EP4334072A1 - KOMBINIERTE ABSAUG-SCHUTZGASDÜSE EINES LICHTBOGENSCHWEIßBRENNERS MIT ABSCHMELZENDER ELEKTRODE UND BRENNERHALS MIT EINER KOMBINIERTEN ABSAUG-SCHUTZGASDÜSE - Google Patents

KOMBINIERTE ABSAUG-SCHUTZGASDÜSE EINES LICHTBOGENSCHWEIßBRENNERS MIT ABSCHMELZENDER ELEKTRODE UND BRENNERHALS MIT EINER KOMBINIERTEN ABSAUG-SCHUTZGASDÜSE

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Publication number
EP4334072A1
EP4334072A1 EP22713668.6A EP22713668A EP4334072A1 EP 4334072 A1 EP4334072 A1 EP 4334072A1 EP 22713668 A EP22713668 A EP 22713668A EP 4334072 A1 EP4334072 A1 EP 4334072A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
suction
protective gas
torch
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22713668.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jannik MUZICA
Sascha Rose
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alexander Binzel Schweisstechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Alexander Binzel Schweisstechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alexander Binzel Schweisstechnik GmbH and Co KG filed Critical Alexander Binzel Schweisstechnik GmbH and Co KG
Publication of EP4334072A1 publication Critical patent/EP4334072A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B23K9/32—Accessories
    • B23K9/325—Devices for supplying or evacuating shielding gas

Definitions

  • the invention relates to a combined suction and protective gas nozzle of an arc welding torch with a consumable electrode according to the preamble of claim 1 and a torch neck for thermally joining at least one workpiece, in particular for arc welding, according to the preamble of claim 16.
  • Thermal arc joining processes use energy to melt the workpieces and join them.
  • MIG Metal arc melting
  • MAG Magnetic arc joining
  • TOG Thermal arc joining
  • MAG gas-shielded arc welding processes with consumable electrodes
  • MIG metal inert gas
  • MAG metal active gas
  • TSG tungsten inert gas
  • MAG welding is a gas metal arc welding (MAG) process with active gas, in which the arc burns between a continuously fed, consumable wire electrode and the material.
  • the consumable electrode supplies the filler metal to form the weld seam.
  • MAG welding can be used easily and economically with almost all weldable materials. Depending on Different protective gases are used depending on the requirements and the material.
  • the active gas supplied protects the electrode, the arc and the weld pool from the atmosphere. This ensures good welding results with high deposition rates under a wide variety of conditions.
  • a gas mixture of argon C02, argon 02 or pure argon or pure C02 is used as the protective gas.
  • different wire electrodes are used.
  • MAG welding is a robust, economical and versatile welding process that is suitable for manual, mechanical and automated processes.
  • MAG welding is suitable for welding unalloyed or low-alloy steels.
  • high-alloy steels and nickel-based alloys can also be welded using the MAG process.
  • the 02 or C02 content in the shielding gas is low.
  • different arc types and welding processes such as the standard or pulsed process are used.
  • Arc welding devices generate an arc between the workpiece and a consumable or non-consumable welding electrode to melt the weld metal.
  • the weld metal and the welding point are shielded from the atmospheric gases, mainly N2, O2, H2, of the ambient air by a flow of protective gas.
  • the torch neck usually contains a group of internal weld current-carrying components that carry the weld current from a welding power source in the arc welder to the tip of the welder Torch head to the welding electrode in order to then generate the arc from there to the workpiece.
  • the flow of shielding gas flows around the welding electrode, the arc, the weld pool and the heat-affected zone on the workpiece and is fed to these areas via the torch neck of the welding torch.
  • a gas nozzle directs the flow of shielding gas to the front end of the torch, where the flow of shielding gas exits the torch head in a roughly annular shape around the welding electrode.
  • the gas is generally routed to the gas nozzle via components made of a material with low electrical conductivity (polymers or oxide ceramics), which can also serve as insulation.
  • the arc generated for welding heats the workpiece to be welded and any weld metal that is fed in, so that these are melted.
  • the arc energy input, the high-energy thermal radiation and convection result in a significant heat input into the torch head of the welding torch.
  • Part of the heat introduced can be dissipated again by the protective gas flow conducted through the torch head or by the passive cooling in the ambient air and the heat conduction into the hose package.
  • the torch head is actively cooled with a coolant that flows through the torch head and removes the unwanted heat absorbed from the welding process.
  • a coolant for example Deionized water with added ethanol or propanol can be used for antifreeze purposes.
  • soldering can also be used to join sheet metal components. In contrast to welding, it is not the workpiece that is melted, only the filler material. The reason for this is that when soldering, two edges are connected to each other using the solder as an additional material. The melting temperatures of the solder material and the component materials are far apart, which is why only the solder melts during processing.
  • Argon 11 or Ar mixtures with admixtures of C02, O2 or H2 according to DIN ISO 14175 can usually be used for arc brazing.
  • MSG arc soldering is largely identical in terms of equipment to MSG welding with wire-shaped filler material.
  • EP 2 407 267 B1 and EP 2 407 268 B1 disclose a welding torch with a protective gas feed, a torch connection block, a torch neck adjoining the torch connection block at one end and a torch head provided at the other end of the torch neck, the torch neck having an inner tube, an outer tube and an insulating tube provided between the inner tube and the outer tube.
  • Such welding torches are used in the prior art, inter alia, for metal inert gas welding (MIG).
  • MIG metal inert gas welding
  • Such a welding torch is described in publication DE 10 2004 008 609 A1, for example.
  • the welding current is fed to the welding wire in the inner tube via the contact nozzle.
  • the outer parts of the burner are electrically isolated from the inner tube to a Prevent welding currents from flowing through the torch body.
  • the welding wire is heated and some of the heat is conducted into the welding torch.
  • the protective gas that is used in any case in the welding process can be used as effectively as possible to cool the inner pipe. Effective cooling of the inner tube can be achieved if the gas flows in shallow channels along the outside of the inner tube.
  • a casing tube is used on the inner tube in the prior art. The combination of inner tube and jacket tube is then insulated from an outer housing tube by an insulating tube.
  • the inert gas is initially supplied through the inert gas feed, which is typically designed in the form of a bore in the burner connection block. Since the protective gas can be supplied asymmetrically to the inner tube, the protective gas should be distributed as evenly as possible around the inner tube.
  • the outer ring channel be formed inside the burner connection block and around the inner tube, through which the protective gas can be distributed around the inner tube. The protective gas thus flows from the hole in the burner connection block via the outer ring channel and the radial gas channels to the space between the inner tube and the insulating tube or possibly also to the space between the insulating tube and the outer tube.
  • Torches with suction devices are provided to capture the fumes and pollutants produced during welding as close as possible to the point of origin, ie to the welding process.
  • EP 2 298 485 A1 discloses a burner with a suction housing which encloses the burner neck in a relatively short section.
  • a suction hose is connected to the suction housing and is routed parallel to the remaining section of the torch neck and to the handle with the torch hose package.
  • EP 0 835 71 1 A2 relates to a welding torch with a suction pipe which encloses the torch neck and forms a flue gas channel in the intermediate space.
  • the suction pipe merges into a suction nozzle in the front area.
  • the flue gas is extracted directly at the welding point.
  • the extraction pipe is firmly connected to the torch neck by means of a triple bridge and a union nut.
  • the suction tube opens into a suction hose that is guided outside next to the handle of the torch in the manner of a bypass.
  • An electric welding torch with a fume extraction device is known from EP 3 804 898 A1.
  • WO 2009/050 637 A1 relates to a welding torch.
  • the welding fumes are sucked into several fume extraction openings and discharged through the torch cable.
  • a welding torch with a smoke gas sensor is known from EP 2 561 944 A1.
  • AT 413 668 B relates to a gas nozzle for a welding torch, which consists of copper or a copper alloy, and a welding torch which has a gas nozzle, a nozzle assembly and a contact tube, the gas nozzle and/or the nozzle assembly and/or the contact tube made of copper or a copper alloy.
  • a disadvantage of the known device is that the handling of the burner is restricted by the suction device arranged on the burner head, since the smoke gas sucked off via the suction nozzle is routed via a separate bypass line parallel to the handle of the burner. In addition, the extracted volume flow is severely limited by the routing of the flue gas via this line running parallel to the torch neck.
