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Schweißpistole für Metall-Lichtbogenschweißung unter Schutzgas Die
Erfindung betrifft eine wassergekühlte Schweißpistole für die Metall-Lichtbogenschweißung
unter Schutzgas. Bei den üblichen Schweißpistolen mit blankem oder dünn umhülltem
Schweißdraht als Elektrode wird das Schutzgas durch eine ringförmige Düse in Richtung
des Lichtbogens geblasen; eine solche Vorrichtung zeigt z. B. die USA.-Patentschrift
2504868.
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Die Schweißpistole nach der Erfindung ist mit Wasserkühlung für die
Gasdüse und für den Elektrodenhalter ausgestattet und so eingerichtet, daß die gegenseitige
Lage von Gasdüse und Elektrodenhalter veränderlich eingestellt werden kann, ohne
daß der Kühlmittelstrom unterbrochen oder die Vorrichtung auseinandergenommen zu
werden braucht. Beim Lichtbogenschweißen muß die Gasdüse möglichst dicht an das
Werkstück gebracht werden, um den Zutritt von Luft an die Schweißstelle zu verhindern,
ohne daß andererseits eine Beobachtung der Schweißstelle dadurch unmöglich gemacht
wird. Infolge der veränderlichen Schweißbedingungen ist es aber erwünscht, den Abstand
zwischen dem vorderen Ende des als Leiter für den Schweißstrom dienenden rohrförmigen
Elektrodenhalters und dem Werkstück genau einstellen zu können, ohne dabei den Abstand
zwischen Gasdüse und Werkstück zu verändern. Bei manchen Schweißarbeiten an schwer
zugänglichen Stellen behindert die Gasdüse auch das Heranbringen der Schweißpistole
an die Schweißstelle, wenn die Gasdüse gegenüber dem Elektrodenhalter nicht zurückgezogen
werden kann. Um eine derartige Veränderung der gegenseitigen Lage von Gasdüse und
Elektrodenhalter zu ermöglichen, ist es erwünscht, diese beiden Teile gegeneinander
beweglich zu
machen und dabei die ganze Schweißvorrichtung so wenig
wie möglich zu beeinflussen; insbesondere sollen die Menge und Reinheit des austretenden
Schutzgases nicht verändert werden.
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Beim Schweißen mit einer abschmelzenden Elektrode wird ferner das
Kontaktrohr am Ende des Elektrödenhalters infolge des Stromdurchganges von dem Rohr
zur Elektrode und durch die Wärmestrahlung des dicht davor liegenden Lichtbogens
stark erhitzt. Durch diese Erwärmung sowie durch die beim Vorschieben der Elektrode
in dem Rohr entstehende Reibung wird das Rohr abgenutzt, so daß es von Zeit zu Zeit
erneuert werden muß.
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Die erfindungsgemäße Schweißpistole ist daher so konstruiert, daß
der die Gasdüse 2o2 tragende Lauf 204 in dem Laufmantel ioo in axialer Richtung
einstellbar ist und daß zwischen dem Elektrodenhalter und der Gasdüse einstellbare
Verbindungen für den Umlauf der Kühlflüssigkeit vorgesehen sind; daher kann einerseits
die Gasdüse in bezug auf das Kontaktrohr so eingestellt werden, daß sich der günstigste
Abstand zwischen der Gasdüse und dem Werkstück ergibt, und andererseits kann die
Gasdüse so weit zurückgezogen werden, daß das Kontaktrohr mittels eines gewöhnlichen
Schraubenschlüssels herausgezogen und durch ein neues Rohr ersetzt werden kann,
ohne daß die Wasserzufuhr abgestellt zu werden braucht oder besondere Vorsichtsmaßnahmen
gegen ein Bespritzen von nicht gekühlten Teilen der Schweißpistole durch das Kühlwasser
zu befürchten wären.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine leicht abnehmbare Gasdüse
mit Bohrungen und Gegenbohrungen für dasKühlwasser inder äußeren . Düsenwandung
bzw. in einer Hülse; welche die Gasdüse mit dem Lauf der Pistole verbindet. In dieser
Hülse wird die Gasdüse durch'einige Weichlotnähte befestigt, wofür Ringnuten am
Umfang der Düse vorgesehen sind.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden vorteilhaft große Schweißpistolen
ausgerüstet, die mit Drahtelektroden von 2,5 mm Durchmesser und mehr bei einem Vorschub
von 2,50 cm/Min. und mehr und mit Stromstärken von. 5oo bis 7oo A arbeiten.
