JP6955585B2 - 溶接トーチ - Google Patents

Description

本発明は、特にＴＩＧ高性能溶接用のタングステン電極である非消耗溶接電極をクランプし、かつ、冷却するためのクランプ装置を有する溶接トーチに関するものである。

非消耗溶接電極はアーク溶接で使用できる。このとき、非消耗溶接電極とワークピースの間でアークが点弧する。アーク及び溶接ゾーンは、通常、不活性ガス又は活性成分とのガス混合物のマントルによって保護される。従来の溶接トーチは、溶接電極を固定するとともに非消耗溶接電極用のクランプ要素を有する電流コンタクトチューブを有する。さらに、従来の溶接トーチは、通常、不活性ガスノズルを有し、これが電流コンタクトチューブ及び非消耗溶接電極を取り囲んでいる。特定の角度で溶加ワイヤを供給することができ、そこから溶接対象のワークピースへの材料転移が行われる。溶接プロセス中に、溶接電極とワークピースの間に形成されるアークは、制御装置で制御されるエネルギー源によって供給される。特に高性能溶接トーチである従来の溶接トーチの場合、例えばタングステン溶接電極である非消耗溶接電極は、固定用の電極ホルダ内に、圧入、半田付け、又は螺合緊結される。

溶接トーチ用のそのような電極ホルダは、非消耗溶接電極をまったく交換できないか、又はかなりの技術的努力を伴ってのみ交換可能であるという欠点がある。さらに、電極ホルダ内に固定された溶接電極は、電極ホルダの長手方向に動かすことができないので、溶接ワイヤ電極の電極チップを個々の溶接トーチから突出させる程度を調整することができない。

よって、本発明の目的は、必要に応じて非消耗溶接電極の交換を迅速かつ容易に可能とする、非消耗溶接電極をクランプするためのクランプ装置を有する溶接トーチを実現することである。

この目的は、本発明によれば、第１の態様により、請求項１に記載の特徴を有する、非消耗溶接電極をクランプするためのクランプ装置を有する溶接トーチによって、達成される。

本発明による溶接トーチは、その溶接電極がそのクランプ装置によって効率的に冷却されるという利点がある。
本発明は、さらに、非消耗溶接電極をクランプするための、特に溶接トーチ用のクランプ装置を実現し、このクランプ装置は電極ホルダを有し、該電極ホルダは、その内部に挿入可能な溶接電極を収容するための長手方向に延びる収容室を有するとともに前端には前端に向かって円錐状に広がる端部を有し、端部は、溶接電極を保持するためのクランプ装置のクランプ冷却コーン又はクランプヒートシンクによって圧縮可能であり、表面積の大きい冷却端面が溶接電極を冷却するために設けられる。

本発明によるクランプ装置は、収容室内に挿入可能な溶接電極を、容易かつ迅速に挿入可能であるとともに、必要に応じて交換可能であるという利点がある。本発明によるクランプ装置のさらなる利点は、挿入された溶接電極の位置を、緊密にクランプする前に長手方向に調整可能であることにあり、これにより電極自由端の調整が可能である。それゆえに、使用者は、溶接位置に、ある程度の柔軟性を有する。さらに、本発明によるクランプ装置は、特に溶接工である使用者が、特に簡単に操作可能である。さらなる利点は、工具を用いることなく、溶接電極を交換できることである。また、冷却流体が漏れることなく、溶接電極の交換を実現することもできる。さらに、挿入された溶接電極を、その電極チップを研ぎ直すために電極自由端を増やすように前方に動かすこと、及び、研ぎ工程の完了後に電極ホルダの収容室に押し戻すことが可能である。本発明によるクランプ装置は、このように、非消耗溶接電極のためのクイッククランプシステムを形成し、これは非常に高い電流用にも適している。クランプ装置は、さらに、溶接電極の自由な軸方向変位又は固定を可能とすることにより、その結果として設けられるアークの特性を変化させることができる。

本発明によるクランプ装置の可能な一実施形態において、クランプ装置のクランプ状態におけるクランプヒートシンクは、電極ホルダの円錐状端部のマントル面に対して機械的に押し付けられている。

本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、クランプ装置のクランプ状態における円錐状端部は、電極ホルダの収容室内に挿入された溶接電極に対して押し付けられている。

本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、電極ホルダの円錐状端部は、放射状に配置されるとともにクランプスロットで分離されたクランプジョーを有し、それらのクランプジョーは、クランプ装置のクランプ状態において電極ホルダの円錐状端部を、電極ホルダの収容室内に挿入された溶接電極に対して押し付けるために設けられている。

可能な一実施形態において、電極ホルダの収容室は、その前端に、わずかに狭くなったクランプ領域を有し、これは、広がった収容領域へと移行している。このクランプ領域は、長さが好ましくは４ｍｍから１０ｍｍまでの間である。

本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、クランプヒートシンクは、クランプヒートシンクを通って流れる冷却流体、又はクランプヒートシンクのそばを通過する冷却流体によって、溶接電極の電極自由端を冷却するために設けられている。

この実施形態は、溶接電極の電極チップ付近で優れた冷却が確保され、ひいては高性能溶接プロセス中に比較的低温の溶接電極が保証されるという利点がある。
本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、クランプ装置の非クランプ状態において、電極ホルダの収容室内に挿入された溶接電極は、溶接電極の電極自由端を調整するために、電極ホルダの収容室内で軸方向又は長手方向に変位可能である。

