JP2014508041A - 可動電極を有する溶接ヘッドおよび関連する溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的に直接接触した場合でも電極のワークピース自体への融着が発生しないようにし、さらに溶接材料の滴が電極に付着するのを阻止する。
【解決手段】電気的アースとして作用する金属製ワークピース（８）を、溶接電流が流れる耐熱性の電極（２）によりとりわけ手動溶接するための溶接ヘッド（１）であって、前記電極（２）から発して前記ワークピース（８）に至り、電圧源により給電される光アーク（３）によって溶接過程が行われ、場合により必要になる溶接材料（７）が供給され、前記電極（２）は前記溶接ヘッド（１）内に可動に支承されており、該溶接ヘッドは、運転開始後に電極を運動させる回転装置（２０）を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、請求項１の上位概念による溶接ヘッド、および請求項１８と１９の上位概念による方法に関する。

いわゆるＷＩＧ溶接装置でのこの種の溶接ヘッドの使用は、例えば「Wolfram-Intergasschweissen（タングステン不活性ガス溶接）」２００６年、ＤＶＳ出版（Deutscher Verband fuer Schweissen und verwandte Verfahren e.V.）、第１版から公知である。この種の溶接装置による溶接の際には、電圧源と接続された電極から発する光アークが形成され、この光アークは電気的アースとして作用する溶接すべきワークピースに終端する。この種の溶接過程では、必要に応じて外部から添加材料を供給することができ、またはいわゆる溶融浴がワークピースの材料からだけなることができる。光アークの点弧は、いわゆる接触点弧によりまたは高周波点弧により行うことができ、前者では電極間に短時間の機械的接触が形成され、後者では高周波が電極とワークピースとの間に短時間、印加される。

「Wolfram-Intergasschweissen」２００６年、DVS-Verlag（Deutscher Verband fuer Schweissen und verwandte Verfahren e.V.）、1. Auflage

この種の溶接ヘッドによる溶接では、溶接ヘッドが手動で案内される場合、溶接過程中に意図せずに機械的に接触すると、電極のいわゆる融着（Auflegieren）が発生するおそれがある。すなわち電極が意図せずにワークピースと溶接されてしまう。これはとりわけ未熟な作業員の場合および複雑なワークピースで溶接結合部に接近するのが困難な場合であるが、熟練した作業員であっても時々発生する。

融着が生じると、電極をワークピースから再び分離しなければならない。分離過程で通常は、タングステンの材料特性のため電極先端の部分が折れ、ワークピースと結合して材料含有物ないし混入物（Materialeinschluss）として残る。このような材料含有物は、面倒な研磨作業または類似の後処理作業を必要とし、または後処理作業が過度に面倒な場合、もしくは後者によりワークピースへの機械的要求を満たすことができなくなる場合には廃品となることもある。

ワークピースが高級な耐食性合金からなる場合、このような材料含有物はとりわけ腐食現象の出発点にもなり得る。さらに電極を再び使用可能な形状に後研磨する必要がある。

これにより大きな付加コスト要因が生じる。すなわち１つには、溶接結合部と電極での後作業による膨大な時間損失によって、もう１つには電極と研磨材料または類似の加工材料の材料消耗（ないし損耗）によって付加コスト要因が生じる。

確かに案内装置を使用し、溶接ヘッドが加工すべきワークピースに接近するのを阻止すれば、いくつかの手動溶接作業での前記欠点は阻止される。しかしそのことは一般的にコスト上の理由から、同種の溶接作業を行う場合にしか役に立たない。さらにスペースの理由から、そのような装置の使用は必ずしも常に可能ではない。

とりわけ溶接電流が高い場合に前記の欠点をいくらか緩和するために、いわゆるＴＣＳ（ＴＩＧ−Ｃｏｍｆｏｒｔ Ｓｔｏｐ）溶接では、電極がワークピースに接近すると溶接電流が自動的に降下される。これにより融着（Auflegierung）と結び付いた電極およびワークピースの損傷がやや減少する。

本発明の課題は、請求項１の上位概念による溶接ヘッドおよび請求項１８と１９の上位概念による方法において、機械的に直接接触した場合でも電極のワークピース自体への融着（Auflegieren）が発生しないようにし、さらに溶接材料の滴が電極に付着するのを十分に阻止することである。

この２つの課題は、一方では請求項１の特徴によって、他方では請求項１８と１９の特徴によって解決される。

電極を可動に支承することによって、そして装置から及ぼされる電極の運動によって（請求項１）、電極とワークピースが接触した場合でも電極の消耗がほとんど生じなくなる。さらに電極材料がワークピースに含有（混入）されることも、もはや生じない。したがってワークピースと接触した後に電極を再研磨することは、早くても複数回の接触後に初めて必要となる。

これにより溶接を手動で案内する場合において、かなりの時間を、またこれによりコストも節約することができ、溶接をよりスムーズに進行することができる。なぜなら電極がワークピースに接触しても、必ずしも作業の中断に至らないからである。さらに複雑な溶接作業も経験の浅い作業員によって実行することができ、これにより同様にコストを節約することができる。

溶接過程を実行するために付加的な溶接材料が供給される場合については、溶接電極が位置固定されている場合に対比してさらなる利点が得られる。すなわち、溶接電極と溶接材料とが事前に接触しない場合においても、本発明の溶接電極においては溶接電極の運動に基づき、液状化した溶接材料の常に繰り返し生じる溶接電極への滴状付着が格段に稀にしか生じなくなる。

したがって、このような付着に結び付いて光アークが円錐形に集束された所望の形状から頻繁に顕著に変形し、その結果、所望の溶接形態から多かれ少なかれ異なってしまい、相当に大きな滴の場合には欠陥のある溶接結合が生じ、または溶接の試みが失敗にすら帰するということが頻繁に回避される。

したがって本発明の溶接ヘッドは、これが手動で案内される場合にだけ有利に適用されるものではない。本発明の溶接ヘッドは、溶接材料が供給される場合に対しては、溶接ヘッドがロボットにより例えば空間的に正確に制御されるような溶接作業の場合であってもむしろ有利に使用される。その場合、通常は電極とワークピースが意図せずに接触するおそれはないが、それでもなお、本発明の溶接電極の運動により、液状化した滴状の溶接材料の付着、およびそれに結び付いた溶接形態の悪化が格段に稀にしか発生しなくなる。

本発明の実施形態は、溶接作業中に繰り返し常に側方に置かれる溶接ヘッドが損傷するおそれが生じ得ないという利点を有する。さらに電極を運動させる装置は、比較的に長い寿命を有することになる。なぜならこの装置は常に実際に必要な場合にだけ運転されるからである。さらにこのようにしてある程度のエネルギーを節約することができる。

さらに本発明の実施形態は、溶接作業を実行する作業員が、電極の運動装置のスイッチオンに注意を払う必要がないという利点を有する。さらに溶接ヘッドの図示しない電気的／電子的スイッチエレメントの構造も簡単になる。なぜなら装置の運転開始とガス流の投入とを同じスイッチオン信号により制御することができるからである。

本発明をさらに展開すれば、電極の運動を比較的簡単な手段により実現することができる。

さらに回転の際には光アークの安定性が極めて十分に確保される。これと符号して、互いに溶接されたワークピースでの引張実験では、本発明の溶接ヘッドにより溶接したワークピースの引っ張り強度は、従来技術により溶接された溶接部の引っ張り強度と格段に異なることはなく、したがってその機能も同様に満たされることが示された。さらに溶接材料が外部から供給される場合に対しては、回転速度を相応に選択することにより、液状化した滴状の溶接材料の溶接電極への付着、およびこれに付随して溶接形態の悪化が実質的に完全に回避される。

