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Schutzgas-Lichtbogenschweißbrenner zur Aufnahme wahlweise von abschmelzenden
oder nicht abschmelzenden Elektroden Die Erfindung bezieht sich auf einen Schutzgas-Lichtbogenschweißbrenner,
dessen hohler Kopf -der Aufnahme, Halterung und Führung wahlweise austauschbar entweder
von nicht abschmelzenden Elektroden oder von abschmelzenden Drahtelektroden dient.
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Es sind Schutzgas-Lichtbogenschweißbrenner bekannt, die sowohl für
das Verfahren mit abschmelzender Drahtelektrode als auch für das Verfahren mit sich
nicht verbrauchenden Elektroden verwendbar sind, wobei der hohle Brennerkopf wahlweise
der Aufnahme, Halterung und Führung der Elektroden dient.
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Bei diesen Schweißbrennern erfordert jedoch der Austausch der einen
Elektrodenart gegen die andere größere Eingriffe, die nur in einer Werkstatt vorgenommen
werden können, wenn die zuverlässige Halterung; Führung und Sicherung der Elektroden
gewährleistet sein soll.
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Nach der Erfindung wird ein schnelles Austauschen beider Systeme untereinander
bei relativ einfacher, aber zuverlässiger Bauart ermöglicht
durch
die Kombination des bekannten Merkmals a) und des neuen Merkmals b) a) Im Kopf sind
ein Rohr mit vorderer innerer Konusklemmfläche und eine von diesem Rohr umschlossene
axial willkürlich oder begrenzt verschiebbare Hülse mit einem vorderen, in federnde
Zungen aufgeschlitzten Spannzangen-Ende angeordnet; b) die Spannzange spannt entweder
unmittelbar die nicht abschmelzende Elektrode oder das Führungsrohr für die abschmelzende
Drahtelektrode fest.
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Das an sich bekannte Spannzangenprinzip wird dabei nach der Erfindung
in spezieller Anpassung an die gegeneinander auszutauschenden Elektroden angewendet.
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Auch diese Anpassung ist äußerst einfach; sie beruht im wesentlichen
nur darauf, daß die Klemmhülse für die Aufnahme der stärkeren Elektrode, d. h. der
sich nicht verbrauchenden, z. B. Wolframelektrode, gestaltet und bemessen ist und
für die Halterung und Führung der Drahtelektrode zusätzlich eine eigene Hülse vorgesehen
wird, die beim Austausch gegen die Wolframelektrode deren Platz voll einnimmt.
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Das Festklemmen innerhalb des Brennerkopfes wird durch die Festkeilung
des Endes der - vorschiebbaren Hülse gegen die ringförmige Konusklemmfläche des
äußeren Rohres erreicht, so daß die Elektroden stets durch allseitigen Druck festgeklemmt
werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes. Fig. i ist eine auseinandergezogene Darstellung der auswechselbaren
Teile des Schweißbrenners; Fig.2 zeigt den Schweißbrenner für mechanischen oder
Wagenantrieb; Fig.-,3 zeigt den Schweißbrenner für Handbetrieb; Fig.4 ist ein vergrößerter
Schnitt durch einen Schweißbrenner mit einer sich nicht verbrauchenden Metallelektrode;
Fig.5 ist ein ähnlicher Schnitt durch einen Schweißbrenner mit einem abschmelzenden
Elektrodendraht.
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Der mit T bezeichnete Schweißbrenner besteht aus einem hohlen, Strom
und Gas zuführenden Kopf H, der zwischen seinen Enden unter einem schrägen Winkel
mit einem Schaft S verbunden ist, der einen Handgriff G aufnehmen kann. Mit einem
Ende des Kopfes H ist ein Elektrodenhalter B lösbar verbunden sowie eine mit demselben
zusammenwirkende Spannzange C zum Festhalten einer Elektrode E. Der Kopf und der
Halter sind lösbar abgedichtet, um eine Kühlkammer W zu bilden. Eine Gasleitdüse
N ist nahe dem unteren Ende des Elektrodenhalters B befestigt, der einen ununterbrochenen
Gaskanal aus dem Inneren des Kopfes H in das Innere der Düse N bildet.
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Wie die Fig. i und 4 zeigen, weist der Kopf H ein hohles Metalleinsatzstück
io auf, das eine axiale Bohrung 12 und einen seitlichen Fortsatz 14 besitzt. Das
obere Ende der Bohrung 12 ist erweitert und bei 16 mit Gewinde versehen. In die
mit Gewinde versehene Bohrung 16 mündet ein Schutzgaseinlaßkanal17, an dessen äußeren
Ende eine Gaseinlaßverbindung 18 befestigt ist.
