesser als der erste Bohrungsabschnitt (36) aufweist,
• - daß der nächstinnere dritte Bohrungsabschnitt (40) kleineren Durchmesser als der zweite Bohrungsabschnitt (38) aufweist und das Innenrohr (30) eng umschließt bzw. in enger Passung aufnimmt.