本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、電極ホルダの円錐状に広がる端部は、２０°から４５°まで、特に３０°の範囲内の開口角を有する。
本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、電極ホルダの円錐状に広がる端部は、放射状に等間隔で配置されたクランプジョーを有する。

本発明によるクランプ装置の他の実施形態において、電極ホルダの円錐状に広がる端部は、放射状に等間隔で配置された６つのクランプジョーを有する。
本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、クランプヒートシンクは、不活性ガスを供給するためのガスノズルで取り囲まれている。

本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、溶接電極はタングステン電極である。
本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、電極ホルダは、その後端の領域に、バックキャップを螺着するのに用いるネジ部を有する。

本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、その収容室に溶接電極が前方から挿入された電極ホルダは、バックキャップを螺着することにより、手動で後方に引っ張られ、これにより、電極ホルダの前端に設けられた円錐状端部のマントル面は、クランプ冷却コーンの対応する円錐状開口に対して押し付けられ、電極ホルダの端部にクランプスロットがあることに基づいて、溶接電極のセンタリングを維持するために、電極ホルダの端部のクランプジョーは、電極ホルダの収容室内に挿入された溶接電極に押し付けられる。

本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、クランプヒートシンクは、冷却流体が流れるとともにシールリングで区切られた流体室を有し、この流体室は、クランプ装置のクランプ状態において、内方に挿入された溶接電極の自由端を冷却するために電極ホルダの円錐状端部を取り囲んでいる。

本発明によるクランプ装置のさらに可能な一実施形態において、電極ホルダを取り囲んでいるクランプヒートシンクは、電極ホルダの端部のマントル面を取り囲むとともに対応する開口角を有する円錐状開口を有する。

本発明は、アウタチューブで取り囲まれたインナチューブと、非消耗溶接電極をクランプするためのクランプ装置とを有する溶接トーチを実現し、クランプ装置は電極ホルダを有し、電極ホルダは、その内部に挿入可能な溶接電極を収容するための長手方向に延びる収容室を有するとともに、その前端に、前端に向かって円錐状に広がる端部を有し、その端部を、溶接電極を保持するためのクランプ装置のクランプヒートシンクによって圧縮可能であり、溶接電極を冷却するための表面積の大きい冷却端面が設けられる。

さらに、本発明によるクランプ装置及び本発明による溶接トーチの可能な実施形態について、添付の図面を参照して、より詳細に説明する。

本発明の一態様により非消耗溶接電極をクランプするためのクランプ装置を有する、本発明による溶接トーチの可能な一実施形態の断面図。 図１に示す溶接トーチの断面斜視図。 図１に断面で示す溶接トーチのさらなる斜視図。 本発明によるクランプ装置に設けられた電極ホルダの例示的な一実施形態。 図４に示す電極ホルダの断面図。 図４に示す電極ホルダのさらなる図。 図４に正面から示す電極ホルダの端部の端面図。 図４に示す電極ホルダの斜視図。 本発明によるクランプ装置に用いるクランプヒートシンクの例示的な一実施形態の斜視図。 図９に示すクランプヒートシンクの断面図。 その内部に設けられた冷却システムを示す、本発明による溶接トーチの例示的な一実施形態の概略断面図。 従来の冷却システムを有する従来の溶接トーチの、対応する概略断面図。