溶接電極を振動運動させると、溶接電流の溶接電極への伝達が特に簡単に形成される。なぜなら、溶接運動の運動経過が規制されているので、固定のケーブル接続でも溶接電流を電極に伝達するのに十分だからである。さらに直接的なケーブル接続であるので、電圧源と電極との間の電力損失を回避することができる。

本発明の実施形態は、電極が可及的に少ない摩擦で支承されるという利点を提供する。これにより１つには装置の摩耗現象が最小になり、もう１つにはこれにより電極を運動させるための必要電力が可及的に小さくなる。

本発明をさらに展開すれば、電極とスリーブとの間の機械的結合を簡単に実現する構造が得られる。この機械的結合は、電極を交換する場合には簡単に解除かつ再結合することもできる。

本発明の実施形態の利点は、これが構造的に簡単で安価に作製される張設取付装置の構造形態にある。

溶接電流の可動電極への伝達により、可動電極がほぼ完全に摩滅するまで作用するバネによる自動調整によってカーボンブラシがスリーブに常に良好に接触するようになる。この実施形態は、電気伝達抵抗が小さいという利点とカーボンブラシの回転時の摩擦損失が小さいという利点を提供する。

本発明の実施形態は、この種のカーボンブラシが比較的高い導電率を有するという利点を提供する。これにより十分に小さい伝達抵抗が、カーボンブラシが比較的小さく構成された場合でも達成される。

本発明を展開すれば、伝達抵抗が非常に小さいことに加え、電極とその電圧供給部とがほぼ摩耗なしで接触するという利点も得られる。

本発明を展開すれば、ワークピースと電極とが機械的に接触した場合でも、これに付随して増大する摩擦力に対抗して回転ないしは振動を維持することができる。すなわち、直流電気モータの入力電力をその電力限界まで相応に高めることにより維持することができる。

本発明の実施形態の利点は、直流電気モータの駆動軸とスリーブの回転軸とを互いに空間的に任意に配置することができることである。このことは溶接ヘッドの設計の際に非常に大きな構造的自由度を可能にする。

さらに本発明のこの実施形態により、カーボンブラシからスリーブに伝達される比較的大きな電流と発生する摩擦とによってスリーブが時間の経過とともに摩滅した場合、このスリーブを比較的簡単に交換することができる。さらに歯車接続によって任意の変速比を選択することができ、これによりそれぞれ選択された直流電気モータに最適に適合することができる。

実施形態にしたがい本発明を構成すれば、溶接ヘッドの構造形態を比較的細身に維持することができ、これにより溶接作業を狭い環境でも容易に実行することができるという利点が得られる。さらにこの実施形態は、スリーブの駆動の安価な解決手段を提供する。

別の実施形態は、とりわけカーボンブラシと直流電気モータの両者の寿命に有利に作用する。すなわち、融着を最大溶接電流においても阻止するために、直流電気モータの回転数を十分に高くするだけでなく、溶接電流にしたがって回転数を常に可能な限り降下させる。

本発明の有利な構成では、取り付けサイズを比較的小さくしたままでタービンが比較的大きな駆動出力を発揮することができ、これにより溶接ヘッドの構造サイズを比較的コンパクトにすることができる。

有利には、多くの場合は溶接ヘッドの冷却にいずれにしろ必要であり、かつ溶接装置によって維持される流体循環が同時にタービンの駆動も行う。追加の電力が必要ないので、本発明の溶接ヘッドを、元々は従来技術の溶接ヘッドに対してだけ設計されていた溶接装置に簡単に後装備することができる。

すなわち後装備の際には、溶接装置に流入し溶接装置から流出する流体に本発明の溶接ヘッドが従来技術と同じように簡単に接続され、一方、この流体は本発明の溶接ヘッド内で必要に応じてタービンへ、そしてタービンから導かれる。

本発明の実施形態は、溶接ヘッドの構造形態が相変わらずコンパクトであるという利点を有し、さらに従来技術の溶接ヘッドとは異なり、少数の追加的な同時に安価でもある構成部材しか必要としないという利点を有する。

本発明の方法の利点は、前記請求項(複数)に記載された溶接ヘッドによりこの方法が実施されることにそれぞれよるものである。

本発明の方法の利点は、上記利点の記載に対応する。

全体として電極の運動原理に基づく本発明の前記実施形態（複数）の前記利点から出発して、この原理は他の溶接方法、とりわけ光アーク手動溶接およびいわゆるＭＳＧ（Metall-Schutz-Gas、金属保護ガス）溶接法にも転用することができる（両方法についてはWikipedia.org/Schweissenを参照されたい）。

第１の場合では溶接過程中に溶出するロッド電極の運動が、主に溶接過程の前にすでに電流源がスイッチオンされている場合、とりわけ点弧時および溶接過程の直後にまだ電流源がスイッチオンされている場合に、融着を阻止することとなる。

第２の場合ではこの原理の適用は、機械的に逆の経路において、すなわち追従して送り出される溶接ワイヤを案内するいわゆる溶接ノズルの、この溶接ワイヤの軸を中心にする運動、ないしは軸に沿った運動が、溶接ワイヤが溶接ノズルにまで不所望にいわゆるバック燃焼（バック放電、Zurueckbrennen）した場合に、溶接ワイヤが溶接ノズルに融着することを阻止することとなる。

以下、本発明の５つの実施例を図１から７に基づいて説明する。

本発明の溶接ヘッドが使用される溶接過程の工程を示す図である。 本発明の溶接ヘッドの第１実施例の斜視側面図であり、溶接ヘッドのケーシングは透明材料からなり、スリーブが直流電気モータによって回転運動され、直流電気モータの駆動軸はスリーブに対して同心に配置されている。 図２の本発明の溶接ヘッドの縦断面図である。 本発明の溶接ヘッドの第２実施例を示す図であり、そのケーシングは図示されておらず、スリーブと直流電気モータの駆動軸とは空間的に互いに直角に配置されている。 本発明の溶接ヘッドの第３実施例を示す図であり、そのケーシングは同様に図示されておらず、スリーブは同心に配置されたタービンによって駆動される。 図５に対して変更された発明の溶接ヘッドの第４実施例を示す、電極の軸に沿った断面図であり、ここではスリーブへの溶接電流伝達が導電性流体によって行われる。 本発明の溶接ヘッドの第５実施例を示す図であり、そのケーシングは同様に図示されておらず、スリーブは直流電気モータによって偏心器を介し振動運動される。

図１は、本発明の溶接ヘッド１を使用するいわゆるＷＩＧ（Wolfram-Inert-Gas、タングステン不活性ガス）溶接法を原理図に示す。溶接ヘッド１の中核部材は、溶出しない超高耐熱性の電極２である。電極２から発する光アーク３は、最初は２つの別個の部材から成るワークピース８の材料を加熱し液状化する。ワークピース８は例えばそれぞれスチールから成り、互いに溶接（接合）される。光アーク３の点弧は、ワークピース８を電極２により接触することなしで行うことができる。このために、高電圧源を備える図示しない電気ユニットが使用され、この高電圧源は点弧過程の際に短時間だけ、電極２の持続電流源に付加的にスイッチオンされる。多くのワークピースの場合、溶接は直流により行われるが、アルミニウム製のワークピースでは交流が使用される。