  • welding can also take place without a suction nozzle, so that the harmful smoke gases and pollutants are consequently not suctioned off and can be inhaled by a user, which poses a major health risk.
  • the invention is based on the object of specifying an improved nozzle unit and an improved torch neck which have a reduced weight and size and ensure safe and simple operation.
  • the size and weight should differ as little as possible from a conventional welding torch.
  • the challenge in the construction of welding fume extraction torches is to be able to generate a sufficient extraction volume flow with a limited extraction capacity in order to achieve sufficient collection of the welding fumes and not adversely affect the flow of protective gas.
  • the invention relates to a combined suction and protective gas nozzle of an arc welding torch with a consumable electrode, such as a MIG torch, with a protective gas channel for supplying protective gas to the welding process and a suction device with at least one suction channel with a suction opening for sucking off the fumes or pollutants occurring during the welding process .
  • the protective gas channel and the at least one suction channel are offset radially and axially relative to one another such that the suction opening for the at least one suction channel lies behind the protective gas channel in the flow direction of the flue gas.
  • a suction protective gas nozzle for MIG torches that is as compact as possible is realized. Furthermore, an optimal fume extraction is implemented to protect welders and operators from welding fumes. Even in such a configuration, the harmful emissions are still extracted close enough to the point of origin, i.e. to the welding process, so that the welder and operator do not come into contact with the welding fumes.
  • the aim is in particular to achieve the induced speed of the suction flow according to EN ISO 21904-1, which describes a flow speed calculated from the volume flow at the virtual arc attachment at the end of the wire.
  • the suction openings of the suction device are arranged offset axially with respect to the nozzle longitudinal axis relative to the protective gas outlet of the nozzle.
  • the flue gas is guided via the combined suction and protective gas nozzle, but in contrast to the prior art, no changes to the burner head are required in the present case.
  • Leading the flue gas coaxially to the actual one Torch neck is easy to implement. It does not require a bypass, and most importantly, it does not require any modification of the torch neck itself.
  • This outward and less forward orientation is of particular importance for the extraction of ozone as a gaseous pollutant, which is induced by the arc radiation and only occurs at some distance from the process.
  • the invention creates a greater degree of freedom in that the suction section, i. H. the suction openings are arranged further back and directed outwards.
  • This solution is particularly suitable for limited currents of up to 300 A and correspondingly few directed arc currents to achieve very good extraction results.
  • a further advantage of the design according to the invention is that the extraction of the smoke gas and the supply of the protective gas take place one after the other in the direction of flow, i.e. protective gas flows out at the front end of the nozzle and, seen in the direction of smoke gas extraction, suction takes place behind it.
  • This largely prevents the protective gas from being heated by hot flue gases and the arrangement of the suction openings also prevents them from heating up on the hot protective gas nozzle surface, which can lead to increased temperatures in the torch, especially in the handle.
  • the invention proposes fastening the suction device to the handpiece of the burner. So while in the prior art the nozzle is fixed to the burner head the flue gas discharge arranged in the invention via the torch head and a guide on the torch neck in the handle and not via a separate bypass line. In the invention, the flue gas is guided from the nozzle on the torch head via the torch neck of the nozzle to the handle.
  • the protective gas duct and the suction duct are essentially aligned with their axes parallel to one another.
  • the flue gas therefore flows in the nozzle in the opposite direction to the shielding gas.
  • a particularly compact design of the nozzle is realized by this configuration.
  • the protective gas channel and the suction channel can preferably be arranged centrically to one another. This can be the case in particular when only a single suction channel is provided, which extends coaxially around the protective gas channel, so that the protective gas channel and the suction channel are aligned centrally to one another.
  • the suction device has a plurality of suction openings for the flue gas, preferably arranged uniformly distributed on the circumference of the burner neck.
  • the suction openings can be arranged at approximately the same distance from one another, with each suction opening being in fluid communication with the suction device via the suction channel. In this way, the flue gas is extracted evenly.
  • an even number of suction openings can be preferred in order to be able to manufacture the nozzle by molding.
  • the end of the protective gas channel on the burner side is connected via a shoulder to the at least one suction channel which is arranged offset radially and in the axial direction.
  • the protective gas channel is formed by a preferably approximately cylindrical nozzle section with an inner and outer surface, the protective gas being guided inside the nozzle section.
  • the end of the protective gas channel on the burner side in particular the outer surface of the nozzle section forming the protective gas channel, opens into the shoulder, which can preferably project outwards in relation to the nozzle section.
  • This shoulder is connected to the suction channel, with the suction openings being arranged in the region of the preferably sloping shoulder. Due to the sloping shoulder, the smoke gases and pollutants are extracted over a larger extraction area.
  • the suction opening or suction openings are not only directed in the direction of flow, but also in the direction to the side of the nozzle, so that as a result the suction area is enlarged, in particular compared to a non-slanted shoulder suction opening.
  • the extraction openings which are directed forwards and also outwards, are of particular importance for the extraction of ozone as a gaseous pollutant. Because the ozone is induced by the arc radiation only at some distance from the welding process. Overall, a greater degree of freedom is advantageously achieved in that the suction openings are arranged further to the rear and are directed outwards.
  • the end of the protective gas channel on the burner side can be connected in one piece to the suction channel via the shoulder.
  • the suction openings have an elliptical or oval-shaped cross section.
  • the suction openings extend over the sloping shoulder, it can be provided that the suction openings have an elliptical or oval-shaped cross section in relation to the surface of the shoulder. In this way, the extraction area for the smoke gases and pollutants is further increased, which is particularly relevant for gases such as ozone. Furthermore, the suction openings can be easily produced by drilling.
  • the nozzle has a threaded insert for screwing onto a torch neck. In this way, easy assembly and replacement of the nozzle on the burner is guaranteed.
  • electrical insulation in particular a spraying compound
  • the insulating compound can be processed by pressing, transfer molding and injection molding. Insulation made from phenolic molding compound filled with glass fibers and minerals is preferably used. This material offers very high mechanical stability in all directions with very good electrical insulation properties at the same time.
  • the threaded insert can be pressed into a receptacle of the nozzle; in particular, the threaded insert can be pressed into a spraying compound located in the receptacle of the nozzle for electrical insulation.
  • the assembly of the nozzle is further simplified.
  • the suction device with the suction channel and suction openings is detachably arranged on a partial element of the combined suction and protective gas nozzle , wherein the partial element has the protective gas channel with protective gas outlet openings.
  • the threaded insert for screwing onto the torch neck and/or the electrical insulation can also be provided in this partial element.
  • the partial element and the suction device are screwed together.
  • the partial element can have an external thread onto which the suction device can be screwed with a corresponding internal thread.
  • the suction protective gas nozzle at the front end in particular in the area of the protective gas outlet opening, has a receiving area for receiving, in particular for attaching or screwing on a wear cap, preferably that the receiving area has an external thread for screwing on the wear cap with a corresponding one Has internal thread.
  • This wear cap has the advantage that it can be manufactured in a geometrically very simple manner and therefore inexpensively.
  • the highest loads in relation to the arc-induced heat input and also spatter therefore act on this component and not on the more complex inert gas extraction nozzle.
  • the service life of the combined inert gas extraction nozzle can be at least one order of magnitude longer than the service life of the wear cap.
  • the geometry, preferably the length of the wear cap can be easily adjusted or a user can adjust this himself.
  • the suction device is made of aluminum, in particular an aluminum alloy, and/or the threaded insert is made of brass and/or the wear cap is made of copper.
  • the specific advantages of aluminum are its low density, good workability and good thermal conductivity.
  • the advantages of brass are its good thermal conductivity combined with high hardness, so that the thread does not wear out.
  • the advantages of copper lie in its very good thermal conductivity, which means that spatter adhesion is significantly reduced.
  • An independent idea of the invention relates to a torch neck for the thermal joining of at least one workpiece, in particular for arc welding, with a combined extraction and protective gas nozzle described above.
  • a suction pipe channel for suctioning off the smoke gas is in fluid connection with the suction device of the suction protective gas nozzle.
  • suction pipe duct is part of a handle for the burner, in particular that the handle is formed from two half-shells.
  • the invention relates to a torch with a torch neck as described above.
