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Schweißgerät Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Gaszuführung
in oder um eine Zone starker Hitze, wie sie beim Schneiden und Schweiften mit Gas
vorkommt, insbesondere auf ein mit innerer Fliissigkeitskültlung ausgerüstetes Schweißgerät.
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Eine innere Flüssigkeitskühlung ist besonders hei von Hand lw(lienteti
Schweißgeräten erwünscht, die als Erhitzungsmittel einen mit Gas umhüllten oder
albgeschirmten Lichtbogen verwenden. Beim Schweißen mit einem durch Gas abgeschirmten
Lichtbogen, (las man gewöhnlich als inertes Licht-I)ogettsch!w-eißen bezeichnet,
wird ein Lichtbogen von äußerst hoher Stromstärke zwischen einer im wesentlichen
unverbrauchbaren Elektrode, gewöhnlich Wolfram, und dem Werkstück gebildet. Der
Lichtbogenansatz auf der Elektrode und die an dem Werkstück von dem Lichtbogen erzeugte
Schicht voni geschmolzenem Metall werden von einer Abschirmung oder einem Mantel
eines inerten einatomigen Gases, gewöhnilich Argon, umgeben. Das Schweißmetall wird
auf diese Weise gegen Oxydation und andere atmosphärische Verunreinigung geschützt.
Auf Grund dieses Schutzgases ist dlie fertiggestellte Schweißfläche glatt, sauber
und gleichmäßig, .ohne Spritzer. Wegen,der äußerst hohen, Schweißtemperaturen am
Kopf ödes Schweißgerätes besteht eine erhebliche Gefahr für Verbrennungen der das
Gerät haltenden Hand des Arbeiters und die Möglichkeit, daß der Kopf selbst schmilzt,
sofern nicht geeignete Kühlmittel vorgesehen werden.
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Bei solchen von Hand bedienten Schweißgeräten ist es ferner in( hohem
Grade wünschenswert, daß die angewendete Kühlung ganz in dem Schweißgerät selbst
eingeschlossen ist, um denn Arbeiter eine größere Bewegungsfreiheit ohne Behinderung
durch nach außen vorstehende Flüssigkeitsleitungen zu gehen.
Die
Schaffung eines innerlich gekühlten Schweißgerätes, -das gewöhnlich als Elektrodenhalter
bezeichnet wird und zur Anwendung bei der Lichtbogenschweißung mit Schutzgas geeignet
ist, ist mit vielen schwierigen Problemen verbunden. Der Elektrodenhalter selbst
soll vorzugsweise geringes Gewicht sowie eine längliche und stromlinienförmige Gestalt
haben, um seine Handhabung zu erleichtern. Außerdem soll der Körper des E'lektrodenhalters
aus verhältnismäßig dickem Isoliermaterial bestehen, um den Arbeiter gegen: Verbrennungen
und elektrische ,Schläge zu schützen. Als Folge davon ist innerhalb des Elektrodenhalters
nur ein sehr beschränkter Raum für innere Leitungen verfügbar, die so ausgebildet
sein müssen, daß sie eine angemessene elektrische Stromenergie sowie eine Gas- und
Kühlmittelströmung zu dem Schweißkopf führen können. Daraus ergeben sich Schwierigkeiten
für den Aufbau eines Blektrodenhalters mit einer inneren Flüssigkeitskühlung, wenn
er nicht unzulässig schwerfällig und urihandlich sein soll.
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Außerdem soll, wenn der Schweißkopf mit einer Metalldüse für den Gasaustritt
versehen ist, die Düse gegen den Schweißstrom elektrisch isoliert sein, um eine
unerwünschte Lichtbogerizündung von. der Düse zu dem Werkstück zu verhindern. Die
zur Flüssigkeitskühlung dieser ,Düse benutzten Einrichtungen sollen deshalb ebenfalls
gegen den Schweißstrom isoliert sein. Wenn innere Kühleinrichtungen angewendet werden,
befinden sich notwendigerweise die Flüssigkeitsleitungen sehr nahe an den stromführenden
Leitungen und sind gewöhnlich selbst elektrisch leitend, woraus sich die Schwierigkeit
ergibt, die Düse mit Flüssigkeit zu .kühlen, ohne zugleich die Düse in direkte leitende
Beziehung mit dem elektrischen Schweißstrom zu bringen.
