DE4314099A1

DE4314099A1 - Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner sowie Elektrodenhalter hierfür

Info

Publication number: DE4314099A1
Application number: DE4314099A
Authority: DE
Inventors: Hermann Sperling
Original assignee: Binzel Alexander Co KG GmbH
Current assignee: Binzel Alexander Co KG GmbH
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-29
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2013-04-30
Also published as: DE4314099C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner, wie bspw. einen WIG- oder Plasma-Brenner, mit einer Elektrode, welche in einem Elektrodenhalter eingespannt ist, der seinerseits in einem Gehäuse des Brennerkörpers aufgenommen ist.

Ein wesentlicher Bestandteil bei Lichtbogenschweiß- und Schneidbrennern ist der Elektrodenhalter, über welchen der Strom für Erzeugung des Lichtbogens auf die Elektrode übertragen wird.

Der Elektrodenhalter befindet sich in einem Gehäuse des Brennerkörpers, wobei die Elektrode in den Elektrodenhalter eingespannt wird. Um verschiedene Elektrodendurchmesser benutzen zu können, verwendet man austauschbare Elektrodenhalter, die gleiche Außendurchmesser, aber unterschiedliche Innendurchmesser haben. Die Elektrodenhalter besitzen Dehnungsschlitze und einen konischen Teil, mit dessen Hilfe sie auf die Elektrode aufgepreßt werden. Im Falle des WIG-Brenners ist eine Brennerkappe auf das hintere Ende des Brennerkörpers aufgeschraubt, wodurch die Elektrode innerhalb der Spannhülse festgeklemmt ist. Bei den bekannten Brennern gestaltet sich die Zentrierung der Elektrode jedoch schwierig, da diese bspw. im Falle eines WIG-Brenners von der Bedienerperson zunächst nach Augenmaß ausgerichtet werden muß, während gleichzeitig die Brennerkappe in den Brennerkörper eingeschraubt wird. Hierbei kann es vorkommen, daß die Elektrode nicht zentrisch im Gasstrom sitzt, so daß es zu nachteiligen Strömungsverhältnissen um die Elektrode kommt. Dabei oxydiert die Elektrode schneller und verbraucht sich durch die geringere Gaskühlung bzw. Wirbelbildung mit Luftansaugen.

Diese konstruktiv-mechanischen Probleme bei den bekannten Lichtbogenschweiß- und -schneidbrennern führen auch zu einer undefinierten Stromübertragung vom Brennerkörper bzw. Gehäuse des Brenners auf den Elektrodenhalter und von dort auf die Elektrode. So können bspw. bei einem WIG-Brenner im Falle eines Austausches des Elektrodenhalters bei gleichem Innendurchmesser und selbst bei einem Nachschleifen der Elektrode und nachfolgendem Nachspannen völlig unterschiedliche Verhältnisse bei der Stromübertragung auftreten. Mitunter ergeben sich übermäßig hohe elektrische Übergangswiderstände zwischen Elektrodenhalter und Elektrode, mit der Folge starker lokaler Wärmebelastungen des Elektrodenhalter-Materials und einer unerwünschten Wärmeableitung in den Brennerkörper und von dort ggf. zu der eine Kunststoffbeschichtung aufweisenden Brennerkappe.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner dahingehend zu verbessern, daß eine einfache und definierte Ausrichtung der Elektrode bei günstiger Stromübertragung zwischen Elektrodenhalter und Elektrode erreicht ist.

Zur Lösung der Aufgabe ist es nach der Erfindung i. w. vorgesehen, daß das Gehäuse des Elektrodenhalters einen kegelstumpfförmigen Sitz für den mit entsprechend ausgebildeten Anlage- und Gleitflächen versehenen Elektrodenhalter aufweist, wobei der Elektrodenhalter in Montagestellung mittels einer entgegengesetzt zur Brennerdüse gerichteten Längskraft in dem Kegelsitz des Gehäuses gehalten ist.

