DE3741287A1 - Schweissbrenner, insbesondere zum plasma-mig-schweissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schweißbrenner, insbesondere zum Plasma-MIG-Schweißen, mit einer in einer zentral im Brenner liegenden elektrischen Kontaktanordnung geführten, abschmelzen­ den Elektrode, mit einer diese umgebenden Schutzgasdüse und ge­ gebenenfalls mit innerhalb dieser konzentrisch zur Elektrode angeordneter elektrisch leitfähiger Plasmadüse und einer diese umschließenden Inertgasdüse.

Schweißbrenner dieser Art sind bekannt ("Metal Construction" Januar 81, S. 36). Sie lassen sich jedoch nicht in allen Fällen verwenden, da ihr Durchmesser wegen der vielen ineinander anzu­ ordnenden Teile relativ groß sind. Dies insbesondere dann, wenn die die Elektrode umgebenden Düsen kühlmitteldurchströmt sind.

Es sind auch Schweißbrenner der eingangs genannten Art bekannt (DE-OS 34 26 410), die durch besondere Anordnung der einzelnen Teile, durch die Wahl bestimmter Materialien und durch die Verwendung einer Eloxalschicht als elektrische Isolation, verhältnismäßig kleine Durchmesser zu verwirklichen erlauben. Bei allen Brennern dieser Art, insbesondere aber bei den Brennern mit kleineren Durchmessern, tritt das Problem einer exakten zentrischen Führung der Elektrode auf, die für die Bildung einer gleichmäßigen und exakten Schweißnaht wichtig ist.

Bekannte Brennerbauarten der eingangs genannten Art besitzen in der Nähe der Düsen eine Kontakthülse, durch die die Elektrode von einer außerhalb liegenden Vorschubeinrichtung her geschoben wird. Nachteilig ist, daß der Durchmesser der Kontakthülse stets so groß gewählt werden muß, daß sich die Elektrode noch ohne nennenswerte Gegenkräfte durch die Kontakthülse schieben läßt. Dies bedeutet aber, daß der Umfang der Elektrode nicht immer exakt zentrisch geführt werden kann, sondern an verschie­ denen Seiten der Kontakthülse zur Anlage kommen kann, was so­ wohl die exakte Führung der Elektrode als auch die Stromführung beeinflussen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Schweiß­ brenner der eingangs genannten Art eine Kontakt- und Führungs­ einrichtung zu schaffen, die eine gute Kontaktgabe und eine exakte zentrische Führung der Elektrode erlaubt.

Dies wird bei einem Schweißbrenner der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Kontaktanordnung aus mehreren am Um­ fang der Elektrode anliegenden, radial beweglichen Kontaktbac­ ken besteht, die elastisch an die Elektrode andrückbar sind. Diese Ausgestaltung gibt die Gewähr, daß die Elektrode an meh­ reren Stellen ihres Umfanges gleichmäßig vom Kontaktdruck be­ aufschlagt wird, so daß eine gute Stromführung gewährleistet ist. Gleichzeitig ist es bei einer solchen Anordnung möglich, für weitgehend gleiche Kraftwirkungen der einzelnen Kontaktbac­ ken zu sorgen, so daß auch in mechanischer Hinsicht eine exakte zentrische Führung der Elektrode möglich ist.

Dies wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch sicherge­ stellt, daß die Kontaktbacken als Rollen mit einem dem Durch­ messer der Elektrode angepaßten Umfangsteil ausgebildet sind, die in paarweise einander zugeordneten Druckstücken so gelagert sind, daß ihre Achsen senkrecht zu den aneinandergrenzenden Trennflächen der Druckstücke stehen. Bei dieser Ausgestaltung wird die bei bekannten Bauarten noch vorliegende Gleitreibung durch eine Rollreibung ersetzt. Es lassen sich daher wesentlich größere Kontaktdrucke verwirklichen, ohne daß der Vorschub der Elektrode gefährdet wird. Die Stromführung kann dadurch verbes­ sert werden.