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Die Erfindung bezweckt daher, einen Elektrodenhalter zur Verwendung
'bei elektrischer Lichthogenschweißung mit Schutzgas zu schaffen, der eine verbesserte
innere Flüssigkeitskühlung besitzt.
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Weiterhin 'bezweckt die Erfindung, einen Elektrodenhalter zur Verwendung
bei der elektrischen Lichtbogenschweiß,ung mit Schutzgas zu schaffen, der einen
verbesserten Schweißkopf mit Flüssigkeitskühlung besitzt.
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Schließlich .bezweckt die Erfindung, einen Schweißkopf für einen FJlektrodenhalter
zur. Verwendung bei elektrischer Lichtbogenschweißung mit Schutzgas zu schaffen,
bei welchem die Ga.saustrittsdüse innerlich mit Flüssigkeit gekühlt werden kann,
ohne in direkte elektrisch leitende Berührung mit dem Schweißstrom zu gelangen.
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Eines der Hauptmerkmale der Erfindung ist das angewendete System für
.die innere Flüssigkeitskühlung. Dieses Kühlsystem besteht aus zwei inneren Flüssigkeitsleitungen,
deren vorstehende Endstücke von, einer elastischen und an ihnen dicht anfliegenden
Dichtung umgelben sind. Die Außenfläche dieser Dichtung wirkt mit der Innenfläche
eines umgebenden Teiles einer Gasdüse zusammen, um einen flüssigkeitsdichten Durchgang
zu bilden. In der Dichtung sind Öffnungen vorgesehen, die eine Verbindung zwischen
dem Innenraum jeder Flüssigkeitsleitung und diesem Durchgang herstellen, um den
Flüssigkeitsumlauf aus der einen Leitung durch diesen Durchgang in die andere Leitung
zu ermöglichen und dadurch den Düsenkörper zu kühlen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.
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Fig. i ist eine geschnittene Seitenansicht eines Elektrodenhalters
gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist ein Schnitt des Schweißkopfes des Elektrodenhalters
nach der Linie 2-2 der Fig. 1 ; Eig.3 ist ein Schnitt des Schweißkopfes nach der
Linie 3-3 in Fig. 2 ; Fig. 4 ist eine geschnittene Ansicht einer geänderten Ausführung
des Kühlsystems gemäß der Erfindung.
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Die in Fig. i gezeigte Ausführungsform eines Elektrodenhalters gemäß
der Erfindung besitzt einen hohlen Ioliergriff io mit einem weiteren Körper i i,
der in einen dünneren Halsteil 12 verjüngt übergeht. Gleichlaufend mit dem Griff
io sind eine Gasleitung 13 und zwei Flüssigkeitsleitungen 14, 15 angeordnet. Jede
von diesen Leitungen, ist vorzugsweise in ein sich rückwärts erstreckendes, biegsames
Isolierschlauchteil und ein elektrisch leitendes Rohrstück aufgeteilt. Ein Isolierschlauch
16 ist innerhalb des Griffteiles i i durch geeignete Mittel, z. B. einen Klemmdraht
17, dicht an ein, Rohr 18 angeschlossen, das in dem Halsteil 12 des Griffes verläuft
und aus einem elektrisch 'leitenden Material, wie Kupfer, besteht. Der Schlauch
16 und das Rohr 18 bilden die Gasleitung 13. In ähnlicher Weise sind zwei Isolierschläuche
i9 und 20 innerhalb des Griffteiles i i durch Klemmringe 21 und 22 an elektrisch
leitende Röhren 23 bzw. 24 angeklemmt, wobei diese Schläuche und Röhren die Flüssigkeitsleitungen
14 bzw. 15 bilden. Die leitenden Röhren 18, 23 und 24 sowie der umgebende Halsteil
12 des Isoliergriffes werden vorzugsweise aus etwas biegsamen Materialien hergestellt,
damit der ganze Hals in verschiedenen Winkeln gebogen werden kann, um die Kopfanordnung
leichter in enge Verbindungsstellen einführen zu können. Die Röhren 18, 23 und 24
können beispielsweise biegsame Kupferröhren sein, während der Halsteil 12 des Griffes
aus einem gummiartigen Material bestehen kann, um diese Biegsamkeit zu schaffen.