図１に示したいわゆるＶ字形突き合わせ接合では一般的に付加的な溶接材料７が使用され、これは通常、ワイヤ形状で存在する。しかし多くの適用では付加的な溶接材料７は不要である。電極２の周囲にはガスノズル５とセラミックスリーブ６が配置されている。流出するガス流４は保護ガスとして用いられ、ガス流は加熱されたワークピース８が周囲の空気と化学反応するのを保護し、これにより溶接接合の所要の強度と靭性を保証する。保護ガス７として種々の希ガスが用いられ、多くの場合、これはアルゴンである。これらの保護ガス７はすべて反応不活性であり、専門用語では「Inert、不活性」と称される。

図２と３による本発明の溶接ヘッド１の第１実施例は透明ケーシング９を有し、電極２の軸Ａと直流電気モータ１０の軸１１との同軸配置構成を示す。電極２とその電圧供給部との接続は図示しない多線銅線路を介して行われる。この多線銅線路はカーボンブラシ１７と電気的に接続されている。カーボンブラシは円筒形に構成されており、同じ軸を中心に回転可能な銅製のスリーブ１２に当接している。これによりスリーブ１２は電気モータの回転子と同様の機能を有する。スリーブ１２とカーボンブラシ１７との持続的な接触を維持するためにカーボンブラシは、コイルバネ１８によって恒久的にスリーブ１２に押し付けられており、このコイルバネ１８は案内スレーブ１９内に配置され、対向支承されており、参照符号の付してない３つのピンによって保持されている。

電極２を回転させる装置（回転装置）２０はとりわけ連結部１３と張設取付装置１４とを有する。これら連結部と張設取付装置は、直流電気モータ１０の軸を電極２にスリーブ１２を介して機械的に剛性に接続するために用いられる。ここで一方では軸１１が連結部１３を介してスリーブ１２の一方の端部と機械的に剛性に強固に接続されており、他方では電極が張設取付装置１４によってスリーブ１２の他方の端部で張設取付（片持ち支持）されている。

スリーブ１２自体は円筒状に構成されているが、カーボンブラシ１７と接触するその中央領域には比較的大きな断面の部分を有する。比較的大きな断面部分の両側にはボールベアリングが配置されており、それらの外側リング２１、２２はケーシング９内に固定されており、それらの内側リング２３、２４にはスリーブが圧嵌（クランプ）されている。

スリーブ１２とケーシング９内に静止する直流電気モータ１０の軸とを機械的に剛性に接続するための連結１３は、最も簡単な場合、例えばスリーブ１２の外面に３つまでのネジピンをねじ込み、これらのネジピンがそれらの共同作用で軸１１をセンタリングするよう締め付けることにより、行うことができる。

スリーブ１２と通常は自由に回転する電極２とを機械的に剛性に接続する張設取付装置１４は、４つの長手スリットと、電極２を収容するための正確に位置合わせされた孔部とを備える円錐形の緊張取り付け部１５を有する。緊張取り付け部１５の外面は、これを十分に深くスリーブ１２に導入することができるが、スリーブによって最終的に中心に保持されるよう寸法選定されている。さらにスリーブ１２は図示しない外ネジを有し、この外ネジには緊張ナット１６をねじ込むことができる。これにより電極２は十分に強固に緊張取り付け部１５内に締め付けられる。

このようにして強固にクランプされた電極２は、直流電気モータ１０のスイッチオン後に所定の回転数で回転し、不所望の融着を怖れる必要なく溶接過程を開始することができる。ここで溶接電流を比較的に高く選択する際には、融着を十分確実に阻止するために直流電気モータ１０の回転数も上昇すべきであることに注意しなければならない。

ボールベアリングの摩擦に変動が発生したり、電極２がワークピース８上で擦れたりした場合でも、直流電気モータ１０によって必要な回転数が維持されることがさらに保証される。

図４に示された本発明の第２実施例は、第１実施例とはスリーブ１２への直流電気モータ１０の連結のやり方が異なる。すなわちこの場合、スリーブ１２と直流電気モータ１０との間に同心配置構成は存在せず、対応する軸は互いに直角である。この歯車接続部２５で例えば１：１．５の変速比を選択すれば、装置全体２０の回転数は直流電気モータ１０の回転数よりも対応して低くなる。

このことは、装置全体２０は直流電気モータ１０のモータ軸１１より三分の一だけ緩慢に回転し、これにより電極２で使用可能なトルクが三分の一だけ上昇することを意味する。このようにして、ワークピース８と電極２とが接触して押圧力が高まった場合でも、直流電気モータ１０がその回転数をできるだけ維持することができるようにする。

図５に示された本発明の第３実施例は、スリーブ１２に固定された別の第３のベアリング外側リング（アウタレース）２７を有し、このベアリング外側リングはそれに隣接する第２のベアリング外側リング２２とともに、スリーブ１２に対して同心に配置され、単に概略的に図示されたタービン２６の作動空間Ｃを規定する。溶接装置から発して溶接ヘッド１に至り、そこから再び溶接装置に戻る冷却水流Ｂも同様に図示されていない。この冷却水流の本来の目的は溶接ヘッド１の過熱を回避することであるが、本実施例では冷却水流がさらにタービン２６の駆動にも用いられ、したがってこれに結び付いた電極２の回転にも用いられる。

もちろん水の他に、高い熱容量を備える他の冷却剤を使用することもでき、この冷却剤により同じようにタービンを駆動することができる。

さらに溶接ヘッドが液体により冷却されない場合には、いずれにしろ流出する保護ガス４によって冷却を行うことができる。さらに保護ガス４をタービン６を介して導けば、タービンを保護ガス４の流れによって駆動することができる。

もちろん溶接装置内にタービン２６の駆動のために別個の流体循環路（液流またはガス流循環路）を形成することもできる。この循環路はタービン２６の駆動にのみ用いられ、同時に溶接ヘッド１の冷却には用いられない。これは例えば、タービン２６の作動空間Ｃを圧縮空気装置と接続することにより行うことができる。

カーボンブラシ１７による接触接続の代わりに、図６に示すようにスリーブ１２と電圧供給部との電気接続を維持するために、導電性流体２９により満たされた空間Ｄ内でスリーブ１２を回転させることもできる。空間Dは、半径方向に一方では定置した金属製の外側スリーブ３０により、他方ではスリーブ１２により画定されており、前記外側スリーブ３０は電圧供給部と接続されている。空間は軸方向に２つのパッキンリング３１、３２によって密閉（シール）されている。導電性流体としては、とりわけインジウムとスズを含むガリウム合金、例えば６８．５％のガリウム、２１．５％のインジウム、そして１０％のスズからなるいわゆるガリスタン（Ｇａｌｉｓｔａｎ、登録商標）が適する。この合金は、常圧において−１９℃から１３００℃の間で液体として存在する。もちろんこの形式での溶接電流のスリーブ１２への伝達は、スリーブ１２がタービン２６によってではなく、図２に示すように直流電気モータ１０によって駆動される場合でも適用することができる。

図７に示した実施例で同じ参照符号の付された構成部材は、前に説明したすべての実施例と同じ機能を有する。しかし直流電気モータ１０の駆動軸１１はスリーブ１２と直接接続されておらず、２つの連結棒（リンク部材）３３、３４と、駆動軸１１に結合された偏心ディスク３５とを介して接続されている。