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Die Innenseite des hohlen Metalleinsatzstückes io ist unterhalb der
mit Gewinde versehenen Bohrung 16 mit Längsnuten i9, 2o ausgestattet. Der untere
Teil der Außenseite des hohlen Metalleinsatzstückes io ist bei 21 mit Gewinde versehen.
Unterhalb des Gewindes ist eine Ringnut 23 eingeschnitten, welche die unteren Enden
der Nuten i9, 2o verbindet, aber zwischen diesen nach unten vorstehende Fortsätze
25 übrigläßt.
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Wie die Fig. i und 4 zeigen, ist der Fortsatz 14 des hohlen Metalleinsatzstückes
io durchbohrt, wodurch mehrere unterhalb des Gaseinlaßkanals 17 liegende, gerade
Kanäle 24 gebildet werden, die in die Nuten i9, 2o münden. Am äußeren Ende des einen
Kanals 24 ist ein Flüssigkeitseinlaß 26 (Fig. i) und am äußeren Ende des anderen
Kanals 24 ein Flüssigkeitsauslaß 27 vorgesehen.
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Das Einsatzstück io und die an seinem Fortsatz befestigten Verbindungen
werden von einer Kunstharzgußmasse umschlossen, um eine isolierende Hülle 30 für
den Kopf H und den Schaft S zu bilden. Als Kunstharz wird vorzugsweise Polyamidkunstharz
verwendet, und das Einsatzstück io des Kopfes besteht aus Festigkeitsgründen vorzugsweise
aus Bronze, um nicht nur dem hohen Verformungsdruck zu widerstehen, sondern auch
hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit zu besitzen.
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Der Handgriff G (Fig. 3) ist ein Rohr aus Kunstharzisoliermasse, das
auf den Schaft S aufgeschraubt und leicht zu entfernen ist, um die Verbindung des
Schweißbrenners mit den Leitungen für Schweißstrom, Schutzgas und Kühlmittel leicht
lösbar zu gestalten. Die Gaseinlaßverbindung 18 ist mit einem biegsamen Schutzgaszuführschlauch
28 verbunden. Der Wassereinlaß 26 ist mit einem biegsamen Wassereinlaßschlauch 29
verbunden. Der Wasserauslaß 27 ist mit einem biegsamen Wasserauslaßschlauch 32 verbunden,
der ein biegsames elektrisches Kabel 33 enthält. Dieses wird bei Herstellung der
Kupplung selbsttätig mit dem metallischen Wasserauslaßrohr 27 elektrisch verbunden,
um dem metallischen Einsatzstück io im Kopf des Schweißbrenners den Schweißstrom
zuzuführen. Die Schläuche 28, 29 und 32 werden in den Handgriff G eingeführt, bevor
die Kupplungen hergestellt werden. Hierauf wird der Handgriff G über die Schläuche
nach unten gezogen und auf den Schaft S aufgeschraubt,: wobei alle Kupplungen abgedeckt
werden.
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Der Elektrodenhalter B besteht vorzugsweise aus Kupfer und weist einen
zylindrischen Hülsenteil 35 auf, der gleitend in die Bohrung 12 paßt sowie einen
Bund 36, der sich gegen das untere Ende des Einsatzstückes io anlegt. Das obere
Ende der Hülse 35 steht mit einem Ring 37 im Eingriff, der in einer Nut 38 angeordnet
ist, die unterhalb der mit Gewinde versehenen Bohrung 16 und oberhalb der oberen
Enden der Nuten i9 und 2o liegt. Durch
den Eingriff der Hülse 35
in die Innenseite des Ringes 37 wird eine lösbare Abdichtung hergestellt.
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Der untere Teil des Halters B unterhalb des Bundes 36 weist einen
inneren konischen Sitz 42 auf, der das außen konische, gespaltene Ende 44 der Spannzange
C aufnimmt, die in die Bohrung der Hülse 35 paßt. Oberhalb des Sitzes 42 und unterhalb
des Bundes 36 weist der Halter B radiale Gasauslaßöffnungen 43 auf. Die Spannzange
C besteht vorzugsweise aus Stahl und erstreckt sich über den oberen Teil der Hülse
35 hinaus, wo sie in einem verbreiterten Kopf 46 endet.