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Ein Kabel 25 für die elektrische Stromführung erstreckt sich
wenigstens in einem der Schläuche, z. B. in dem Schlauch 20, und wird durch ein
geeignetes Befestigungsmittel, z. B. durch Lötung, mit dem leitenden Rohr 23 verbunden,
welches in dem Schlauch 2o eingeklemmt ist. Um das elektrische Strom'leitungsvermögen
zu erhöhen, befinden sich vorzugsweise alle Röhren 18, 23 und 24 untereinander in
elektrisch leitender Berührung innerhalb des Halsteiles 12 des Isoliergriffes io,
so daß sie gemeinsam .den elektrischen Strom zu dem Schweißkopf A führen.
Dieser Schweißkopf A ist
vorzugsweise an dem Griff, wie in
Fig. i gezeigt, stumpfwinklig angebracht, um einen elektrischen Lichtbogen zu erzeugen,
der von dem Schweißkopf in Richtung von dem Arbeiter weg abgelenkt wird, und auch
um das Einführen des Schweißkopfes in Ecken und andere verhältnismäßig unzugängliche
Räume zu erleichtern.
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Der Aufbau .des Schweißkopfes A selbst ist in Fig. 2 und 3 sowie in
Fig. i dargestellt. Ein inneres, sich axial erstreckendes und elektrisch leitendes
Rohrstück 26, das als Gasleitung dient, ist konzentrisch von einem weiteren elektrisch
leitenden @ohrlcürper 27 umgeben. Die Rohrkörper 26 und 27 werden in konzentrischem
Abstand voneinander von zwei axial verlaufenden Scheidewänden 2f> gehalten, die
in Fig. 2 und 3 gezeigt sind. Pie Scheidewände 28 sind zwischen der Außenfläche
des Rohrkörpers 26 und der Innenfläche des lZohrkörpers 27 dicht eingesetzt und
bilden mit diesen zwei bogenförmige, sich längs erstreckende Flüssigkeitsleitungen
29 und 30. Jede der Flüssigkeitsleitungen 29 und 30 besitzt einen Auslaß 3i, der
in Fig. 2 und 3 gezeigt ist und in (lern Rohrkörper 27 nach seinem Ende zu vorgesehen
ist, jedoch besteht keine direkte Flüssigkeitsverbindung zwischen den Flüssigkeitsleitungen
29 und 30 selbst. Wenn auch aus unten dargelegten Gründen vorzugsweise die
konzentrischen lZohrkörper 26 und 27 so angeordnet werden, daß sie Flüssigkeitsleitungen
29 und 30 bilden, so können selbstverständlich die Flüssigkeitsleitungen
29 und 30 eine abweichende Querschnittsform und eine al)weiclien.d.e Anordnung
innerhalb des Schweißkopfes aufweisen. Derartige Abänderungen ergeben sich für den
Fachmann von selbst.