図１は、非消耗溶接電極３をクランプするための本発明によるクランプ装置２を有する、溶接トーチ１の例示的な一実施形態を示している。非消耗溶接電極３は、例えばタングステン溶接電極である。図１は、溶接トーチ１の断面図を示している。非消耗溶接電極３は、クランプ装置２によって保持される。図２に示す断面図から分かるように、クランプ装置２は、その内部に挿入可能な溶接電極３を収容するための長手方向に延びる略円筒中空状の収容室２Ｂを有する電極ホルダ２Ａを有する。ボア、すなわち収容室２Ｂは、好ましくは、不均一な直径を有する。ボアの直径は、図５による断面図で分かるように、電極ホルダ２Ａの後方領域２Ｈ（長さＬ６）よりも、前方領域、すなわちクランプ領域２Ｆ（長さＬ３）の方が若干小さい。これにより、溶接電極３のクランプは、前方クランプ領域２Ｆにおいてのみ行われることで、そこで特に良好な冷却が設けられる。電極ホルダ２Ａは、その前端に端部２Ｃを有する。この端部２Ｃは、前方に向かって円錐状に連続的に広がっており、マントル面ＭＦ−２Ｃ及び環状端面ＳＦ−２Ｃを有し、これらは、これらを取り囲むクランプヒートシンク２Ｄの環状端面ＳＦ−２Ｄと共に、クランプ装置２のクランプ状態において、溶接電極３のための表面積の大きい冷却端面ＫＳＦを形成する。クランプ装置２は、電極ホルダ２Ａに隣接して、図１に示すクランプヒートシンク２Ｄを有する。クランプヒートシンク２Ｄは、図１の断面図に示すように、電極ホルダ２Ａの円錐状端部２Ｃを取り囲む円錐状開口２Ｄ−ＯＦＦを有する。電極ホルダ２Ａの前方に向かって円錐状に広がる端部２Ｃは、溶接電極３を保持するために、クランプヒートシンク２Ｄによって圧縮可能である。クランプヒートシンク２Ｄは、溶接トーチ１のクランプ装置２のクランプ状態において、図１の断面図に示すように、電極ホルダ２Ａの円錐状端部２Ｃのマントル面ＭＦ−２Ｃに対して機械的に押し付けられている。電極ホルダ２Ａは、クランプ状態において、溶接電極３のセンタリングを精緻に維持するとともに、図７に示す圧縮されたクランプジョーＳＢの端面及びクランプジョーＳＢを取り囲んで圧縮している冷却クランプコーン２Ｄの環状端面ＳＦ−２Ｄによって形成される表面積の大きい冷却端面ＫＳＦを有する。例えばタングステン溶接電極である溶接電極３は、溶接プロセス中に消耗しない非消耗電極である。図１による断面図に示すように、溶接電極３は、好ましくは棒のような円柱状に形成されており、前部に電極チップ３Ａを有する。溶接電極３の円柱状に形成された本体３Ｂは、クランプ装置２の非クランプ状態のときに、電極ホルダ２Ａの円筒状の収容室２Ｂ内に前方からクランプ領域２Ｆに貫通させて挿入可能であり、さらに、緊密にクランプする前には、軸方向に変位可能である。従って、非クランプ状態において、非消耗溶接電極３の自由端を手動で調整又は修正することが可能である。このようにして、溶接プロセス用に、溶接電極３の電極チップ３Ａが溶接トーチ１から前方に突出する程度が決まる。可能な一実施形態において、電極ホルダ２Ａの円錐状に広がる端部２Ｃは、２０°から４５°の範囲内の開口角α、好ましくは約３０°の開口角αを有する。ヒートシンク２Ｄは、好ましくは、２０°から４５°の対応する開口角を有する対応する円錐状開口を前部に有する。クランプ冷却コーン又はクランプヒートシンク２Ｄは、ヒートシンク２Ｄを通って流れる冷却流体、又はヒートシンク２Ｄのそばを通過する冷却流体によって、溶接電極３の電極自由端を冷却するように機能する。電極ホルダ２Ａの円錐状に広がる端部２Ｃは、可能な一実施形態において、放射状に等間隔で配置されるとともにクランプスロットＳＳで分離されたクランプジョーＳＢを有する。可能な一実施形態において、電極ホルダ２Ａの円錐状に広がる端部２Ｃは、例えば図７に示すように、放射状に等間隔で配置された６つのクランプスロットＳＳを有する。

図７は、電極ホルダ２Ａの端部２Ｃの前端面、すなわち端面ＳＦ−２Ｃを示しており、これは、図２で分かるように、図９に示すクランプ冷却コーン２Ｄの前端面ＳＦ−２Ｄで終端している。これにより、溶接電極３のクランプ領域における冷却が促進される。端部２Ｃの端面ＳＦ−２Ｃは、クランプ状態において、円錐状端部２Ｃの端面ＳＦ−２Ｃによって平面を形成する。図２で分かるように、冷却コーン２Ｄの端面ＳＦ−２Ｄは、環状であって、端部２Ｃの同様に環状の端面ＳＦ−２Ｃを取り囲んでいる。

電極ホルダ２Ａの円錐状端部２Ｃは、放射状に配置されたクランプスロットＳＳを有し、これらは、クランプ装置２のクランプ状態において、電極ホルダ２Ａの収容室２Ｂ内に挿入された溶接電極３に対して、電極ホルダ２Ａの円錐状端部２ＣのクランプジョーＳＢを押し付けるために設けられている。クランプジョーＳＢは、好ましくは、図８に示すように、容易に圧縮可能であるようにテーパリング、すなわち先細りを有する。クランプジョーＳＢ１〜ＳＢ６の端面は、図７に示すように、一緒になって端部２Ｃのスロット付き端面ＳＦ−２Ｃを形成している。溶接電極３の特に良好な冷却を確保するために、端面ＳＦ−２Ｃは可能な限り大きい。端部２Ｃの環状端面ＳＦ−２Ｃは、クランプ装置２のクランプ状態において、ヒートシンク２Ｄの同様に環状の端面ＳＦ−２Ｄによって緊密に、すなわちシームレスに取り囲まれており、これにより、２つの端面ＳＦ−２Ｃ、ＳＦ−２Ｄを含む特に大きい冷却端面ＫＳＦが設けられる（ＫＳＦ＝ＳＦ−２Ｃ＋ＳＦ−２Ｄ）。

