DE10200942A1 - Schweissbrenner - Google Patents

Abstract

Ein Schweißbrenner zum MIG/MAG-Schweißen, insbesondere zum Schweißen von Aluminium, umfaßt eine Führungsvorrichtung, mit Hilfe derer ein Schweißdraht in das Kontaktrohr des Schweißbrenners eingeführt wird. Das dem Kontaktrohr zugewandte Ende der Führungsvorrichtung ist mit einem Außenkonus versehen, dessen Böschungswinkel einer konischen Aufweitung in der Durchgangsbohrung des Kontaktrohrs entspricht. Bei einem Kontaktrohrwechsel bewirkt dieser Außenkonus eine Führung und Zentrierung der Führungsvorrichtung gegenüber dem Kontaktrohr, so daß - trotz der schlechten Einsehbarkeit im Inneren des Schweißbrenners - schnell und einfach eine hochgenau kollineare Verbindung zwischen Kontaktrohr und Führungsvorrichtung sichergestellt werden kann.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schweißbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er beispielsweise aus der DE 298 80 112 U1 als bekannt hervorgeht. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Kontaktrohrs in einem Schweißbrenner.
• Beim Schweißen mit einem Metalldraht als Zusatzmaterial ist es wichtig, diesen Draht aus einem Vorratsbereich - im Regelfall einer Drahtrolle - ohne Beschädigungen zum Schweißbereich hin zu leiten. Um dies zu erreichen, werden Schweißbrenner mit Zuführungsvorrichtungen versehen, welche den Schweißdraht knick- und reibungsfrei zum Kontaktrohr fördern sollen. So ist aus der gattungsbildenden DE 298 80 112 U1 ein Schweißbrenner mit einem Kontaktrohr bekannt, wobei das Kontaktrohr eine Durchgangsbohrung für den Schweißdraht sowie eine dazu konzentrische Führungsbohrung aufweist. Zur Zuleitung des Schweißdrahts an die Schweißstelle ist eine Führungsvorrichtung vorgesehen, welche sich in die Führungsbohrung des Kontaktrohrs hineinerstreckt. Aufgrund der exakten Führung der Führungsvorrichtung über die Länge in der Führungsbohrung des Kontaktrohrs soll eine hochgenaue Ausrichtung des Schweißdrahtes geschaffen werden, so daß der Schweißdraht biegungsfrei in die Bohrung des Kontaktrohrs eintritt; dadurch soll eine Reduktion des Abriebs des Schweißdrahts in der Bohrung des Kontaktrohrs bewirkt werden.
• Um ein reibungsarmes Eintreten des Schweißdrahts in das Kontaktrohr sicherzustellen, müssen Führungsvorrichtung und Durchgangsbohrung des Kontaktrohrs im Übergangsbereich in hohem Maße kollinear zueinander angeordnet sein; dies setzt voraus, daß der Durchmesser der Führungsbohrung nur unwesentlich größer ist als der Außendurchmesser der Führungsvorrichtung. Um andererseits einen leichten und schnellen Kontaktrohrwechsel - z. B. ein Austausch eines defekten Kontaktrohrs - im Inneren des Schweißbrenners der DE 298 80 112 U1 sicherstellen zu können, muß ein gewisses Spiel zwischen der Führungsbohrung und der in sie einzuführenden Führungsvorrichtung gegeben sein. Diese beiden gegenläufigen Anforderungen können in dem Schweißbrenner der DE 298 80 112 U1 nicht gleichzeitig zufriedenstellend erfüllt werden.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Schweißbrenner so weiterzuentwickeln, daß einerseits eine prozeßsichere Förderung des Schweißdrahts durch das Kontaktrohr sichergestellt ist und andererseits ein schneller, einfacher Kontaktrohrwechsel möglich ist.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst.
