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Diese
Erfindung betrifft allgemein eine Kontaktspitze, einen Diffusor
sowie eine Schweißkontaktspitzen-
und -diffusorbaugruppe für
MIG-Schweißpistolen
und dergleichen.
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Die
Erfindung stellt eine Verbesserung dar gegenüber früheren Verbindungen zwischen
einer Kontaktspitze und dem Diffusor einer MIG-Schweißpistole
oder automatisierten Schweißausrüstung. Eine
typische Verbindung ist eine mit Gewinde versehene Verbindung des
in den US Patenten Nr. 5 760 373 und 6 307 179 dargestellten Typs,
die beide durch Verweis für
alle Zwecke hier einbezogen sind. Jedoch erfordert dieser Typ von
Verbindung das Drehen der Kontaktspitze und des Diffusors relativ
zueinander, was oftmals unbequem und Zeit raubend ist und zu einem
verdrehten Schweißdraht
führen
kann.
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US-A-5
440 100, auf dem die Oberbegriffe der Ansprüche 1, 7 und 12 basieren, zeigt
eine Kontaktspitzen- und- diffusorbaugruppe, bei der die Kontaktspitze
einen Kanal aufweist, der durch einen vorstehenden Teil im Diffusor
in Eingriff gebracht wird, um die Kontaktspitze im Hohlraum des
Diffusors zu arretieren.
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US-A-4
914 271 zeigt eine Lichtbogenbrenner-Funktionsbaugruppe mit einer
Anode und einer Katode, bei der die Anode eine Aussparung in einem parallelseitigen
Brennergriff aufweist, in die eine Arretierkugel eingreift, die
in einer Aussparung in einer in der Katode ausgebildeten zylindrischen Öffnung mitgeführt wird.
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US-A-5
664 312 offenbart ein lösbares
Befestigungssystem für
einen abnehmbaren Schraubendrehereinsatz, bei dem der Einsatz eine
umlaufende Nut besitzt, die in einem Schaft ausgebildet ist, der
in eine Aussparung im Werkzeugkörper
eingreift, und der Werkzeugkörper
eine Kugel aufweist, die in einer Öffnung in der Wand der Aussparung
angebracht ist und durch eine Federklemme gedrückt wird, so dass sie in die
Ausspa rung vorsteht, wobei die Kugel mit der umlaufenden Nut in
Eingriff kommt, um den Einsatz lösbar
in der Aussparung zu arretieren.
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Nach
der vorliegenden Erfindung ist eine Schweißkontaktspitzen- und -diffusorbaugruppe
zur Verwendung in einer Schweißvorrichtung
vorgesehen, wobei die Baugruppe aufweist: eine elektrisch leitfähige Kontaktspitze,
die einen Spitzenkörper
mit einer Längsachse,
einem hinteren Ende, einem vorderen Ende sowie einer Axialbohrung
durch den Spitzenkörper
zum Nachschieben von Schweißdraht durch
die Spitze umfasst, und einen Diffusor zum Leiten von elektrischem
Strom und Durchleiten eines Schutzgases, wobei der Diffusor einen
Diffusorkörper mit
einer Längsachse,
einem hinteren Ende zum Verbinden mit der Schweißvorrichtung, einem vorderen Ende
sowie einem Hohlraum in dem Diffusorkörper, der von seinem vorderen
Ende zu seinem hinteren Ende verläuft, umfasst; gekennzeichnet
durch eine konische Diffusorkontaktfläche an einer Außenseite des
Spitzenkörpers,
wobei der Hohlraum im Diffusorkörper
eine konische Spitzenkontaktfläche
aufweist; und eine Verbindung zwischen dem Diffusor und der Kontaktspitze
zum lösbaren
Halten der Kontaktspitze in dem Hohlraum des Diffusors, wobei die
konischen Oberflächen
zum Leiten von elektrischem Strom vom Diffusor zur Kontaktspitze
in Kontakt stehen, die Verbindung wenigstens ein Arretierelement
in einem von Diffusor oder Kontaktspitze, wenigstens eine entsprechende
Aussparung in dem anderen von Diffusor oder Kontaktspitze, die eine
Rampe bildet, und wenigstens eine Feder zum Vorspannen des Arretierelements
in die Aussparung und gegen die Rampe zum Erzeugen einer Axialkraft
gegen die Rampe, die dazu neigt, die konischen Oberflächen in
Kontakt miteinander zu drücken,
umfasst, wobei die Kontaktspitze aus dem Diffusor gelöst werden
kann, indem eine Axialkraft auf die Spitze ausgeübt wird, die zum Überwinden
der Kraft der das Arretierelement in die Aussparung drückenden
Feder ausreicht.
