DE7631645U1

DE7631645U1 - Schutzgasgekühlter Schutzgasschweißbrenner für das Schweißen mit abschmelzender Elektrode

Info

Publication number: DE7631645U1
Application number: DE19767631645
Authority: DE
Original assignee: Alexander Binzel & Co Kg 6300 Giessen De GmbH
Current assignee: Alexander Binzel & Co Kg 6300 Giessen De GmbH
Priority date: 1976-10-09
Filing date: 1976-10-09
Publication date: 1981-03-19

Description

/Schutzgasgekühlter Schutzgas schweißbrenner für das Schweißen mit abschmelzender Elektrode ^

Die Erfindung betrifft einen verbesserten schutzgasgekühlten Schutzgasschweißbrenner für das Schweißen mit abschmelzender Elektrode.

In der Schweißtechnik sind für die Schutzgasschweißung mit unendlicher Elektrode gasgekühlte Brenner üblich und seit langem bekannt. Diese gasgekühlten Brenner sind nur begrenzt mit Schweißstrom belastbar, da die Gasdüse die große. Hitze auf den Spannhülsenkörper so stark überträgt und von diesem die Wärme nur mangelhaft abgeführt wird, daß es zu baldigen Zerstörungen von Teilen des Brenners kommt. Um eine ausreichende Wärmeableitung zu ermöglichen, wurden deshalb die Brenner, insbesondere solche für hohe Leistungsaufnahme, so ausgelegt, daß keine zu hohe Erwärmung durch zu geringe Querschnitte auftreten kann. Derartige massive Brenner weisen ein erhöhtes Gewicht auf. Dies erweist sich bei längerem Gebrauch als großer Nachteil, weil es die Handhabung erschwert.

In der US-PS 3 155 811 ist ein Schutzgasschweißbrenner für das Schweißen mit abschmelzender Elektrode beschrieben. Dieser weist eine Gasdüse, eine Gasdüsenaufnahme und ein nach außen elektrisch isoliertes, stromführendes, schutzgasgekühltes Brennerrohr mit einem dünnwandigen elektrisch isolierten Außenmantel auf. Ein wesentlicher Nachteil dieser konstruktiven Gestaltung besteht darin, daß der Schutzgasstrom das Brennerrohr nur außen umströmt, so daß die Kühlwirkung relativ gering ist. Von Nachteil ist ferner, daß die Gasdüsenaufnahme nicht aufgesetzt, sondern mittels Gewinde befestigt werden muß. Verbindungen mit metallischen Werkstoffen in diesen, sich während des Betriebes stark erwärmenden Teilen des Brenners sind

••••it· ·«*«« $

von Nachteil, weil beim Erwärmen gegebenenfalls ein Nachziehen stattfinden muß.

In der De-OS 22 27 118 ist eine Schutzgasschweißpistole beschrieben, bei der das Brennerrohr ebenfalls nur auf der Außenseite durch Schutzgas gekühlt wird.

In der GB-PS 712 259 und der US-PS 3 436 522 sind konstruktive Ausbildungen von Schutzgasschweißbrennern beschrieben, die Umhüllungen und Isolierungen des stromführenden Brennerrohres und des Außenmantels bei Schweißbrennern aufweisen.

In der GB-PS 662 806 ist ein Schutzgasschweißbrenner beschrieben, bei dem der Innendurchmesser des Brennerrohres nur geringfügig größer ist als der Durchmesser der durchgeführten Elektrode.

Diese bekannten gasgekühlten Brenner weisen jedoch trotz Gaskühlung noch erhebliche Nachteile auf, denn die Gaskühlung ist noch unzureichend.

Es besteht daher ein großes Interesse an derartigen Brennern mit verbesserter Gaskühlung, die, auch bei hoher elektrischer Leistung, nur ein geringes Gewicht und eine kleine Zahl von Verschleißteilen mit erhöhten Standzeiten aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, einen schutzgasgekühlten Schutzgasschweißbrenner zur Verfügung zu stellen, der eine verbesserte Gaskühlung und erhöhte Standzeiten aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Schutzgasschweißbrenner gemäß Anspruch 1. In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen des Schutzgasschweißbrenners beschrieben.