  • Figure 1 is a perspective view of a combined suction
  • Figure 2 is a sectional view of the nozzle according to Figure 1,
  • FIG. 3 shows a further sectional view of the nozzle according to FIG. 1,
  • Figure 4 is a perspective view of the combined suction
  • FIG. 5 shows a sectional view of the nozzle according to FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a further sectional representation of the nozzle according to FIG. 4,
  • Figure 7 is a perspective view of part of a combined suction shield gas nozzle and wear cap torch
  • FIG. 8 shows a sectional view of the burner according to FIG.
  • FIG. 1 shows a combined suction and protective gas nozzle 10 for an arc welding torch with a consumable electrode, in particular a MIG torch.
  • This suction protective gas nozzle 10 is arranged on a torch neck 13 of a welding torch 15, not shown in FIG. especially screwed. Such a torch neck 13 is shown in FIGS.
  • the protective gas channel 1 is routed approximately centrally in the suction protective gas nozzle 10 .
  • the sectional view of the torch 15 with the torch neck 13 in Figure 8 shows a protective gas inlet channel 4 for introducing the protective gas through the torch neck 13 into the combined extraction and protective gas nozzle 10. There the protective gas enters the protective gas channel 1 from the protective gas inlet openings 16 and exits through the protective gas outlet opening 2 the nozzle 10 for the welding process.
  • the suction protective gas nozzle 10 has a suction device 3 for sucking off the fumes and pollutants occurring during the welding process.
  • a suction device 3 for sucking off the fumes and pollutants occurring during the welding process.
  • several suction openings 7 for the flue gas are provided, which are arranged evenly distributed around the circumference of the burner neck 13 .
  • These suction openings 7 are in fluid connection with at least one suction channel 6, as FIGS. 1 to 8 illustrate.
  • the suction device 3 has a plurality of suction channels 6 , each with a suction opening 7 , which are distributed uniformly around the circumference of the torch neck 13 .
  • a suction tube channel 14 for sucking off the smoke gas is fluidly connected to the suction device 3 of the protective gas nozzle 10 .
  • the suction openings 7 presently have an elliptical or oval-shaped cross section and the main axis of the elliptical or oval-shaped cross-section extends approximately parallel to the longitudinal axis 5 of the nozzle 10.
  • the protective gas channel 1 is formed by a preferably approximately cylindrical nozzle section with an inner and outer surface, the protective gas being guided inside the nozzle section.
  • the burner-side or rear end 9 of the protective gas channel 1, in particular the outer surface of the nozzle section forming the protective gas channel 1, opens into the shoulder 11, which can preferably project outwards relative to the nozzle section.
  • This shoulder 11 is connected to the suction channel 6, the suction openings 7 being arranged in the region of the shoulder 11, which runs at an angle in the present case.
  • These suction channels 6 with suction openings 7, which are directed forwards and also outwards, are of particular importance for the suction of ozone as a gaseous pollutant.
  • the end 9 of the protective gas channel 1 on the burner side can be connected in one piece to the suction channels 6 via the shoulder 11 .
  • the suction channels 6 with suction openings 7 of the suction device 3 are arranged axially offset relative to the nozzle longitudinal axis 5 with respect to the protective gas outlet opening 2 of the nozzle 10 .
  • the protective gas channel 1 and the at least one suction channel 6 are offset from one another radially and in the axial direction such that the suction openings 7 for the suction channels 6 are behind the protective gas channel 1 in the flow direction of the flue gas.
  • the protective gas duct 1 and the suction ducts 6 are essentially aligned with their axes parallel to one another.
  • the suction openings 7 are set back relative to the gas outlet 2 for the protective gas in the flow direction of the flue gas and are offset radially outwards, so that these suction openings 7 are at a distance from the welding process.
  • the fumes or pollutants produced during the welding process are thus sucked into the suction channels 6 through the suction openings 7 .
  • This outward and less forward orientation is particularly important for the extraction of ozone as a gaseous pollutant that is induced by the arc radiation only at some distance from the process. Above all in aluminum applications, a high ozone concentration can arise due to the arc radiation even at low power levels.
  • the invention creates a greater degree of freedom in that the suction section, i.e. the suction openings 7, are arranged further back and directed outwards.
  • FIGS. 7 and 8 further illustrate that these smoke gases and pollutants are sucked off through a suction tube channel 14 arranged in a handle of the burner 15 .
  • FIGS. 8 A part of the welding torch 15 with a current contact nozzle 17 and a torch neck 13 with a combined suction and protective gas nozzle 10 can be seen from FIGS. It can be seen in particular from FIG. 8 that an extraction pipe channel 14 for extracting the smoke gas is fluidly connected to the extraction device 3 of the protective gas nozzle 10 .
  • the Suction pipe channel 14 is part of a handle for the burner 15, which in the present case is formed from two half-shells.
  • the nozzle 10 is arranged on the torch neck 13 for thermally joining at least one workpiece, in particular for arc welding.
  • the nozzle 10 in the present exemplary embodiment has a threaded insert 12 for screwing onto the torch neck 13 .
  • the threaded insert 12 is pressed into a pressing or spraying compound 20 located in the receptacle of the nozzle 10 for electrical insulation between the torch neck 13 and the nozzle 10, as can be seen from FIGS.
  • the insulation compound can be processed by pressing, transfer molding and injection molding. Insulation made from phenolic molding compound filled with glass fibers and minerals is preferably used.
  • the torch-side end 9 of the protective gas channel 1 is connected in one piece via the shoulder 11 to the suction channels 6, i.e. the use of the welding torch 15 is only possible in combination with the combined suction and protective gas nozzle 10 with the suction device 3.
  • the suction device 3 with the suction channels 6 and suction openings 7 is detachably arranged on a partial element of the combined suction and protective gas nozzle 10, the partial element having the protective gas channel 1 with protective gas outlet openings 2.
  • the threaded insert 12 for screwing onto the torch neck 13 and/or the electrical insulation 20 can also be provided in this partial element.
  • the partial element and the suction device 3 are screwed together.
  • Sub-element have an external thread onto which the suction device 3 can be screwed with a corresponding internal thread.
  • a receiving area for receiving a wear cap 19 is provided at the front end 8 of the nozzle 10 in the area of the protective gas outlet opening 2 .
  • This wear cap 19 can be pushed onto the nozzle 10 . According to FIGS. 4-6, however, it is also conceivable for the wear cap 19 to be screwed onto a corresponding external thread 18 of the nozzle 10 with an internal thread. The highest loads in relation to the arc-induced heat input and also spatter therefore act on the wear cap 19 and not on the more complex inert gas suction nozzle 10.
  • the service life of the combined inert gas suction nozzle 10 can be at least an order of magnitude longer than the service life of the wear cap 19 .
  • the suction device 3 essentially consists of aluminum, in particular an aluminum alloy.
  • the threaded insert 12 is preferably made of brass and the wear cap 19 may be made of copper.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Absaug-Schutzgasdüse (10) eines Lichtbogenschweißbrenners mit abschmelzender Elektrode mit einem Schutzgaskanal (1) zum Zuführen von Schutzgas zum Schweißprozess und einer Absaugeinrichtung (3) mit mindestens einem Absaugkanal (6) mit Absaugöffnung (7) zum Absaugen des während des Schweißprozesses auftretenden Rauchgases. Erfindungsgemäß sind der Schutzgaskanal (1) und der mindestens eine Absaugkanal (6) radial und in axialer Richtung derart versetzt zueinander angeordnet, dass die Absaugöffnung (7) für den mindestens einen Absaugkanal (6) in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter dem Schutzgaskanal (1) liegt.

Description

Bezeichnung: Kombinierte Absaug-Schutzgasdüse eines
Lichtbogenschweißbrenners mit abschmelzender Elektrode und Brennerhals mit einer kombinierten Absaug- Schutzgasdüse
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine kombinierte Absaug-Schutzgasdüse eines Lichtbogenschweißbrenners mit abschmelzender Elektrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Brennerhals zum thermischen Fügen wenigstens eines Werkstücks, insbesondere zum Lichtbogenschweißen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 16.
Thermische Lichtbogenfügeverfahren nutzen Energie, um die Werkstücke aufzuschmelzen und sie zu verbinden. In der Blechfertigung kommen standardmäßig „MIG“, „MAG“ sowie „WIG“-Schweißen zum Einsatz.