図１に示す例示的な実施形態において、電極ホルダ２Ａは、溶接トーチ１のインナチューブ４内に設けられている。可能な一実施形態において、インナチューブ４は、追加の冷却手段を有する。その冷却手段は、例えば、冷却リブによって、又は冷却媒体が流れる冷却チャネルによって形成される。図１に示す例示的な実施形態において、インナチューブ４は、アウタチューブ５で取り囲まれている。クランプヒートシンク２Ｄは、図１に示す例示的な実施形態において、溶接トーチ１のインナチューブ４内に挿入又は螺入されている。溶接トーチ１のアウタチューブ５の内部にはクランプヒートシンク２Ｄが配置されており、溶接トーチ１のアウタチューブ５は、図１に示す実施形態において、ガスノズル６で取り囲まれている。ガスノズル６は、不活性ガスを供給するように機能する。電極ホルダ２Ａは、その後端に、バックキャップ７を装着するための締結手段を有する。可能な一実施形態において、電極ホルダ２Ａは、その後端に、バックキャップ７を螺着するためのネジ部２Ｅを有する。図１に示す例示的な実施形態において、バックキャップ７は、例えば、銅で構成されたコア７Ａと、プラスチックで構成されたハンドル７Ｂとを有する。図１による断面図において、電極ホルダ２Ａの後端に、雄ネジ部２Ｅを示しており、これに対してバックキャップ７の銅コア７Ａの雌ネジ部を螺合することにより、クランプジョーＳＢの接触力を調整する。電極ホルダ２Ａには、その円筒状の収容ボア、すなわち収容室２Ｂ内に、前方から溶接電極３がクランプ領域２Ｄに貫通されて挿入又は押入されており、該電極ホルダ２Ａを、電極ホルダ２Ａに装着されたバックキャップ７を螺着することにより、後方に引っ張ることができる。電極ホルダ２Ａを後方に引っ張るために、例えば、バックキャップ７のプラスチックハンドル７Ｂを、使用者が手動で回転させる。これにより、電極ホルダ２Ａの前端に設けられた円錐状に広がる端部２Ｃのマントル面ＭＦ−２Ｃは、クランプヒートシンク２Ｄの対応する円錐状開口内に押し込まれる。電極ホルダ２Ａの端部２ＣにクランプスロットＳＳがあることによって、クランプ状態において溶接電極３のセンタリングを厳密に維持するように、電極ホルダ２Ａの端部２ＣのクランプジョーＳＢは、電極ホルダ２Ａの収容室２Ｂ内に挿入された溶接電極３に対して、クランプ領域２Ｆで前部において押し付けられる。電極ホルダ２Ａの端部２Ｃのマントル面ＭＦ−２Ｃを取り囲むクランプヒートシンク２Ｄは、対応する開口角αを有し、放射状に配置されたクランプスロットＳＳがあることによって、クランプ装置２のクランプ状態において溶接電極３を厳密に中心に固定するように、端部２Ｃの圧力ジョー又はクランプジョーＳＢは、溶接電極３の本体３Ｂの外面に対して押し付けられる。クランプ状態において、溶接電極３は、もはや横方向、すなわち軸方向に動くことはできない。クランプヒートシンク２Ｄを用いて、クランプ状態において、円柱状溶接電極３の接触面、すなわちマントル面に対して、クランプ領域２Ｆで前部において高い機械的圧力を付与する。溶接電極３の前端において電極ホルダ２Ａ、すなわちコレット２Ａのマントル面が冷却されることによって、溶接電極３の過熱を制御するとともに、発生するアークＬＢのより高いエネルギー密度が実現する。最前点で溶接電極３に機械的に接触することによって、溶接電極３により高い負荷をかけることもできる。コレット、すなわち電極ホルダ２Ａは、非クランプ状態において、溶接電極３の軸方向の自由な動き、すなわち位置調整を可能とし、これにより、アークＬＢの特性を変化させることができる。コレット、すなわち電極ホルダ２Ａは、クランプ装置２のクランプ状態において、水冷対向流型クランプヒートシンク２Ｄによって、クランプ領域２Ｆにおける電極チップ３Ａの少し後方で、高い機械的接触力で溶接電極３に対して押し付けられる。これにより、溶接電極３の電極チップ３Ａ付近で優れた冷却が確保されることで、高性能溶接プロセス中に溶接電極３を比較的低温に維持することが可能となる。非クランプ状態において、溶接電極３の電極チップ３Ａが前方に溶接トーチ１から突出する程度を決めるために、溶接電極３を、円筒状のキャビティ、すなわち収容室２Ｂ内で、長手方向に沿って横に変位可能である。溶接電極３の位置を調整することによって、溶接プロセスの溶接特性に影響を及ぼすことができる。

本発明によるクランプ装置２は、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）高性能溶接に特に適している。溶接プロセス中に、ガスノズル６は不活性ガスを供給し、これによりアークＬＢ及び溶接ゾーンの周りに保護マントルを形成する。この不活性ガスは、図１に示す例示的な実施形態において、ガスライン８Ｃを介してガスノズル６に供給される。クランプ冷却コーン２Ｄには、好ましくは、これを通って冷却流体が流れる。適切な冷却液は、例えば、水とアルコールの混合物である。クランプヒートシンク２Ｄは、好ましくは、冷却流体が流れるとともにシールリング１２Ａ、１２Ｂで区切られた流体室１１を有し、この流体室１１は、クランプ装置２のクランプ状態において、内方に挿入された溶接電極３の自由端を冷却するために電極ホルダ２Ａの円錐状端部２Ｃを取り囲んでいる。これにより、高い冷却能力を実現できるとともに、必要な温度安定性が設けられる。この冷却によって、溶接プロセスはより安定する。溶接電極３を冷却するために、熱交換器を用いることができる。図１に示す例示的な実施形態において、冷却媒体は、ライン９Ａ’、９Ｂ’を介して、溶接トーチ１に供給されるとともに、溶接トーチ１から排出される。固定装置１０は、ガスライン８Ｃ及び冷却ライン９Ａ’、９Ｂ’を固定している。また、ガスノズル６も、図３に示すように、特に冷却ライン８Ａ、８Ｂによって水冷されることが好ましい。溶接トーチ１は、外部に配置された冷却ラインを有し、これらは熱交換器に直接つながっている。向上した冷却能力によって、溶接電極３の過熱を防ぐことで、耐用年数が長くなるとともに、点弧が改善される。