• Danach ist das dem Kontaktrohr zugewandte Ende der Führungsvorrichtung mit einem Außenkonus versehen, dessen Böschungswinkel einer konischen Aufweitung in der Durchgangsbohrung des Kontaktrohrs entspricht. Bei einem Kontaktrohrwechsel bewirkt dieser Außenkonus eine Führung und Zentrierung der Führungsvorrichtung gegenüber dem Kontaktrohr, so daß - trotz der schlechten Einsenbarkeit im Inneren des Schweißbrenners - schnell und einfach eine hochgenau kollineare Verbindung zwischen Kontaktrohr und Führungsvorrichtung sichergestellt werden kann. Aufgrund dieser prozeßsicher gewährleisteten Kollinearität von Kontaktrohr und Führungsvorrichtung wird der Schweißdraht verbiegungsfrei von der Führungsvorrichtung in das Kontaktrohr eingeführt. Dadurch wird eine lokal verstärkte Reibung des Schweißdrahts im Kontaktrohr vermieden, welche andernfalls ein Anschweißen des Drahts an der Innenwandung des Kontaktrohrs und ein Verstopfen des Kontaktrohrs zur Folge haben kann. Dies ist besonders wichtig bei Verwendung eines Schweißdrahts aus einem leicht verformbaren Werkstoff, insbesondere Aluminium.
• Die Führung des Schweißdrahts im Kontaktrohr muß zwei gegenläufigen Forderungen genügen: Einerseits muß eine gewisse Reibung des Drahts am Kontaktrohr gegeben sein, um den Stromübertrag vom Kontaktrohr auf den Schweißdraht zu erreichen; andererseits muß aber die Reibung zwischen Kontaktrohr und Schweißdraht möglichst gering sein, um ein Anschweißen des Drahts an der Innenwandung des Kontaktrohrs zu vermeiden. Diese beiden Forderungen werden in dem erfindungsgemäßen Schweißbrenner erfüllt, indem der Draht einerseits - aufgrund der hochgenauen Kollinearität von Führungsvorrichtung und Kontaktrohr - exakt mittig in die Durchgangsbohrung des Kontaktrohrs eintritt. Andererseits ist der Durchmesser der Durchgangsbohrung im Kontaktrohr so dimensioniert, daß eine hochgenaue Führung des Drahts im Kontaktrohr ohne übermäßige Reibung sichergestellt ist. Hierbei muß berücksichtigt werden, daß der Schweißdraht beim Austreten aus dem Kontaktrohr sehr stark erhitzt wird und daher - in Abhängigkeit von dem thermischen Expansionskoeffizienten und Wärmeleitfähigkeit des Schweißdrahtwerkstoffs - bereits in Kontaktrohr eine gewisse Ausdehnung erfährt.
• Bei Verwendung eines Schweißdrahts aus Stahl beträgt der Durchmesser der Durchgangsbohrung des Kontaktrohrs vorteilhafterweise das 1.03- bis 1.10-fache des Außendurchmessers des Schweißdrahts (siehe Anspruch 2). Dies trägt der Tatsache Rechnung, daß der Stahldraht eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt und bei Erwärmung eine verhältnismäßig geringe thermische Ausdehnung erfährt.
• Wird hingegen ein Schweißdraht aus Aluminium verwendet, so ist die Ausdehnung des Drahtes im Kontaktrohr - aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit und des hohen thermischen Expansionskoeffizienten - wesentlich größer; daher hat die Durchgangsbohrung des Kontaktrohrs in diesem Fall einen Durchmesser, der vorzugsweise das 1.12- bis 1.21-fache des Außendurchmessers des Schweißdrahts beträgt (siehe Anspruch 3).
• Der dem Kontaktrohr benachbarte Bereich der Führungsvorrichtung muß aus einem Werkstoff bestehen, welcher den in diesem Bereich auftretenden thermischen Belastungen widersteht (siehe Anspruch 4). Zweckmäßigerweise wird hierfür ein metallischer Werkstoff eingesetzt. Insbesondere bei Verwendung eines Schweißdrahts aus Aluminium besteht die Innenwandung dieses Bereiches vorzugsweise aus Bronze oder Messing, da Abrieb von diesen Werkstoffen - im Gegensatz z. B. zu Stahlabrieb - den Lichtbogen nicht ungünstig beeinflußt.