Bei schutzgasunterstützten Lichtbogenschweißverfahren mit abschmelzender Elektrode (MSG) steht „MIG“ für „Metall-Inertgas“, und „MAG“ für „Metall-Aktivgas“. Bei schutzgasunterstützten Lichtbogenschweißverfahren mit nicht-abschmelzender Elektrode (WSG) steht „WIG“ für „Wolfram-Inertgas“. Die erfindungsgemäßen Schweißvorrichtungen können als maschinengeführter Schweißbrenner ausgeführt sein.
MAG-Schweißen ist ein Metall-Schutzgasschweiß-Prozess (MSG) mit Aktivgas, bei dem der Lichtbogen zwischen einer kontinuierlich zugeführten, abschmelzenden Drahtelektrode und dem Werkstoff brennt. Die abschmelzende Elektrode liefert den Zusatzwerkstoff zur Bildung der Schweißnaht. MAG-Schweißen kann bei nahezu allen schweißgeeigneten Werkstoffen einfach und wirtschaftlich eingesetzt werden. Je nach Anforderung und Werkstoff werden dabei unterschiedliche Schutzgase eingesetzt.
Beim MSG-Schweißen schützt das zugeführte Aktivgas die Elektrode, den Lichtbogen und das Schmelzbad gegenüber der Atmosphäre. Dies sichert gute Schweißergebnisse mit hohen Abschmelzleistungen unter unterschiedlichsten Bedingungen. Abhängig vom Werkstoff wird als Schutzgas ein Gasgemisch aus Argon C02, Argon 02 oder reines Argon oder reines C02 eingesetzt. Je nach Anforderung werden unterschiedliche Drahtelektroden genutzt. MAG-Schweißen ist ein robuster, wirtschaftlicher und vielseitig einsetzbarer Schweißprozess, der sich sowohl für manuelle, mechanische und automatisierte Prozesse eignet.
MAG-Schweißen eignet sich zum Schweißen von un- bzw. niedriglegierten Stählen. Hochlegierte Stähle und Nickelbasislegierungen lassen sich prinzipiell auch mit dem MAG-Prozess schweißen. Der 02- oder C02-Anteil im Schutzgas ist allerdings gering. Je nach Anforderung an die Schweißnaht und an das optimale Schweißergebnis werden unterschiedliche Lichtbogenarten und Schweißprozesse wie der Standard- oder der Pulsprozess verwendet.
Lichtbogenschweißvorrichtungen erzeugen zum Aufschmelzen des Schweißgutes einen Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer abschmelzenden oder nicht abschmelzenden Schweißelektrode. Das Schweißgut sowie die Schweißstelle werden von einem Schutzgasstrom gegenüber den Atmosphärengasen, hauptsächlich N2, 02, H2, der Umgebungsluft abgeschirmt.
Der Brennerhals enthält gewöhnlich eine Gruppe von innenliegenden, schweißstromführenden Bauteilen, die den Schweißstrom von einer Schweißstromquelle in dem Lichtbogenschweißgerät zur Spitze des Brennerkopfes auf die Schweißelektrode leiten, um dann von dort aus den Lichtbogen zum Werkstück zu erzeugen.
Der Schutzgasstrom umströmt die Schweißelektrode, den Lichtbogen, das Schweißbad und die Wärmeeinflusszone am Werkstück und wird diesen Bereichen dabei über den Brennerhals des Schweißbrenners zugeführt. Eine Gasdüse leitet den Schutzgasstrom zum Vorderende des Brenners, wo der Schutzgasstrom etwa ringförmig um die Schweißelektrode aus dem Brennerkopf austritt.
Die Gasführung zur Gasdüse erfolgt im Stand der Technik in der Regel über Bauteile aus einem Werkstoff mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit (Polymere oder Oxidkeramiken), die gleichzeitig als Isolation dienen können.
Der zum Schweißen erzeugte Lichtbogen erhitzt während des Schweißvorgangs das zu schweißende Werkstück sowie gegebenenfalls zugeführtes Schweißgut, sodass diese aufgeschmolzen werden. Durch den Lichtbogenenergieeintrag, die hochenergetische Wärmestrahlung und Konvektion kommt es zu einem signifikanten Wärmeeintrag in den Brennerkopf des Schweißbrenners. Ein Teil der eingetragenen Wärme kann durch den durch den Brennerkopf geleiteten Schutzgasstrom beziehungsweise durch die passive Kühlung in der Umgebungsluft sowie die Wärmeleitung in das Schlauchpaket wieder abgeführt werden.
Ab einer gewissen Schweißstrombelastung des Brennerkopfes ist der Wärmeeintrag jedoch so groß, dass eine sogenannte aktive Kühlung des Brennerkopfes erforderlich ist, um die eingesetzten Bauteile vor thermischem Materialversagen zu schützen. Hierzu wird der Brennerkopf aktiv mit einem Kühlmittel gekühlt, welches den Brennerkopf durchströmt und dabei die aus dem Schweißprozess aufgenommene und unerwünschte Wärme abtransportiert. Als Kühlmittel kann dabei beispielsweise entionisiertes Wasser mit Zusätzen von Ethanol oder Propanol zum Zweck des Frostschutzes verwendet werden.
Neben dem Schweißen kommt auch das Löten in Betracht, um Blechbauteile zu verbinden. Anders als beim Schweißen wird dabei nicht das Werkstück, sondern nur der Zusatzwerkstoff geschmolzen. Der Grund dafür ist, dass beim Löten zwei Kanten durch das Lot als Zusatzwerkstoff miteinander verbunden werden. Die Schmelztemperaturen des Lotwerkstoffes und der Bauteilwerkstoffe liegen weit auseinander, weshalb bei der Bearbeitung nur das Lot schmilzt.
Zum Lichtbogen-Löten können üblicherweise Argon 11 oder Ar-Gemische mit Beim ischungen von C02, 02 oder H2 nach DIN ISO 14175 eingesetzt werden.
Das Prinzip des MSG-Lichtbogenlötens ist gerätetechnisch weitgehend identisch mit dem MSG-Schweißen mit drahtförmigem Zusatzwerkstoff.
Aus der EP 2 407 267 B1 und der EP 2 407 268 B1 ist ein Schweißbrenner mit einer Schutzgaszuführung, einem Brenneranschlussblock, einem an einem Ende an den Brenneranschlussblock anschließenden Brennerhals und einem am anderen Ende des Brennerhalses vorgesehenen Brennerkopf bekannt, wobei der Brennerhals ein Innenrohr, ein Außenrohr und einen zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr vorgesehenen Isolierschlauch aufweist.
Derartige Schweißbrenner werden im Stand der Technik unter anderem zum Metallinertgasschweißen (MIG) eingesetzt. Beispielsweise ist ein solcher Schweißbrenner in der Druckschrift DE 10 2004 008 609 A1 beschrieben.
Bei diesem Schweißbrenner wird der Schweißstrom über die Kontaktdüse dem im Innenrohr befindlichen Schweißdraht zugeführt. Dabei sind die äußeren Teile des Brenners elektrisch von dem Innenrohr isoliert, um ein Fließen von Schweißströmen über das Brennergehäuse zu verhindern. Im Schweißprozess erfolgt eine Erwärmung des Schweißdrahtes und die Wärme wird teilweise in den Schweißbrenner geleitet.
Gattungsgemäß kann das im Schweißprozess ohnehin verwendete Schutzgas möglichst effektiv zur Kühlung des Innenrohres eingesetzt werden. Eine effektive Kühlung des Innenrohres kann erreicht werden, wenn das Gas in flachen Kanälen an der Außenseite des Innenrohres entlang strömt. Zur Erzeugung von Gasströmungskanälen außen am Innenrohr wird im Stand der Technik ein Mantelrohr auf dem Innenrohr verwendet. Der Verbund aus Innenrohr und Mantelrohr wird dann durch einen Isolierschlauch von einem äußeren Gehäuserohr isoliert.
Die Zuführung des Schutzgases erfolgt zunächst durch die Schutzgaszuführung, die typischerweise in Form einer Bohrung im Brenneranschlussblock ausgebildet ist. Da die Zuführung des Schutzgases unsymmetrisch zum Innenrohr erfolgen kann, soll das Schutzgas möglichst gleichmäßig um das Innenrohr herum verteilt werden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise in der EP 2 407 267 B1 vorgeschlagen, dass der äußere Ringkanal innerhalb des Brenneranschlussblocks und um das Innenrohr ausgebildet ist, durch welchen sich das Schutzgas um das Innenrohr herum verteilen kann. Das Schutzgas strömt somit ausgehend von der Bohrung im Brenneranschlussblock über den äußeren Ringkanal und die radialen Gaskanäle zu dem Zwischenraum zwischen Innenrohr und Isolierschlauch bzw. gegebenenfalls auch zu dem Zwischenraum zwischen Isolierschlauch und Außenrohr.
