DE8303006U1 - Stromdüse - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER ■ D. GROSSE · F. POLLMEIER - 3 3. August 1983 g.ni 73 894

Herr Rolf Schönau, Pfäffenwaldstraße 10, 5909 Burbach-Gilsbach

Stromdüse

Die Erfindung betrifft eine einen mit Halteelementen wie einem Gewindeansatz ausgestatteten Schaft aufweisende Stromdüse von Schweißköpfen oder Schweißpistolen für das Lichtbogenschweißen mit einer drahtförmige Elektroden führende und den Stromübergang zu diesen vermittelnden, mindestens eine Krümmung aufweisende Bohrung. Derartige Stromdüsen werden verbreitet bspw. für das Schutzgasschweißen eingesetzt und richten den kontinuierlich vorgeschobenen Elektrodendraht auf die Schweißstelle. Ihre die Elektrode führende Bohrung ist so bemessen, daß sie durch ihre Weite einerseits ein leichtes Einführen des Drahtanfanges gestattet und den Vorschub des Elektrodendrahtes nicht hindert, andererseits diesen Draht aber so fest umschließt, daß sowohl eine definierte Führung des Drahtes als auch ein möglichst ungehinderter Stromübergang erreicht werden.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß ein konstanter Stromübergang mit nur geringem übergangswiderstand in Verbindung mit einer langen Standzeit der Düse kaum erreichbar ist, selbst wenn die Schweißdrähte zur Verringerung des Utsrgangswiderstandes und Unterbindung auch geringster Oxidationsschichten verkupfert werden.

Im DE-GM 1 842 919 wird vorgeschlagen, mindestens den Schaft einer Düse nach Einbringen einer axialen Bohrung gleichmäßig durchzubiegen, um in jedem Falle mindestens bereichsweise innigen Kontakt mit der Oberfläche der durchgeschobenen

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drahtförmigen Elektrode zu erhalten. In der Praxis jedoch hat es sich gezeigt, daß derartige Düsen zu ihrer Herstellung besonderer Vorkehrungen bedürfen, um zu erreichen, daß bei in Schweißköpfe oder Schweißpistolen eingeschraubter Stromdüse deren Biegung stets nach der gleichen Seite gerichtet ist. Andererseits hat es sich, insbesondere bei Schweißautomaten, als unvorteilhaft erwiesen, daß von diesen aus die Elektrode nicht axial, sondern gegen die Achse versetzt und geneigt abgegeben wird. Als unangenehm aber wurde gefunden, daß bei einer solchen Stromdüse nicht einmal gesichert ist, daß die angestrebte Wirkung eintritt und der Elektrodendraht sich vorgespannt gegen die Wandung der Düsenbohrung legt, da dieser Elektrodendraht ja üblicherweise von Spulen oder Trommeln abgezogen wird und damit bereits eine Eigenkrümmung aufweist, die der Krümmung der Achse der Düsenbohrung entsprechen kann. Weiterhin hat es sich als unvorteilhaft gezeigt, daß die Krümmung der Bohrung sich zwar über den Schaft der Stromdüse erstrecken kann, deren Gewindeansatz jedoch zur Verbesserung des Kontaktes nicht beizutragen vermag, da ein Biegen desselben eine saubere Montage der Stromdüse nicht zulassen würde.

Die Neuerung geht daher von der Aufgabe aus, eine Stromdüse der bezeichneten Gattung zu schaffen, die sich sowohl bezüglich ihrer äußeren Form als auch der Richtung der Abgabe des Elektrodendrahtes nicht von herkömmlichen Düsen unterscheidet, jedoch einen einwandfreien Stromübergang zum durchgeschobenen Elektrodendraht sichert.