これによりスリーブ１２は駆動軸１１が回転すると振動運動（往復回転振動）させられ、振動運動の周波数は駆動軸１１の回転数によって、その振幅は偏心結合の大きさ（半径寸法）によって決定される。

電極２とその電圧供給部との接続はフレキシブルな線路３６によって行われ、線路の端部は機械的にも電気的にもスリーブ１２にしっかり接続されている。

前記すべての実施例において、溶接過程は通常、溶接ヘッド１が図示しない電圧源とまず接続され、手動で案内される溶接の場合については、溶接作業を実行する作業員が保護ガスとして用いられるガス流４の供給を手動で開始することによって開始される。保護ガス４の供給と同時に、直流電気モータまたはタービン２６が自動的に運転開始される。これにより直流電気モータ１０またはタービン２６がその定格回転数に達し、電極２とワークピース８との間の空間が保護ガスにより取り囲まれ、それから本来の溶接過程が開始されることが保証される。一方で保護ガス供給、電極２の回転と、他方で溶接過程の開始とは同時に経過し、ロボットにより制御される溶接過程時にも維持される。

１ 溶接ヘッド
２ 電極
３ 光アーク
４ ガス流
５ ガスノズル
６ セラミックスリーブ
７ 溶接棒
８ ワークピース
９ ケーシング
１０ 直流電気モータ
１１ 駆動軸
１２ スリーブ
１３ 連結部
１４ 張設取付装置
１５ 張設取り付け部
１６ 緊張ナット
１７ カーボンブラシ
１８ コイルバネ
１９ 案内スリーブ
２０ 装置
２１ 第１のベアリング外側リング（アウタレース）
２２ 第２のベアリング外側リング（アウタレース）
２３ 第１のベアリング内側リング（インナレース）
２４ 第２のベアリング内側リング（インナレース）
２５ 歯車接続部
２６ タービン
２７ 第３のベアリング外側リング（アウタレース）
２８ 空間
２９ 導電性流体
３０ 外側スリーブ
３１ 左パッキンリング
３２ 右パッキンリング
３３、３４ 連結棒（リンク部材）
３５ 偏心ディスク
３６ フレキシブルな線路