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Die
vorliegende Erfindung stellt des Weiteren eine Schweißkontaktspitze
zur Verwendung in einer Schweißvorrichtung
bereit, wobei die Kontaktspitze einen länglichen Körper mit einer Längsachse,
hinteren und vorderen Enden sowie einer Axialbohrung durch den Körper zum
Nachschieben eines endlosen Schweißdrahts durch den Körper aufweist,
gekennzeichnet durch eine konische Außenfläche auf dem Körper zum
Kontakt mit einer konischen Innenfläche auf einem Diffusor, wenn
die Kontaktspitze in den Diffusor eingesetzt wird, und eine Aussparung
in einer Außenfläche des
Körpers,
die eine Rampe auf dem Körper
bildet zum Eingriff durch wenigstens ein federbelastetes Arre tierelement,
das von dem Diffusor gehalten wird, wobei die Rampe so ausgeführt ist, dass
ein Kontakt durch das federbelastete Arretierelement eine Kraft
in axialer Richtung erzeugt, die dazu neigt, die konischen Oberflächen in
Richtung zueinander zu drücken.
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Die
vorliegende Erfindung stellt außerdem noch
einen Schweißdiffusor
zum Leiten von elektrischem Strom und Durchleiten eines Schutzgases
bei einem Schweißvorgang
zur Verfügung,
wobei der Diffusor einen Körper
mit einer Längsachse,
einem hinteren Ende zur Verbindung mit der Schweißvorrichtung
und einem vorderen Ende, einen Hohlraum in dem Diffusorkörper, der
sich von seinem vorderen Ende zu seinem hinteren Ende erstreckt,
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum eine innere
konische Fläche
zum Kontakt durch eine äußere konische
Fläche
einer in den Hohlraum eingesetzten Kontaktspitze aufweist, wenigstens
einer im Allgemeinen radialen Bohrung in dem Körper mit einem radialen inneren
Ende, das mit dem Hohlraum in Verbindung steht, und einem radialen äußeren Ende,
ein in der radialen Bohrung bewegliches Arretierelement sowie einen
nachgiebigen Ring um den Körper
des Diffusors herum zum Drücken
des Arretierelements in radialer Richtung nach innen in der Bohrung
zu einer Position hin, in der das Arretierelement in einer Aussparung
in der Kontaktspitze aufgenommen wird, um dadurch die Kontaktspitze
in dem Diffusor lösbar zu
arretieren.
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Unter
den zahlreichen Aufgaben dieser Erfindung kann angemerkt werden
die Bereitstellung einer verbesserten Kontaktspitze und Diffusors,
die zur schnellen und leichten Montage ausgeführt sind, ohne Gewinde und
ohne dass die Verwendung von Werkzeugen erforderlich ist; die Bereitstellung
einer solchen Baugruppe, die eine schnelle und leichte Demontage
bewirkt, ohne die Düse
der Schweißvorrichtung
entfernen zu müssen
und ohne dass die Kontaktspitze wesentlich gedreht oder verdreht
werden muss; die Bereitstellung einer solchen Baugruppe, die in
manchen Ausführungen
einen doppelten Arretiermechanismus zur Aufrechterhaltung der Kontaktspitze
in dem Diffusor bewirkt; die Bereitstellung einer solchen Baugruppe
und Komponenten, die eine wirksame Übertragung von Strom vom Diffusor
zur Kontaktspitze zum Betrieb mit reduzierter Wärme bei niedrigen Temperaturen
und eine längere
Lebensdauer der Bauteile bewirken; und die Bereitstellung einer
solchen Baugruppe, die es der Spitze ermöglicht, sich in jede beliebige
Position relativ zu dem Diffusor zu drehen, damit der Schweißdraht während der
Lebensdauer der Spitze sauberen Abnutzungsflächen an der Spitze ausgesetzt
ist, und um eine automatische Entnahme und erneute Einsetzung der Spitze
zur Verwendung in einer automatisierten Anwendung und Roboteranwendung
zu ermöglichen.