I Il t

ti * ·

Das stromführende Brennerrohr des erfindungsgeraäßen Schweißbrenners ist ein Rohr

mit Außenprofil, z.B. weist es außen längs laufende Nuten und Stege auf, die mit der aus einem metallischen und/oder nichtmetallischen Werkstoff bestehenden Umhüllung Gaskanäle bilden. Wenn die Umhüllung aus zwei Schichten besteht, befindet sich der metallische Werkstoff innen und bildet einen Teil der Gaskanalwand. Dies bewirkt einen besonders guten Wärmeübergang auf das in den Kanälen strömende Gas. Die Umhüllung wird von einem elektrisch isolierten dünnwandigen Außenmantel aus geschwärztem Stahl umschloßen.

Die längs laufenden Gaskanäle können voneinander getrennt sein, aber auch durch entsprechende Verbindungen untereinander in Kontakt stehen.

Bei einer weiteren AusfUhrungsform des Schweißbrenners wird die elektrische Isolierung längs des Brennerrohres gegen den Außenmantel zum größten Teil entfernt, so daß ein Hohlraum zwischen der Ummantelung des Brennerrohres aus metallischem Werkstoff und dem Außenmantel entsteht. Bei dieser Ausführung kann der Außenmantel zusätzlich auch noch Löcher aufweisen, um einen besseren Luftaustausch in dem Hohlraum zu ermöglichen. Wird auf die Ummantelung des Profilrohres verzichtet, entsteht ein Brennerrohr mit außen längs laufenden Nuten und Stegen_s einem an den Enden des Rohres elektrisch isolierten, dünnwandigen Außenmantel aus geschwärztem Stahl und einem vom Schutzgas durchströmten Raum zwischen dem Brennerrohr und dem Außenmantel.

Durch diese Formgebung des Brennerrohres wird die für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche stark vergrößert. Beispielsweise kann die Innenfläche eines Brennerrohres ca. 2800 mm² betragen. Durch äußere Profilgebung, z.B. 12 Nuten, wird beispielsweise eine Außenfläche von ca. 11 000 mm² geschaffen. Das beidseitige Umströmen des Bren-

- y v

ζ nerrohres bewirkt gegenüber dem nur im Inneren durchström-

Ί . ten Rohr eine wesentlich verbesserte Wärmeabführung. Die

I Aufteilung des Gasstromes wird durch unterschiedliche Strö-

I mungswiderstände in den Gaskanälen und im Inneren des Bren-

f' nerrohres bewirkt. Dazu

} wird der Rohrinnendurchmesser des Brennerrohres so gewählt, daß die Drahtführungsspirale diesen Innenraum annähernd ausfüllt, für die Stromdüsenbohrung ein nur geringfügig grö-,

*i ßerer Durchmesser als für den Schweißdraht gewählt, so daß

i im Inneren des Brennerrohr.es ein gegenüber den Gaskanälen

* deutlich höherer Strömungswiderstand entsteht. In diesem

j§ Falle strömt die Hauptmenge des Gases durch die Gaskanäle

I und nur ein geringer Teil durch das Innere des Brennerrohres.

I; Durch diese Dimensionierung des Innendurchmessers des Bren-

I nerrohres wird eine besonders vorteilhafte, verbesserte Füh-

|v rung des Schweißdrahtes in der Drahtspirale erreicht.

Iv Das Schutzgas nimmt auch durch die isolierende Umhüllung

f! aus nichtmetallischem Werkstoff noch Wärme von dem Außen-

I mantel auf. Für die Isolierung können zahlreiche Stoffe ver-

I wendet werden. Bevorzugt wird die Verwendung von Polytetra-

\ fluoräthylen.