Zur Erfassung der beim Schweißen entstehenden Rauchgase und Schadstoffe möglichst nahe am Entstehungsort, d. h. am Schweißprozess, sind Brenner mit Absaugeinrichtungen vorgesehen. Aus der EP 2 298 485 A1 ist ein Brenner mit einem Absauggehäuse bekannt, welches den Brennerhals in einem relativ kurzen Teilabschnitt umschließt. An das Absauggehäuse ist ein Absaugschlauch angeschlossen, der parallel zum restlichen Abschnitt des Brennerhalses und zum Handgriff mit dem Brennerschlauchpaket verlegt ist.
Die EP 0 835 71 1 A2 betrifft einen Schweißbrenner mit einem den Brennerhals umschließenden, im Zwischenraum einen Rauchgaskanal ausbildenden Absaugrohr. Das Absaugrohr geht im vorderen Bereich in eine Absaugdüse über. Das Rauchgas wird unmittelbar an der Schweißstelle abgesaugt. Das Absaugrohr ist mittels eines Dreifachsteges und einer Überwurfmutter mit dem Brennerhals fest verbunden. Am griffseitigen Ende mündet das Absaugrohr in einen nach Art eines Bypasses außen neben dem Handgriff des Brenners geführten Absaugschlauch.
Aus der EP 3 804 898 A1 ist ein elektrischer Schweißbrenner m it einer Rauchgasabsaugeinrichtung bekannt.
Die WO 2009/050 637 A1 betrifft einen Schweißbrenner. Der Schweißrauch wird in mehrere Rauchabzugsöffnungen gesaugt und durch das Brennerkabel abgeführt.
Aus der EP 2 561 944 A1 geht ein Schweißbrenner mit einem Rauchgassensor.
Die AT 413 668 B betrifft eine Gasdüse für einen Schweißbrenner, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, sowie einen Schweißbrenner, der eine Gasdüse, einen Düsenstock und ein Kontaktrohr aufweist, wobei die Gasdüse und bzw. oder der Düsenstock und bzw. oder das Kontaktrohr aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht. Nachteilig bei den bekannten Vorrichtung ist, dass die Handhabung des Brenners durch die am Brennerkopf angeordnete Absaugeinrichtung eingeschränkt ist, da das über die Absaugdüse abgesaugte Rauchgas über eine separate Bypassleitung parallel zum Handgriff des Brenners geführt wird. Zudem ist durch die Führung des Rauchgases über diese parallel zum Brennerhals verlaufende Leitung der abgesaugte Volumenstrom stark begrenzt.
Darüber hinaus ist es nachteilig, dass bei den bekannten Vorrichtungen auch ohne Absaugdüse geschweißt werden kann, so dass die schädlichen Rauchgase und Schadstoffe folglich nicht abgesaugt werden und von einem Benutzer eingeatmet werden können, was ein großes Gesundheitsrisiko darstellt.
Ausgehend von den zuvor beschriebenen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Düseneinheit und einen verbesserten Brennerhals anzugeben, welche eine gewichts- und größenreduzierte Bauform aufweisen und eine sichere und einfache Bedienung gewährleisten. Dabei sollen sich Baugröße und Gewicht möglichst wenig von einem konventionellen Schweißbrenner unterscheiden.
Ferner besteht die Herausforderung bei der Konstruktion von Schweißrauchabsaugbrennern darin, einen ausreichenden Absaugvolumenstrom mit einer begrenzten Absaugleistung erzeugen zu können, um eine ausreichende Erfassung der Schweißrauche zu erreichen und dabei die Schutzgasströmung nicht nachteilig zu beeinflussen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer kombinierten Absaug-Schutzgasdüse nach Anspruch 1 und m it einem Brennerhals eines Schweißbrenners zum thermischen Fügen wenigstens eines Werkstücks nach Anspruch 16. Darstellung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine kombinierte Absaug-Schutzgasdüse eines Lichtbogenschweißbrenners mit abschmelzender Elektrode, wie etwa einen MIG-Brenner, mit einem Schutzgaskanal zum Zuführen von Schutzgas zum Schweißprozess und einer Absaugeinrichtung mit mindestens einem Absaugkanal mit Absaugöffnung zum Absaugen des während des Schweißprozesses auftretenden Rauchgases oder der Schadstoffe.
Erfindungsgemäß sind der Schutzgaskanal und der mindestens eine Absaugkanal radial und in axialer Richtung derart versetzt zueinander angeordnet, dass die Absaugöffnung für den mindestens einen Absaugkanal in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter dem Schutzgaskanal liegt.
Auf diese Weise ist eine möglichst kompakt ausgebildete Absaug- Schutzgasdüse für MIG-Brenner realisiert. Ferner ist eine optimale Rauchabsaugung umgesetzt, um Schweißer und Bediener vor Schweißrauchen zu schützen. Denn die schädlichen Emissionen werden auch in einer solchen Konfiguration noch immer nah genug am Entstehungsort, d.h. am Schweißprozess, abgesaugt, sodass Schweißer und Bediener nicht in Kontakt mit dem Schweißrauch kommen. Ziel ist es dabei insbesondere die induzierte Geschwindigkeit der Absaugströmung nach EN ISO 21904-1 , die eine aus dem Volumenstrom berechnete Strömungsgeschwindigkeit am virtuellen Lichtbogenansatz am Drahtende beschreibt, zu erreichen.
Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, dass die Absaugöffnungen der Absaugeinrichtung bezüglich der Düsenlängsachse axial versetzt zum Schutzgasauslass der Düse angeordnet sind. Die Rauchgasführung erfolgt also über die kombinierte Absaug-Schutzgasdüse, wobei es jedoch vorliegend im Gegensatz zum Stand der Technik keiner Veränderung am Brennerkopf bedarf. Das Führen des Rauchgases koaxial zum eigentlichen Brennerhals ist einfach zu realisieren. Es bedarf keines Bypasses, und vor allem erfordert es keine Veränderung des Brennerhals selbst.
Diese nach außen und weniger nach vorn gerichtete Ausrichtung ist insbesondere von Bedeutung für die Absaugung von Ozon als gasförmigem Schadstoff, das durch die Lichtbogenstrahlung induziert erst in einiger Entfernung zum Prozess entsteht. Hier schafft die Erfindung einen größeren Freiheitsgrad, indem der Absaugabschnitt, d. h. die Absaugöffnungen weiter hinten und nach außen gerichtet angeordnet sind. Diese Lösung ist dabei vor allem für begrenzten Stromstärken bis 300 A und entsprechend wenig gerichteten Lichtbogenströmen geeignet, sehr gute Absaugergebnisse zu erreichen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung ist, dass die Absaugung des Rauchgases und die Zuführung des Schutzgases in Strömungsrichtung hintereinander erfolgen, d.h. am vorderen Ende der Düse strömt Schutzgas aus und in Rauchgasabsaugrichtung gesehen dahinter wird erst abgesaugt. Hierdurch wird ein Erhitzen des Schutzgases durch heiße Rauchgase weitestgehend verm ieden und durch die Anordnung der Absaugöffnungen wird auch vermieden, dass sich diese an der heißen Schutzgasdüsenoberfläche zusätzlich erwärmen, was zu erhöhten Temperaturen im Brenner, insbesondere im Handgriff führen kann.
Wie erwähnt, ist es beim Stand der Technik nachteilig, dass das über eine Düse am Brennerkopf abgesaugte Rauchgas über einen Schlauch in Art eines Bypasses in das Griffstück geführt und von dort über das Schlauchpaket abgeleitet wird. Denn dadurch ist die Handhabung des Brenners stark eingeschränkt.