• Die erfindungsgemäße Auslegung des Schweißbrenners ermöglicht eine besonders schnelles und einfaches Einsetzen eines neuen Kontaktrohrs in den Schweißbrenner: Hierzu wird zunächst die Führungsvorrichtung vom rückseitigen Ende des Grundkörpers her weit in das Innere des Schweißbrenner hineingeschoben. Dann wird das Kontaktrohr in den Schweißbrenner eingeführt (z. B. eingeschraubt). Der Innenkonus des Kontaktrohrs kommt dabei auf dem Außenkonus der Führungsvorrichtung zur Anlage und drängt - bei weiterem Einschrauben des Kontaktrohrs - die Spitze der Führungsvorrichtung in das Innere des Schweißbrenners zurück. Hat das Kontaktrohr seine Ziellage erreicht, so wird sowohl das Kontaktrohr als auch die Führungsvorrichtung in dieser Position fixiert (siehe Anspruch 5). Durch die Selbstzentrierung des Konus der Führungsvorrichtung im Innenkonus des Kontaktrohrs wird dabei - ohne aufwendige Justierung - eine hochgenaue und reproduzierbare Ausrichtung der Führungsvorrichtung gegenüber dem Kontaktrohr erreicht.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigen, jeweils schematisch:
• Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht auf einen Schweißbrenner;
• Fig. 2 eine vergrößerte Einzeldarstellung der Einzelheit II aus Fig. 1;
• Fig. 3 Vergrößerte Einzeldarstellung des Bereichs III aus Fig. 1
• Fig. 3a vor Einschrauben eines neuen Kontaktrohrs in den Schweißbrenner;
• Fig. 3b während dem Einschrauben des neuen Kontaktrohrs in den Schweißbrenner.
• Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines . Schweißbrenners 1, beispielsweise eines Schweißbrenners zum MIG/MAG-Schweißen. Der Schweißbrenner 1 umfaßt einen Grundkörper 2 mit einem Endstück 3, einem Mittelstück 4 und einem Anschlußstück 5. In dem Anschlußstück 5 ist eine Zuführung 6 und eine Rückführung 6' für eine Kühlflüssigkeit, ein Schutzgasanschluß 7 und eine Öffnung 8 zur Zufuhr von Schweißdraht 9 vorgesehen. Weiterhin wird der Schweißbrenner 1 über das Anschlußstück 5 mit Strom/Spannung versorgt.
• Im Inneren des Grundkörpers 2 ist eine rohrförmige Zuführungsvorrichtung 10 angeordnet, welche einerseits mit dem Anschlußstück 5 und andererseits mit dem Endstück 3 des Grundkörpers 2 verbunden ist. Das Endstück 3 seinerseits weist eine mittig verlaufende Bohrung 11 zur Zuführung des Schweißdrahts 9 auf. Die Zuführungsvorrichtung 10 ist auf eine solche Art mit dem Anschlußstück 5 verbunden, daß der im Inneren der Zuführungsvorrichtung 10 gebildeter näherungsweise zylindrische Hohlraum 12 konzentrisch bzw. fluchtend mit der Bohrung 11 verläuft.
• An dem Endstück 3 des Schweißbrenners 1 ist ein Kontaktrohr 13 befestigt, welches eine zentral verlaufende Durchgangsbohrung 14 aufweist, durch welche der im Inneren des Grundkörpers 2 zugeführte Schweißdraht 9 an die Schweißstelle gelenkt wird. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Kontaktrohr 13 über eine Gewindeanordnung 15 mit dem Endstück 3 verbunden, welche einen leichten und schnellen Kontaktrohrwechsel ermöglicht. Im eingeschraubten Zustand des Kontaktrohrs 13 liegt eine dem Endstück 3 zugewandte ringförmige Anschlagsfläche 16 des Kontaktrohrs 13 flächig auf einer dem Kontaktrohr 13 zugewandten Stirnfläche 17 des Endstücks 3 auf, so daß eine reproduzierbare Einschraubtiefe des Kontaktrohrs 13 in den Grundkörper 2 gewährleistet ist.