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Im
Allgemeinen umfasst eine Baugruppe nach dieser Erfindung eine elektrisch
leitfähige
Kontaktspitze, die einen Spitzenkörper mit einer Längsachse,
einem hinteren Ende, einem vorderen Ende, einer Axialbohrung durch
den Spitzenkörper
zum Nachschieben von Schweißdraht
durch die Spitze und eine konische Fläche an einer Außenseite
des Spitzenkörpers
umfasst. Ein Diffusor zum Leiten von elektrischem Strom und Durchleiten
von Schutzgas umfasst einen Diffusorkörper mit einer Längsachse, einem
hinteren Ende zur Verbindung mit der Schweißvorrichtung, einem vorderen
Ende sowie einem Hohlraum in dem Diffusorkörper, der sich von seinem vorderen
Ende in Richtung seines hinteren Endes erstreckt und eine konische
Fläche
aufweist. Zwischen dem Diffusor und der Kontaktspitze ist eine Verbindung
zum lösbaren
Halten der Kontaktspitze in dem Hohlraum des Diffusors vorgesehen,
wobei die konischen Oberflächen
zum Leiten von elektrischem Strom vom Diffusor zur Kontaktspitze
in Kontakt stehen. Die Verbindung umfasst zumindest ein Arretierelement
in dem Diffusor oder der Kontaktspitze, zumindest eine Aussparung
in dem Diffusor bzw. der Kontaktspitze, die eine Rampe bildet, und
zumindest eine Feder zum Vorspannen des Arretierelements in die
Aussparung und gegen die Rampe. Eine Axialkraft gegen die Rampe
wird erzeugt, die dazu neigt, die konischen Oberflächen miteinander
in Kontakt zu bringen. Die Kontaktspitze kann aus dem Diffusor gelöst werden,
indem eine Axialkraft auf die Spitze ausgeübt wird, die zum Überwinden
der Kraft der Feder, die das Arretierelement in die genannte Aussparung drückt, ausreicht.
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Die
vorliegende Erfindung ist außerdem
auf die einzelnen Bauteile der Baugruppe, das heißt eine Schweißkontaktspitze
und einen Diffusor, gerichtet.
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Damit
die Erfindung gut verständlich
wird, wird jetzt eine beispielhaft gegebene Ausführung davon beschrieben, wobei
auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen
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1 ist
das Schnittbild einer Schweißkontaktspitzen-
und -diffusorbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein längs
der Ebene 2-2 von 1 geführter Querschnitt;
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3 ist
eine Einzelheit einer Verbindung zwischen Schweißkontaktspitze und Diffusor
von 1;
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4 ist
das Schnittbild eines Diffusors nach der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Querschnitt des Diffusors, der längs der Ebene 5-5 von 4 geführt ist;
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6 ist
die Seitenansicht einer Kontaktspitze nach der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
ein vergrößerter Teil
von 6, der ein hinteres Ende der Kontaktspitze darstellt;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht der Schweißkontaktspitzen- und -diffusorbaugruppe;
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9 ist
eine Einzelheit der Verbindung zwischen Kontaktspitze und Diffusor,
die ein Kraftdiagramm zeigt, das die auf die Kontaktspitze wirkenden Kräfte darstellt;
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10 bis 13A sind Ansichten, die progressive Stufen des
Einsetzens der Kontaktspitze in den Diffusor darstellen;
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14 ist
die perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführung der Schweißkontaktspitzen-
und -diffusorbaugruppe nach der vorliegenden Erfindung;
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15 ist
ein Querschnitt der Baugruppe, der längs der Ebene 15-15 von 14 geführt ist; und
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16 ist
eine perspektivische Darstellung in auseinander gezogener Anordnung
der zweiten Ausführung.
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Entsprechende
Teile sind durchweg in den Zeichnungen durch entsprechende Bezugszahlen bezeichnet.
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Mit
Bezug jetzt auf die Zeichnungen und zuerst spezieller auf 1 ist
eine Kontaktspitzen- und -diffusorbaugruppe nach der vorliegenden
Erfindung in ihrer Gesamtheit durch die Bezugszahl 1 bezeichnet,
wobei die Kontaktspitze im Allgemeinen mit 3 und der Diffusor
im Allgemeinen mit 5 bezeichnet ist. Diese Baugruppe wird
beim Betrieb einer Schweißvorrichtung,
typischerweise eine WIG-Schweißpistole,
verwendet, die entweder tragbar oder automatisch sein kann. Als
Offenlegung hinsichtlich einer solchen WIG-Schweißvorrichtung kann auf das US
Patent 5 338 917 verwiesen werden. Es wird jedoch verständlich werden,
dass die technische Lehre dieser Erfindung bei anderen Ausrüstungstypen
zum Schneiden, Fugenhobeln und/oder Schweißen eingesetzt werden kann.