Es hat sich als ausreichend erwiesen, wenn die Druckstücke je­ weils einen Viertelkreis-Querschnitt aufweisen und sich zu zwei gegenüberliegenden, zwischen sich je eine Rolle aufnehmenden Halbkreisanordnungen ergänzen, wobei die Rollen jeweils mit La­ gerzapfen versehen in korrespondierenden Ausnehmungen der Druckstücke lose gehalten sind. Um bei dieser Ausführung einen gleichmäßigen Anpreßdruck sicherzustellen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Druckstücke von einem elastischen Schlauchstück umschlossen sind, und wenn der außerhalb dieses Schlauchstückes liegende Raum mit einem Druckmedium beauf­ schlagbar ist, das, bei Brennern, bei denen ohnehin ein Kühlme­ dium zur Düsenkühlung verwendet wird, in einfacher Weise das Kühlmedium sein kann.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbei­ spielen dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch das Düsen­ mundstück eines ersten erfindungsgemäßen Schweiß­ brenners und

Fig. 2 die teilweise Darstellung des Schnittes durch den Schweißbrenner der Fig. 1 längs der Ebene II-II,

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt ähnlich Fig. 1, jedoch bei einer zweiten Ausführungsform eines Schweißbrenners und

Fig. 4 einen Schnitt durch den Schweißbrenner der Fig. 3 längs der Linie IV-IV.

In den Fig. 1 und 2 ist der Kopf eines Plasma-MIG-Schweißbren­ ners gezeigt, bei dem eine konzentrisch angeordnete und in Richtung ihrer Achse (1′) von einem Vorschub nach unten bewegte abschmelzende Elektrode (1) vorgesehen ist, die in noch näher zu beschreibender Weise zentrisch im Inneren einer Schutzgas­ düse (2) geführt ist. Ebenfalls konzentrisch innerhalb der Schutzgasdüse (2) ist eine Inertgasdüse (4) und eine Plasmadüse (3) angeordnet, wobei die letztere mit einem auswechselbaren Mundstück (3′) versehen ist. Die Drahtelektrode (1) schmilzt ab. Sie ist kurz vor ihrem Austritt in einer Führungshülse (15) geführt. Sie liefert den Zusatzwerkstoff für die Schweißnaht. Zwischen ihr und dem nicht gezeigten Werkstück wird der MIG- Lichtboden aufrechterhalten. Die Stromzuführung zur Elektrode (1) erfolgt über Druckstücke (5) und in diesen Druckstücken gelagerte Kontaktrollen (6, 6′, 6′′). Hierauf wird noch näher eingegangen.

Zwischen der Plasmaanode (3′), die ringförmig ausgebildet ist und dem nicht gezeigten Werkstück, entsteht der Plasmalicht­ bogen, welcher den MIG-Lichtbogen ringförmig umgibt. Die Stromzufuhr zur Plasmaanode erfolgt über die Plasmadüse (3) in nicht näher dargestellter Weise. Die Plasmadüse (3) wird gekühlt und ist mit den konzentrischen Kühlmittelzuführungs­ kanälen (10) und den entsprechenden Kühlmittelrückführkanälen (16) versehen. Inertgas tritt zwischen der Inertgasdüse (4) und der Plasmadüse (3) aus. Auch die Inertgasdüse (4) ist gekühlt. Ihr Kühlmittel wird von dem gemeinsamen Kühlmittelzuführkanal (17) aus durch die gestrichelt angedeutete Bohrung (18) in den Ringkanal (19) geführt, der durch die Trennwand (22) von dem Rückführkanal (20) abgeteilt ist, welcher seinerseits in den gemeinsamen Kühlmittelrückführkanal (21) mündet. In diesen mündet auch die Rückführung (16) von der Plasmadüse aus. Schließlich wird durch die Kanäle (23) innerhalb der Schutz­ gasdüse (2) noch Schutzgas zugeführt. Auf die Wirkungsweise und Funktion dieser einzelnen Teile braucht im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht eingegangen werden.