\; Für die äußere Umhüllung des Brennerrohres ist ein dünnwan-

I diges Stahlrohr besonders geeignet. Es vereinigt geringe ■j Wärmekapazität mit mechanischer Festigkeit. Um die Abstrahle lung nach außen zusätzlich zu verbessern, ist es besonders jj vorteilhaft, die Oberfläche des Außenmantels als sogenannj, ten schwarzen Strahler herzurichten. Vorzugsweise verwendet I man ein Stahlrohr mit geschwärzter Oberfläche. Diese Schwär-

zung wird durch in der Metallurgie bekannte Methoden er-

t reicht.

' Eine Verbesserung der Wärmeabstrahlung vom Außenmantel kann aber auch durch eine Oberflächenvergrößerung des Außenmantels erreicht werden, beispielsweise durch Verwendung eines Profilrohres, Aufsetzen von Kühlrippen oder dergleichen.

Zur Verbindung des Brennerrohres mit dem Schlauchpaket wird dieses am Ende verstärkt und mit einem Innengewinde versehen.

Zwischen dem Schlauchpaket und dem Düsenstock sitzt der Brennerkörper auf dem Brennerrohr. Dieser Brennerkörper weist eine axiale Bohrung mit zusätzlichen Nuten auf, in die Stege des Brennerrohres eingreifen, so daß der Anfang von Gaskanälen entsteht, und das Brennerrohr gegen Verdrehen im Brennerkörper absichern. Der in den Brennerkörper eingreifende Teil des Brennerrohre3 weist von innen nach außen verlaufende Bohrungen auf, die eine Verbindung zwischen dem Rohrinneren und den Gaskanälen herstellen.

Die Gestaltung des Brennerkörpers erfolgt so, daß er eine seiner Aufgaben, die Teilung des Gasstromes zu bewirken, erfüllt. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, diesen an einem Ende des Brennerrohres anzuordnen. Der Brennerkörper kann aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, bevorzugt wird jedoch ein schlecht wärmeleitendes Material.

Durch die Verwendung solcher Materialien wird eine andere Aufgabe des Brennerkörpers, die Wärmeisolierung des Brennergriffes, gelöst. Es erweist sich als besonders günstig, wenn man den Brennerkörper in die Gestaltung des Brennergriffes miteinbezieht. Bei einer derart vorteilhaften Ausgestaltung bildet der Brennerkörper einen Teil des Inneren des Brennergriffes, indem er von Griffschalen umschlossen wird.

Am anderen Ende des Brennerrohres ist nach der Erfindung der Brennerkopf vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Gasdüsenaufnahme auf den Außenmantel des Rohres aufgesetzt. Zur Verbesserung der Wärmeabstrahlung kann die Gasdüsenaufnahme zusätzlich aufgesetzte Kühlrippen aufweisen. Die Zahl der Kühlrippen ist nicht kritisch. Vorzugsweise sind 5 bis 6 Kühlrippen vorgesehen. Bevorzugt wird eine konisch ausgestaltete Gasdüsenaufnähme, die sich in Richtung ihres vorderen Endes verjüngt, verwendet.

Das Brennerrohr ist zentrisch in der Gasdüsenaufnahme angeordnet und ragt aus dieser heraus. Am Ende des Brennerrohres sitzt der Düsenstock, in den die Stromdüse eingesetzt, vorzugsweise eingeschraubt ist. Der Düsenstock ist in der Regel in das Brennerrohr eingelötet, um einen guten Stromübergang zu bewirken. Alternativ ist Jedoch auch eine Befestigung mittels Gewinde möglich. In beiden Fällen kann der Düsenstock bei Bedarf ausgetauscht werden. Der Düsenstock wird vom Gasverteiler abgedeckt, der eine Verbindung zwischen dem Düsenstock, dem Brennerrohr und der Gasdüsenaufnahme herstellt.