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Wie
in den Zeichnungen und insbesondere in 4 und 5 gezeigt
wird, umfasst der Diffusor 5 der einen Ausführung nach
dieser Erfindung einen länglichen
Diffusorkörper 7 mit
einer Längsachse
A1, einem hinteren Ende 7A, einem vorderen Ende 7B und
einer mittleren Bohrung 8, die sich vom hinteren Ende zum
vorderen Ende erstreckt und den Durchlauf des Schweißdrahts
(nicht dargestellt) und den Durchfluss von Schutzgasen durch den
Diffusor ermöglicht,
wie es dem Fachmann auf diesem Gebiet verständlich werden wird. In der
einen Ausführung besitzt
der Körper 7 einen
im Allgemeinen zylindrischen hinteren Abschnitt 9, der
zur Befestigung des Diffusors 5 an der oben erwähnten Schweißvorrichtung
mit Außengewinde 11 versehen
ist, einen dazwischen liegenden Abschnitt 13, der mit Abflachungen 15 für Schraubenschlüssel versehen
ist (8), um Einbau und Entnahme des Diffusors zu erleichtern, sowie
einen vorderen Endabschnitt 17, der mit einer äußeren umlaufenden
Nut 19 und einer konischen Außenfläche 2i, die sich von
einem Punkt angrenzend an die Aussparung zum vorderen Ende 7B des Diffusorkörpers erstreckt,
ausgebildet ist. Es wird verständlich,
dass das Gewinde 11 Innengewinde sein kann, das zur Befestigung
des Diffusors 5 an der oben erwähnten Schweißvorrichtung
(nicht dargestellt) alternativ auf der Innenfläche des zylindrischen hinteren
Abschnitts 9 angeordnet ist.
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In
der einen Ausführung
bildet die mittlere Bohrung 8 einen ersten, im Allgemeinen
zylindrischen Hohlraum 25 angrenzend an das hintere Ende 7A des
Körpers 7 und
einen zweiten Hohlraum 27 angrenzend an das vordere Ende 7B des
Körpers (4),
wobei der zweite Hohlraum eine konische innere Kontaktfläche 29 in
der Nähe
des vorderen Endes des Körpers
und eine zylindrische Innenfläche 31 angrenzend
an die konische Kontaktfläche
aufweist. Eine erste Anordnung von einer oder mehreren im Allgemeinen
radialen Bohrungen 33 erstreckt sich von dem ersten Hohlraum 25 zu
dem dazwischen liegenden Abschnitt 13 der Außenfläche des
Diffusorkörpers 7 und
bewirkt den Durchfluss von Schutzgas in einer Richtung vom Hohlraum
radial nach außen. Eine
zweite Anordnung von einer oder mehreren im Allgemeinen radialen
Bohrungen 35 erstreckt sich von der zylindrischen Innenfläche 31 des
zweiten Hohlraums 27 zu der Nut 19 im vorderen
Endabschnitt 17 der Außenfläche des
Körpers 7.
Der Zweck dieser Bohrungen wird später erläutert. In der dargestellten
Ausführung
sind drei im Allgemeinen radiale Bohrungen 35 in regelmäßigen Abständen (z.B.
120°) voneinander
um den zweiten Hohlraum 27 herum beabstandet, wobei jedoch
verständlich wird,
dass sich diese Anzahl ändern
kann. Die mittlere Bohrung 8 besitzt einen dazwischen liegenden
Abschnitt 37 mit verringertem Durchmesser, der die zwei
Hohlräume 25 und 27 verbindet.
Dieser dazwischen liegende Bohrungsabschnitt 37 nimmt das
Anschlussende eines den Schweißdraht
(nicht gezeigt) umgebenden, normalen Federeinziehdrahts auf. In der
Ausführung
von 4 ist eine Stellschraube (nicht gezeigt) in einer
MIG-Schweißpistole
(nicht dargestellt) eingeschraubt, um den Federeinziehdraht (nicht
dargestellt) an einem Punkt stromaufwärts des Diffusorkörpers 7 in
Kontakt zu bringen, damit der Einziehdraht in der mittleren Bohrung 8 befestigt
wird. Wie es in einer später
beschriebenen Ausführung
veranschaulicht wird, kann die Stellschraube (nicht gezeigt) zum
Befestigen des Einziehdrahts (nicht gezeigt) in einer radialen Bohrung
(nicht gezeigt) durch den dazwischen liegenden Körperabschnitt 13,
der zum dazwischen liegenden Bohrungsabschnitt 37 führt, angeordnet
sein. Der Diffusorkörper 7 ist
aus einem geeigneten elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellt.
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Mit
Bezug auf 6, umfasst die Kontaktspitze 3 einen ähnlichen
Spitzenkörper 61 mit
einer Längsachse
A2, einem hinteren Ende 61A, einem vorderen Ende 61B und
einer axialen Bohrung 62 durch den Spitzenkörper zum
Nachschieben von Schweißdraht
(nicht gezeigt). Die axiale Bohrung 62 kann eine beliebige
Querschnittsform einschließlich kreisförmig, oval,
vieleckig, usw., aufweisen. In einer Ausführung besitzt der Körper 61 einen
hinteren Abschnitt 63, einen dazwischen liegenden Abschnitt 65, der
durch eine konische äußere Kontaktfläche 67 gebildet
wird, und einen vorderen Abschnitt 69, der durch eine zylindrische
Fläche 71 gebildet
wird, die an dem vorderen Ende 61B des Körpers, das
leicht abgerundet oder gewölbt
ist, endet. Alternativ dazu kann das vordere Ende 61B der
Kontaktspitze 3 konisch sein oder andere Formen aufweisen.