Erreicht wird dieses, indem der Schaft und der Gewindeansatz sowie der Mündungsabschnitt der Bohrung gleichachsig gestreckt und mindestens ein Mündungsabschnitt gekrümmt verlaufen. Hierdurch wird zunächst eine Stromdüse erreicht, die in ihren äußeren Abmessungen den üblichen entspricht, und welche den Elektrodendraht axial gerichtet abgibt, ohne daß auf eine Sicherung des Stromüberganges durch eine Krümmung der den

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Elektrodendraht führenden Düsenbohrung verzichtet werden muß. Insbesondere jedoch hat es sich bewährt, wenn die Bohrung mindesi.ens zwei unterschiedlich gekrümmte Abschnitte aufweist. Eine solche unterschiedliche Krümmung kann entstehen, indem die Bohrung in hintereinander angeordneten Abschnitten Bohrungsabschnitte unterschiedlich starker Krümmung aufweist. Andererseits oder aber zusätzlich können Bohrungsabschnitte in unterschiedlichem Sinne oder in unterschiedlichen Ebenen verlaufen. Mit Vorteil wird auch der Mündungsabschnitt der Bohrung geringfügig der Krümmung des vorhergehenden Bohrungsabschnittes gegenläufig gekrümmt, so daß im vorletzten Abschnitt dem Elektrodendraht gegebenenfalls erteilte bleibende Verformungen zurückgebildet werden.

Bei der Herstellung derartige Bohrungen aufweisender Stromdüsen hat es sich bewährt, in einem ersten Verfahrensschritt den Düsenkörper vor Einbringen der Bohrung gegensinnig zu deren beabsichtigtem Verlaufe vorzubiegen, in einem zweiten Verfahrensschritt in den vorgebogenen Düsenkörper die Bohrung einzubringen und anschließend in einem dritten Verfahrensschritt den Düsenkörper in seine gestreckte Ausgangsform zurückzubiegen. Dieses läßt sich relativ leicht und unter Vermeidung lokaler übermäßiger Flächenpressungen erreichen, indem der Düsenkörper während des ersten und des dritten Verfahrensschrittes jeweils zwischen entsprechend geformte Backen gepreßt wird. Die drei Verfahrensschritte des Vorbiegens, Bohrens und anschließenden Rückbiegens werden zweckmäßig vor der abschließenden Überarbeitung der Stromdüse vorgenommen, und bewährt hat es sich, bereits den zur Fertigung der Düse vorgesehenen Rohling zu biegen, zu durchbohren und zurückzubiegen.

Mit Vorteil wird aber auch ein abgeändertes Verfahren zur Herstellung der Stromdüse angewandt, nach dem in einem ersten Verfahrensschritt ein gestreckter, eine gestreckte Bohrung aufweisender Düsenkörper bzw. Rohling entsprechend dem gewünschten

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Verlaufe der Bohrung gebogen wird, und nach dem in einem zweiten Verfahrensschritt der Düsenkörper bzw. der Rohling durch Überarbeitung seiner Außenflächen auf die gewünschte Form und Abmessungen gebracht wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei gezeigt/ daß als Düsenkörper bzw. Rohling ein Abschnitt eines gezogenen rohrförmigen Körpers eingesetzt werden kann, bei Jem das Material durch die Ziehvorgänge kalt verfestigt ist, so daß eine Bohrung extrem langer Standzeit erhalten wird.

In allen Fällen hat es sich bewährt, während des Rückbiegens bzw. des Biegens in die Bohrung einen deren Kaliber sichernden Draht, vorzugsweise Stahldraht, einzubringen, der nach der Durchführung des Rückbiegens bzw. Biegens aus der Bohrung herausgezogen wird.

Im einzelnen ist die Neuerung anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit einer dieses darstellenden Zeichnung erläutert.