Die Isolierung des Brennerrohres kann bis zum Gasverteiler reichen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung reicht die Isolierung jedoch nicht bis zum Gasverteiler, so daß sich die Gaskanäle in Höhe der Gasdüsenaufnahme zu einem ringförmigen Gasraum erweitern, der in direktem Kontakt mit der Gasdüsenaufnähme steht. Dadurch wird ein Wärmeübergang von der Gas düsenauf nähme in das Schutzgas möglich, d.h. es erfolgt Kühlung der Gasdüsenaufnähme durch das Schutzgas.

Der Gasverteiler ist ein voll auswechselbares Verschleißteil. Er bewirkt durch seine Anordnung eine.Zentrierung des Düsenstockes und des Brennerröhrendes in der Gasdüsenauf nähme. Am Ende des Brennerrohres sind im Gasverteiler von innen nach außen laufende Bohrungen derart vorgesehen, daß das Schutzgas aus den Gaskanälen durch den Gasverteiler austreten kann und gegen die Innenwand der Gasdüse strömt.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist eine dichte Verbindung des Gasverteilere mit dem Düsenstock, dem Brennerrohr und der Gasdüsenaufnähme vorgesehen. Gegebenenfalls wird der Querschnitt des Gasverteilers erweitert. Der Gasverteiler kann aufgesteckt sein, bevorzugt wird jedoch eine Befestigung durch Gewinde. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten. Der

Gasverteiler weist ein Innengewinde zum Aufschrauben auf den j Düsenstock oder das Brennerrohr auf oder besitzt ein Außengewinde zum Einschrauben in die Gasdusenaufnähme.

Der Gasverteiler hat weiterhin die Aufgabe, als sogenannter Spritzerschutz zu wirken. Die gegenüber herkömmlichen Brennköpfen veränderte Anordnung des SpritzerSchutzes bedingt jedoch eine relativ ungeschützte Außenseite der Gasdüsenaufnähme. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es besonders vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser der Gasdüse an einer Stelle geringfügig erweitert ist und der Gasverteiler an dieser Stelle an seiner Oberfläche eine Erweiterung besitzt, die in die entsprechende Aussparung der Gasdüse eingreift, so daß die Außenseite der Gasdüsenaufnahme durch den Gasverteiler direkt gegen Spritzer abgeschirmt ist.

Der Gasverteiler besteht aus thermisch belastbaren nichtmet-

talischen Werkstoffen und bewirkt ferner die elektrische Iso- ! lierung zwischen stromführenden Teilen (Brennerrohr, Düsenstock) und nicht-stromführenden Teilen (Gasdüse, Gasdüsenaufnahme ).

Die Schutzgasführung bei der erfindungsgemäßen Gestaltung des Schweißbrenners, d.h. die Hauptmenge strömt außerhalb des Brennerrohres in Gaskanälen und tritt an deren Enden durch Bohrungen im Gasverteiler in den Raum innerhalb der Gasdüse aus, die kleinere Menge strömt zwischen Draht, Drahtspirale und Innenwand des Brennerrohres und tritt durch die Stromdüse aus, bewirkt eine so gute Wärmeabfuhr, daß derartige Brenner auch mit hohen Stromstärken betrieben werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Zahl der häufiger auszuwechselnden Verschleißteile gering ist und diese wegen der verminderten thermischen Belastung längere Standzeiten aufweisen. Die erfindungsgemäßen Schutzgasschweißbrenner weisen außerdem gegenüber herkömmlichen gasgekühlten Brennern ein erheblich vermindertes Gewicht auf«

r ·

Die Erfindung wird nunmehr weiter anhand der Figuren 1, 2 und 3 erläutert.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt des Schutzgasschweißbrenners in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch das stromführende Brennerrohr an der Stelle A-A.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch den Brennerkörper an der Stelle B-B.

