-
Elektrodenhalter für Schutzgasschweißung Bei der Schutzgasschweißung
mit elektrischem Lichtbogen benutzt man zur Führung des Schutzgases zur Schweißstelle
Düsen, die die Elektrode konzentrisch umgeben, so daß das aus dem ringförmigen Schlitz
zwischen Elektrode und Düse austretende Gas einerseits das heiße Elektrodenende
vollständig schützend umgibt, andererseits in gleichmäßig ruhigem Strom auf das
Schweißbad trifft und es so vor der Einwirkung der umgebenden Luft schützt.
-
Bei kleinen Stromstärken wird die Düse meist aus einem keramischen
Werkstoff hergestellt. Das hat zur Folge, daß eine zufällige Berührung zwischen
Düse und Werkstück, wie sie sm praktischen Schweißbetrieb unvermeidbar ist, keinerlei
Nachteile bringt.
-
Bei Anwendung größerer Stromstärken wird eine keramische Düse aber
unzulässig heiß und nutzt sich zu rasch ab. Hier benutzt man daher besser wassergekühlte
Metalldüsen, vorwiegend aus Metallen guter Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Kupfer.
-
Die eigentliche Düse, die einer, wenn auch geringen Abnutzung unterliegt,
ist dabei meist durch Gewinde an einem wassergekühlten rohrartigen Metallkörper,
der .elektrisch isoliert auf den die Elektrode haltenden Metallkörper (Elektrodenhalter)
aufgesetzt nst, befestigt.
Diese einfache Bauart versagt aber, wenn
zur Zündung und Stabilisierung des Schweißlichtbogens eine überlagerte Hochfrequenzspannung
angewendet werden muß, wie das z. B. bei der Aluminiumschweißung mit Argon als Schutzgas
der Fall ist.
-
Bei zufälliger Berührung zwischen Metalldüse und Werkstück liegt -die
ganze Hochfrequenzspannung an der Isolation innerhalb des Elektrodenhalters. Die
Überschlagstrecke der für .die Zündung nötigen HF-Spannung beträgt zwar in der Luft
nur etwa i bis 2 mm. Im einatomigen Argon mit seiner niedrigen Ionisierungsspannung
überspringt der HF-Funke aber 5 bis 6 mm. Es ist konstruktiv kaum möglich, die Überschlagstrecke
im Elektrodenhalter so groß zu machen, daß ohne die unten beschriebenen Hilfsmittel
mit Sicherheit ein Überschlag vermieden wird, ohne däß dabei der Elektrodenhalter
unhandlich groß und schwer wird.
-
Noch störender ist es aber, daß in der Argonatmosphäre die Gleitfunken
entlang dem Isolationsmaterial normalerweise bis zu 35 mm lang werden, während sie
in der Luft 15 mm kaum überschreiten. Wie Versuche gezeigt haben, spielt dabei der
Werkstoff des Isolierkörpers kaum eine Rolle.
-
Die Erfindung bringt eine Lösung des genannten Problems der sicheren
Verhinderung eines HF-Überschlages zwischen dem die Elektrode und dem die Metalldüse
tragenden Metallkörper bei zufälliger Berührung zwischen Düse und Werkstück. Jeder
solche Überschlag bahnt den Weg für den eigentlichen Schweißlichtbogen und führt
damit zur Zerstörung des ganzen Elektrodenhalters.
-
Es ist erfindungsgemäß gelungen, den Gleitfunken durch eine besondere
Form des Weges auf der Oberfläche des Isolierkörpers zu verhindern. Dadurch, daß
der Isolierkörper so geformt ist, daß der Gleitfunken auf ihm nach rückwärts springen
müßte, entsteht eine Feldverteilung, die entlang der Oberfläche keinen Funken entstehen
läßt, obwohl die Länge der Strecke weit unter der obenerwähnten Grenze von 35 mm
liegt, die sonst im Argon als Gleitfunke durchschlagen wird.