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In den oberen Teil der Bohrung 16 ist eine Elektrodenkappe 48 eingeschraubt,
die einen ringförmigen Sitz 5o aufweist, der mit dem Kopf 46 der Spannzange in Eingriff
tritt und diese nach unten drückt, um das gespaltene Ende 44 mit dem Sitz 42 in
Eingriff zu bringen und die Elektrode E zu erfassen. Die Elektrodenkappe 48 besteht
aus einem bronzenen Einsatzstück mit einem Kunstharzüberzug. Das metallische Einsatzstück
weist eine äußere Nut auf, die einen Ring.52 aufnimmt, der die Verbindung zwischen
der Kappe 48 und dem Kopf H abdichtet.
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Die untere Seite des Bundes 36 am Elektrodenhalter B legt sich gegen
einen Dichtungsring 54, der vorzugsweise aus Schichten synthetischen Kautschuks
besteht, die auf hartplastisches Kunstharz zementiert sind. Dieser Dichtungsring
liegt auf einer inneren ringförmigen Schulter 56 in einem bronzenen Wassermantel
57, der auf die Isolierhülse 58 aus Kunstharz aufgeschraubt ist. Die Hülse
58 ist auf den mit Gewinde versehenen Teil 21 des Einsatzstückes io aufgeschraubt.
Das obere Ende der Isolierhülse 58 legt sich gegen die Isolierhülle 3o des Schweißbrennerkopfes
und weist eine innere Ringnut auf, die einen Ring 59 aufnimmt, der gegen das Einsatzstück
io abdichtet. Das obere Ende des Mantels 57 weist eine innere Ringnut auf, die einen
Ring 6o aufnimmt, der gegen die Isolierhülse 58 abdichtet. Die Düse N besteht vorzugsweise
aus Kupfer und ist in das untere Ende des Wassermantels 57 eingeschraubt.
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Beim Zusammensetzen des Schweißbrenners wird der Ring 59 über den
mit Gewinde versehenen Teil 2i des Einsatzstückes io gezogen, worauf die Isolierhülse
58 folgt, die auf den Teil 2i aufgeschraubt wird, wodurch der Ring 59 zusammengepreßt
wird.
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Der Elektrodenhalter B ist in den Schweißbrennerkopf H eingesetzt,
wobei der obere Teil der Hülse 35 durch den Ring 37 hindurchgeht und eine Abdichtung
bewirkt. Der Wassermantel 57 wird auf die Isolierhülse 58 aufgeschraubt,
wodurch die Dichtung 54 durch die Schulter 56 zusammengedrückt und der obere Teil
des Bundes 36 gegen die nach unten vorstehenden Fortsätze 25 des Einsatzstückes
io gedrückt wird.
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Die Düse N ist in den Wassermantel 57 eingeschraubt, und die Spannzange
45 wird durch den oberen Teil des Schweißbrennerkopfes in die Bohrung der Elektrodenhalterhülse
35 eingeführt, wobei der konische untere Teil 44 der Spannzange mit dem inneren
Sitz 42 im Halter B in Eingriff kommt. Die Elektrodenkappe 48 wird in die Bohrung
16 des Einsatzstückes io des Kopfes eingeschraubt, und der Kappensitz
50 tritt mit dem Kopf 46 der Spannzange in Eingriff. Die Elektrode E wird
durch die Düse N, den konischen Sitz 42 des Halters B und das Ende 44 der Spannzange
eingeführt, worauf die Kappe 48 angezogen wird, damit die Spannzange die Elektrode
erfaßt und sie in dieser Stellung hält.
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Im Betriebe gelangt elektrischer Schweißstrom über das Kabel
33 durch die metallische Wasser-' auslaßverbindung27 zum metallischen Einsatzstück
io des Schweißbrennerkopfes. Die von dem Einsatzstück io nach unten vorstehenden
Fortsätze 25 stellen die elektrische Verbindung mit dem Bund 36 des Halters her,
so daß der Schweißstrom vom Einsatzstück io durch den Halter B, den Sitz 42 und
die Klauen 44 zur Elektrode E gelangt.
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Schutzgas strömt aus dem Gaseinlaßschlauch 28 über die Gaseinlaßverbindung
18 und den Kanal 17 in die mit Gewinde versehene Bohrung 16, deren oberer Teil durch
die Elektrodenkappe 48 abgeschlossen ist. Aus der Bohrung 16 strömt das Gas durch
den ringförmigen Raum zwischen der Spannzange 45 und der Halterhülse 35 nach unten
und durch die radialen Auslaßöffnungen 43 nach außen in das Innere der Düse N. Kühlmittel,
z. B. Wasser, strömt aus dem Wassereinlaßschlauch 29 durch die Wassereinlaßverbindung
26 und den Kanal 24 in den Längskanal 2o, aus dem das Wasser in die ringförmige
Wasserkammer W gelangt, die gebildet wird vom unteren Teil der Isolierhülse 58,
der Außenseite des Bundes 36, dem oberen Teil der Dichtung 54 und der Innenwand
des Mantels 57. Aus der Kammer W gelangt das Wasser durch den Kanal i9, den Kanal
24 und die Wasserauslaßverbindung 27 in den Wasserauslaßschlauch 3a. Der Bund 36
bildet die größte Kupfermasse im Elektrodenhalter, und wegen der guten Wärmeleitfähigkeit
und der sich daraus ergebenden wirksamen Kühlung wird der Bund unmittelbar vom Kühlmittel
in der Kammer W umflossen.