【書類名】明細書
【発明の名称】 可動電極を有する溶接ヘッドおよび関連する溶接方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による溶接ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるＷＩＧ溶接装置でのこの種の溶接ヘッドの使用は、例えば「Wolfram-Intergasschweissen（タングステン不活性ガス溶接）」２００６年、ＤＶＳ出版（Deutscher Verband fuer Schweissen und verwandte Verfahren e.V.）、第１版から公知である。この種の溶接装置による溶接の際には、電圧源と接続された電極から発する光アークが形成され、この光アークは電気的アースとして作用する溶接すべきワークピースに終端する。この種の溶接過程では、必要に応じて外部から添加材料を供給することができ、またはいわゆる溶融浴がワークピースの材料からだけなることができる。光アークの点弧は、いわゆる接触点弧によりまたは高周波点弧により行うことができ、前者では電極間に短時間の機械的接触が形成され、後者では高周波が電極とワークピースとの間に短時間、印加される。その他の先行技術文献としてＤＥ６９７０６５０８Ｔ２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】 ＤＥ６９７０６５０８Ｔ２
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「Wolfram-Intergasschweissen」２００６年、DVS-Verlag（Deutscher Verband fuer Schweissen und verwandte Verfahren e.V.）、1. Auflage
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の溶接ヘッドによる溶接では、溶接ヘッドが手動で案内される場合、溶接過程中に意図せずに機械的に接触すると、電極のいわゆる融着（Auflegieren）が発生するおそれがある。すなわち電極が意図せずにワークピースと溶接されてしまう。これはとりわけ未熟な作業員の場合および複雑なワークピースで溶接結合部に接近するのが困難な場合であるが、熟練した作業員であっても時々発生する。
【０００６】
融着が生じると、電極をワークピースから再び分離しなければならない。分離過程で通常は、タングステンの材料特性のため電極先端の部分が折れ、ワークピースと結合して材料含有物ないし混入物（Materialeinschluss）として残る。このような材料含有物は、面倒な研磨作業または類似の後処理作業を必要とし、または後処理作業が過度に面倒な場合、もしくは後者によりワークピースへの機械的要求を満たすことができなくなる場合には廃品となることもある。
【０００７】
ワークピースが高級な耐食性合金からなる場合、このような材料含有物はとりわけ腐食現象の出発点にもなり得る。さらに電極を再び使用可能な形状に後研磨する必要がある。
【０００８】
これにより大きな付加コスト要因が生じる。すなわち１つには、溶接結合部と電極での後作業による膨大な時間損失によって、もう１つには電極と研磨材料または類似の加工材料の材料消耗（ないし損耗）によって付加コスト要因が生じる。
【０００９】
確かに案内装置を使用し、溶接ヘッドが加工すべきワークピースに接近するのを阻止すれば、いくつかの手動溶接作業での前記欠点は阻止される。しかしそのことは一般的にコスト上の理由から、同種の溶接作業を行う場合にしか役に立たない。さらにスペースの理由から、そのような装置の使用は必ずしも常に可能ではない。
【００１０】
とりわけ溶接電流が高い場合に前記の欠点をいくらか緩和するために、いわゆるＴＣＳ（ＴＩＧ−Ｃｏｍｆｏｒｔ Ｓｔｏｐ）溶接では、電極がワークピースに接近すると溶接電流が自動的に降下される。これにより融着（Auflegierung）と結び付いた電極およびワークピースの損傷がやや減少する。
【００１１】
本発明の課題は、請求項１の上位概念による溶接ヘッドにおいて、機械的に直接接触した場合でも電極のワークピース自体への融着（Auflegieren）が発生しないようにし、さらに溶接材料の滴が電極に付着するのを十分に阻止することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、請求項１の特徴によって解決される。すなわち本発明の第1の視点によれば、手動で案内される溶接ヘッドに配設され、かつ溶接電流が流れる耐熱性の電極が電気的アースとして作用する金属製ワークピースに対して融着（Auflegieren）するのを阻止するため、並びに溶接材料が使用される場合には、当該供給される溶接材料の滴が前記電極に付着するのを阻止するための方法であって、前記電極から発して前記ワークピースに至り、電圧源により給電される光アークによって溶接過程が行われること、前記電極を可動に支承する溶接ヘッドが使用され、当該溶接ヘッドが溶接過程の際に回転装置によって回転される溶接ヘッドが提案される。（形態１）
また本発明の第２の視点によれば、電気的アースとして作用する金属製ワークピースを、溶接電流が流れる耐熱性の可動電極により溶接するための溶接ヘッドであって、前記電極から発して前記ワークピースに至り、電圧源により給電され、流動する保護ガスにより取り囲まれた光アークによって溶接過程が行われ、場合により必要となる溶接材料が供給され、前記電極はその軸（A）に沿って、スリーブにより取り囲まれており、該スリーブは機械的に強固に前記電極と結合されていること、前記スリーブは、機械的に連結されたタービンによって回転運動され、該タービンは、冷却剤として前記溶接ヘッドを流れる流体または保護ガスによって運動される溶接ヘッドが提案される。（形態１１）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明においては以下の展開形態が可能である。
（形態２）前記電極は直流電気モータによって回転され、溶接電流を供給する電気ユニットにより、溶接電流の上昇とともに前記直流電気モータの回転数も上昇され、溶接電流が降下すると回転数が再び低下されることが好ましい。
（形態３）前記電極はその軸（Ａ）に沿って、良導電性材料からなるスリーブにより取り囲まれており、該スリーブは機械的に強固に前記電極と結合されており、溶接電流の前記電極への伝達は導電性流体を介して行われ、該導電性流体は前記スリーブを取り囲む液密の空間内に存在することが好ましい。
（形態４）導電性流体としてガリウム合金、例えば６８．５％のガリウム、２１．５％のインジウム、そして１０％のスズからなるいわゆるガリスタン（Ｇａｌｉｓｔａｎ、登録商標）が使用されることが好ましい。
（形態５）前記スリーブは、直流電気モータの駆動軸により回転されることが好ましい。
（形態６）前記直流電気モータのモータ軸は前記スリーブに対して同心に配置されており、前記モータ軸と前記スリーブとの間の接続は、脱着可能な連結部材によって行われることが好ましい。
（形態７）溶接ヘッド内には２つのベアリング、例えばボールベアリングまたはローラベアリングの外側リングが固定されており、前記スリーブは当該ベアリングの内側リングによって保持されることが好ましい。
（形態８）張設取付装置によって前記スリーブと前記電極との間の力結合（摩擦力による結合）が達成され、これにより当該電極は半径方向の変位に対しても、長手方向の変位に対しても保持されることが好ましい。
（形態９）前記張設取付装置は円錐形の張設取り付け部から構成され、該張設取り付け部は緊張ナットによって前記スリーブの円錐形の孔部に押し付けられることが好ましい。
（形態１０）前記電気モータから前記スリーブへの力伝達は、形状的に結合（蟻継ぎ式結合）した歯車接続部によって保証されることが好ましい。
（形態１２）前記タービンは前記スリーブに対して同心に配置されており、当該タービンの作動空間（Ｃ）は２つのベアリング外側リングによって画定され、当該２つのベアリング外側リング内に前記スリーブも同時に回転可能に支承されていることが好ましい。
（形態１３）前記電極はその軸（A）に沿って、良導電性材料からなるスリーブにより取り囲まれており、該スリーブは機械的に強固に前記電極と結合されており、前記スリーブへの溶接電流伝達はカーボンブラシによって行われ、該カーボンブラシは、予付勢されたバネによって機械的かつ電気的に常に前記スリーブと接触していることが好ましい。
（形態１４）前記カーボンブラシに対して青銅成分の多い材料が選択されることが好ましい。
【００１４】
電極を可動に支承することによって、そして装置から及ぼされる電極の運動によって（請求項１）、電極とワークピースが接触した場合でも電極の消耗がほとんど生じなくなる。さらに電極材料がワークピースに含有（混入）されることも、もはや生じない。したがってワークピースと接触した後に電極を再研磨することは、早くても複数回の接触後に初めて必要となる。
【００１５】
これにより溶接を手動で案内する場合において、かなりの時間を、またこれによりコストも節約することができ、溶接をよりスムーズに進行することができる。なぜなら電極がワークピースに接触しても、必ずしも作業の中断に至らないからである。さらに複雑な溶接作業も経験の浅い作業員によって実行することができ、これにより同様にコストを節約することができる。
【００１６】
溶接過程を実行するために付加的な溶接材料が供給される場合については、溶接電極が位置固定されている場合に対比してさらなる利点が得られる。すなわち、溶接電極と溶接材料とが事前に接触しない場合においても、本発明の溶接電極においては溶接電極の運動に基づき、液状化した溶接材料の常に繰り返し生じる溶接電極への滴状付着が格段に稀にしか生じなくなる。
【００１７】
したがって、このような付着に結び付いて光アークが円錐形に集束された所望の形状から頻繁に顕著に変形し、その結果、所望の溶接形態から多かれ少なかれ異なってしまい、相当に大きな滴の場合には欠陥のある溶接結合が生じ、または溶接の試みが失敗にすら帰するということが頻繁に回避される。
【００１８】
したがって本発明の溶接ヘッドは、これが手動で案内される場合にだけ有利に適用されるものではない。本発明の溶接ヘッドは、溶接材料が供給される場合に対しては、溶接ヘッドがロボットにより例えば空間的に正確に制御されるような溶接作業の場合であってもむしろ有利に使用される。その場合、通常は電極とワークピースが意図せずに接触するおそれはないが、それでもなお、本発明の溶接電極の運動により、液状化した滴状の溶接材料の付着、およびそれに結び付いた溶接形態の悪化が格段に稀にしか発生しなくなる。
【００１９】
本発明の実施形態は、溶接作業中に繰り返し常に側方に置かれる溶接ヘッドが損傷するおそれが生じ得ないという利点を有する。さらに電極を運動させる装置は、比較的に長い寿命を有することになる。なぜならこの装置は常に実際に必要な場合にだけ運転されるからである。さらにこのようにしてある程度のエネルギーを節約することができる。
【００２０】
さらに本発明の実施形態は、溶接作業を実行する作業員が、電極の運動装置のスイッチオンに注意を払う必要がないという利点を有する。さらに溶接ヘッドの図示しない電気的／電子的スイッチエレメントの構造も簡単になる。なぜなら装置の運転開始とガス流の投入とを同じスイッチオン信号により制御することができるからである。
【００２１】
本発明をさらに展開すれば、電極の運動を比較的簡単な手段により実現することができる。
【００２２】
さらに回転の際には光アークの安定性が極めて十分に確保される。これと符号して、互いに溶接されたワークピースでの引張実験では、本発明の溶接ヘッドにより溶接したワークピースの引っ張り強度は、従来技術により溶接された溶接部の引っ張り強度と格段に異なることはなく、したがってその機能も同様に満たされることが示された。さらに溶接材料が外部から供給される場合に対しては、回転速度を相応に選択することにより、液状化した滴状の溶接材料の溶接電極への付着、およびこれに付随して溶接形態の悪化が実質的に完全に回避される。
【００２３】
溶接電極を振動運動させると、溶接電流の溶接電極への伝達が特に簡単に形成される。なぜなら、溶接運動の運動経過が規制されているので、固定のケーブル接続でも溶接電流を電極に伝達するのに十分だからである。さらに直接的なケーブル接続であるので、電圧源と電極との間の電力損失を回避することができる。