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Das Endstück des lZohrkörpers 27 ,wird dicht von einer nachgiebigen
Isolierdichtung 32 umgeben, deren Innendurchmesser etwas kleiner ist Alls der Außendurchmesser
des Rohrkörpers 27, damit sie auf diesem zur Herstellung eines flüssigkeitsdichten
Abschlusses stramm anliegt. In der Dichtung 32 sind zwei Öffnungen 33 vorgesehen,
die mit den Äuslässen 31 zusammenpassen. Auf Grund ihrer Elastizität dient
die Dichtung 32 nicht nur als Isolierkörper, sondern auch, wie unten näher erläutert
wird, als Gas- und Flüssigkeitsa@bschluß. Wegen der äußerst hohen Temperaturen,
denen die Dichtung 32 während des Schweißens ausgesetzt ist, besteht ferner die
Dichtung 32 vorzugsweise aus einem gummiartigen Isolierstoff, der, ohne zu schmelzen
oder sich zu zersetzen, hoben Temperaturen widerstehen kann. Beispiele für einen
derartigen elastischen und hochtemperaturbeständigen Stoff sind: Polytetrafluoräthylen,
Polymonochlortrifluoräthylen und Silicongummi.
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Nach Fig. i endigt der Rohrkörper 26, der als Gasleitung dient, in
einem zylindrischen Körper 34 mit einem mit Gewinde versehenen Endstück zur Aufnahme
einer axial verlaufenden Schweißelektrode 35. Diese kann durch den zylindrischen
Körper 34 in die Gasleitung 26 eingesetzt werden. Außerdem sind elektrisch leitende
Mittel zur Befestigung der Elektrode vorgesehen, welche aus einem teilweise geschlitzten.
Futter 36 und einem Futterspannkörper 37 bestehen. Das Futter 36 ist auf der Schweißelektrode
35 verschiebbar angebracht und dient in bekannter Weise dazu, die Schweißelektrode
festzuklemmen und das offene Ende des zylindrischen Körpers 34 dicht zu verschließen,
wenn der Futterspannkörper 37 auf das Ende des zylindrischen Körpers 34, wie in
Fig. i und 2 gezeigt, aufgeschraubt ist. Mehrere Gasauslässe 38 sind in einem Kragen
39 des zy'lindrischen Körpers 34 vorgesehen, weJlche um die festgehaltene Schweißelektrode
35 herum das Gas abgeben.
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Die zylindrische Dichtung 32 -wird konzentrisch von einer Düse 4o
umgehen, .die aus Metall oder keramischem . Material besteht und einen zytindrischen
Körper 41 sowie ein verjüngt zulaufendes offenes Endstück 42 aufweist, das vorzugsweise
abnehmbar ist und über das Ende der Dichtung 32 hervorsteht. Das Endstück 42 der
Düse ist vorzugsweise in das Ende des Düsenkörpers 41, w.ie dargestellt, mittels
eines Gewindes eingesetzt und richtet den Gasaustritt aus den Auslässen 38, die
um die Schweißelektrode 35 herum angeordnet sind. Durch Anordnung einer Düse mit
einem lösbaren Endstück wird es möglich, mehrere Düsenendstücke mit verschieden
großen Öffnungen an demselben Körper zu verwenden, so daß derselbe Schweißkopf mit
Elektroden von verschiedenen Durchmessern benutzt werden kann.
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Der Durchmesser der inneren Umfangsfläche des Düsenkörpers 41 ist
etwas größer als der Außendurchmesser der Dichtung 32, welche er umgibt. Die Innenfläche
.des Düsenkörpers 4i ist so ausgebildet, daß sie zusammen mit der Außenfläche der
Dichtung 32 wenigstens einen flüssigkeitsdichten Ringkanal bildet.
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Eine zweckmäßige Ausbildung ist in Fig. i und 2 dargestellt und umfaßt
zwei in .der Längsrichtung voneinander entfernte ringförmige Rippen 43, die aus
der Innenfläche des Düsenkörpers 41 hervorstehen und so ausgebildet sind, daß sie
die Außenfläche der Dichtung 32 dicht umfassen und so einen flüssigkeitsdichten
Ringkanal 44 schaffen. Wenn auch die vorstehenden Rippen vorzugsweise mit dem Düsenkörper
41 ein Stück bilden, so ;können auch statt .dessen getrennte, in ,der Längsrichtung
versetzte Dichtungskörper vorgesehen werden, um einen flüssigkeitsdichten Kanal
zwischen der Dichtung 32 und dem Düsenkörper 41 zu umschließen. Dank diesem Ringkanal
44 kann Flüssigkeit, wie durch die Pfeile in Fig. 2 angegeben, durch hintereinandergeschaltete
Wege von der einen Flüssigkeitsleitung, z. B. der Leitung 29, durch den Kanal 44
und zurück in die andere Flüssigkeitsleitung 30 fließen, wobei der Körper
41 der Düse 40 gekühlt wird.