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Die Elektrodenkappe 48 ermöglicht eine rasche Freigabe der Spannzange
45. Eine geringe Drehung der Kappe 48 hebt den Druck der Klauen 44 der Spannzange
gegen den Sitz 4z auf und ermöglicht die Einstellung der Elektrode. Die Entfernung
der Kappe 48 ermöglicht die Entfernung und den Ersatz der Spannzange 45.
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Der Wassermantel 57 ermöglicht ein rasches Auseinandernehmen
des Kühlsystems. Die Entfernung des Mantels 57 ermöglicht die Herausnahme des Halters
B und gibt die Kammer W zur Reinigung frei. Dadurch wird auch die
durchgehende Bohrung 12 des Einsatzstückes io des Kopfes zwecks leichter Reinigung
der Kanäle i9 und 2o freigelegt. Die Kanäle 24 münden in diese Bohrung und fluchten
mit den Verbindungen 26 und 27, so daß zum Zwecke der Reinigung Drähte eingeführt
werden können.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die Elektrodenhalterhülse
35 und die Spannzange
45 so bemessen, daß sie eine Wolframelektrode
von 6,3 mm Durchmesser aufnehmen können. Die Hülse 35 kann auch der Größe nach abgestufte,
kleinere Spannzangen für Wolframelektroden.von 4. und 4,8 mm Durchmesser aufnehmen.
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Bei der auf der rechten Seite der Fig. r dargestellten Ausführungsform
hat die Elektrodenhalterhülse 39 einen kleineren Durchmesser und kann der Größe
nach abgestufte, kleinere Spannzangen 40 für Wolframelektroden von 1,6, 2,4 und
3,2 mm Durchmesser aufnehmen. Auf diese Weise können zwei Größen von Elektrodenhaltern
je drei Größen von Spannzangen für sechs Stärken von Elektroden aufnehmen.
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Bei dem bisher beschriebenen Schweißbrenner ist die sich nicht verbrauchende
Elektrode innerhalb des Schweißbrenners in eingestellter Lage starr befestigt. Der
in Fig. 5 dargestellte Schweißbrenner ist dagegen für die Lichtbogenschweißung mit
einer sich verbrauchendenMetalldrahtelektrode geeignet, die durch den Schweißbrenner
in die Schweißzone vorgeschoben wird. Zu diesem Zweck ist der Schweißbrenner an
Stelle der Elektrode E mit einem Führungsrohr oder Kontaktgeber 62 aus Kupfer versehen,
der durch die Klauen 44 der Spannzange erfaßt wird und sich von diesen in jeder
Richtung ein kurzes Stück nach innen und außen erstreckt. Innerhalb der Spannzange
ist ein Verlängerungsstück 64 des Führungsrohres eingepaßt, das mit dem oberen Teil
des Rohres 62 fluchtet. Der obere Teil des Verlängerungsstückes 64 ist mit einem
verbreiterten Kopf 65 versehen, der eine ringförmige Schulter 66 bildet, die auf
dem Kopf der Spannzange aufliegt.
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An Stelle der Kappe 48 ist eine Spannzangenmutter 68 in die mit Gewinde
versehene Bohrung 16 eingeschraubt. Die Mutter 68 ist mit einer Ringnut für die
Aufnahme des Ringes 52 versehen. Die Mutter 68 nimmt drehbar eine Kupplung 69 für
ein biegsames Drahtführungsrohr 7o auf, das mit der Bohrung im Verlängerungsstück
64 des Führungsrohres 62 ausgerichtet ist. Ein Sprengring 72 hält die Kupplung 69
in ihrer Stellung in der Längsrichtung fest, erlaubt aber die Drehung der Mutter
68 relativ zur Kupplung. Die Mutter 68 weist eine Bohrung 73 auf, die den Kopf 65
des Verlängerungsstückes 64 gleitbar und drehbar aufnimmt. Der untere Teil der Kupplung
69 liegt auf dem oberen Teil des Kopfes 65 des Verlängerungsstückes auf, der seinerseits
auf dem Kopf 46 der Spannzange ruht.