Vorzugsweise wird mit der Elektrode am positiven Pol geschweißt, jedoch kann auch
mit negativer Elektrode gearbeitet werden. Zum Kühlen kann jede geeignete Kühlflüssigkeit
verwendet werden.
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Fig. i zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schweißpistole;
Fig. 2 ist ein Längsschnitt auf der Linie 2-2 von Fig. 5 ; Fig!3 bis i i sind Querschnitte
auf den Linien 3-3 bis i i-i i von Fig. 2, und zwar Fig. 7, 8 und i i in vergrößertem
Maßstab; Fig. 12 zeigt die Gasdüse mit dem Laufende gemäß Fig. 2.
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Wie F.ig. i zeigt, besteht die Pistole aus dem Handgriff 2, einem
hinteren Laufteil ioo, einem inneren Lauf oder Elektrodenhalter 300 (Fig. 2), einem
vorderen Laufteil Zoo, in dem die Gasdüse 2o2 steckt, und aus einer einstellbaren
Muffenverbindung 400 mit zwei Kanälen (Fig. i i) für den Durchfluß -der Kühlflüssigkeit
von dem Handgriff durch den inneren Lauf und die Gasdüse am .vorderen Laufende bei
den verschiedenen Einstellungen von Gasdüse und Elektrodenhalter zueinander. Eine
abschmelzende Elektrode 4 wird durch eine nicht dargestellte Vorrichtung in axialer
Richtung durch die Pistole vorgeschoben und konzentrisch zu der Gasdüse 2o2 so an
das Werkstück herangebracht, daß ein Lichtbogen entsteht. Die Drahtelektrode wird
mittels einer biegsamen Leitung io2; koaxial in die Pistole eingeführt, wobei ein
inertes Gas durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen Schutzhülle und Elektrode
von einem . Vorratsbehälter zugeleitet wird, um dann an der Düsenöffnung wieder
aus der Pistole auszutreten.
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Durch einen Drücker 3, der einen Schalter 5 betätigt (Fig. 2), werden
der Schweißstrom, die Schutzgaszufuhr und der Elektrodenvorschub geregelt. Über
die Stromzuleitung 6 betätigt der Schalter 5 geeignete Regeleinrichtungen in dem
Schweißstromkreis für den Vorschub der Elektrode und für die Gaszufuhr; diese Regeleinrichtungen
gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung. Ein Metallbügel oder -schild B ist zwischen
dem Handgriff und dem vorderen Lauf Zoo angebracht, um die Hand des Schweißers gegen
die Strahlung des Lichtbogens abzuschirmen.
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Durch eine Leitung io wird Kühlwasser oder eine andere geeignete Kühlflüssigkeit
zugeleitet, um dieTemperatur des Elektrodenhalters; des Kontaktrohres und der Gasdüse
in angemessenen Grenzen zu halten. Das Kühlwasser fließt durch eine Leitung 12 ab,
die zweckmäßig das vieladrige Kabel 14 umhüllt, das als Zuleitung für den Schweißstrom
dient.
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Damit das Schutzgas den Lichtbogen gegen die umgebende Atmosphäre
abschließt, muß das Gas möglichst wirbelfrei am Elektrodenende austreten; zu diesem
Zweck soll das Gas durch einen glatten Ringraum um die Elektrode strömen, dessen
Länge ein Vielfaches der Breite des Ringquerschnittes ist. Um einen entsprechenden
Gaskanal zu schaffen, wird der innere Lauf der Pistole von einem Anschlußstück 16
am hinteren Ende der Pistole gehalten, an dem der Handgriffe mittels vier Schrauben?
befestigt ist (Fig. 7 und 8), wobei den Lauf eine Hülse io6 umgibt, die ebenfalls
in dem Anschlußstück 16 befestigt ist. An einer der Schrauben 7 ist eine Leitung
17 angeschlossen, um die Lichtbogenspannung über das Kabel 6 auf die Regelstromkreise
zu übertragen. Das durch den Ringraum zwischen der Hülse io6 und dem Elektfodenhalter
strömende Schutzgas tritt durch mehrere radiale Bohrungen in einem Gasverteiler
3o4 aus, um die durch das Anschlußstück 16 verursachte Wirbelbildung wieder aufzuheben.