-
Erfindungsgemäß weist das zwischen Metalldüse und Elektrodenhalter
eingeschraubte Isolierstück eine in Richtung zur Schweißstelle vorspringende Manschette
auf; derart, daß sich die äußere freie Oberfläche der Manschette, auf der .die Gefahr
eines Gleitfunkens besteht, in Richtung Elektrode-Düse, von der Schweißstelle aus
gesehen, rückwärts erstreckt, so daß die zur Vermeidung des Gleitfunkens nötige
Strecke ein Minimum wird.
-
Gleichzeitig ist der Isolierkörper so angeordnet, daß die von Schweißbad
und Elektrode ausgehende sehr intensive Wärmestrahlung ihn nicht oder nur unter
einem ganz flachen Winkel erreichen kann, so daß die Temperatur des Isolierkörpers
in den für ihn zulässigen Grenzen bleibt. Um dies zu erreichen, liegt erfindungsgemäß
das Isolierstück in dem durch Düse und anschließendes Metallrohr gebildeten Gaskanal
weit zurück und wird von der Düse und dem Elektrodenhalter gegenüber ,der Schweißstelle
möglichst abgeschirmt. Ein dünner Überzug von Silikonlack auf dem aus Kunstharz
bestehenden Isolierstoff erhöht überdies die für den gewählten Kunststoff zulässige
Temperatur ganz bedeutend, wie Versuche gezeigt hatten, die durch das tatsächliche
Verhalten des Kunststoffes im Elektrodenhalter bestätigt wurden.
-
Da die direkte Überschlagstrecke von Metall zu Metall, wie oben erwähnt,
nicht so groß gemacht werden kann, daß bei zufälliger Berührung zwischen Düse und
Werkstück eine absolute Sicherheit erhalten wird, wird erfindungsgemäß die HF-Spannung,
die zwischen Elektrodenträger und Düsenhalter bei zufälliger Berührung zwischen
Metalldüsen und Werkstück auftritt, künstlich herabgesetzt. Das ist durch Überbrückung
zwischen Metalldüse und Elektrodenhalter durch einen passenden Parallelwiderstand
Ohmscher oder noch besser kapaziitiver Art gelungen, besonders da das Zuleitungskabel
zum Elektrodenhalter für den Hochfrequenzstrom einen induktiven Widerstand darstellt,
der ein Absinken der Hochfrequenzspannung bei Belastung durch den als Nebenschluß
wirkenden Widerstand zur Folge hat.
-
Die beiden Wassersäulen innerhalb der I#,'-ühlwasserschläuche sind
als Überbrückungswiderstände nicht geeignet, da Wasser als Ionenleiter zwar den
Schweißstrom, nicht aber die HF leitet.
-
Ein Kondensator passender Größe entsteht z. B. dadurch, daß um das
den eigentlichen Elektrodenhalter mit dem Handgriff des Gerätes verbindende Metallrohr,
das das gleiche Potential hat wie die Elektrode, unter Zwischenlage einer Isolierschicht
aus Kunststoffolie eine Metallfolie gelegt wird, die durch eine kurze Leitung mit
dem Düsenhalter verbunden ist. Natürlich kann statt dessen ein beliebiger Kondensator
entsprechender Kapazität und Durchschlagsfestigkeit benutzt werden.
-
Ein Ohmscher Widerstand von 2ao bis 5oo Ohm ist ebenfalls geeignet,
die Spannung auf das nötige Maß herabzusetzen. Er hat zwar den Nachteil, daß er
auch den niederfrequenten Strom des Schweißwandlers leitet und dadurch erwärmt wird.
Erfindungsgemäß wird der Widerstand daher in zwei parallel geschaltete Einzelwiderstände
zerlegt, die zur Abführung der Wärme in das Innere der Kühlwasserschläuche verlegt
sind.