In der Fig. 1 ist eine Stromdüse 1 dargestellt, deren Schaft am freien Ende durch eine gewölbte Stirnfläche 3 abgeschlossen ist, und die vermittels eines Gewindeansatzes 4 in ihre Halterung einschraubbar ist. Der Schaft 2 wird zweckmäßig mit Angriffsflächen für ein Werkzeug ausgestattet oder, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, als prismatischer Körper ausgeführt, der in der Figur sechs Seitenflächen aufweist. Zur Erleichterung des Einlaufens des Elektrodendrahtes ist die die Stromdüse 1 durchziehende Bohrung 6 an ihrer dem Gewindeansatz 4 zugewandten Seite zu einem Einlauftrichter 5 erweitert, der in die eigentliche Bohrung 6 übergeht. Bereits am Grunde des Einlauftrichters 7 beginnt ein nach oben durchgebogener Bohrungsabschnitt 7, an den sich ein in der gleichen Ebene nach unten durchgebogener Bohrungsabschnitt 8 anschließt. Der diesem folgende Mündungsabschnitt 9 ist im wesentlichen axialgerichtet ausgeführt.

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Zum Betriebe wird die Stromdüse 1 wie eine übliche, gestreckte Stromdüse in einen Schweißkopf, das Kopfstück einer Schweißpistole oder dergleichen eingeschraubt. Das Einführen des Drahtes wird durch den Einführungstrichter 5 erleichtert. Die Bohrung 6 ist in ihrem Durchmesser dem für sie bestimmten Elektrodendraht angepaßt: Der Durchmesser der Bohrung 6 überschreitet den des Elektrodendrahtes nur relativ geringfügig, bspw. um 0,1 bis 0,6 mm. Damit wird eine relativ definierte Führung des Elektrodendrahtes erreicht.

Der der Stromdüse 1 zugeführte Elektrodendraht weist üblicherweise eine geringe Eigenkrümmung auf, die von der Krümmung der Rolle oder Spule herrührt, von der der Elektrodendraht abgezogen wurde. Wird er nun durch die Bohrung 6 der Stromdüse 1 hindurchgestoßen, so wird er zunächst im Bohrungsabschnitt 7 nach unten durchgebogen und beim Durchlaufen des Bohrungsabschnittes 8 wiederum nach oben bis zur Achse hin durchgebogen, bis er über den Mündungsabschnitt 9 die Stromdüse verläßt.

Durch die beiden, mit unterschiedlicher Krümmung ausgeführten Bohrungsabschnitte 7 und 8 wird erreicht, daß in jedem Falle mindestens Bereiche der Wandungen der Bohrung 6 den Elektrodendraht umbiegen und damit der Elektrodendraht gegen die Wandung gepreßt wird, so daß ein guter Stromübergang erreicht wird. Im Falle nur einer Krümmung hätte die Möglichkeit bestanden, daß der von einer Spule oder Trommel abgezogene Elektrodendraht etwa in gleichem Maße vorgekrümmt ist wie die Krümmung der Bohrung, so daß er nicht mit dem entsprechenden Auflagedruck auf den Wandungen der Bohrung aufgelegen hätte.

In der Zeichnung sind unterschiedliche Krümmungen als gegenläufige, in einer Ebene liegende dargestellt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine Krümmung innerhalb der gleichen Ebene mit entlang der Krümmung unterschiedlichen Krümmungs-

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radien vorzusehen oder aber in einem ersten Krünunungsabschnitt die Krümmung innerhalb einer ersten Ebene und in einem zweiten Abschnitt innerhalb einer zweiten, gegen die erste bspw. um versetzten Ebene vorzunehmen, wenn dies auch durch die Notwendigkeit des Biegens in zwei Ebenen die Herstellung komplizieren kann.

Bewährt hat es sich, den Mündungsabschnitt 9 der Bohrung 6 gestreckt und gleichachsig mit dem Schaft 2 der Stromdüse 1 verlaufen zu lassen. Hierdurch wird erreicht, daß auch der Elektrodendraht mittig und axial gerichtet aus der Stirnfläche 3 des Schaftes 2 austritt. Es kann sich jedoch als vorteilhaft erweisen, entweder den Mündungsabschnitt 9 selbst oder einen inneren Abschnitt desselben gegenläufig zum Bohrungsabschnitt 8, · jedoch in geringerem Maße, zu krümmen, so daß bleibende Verformungen des Elektrodendrahtes behoben werden. Andererseits genügen in der Praxis ofb wesentlich geringere Krümmungen, als sie in der Figur dargestellt sind: Beim Aufzeigen der Fig. galt es, die Krümmung der Bohrung 6 sinnfällig zu zeigen.