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Das Verlängerungsstück 64 des Führungsrohres ist oberhalb des Wassermantels
57 angeordnet und dadurch vor der Hitze des Lichtbogens geschützt. Das Kontaktgeberrohr
62 erstreckt sich über den Wassermantel hinaus, um den Draht dem Lichtbogen zuzuführen,
und ist vor der Hitze des Lichtbogens nicht geschützt, so daß es von Zeit zu Zeit
erneuert werden muß. Eine Drehung der Mutter 68 hebt den Druck zwischen dem Kopf
65 des Verlängerungsstückes und dem Kopf 46 der Spannzange auf; um die Klauen der
Spannzange freizugeben. Das Kontaktgeberrohr 62 wird entfernt und durch die Düse
N und den Sitz 42 durch ein neues ersetzt. Der Kopf 65 des Verlängerungsstückes
wird während der Herausnähme und Erneuerung des Kontaktgeberrohres 62 durch den
Kopf 46 der Spannzange in seiner Stellung gehalten.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform werden dieselbe Elektrodenhalterhülse
35 und Spannzange 45, die so bemessen sind, daß sie eine Wolframelektrode von 6,3
mm Durchmesser aufnehmen können, für sämtliche Elektrodendr ahtstärken verwendet.
Das Kontaktgeberrohr 62 und das Verlängerungsstück 64 sind gegen andere mit demselben
äußeren Durchmesser, aber mit einem inneren Durchmesser für Drahtstärken von o,8,
z, r, 1,6 und 4 mm auswechselbar.
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Wenn man den auf der rechten Seite der Fig. r dargestellten Schweißbrenner
mit einer Wolframelektrode von 2,4 mm Durchmesser für die Lichtbogenschweißung mit
einem Aluminiumdraht von 1,6 mm Stärke herrichten will, ist der Vorgang folgender:
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Die Elektrodenkappe 48 wird entfernt und die Spannzange 40 von 2,4
mm Durchmesser herausgenommen. Der Wassermantel 57 wird abgeschraubt und der kleinere
Elektrodenhalter mit der Hülse 39 -durch den größeren Elektrodenhalter mit der Hülse
35 ersetzt, worauf der Wassermantel 57 wieder aufgeschraubt wird.
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Die größere Spannzange 45 wird in die größere Halterhülse 35 von oben
her eingesetzt, und das Verlängerungsstück 64 wird in die größere Spannzange von
oben her eingeführt. Das Kontaktgeberröhr 62 wird durch das untere Ende der Spannzange
eingeführt, bis es gegen das untere Ende des Verlängerungsstückes 64 anstößt. Die
Spannzangenmutter 68 wird eingesetzt und nach unten geschraubt, bis die Kupplung
69 mit- dem Kopf 65 des Verlängerungsstückes in Eingriff tritt. Durch den Druck
des Kopfes 65 auf den Kopf 46 der Spannzange werden die Klauen derselben zusainmengepreßt,
so daß sie den Kontaktgeber 62 umfassen.
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Das andere Ende des biegsamen Führungsrohres 70 wird mit einer
nicht dargestellten Drahtvorschubvorrichtung verbunden. Der Draht wird aus dem Führungsrohr
70 über die Kupplung 69 und durch das Verlängerungsstück 64 in das Kontaktgeberrohr
62 eingeführt. Der Schweißstrom gelangt vom Halter über die Spannzange zum Kontaktgeberrohr
62, das den Strom dem beweglichen Elektrodendraht zuführt.
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Der beschriebene Schweißbrenner, der für Lichtbogenschweißüng entweder
mit Wolfram- oder mit Metallelektroden geeignet ist, kann für Handbetrieb, wie in
Fig.3 dargestellt, oder für mechanischen oder Wagenantrieb, wie in Fig. 2 gezeigt,
eingerichtet werden. Für den letzteren Zweck ist die Isolierhülle 30 zwischen dem
seitlichen Fortsatz 14 und dem mit Gewinde versehenen Teil 2i mit einem zylindrischen
Teil 7-5 versehen. Dieser Teil 75 kann von einer Klemmvorrichtung 76 umschlossen
werden, die relativ zum unteren Teil eines Rohres 77
versetzt angeordnet
ist. Das Rohr 77 ist mit einer Zahnstange 78 versehen, die in die übliche Brennerverstellmuffe
eines nicht dargestellten Schneidmaschinenwagens eingreifen kann. Um den Platzbedarf
zu verringern, kann der Handgriff G durch eine kürzere Hülse 79 ersetzt werden.