【００２４】
本発明の実施形態は、電極が可及的に少ない摩擦で支承されるという利点を提供する。これにより１つには装置の摩耗現象が最小になり、もう１つにはこれにより電極を運動させるための必要電力が可及的に小さくなる。
【００２５】
本発明をさらに展開すれば、電極とスリーブとの間の機械的結合を簡単に実現する構造が得られる。この機械的結合は、電極を交換する場合には簡単に解除かつ再結合することもできる。
【００２６】
本発明の実施形態の利点は、これが構造的に簡単で安価に作製される張設取付装置の構造形態にある。
【００２７】
溶接電流の可動電極への伝達により、可動電極がほぼ完全に摩滅するまで作用するバネによる自動調整によってカーボンブラシがスリーブに常に良好に接触するようになる。この実施形態は、電気伝達抵抗が小さいという利点とカーボンブラシの回転時の摩擦損失が小さいという利点を提供する。
【００２８】
本発明の実施形態は、この種のカーボンブラシが比較的高い導電率を有するという利点を提供する。これにより十分に小さい伝達抵抗が、カーボンブラシが比較的小さく構成された場合でも達成される。
【００２９】
本発明を展開すれば、伝達抵抗が非常に小さいことに加え、電極とその電圧供給部とがほぼ摩耗なしで接触するという利点も得られる。
【００３０】
本発明を展開すれば、ワークピースと電極とが機械的に接触した場合でも、これに付随して増大する摩擦力に対抗して回転ないしは振動を維持することができる。すなわち、直流電気モータの入力電力をその電力限界まで相応に高めることにより維持することができる。
【００３１】
本発明の実施形態の利点は、直流電気モータの駆動軸とスリーブの回転軸とを互いに空間的に任意に配置することができることである。このことは溶接ヘッドの設計の際に非常に大きな構造的自由度を可能にする。
【００３２】
さらに本発明のこの実施形態により、カーボンブラシからスリーブに伝達される比較的大きな電流と発生する摩擦とによってスリーブが時間の経過とともに摩滅した場合、このスリーブを比較的簡単に交換することができる。さらに歯車接続によって任意の変速比を選択することができ、これによりそれぞれ選択された直流電気モータに最適に適合することができる。
【００３３】
実施形態にしたがい本発明を構成すれば、溶接ヘッドの構造形態を比較的細身に維持することができ、これにより溶接作業を狭い環境でも容易に実行することができるという利点が得られる。さらにこの実施形態は、スリーブの駆動の安価な解決手段を提供する。
【００３４】
別の実施形態は、とりわけカーボンブラシと直流電気モータの両者の寿命に有利に作用する。すなわち、融着を最大溶接電流においても阻止するために、直流電気モータの回転数を十分に高くするだけでなく、溶接電流にしたがって回転数を常に可能な限り降下させる。
【００３５】
本発明の有利な構成では、取り付けサイズを比較的小さくしたままでタービンが比較的大きな駆動出力を発揮することができ、これにより溶接ヘッドの構造サイズを比較的コンパクトにすることができる。
【００３６】
有利には、多くの場合は溶接ヘッドの冷却にいずれにしろ必要であり、かつ溶接装置によって維持される流体循環が同時にタービンの駆動も行う。追加の電力が必要ないので、本発明の溶接ヘッドを、元々は従来技術の溶接ヘッドに対してだけ設計されていた溶接装置に簡単に後装備することができる。
【００３７】
すなわち後装備の際には、溶接装置に流入し溶接装置から流出する流体に本発明の溶接ヘッドが従来技術と同じように簡単に接続され、一方、この流体は本発明の溶接ヘッド内で必要に応じてタービンへ、そしてタービンから導かれる。
【００３８】
本発明の実施形態は、溶接ヘッドの構造形態が相変わらずコンパクトであるという利点を有し、さらに従来技術の溶接ヘッドとは異なり、少数の追加的な同時に安価でもある構成部材しか必要としないという利点を有する。
【００３９】
本発明の方法の利点は、前記請求項(複数)に記載された溶接ヘッドによりこの方法が実施されることにそれぞれよるものである。
【００４０】
本発明の方法の利点は、上記利点の記載に対応する。
【００４１】
全体として電極の運動原理に基づく本発明の前記実施形態（複数）の前記利点から出発して、この原理は他の溶接方法、とりわけ光アーク手動溶接およびいわゆるＭＳＧ（Metall-Schutz-Gas、金属保護ガス）溶接法にも転用することができる（両方法についてはWikipedia.org/Schweissenを参照されたい）。
【００４２】
第１の場合では溶接過程中に溶出するロッド電極の運動が、主に溶接過程の前にすでに電流源がスイッチオンされている場合、とりわけ点弧時および溶接過程の直後にまだ電流源がスイッチオンされている場合に、融着を阻止することとなる。
【００４３】
第２の場合ではこの原理の適用は、機械的に逆の経路において、すなわち追従して送り出される溶接ワイヤを案内するいわゆる溶接ノズルの、この溶接ワイヤの軸を中心にする運動、ないしは軸に沿った運動が、溶接ワイヤが溶接ノズルにまで不所望にいわゆるバック燃焼（バック放電、Zurueckbrennen）した場合に、溶接ワイヤが溶接ノズルに融着することを阻止することとなる。
【００４４】
以下、本発明の５つの実施例を図１から７に基づいて説明する。
【００４５】
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照番号はもっぱら理解を助けるためであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００４６】
引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の溶接ヘッドが使用される溶接過程の工程を示す図である。
【図２】本発明の溶接ヘッドの第１実施例の斜視側面図であり、溶接ヘッドのケーシングは透明材料からなり、スリーブが直流電気モータによって回転運動され、直流電気モータの駆動軸はスリーブに対して同心に配置されている。
【図３】図２の本発明の溶接ヘッドの縦断面図である。
【図４】本発明の溶接ヘッドの第２実施例を示す図であり、そのケーシングは図示されておらず、スリーブと直流電気モータの駆動軸とは空間的に互いに直角に配置されている。
【図５】本発明の溶接ヘッドの第３実施例を示す図であり、そのケーシングは同様に図示されておらず、スリーブは同心に配置されたタービンによって駆動される。
【図６】図５に対して変更された発明の溶接ヘッドの第４実施例を示す、電極の軸に沿った断面図であり、ここではスリーブへの溶接電流伝達が導電性流体によって行われる。
【図７】本発明の溶接ヘッドの第５実施例を示す図であり、そのケーシングは同様に図示されておらず、スリーブは直流電気モータによって偏心器を介し振動運動される。
【実施例】
【００４８】
図１は、本発明の溶接ヘッド１を使用するいわゆるＷＩＧ（Wolfram-Inert-Gas、タングステン不活性ガス）溶接法を原理図に示す。溶接ヘッド１の中核部材は、溶出しない超高耐熱性の電極２である。電極２から発する光アーク３は、最初は２つの別個の部材から成るワークピース８の材料を加熱し液状化する。ワークピース８は例えばそれぞれスチールから成り、互いに溶接（接合）される。光アーク３の点弧は、ワークピース８を電極２により接触することなしで行うことができる。このために、高電圧源を備える図示しない電気ユニットが使用され、この高電圧源は点弧過程の際に短時間だけ、電極２の持続電流源に付加的にスイッチオンされる。多くのワークピースの場合、溶接は直流により行われるが、アルミニウム製のワークピースでは交流が使用される。
【００４９】
図１に示したいわゆるＶ字形突き合わせ接合では一般的に付加的な溶接材料７が使用され、これは通常、ワイヤ形状で存在する。しかし多くの適用では付加的な溶接材料７は不要である。電極２の周囲にはガスノズル５とセラミックスリーブ６が配置されている。流出するガス流４は保護ガスとして用いられ、ガス流は加熱されたワークピース８が周囲の空気と化学反応するのを保護し、これにより溶接接合の所要の強度と靭性を保証する。保護ガス７として種々の希ガスが用いられ、多くの場合、これはアルゴンである。これらの保護ガス７はすべて反応不活性であり、専門用語では「Inert、不活性」と称される。
【００５０】
図２と３による本発明の溶接ヘッド１の第１実施例は透明ケーシング９を有し、電極２の軸Ａと直流電気モータ１０の軸１１との同軸配置構成を示す。電極２とその電圧供給部との接続は図示しない多線銅線路を介して行われる。この多線銅線路はカーボンブラシ１７と電気的に接続されている。カーボンブラシは円筒形に構成されており、同じ軸を中心に回転可能な銅製のスリーブ１２に当接している。これによりスリーブ１２は電気モータの回転子と同様の機能を有する。スリーブ１２とカーボンブラシ１７との持続的な接触を維持するためにカーボンブラシは、コイルバネ１８によって恒久的にスリーブ１２に押し付けられており、このコイルバネ１８は案内スレーブ１９内に配置され、対向支承されており、参照符号の付してない３つのピンによって保持されている。
【００５１】
電極２を回転させる装置（回転装置）２０はとりわけ連結部１３と張設取付装置１４とを有する。これら連結部と張設取付装置は、直流電気モータ１０の軸を電極２にスリーブ１２を介して機械的に剛性に接続するために用いられる。ここで一方では軸１１が連結部１３を介してスリーブ１２の一方の端部と機械的に剛性に強固に接続されており、他方では電極が張設取付装置１４によってスリーブ１２の他方の端部で張設取付（片持ち支持）されている。
【００５２】
スリーブ１２自体は円筒状に構成されているが、カーボンブラシ１７と接触するその中央領域には比較的大きな断面の部分を有する。比較的大きな断面部分の両側にはボールベアリングが配置されており、それらの外側リング２１、２２はケーシング９内に固定されており、それらの内側リング２３、２４にはスリーブが圧嵌（クランプ）されている。
【００５３】
スリーブ１２とケーシング９内に静止する直流電気モータ１０の軸とを機械的に剛性に接続するための連結１３は、最も簡単な場合、例えばスリーブ１２の外面に３つまでのネジピンをねじ込み、これらのネジピンがそれらの共同作用で軸１１をセンタリングするよう締め付けることにより、行うことができる。
【００５４】
スリーブ１２と通常は自由に回転する電極２とを機械的に剛性に接続する張設取付装置１４は、４つの長手スリットと、電極２を収容するための正確に位置合わせされた孔部とを備える円錐形の緊張取り付け部１５を有する。緊張取り付け部１５の外面は、これを十分に深くスリーブ１２に導入することができるが、スリーブによって最終的に中心に保持されるよう寸法選定されている。さらにスリーブ１２は図示しない外ネジを有し、この外ネジには緊張ナット１６をねじ込むことができる。これにより電極２は十分に強固に緊張取り付け部１５内に締め付けられる。
【００５５】
このようにして強固にクランプされた電極２は、直流電気モータ１０のスイッチオン後に所定の回転数で回転し、不所望の融着を怖れる必要なく溶接過程を開始することができる。ここで溶接電流を比較的に高く選択する際には、融着を十分確実に阻止するために直流電気モータ１０の回転数も上昇すべきであることに注意しなければならない。
【００５６】
ボールベアリングの摩擦に変動が発生したり、電極２がワークピース８上で擦れたりした場合でも、直流電気モータ１０によって必要な回転数が維持されることがさらに保証される。
【００５７】
図４に示された本発明の第２実施例は、第１実施例とはスリーブ１２への直流電気モータ１０の連結のやり方が異なる。すなわちこの場合、スリーブ１２と直流電気モータ１０との間に同心配置構成は存在せず、対応する軸は互いに直角である。この歯車接続部２５で例えば１：１．５の変速比を選択すれば、装置全体２０の回転数は直流電気モータ１０の回転数よりも対応して低くなる。
【００５８】
このことは、装置全体２０は直流電気モータ１０のモータ軸１１より三分の一だけ緩慢に回転し、これにより電極２で使用可能なトルクが三分の一だけ上昇することを意味する。このようにして、ワークピース８と電極２とが接触して押圧力が高まった場合でも、直流電気モータ１０がその回転数をできるだけ維持することができるようにする。