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7 stellt
die Geometrie des hinteren Abschnitts 63 der Kontaktspitze 3 dar,
welcher der vorliegenden Erfindung entsprechend konstruiert ist. Von
dem hinteren Ende 61A der Spitze 3 nach vorn fortschreitend,
umfasst der hintere Abschnitt 63: eine konische Einführungsfläche 73,
die in Vorwärtsrichtung
in einem Winkel A relativ zur Längsachse
A2 der Spitze geneigt ist und eine axiale Gesamtlänge B besitzt;
eine kurze, im Allgemeinen zylindrische Oberfläche 75 mit einer axialen
Länge C;
eine abgerundete Ecke 76 mit einem Krümmungsradius K; eine zur abgerundeten
Ecke 76 tangentiale Rampe 77, die sich in Vorwärtsrichtung
neigt, umfassend eine relativ flache Rampenfläche 79, die in einem
Winkel D relativ zur Achse A2 geneigt ist und eine axiale Länge E besitzt,
und eine abgerundete Rampenfläche 81,
die tangential zur relativ flachen Rampenfläche 79 ist und einen
Krümmungsradius
F (7) aufweist. Der Winkel A in Vorwärtsrichtung
liegt vorzugsweise im Bereich von 5° bis 35° und besser bei etwa 16°; die axiale
Länge B
liegt vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 5 mm (0,03 bis 0,20 Zoll);
die axiale Länge
C liegt vorzugsweise im Bereich von 0,254 bis 1,27 mm (0,01 bis
0,05 Zoll); der Krümmungsradius
K liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 mm (0,005 bis 0,050
Zoll); und der Krümmungsradius
F liegt vorzugsweise im Bereich von 0,6 bis 3 mm (0,025 bis 0,125
Zoll). Es wird verständlich,
dass, wenn der Krümmungsradius
F der abgerundeten Rampenfläche 81 in
der dargestellten Ausführung
kleiner als 1,6 mm (0,063 Zoll) ist, die Rampenfläche 79 dann
flach sein wird (d.h. linear bei Betrachtung in 7).
Alternativ dazu wird, wenn der Krümmungsradius F in der dargestellten
Ausführung
größer oder
gleich 1,6 mm (0,063 Zoll) ist, die Rampenfläche 79 als Ergebnis der
Annäherung
der abgerundeten Ecke 76 und der abgerundeten Rampenfläche 81 leicht
S-förmig
sein. Es wird verständlich,
dass die Annäherung
der abgerundeten Ecke 76 und der Rampenfläche 81,
die zur S-förmigen
Rampenfläche 79 führt, an
verschiedenen anderen Krümmungsradien
F (zum Beispiel 1,2 mm [0,047 Zoll]) entsprechend anderer Größen der Kontaktspitzen 3 auftreten
kann. Der Winkel D der Rampenfläche 79 liegt
vorzugsweise im Bereich von 20° bis
60° und
spezieller bei etwa 40°.
Die axiale Länge
E der Rampenfläche 79 liegt
vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2,5 mm (0,02 bis 0,10 Zoll).
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Mit
Bezug wieder auf 7 bildet die Neigung der Rampe 77 um
den Spitzenkörper 61 herum eine
umlaufende Nut 83. Eine konische Übergangsfläche 85 neigt sich
in einem Winkel G tangential von der abgerundeten Fläche 81 nach
vorn zur konischen Kontaktfläche 67 des
dazwischen liegenden Abschnitts 65 der Spitze. Diese Übergangsfläche 85 besitzt
eine axiale Länge
H und läuft
vorzugsweise in einem Winkel G, etwas schär fer als der Winkel des Kegels
J der Kontaktfläche,
spitz zu. Zum Beispiel kann die konische Kontaktfläche 67 in
einem Winkel J vorzugsweise im Bereich von 2° bis 4°, besser etwa 3° spitz zu
laufen, während
die konische Übergangsfläche 85 in
einem Winkel G vorzugsweise im Bereich von 5° bis 25°, besser etwa 9°, spitz zu
laufen kann. Die axiale Länge
H der Übergangsfläche 85 liegt
vorzugsweise im Bereich von 2 bis 7,6 mm (0,08 bis 0,30 Zoll). Die
Kontaktspitze 3 ist ebenfalls aus einem geeigneten elektrisch
leitfähigen
Werkstoff hergestellt.