Bei der Herstellung der Bohrung 6 wird ein üblicher Bohrer verwandt: In einem ersten Verfahrensschritt wird die Stromdüse, und zwar zweckmäßig sowohl deren Schaft 2 als auch deren Gewindeansatz 4, der gewünschten Krümmung der Bohrung 6 entgegengesetzt gebogen. Nach Vorbiegen der Stromdüse wird eine übliche, axial gerichtete Bohrung eingebracht, und anschließend wird die Stromdüse in ihre ursprüngliche, gestreckte Form zurückgebogen. Hierbei wird die in die vorgebogene Stromdüse eingebrachte gestreckte Bohrung mit verformt und erlangt ihren vorgegebenen gekrümmten Verlauf, wie ein solcher beispielhaft in der Figur gezeigt ist.

Selbstverständlich besteht auch hier die Möglichkeit, im gewünschten Falle eine durchgebogene, abgewinkelte oder auch sonst von der gestreckten Form abweichende Stromdüse zu er-

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halten; dies ist bei der Auslegung des ersten Biegevorganges in Verbindung mit dem gewünschten endgültigen Verlauf der Bohrung zu berücksichtigen und beeinflußt ebenso den abschließenden dritten Verfahrensschritt des Rückbiegens, der hier in die gewünschte Düsenform zu führen hat.

Als zweckmäßig hat es sich erweisen, mindestens die endgültige Überarbeitung der Stromdüse erst nach der Rückverformung durchzuführen. So sollte das Gewinde des Gewindeansatzes 4 erst, nach dem Rückbiegen eingedreht bzw. geschnitten werden, und zumindest || sollte es überdreht bzw. nachgeschnitten werden. Ebenso sollte

$ eine abschließende Überarbeitung der Flanken bzw. des Mantels

% des Schaftes 2 erst nach der Rückbiegung vorgenommen werden.

ff Bewährt hat es sich jedoch, das Biegen, Bohren und Rückbiegen

if in einem möglichst frühen Ausgangszustand der Stromdüse, zweck-

i: mäßig noch am Rohling, vorzunehmen, also bspw. vor dem Absetzen

H des Gewindeansatzes 4.

Besondere Vorteile weist ein anderes Herstellungsverfahren auf:

$ Der Rohling für die Stromdüse wird mit einer durchlaufenden,

|i üblichen gestreckten Bohrung ausgestattet, oder, besser, es wird

^;; ein bereits eine Bohrung aufweisender Rohling eingesetzt, der

j-· durch Kaltverformen, insbesondere durch Ziehen, erhalten wird.

\ Solch ein Abschnitt eines gezogenen Rohres weist den Vorteil

auf, daß das Material durch Kaltverformung verfestigt wurde, so daß eine besonders lange Standzeit der Bohrung der fertig-■ gestellten Stromdüse erzielt wird. Dieser Rohling bzw. ein entsprechend vorgearbeiteter Düüenkörper wird in einem ersten Verfahrensabschnitt entsprechend dem gewünschten Verlaufe der Bohrung gebogen. Ein Rückbiegen findet hier nicht statt, vielmehr v/ird in einem zweiten Verfahrenaschritt der gebogene Düsenkörper bzw. Rohling durch Bearbeitung seiner Außenflächen auf die gewünschten Abmessungen und die gewünschte Form gebracht. So wer- '. den bspw. die durch den Biegevorgang ebenfalls gebotenen Man-

't telformen bspw. durch überdrehen zylindrisch gestaltet.