Dadurch, daß der Elektrodenhalter nach der Erfindung in einem Kegelpreßsitz in dem Gehäuse bzw. im Brennerkörper mittels einer entgegengesetzt der Brennerdüse gerichteten Längskraft gehalten ist, erfolgt eine Selbstzentrierung des Elektrodenhalters und zugleich eine selbsttätige Ausrichtung der Elektrode zum jeweiligen Gasstrom. Darüber hinaus ergibt sich ein äußerst breitflächiger Kontakt zwischen Elektrodenhalter und Brennerkörper bzw. dem Gehäuse des Elektrodenhalters, was eine gute und vor allem definierte Stromübertragung auf die Elektrode mit niedrigen Übergangswiderständen gewährleistet. Daraus ergibt sich wiederum eine definierte Wärmeableitung von Elektrodenhalter auf den Brennerkörper, wodurch sich die Standzeit des Elektrodenhalters und bei WIG- oder Plasma-Brennern auch der Elektrode selbst, wesentlich erhöht.

Nach einer ersten besonderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Elektrodenhalter im Bereich seines bzgl. der Brennerdüse hinteren Abschnittes in dem Gehäuse geführt ist, wodurch die Ausrichtung des Elektrodenhalters und damit auch der Elektrode selbst nochmals verbessert ist.

In konstruktiv besonders vorteilhafter Weise kann dabei der Elektrodenhalter mit einem zylindrisch ausgebildeten Abschnitt in dem Gehäuse des Brenners geführt sein.

Dadurch, daß der Elektrodenhalter mittels einer entgegengesetzt zur Brennerdüse gerichteten Längskraft in dem Kegelsitz des Gehäuses bzw. des Brennerkörpers in Montagestellung gehalten ist, ist es, insbesondere bei WIG- und Plasma-Brennern, nach der Erfindung nunmehr auch möglich, den Elektrodenhalter von der Düsenseite des Brenners her in das Gehäuse bzw. in den Kegelsitz einzusetzen, wodurch die Handhabung bei der Montage des Brenners wesentlich vereinfacht und die Rüstzeit entsprechend verkürzt ist.

Die Festlegung des Elektrodenhalters kann nach der Erfindung dadurch erfolgen, daß dieser, vorzugsweise mit seinem der Brennerdüse gegenüberliegenden Ende, mit dem Gehäuse des Brenners verschraubbar ist, wobei zur einfacheren Montage der Elektrodenhalter an seinem der Brennerdüse zugewandten Endbereich eine Rändelung aufweist.

Alternativ ist es insbesondere für WIG- und Plasma-Brenner aber auch möglich, daß der Elektrodenhalter mit seinem der Brennerdüse gegenüberliegenden Ende mit der Brennerkappe verschraubbar ist.

Nach einem besonderen Vorschlag der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Elektrodenhalter und das Gehäuse einen Ringraum für das Schutzgas oder ggf. das Plasmagas bilden, welches über umfangsseitig des Elektrodenhalters im Bereich seiner Anlage- und Gleitflächen angeordnete und sich in Strahlachse des Brenners erstreckende Leitkanäle in Richtung der Brennerdüse nach außen geführt ist. Mittels der durch den Kegelpreßsitz des Elektrodenhalters und seinen sich in Strahlachse des Brenners erstreckenden Leitkanälen gebildeten Durchgänge wird in Verbindung mit einer Gaslinse eine besonders homogene und laminare Strömung des Schutzgases erreicht, was durch die Vermeidung von Turbulenzen zu einer besseren Gasabdeckung des Schmelzbades führt.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 in einem Längsschnitt einen WIG-Brenner mit einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrodenhalters,

Fig. 2 den Elektrodenhalter gemäß Fig. 1,

Fig. 3 im Längsschnitt einen wiederum anderen WIG-Brenner mit einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrodenhalters und

Fig. 4 den Elektrodenhalter gemäß Fig. 3.