図２は、図１に示す溶接トーチ１を、断面かつ正面からの斜視で示している。溶接トーチ１は、好ましくは、溶接プロセス中に溶接電極３を冷却するための冷却閉回路を有する。溶接トーチ１は、冷却媒体を供給するための供給冷却ラインと、冷却媒体を排出するための排出ラインとを有する。冷却媒体又は冷却流体は、端部２Ｃ及びヒートシンク２Ｄを有する電極ホルダ２Ａを備えたクランプ装置２の後端において、導入される。冷却媒体は、インナチューブ４とアウタチューブ５の間の供給チャネル内を前方に移動して、クランプヒートシンク２Ｄを取り囲む流体室１１又はクランプヒートシンク２Ｄに組み込まれた流体室１１に入る。これにより、溶接中に発生する温熱、すなわち熱は、冷却流体で連続的に冷却されるクランプヒートシンク２Ｄによって、溶接電極３から除去される。図２に示す例示的な実施形態において、冷却流体は、溶接トーチ１の下側で流体室１１に供給されて、溶接トーチ１の上側でインナチューブ４とアウタチューブ５の間を後方へ戻るように移動し、そこで排出ラインを介して熱交換器に戻される。

本発明によるクランプ装置２の好ましい実施形態において提供される冷却は、図１１にも概略的に示している。溶接トーチ１は、その内部に溶接電極３が緊密にクランプされた、本発明によるクランプ装置２を有し、溶接プロセス中に、溶接電極３のチップ３ＡにおいてアークＬＢを発生させる。アークＬＢは、例えばタングステン溶接電極である溶接電極３のチップ３Ａと溶接対象のワークピースＷとの間に発生する。冷却媒体は、冷却流体供給ライン９Ａを介して供給されて、冷却流体室１１へと前方に誘導される。溶接プロセスによって加熱された冷却媒体は、その後、流体室１１から冷却流体排出ライン９Ｂを介して再び後方へと排出される。

内部の冷却流体供給ライン９Ａ及び内部の冷却流体排出ライン９Ｂは、溶接トーチ１のインナチューブ４とアウタチューブ５の間に配置されている。冷却流体供給ライン９Ａは、冷却流体接続ライン９Ａ’に接続されており、内部の冷却流体排出ライン９Ｂは図１、３による冷却流体接続ライン９Ｂ’に接続されている。

図１２は、比較のため、従来の溶接トーチＳｃｈＢの構造を概略的に示している。従来の溶接トーチＳｃｈＢにおいても、冷却媒体は、供給ラインを介して供給され、排出ラインを介して排出される。しかしながら、本発明による溶接トーチ１において、冷却流体室１１は、より前方の、溶接電極３のチップ３Ａの直近に配置されており、一方、従来の溶接トーチＳｃｈＢにおいて、図１２に示すように、冷却流体室は、より後方の、溶接電極３の本体３Ｂの位置に設けられている。

本発明によるクランプ装置２に設けられた、図１１に示す冷却回路によって、特に高い電流Ｉを溶接電極３に印加することができ、溶接電極チップ３Ａの直近に位置する冷却流体によって、溶接電極の過熱を防ぐ。これにより、アークＬＢのより高いエネルギー密度を実現することが可能である。このクランプ装置２を有する、本発明による溶接トーチ１は、例えば、３００Ａ超の電流を用いる高性能ＴＩＧ溶接に使用することが可能である。採用し得る一実施形態において、図９で分かるように、流体室１１を、２つのシールリング１２Ａ、１２Ｂで区切ることができる。図示の実施形態において、本発明によるクランプ装置２は、このように、２つのシールリング１２Ａ、１２Ｂで区切られた流体室１１が隣接したクランプヒートシンク２Ｄを有し、これにより、クランプ装置２のクランプ状態において、電極ホルダ２Ａの円錐状端部２Ｃを冷却し、ひいては、その内部に挿入された溶接電極３の自由端を冷却する。

図３は、図１、２に示す溶接トーチ１の斜視図を示している。図３には、クランプ装置２を取り囲むガスノズル６を示している。ガスノズル６は、図示の例示的な実施形態において、楕円形である。ガスノズル６の楕円形の開口は、溶接対象のワークピースＷの表面に沿った溶接トーチ１の溶接方向に対応している。溶接トーチ１は、図示の例示的な実施形態において、ガスノズル６を水冷するためのライン８Ａ、８Ｂを有する。不活性ガスは、接続ライン８Ｃを介してガスノズル６に供給される。図３には、溶接電極３の電極チップ３Ａを示しており、該電極チップ３Ａは、クランプ装置２のクランプ状態において、電極ホルダ２Ａの、押し付けられた端部２Ｃの端面から突出している。接続ライン９Ａ’、９Ｂ’は、溶接電極３を冷却するための冷却媒体用の供給ラインと排出ラインを形成しており、図１１に示す内部の供給ラインと排出ライン９Ａ、９Ｂに接続されている。