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Mit Rücksicht auf die sehr großen Schweißstromstärken ist es erwünscht,
den Strom der Elektrode so nahe am Elektrodenende wie möglich zuzuleiten. Zu diesem
Zweck wird die Drahtelektrode durch ein auswechselbares Isolierrohr 314 im Laufinneren
und
dann zu einem ebenfalls auswechselbaren Kontaktrohr 3o2 am Ende des Elektrodenhalters
geführt. Das Schweißstromkabel ist mit seinenAdern in dem Endstück des Wasseraustrittsrohres4i7
eingelötet, wie Fig.g und io zeigen; von dort erfolgt die Stromzuführung über Anschlußstück
16 entlang der Hülse io zu dem Kontaktrohr 3o2. Der hintere Teil des Laufes besteht
aus der inneren Hülse io6 und dem äußeren Laufmantel 104 mit geeigneten Muffen od.
dgl., um die Leitung rot mit der Pistole zu verbinden. Während die Hülse io6 aus
Metall besteht, ist der Laufmantel 104 aus einem isolierenden Preßstoff auf Papier-Phenol-Basis
hergestellt und koaxial zu der Hülse io6 und dem inneren Lauf 300 in dem
Anschlußstück 16 befestigt. Die Hülse io6 ist mit dem Anschlußstück verschweißt,
der Laufmantel wird durch den Handgriff 2 dagegengedrückt. Der Zusammenbau dieser
Teile ist aus Fig. 6, 7, 8 und 2 ersichtlich. In den Ringraum zwischen der Hülse
io6 und dem Laufmantel 104 ist der vordere Laufteil Zoo mit Gleitsitz eingepaßt.
Auf einem Teil ihres Umfanges sind die Hülsen 104 und io6 mit Aussparungen versehen,
so daß sie von vorn über das Anschlußstück 16 geschoben werden können, wobei die
einzelnen Teile durch Ringe io8 und iio in ihrer gegenseitigen Lage gehalten werden.
Der äußere Ring io8 hat ein Innengewinde zur Verschraubung mit dem Laufmantel 104;
der innere Ring iio ist mit der Hülse io6 verschweißt, in den Laufmantel io4 eingepaßt
und ragt über das Anschlußstück 16 hinaus, um die Aussparung in der inneren Hülse
io6 zu überdecken. Der Ring iio hat noch ein Innengewinde, in das die Rändelmutter
112 aus einem Isolierstoff paßt, die zum Anschluß der Leitung io2 dient. Diese Leitung
besteht aus einem biegsamen Schlauch 114 aus Gummi od. dgl. für die Zuleitung des
Schutzgases und aus einem biegsamen, metallbewehrten Rohr für die Drahtelektrode.
Der Schlauch 114 ist an der Pistole mittels eines starren Rohrgehäuses iiS befestigt,
das innerhalb der Rändclmutter 112 durch einen Bund i2o gehalten wird. Das Rohrgehäuse
118 hat Bohrungen 122, durch die das Schutzgas in den Ringraum zwischen dem Elektrodenhalter
300 und der Hülse io6 in den Hohlraum hinter dem Gasverteiler304 strömen
kann. DasFührungsrohr 116 für die Drahtelektrode ist mittels einiger Windungen eines
Metallbandes 124 mit dem Rohrgehäuse 118 beispielsweise hart verlötet. Eine aus
Isolierstoff gefertigte Büchse 126 mit Außengewinde ist in das aufgebohrte vordere
Teil des Rohrgehäuses 118 eingeschraubt und schließt so das ganze Gehäuse gegen
den Elektrodenhalter ab. Die Rändelmutter 112 und die Büchse 126 isolieren das Rohrgehäuse
118 und die Leitung 116 gegen elektrischen Kontakt mit der Pistole außer an der
Berührungsstelle des Kontaktrohres 302 mit der Drahtelektrode, so daß der
Schweißstrom nur an dieser Stelle in die Elektrode gelangen kann.