Demgegenüber schlägt die Erfindung vor, die Befestigung der Absaugeinrichtung am Handstück des Brenners vorzunehmen. Während also beim Stand der Technik die Fixierung der Düse am Brennerkopf erfolgt, ist die Rauchgasabführung bei der Erfindung über den Brennerkopf und eine Führung am Brennerhals in das Griffstück angeordnet und nicht über eine separate Bypass Leitung. Bei der Erfindung wird das Rauchgas von der Düse am Brennerkopf über den Brennerhals der Düse zum Griffstück geführt.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Schutzgaskanal und der Absaugkanal im Wesentlichen achsparallel zueinander ausgerichtet. Das Rauchgas strömt demnach in der Düse in entgegengesetzter Richtung zum Schutzgas. Durch diese Ausgestaltung ist eine besonders kompakte Bauform der Düse realisiert. Vorzugsweise können Schutzgaskanal und Absaugkanal zentrisch zueinander angeordnet sein. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn lediglich nur ein einziger Absaugkanal vorgesehen ist, welcher sich koaxial um den Schutzgaskanal erstreckt, so dass Schutzgaskanal und Absaugkanal zentrisch zueinander ausgerichtet sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die die Absaugeinrichtung mehrere umfangseitig des Brennerhals, vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnete Absaugöffnungen für das Rauchgas aufweist. Die Absaugöffnungen können etwa im gleichen Abstand zueinander angeordnet sein, wobei jede Absaugöffnung über den Absaugkanal mit der Absaugeinrichtung in einer Fluidverbindung steht. Auf diese Weise wird das Rauchgas gleichmäßig abgesaugt. Vorzugsweise kann eine gerade Anzahl an Absaugöffnungen vorzugsweise sein, um die Düse formtechnisch hersteilen zu können.
Gemäß einer weiteren Variante ist das brennerseitige Ende des Schutzgaskanals über eine Schulter mit dem mindestens einen radial und in axialer Richtung versetzt angeordneten Absaugkanal verbunden. Der Schutzgaskanal wird durch einen vorzugsweise etwa zylindrisch ausgebildeten Düsenabschnitt mit einer inneren und äußeren Oberfläche gebildet, wobei das Schutzgas im Inneren des Düsenabschnitts geführt wird. Das brennerseitige Ende des Schutzgaskanals, insbesondere die äußere Oberfläche des den Schutzgaskanal bildenden Düsenabschnitts, mündet in die Schulter, welche vorzugsweise gegenüber dem Düsenabschnitt nach außen vorstehen kann. Diese Schulter ist mit dem Absaugkanal verbunden, wobei die Absaugöffnungen im Bereich der, vorzugsweise schräg verlaufenden Schulter angeordnet sind. Aufgrund der schräg verlaufenden Schulter wird erreicht, dass die Rauchgase und Schadstoffe über einen größeren Absaugbereich abgesaugt werden. Denn aufgrund der Schrägstellung ist die Absaugöffnung bzw. sind die Absaugöffnungen nicht nur in Strömungsrichtung gerichtet, sondern auch in Richtung seitlich zur Düse, so dass im Ergebnis der Absaugbereich, insbesondere gegenüber einer nicht schräg gestellten Schulter Absaugöffnung vergrößert ist.
Darüber hinaus sind die nach vorne und zusätzlich nach außen gerichteten Absaugöffnungen insbesondere für die Absaugung von Ozon als gasförm igem Schadstoff von Bedeutung. Denn das Ozon entsteht durch die Lichtbogenstrahlung induziert erst in einiger Entfernung zum Schweißprozess. Insgesamt wird in vorteilhafter Weise ein größerer Freiheitsgrad erreicht, indem die Absaugöffnungen weiter hinten und nach außen gerichtet angeordnet sind.
Insbesondere kann das brennerseitige Ende des Schutzgaskanals einstückig über die Schulter mit dem Absaugkanal verbunden sein. Auf diese Weise ist der Einsatz des Schweißbrenners mit erfindungsgemäßer Düse nur im montierten Zustand der Düse mit Absaugbereich möglich. Aufgrund dieses Sicherheitsmerkmals ist der Benutzer optimal vor Rauchgasen und Schadstoffen geschützt. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Absaugöffnungen einen elliptischen oder ovalförmigen Querschnitt aufweisen.
Insbesondere kann es für den Fall, dass sich die Absaugöffnungen über die schräg verlaufende Schulter erstrecken, vorgesehen sein, dass die Absaugöffnungen einen elliptischen oder ovalförm igen Querschnitt in Bezug auf die Oberfläche der Schulter aufweisen. Auf diese Weise wird der Absaugbereich für die Rauchgase und Schadstoffe weiter vergrößert, was insbesondere auch für Gase wie Ozon relevant ist. Ferner können die Absaugöffnungen durch Bohren herstellungstechnisch einfach erzeugt werden.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Düse einen Gewindeeinsatz zum Aufschrauben auf einen Brennerhals aufweist. Auf diese Weise ist eine einfache Montage und Austauschbarkeit der Düse am Brenner gewährleistet.
Besonders vorteilhaft ist, dass erfindungsgemäß zwischen dem Gewindeeinsatz und der Absaugeinrichtung eine elektrische Isolation, insbesondere eine Spritzmasse vorgesehen ist. H ierbe i kann die Isolationsmasse sowohl durch Pressen, Spritzpressen als auch Spritzgießen verarbeitet werden. Vorzugsweise wird eine Isolation aus mit Glasfasern und Mineralien gefüllter Phenolformmasse eingesetzt. Dieses Material bietet sehr hohe mechanische Stabilität in alle Richtungen bei gleichzeitig sehr guter elektrischer Isolierfähigkeit.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Gewindeeinsatz in eine Aufnahme der Düse einpressbar, insbesondere ist der Gewindeeinsatz in eine in der Aufnahme der Düse befindliche Spritzmasse zur elektrischen Isolation einpressbar. Die ist deshalb besonders vorteilhaft, da die Montage der Düse weiter vereinfacht wird. In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung kann es alternativ zur Ausgestaltung, wonach das brennerseitige Ende des Schutzgaskanals einstückig über die Schulter mit dem Absaugkanal verbunden ist, vorgesehen sein, dass die Absaugeinrichtung mit Absaugkanal und Absaugöffnungen lösbar an einem Teilelement der kombinierten Absaug- Schutzgasdüse angeordnet ist, wobei das Teilelement den Schutzgaskanal mit Schutzgasauslassöffnungen aufweist. In diesem Teilelement können auch der Gewindeeinsatz zum Aufschrauben auf den Brennerhals und/oder die elektrische Isolation vorgesehen sein. Insbesondere ist es denkbar, dass das Teilelement und die Absaugeinrichtung miteinander verschraubt sind. Hierzu kann das Teilelement ein Außengewinde aufweisen, auf welches die Absaugeinrichtung mit einem korrespondierenden Innengewinde aufschraubbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Absaug-Schutzgasdüse am vorderen Ende, insbesondere im Bereich der Schutzgasauslassöffnung einen Aufnahmebereich zur Aufnahme, insbesondere zum Aufstecken oder Aufschrauben einer Verschleißkappe aufweist, vorzugsweise dass der Aufnahmebereich ein Außengewinde zum Aufschrauben der Verschleißkappe mit einem korrespondierenden Innengewinde aufweist.
Diese Verschleißkappe hat den Vorteil, dass sie geometrisch sehr einfach und damit preisgünstig hergestellt werden kann. Die höchsten Belastungen in Bezug auf den lichtbogeninduzierten Wärmeeintrag und auch Spritzer wirken damit auf dieses Bauteil und nicht auf die komplexere Schutzgas- Absaugdüse ein. Die Lebensdauer der kombinierten Schutzgas-Absaugdüse kann dabei mindestens eine Größenordnung über der Lebensdauer der Verschleißkappe liegen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Geometrie, vorzugsweise die Länge der Verschleißkappe einfach angepasst werden kann bzw. dies ein Anwender selbst anpassen kann. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen die Absaugeinrichtung aus Aluminium, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, und/oder der Gewindeeinsatz aus Messing und/oder die Verschleißkappe aus Kupfer. Die spezifischen Vorteile von Aluminium liegen in der geringen Dichte, der guten Bearbeitbarkeit und bei guter Wärmeleitfähigkeit. Die Vorteile von Messing liegen in der guten Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Härte, sodass das Gewinde nicht verschleißt. Die Vorteile von Kupfer liegen in der sehr guten Wärmeleitfähigkeit sodass die Spritzeranhaftung deutlich reduziert wird.