図４は、本発明によるクランプ装置２で用いることができる電極ホルダ２Ａの例示的な実施形態を示している。電極ホルダ２Ａは、図５による断面図に示すように、直径φ−２Ｂの、連続した略円筒状の収容開口又は収容室２Ｂを有する。長さＬ３の前方クランプ領域２Ｆにおいて、収容室２Ｂは、収容室２Ｂの残り部分よりも若干小さい直径φ−２Ｆを有する（φ−２Ｆ＜φ−２Ｂ）。さらに、電極ホルダ２Ａは、その前側に、円錐状に広がる端部２Ｃを有する。端部２Ｃは、断面では切頭二等辺三角形を形成しており、その底辺は、クランプヒートシンク２Ｄの端面ＳＦ−２Ｄで取り囲まれた端面ＳＦ−２Ｃを有する。電極ホルダ２Ａは、図示の例示的な実施形態において、全長Ｌを有する。電極ホルダ２Ａは、後端に、バックキャップ７を螺着するための、長さＬ２のネジ部２Ｅを有する。図示の例示的な実施形態において、円錐状に広がる端部２Ｃは、長さＬ１を有する。これに、長さＬ４のテーパ部２Ｇが接続されている。端部２Ｃは、図４に示すように、放射状に配置されたクランプスロットＳＳを有し、これらは、テーパ部２Ｇに貫通して延びるとともに、長さＬ５を有する。電極ホルダ２Ａの後端の雄ネジ部２Ｅは、図示の例示的な実施形態において、長さＬ２を有する。電極ホルダ２Ａは、図４に示すように、後部において外径ｄを有する。円錐状端部２Ｃは、図４に示すように、外径Ｄまで広がっている。このため、端部２Ｃは、例えば３０°の開口角αを有する。端部２Ｃは、放射状に配置されたクランプスロットＳＳを有する。図７に示すように、電極ホルダ２Ａ又はその端部２Ｃは、図示の例示的な実施形態において、それぞれオフセット角β（β＝６０°）で互いに離間した６つの放射状に配置されたクランプスロットＳＳ１〜ＳＳ６を有する。クランプスロットＳＳが等間隔であることで、クランプジョーＳＢによって、その中にクランプされた溶接電極３の厳密なセンタリングが可能となる。端部２Ｃは、好ましくは、少なくとも３つの等間隔のクランプスロットＳＳを有する。図６は、図４に示す電極ホルダ２Ａを、回転させて示している。

さらに、図８は、電極ホルダ２Ａを斜視で示している。電極ホルダ２Ａの長さＬは、特定の用途に応じて変えることができる。クランプ領域２Ｆでの収容室２Ｂの内径φ−２Ｆは、その内部に挿入可能な溶接電極３の外径φ−ＳＥに対応している（φ−２Ｆ＝φ−ＳＥ）。

図９は、本発明によるクランプ装置２で用いることができるクランプヒートシンク２Ｄの例示的な実施形態を斜視で示している。図１０は、図９に示すクランプヒートシンク２Ｄの断面図を示している。クランプヒートシンク２Ｄは、前部に、円錐状開口２Ｄ−ＯＦＦを有し、その開口角は、端部２Ｃの開口角αに対応している。クランプヒートシンク２Ｄは、好ましくは、インナチューブ４の前端内に挿入されて、そこに螺合されている。このため、クランプヒートシンク２Ｄは、その後端に、対応するネジ部を有することが可能である。可能な一実施形態において、クランプヒートシンク２Ｄは、好ましくは銀メッキされた、熱伝導性銅で構成される。図９で分かるように、２つのシールリング１２Ａ、１２Ｂによって、冷却流体用の流体室１１を画定しており、これにより、電極ホルダ２Ａ内に挿入された溶接電極３を冷却する。冷却流体が漏れることなく、溶接電極３の交換が可能である。さらなる利点は、電極ホルダ２Ａを螺脱し、螺着することなく、溶接電極３を交換可能であることであり、溶接電極３は、取り付け時に、電極ホルダを伴うことなく、クランプ装置２内に挿入される。溶接電極３を取り外すときには、電極ホルダ２Ａは、次の溶接電極３を収容するために、クランプ装置２に残される。本発明によるクランプ装置２を用いて、溶接電極３を、接続部ＳＳの間に設けられたクランプジョーＳＢによって、水平かつ緊密にクランプすることが可能である。このクイッククランプ装置２によって、溶接電極３のクランプ及び交換が簡単に可能となる。交換可能な溶接電極２は、それ自体は、電極ホルダを必要としないが、クランプ装置２の電極ホルダ２Ａ内に挿入される。

溶接トーチ１は、可能な一実施形態において、溶接装置上のロボットアームに取り付けることができる。あるいは、溶接トーチ１は、手動で操作される溶接トーチとすることが可能である。溶接電極３を交換又は調整するために、溶接電極３に前方から簡単にアクセス可能であることで、溶接トーチ１の取り扱いが容易となる。これにより、溶接電極チップ３Ａを研ぎ直すことが可能となる。本発明によるクランプ装置２を有する溶接トーチ１は、最高のアーク品質及び高い点弧信頼性を提供する。また、良好な冷却の結果として、挿入された溶接電極３が受ける負荷がより少なく、より長く使用することが可能である。従って、本発明による溶接トーチ１は、特に資源節約的である。溶接電極の交換時に、電極ホルダ２Ｄはクランプ装置２内に残されるので、溶接電極の取り付けを特に簡単かつ迅速に行うことができる。