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Der Elektrodenhalter besteht aus einer Außenhülse 3o6, einer Innenhülse
3o8, einem nichtmetallischen auswechselbaren Rohr 314, abschließenden Bunden 3io
und 312, die die einzelnen Teile in ihrer richtigen Lage halten, und aus dem Kontaktrohr
3o2. Die Innenhülse 308 ist mit zwei Rippen 316 versehen, die im Aufriß in
Fig. 2 und im Querschnitt in Fig. 3, 5; 6, 7 und 8 dargestellt sind und den Ringraum
zwischen der Außen- und Innenhülse in getrennte Durchflußkanäle für das Kühlwasser
unterteilen. Diese beiden Kanäle von halbkreisförmigem Querschnitt werden durch
den Bund 312 am hinteren Ende des inneren Laufes gegeneinander abgeschlossen; vor
dem vorderen Ende sind die Rippen ausgespart, so daß Öffnungen 322 und 324 zur Verbindung
der Kanäle 318 und 32o vorhanden sind. Das Kontaktrohr 302 ist in die Laufmündung
31o eingeschraubt und reicht in die Innenhülse bis an das vordere Ende des Isolierrohres
314 hinein, um die Ableitung der Wärme an die Innenhülse und an das im Elektrodenhalter
zirkulierende Kühlwasser zu ermöglichen.
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Die Außenhülse 3o6 des Elektrodenhalters ist mit dem Anschlußstück
16 verschweißt, in dem Öffnungen für den Anschluß der Kanäle 318 und 320
vorgesehen sind. Zu diesem Zweck ist die Außenhülse an zwei Stellen 326 und 328
(F;g. 7 und 8) durchbohrt, die beiderseits der senkrechten Mittelebene in gewissem
axialem Abstand voneinander liegen urid die Kanäle 318 und 320 mit der Einlaß-
bzw. Auslaßöffnung (i8 bzw. 2o) für das Kühlwasser verbinden. Ein Rohrnippel 22,
mit dem die Wasserzuleitung io verbunden ist (Fig. 2), ist von unten in die Bohrung
18 hart eingelötet. Durch die Bohrung 2o fließt das Kühlwasser durch die verschiebbare
Muffenverbindung 400 zu der Gasdüse (Fig. i und 7). Auf diese Weise strömt das Kühlwasser
von dem Anschlußrohr 22 durch die Bohrung 18 in den Kanal 32o des Elektrodenhalters
und in diesem entlang, um durch die öffnungen 322 und 324 in den Kanal 318 und schließlich
in die Bohrung 2o zu gelangen.
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Die Gasdüse ist elektrisch und thermisch gegen den Elektrodenhalter
und die anderen Teile der Schweißpistole isoliert und auf dem vorderen Laufmantel
204 befestigt, der aus einem geeigneten Isolierstoff, z. B. aus Glasfasern mit Kunstharz,
hergestellt ist. Um das Ansaugen von Luft durch das zur Düse strömende Schutzgas
zu verhindern, ist der Lauf 204 gegen die Innenhülse io6 des hinteren Laufes durch
einen Ring aus weichem Gummi 2o6 abgedichtet, der durch einen auf das Laufende aufgeschraubten
Haltering 2o8 an das Laufende und an die Hülse io6 angepreßt wird. Die Gasdüse 2o2
ist mit dem vorderen Lauf 204 durch eine Metallhülse 2io durch Weichlötung zwecks
leichter Auswechselbarkeit verbunden. Die Hülse 2io ist auf das vordere Laufende
aufgeschraubt und umschließt mit ihrem vorderen Teil zwei Hinterdrehungen 2i2 qnd
214, die als Einpassung für die Düse dienen und zugleich einen Ringkanal 22o für
die Wasserkühlung der Düse bilden. Die Gasdüse selbst ist mit ihren zylindrischen
Flächen 216 und 218 in die Hinterdrehungen 212 bzw. 214 eingepaßt. Zwei äußere Nuten
222 und 224 in der Gasdüse sind mit Weichlot gefüllt,
um die Düse
auf dem Laufende zu befestigen. Vorzugsweise werden die Düse aus Kupfer und die
Verbindungshülse Zio aus Messing hergestellt, so daß beide leicht verlötet werden
können. Im einzelnen ist diese Konstruktion: in. Fig. 12 dargestellt.