• Zur Konzentrierung des über die Zuführung 7 zugeleiteten 9 Schutzgases auf die Schweißstelle ist eine Gasdüse 18 vorgesehen, welche das Kontaktrohr 13 mantelförmig umgibt.
• Die Zuleitung des Schweißdrahts 9 an die Schweißstelle erfolgt über eine Führungsvorrichtung 19, welche im Bereich des Mittelstücks 4 des Grundkörpers 2 im Inneren der Zuführungsvorrichtung 10 verläuft. Die Führungsvorrichtung 19 wird im vorliegenden Beispiel durch eine Spiralfeder 20 aus einem Metall gebildet. Wird als Schweißdraht 9 ein Aluminiumdraht verwendet, so besteht die Spiralfeder 20 vorzugsweise aus Messing oder Bronze; eine solche Spiralfeder 20 stellt eine temperaturbeständige, flexible Hülle dar, deren Abrieb beim Aluminiumschweißen keine negativen Auswirkungen auf den Lichtbogen hat. Wird als Schweißdraht 9 ein Stahldraht verwendet, so ist der Werkstoff der Spiralfeder 11 weniger kritisch, da in diesem Fall keine so gravierenden Auswirkungen auf den Lichtbogen zu erwarten sind. Außerhalb des Schweißbrenners 1 ist die Führungsvorrichtung 19 im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Teflonschlauch 21 gebildet, welcher an die Spiralfeder 20 angeschlossen ist.
• Zur Fixierung der Führungsvorrichtung 19 im Schweißbrenner 1 ist im Bereich des Anschlußstücks 5 eine Spannvorrichtung 31 vorgesehen, welche eine Spannschraube 32 sowie einen Spanneinsatz 33 umfaßt. Sowohl die Spannschraube 32 als auch der Spanneinsatz 33 sind mit zentralen Durchgangsbohrungen versehen, durch welche die Führungsvorrichtung 19 geführt ist. Der Spanneinsatz 33 ist eine Hülse mit konischen Stirnflächen 34, 34', welche auf konischen Gegenflächen 35, 35' des Anschlußstücks 5 bzw. der Spannschraube 32 aufliegen. Beim Einschrauben der Spannschraube 32 in das Anschlußstück 5 wird die Innenwandung 33' des Spanneinsatzes 33 gegen die Führungsvorrichtung 19 gedrückt, wodurch die Führungsvorrichtung 19 bezüglich ihrer axialen Lage im Schweißbrenner 1 fixiert wird.
• Um den Schweißdraht 9 durch die Führungsvorrichtung 19 führen zu können, muß der Innendurchmesser 27 der Führungsvorrichtung 19 zumindest geringfügig größer als der Außendurchmesser 28 des Schweißdrahts 9 dimensioniert sein. Dies ist in Fig. 2 in einer Detailansicht dargestellt. Weiterhin muß der Durchmesser 29 der Durchgangsbohrung 14 des Kontaktrohrs 13 zumindest geringfügig größer als der Außendurchmesser 28 des Schweißdrahts 9 sein.
• Das dem Kontaktrohr 13 zugewandte Ende 22 der Führungsvorrichtung 19 ist mit einer konisch geformten Spitze 23 versehen, welche mit einer konisch geformten Aufweitung 24 der Durchgangsbohrung 14 des Kontaktrohrs 13 zusammenwirkt. Der Böschungswinkel 25 der konischen Aufweitung 24 stimmt näherungsweise mit dem Böschungswinkel 26 der Spitze 23 der Führungsvorrichtung 19 überein, so daß zwischen der Spitze 23 und der Aufweitung 24 ein flächenhafter Kontakt besteht. Dieser konische Kontakt stellt sicher, daß die Führungsvorrichtung 19 in ihrem dem Kontaktrohr 13 benachbarten Ende 22 hochgenau kollinear zum Kontaktrohr 13 ausgerichtet ist. Die Führungsvorrichtung 19 ist somit in Zusammenbaulage mit dem Kontaktrohr 13 hochgenau gegenüber dem Kontaktrohr 13 zentriert und verläuft hochgenau parallel zum Kontaktrohr 13. Der relative Versatz zwischen Kontaktrohr 13 und Führungsvorrichtung 19 sollte - insbesondere beim Aluminiumschweißen - geringer als 0.03 mm sein, was durch den in Fig. 2 gezeigten Formschluß zwischen der Spitze 23 der Führungsvorrichtung 19 und der Aufweitung 24 des Kontaktrohrs 13 bei jedem Kontaktrohrwechsel reproduzierbar gewährleistet werden kann.