In Figur 1 ist die Gasdüse, die bevorzugt aus Kupfer, Messing, Bronze oder dergleichen besteht und bevorzugt vernickelt ist, mit 1 bezeichnet. Die Gasdüaenaufnähme ist mit 7» die aufgesetzten Kühlrippen sind mit 7a beziffert. Der Federring 8 wirkt bei aufgeschobener Gasdüse auf deren hier nicht gezeigte Dehnungsschlitze und verleiht somit der Gasdüse einen festen und konstant bleibenden Sitz auf der Gasdüsenaufnahme 7. Konzentrisch innerhalb der Gasdüsenaufnähme erstreckt sich das stromführende Brennerrohr 5 mit dem Düsenstock 3 am Ende. Die Stromdüse 2 ist in den Düsenstock 3 eingesetzt, bevorzugt eingeschraubt. Im Brennerkopf wird die Isolierung zwischen den stromführenden Teilen, dem Brennerrohr 5, dem Düsenstock 3, der Stromdüse 2 und den nichtstromführenden Teilen, der Gasdüse 1 und der Gasdüsenaufnahme 7 durch den Gasverteiler 6, der auch als Spritzschutz dient, bewirkt. Der Gasverteiler 6 besteht aus nichtmetallischem Werkstoff und stellt eine Verbindung zwischen dem Düsenstock 3, dem Brennerrohr 5 und der Gasdüsenaufnahme 7 her. Die von innen nach außen laufenden Bohrungen 6a im Gasverteiler 6 ermöglichen den Austritt des Schutzgases aus den Gaskanälen 12 gegen die

Innenwand der Gasdüse. Mit 6b ist die Querschnittserweiterung des Gasverteilers 6 bezeichnet. Diese Erhebung des Gasverteilers greift in eine entsprechende
Aussparung der Gasdüse 1 ein. Im Innenraum des stromführenden Brennerrohres 5 befindet sich die Drahtführungsspirale 4 und darin der hier nicht gezeigte % Schweißdraht. Die Drahtführungsspirale füllt den Innen- | raum des Brennerrohres annähernd aus, und die Strom- \ düsenbohrung hat einen nur geringfügig größeren Durchmesser als der Schweißdraht. Zur besseren Wärmeabfuhr | von der Gasdüsenaufnahme 7 ist die isolierende Umhül- | lung 10 des Brennerrohres 5 im Bereich der Gasdüseri- 1 aufnahme teilweise entfernt, so daß ein ringförmiger
Gasraum 9 entsteht. Die Verbindung

zwischen dem nicht näher bezeichneten Brennerkopf und dem J hier nicht gezeigten Schlauchpaket wird durch das ummantel- § te Brennerrohr 5 (mit 10 ist die isolierende Umhüllung und | mit 11 der Außenmantel des stromführenden Brennerrohres 5

ψ bezeichnet) hergestellt. Zum Anschluß des Schlauchpaketes | ist das Ende des Brennerrohres verstärkt und mit einem Innengewinde 16 versehen. An diesem Ende sitzt der Brennerkörper 13 auf dem Brennerrohr 5.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt A-A durch das ummantelte t Brennerrohr. Bei dem Brennerrohr 5 handelt es sich um ein
Rohr mit Außenprofil. Die längs laufenden Außennuten 12

bilden zusammen mit der Umhüllung 10 die Gaskanäle. Die
Stege des Außenprofils sind mit 12a bezeichnet. Im Rohrinneren befindet sich die Drahtführungsspirale 4 mit dem
hier nicht gezeigten Draht. Das stromführende Profilrohr 5
ist von einer Isolierung 10 umhüllt, beide befinden sich
im Außenmantel 11 aus geschwärztem Stahl. ■

I « t C &V.

• f * h

CIr it _—

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch den Brennerkörper 13. Dieser weist eine nicht bezeichnete axiale Bohrung auf, von der aus in den Brennerkörper zusätzliche Innennuten 14 eingearbeitet sind. Das Brennerrohr 5 ist in die axiale Bohrung des Brennerkörpers 1 so eingeführt, daß die Stege 12a in die Nuten 14 eingreifen, wobei Anfänge der Gaskanäle jeweils vom Brennerkörper 13 und Brennerrohr 5 gebildet werden. Um den Gasstrom zu teilen und den Durchtritt vom Rohrinneren in die Gaskanäle zu ermöglichen, sind Bohrungen 15 im Brennerrohr vorhanden.