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Sowohl bei einer Herstellung der Stromdüse nach dem erstals auch nach dem zweitgenannten Verfahren hat es sich bewährt, in die Bohrung vor dem Rückbiegen, bzw. im Falle des zweiten Verfahrens vor dem Biegen, einen mit geringen Toleranzen der Bohrung angepaßten Draht in die Bohrung einzuschieben, wo er während des Rückbiegens bzw. Biegens verbleibt. Er wird erst nach Vollendung des Rückbiegens bzw. Biegens aus der Bohrung gezogen und hat durch seine Abstützung der Bohrungswände erreicht, daß die Bohrung ohne Querschnittsänderungen auch stärkere Biegungsvorgänge übersteht.

Die Stromdüse ist ei'.ier Reihe von Varianten fähig. So kann sis, falls gewünscht, abgebogen geliefert werden, der Schaft kann als beliebiger prismatischer oder zylindrischer Körper ausgebildet werden, wobei mindestens im letzteren Falle es sich bewährt hat, besondere Angriffsflächen für beim Einsetzen zu benutzende Werkzeuge vorzusehen, eventuell auch weitere Planflächen, welche die Kennzeichnung der Stromdüse durch Einschlagen oder Eingravieren des Nenndurchmessers erleichtern. Des weiteren ist es möglich, die Düse dem Nenndurchmesser des Elektrodendrahtes weitgehend anzupassen. Wenn auch, insbesondere bei stärkeren Elektrodendrähten, es sich empfehlen kann, die lichte Weite der Bohrung bis zu bspw. 0,6 mm größer auszuführen als den Drahtdurchmesser, so ergibt sich doch im allgemeinen eine bessere Führung und auch weiterhin verbesserte ßtromübernahme, wenn die lichte Weite der Bohrung den Durchmesser des Elektrodendrahtes nur geringfügig, bspw. bis zu nur 0,1 mm, überschreitet.

In allen diesen Fällen wird eine Stromdüse erhalten, welche die nachzuschiebende Elektrode axial abgibt wie eine übliche Düse, bei der aber ein stets einwandfreier Stromübergang zum Elektrodendraht erreicht wird, so daß exakte Schweißnähte mit relativ hoher Geschwindigkeit bewirkbar sind. Als vorteilhaft hat es sich weiterhin gezeigt, daß mit der Sicherung des Strom-Überganges auch eine Verlängerung der Gebrauchsdauer bzw. der Standzeit der Düse erreicht wird, so daß eine erhebliche Verbilliguug und Rationalisierung des Schweißens erreicht werden.

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   3. August 1983 g.ni 73 894

   Herr Rolf Schönau, Pfaffenwaldstraße 10, 5909 Burbach-Gilsoach

   Schutzansprüche

   1. Einen mit Halteelementen wie einem Gewindeansatz ausgestatteten Schaft aufweisende Stromdüse von Schweißköpfen oder Schweißpistolen für das Lichtbogenschweißen mit einer drahtförmige Elektroden führenden und den Stromübergang zu diesen vermittelnden, mindestens eine Krümmung aufweisenden Bohrung,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2) und der Gewindeansatz (4) sowie der Mündungsabschnitt (9) der Bohrung (6) gleichachsig gestreckt und mindestens ein Bohrungsabschnitt (7, 8} ge= krümmt verlaufen.

   2. Stromdüse nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (6) mindestens zwei unterschiedlich gekrümmte Bohrungsabschnitte (7, 8) aufweist.

   3. Stromdüse nach Anspruch 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungsabschnitta unterschiedlich stark gekrümmt sind.

   4. Stromdüse nach Anspruch 2 oder 3,
   dadurc h gekennzeichne t, daß die Bohrungsabschnitte (7, 8) in unterschiedlichem Sinne gekrümmt sind.

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   5. Stromdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennze ichnet , daß die Bohrungsabschnitte in unterschiedlichen Ebenen gekrümmt sind.

   6. Stromdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Mündungsabschnitt (9) der Bohrung (6) j η der Krümmung des vorhergehenden Bohrungsabschnittes (8)in gegenläufigem Sinne geringfügig gekrümmt ist.