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Gemäß dieser
Erfindung umfasst die Baugruppe nach der vorliegenden Erfindung
auch eine in 1 allgemein mit 91 bezeichnete
Verbindung, um die Spitze 3 in dem zweiten Hohlraum 27 des
Diffusors 5 lösbar
festzuhalten, wobei sich die konischen Kontaktflächen von Spitze und Diffusor, 67 bzw. 29, zur
wirksamen Übertragung
von elektrischem Strom vom Diffusor zur Spitze miteinander in Kontakt
befinden. Mit speziellem Bezug auf die 1 bis 3 umfasst
die Verbindung 91 eine Vielzahl von Arretierelementen 93,
z.B. Kugeln, die in radialen Bohrungen 35 aufgenommen sind.
Jedes Arretierelement 93 und jede radiale Bohrung 35 ist
so aufgebaut, dass sich das Arretierelement ungehindert entweder
radial nach innen zu der Aussparung 83 in der Spitze 3 hin oder
radial nach außen
bewegt. Eine elastische Feder, vorzugsweise in Form eines geteilten
Rings 95, ist in der äußeren Nut 19 im
Diffusorkörper 7 angeordnet
und drückt
die Arretierelemente 93 zu einer Arretierposition hin,
in der sie in der Aussparung 83 aufgenommen werden und
die Kontaktrampe 77 angrenzend an die Unterseite der Rampe
berühren. Wie
es weiter beschrieben wird, üben
die Arretierelemente 93 auf die Rampe 77 eine
Kraft aus, die eine axiale Komponente besitzt, die dazu neigt, die
Spitze 3 weiter in den Diffusor 5 zu einer Position
zu ziehen, wo sich die konischen Kontaktflächen 67 und 29 in engem
Kontakt miteinander befinden. Vorzugsweise sind Spitze 3 und
Diffusor 5 so dimensioniert und ausgeführt, dass die Arretierelemente 93 zumindest etwas über der
Unterseite der Rampe 77 beabstandet sind, wenn sich die
konischen Kontaktflächen treffen,
wodurch gewährleistet
wird, dass die durch die Arretierelemente 93 ausgeübte Axialkraft
auf die Rampe die Kontaktflächen
bei Verwendung der Schweißvorrichtung
gegeneinander gepresst hält. Um
dieses Ergebnis in der bevorzugten Ausführung zu erreichen, sind die
Bauteile der Verbindung 91 so ausgeführt, dass beim Einsetzen der
Kontaktspitze 3 in den Diffusor 5 die Arretierelemente 93 beginnen, die
Rampe 77 nach unten zu bewegen, wenn sich die Trennung
der konischen Kontaktflächen
auf einen Abstand verringert, der kleiner ist als die axiale Länge E der
Rampenfläche 79 (7).
Au ßerdem
ist in der bevorzugten Ausführung
der Krümmungsradius
F der abgerundeten Fläche 81 an
der Unterseite der Rampe 77, die die Aussparung 83 bildet,
der gleiche wie der Krümmungsradius
des kugelförmigen
Arretierelements 93 (3), wobei
dies aber nicht wesentlich ist.
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Der
Diffusorkörper 7 ist
mit einem vorstehenden Teil 97 ausgebildet, der zwischen
den Enden des geteilten Rings 95 hervorsteht, um eine relative
Drehung zwischen dem Diffusorkörper 7 und
dem Ring zu verhindern. Weil der Ring 95 geteilt ist, kann
er sich ausdehnen (wenn er dazu gezwungen wird), um zu ermöglichen,
dass die Arretierelemente 93 die Rampe 77 nach
oben bewegen, damit eine Trennung von Diffusor 5 und Kontaktspitze 3 ermöglicht wird, wenn
die Kontaktspitze mit einer nach vorn gerichteten Kraft gezogen
wird, die ausreichend ist, um die durch den Federring ausgeübte Kraft
zu überwinden.
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9 ist
eine 3 ähnliche
Einzelheit, die die Kontaktspitze 3 in einer in den Diffusor 5 vollkommen
eingesetzten Endlage darstellt, jedoch außerdem beispielhafte Kräfte zeigt,
die durch die Arretierkugeln 93 aufgebracht werden. Die
resultierende Kraft F wirkt auf den Kontaktpunkt zwischen der Arretierkugel 93 und
der Rampenfläche 79 und
besitzt eine axiale Komponente Fx und eine
radiale Komponente Fy. Die axiale Komponente
Fx drückt
die Kontaktspitze 3 weiter in den Diffusorkörper 7 hinein,
wodurch die gegenüber
liegenden konischen Flächen 67 und 29 in
einen festen Kontakt gedrückt
werden. Die Größe der axialen
Kraftkomponente Fx ist dem Neigungswinkel
D der relativ flachen Rampenfläche 79 direkt
proportional, so dass eine steilere Rampenfläche (näher zur Vertikalen) eine größere Axialkraft erzeugt,
die die Kontaktspitze 3 in den Diffusor 5 drückt. Die
zur Erzielung der benötigten
Kräfte
notwendigen speziellen Ausführungen
und Abmessungen werden von Anwendung zu Anwendung sowie von der
Kontaktspitze 3 der einen Größe zu der Kontaktspitze einer
anderen Größe abweichen.