-
Sowohl der Kondensator wie der Widerstand tritt nur in Funktion, wenn
und solange die Metalldüse oder ihr metallischer Träger mit dem Werkstück leitend
verbunden ist, wobei die HF-Spannung immer noch so hoch bleibt, daß der Lichtbogen
zwischen Elektrode und Werkstück sicher gezündet und erhalten wird, besonders wenn
die Elektrode noch heiß ist. Die teilweise Überbrückung der HF-Spannung stellt aber
einen sicheren Schutz gegen Zerstörungen des Elektrodenhalters dar, da eine Zündung
von der noch heißen Elektrode höchstens zur leicht ersetzbaren auswechselbaren Düse
erfolgen kann.
-
Die Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Der Elektrodenhalter
i trägt in einer Spannzange 2 die Elektrode 3. Auf dem Elektrodenhalter ist das
Isolierstück 4 aufgeschraubt. Auf
diesem ist ein die Düse 5 tragendes
Metallrohr 6, das mit der Düse stromleitend verbunden ist, aufgeschraubt. Durch
das Metallrohr 7 des Elektrodenhalters wird ein Schutzgas, z. B. Argon, in den Elektrodenhalter
eingeführt. Es strömt durch die Schlitze der Spannzange 2 in den Ringraum 8 zwischen
Elektrode und Düse. Das Rohr 6 wird mit Kühlwasser gespeist, das durch Rohr 9 zufließt.
-
Erfindungsgemäß weist das Isolierstück 4 eine Manschette io auf, die
im gezeichneten Beispiel am Elektrodenhalter nahezu anliegt und außen einen gehörigen
Abstand gegenüber dem die Düse tragenden Metallrohr innehält. Der durch Gleitfunken
gefährdete Außenmantel i i der Manschette verläuft auf dem Wege von der Elektrode
zur Düse, von der Schweißstelle aus gesehen, nach rückwärts. Hierbei entsteht auf
dem Außenmantel eine Feldverteilung, die das Auftreten von Gleitfunken längs seiner
Oberfläche erschwert, so daß die Manschette bedeutend kürzer gemacht werden kann,
als dem normalen Gleitfunkenweg entsprechen würde. Während derselbe nach obigen
Ausführungen im Argon etwa 35 mm betragen würde, reicht hier eine Länge von etwa
15 mm aus.
-
Wie ersichtlich, liegt das Isolierstück so weit von der Schweißstelle
ab und ist so gut abgeschirmt, daß es von der Wärme derselben kaum betroffen wird.
-
Um bei zufälliger Berührung zwischen Düse und Werkstück einen Überschlag
des Hochfrequenzzündstromes zwischen Elektrode und Düse zu verhindern, ist ein Kondensator
vorgesehen, dessen eine Belegung durch das Metallrohr 7 gebildet wird und dessen
andere Belegung 12 mit dem Kühlwasserrohr 9 und so mit der Düse 5 leitend verbunden
ist. Hierdurch sinkt bei zufälliger Berührung zwischen Düse und Werkstück die Zündspannung
so weit ab, daß ein Überschlag schon bei einem geringen Abstand von etwa 4 mm zwischen
Elektrode und Düse im Argon vermieden wird, während sonst, wie oben angeführt, ein
Abstand von mindestens 6 bis 8 mm erforderlich wäre. Andererseits ist aber die Zündspannung
durch geeignete Bemessung des Kondensators noch so hoch, daß eine Zündung zwischen
Elektrode und Werkstück auch bei Vorhandensein des Nebenschlusses, besonders bei
heißer Elektrode, noch möglich ist.
-
In Fig.2 sind die elektrischen Verhältnisse skizziert. Die Düse 5
ist über Kondensator 12 oder Widerstand 13 zum Elektrodenhalter i überbrückt,
das Zuführungskabel 14 zum Elektrodenhalter stellt für den Hochfrequenzstromkreis
einen induktiven Widerstand dar, der für das Absinken der Hochfrequenzspannung wichtig
ist.