さらなる実施形態が可能である。図１に示す例示的な実施形態において、溶接電極３は、前方から導入されて、溶接プロセスのために、電極ホルダ２Ａを後方に機械的に引っ張ることによりクランプされる。代替実施形態において、溶接電極３は、後方から電極ホルダ２Ａに対応する開口によって導入される。さらなる代替実施形態において、予備として複数の溶接電極３を上下に積み重ねて、電極ホルダ２Ａの収容室２Ｂ内に設けることができる。本実施形態において、使用済みの溶接電極３は溶接トーチ１から前方に取り出されて、収容室２Ｂ内に配置された次の溶接電極３が、さらなる溶接プロセスのために、前方に誘導又はスライドされる。本実施形態において、例えば２つ以上の溶接電極３を、電極ホルダ２Ａの収容室２Ｂ内に配置することができ、それらを必要に応じて次々と前方に誘導することが可能である。本実施形態において、収容室２Ｂは、その中に収容された一群の溶接電極３の貯蔵室、すなわちマガジンとして機能し、それらを次々と使用することが可能である。

さらに可能な代替実施形態において、溶接電極３の位置決めは、軸方向、すなわち長手方向に動かすことにより手動で行われるのではなく、アクチュエータによって自動的に行われる。さらに可能な一実施形態において、自由端、すなわち電極チップ３Ａが溶接トーチ１の円錐状端部２Ｃから突出する長さを、アクチュエータによって正確に自動調整することが可能である。さらに可能な一実施形態において、この自動調整を、溶接プロセス中にアークＬＢに影響を及ぼすために行うこともできる。同時に、ガスノズル６から流出する不活性シールドガスの調整を行うことができる。本発明による溶接トーチ１のさらに可能な一実施形態において、冷却媒体がクランプ装置２を通って流れる、すなわちクランプ装置２を通過する冷却速度を、設定又は調整することが可能である。さらに可能な一実施形態において、このために、溶接電極３の温度Ｔをセンサで常に監視する。溶接電極３の温度が上昇すると、冷却を増強するために、冷却媒体の流量を自動的に上方調整する。さらに可能な一実施形態において、溶接電極３の使用時間及び／又は摩耗を監視して、調整可能な閾値を超えたら、溶接電極３を、例えば電極ホルダ２Ａの収容室、すなわちマガジン２Ｂ内で溶接電極３の後ろに配置されている未使用の新たな溶接電極３で、自動的に交換する。本発明によるクランプ装置２は、非消耗溶接電極３を使用する任意の溶接トーチ１に適している。端部２Ｃの端面ＳＦ−２Ｃとクランプヒートシンク２Ｄの端面ＳＦ−２Ｄは、クランプ装置２のクランプ状態において、一緒に合わさって表面積の大きい冷却端面ＫＳＦを形成する。２つの端面ＳＦ−２Ｃ、ＳＦ−２Ｄは、好ましくは、溶接プロセス中に溶接電極３から十分な熱を除去するような大きさに寸法設定される。それらは、クランプヒートシンク２Ｄを通って流れる冷却媒体、すなわちクランプヒートシンク２Ｄを通過する冷却媒体による支援を受ける。可能な一実施形態において、冷却端面ＫＳＦは、追加的に、前方に突出する小さい冷却リブを有し、それらは、クランプ状態において、クランプ装置２の２つの端面ＳＦ−２Ｃ、ＳＦ−２Ｄをシームレスに横切って、クランプされた溶接電極３に対して垂直に離間する横方向に延びる。閉じた平滑な冷却端面ＫＳＦによって、溶接電極３の電極チップ３Ａが電極ホルダ２Ｄから突出している程度を使用者が容易に直接認識できるという、さらなる利点が提供される。従って、使用者は、最初にバックキャップ７を螺着することでクランプ装置２を緩めて、次に溶接電極３を長手方向に動かし、最後にバックキャップ７を螺着することでクランプ装置２を再び緊密にクランプすることにより、適切な再調整を行うことができる。

Claims (13)