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Unter normalen Betriebsbedingungen bleiben diese Lötstellen, die einerseits
der Hitze von dem Lichtbogen und andererseits der Einwirkung des durch den Kanal
22o strömenden Kühlwassers ausgesetzt sind, unterhalb des Schmelzpunktes und halten
daher dieDüse und denLauf fest zusammen. Eine unzureichende Kühlung der Schweißpistole
wird dem Schweißer durch das Schmelzen der Lötstellen angezeigt. Ein stetiger Umlauf
des Kühlwassers durch alle Kanäle der Pistole wird bei jeder Stellung der Gasdüse
zu dem Elektrodenhalter gewährleistet durch die einstellbare starre Muffenverbindung
400 mit zwei Kanälen für den Zu- und Ablauf, die in Fig. 2, 3 bis 5 und i i dargestellt
ist. Diese Muffenverbindung besteht aus einem Rohr 4o2, das in bezug auf die Gasdüse
feststeht, einem übergeschobenen Rohr 404, das in bezug auf den Elektrodenhalter
feststeht, und aus Zwischenwänden in diesen Röhren so daß für den Zu- und Ablauf
des Kühlwassers getrennte Kanäle gebildet werden. Die Verbindungsstelle der beiden
Rohre ist abgedichtet.
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Das Rohr 402 ist am vorderen Ende durch Hartlöten öder Schweißen mit
dem Anschlußstück 226 verbunden, das seinerseits in gleicher Weise an der Außenhülse
2io befestigt ist und zwei senkrecht nebeneinander verlaufende Bohrungen 228 und
230 enthält (Fig. 5), die am Boden des Anschlußstücks in einer gemeinsamen waagerechten
Bohrung 232 enden. An der Rückseite des Anschlußstücks schließt das Rohr 4o2 an
die Bohrung 232 an. Die Bohrungen 228 und 23o sind oben mit zwei getrennten Wasserrohren
234 . und 236 verbunden (Fig. 3), die an der Unterseite der Außenhülse Zio angebracht
sind und an der Gasdüse durch öffnungen 238 und 24o (Fig. 4) mit dem Kühlwasserkanal
22o für die Düse so verbunden sind, däß das Wasser durch einen Steg in dem Ringkanal
von der Zuleitung um die Düse herum in die Rückleitung geleitet wird.
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Das Rohr 4o2 ist durch eine Zwischenwand 410
in zwei in der
Längsrichtung verlaufende Kanäle q.o6 und 408 unterteilt (Fig. i i). Die Zwischenwand
41o erstreckt sich über das Rohrende hinaus bis in die waagerechte Bohrung 232 in
dem Anschlußstück 236 und ist in einen senkrechten Schlitz eines Stiftes 2,44 eingepaßt;
so daß die Bohrung 232 in zwei Kammern unterteilt wird, die zur Verbindung der Kanäle
4o6 und 408 mit den Bohrungen 228 und 23o dienen. Mittels einer Rändelmutter 246
wird ein Schild oder Bügel 8 als Wärmeschutz gegen da's Rohrende 402 gedrückt. An
der unteren Seite des Rohres 4o2 ist ein Langloch 414 ausgeschnitten, um eine Verbindung
des Kanals 4o6 mit dem Wasserzulauf herzustellen. Das Rohr 404 besteht aus drei
koaxialen Abschnitten416, 418 und 42o; der in dem Anschlußstück i6 hart verlötete
Abschnitt 4 i6 steht mit dem Ablaufrohr 147 für das Kühlwasser in Verbindung, an
das die Ablaufleitung 12, in geeigneter Weise angeschlossen ist; der mittlere und
vordere Abschnitt 418 bzw. 42o dienen zur Zu- und Ableitung des Kühlwassers für
das verschiebbare Rohr 402; der Rohrabschnitt 42o hat einen kleineren Innendurchmesser
als I.Röhrabschnitt418 und ist mit einemAußengewinde zum Aufschrauben der . Überwurfmutter
422 versehen.