WIG-Brenner gemäß Fig. 1 weist einen Brennerkörper 1 auf, der im Bereich seines Anschlusses an den Brennerhals 14 an das (nicht dargestellte) Stromführungskabel, den Wasservor- und -rücklauf 15, 16, den Gasschlauch 23 und die (ebenfalls nicht dargestellte) Steuerleitung angeschlossen ist. Der Brennerkörper 1 weist ein Gehäuse 4 zur Aufnahme eines Elektrodenhalters 3 auf, in welchem die Elektrode 2 eingespannt ist. Am vorderen Ende des Brennerkörpers 1 ist eine Brennerdüse 7 bzw. eine Gasdüse gehalten. Zur besseren Verteilung des Schutzgases innerhalb der Brennerdüse 7 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 eine Gaslinse 17 eingesetzt, mit deren Hilfe ein laminarer Gasstrom erzeugt und ein besseres Abdecken der Schweißstelle erreicht werden soll. An dem der Brennerdüse 7 gegenüberliegenden Ende des Brennerkörpers 1 befindet sich eine Brennerkappe 9, welche die stromführende Elektrode 2 abdeckt.

Der zum Erzeugen des Lichtbogens zwischen Elektrode 2 und Werkstück erforderliche Schweißstrom wird vom Stromkabel über leitende Zwischenglieder des Brennerkörpers 1 von dem Elektrodenhalter 3 auf die Elektrode 2 übertragen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist das Gehäuse 4 des Brennerkörpers 1 bzw. bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel ein zwischen einem Außenkörper 24 des Brennerkörpers 1 und dein Elektrodenhalter 3 angeordneter Kühlkörper 25 einen Kegelsitz 5 für den mit entsprechenden Anlage- und Gleitflächen 6 ausgebildeten Elektrodenhalter 3 auf. Der Elektrodenhalter 3 besitzt an seinem bzgl. der Brennerdüse 7 hinteren Ende einen zylindrischen Abschnitt 8, mittels welchem er i. w. paßgenau in dem Gehäuse 4 bzw. dem Kühlkörper 25 geführt ist.

Bei der Montage des Brenners wird der Elektrodenhalter 3 von der Düsenseite des Brenners her in das Gehäuse 4 eingesetzt, wonach die Elektrode 2 auf ihren vorgegebenen Abstand bzgl. der Gasdüse 7 eingestellt wird. Danach wird, wie auch bspw. im Falle eines Nachsetzens der Elektrode 2 zwischen den Schweißarbeiten, die Brennerkappe 9 aufgeschraubt, wobei sie mit einem Innengewinde 18 in ein am hinteren Ende des Elektrodenhalters 3 gebildetes Außengewinde 19 eingreift und den Elektrodenhalter 3 mit seinen Anlage- und Gleitflächen 6 in den Kegelsitz 5 des Gehäuses 4 bzw. des Kühlkörpers 25 preßt. Hierbei ziehen sich die Dehnschlitze 13 des Elektrodenhalters 3 zusammen, wodurch die Elektrode 2 innerhalb des Elektrodenhalters 3 bzw. der Spannhülse festgeklemmt ist. Durch den Kegelsitz 5 des Elektrodenhalters 4 und unterstützt durch die zylindrische Führung des Elektrodenhalters 3 mit seinem hinteren Abschnitt 8 innerhalb des Gehäuses 4 bzw. des Kühlkörpers 25 erfolgt eine Selbstzentrierung des Elektrodenhalters 3 mit zentrischer Ausrichtung der Elektrode 2 bzgl. des Gasstromes, verbunden mit einer definierten und breitflächigen Stromübertragung zwischen Gehäuses 4 und Elektrodenhalter 3, was sich ebenfalls auf eine günstige Stromübertragung mit niedrigen Übergangswiderständen auf die Elektrode 2 und eine verbesserte Kühlung auswirkt.

Wie weiterhin aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, bilden der Elektrodenhalter 3 und das Gehäuse 4 einen Ringraum 11. Dieser Ringraum 11 steht über umfangsseitig des Elektrodenhalters 3 im Bereich seiner Anlage- und Gleitflächen 6 angeordnete und sich in Strahlachse des Brenners erstreckende Leitkanäle 12 in Strömungsverbindung mit einem zwischen der Gaslinse 17 und dem Gehäuse 4 gebildeten Stauraum 22. Durch diese Leitkanäle 12 in Verbindung mit der Gaslinse 17 wird eine besonders homogene und laminare Strömung des Schutzgases und damit eine verbesserte Gasabdeckung des Schmelzbades erreicht.