Jedoch liegt das Verhältnis
Fx/Fy vorzugsweise
im Bereich von 0,2 bis 0,8 und besser bei etwa 0,5. Beispielhaft kann
die durch die Kugeln 93 ausgeübte axiale Kraftkomponente
Fx im Bereich von 1,36 bis 6,8 kg (3 bis 15
lbs.) liegen.
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Es
ist besser (wenn auch nicht wesentlich), dass die konischen Kontaktflächen 67 und 29 auf
der Kontaktspitze 3 bzw. dem Diffusor 5 in Winkeln
liegen, die eine Selbstsperrung der Flächen relativ zueinander bewirken,
wie es demjenigen verständlich werden wird,
der mit diesem Fachgebiet vertraut ist. Einbezogene Kegelwinkel
von weniger als sechs Grad werden im Allgemeinen eine Selbstsperrung
erreichen. Die Verwendung von selbst arretierenden Kegeln bewirkt
zusammen mit den durch die Kugeln 93 ausgeübten Kräften zur
Verriegelung der Arretierung eine doppelte Verriegelung, die sehr
wirksam ist, um die Kontaktspitze 3 in einer zweckmäßigen Stellung
in dem Diffusor 5 zu halten.
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Zur
Verwendung der Kontaktspitze 3 und des Diffusors 5 nach
dieser Erfindung wird der Diffusor auf einer Schweißvorrichtung
durch Einschrauben des hinteren Endes des Diffusors in den Körper einer MIG-Schweißpistole
angebracht. Nach einer Installation des Diffusors 5 wird
das hintere Ende der Kontaktspitze 3 in axialer Richtung
ohne zu drehen oder zu verdrehen in den Hohlraum 27 des
Diffusors geschoben, bis das hintere Ende der Spitze die Kugeln 93 berührt (10 und 10A, Stufe 1). Das weitere Einsetzen
der Spitze 3 in den Diffusor 5 bewirkt, dass sich
die Kugeln 93 auf der konischen Fläche 73 der Spitze
nach oben bewegen, die Kugeln radial nach außen drücken gegen die Vorspannung
des Federrings 95, der sich ausdehnt, um diese Bewegung zu
ermöglichen
(11 und 11A,
Stufe 2). Wenn die Kugeln 93 die Rampe 77 erreichen,
drückt die
durch den Federring 95 ausgeübte Kraft die Kugeln unter
die Rampe zu einem Punkt hin, an dem sich die konischen Kontaktflächen auf
der Spitze und dem Diffusor, 67 bzw. 29, in engem
Kontakt miteinander bewegen (12 und 12A, Stufe 3). Wenn sich die zwei konischen
Flächen 67 und 29 völlig aufgelegt
haben und vorzugsweise in selbstsperrendem Kontakt befinden, unterbrechen
die Arretierkugeln 93 eine weitere Bewegung unter die Rampe 77 (13 und 13A, Stufe 4). Wie oben angemerkt ist,
sollten die Kugeln 93 kurz vor der Unterseite der abgerundeten
Rampenfläche 81 anhalten,
um zu gewährleisten,
dass die konischen Flächen 67 und 29 fest gegeneinander
gepresst bleiben. Die konischen Flächen 67 und 29 bewirken
einen relativ großen
Kontaktbereich zwischen der Spitze 3 und dem Diffusor 5,
was zu einer Erzeugung von weniger Wärme durch geringeren Widerstand
und einen effizienteren Weg zur Entfernung von Wärme von der Kontaktspitze führt. Der
Nutzen dieser Ausführung
ist eine längere Lebensdauer
durch kühlere
Betriebstemperaturen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist,
dass Spitze und Diffusor, ohne die Bauteile relativ zueinander zu drehen
oder zu verdrehen und ohne Verwendung von Werkzeugen, schnell und
leicht zusammengebaut werden können.
Es wird jedoch verständlich,
dass die Kontaktflächen
zwi schen der Spitze und dem Diffusor nicht konisch sein müssen. Zum
Beispiel könnten
die Kontaktflächen
in parallelen Ebenen quer zu entsprechenden Achsen A1 und A2 liegen.