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Zur Unterteilung des Rohres 404 in zwei getrennte Kühlwasserkanäle
dient ein Innenrohr 42q., das mit geringem Spiel auf einen Nippel 426 aufgeschoben
ist, der sich vorn an dem Rohrabschnitt 42o befindet. Zwischen dem Innenrohr 424
und dem mittleren Rohrabschnitt 418 wird so ein Ringraum 428 gebildet, durch den
das Kühlwasser aus der Bohrung 20 in dem Anschlußstück 16 und durch eine Öffnung
430 (Fig. 2) am hinteren Ende des Rohrabschnittes 418 in den Kanal ,4o6 des Rohres
402 strömt. Zu diesem Zweck ist das Rohr 424 in einer durch das Langloch 414 gehenden
Querschnittsebene mit einer Anzahl von Bohrungen 432 versehen, die unabhängig von
der axialen Lage des Rohres 424 und bei jeder beliebigen Lage der Gasdüse in bezug
auf den Elektrodenhalter eine Verbindung zwischen dem Ringraum 428 und dem Kanal
q.o6 in dem verschiebbaren Rohr 4o2 herstellen. Um zu erreichen, daß das Kühlwasser
bis zu der Gasdüse gelangt und nicht durch den Kanal 4o6 zurückfließt, ist das Rohr
4o2 hinten durch einen Stopfen 436 abgeschlossen, der an der Zwischenwand 410 und
am Umfang des Rohres .4.o2 angelötet ist und so den Kanal 4o6 hinten abschließt.
Zur Abdichtung in dem Rohr 424 ist noch ein Dichtungsring q.38 in einer Nut des
Stopfens 436 vorgesehen. Für den Wasserrücklauf ist der Stopfen436 bei 44o (Fig.
ii) durchbohrt, so daß der Rücklaufkanal 408 mit dem Innenraum: des Rohres 424 verbunden
ist. Die beiden Rohre 4o2 und 404 sind bei ihrer gegenseitigen Verschiebung durch
einen Dichtungsring 442 abgedichtet, der durch einen starren Packungsring444 mittels
der Überwurfmutter q.22 festgezogen wird, so daß diese Einrichtung wie eine Stopfbüchse
zur Abdichtung des Ringraumes 428 wirkt.
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Um die Gasdüse gegen den Elektrodenhalter 300, der die volle Schweißspannung
führt, elektrisch zu isolieren, werden das Rohr 424, der Dichtungsring ,442, der
Packungsring 444 und die überwurfmutter422 sämtlich aus einem nichtleitendenWerkstoff
hergestellt.
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Bei dembeschriebenen bevorzugtenAusführungsbeispiel der Erfindung
werden sowohl der Elektrodenhalter der Schweißpistole als auch die Gasdüse gekühlt,
wobei die Kühlwassermäntel dieser beiden Teile in Reihe geschaltet sind. Bei dieser
Anordnung merkt der Schweißer ein Versagen der Kühlung an einem der beiden Teile
daran, daß die Zirkulation des Kühlwassers aufhört. Es ist jedoch auch angängig,
die Kühlkanäle der beiden Teile parallel zu schalten; gegebenenfalls kann der Elektrodenhalter
im Rahmen der Erfindung auch ohne Kühleinrichtung belassen werden. Bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel
ist ferner das Kühlwasserrohr mit der in axialer Richtung verlaufenden Zwischenwand
4o2 mit der Gasdüse, das Kühlwasserrohr mit der rohrförmigen Trennfläche dagegen
mit dem Elektrodenhalter starr verbunden. Eine Umkehrung dieser Beziehungen ist
ebenfalls im Rahmen der Erfindung möglich. Schließlich ist die Erfindung in Verbindung
mit einer von Hand betätigten Schweißpistole dargestellt worden; sie kann aber auch
auf die selbsttätigen oder halbselbsttätigen Schweißvorrichtungen angewendet werden,
bei denen der mit Schutzgaszufuhr arbeitende Lichtbogenschweißapparat auf einem
Gestell od. dgl. befestigt ist, das in Richtung der herzustellenden Schweißnaht
fortbewegt wird.