Ein eigenständiger Gedanke der Erfindung betrifft einen Brennerhals zum thermischen Fügen wenigstens eines Werkstücks, insbesondere zum Lichtbogenschweißen, mit einer zuvor beschriebenen kombinierten Absaug- Schutzgasdüse.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung steht ein Absaugrohrkanal zum Absaugen des Rauchgases mit der Absaugeinrichtung der Absaug-Schutzgasdüse in Fluidverbindung.
Es ist denkbar, dass der Absaugrohrkanal Teil eines Handgriffes für den Brenner ist, insbesondere, dass der Handgriff aus zwei Halbschalen gebildet ist.
Ferner betrifft die Erfindung einen Brenner mit einem zuvor beschriebenen Brennerhals.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Dabei zeigen zum Teil schematisch:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer kombinierten Absaug-
Schutzgasdüse,
Figur 2 eine Schnittdarstellung der Düse gemäß Figur 1 ,
Figur 3 eine weitere Schnittdarstellung der Düse gemäß Figur 1 ,
Figur 4 eine perspektivische Darstellung der kombinierten Absaug-
Schutzgasdüse gemäß Figur 1 mit einer Verschleißkappe,
Figur 5 eine Schnittdarstellung der Düse gemäß Figur 4,
Figur 6 eine weitere Schnittdarstellung der Düse gemäß Figur 4,
Figur 7 eine perspektivische Darstellung des Teils eines Brenners mit kombinierter Absaug-Schutzgasdüse und Verschleißkappe und
Figur 8 eine Schnittdarstellung des Brenners gemäß Figur 7.
Gleiche oder gleichwirkende Bauteile werden in den nachfolgend dargestellten Figuren der Zeichnung anhand einer Ausführungsform mit Bezugszeichen versehen, um die Lesbarkeit zu verbessern.
Aus Figur 1 geht eine kombinierte Absaug-Schutzgasdüse 10 für einen Lichtbogenschweißbrenner mit abschmelzender Elektrode, insbesondere MIG-Brenner, hervor.
Diese Absaug-Schutzgasdüse 10 wird an einem in Figur 1 nicht dargestellten Brennerhals 13 eines Schweißbrenners 15 angeordnet, insbesondere aufgeschraubt. Ein solcher Brennerhals 13 ist in den Figuren 7 und 8 dargestellt.
Wie insbesondere aus den Schnittdarstellungen gemäß Figuren 2 und 3 hervorgeht, welche die Ausführungsform gemäß Figur 1 zeigen, weist die Absaug-Schutzgasdüse 10 einen Schutzgaskanal 1 mit Schutzgasauslassöffnung 2 zum Zuführen von Schutzgas zum Schweißprozess auf. Der Schutzgaskanal 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform etwa zentral in der Absaug-Schutzgasdüse 10 geführt.
Die Schnittdarstellung des Brenners 15 mit Brennerhals 13 in Figur 8 zeigt einen Schutzgaseinlasskanal 4 zum Einleiten des Schutzgases durch den Brennerhals 13 in die kombinierte Absaug-Schutzgasdüse 10. Dort tritt das Schutzgas aus den Schutzgaseinlassöffnungen 16 in den Schutzgaskanal 1 ein und durch die Schutzgasauslassöffnung 2 aus der Düse 10 zum Schweißprozess aus.
Ferner weist die Absaug-Schutzgasdüse 10 eine Absaugeinrichtung 3 zum Absaugen des während des Schweißprozesses auftretenden Rauchgases und der Schadstoffe auf. Vorliegend sind mehrere umfangseitig des Brennerhalses 13 gleichmäßig verteilt angeordnete Absaugöffnungen 7 für das Rauchgas vorgesehen. Diese Absaugöffnungen 7 stehen mit wenigstens einem Absaugkanal 6 in Fluidverbindung, wie die Figuren 1 bis 8 verdeutlichen. Die Absaugeinrichtung 3 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Absaugkanäle 6 mit jeweils einer Absaugöffnung 7 auf, welche umfangseitig des Brennerhals 13 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Ein Absaugrohrkanal 14 zum Absaugen des Rauchgases steht mit der Absaugeinrichtung 3 der Schutzgasdüse 10 in Fluidverbindung.
Die Absaugöffnungen 7 weisen vorliegend einen elliptischen oder ovalförmigen Querschnitt auf und die Flauptachse des elliptischen oder ovalförmigen Querschnitts erstreckt sich in etwa parallel zur Längsachse 5 der Düse 10.
Aus den Figuren 1 bis 6 geht hervor, dass der Schutzgaskanal 1 durch einen vorzugsweise etwa zylindrisch ausgebildeten Düsenabschnitt mit einer inneren und äußeren Oberfläche gebildet wird, wobei das Schutzgas im Inneren des Düsenabschnitts geführt wird. Das brennerseitige bzw. hintere Ende 9 des Schutzgaskanals 1 , insbesondere die äußere Oberfläche des den Schutzgaskanal 1 bildenden Düsenabschnitts, mündet in die Schulter 1 1 , welche vorzugsweise gegenüber dem Düsenabschnitt nach außen vorstehen kann.
Diese Schulter 1 1 ist mit dem Absaugkanal 6 verbunden, wobei die Absaugöffnungen 7 im Bereich der vorliegend schräg verlaufenden Schulter 1 1 angeordnet sind. Diese nach vorne und zusätzlich nach außen gerichteten Absaugkanäle 6 mit Absaugöffnungen 7 sind insbesondere für die Absaugung von Ozon als gasförm igem Schadstoff von Bedeutung.
Insbesondere kann das brennerseitige Ende 9 des Schutzgaskanals 1 einstückig über die Schulter 1 1 mit den Absaugkanälen 6 verbunden sein.
Wie aus den Figuren 2 und 3 weiter hervorgeht, sind die Absaugkanäle 6 mit Absaugöffnungen 7 der Absaugeinrichtung 3 bezüglich der Düsenlängsachse 5 axial versetzt zur Schutzgasauslassöffnung 2 der Düse 10 angeordnet. Darüber hinaus sind der Schutzgaskanal 1 und der mindestens eine Absaugkanal 6 radial und in axialer Richtung derart versetzt zueinander angeordnet, dass die Absaugöffnungen 7 für die Absaugkanäle 6 in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter dem Schutzgaskanal 1 liegen. Der Schutzgaskanal 1 und die Absaugkanäle 6 sind im Wesentlichen achsparallel zueinander ausgerichtet. Mit anderen Worten sind die Absaugöffnungen 7 gegenüber dem Gasauslass 2 für das Schutzgas in Strömungsrichtung des Rauchgases zurückversetzt und radial nach außen versetzt, so dass diese Absaugöffnungen 7 beabstandet zum Schweißprozess sind.
Das im Schweißprozess entstehende Rauchgas oder Schadstoffe werden also durch die Absaugöffnungen 7 in die Absaugkanäle 6 eingesaugt.
Diese nach außen und weniger nach vorn gerichtete Ausrichtung ist insbesondere für die Absaugung von Ozon als gasförmigem Schadstoff von Bedeutung, das durch die Lichtbogenstrahlung induziert erst in einiger Entfernung zum Prozess entsteht. Vor allem bei Aluminiumanwendungen kann auch bei geringen Leistungen eine hohe Ozonkonzentration durch die Lichtbogenstrahlung entstehen, Hier schafft die Erfindung einen größeren Freiheitsgrad, indem der Absaugabschnitt, d.h. die Absaugöffnungen 7 weiter hinten und nach außen gerichtet angeordnet sind.
Die Absaugung des Rauchgases und die Zuführung des Schutzgases erfolgen also in Strömungsrichtung hintereinander, d. h. am vorderen Ende der Düse strömt Schutzgas aus und in Rauchgasabsaugrichtung gesehen dahinter wird erst abgesaugt. Hierdurch wird ein Erhitzen des Schutzgases durch heiße Rauchgase weitestgehend vermieden.
Die Figuren 7 und 8 verdeutlichen weiter, dass diese Rauchgase und Schadstoffe durch einen in einem Handgriff des Brenners 15 angeordneten Absaugrohrkanal 14 abgesaugt werden.