Die Stromzuführung zur Drahtelektrode (1) erfolgt, wie angedeu­ tet, über die Druckstücke (5) und die Kontaktrollen (6, 6′, 6′′). Wie Fig. 1 zeigt, sind jeweils drei der Rollen (6, 6′, 6′′) im gleichen Abstand untereinander so angeordnet, daß ihre Achsen auf einer gemeinsamen Ebene liegen, die parallel zu der Achse (1′) der Drahtelektrode (1) verläuft. Sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 ist jeweils nur eine der Kontaktrollen (6, 6′, 6′′) gezeigt, die sich aber jeweils paarweise gegenüber­ liegen. In den Fig. 1 und 2 ist jeweils nur die Hälfte des Brennerkopfes gezeigt.

Jede der Kontaktrollen (6, 6′, 6′′) und ihre paarweise dazu angeordneten Partner sind gleich ausgebildet. Die Kontaktrollen werden daher anhand der Fig. 2 und der Kontaktrolle (6) beschrieben. Diese Kontaktrolle (6) weist symmetrisch zu einer Mittelebene (11) zwei Lagerzapfen (6 b) auf, die in entsprechenden Ausnehmungen (12) in den beiden Kontaktstücken (5) gelagert sind. Diese Kontaktstücke (5) weisen jeweils einen Viertelkreisquerschnitt auf. Sie liegen sich mit Trennflächen (8) gegenüber, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Ausnehmungen (12) und die Abmessung der Lagerzapfen muß jeweils so vorgenommen werden, daß zwischen den Trennflächen (8) noch ein Spalt bestehen bleibt.

Zwischen den Lagerzapfen (6 b) ist jede der Kontaktrollen (6) mit einer konkaven ringförmigen Ausnehmung (6 a) ausgerüstet, die nach beiden Seiten hin durch je einen Ringbund begrenzt wird. Diese konkave Ausnehmung (6 a) ist in ihrer Form dem Querschnitt der Drahtelektrode (1) angepaßt, so daß sie sich, wenn ein gewisser Anpreßdruck auf die Kontaktrolle (6) ausgeübt wird, eng und mit verhältnismäßig großer Fläche am Umfang der Drahtelektrode (1) anlegt. Die Achse (7) jeder Kontaktrolle (6) liegt jeweils senkrecht zu den Trennflächen (8) der Druckstücke (5). Die Druckstücke (5) selbst werden von einem elastischen Schlauchstück (9) umschlossen, das beispielsweise aus einem hitzebeständigen Teflon bestehen kann. An dieses Schlauchstück (9) grenzt nach außen der ringförmige Raum (10) an, der, wie bereits ausgeführt, über den Kanal (17) mit dem Kühlmittel für die Plasmadüse (3) beaufschlagbar ist. Dieses Kühlmittel wird dabei unter einem solchen Druck zugeleitet, daß das Schlauch­ stück (9) radial nach innen gepreßt wird und dabei die Druck­ stücke (5) in Richtung auf die Drahtelektrode (1) drückt, wobei gleichzeitig damit der ringnutförmige Teil (6 a) der Kontakt­ rolle (6) am Umfang der Drahtelektrode (1) angedrückt wird. Die Stromzuführung erfolgt zu den Druckstücken (5) über ebenfalls radial nach innen bewegliche Kontaktstücke (25). Durch die Anordnung beweglicher Druckstücke (5), die über ein Schlauch­ stück nach innen gedrückt werden, werden alle drei unterein­ anderliegenden Kontaktrollen (6, 6′, 6′′) an die Elektrode (1) gleichmäßig angedrückt. Dadurch kann zum einen die Stromzufuhr über verhältnismäßig große Zuführflächen erfolgen. Zum an­ deren wird es aber auch möglich, die Elektrode (1) exakt zen­ trisch zu führen, und zwar so, daß ihre Vorschubbewegung, die von einem nicht gezeigten Vorschubantrieb ausgeht, kein nen­ nenswerter Widerstand entgegengesetzt wird.

Fig. 2 zeigt, daß der ringförmige Raum (10), ebenso wie die Rückführkanäle (16), durch in Richtung der Achse (1′) der Drahtelektrode (1) verlaufende rillenförmige Ausnehmungen an der Plasmadüse (3) bzw. an der Inertgasdüse (4) gebildet sind. Diese Ausgestaltung ergibt eine stabile konzentrische Anordnung.