図５に示された本発明の第３実施例は、スリーブ１２に固定された別の第３のベアリング外側リング（アウタレース）２７を有し、このベアリング外側リングはそれに隣接する第２のベアリング外側リング２２とともに、スリーブ１２に対して同心に配置され、単に概略的に図示されたタービン２６の作動空間Ｃを規定する。溶接装置から発して溶接ヘッド１に至り、そこから再び溶接装置に戻る冷却水流Ｂも同様に図示されていない。この冷却水流の本来の目的は溶接ヘッド１の過熱を回避することであるが、本実施例では冷却水流がさらにタービン２６の駆動にも用いられ、したがってこれに結び付いた電極２の回転にも用いられる。
【００５９】
もちろん水の他に、高い熱容量を備える他の冷却剤を使用することもでき、この冷却剤により同じようにタービンを駆動することができる。
【００６０】
さらに溶接ヘッドが液体により冷却されない場合には、いずれにしろ流出する保護ガス４によって冷却を行うことができる。さらに保護ガス４をタービン６を介して導けば、タービンを保護ガス４の流れによって駆動することができる。
【００６１】
もちろん溶接装置内にタービン２６の駆動のために別個の流体循環路（液流またはガス流循環路）を形成することもできる。この循環路はタービン２６の駆動にのみ用いられ、同時に溶接ヘッド１の冷却には用いられない。これは例えば、タービン２６の作動空間Ｃを圧縮空気装置と接続することにより行うことができる。
【００６２】
カーボンブラシ１７による接触接続の代わりに、図６に示すようにスリーブ１２と電圧供給部との電気接続を維持するために、導電性流体２９により満たされた空間Ｄ内でスリーブ１２を回転させることもできる。空間Dは、半径方向に一方では定置した金属製の外側スリーブ３０により、他方ではスリーブ１２により画定されており、前記外側スリーブ３０は電圧供給部と接続されている。空間は軸方向に２つのパッキンリング３１、３２によって密閉（シール）されている。導電性流体としては、とりわけインジウムとスズを含むガリウム合金、例えば６８．５％のガリウム、２１．５％のインジウム、そして１０％のスズからなるいわゆるガリスタン（Ｇａｌｉｓｔａｎ、登録商標）が適する。この合金は、常圧において−１９℃から１３００℃の間で液体として存在する。もちろんこの形式での溶接電流のスリーブ１２への伝達は、スリーブ１２がタービン２６によってではなく、図２に示すように直流電気モータ１０によって駆動される場合でも適用することができる。
【００６３】
図７に示した実施例で同じ参照符号の付された構成部材は、前に説明したすべての実施例と同じ機能を有する。しかし直流電気モータ１０の駆動軸１１はスリーブ１２と直接接続されておらず、２つの連結棒（リンク部材）３３、３４と、駆動軸１１に結合された偏心ディスク３５とを介して接続されている。
【００６４】
これによりスリーブ１２は駆動軸１１が回転すると振動運動（往復回転振動）させられ、振動運動の周波数は駆動軸１１の回転数によって、その振幅は偏心結合の大きさ（半径寸法）によって決定される。
【００６５】
電極２とその電圧供給部との接続はフレキシブルな線路３６によって行われ、線路の端部は機械的にも電気的にもスリーブ１２にしっかり接続されている。
【００６６】
前記すべての実施例において、溶接過程は通常、溶接ヘッド１が図示しない電圧源とまず接続され、手動で案内される溶接の場合については、溶接作業を実行する作業員が保護ガスとして用いられるガス流４の供給を手動で開始することによって開始される。保護ガス４の供給と同時に、直流電気モータまたはタービン２６が自動的に運転開始される。これにより直流電気モータ１０またはタービン２６がその定格回転数に達し、電極２とワークピース８との間の空間が保護ガスにより取り囲まれ、それから本来の溶接過程が開始されることが保証される。一方で保護ガス供給、電極２の回転と、他方で溶接過程の開始とは同時に経過し、ロボットにより制御される溶接過程時にも維持される。
【符号の説明】
１ 溶接ヘッド
２ 電極
３ 光アーク
４ ガス流
５ ガスノズル
６ セラミックスリーブ
７ 溶接棒
８ ワークピース
９ ケーシング
１０ 直流電気モータ
１１ 駆動軸
１２ スリーブ
１３ 連結部
１４ 張設取付装置
１５ 張設取り付け部
１６ 緊張ナット
１７ カーボンブラシ
１８ コイルバネ
１９ 案内スリーブ
２０ 装置
２１ 第１のベアリング外側リング（アウタレース）
２２ 第２のベアリング外側リング（アウタレース）
２３ 第１のベアリング内側リング（インナレース）
２４ 第２のベアリング内側リング（インナレース）
２５ 歯車接続部
２６ タービン
２７ 第３のベアリング外側リング（アウタレース）
２８ 空間
２９ 導電性流体
３０ 外側スリーブ
３１ 左パッキンリング
３２ 右パッキンリング
３３、３４ 連結棒（リンク部材）
３５ 偏心ディスク
３６ フレキシブルな線路