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Fig.4 zeigt eine abgeänderte Ausführung getnäß der Erfindung, welche
Wärmeschutzmittel enthält, um die Verwendung einer gewöhnlichen, nicht hitzebeständigen
Dichtung, z. B. der Dichtung 32', zu ermöglichen. Die Fig. 4 zeigt ferner abweichende
Mittel für den .dichten Abschduß des
Ringkanals an dem Düsenkörper.
Die elastische Isolierdichtung 32' ist mit zwei gegeneinander versetzten ringförmigen
Rippen 43' versehen, die von ihrer Außenfläche hervorstehen und dicht gegen die
Innenfläche eines zylindrischen Düsenkörpers 41' anliegen. Die Innenfläche des Düsenkörpers
41', die Außenfläche ,der Dichtung 32' und die Dichtungsrippen 43' bilden einen
Ringkanal 44', der in gleicher Weise wie der Kanal 44 in Fig. i bis 3 den. Flüssigkeitsumlauf
an dem Düsenkörper 41' ermöglicht. Eine Isolierscheibe 45 aus einem geeigneten hitzebeständigen
Material, wie es oben erwähnt wurde, ist zwischen dem Düsenendstück 42 und der Dichtung
32' eingelegt. Diese Scheibe 45 schützt das der Wärme benachbarte Endstück der Dichtung
32' von der unmittelbaren Berührung mit den übermäßigen Temperaturen, die während
des Schweißens an der Brennerspitze erzeugt werden. Da der übrige Teil der Dichtung
32' von der Flüssigkeitsströmung durch den Kanal 44' gekühlt wird, kann die Dichtung
32' aus einem nicht hitzebeständigen elastischen Isoliermaterial, z. B. aus gewöhnlichem
Gummi, bestehen. Ähnliche Wärmeschutzmittel können in dem Schweißkopf nach Fig.
i verwendet werden, damit die Dichtung 32 aus gewöhnlichem elastischem Isoliermaterial
bestehen kann.
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Die Versbindungen zwischen den Flüssigkeits-und Gasleitungen in dem
Griff io und den, Flüssigkeits- und Gasleitungen in ,dem Schweißkopf A können durch
ein elektrisch leitendes Kupplungsstück 46 hergestellt werden. Das Kupplungsstück
46 ist an einer Seite in flüssigkeitsdichter Weise, z. B. durch Lötung, mit den
Leitungen 18, 23 und 24 verbunden, die sich in dem Griff io erstrecken. Diese Leitungen
sind durch je einen winklig gebogenen Kanal in dem Kupplungsstück 46 mit den entsprechenden
Leitungen 26, 29 bzw. #. 30 verbunden, die in .dem Schweißkopf A verlaufen.
Die Gasleitung 18 in dem Griff steht mit der Gasleitung 26 in dem Kopf durch einen
geneigten mittleren Kanal 47 in Verbindung, während die Flüssigkeitsleitungen 23
und 24 des Griffes mit den Flüssigkeitsleitungen 29 und 30 des Kopfes durch geneigte
Kanäle 48 und 49 in Verbindung .stehen, die zu beiden Seiten des Gaskanals 47 verlaufen.
Zur Erleichterung des Zusammenbaues sind die Gas- und Flüssigkeitsleitungen des
Kopfes und des Griffes als getrennte Teile dargestellt, die .durch .das Kupplungsstück
46 verbunden werden. Statt dessen können die Leitungen des Kopfes auch als vorstehende
Endstücke der Leitungen des Handgriffes ausgebildet werden.