In der Fig. 3 ist ein MIG-Schweißbrenner gezeigt, der im Gegen­ satz zu dem Schweißbrenner der Fig. 1 und 2 keine Plasmadüse und auch keine Inertgasdüse aufweist. Wie Fig. 3 zeigt, ist am Einschraubteil (50) der Düse (52) des dargestellten Schweiß­ brenners ein aus einem Kupferdrahtgeflecht bestehender Draht­ geflechtschlauch (53) befestigt, der an seinem unteren Ende jeweils fest mit Anschlagstücken (54) von Druckstücken (55) verbunden ist, die in ähnlicher Weise, wie in den Fig. 1 und 2, radial beweglich und über ein Druckmedium gegeneinander drück­ bar sind. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 sind zwei Druckstücke (55 und 55′) vorgesehen, die jeweils in etwa die Form eines Halbzylinders aufweisen. Beide Druckstücke (55, 55′) sind aus zwei Segmenten (55 a, 55 b) aufgebaut, die etwa den Querschnitt eines Viertelkreises besitzen, wie dies auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 der Fall war.

Aus der Fig. 3 ist erkennbar, daß die Elektrode (51), die in einer Schutzhülle (56) in den Einschraubteil (50) einläuft, im Bereich der Druckstücke (55, 55′) in einer umlaufenden, dem Querschnitt der Elektrode (51) angepaßten Nut (57 a) geführt wird, die jeweils in den Führungsrollen (57) vorgesehen ist, die sich, wie Fig. 4 erkennen läßt, diametral am Umfang der Elektrode (51) gegenüberliegen. Die Rollen (57), von denen jedes Druckstück (55, 55′) mit drei untereinanderliegenden versehen ist, sind in den gegenüberliegenden Druckstücken (55 und 55′) versetzt zueinander angeordnet, so daß die Elektrode beim Durchlaufen der Rollenpaare nicht an gegenüberliegenden Stellen ihres Umfanges, sondern an in der Längsrichtung etwas zueinander versetzten Umfangsstellen geführt ist. Beim Durch­ laufen der Rollenpaare wird die Elektrode daher auf Biegung be­ ansprucht, ohne daß sie sich jedoch bleibend verformt. Sie wird dadurch besonders gut zwischen den Rollen (57) geführt.

Vor dem Einlaufen in den Führungsspalt zwischen den Rollen (57) ist eine die Elektrode (51) umgebende Reinigungshülse (59) vor­ gesehen, die am Einschraubteil (50) befestigt ist.

Die Druckstücke (55, 55′) sind, ähnlich wie beim Ausführungs­ beispiel der Fig. 1 und 2, von einem Druckschlauch (60) um­ geben, der sich eng an die Druckstücke anlegt. Durch Beauf­ schlagung des Raumes außerhalb des Schlauches (60) mit dem unter Druck stehenden Kühlmittel, werden die Druckstücke (55 und 55′) in der gleichen Weise, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 radial nach innen und gegen die Elektrode (51) gedrückt. Um ein allzu starkes unerwünschtes Andrücken der Rollen (57) an die Elektrode (51) zu vermeiden, ist in dem durch die Achse der Elektrode verlaufenden Spalt zwischen den Druckstücken (55 und 55′) ein Zwischenstück (61) vorgesehen, das aus einem flexiblen Material mit progressiver Kennlinie be­ steht. Dieses Zwischenstück (61) dient daher als ein Anschlag für die Druckstücke, der zu einer Verringerung der Abhängigkeit des Rollenanpreßdruckes vom Druck des Kühlmediums führt.

Die Reinigungshülse (59) besteht zweckmäßig aus Filz. Sie trägt mit dazu bei, eine Verstopfung durch Abrieb und Schmutz zu vermeiden. Schwankende Schweißparameter, Störungen durch Fest­ klemmen des Drahtes in der Düse und die höhere Spritzerhäufig­ keit können dadurch weitgehend ausgeschlossen werden.