• Die hochgenaue Kollinearität zwischen der Spitze 22 der Führungsvorrichtung 19 und der Durchgangsbohrung 14 des Kontaktrohrs 13 gewährleistet, daß beim Einfädeln und beim Führen des Schweißdrahts 9 in Richtung des Kontaktrohrs 13 Verkantungen des Schweißdrahts 9 wirksam vermieden werden; solche Verkantungen hätten ein verstärktes Reiben des Schweißdrahts 9 an der Innenwandung 30 des Kontaktrohrs 13 zur Folge, was zu einem übermäßigen Verschleiß oder sogar zu einem Zusetzen des Kontaktrohrs 13 führen kann und daher unbedingt vermieden werden muß.
• Um den Kontaktrohrverschleiß aufgrund des Reibens des Schweißdrahts 9 an der Innenwandung 3.0 des Kontaktrohrs 13 möglichst gering zu halten und somit ein möglichst reibungsfreies Fördern des Schweißdrahts 9 zu gewährleisten, sollte bei Verwendung von Schweißdraht 9 aus Stahl der Durchmesser 29 der Durchgangsbohrung 14 im Kontaktrohr das 1.03- bis 1.10-fache des Schweißdrahtdurchmessers 28 betragen. Bei Verwendung von Schweißdraht 9 aus Aluminium sollte der Durchmesser 29 der Durchgangsbohrung 14 im Kontaktrohr das 1.12.- bis 1.21-fache (und vorzugsweise das 1.13- bis 1.17-fache) des Schweißdrahtdurchmessers 28 betragen. Der größere Durchmesser 29 beim Aluschweißen hat seine Ursache in dem höheren thermischen Expansionskoeffizienten und der höheren thermischen Leitfähigkeit von Aluminium, welche gemeinsam dazu führen, daß der Temperaturrücklauf aus dem Schweißbereich bei Verwendung von Aluminiumdraht eine wesentlich höhere Ausdehnung des Schweißdrahts 9 zur Folge hat als bei Verwendung von Stahldraht.
• Die erfindungsgemäße Gestaltung des Schweißbrenners 1 gestattet einen sehr einfachen Kontaktrohrwechsel; dies ist in Fig. 3a und 3b dargestellt:
  Soll in den Schweißbrenner 1 ein neues Kontaktrohr 13 eingesetzt werden, so wird in einem ersten Schritt die Spannschraube 32 gelöst, so daß die Fixierung der Führungsvorrichtung 19 durch den Spanneinsatz 33 unterbleibt und die Führungsvorrichtung 19 in Axialrichtung im Inneren des Schweißbrenners 1verschoben werden kann. Dann wird die Führungsvorrichtung 19 - bei gelöster Spannschraube 32 - über die in Fig. 1 und 2 gezeigte Einbaulage hinweg so weit in Richtung Schweißbereich 36 in den Schweißbrenner 1 hineingeschoben, daß die Spitze 22 der Führungsvorrichtung 19 in den Kontaktrohrbereich hineinragt (siehe Fig. 3a); in dieser Lage der Führungsvorrichtung 19 wird die Spannschraube 32 handfest angezogen. Nun wird das neue Kontaktrohr 13 in das Endstück 3 eingeschraubt. Bei fortschreitendem Einschrauben des Kontaktrohrs 13 wird die konische Spitze 23 der Führungsvorrichtung 19 durch den Innenkonus 24 des Kontaktrohrs 13 gegen den Widerstand des Spanneinsatzes 33 ins Innere des Schweißbrenners 1 zurückgeschoben; durch die konische Paarung der Spitze 23 der Führungsvorrichtung 19 und der Aufweitung 24 des Kontaktrohrs 13 wird dabei eine hochgenaue kollineare Ausrichtung der Führungsvorrichtung 19 gegenüber dem Kontaktrohr 13 gewahrt (siehe Fig. 3b). Ist das Kontaktrohr 13 zur gewünschten Tiefe eingeschraubt, so daß seine Anschlagfläche 16 auf der Stirnfläche 17 des Endstücks 5 zu liegen kommt, so wird die Spannschraube 32 fest angezogen, wodurch die Führungsvorrichtung 19 in der dabei eingenommenen Lage fixiert wird.