1. アウタチューブ（５）で取り囲まれたインナチューブ（４）と、非消耗溶接電極（３）をクランプするためのクランプ装置（２）とを有する溶接トーチ（１）であって、
   前記クランプ装置（２）はクランプヒートシンク（２Ｄ）と電極ホルダ（２Ａ）を有し、該電極ホルダは、溶接電極（３）を収容するための長手方向に延びる収容室（２Ｂ）を有し、前記収容室（２Ｂ）は、その前端に、狭くなったクランプ領域（２Ｆ）を有し、該クランプ領域（２Ｆ）は広くなった収容室に移行しており、前記電極ホルダ（２Ａ）は、その前端に円錐状端部（２Ｃ）を有し、該円錐状端部（２Ｃ）は、前記前端に向かって円錐状に広がり、前記円錐状端部（２Ｃ）は、前記溶接電極（３）を保持するための、前記クランプ装置（２）の前記クランプヒートシンク（２Ｄ）によって圧縮可能であり、
   前記クランプヒートシンク（２Ｄ）は、クランプ状態において表面積の大きい冷却端面（ＫＳＦ）が前記溶接電極（３）を冷却するために、前記クランプ装置（２）のクランプ状態において、前記電極ホルダ（２Ａ）の前記円錐状端部（２Ｃ）のマントル面（ＭＦ−２Ｃ）に対して機械的に押し付けられるものであり、
   冷却流体によって前記溶接電極（３）の電極自由端を冷却するため、前記クランプ装置（２）のクランプヒートシンク（２Ｄ）は流体室（１１）を有し、該流体室（１１）には前記冷却流体が流通可能であり、かつ、該流体室は、前記クランプ装置（２）のクランプ状態において内方に挿入された前記溶接電極（３）を冷却するために前記電極ホルダ（２Ａ）の前記円錐状端部（２Ｃ）を取り囲んでおり、
   前記冷却流体が、前記インナチューブ（４）と前記アウタチューブ（５）の間の供給ライン（９Ａ）を介して前記流体室（１１）に供給可能であるとともに、前記インナチューブ（４）と前記アウタチューブ（５）の間の排出ライン（９Ｂ）を介して排出可能である、溶接トーチ。
2. 前記クランプ装置（２）の前記クランプヒートシンク（２Ｄ）は、前記冷却流体を冷却液として前記クランプヒートシンク（２Ｄ）に通すために設けられている、請求項１に記載の溶接トーチ。
3. 前記流体室（１１）はシールリング（１２Ａ，１２Ｂ）で区切られる、請求項２に記載の溶接トーチ。
4. 前記電極ホルダ（２Ａ）の前記円錐状端部（２Ｃ）は、６つのクランプスロット（ＳＳ１〜ＳＳ６）により分離された６つの放射状に配置されたクランプジョー（ＳＢ１〜ＳＢ６）を有し、該６つのクランプジョー（ＳＢ１〜ＳＢ６）は、前記クランプ装置（２）の前記クランプ状態において、前記電極ホルダ（２Ａ）の前記円錐状端部（２Ｃ）を、前記電極ホルダ（２Ａ）の前記収容室（２Ｂ）内に挿入された前記溶接電極（３）に押し付けるために設けられており、
   前記円錐状端部（２Ｃ）の前記クランプジョー（ＳＢ）は、それぞれテーパ部（Ｖ）を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
5. 前記クランプ装置（２）の非クランプ状態において、前記電極ホルダ（２Ａ）の前記収容室（２Ｂ）内に挿入された前記溶接電極（３）は、前記溶接電極（３）の電極自由端（２Ａ）を調整するために、手動又はアクチュエータによって前記電極ホルダの前記収容室（２Ｂ）内で、長手方向に沿って横に変位可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
6. 前記電極ホルダ（２Ａ）の前記円錐状端部（２Ｃ）は、２０°から４５°まで、特に３０°の開口角（２）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
7. 前記電極ホルダ（２Ａ）の前記クランプ領域（２Ｆ）は、長さが４ｍｍから１０ｍｍまでの間である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
8. 前記クランプ装置（２）の前記クランプヒートシンク（２Ｄ）は、不活性ガスを供給するためのガスノズル（６）で取り囲まれている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
9. 前記クランプ装置（２）の前記電極ホルダ（２Ａ）は、その後端の領域に、ネジ部（２Ｅ）を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
10. 前記収容室（２Ｂ）に溶接電極（３）が前方から挿入された前記電極ホルダ（２Ａ）は、バックキャップ（７）を螺着することにより、手動で後方に引っ張られ、これにより、前記電極ホルダ（２Ａ）の前記前端に設けられた前記円錐状端部（２Ｃ）の前記マントル面（ＭＦ−２Ｃ）は、前記クランプヒートシンク（２Ｄ）に対して押し付けられ、前記電極ホルダ（２Ａ）の前記円錐状端部（２Ｃ）にクランプスロット（ＳＳ）があることに基づいて、前記電極ホルダ（２Ａ）の前記円錐状端部（２Ｃ）のクランプジョー（ＳＢ）は、前記溶接電極（３）のセンタリングを維持するために、及び、閉じた環状の前記冷却端面（ＫＳＦ）を形成するために、前記電極ホルダ（２Ａ）の前記収容室（２Ｂ）内に挿入された前記溶接電極（３）に押し付けられる、請求項９に記載の溶接トーチ。
11. 前記電極ホルダ（２Ａ）を取り囲んでいる前記クランプヒートシンク（２Ｄ）は、前記電極ホルダ（２Ａ）の前記円錐状端部（２Ｃ）の前記マントル面（ＭＦ−２Ｃ）を取り囲むとともに対応する開口角（α）を有する円錐台形状の開口（２Ｄ−ＯＦＦ）を有する、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
12. クランプ状態において、前記クランプヒートシンク（２Ｄ）の端面（ＳＦ−２Ｄ）は、両端面（ＳＦ−２Ｃ，ＳＦ−２Ｄ）を取り囲む前記冷却端面（ＫＳＦ）を形成するために、前記電極ホルダ（２Ａ）の前記円錐状端部（２Ｃ）の前端面（ＳＦ−２Ｃ）で概ね終端している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
13. １つ以上の溶接電極（３）を、前記クランプ装置（２）の前記電極ホルダ（２Ａ）の前記収容室（２Ｂ）に前方又は後方から開口を通して挿入可能である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の溶接トーチ。

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