In Fig. 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Brenners zum WIG-Schweißen dargestellt, wobei die dem Brenner gemäß Fig. 1 und 2 entsprechenden Funktionsteilen mit gleichen Bezugszeichen angegeben sind, so daß insoweit auf eine Beschreibung verzichtet werden kann. Der wesentliche Unterschied des Brenners gemäß Fig. 3 und 4 gegenüber dem zuvor beschriebenen besteht darin, daß der Elektrodenhalter 3 mit einem Außengewinde 20 direkt auf ein Innengewinde 21 des Gehäuses 4 bzw. des Kühlkörpers 25 des Brennerkörpers 1 auf schraubbar ist. Zur Vereinfachung der Montage weist der Elektrodenhalter 3 an seinem der Brennerdüse 7 zugewandten Endbereich eine Rändelung 10 auf. Die Zuführung des Inertgases erfolgt koaxial im Brennerkörper 1.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf WIG-Brenner beschränkt, sondern kann mit Vorteil auch auf Plasmabrenner, ebenso wie bspw. auf MIG- oder MAG-Brenner und deren stromführende Kontaktdüse angewendet werden.

Bezugszeichenliste

1 - Brennerkörper
2 - Elektrode
3 - Elektrodenhalter
4 - Gehäuse
5 - Kegelsitz
6 - Anlage, Gleitfläche
7 - Brennerdüse
8 - zylindrischer Abschnitt
9 - Brennerkappe
10 - Rändelung
11 - Ringraum
12 - Leitkanal
13 - Dehnschlitz
14 - Brennerhals
15 - Wasservorlauf
16 - Wasserrücklauf
17 - Gaslinse
18 - Innengewinde
19 - Außengewinde
20 - Außengewinde
21 - Innengewinde
22 - Stauraum
23 - Gasschlauch
24 - Außenkörper
25 - Kühlkörper

Claims

1. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner, wie bspw. WIG- oder Plasma-Brenner, mit einer Elektrode (2), welche in einem Elektrodenhalter (3) eingespannt ist, der seinerseits in einem Gehäuse (4) des Brennerkörpers (1) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) einen kegelstumpfförmigen Sitz (5) für den mit entsprechend ausgebildeten Anlage- und Gleitflächen (6) versehenen Elektrodenhalter (3) aufweist, wobei der Elektrodenhalter (3) in Montagestellung mittels einer entgegengesetzt zur Brennerdüse (7) gerichteten Längskraft in dem Kegelsitz (5) des Gehäuses (4) gehalten ist.

2. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) im Bereich seines bzgl. der Brennerdüse (7) hinteren Abschnittes in dem Gehäuse (4) geführt ist.

3. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) mit einem zylindrisch ausgebildeten Abschnitt (8) in dem Gehäuse (4) des Brenners (1) geführt ist.

4. Lichbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) von der Düsenseite des Brenners (1) her in das Gehäuse (4) bzw. den Kegelsitz (5) des Gehäuses (4) einsetzbar ist.

5. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3), vorzugsweise mit seinem der Brennerdüse (7) gegenüberliegenden Ende, mit dem Gehäuse (4) des Brenners (1) verschraubbar ist (Fig. 3).

6. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) an seinem der Brennerdüse (7) zugewandten Endbereich eine Rändelung (10) aufweist.

7. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) mit seinem der Brennerdüse (7) gegenüberliegenden Ende mit der Brennerkappe (9) verschraubbar ist (Fig. 1).

8. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) und das Gehäuse (4) einen Ringraum (11) für das Schutzgas oder ggf. das Plasmagas bilden, welches über umfangsseitig des Elektrodenhalters (3) im Bereich seiner Anlage- und Gleitflächen (6) angeordnete und sich in Strahlachse des Brenners (1) erstreckende Leitkanäle (12) in Richtung der Brennerdüse (7) nach außen geführt ist.

9. Elektrodenhalter für einen Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.