Bei dem in den Figuren 1 bis 3 erläuterten Schutzgasschweißbrenner erfolgt die Zuführung des Schutzgases durch den Brennerkörper 13 derart, daß die Hauptmenge des Gases durch die von den Längsnuten 12 gebildeten Gaskanäle und ein geringer Teil des Gases durch das Innere des Brennerrohres 5 strömt.

riii I t I

I ■ I I · ·

• t C 3 ·

in M ι ι ι ; t ·. a t »

- 14 -

Bezugszeichenliste

1 Gasdüse

2 Stromdüse

3 Düsenstock

4 Drahtführspirale

5 stromführendes Brennerrohr

6 Gasverteiler

ι , 6a Bohrungen durch den Gasverteiler 6b Erweiterung an der Oberfläche des Gasverteilers

7 Gasdüsenaufnahme

7a Kühlrippen auf der Gasdüsenaufnahme

8 Federring

9 ringförmiger Gasraum

isolierende Umhüllung des stromführenden Brennerrohres Außenmantel des stromführenden Brennerrohres Außennuten des Brennerrohres, die Gaskanäle bildend 12a äußere Stege des Brennerrohres

Brennerkörper Nuten der axialen Bohrung im Brennerkörper Bohrungen im Brennerrohr zur Gasteilung Innengewinde am Brennerrohrende

Claims

Gebrauchsmusteranmeldung G 76 31 645.5 (964) St/He\\ Anmelder: Alexander Binzel GmbH & Co KG, Glessen Neue Schutzansprüche:

1. Schutzgasgekühlter Schutzgasschweißbrenner für das Schweißen mit abschmelzender Elektrode mit einer Gasdüse, mit einem ummantelten, stromführen, schutzgasgekühlten Brennerrohr mit Längsnuten zur Führung des Schutzgases, mit einem zur Zuführung des Schutzgases dienenden Brennerkörper und mit einer Stromdüse, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennerkörper (13) eine zur Gaszuführung dienende axiale Bohrung und längs verlaufende Innennuten

■Ί 'J ■< λ f s>

(14), in die von den Längsnuten des Brennerrohres gebildete Stege (12a) eingreifen, aufweist, wobei der Anfang der Gaskanäle jeweils vom Brennerkörper (13) und Brennerrohr (5) gebildet ist und daß ein Gasverteiler (6) am Ende des Brennerrohres (5) vorgesehen ist, der Bohrungen (6a) aufweist, durch die das Gas gegen die Innenwand der Gasdüse (1) strömt .

2. Brenner nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Längsnuten (12) des Brennerrohres (5) mit einer Umhüllung (10) Gaskanäle bilden und ein elektrisch isolierter dünnwandiger Außenmantel (11) aus geschwärztem Stahl vorhanden ist.

3. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der in den Brennerkörper (13) eingreifende Teil des Brennerrohres (5) Bohrungen (15) aufweist, die eine Verbindung zwischen dem Rohrinneren und den Gaskanälen (12) herstellen.

4. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Gasdüsenaufnahme (7) mit aufgesetzten Kühlrippen (7a).

5. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Gasverteiler (6) aus nichtmetallischem Werkstoff besteht und eine Verbindung zwischen einem Düsenstock (3), dem Brennerrohr (5) und einer Gasdiisenauf nähme (7) herstellt.

6. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Draht führungs spirale (4) den Innenraum des Brennerrohres annähernd ausfüllt und die Stromdüsenbohrung einen nur geringfügig größeren Durchmesser als der Schweißdraht hat.

7. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Gasverteiler (6) an seiner Oberfläche eine Erweiterung (6b) besitzt, die in eine entsprechende Aussparung der Gasdüse (1) eingreift.