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Wenn
die Spitze 3 ausgetauscht werden soll, wird sie leicht
gedreht, um die konische Verriegelung zu lösen und anschließend einfach
gerade aus dem Hohlraum 27 heraus gezogen, indem eine Axialkraft genutzt
wird, die ausreichend ist, um die Kraft zu überwinden, die durch den Federring 95 auf
die Arretierkugeln 93 ausgeübt wird. (Wenn das Merkmal
der konischen Verriegelung weggelassen ist, muss die Spitze nicht
gedreht werden). Diese Zugkraft bewirkt, dass die Arretierelemente 93 (z.B.
Kugeln) die Rampe 77 nach oben bewegen, die den Federring 95 zwingt,
sich auszudehnen, bis sich die Kontaktspitze 3 ungehindert
aus dem Diffusor 5 heraus bewegt.
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Ein
nützliches
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die Verbindung zwischen
Spitze 3 und Diffusor 5 eine Drehung der Spitze
relativ zu dem Diffusor ermöglicht.
Die Folge davon ist, dass die Spitze 3 zwischen Schweißvorgängen gedreht
werden kann, um dem Schweißdraht
saubere Flächen
zu bieten, wenn der Draht durch die Spitze nachgeführt wird,
was die Qualität
der Schweißung
verbessert und die Lebensdauer der Spitze erhöht. Dieses Merkmal erleichtert
außerdem
das Einsetzen und erneute Einsetzen der Spitze 3 zur Verwendung
in einem automatisierten Schweißprozess
(Roboter).
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Während die
oben beschriebenen Arretierelemente 93 in Form von Kugeln
sind, wird verständlich
werden, dass die Elemente andere Formen annehmen könnten (z.B.
Nadelwalzen), ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Des
Weiteren kann die Anzahl von Arretierelementen 93 von wenigen
wie einem bis zu einer beliebigen praktischen Anzahl, die zur Ausführung ihrer
Funktion effektiv ist, variieren. Außerdem kann sich auch die Art
der Aussparung 83, die für eine Aufnahme des (der) Arretierelements
(Arretierelemente) genutzt wird, ändern. Zum Beispiel könnten anstelle
einer einzelnen umlaufenden Nut 83 eine oder mehrere getrennte
Aussparungen (z.B. Vertiefungen) mit getrennten Rampen solange verwendet
werden, wie die oben beschriebene Rampenausführung vorhanden ist. Für jedes
Arretierelement könnte
auch eine getrennte Feder genutzt werden. Jedes Arretierelement 93 könnte durch
die Kontaktspitze 3 getragen werden, und die Aussparung 83 zur
Aufnahme der Arretierung könnte
in dem Diffusor 5 angeordnet werden. Während die oben beschriebene
Rampe 77 in Form einer sich nach vorn neigenden, relativ
flachen Rampenfläche 79 mit
einer tangentialen abgerundeten Fläche 81 ist, wird verständlich,
dass die Rampe andere Formen (z.B. nach innen gewölbt oder
nach außen
gewölbt)
annehmen kann, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen, solange
sie zum Kontakt durch das federbelastete Arretierelement 93 profiliert
ist, um eine Kraft auszuüben,
die dazu neigt, die konischen Kontaktflächen 67 und 29 zueinander
zu ziehen.
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14 bis 16 stellen
eine zweite Ausführung
der Kontaktspitzen- und -diffusorbaugruppe nach der vorliegenden
Erfindung dar, die allgemein mit 201 bezeichnet ist. Diese
Ausführung
ist im Wesentlichen der ersten Ausführung ähnlich. Die Kontaktspitze dieser
Baugruppe ist allgemein mit 203 und der Diffusor allgemein
mit 205 bezeichnet. Die Verbindung zwischen Spitze 203 und
Diffusor 205 ist allgemein mit 207 bezeichnet.
In dieser Ausführung wird
eine Stellschraube 209 zum Festhalten eines normalen Federeinziehdrahts
(nicht dargestellt) verwendet, um den Einziehdraht in einer festen
Position relativ zu dem Diffusor 205 zu sichern.
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Wenn
Elemente der vorliegenden Erfindung oder die bevorzugte(n) Ausführung(en)
davon eingeführt
werden, ist beabsichtigt, dass die Artikel „ein", „eine", „der, die,
das" und „die" bedeuten, dass eins oder
mehrere der Elemente vorhanden sind. Mit den Begriffen „umfassend", „enthaltend", „aufweisend" ist beabsichtigt,
dass sie alles einschließend
sind und bedeuten, dass es außer
den aufgelisteten Elementen zusätzliche
Elemente gibt.