Claims (5)

1. Schweißbrenner
mit einem Grundkörper, in. dem eine Zuführungsvorrichtung für einen Schweißdraht angeordnet ist, welche mit einem Verbindungsstück zur Aufnahme eines Kontaktrohres verbunden ist,
wobei in der Zuführungsvorrichtung eine Führungsvorrichtung für den Schweißdraht angeordnet ist, die sich vom Verbindungsstück in die vom Kontaktrohr abgewandte Richtung erstreckt,
und wobei in dem Kontaktrohr eine Bohrung für den Schweißdraht vorgesehen ist, welche an dem der Führungsvorrichtung zugewandten Seite eine konische Aufweitung aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das dem Kontaktrohr (13) zugewandte Ende (22) der Führungsvorrichtung (19) eine konische Spitze (23) aufweist, deren Böschungswinkel (26) dem Böschungswinkel (25) der konischen Aufweitung (24) in der Bohrung (14) des Kontaktrohrs (13) entspricht.

2. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Stahldraht als Schweißdraht (9) das Verhältnis zwischen dem Bohrungsdurchmesser (29) des Kontaktrohrs (13) und dem Außendurchmesser (28) des Schweißdrahts (9) zwischen 1.03 und 1.10 liegt.

3. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Aluminiumdraht als Schweißdraht (9) das Verhältnis zwischen dem Bohrungsdurchmesser (29) des Kontaktrohrs (13) und dem Außendurchmesser (28) des Schweißdrahts (9) zwischen 1.12 und 1.21 liegt.

4. Schweißbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (19) in einem dem Kontaktrohr (13) benachbarten Bereich durch eine Spiralfeder (20) aus Bronze oder Messing gebildet ist.

5. Verfahren zur Befestigung eines Kontaktrohrs in einem Schweißbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit den folgenden Verfahrensschritten:

- die Führungsvorrichtung (19) wird mit ihrer konisch zulaufenden Spitze (23) über die Sollage hinaus in den Schweißbrenner (1) eingeführt und vorläufig fixiert,

- das Kontaktrohr (13) wird in den Schweißbrenner (1) eingeführt, wobei das in den Schweißbrenner (1) eindringende Ende (24) des Kontaktrohrs (13) die gegenüberliegende Spitze (23) der Führungsvorrichtung (19) zurückdrängt,

- das Kontaktrohr (13) wird in seiner Sollage im Schweißbrenner (1) fixiert,

- die Führungsvorrichtung (19) wird im Schweißbrenner (1) fixiert, wobei die konische Aufweitung (24) des Kontaktrohrs (13) auf der konisch zulaufenden Spitze (23) der Führungsvorrichtung (19) aufliegt.