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Im Betriebe des in Fig. i dargestellten Elektrodenhalters wird ein
inertes Schutzgas, wie Argon, durch die Gasleitungen 13 und 26 zugeführt und durch
die Gasauslässe 38 in das Endstück 42 der Gasdüse geliefert. Eine Kühlflüssigkeit,
z. B. Wasser, tritt in die Flüssigkeitsleitung 14 mit mäßigem Druck ein und zirkuliert
dann durch hintereinandergeschaltete Wege, die aus der Flüssigkeitsleitung 29 des
Kopfes und dem Ringkanal 44 bestehen, und zurück durch die Flüssigkeitsleitung 3o
des Kopfes und die Flüssigkeitsleitung 15 des Griffes, aus .der die Flüssigkeit
austritt. Der elektrische Strom wird durch das Ka'be125 zugeführt und an die Schweißelektrode
durch die elektrisch leitenden Leitungen 18, 23, 24, durch das elektrisch leitende
Kupplungsstück 46, durch die elektrisch leitenden Rohrkörper 26 und 27 und die elektrisch
leitenden Befestigungsmittel 34, 36 und 37 für die Elektrode geleitet. Vorzugsweise
wird eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit verwendet. Bei Verwendung von Wasser
soll dieses relativ frei von elektrisch leitenden Verunreinigungen sein.
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Ein erheblicher Vorteil dieser verbesserten Bauart ist der, daß sie
einen gedrängten, leicht zu handhabenden Elektrodenhalter zur Verwendung bei elektrischer
Lichtbogenschweißung mit Schutzgas ergibt, ,der im Aufbau einfach ist und ein vollständig
im Innern untergebrachtes Flüssigkeitskühlsystem enthält. Dadurch, daß eine in dem
Schweißkopf axial verlaufende Gasleitung, wie die Leitung 26, von zwei mit dieser
gleichverlaufenden Flüssigkeitsleitungen, z. B. den Leitungen 29 und 30, umgeben
wird, zirkuliert die Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe der Teile, die in direkter
wärmeleitender Beziehung zu der Schweißelektrode stehen, und sie bewirkt dadurch
die schnelle Verteilung der während des Schweißens erzeugten Wärme. Außerdem hat
der gesamte Aufbau der inneren Gas- und Kü'hlmittelführung des Schweißkopfes einen
kleinen Querschnittsbereich und nimmt in dem Schweißkopf sehr wenig Raum ein. Dadurch,
daß eine elastische Isolierdichtung, wie die Dichtung 32, verwendet wird, die eine
Öffnung aufweist und zwischen den inneren stromführenden Leitungen und die konzentrisch
angeordnete Düse eingefügt ist, sind ferner Mittel geschaffen, um die Düse sowohl
von .dem Schweißstrom zu isolieren als auch den größeren Teil der Düse selbst durch
Flüssigkeit zu kühlen. Auf Grund ihrer elastischen Zusammensetzung dient diese eingefügte
Dichtung auch als Gasabschluß zur Verhinderung des Gasaustrittes an der Rückseite
des Düsenkörpers und als Flüssigkeitsäbschluß zur Verhinderung des Flüssigkeitsaustrittes
in den Endstücken der inneren. Leitungen, welche sie dicht umgibt.
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Offensichtlich kann der flüssigkeitsgekühlte Schweißkopf, wie er hier
beschrieben und dargestellt wurde, ohne weiteres zur Verwendung in maschinell betätigten
Schweißgeräten, ebenso wie in von Hand betätigten, anriepaßt werden. Ferner kann
das innere System der Flüssigkeitskühlung auch bei verschiedenen Typen von Gasschneid-
und -schweißgeräten Anwendung finden.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, die in verschiedener Hinsicht abgeändert werden ki>utiten, ohne den
Rahmen der Erfindung zu verlassen.