Claims (19)

1. 電気的アースとして作用する金属製ワークピース（８）を、溶接電流が流れる耐熱性の電極（２）によりとりわけ手動溶接するための溶接ヘッド（１）であって、
   前記電極（２）から発して前記ワークピース（８）に至り、電圧源により給電される光アーク（３）によって溶接過程が行われ、場合により必要になる溶接材料（７）が供給され、
   前記電極（２）は前記溶接ヘッド（１）内に可動に支承されており、該溶接ヘッドは、運転開始後に電極を運動させる回転装置（２０）を含む、ことを特徴とする溶接ヘッド（１）。
2. 前記回転装置（２０）は、遅くとも溶接過程の開始とともに運転開始され、溶接過程の終了後に再び自動的に遮断される、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接ヘッド（１）。
3. 前記回転装置（２０）の運転開始は、保護ガスとして用いられるガス流（４）の手動による投入と同時に行われる、ことを特徴とする請求項２に記載の溶接ヘッド（１）。
4. 前記電極（２）の運動は、当該電極の固有の軸（Ａ）を中心にする回転または振動である、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接ヘッド（１）。
5. 前記溶接ヘッド（１）内には２つのベアリング、例えばボールベアリングまたはローラベアリングの外側リング（２１，２２）が固定されており、駆動可能なスリーブ（１２）が当該ベアリングの内側リング（２３，２４）によって保持される、ことを特徴とする請求項４に記載の溶接ヘッド（１）。
6. 張設取付装置（１４）によって前記スリーブ（１２）と前記電極（２）との間の力結合（摩擦力による結合）が達成され、これにより当該電極（２）は半径方向の変位に対しても、長手方向の変位に対しても保持される、ことを特徴とする請求項５に記載の溶接ヘッド（１）。
7. 前記張設取付装置（１４）は円錐形の張設取り付け部（１５）から構成され、該張設取り付け部は緊張ナット（１６）によって前記スリーブ（１２）の円錐形の孔部に押し付けられる、ことを特徴とする請求項６に記載の溶接ヘッド（１）。
8. 前記スリーブ（１２）も前記張設取り付け部（１５）も良導電性の材料から成り、
   前記スリーブ（１２）への溶接電流伝達はカーボンブラシ（１７）を介して行われ、該カーボンブラシは予付勢されたバネ（１８）によって前記スリーブ（１２）と常に機械的かつ電気的に接触接続している、ことを特徴とする請求項７に記載の溶接ヘッド（１）。
9. 前記カーボンブラシに対して青銅成分の多い材料が選択される、ことを特徴とする請求項８に記載の溶接ヘッド（１）。
10. 前記スリーブも前記張設取り付け部（１５）も良導電性の材料から成り、
    前記スリーブ（１２）への溶接電流伝達は導電性流体（２９）により行われ、該導電性流体は、前記スリーブ（１２）を取り囲む液密の空間（２８）内に存在する、ことを特徴とする請求項７に記載の溶接ヘッド（１）。
11. 前記スリーブ（１２）は直流電気モータ（１０）によって半径方向に運動され、または偏心装置（３２，３３，３４）を介して振動運動される、ことを特徴とする請求項６に記載の溶接ヘッド（１）。
12. 前記電気モータ（１０）から前記スリーブ（１２）への力伝達は、形状的に結合（蟻継ぎ式結合）した歯車接続部（２５）によって保証される、ことを特徴とする請求項１１に記載の溶接ヘッド（１）。
13. 前記直流電気モータ（１７）の駆動軸（１１）から前記スリーブ（１２）に力伝達するために、当該直流電気モータは前記スリーブ（１２）に対して同心に配置されており、
    前記駆動軸（１１）とスリーブ（１２）との間の接続は、脱着可能な連結部材（１３）によって行われる、ことを特徴とする請求項１１に記載の溶接ヘッド（１）。
14. 溶接電流を供給する電気ユニットにより、溶接電流の上昇とともに前記直流電気モータ（１０）の回転数も上昇され、溶接電流が降下すると回転数が再び低下される、ことを特徴とする請求項１１に記載の溶接ヘッド（１）。
15. 前記スリーブ（１２）は前記スリーブに機械的に連結されたタービン（２６）によって駆動され、該タービンは流動流体またはガスによって運動される、ことを特徴とする請求項６に記載の溶接ヘッド（１）。
16. 前記溶接ヘッドは、とりわけ水の、流体循環（Ｂ）により冷却され、その流動力によって前記タービン（２６）も同時に駆動される、ことを特徴とする請求項１５に記載の溶接ヘッド（１）。
17. 前記タービン（２６）は前記スリーブ（１２）に対して同心に配置されており、
    当該タービンの作動空間（Ｃ）は、一方では第２のベアリング外側リング（２２）により、他方では前記スリーブ（１２）に同様に固定された第３のベアリング外側リング（２７）により画定される、ことを特徴とする請求項１６に記載の溶接ヘッド（１）。
18. 電気的アースとして作用する金属製ワークピース（８）を、溶接電流が流れる耐熱性の電極（２）を有する溶接ヘッド（１）により、とりわけ手動溶接するための方法であって、
    溶接過程が、前記電極（２）から発して前記ワークピース（８）に至り、電圧源により給電される光アーク（３）によって行われ、場合により必要になる溶接材料（７）が供給され、請求項１から１７までのいずれか一項に記載の溶接ヘッド（１）が使用される、ことを特徴とする方法。
19. 電気的アースとして作用する金属製ワークピース（８）を、溶接電流が流れる耐熱性の電極（２）により、とりわけ手動溶接するための方法であって、
    溶接過程が、前記電極（２）から発して前記ワークピース（８）に至り、電圧源により給電される光アーク（３）によって行われ、場合により必要になる溶接材料（７）が供給され、
    前記電極（２）が前記ワークピース（８）で融着されるのを回避し、場合により溶接材料（７）の滴が前記電極（２）に付着するのを十分に阻止するために溶接ヘッド（１）が使用され、当該溶接ヘッドには前記電極（２）が可動に支承されており、当該溶接ヘッドが溶接過程の際に回転装置（２０）によって回転される、ことを特徴とする方法。

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