Aus den Figuren 7 und 8 geht ein Teil des Schweißbrenners 15 mit Stromkontaktdüse 17 und einem Brennerhals 13 mit einer kombinierten Absaug-Schutzgasdüse 10 hervor. Insbesondere aus Figur 8 ist ersichtlich, dass ein Absaugrohrkanal 14 zum Absaugen des Rauchgases mit der Absaugeinrichtung 3 der Schutzgasdüse 10 in Fluidverbindung steht. Der Absaugrohrkanal 14 ist Teil eines Handgriffes für den Brenner 15, welcher vorliegend aus zwei Halbschalen gebildet ist.
Wie aus den Figuren 7 und 8 weiter hervorgeht, ist die Düse 10 an dem Brennerhals 13 zum thermischen Fügen wenigstens eines Werkstücks, insbesondere zum Lichtbogenschweißen angeordnet. Hierzu weist die Düse 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Gewindeeinsatz 12 zum Aufschrauben auf den Brennerhals 13 auf.
Vorliegend ist der Gewindeeinsatz 12 in eine in der Aufnahme der Düse 10 befindliche Press- oder Spritzmasse 20 zur elektrischen Isolation zwischen Brennerhals 13 und Düse 10 eingepresst, wie aus den Figuren 7 und 8 hervorgeht. Hierbei kann die Isolationsmasse sowohl durch Pressen, Spritzpressen als auch Spritzgießen verarbeitet werden. Vorzugsweise wird eine Isolation aus mit Glasfasern und Mineralien gefüllter Phenolformmasse eingesetzt.
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das brennerseitige Ende 9 des Schutzgaskanals 1 einstückig über die Schulter 1 1 mit den Absaugkanälen 6 verbunden, d.h. eine Verwendung des Schweißbrenners 15 ist nur in Kombination der kombinierten Absaug-Schutzgasdüse 10 mit Absaugeinrichtung 3 möglich.
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann es alternativ zu dieser Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Absaugeinrichtung 3 mit den Absaugkanälen 6 und Absaugöffnungen 7 lösbar an einem Teilelement der kombinierten Absaug-Schutzgasdüse 10 angeordnet ist, wobei das Teilelement den Schutzgaskanal 1 mit Schutzgasauslassöffnungen 2 aufweist. In diesem Teilelement können auch der Gewindeeinsatz 12 zum Aufschrauben auf den Brennerhals 13 und/oder die elektrische Isolation 20 vorgesehen sein. Insbesondere ist es denkbar, dass das Teilelement und die Absaugeinrichtung 3 miteinander verschraubt sind. Hierzu kann das Teilelement ein Außengewinde aufweisen, auf welches die Absaugeinrichtung 3 mit einem korrespondierenden Innengewinde aufschraubbar ist. Wie insbesondere aus den Figuren 4, 5 und 6 hervorgeht, ist am vorderen Ende 8 der Düse 10 im Bereich der Schutzgasauslassöffnung 2 ein Aufnahmebereich zur Aufnahme einer Verschleißkappe 19 vorgesehen.
Diese Verschleißkappe 19 kann auf die Düse 10 aufgesteckt werden. Gemäß der Figuren 4-6 ist es aber auch denkbar, dass die Verschleißkappe 19 mit einem Innengewinde auf ein korrespondierendes Außengewinde 18 der Düse 10 aufgeschraubt wird. Die höchsten Belastungen in Bezug auf den lichtbogeninduzierten Wärmeeintrag und auch Spritzer wirken damit auf die Verschleißkappe 19 und nicht auf die komplexere Schutzgas-Absaugdüse 10 ein. Die Lebensdauer der kombinierten Schutzgas-Absaugdüse 10 kann dabei mindestens eine Größenordnung über der Lebensdauer der Verschleißkappe 19 liegen.
Die Absaugeinrichtung 3 besteht im Wesentlichen aus Aluminium, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung. Der Gewindeeinsatz 12 ist vorzugsweise aus Messing hergestellt und die Verschleißkappe 19 kann aus Kupfer bestehen.
Bezugszeichenliste
1 Schutzgaskanal
2 Schutzgasauslassöffnung
3 Absaugeinrichtung
4 Schutzgaseinlasskanal
5 Längsachse Düse
6 Absaugkanal
7 Absaugöffnungen
8 vorderes Ende Schutzgaskanal
9 hinteres bzw. brennerseitiges Ende Schutzgaskanal
10 kombinierte Absaug-Schutzgasdüse
1 1 Schulter
12 Gewindeeinsatz
13 Brennerhals
14 Absaugrohrkanal
15 Brenner
16 Schutzgaseinlassöffnung
17 Stromkontaktdüse
18 Außengewinde Düse - Verschleißkappe
19 Verschleißkappe
20 elektrische Isolation / Pressmasse

Claims

Patentansprüche
1 . Kombinierte Absaug-Schutzgasdüse (10) eines Lichtbogenschweißbrenners mit abschmelzender Elektrode mit einem Schutzgaskanal (1 ) zum Zuführen von Schutzgas zum Schweißprozess und einer Absaugeinrichtung (3) mit mindestens einem Absaugkanal (6) mit Absaugöffnung (7) zum Absaugen des während des Schweißprozesses auftretenden Rauchgases, wobei der Schutzgaskanal (1 ) und der mindestens eine Absaugkanal (6) radial und in axialer Richtung derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass die Absaugöffnung (7) für den mindestens einen Absaugkanal (6) in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter dem Schutzgaskanal (1 ) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) einen Gewindeaufsatz (12) zum Aufschrauben auf einen Brennerhals (13) eines Schweißbrenners (15) aufweist und zwischen dem
Gewindeeinsatz (12) und der Absaugeinrichtung (3) eine elektrische Isolation (20) vorgesehen ist.
2. Düse (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzgaskanal (1 ) und der Absaugkanal (6) im Wesentlichen achsparallel zueinander ausgerichtet sind.
3. Düse (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (3) mehrere umfangseitig des Brennerhalses (13), vorzugsweise gleichmäßig über den Brennerhals (13) verteilt angeordnete Absaugöffnungen (7) für das Rauchgas aufweist.
4 Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das brennerseitige Ende (9) des Schutzgaskanals (1 ) über eine Schulter (1 1 ) m it dem mindestens einen radial und in axialer Richtung versetzt angeordneten Absaugkanal (6) verbunden ist.
5 Düse (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugöffnungen (7) im Bereich der Schulter (1 1 ) angeordnet sind.
6 Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das brennerseitige Ende (9) des Schutzgaskanals (1 ) einstückig über die Schulter (1 1 ) mit dem mindestens einen Absaugkanal (6) verbunden ist.
7 Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugöffnungen (7) einen elliptischen oder ovalförmigen Querschnitt aufweisen.
8 Düse (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gewindeeinsatz (12) und der Absaugeinrichtung (3) eine Press oder Spritzmasse vorgesehen ist.
9. Düse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (12) in eine Aufnahme der Düse (10) einpressbar ist.
10. Düse (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (12) in eine in der Aufnahme der Düse (10) befindliche Press- oder Spritzmasse (20) zur elektrischen Isolation einpressbar ist.
1 1 . Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (3) lösbar an einem Teilelement der Düse (10) angeordnet ist, wobei das Teilelement den Schutzgaskanal (1 ) aufweist.
12. Düse (10) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Teilelement und die Absaugeinrichtung (3) miteinander verschraubbar sind.
13. Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie am vorderen Ende (8) im Bereich der Schutzgasauslassöffnung (2) einen Aufnahmebereich zum Aufstecken oder Aufschrauben einer Verschleißkappe (19) aufweist.
14. Düse (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich ein Außengewinde (18) zum Aufschrauben der Verschleißkappe (19) mit einem korrespondierenden Innengewinde aufweist.
15. Düse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (3) aus Aluminium oder aus einer Alum iniumlegierung und/oder der Gewindeeinsatz (12) aus Messing und/oder die Verschleißkappe (19) aus Kupfer bestehen.
16. Brennerhals (13) eines Schweißbrenners zum thermischen Fügen wenigstens eines Werkstücks mit einer kombinierten Absaug- Schutzgasdüse (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.
17. Brennerhals (13) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absaugrohrkanal (14) zum Absaugen des Rauchgases mit der Absaugeinrichtung (3) der Schutzgasdüse (10) in Fluidverbindung steht.
18. Brenner (15) m it einem Brennerhals (13) nach Anspruch 16 oder 17.
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