Das Schutzgas kann im Bereich der Befestigungsteile (54) durch eine entsprechende Bohrung (62) oder auch an anderer Stelle zugeführt werden. Die Bohrung (62) dient im übrigen zur Befestigung des Befestigungsteiles (54) an den Druckstücken (55) mit Hilfe einer Senkkopfschraube.

Wie aus der Fig. 4 erkennbar ist, ist der Durchmesser der Zapfen (58), mit denen die Rollen (57) in den Druckstücken (55 bzw. 55′) gelagert sind, wesentlich kleiner ausgebildet, als beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2. Der Durchmesser (d) der Lagerzapfen (58) ist so gewählt, daß er nicht größer ist, als die Hälfte des Durchmessers (D) der Rollen (57) im Bereich des die Kontaktgabe bewirkenden Umfangteiles, der durch die umlaufende Nut (57 a) gebildet ist. Die Zapfen (58) sind Teil der Rollen (57). Sie sind jeweils durch O-Ringe (63) gegenüber den Ausnehmungen (64) in den Druckstücken (55 a, 55 b) abgedich­ tet, wobei der von den Ausnehmungen (64) gebildete Raum (65) mit einem stromleitenden Fett gefüllt ist. Durch diese Aus­ gestaltung wird ein guter Lauf der Rollen und damit eine ein­ wandfreie Zuführung der Elektrode (51) gesichert. Der geringe Durchmesser der Lagerzapfen ermöglicht zum einen eine raum­ sparende Anordnung trotz des Einsatzes von O-Ringen (63). Die Reibungskräfte werden durch den kleineren Durchmesser zusätz­ lich gering gehalten. Dem dient auch die Anordnung des Schmier­ fettes im Raum (65).

Claims (14)

1. Schweißbrenner mit einer in einer zentral im Brenner liegenden elektrischen Kontaktanordnung geführten, abschmelzen­ den Elektrode und mit einer diese umgebenden Schutzgasdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktanordnung aus mehreren am Umfang der Elektrode (1, 51) anliegenden, radial beweglichen Kontaktbacken (6, 57) besteht, die elastisch an die Elektrode andrückbar sind.

2. Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbacken als Rollen (6, 57) mit einem dem Durch­ messer der Elektrode angepaßten Umfangsteil (6 a, 57 a) ausge­ bildet sind, die in paarweise einander zugeordneten Druck­ stücken (5, 55) so gelagert sind, daß ihre Achsen (7) senkrecht zu den aneinandergrenzenden Trennflächen (8) der Druckstücke (5, 55) stehen.

3. Schweißbrenner nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckstücke (5) einen Viertelkreis-Quer­ schnitt aufweisen und sich zu zwei gegenüberliegenden, zwischen sich je eine Rolle (6) aufnehmenden Halbkreisanordnungen ergän­ zen.

4. Schweißbrenner nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckstücke (5, 55) von einem elastischen Schlauchstück (9, 60) umschlossen sind, und daß der außerhalb des Schlauchstückes liegende Raum (10) mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist.

5. Schweißbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmedium ein für die Kühlung der Brennerdüsen ver­ wendetes Kühlmedium dient.

6. Schweißbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke (5) jeweils mit mindestens zwei untereinander liegenden Rollenpaaren (6, 6′, 6′′) versehen sind, deren Achsen (7) in einer gemeinsamen, parallel zur Elek­ trodenachse (1′) verlaufenden Ebene liegen.

7. Schweißbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rollen (6, 57) mit Lagerzapfen (6 b, 58) versehen sind, die symmetrisch zu einer durch die Mitte des Umfangteiles (6 a) verlaufenden Ebene (11) angeordnet und in korrespondierenden Ausnehmungen (12) der Druckstücke (5) gehalten sind.

8. Schweißbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerzapfen (58) einen Durchmesser (d) besitzen, der nicht größer ist als die Hälfte des Durchmessers (D) der Rollen im Bereich der die Kontaktgabe bewirkenden Umfangsteiles (57 a).

9. Schweißbrenner nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerzapfen (58) in den Ausnehmungen (64) der Druckstücke (55) durch O-Ringe abgedichtet sind und daß der von den O-Ringen (63) abgedichtete Raum mit einem stromleitenden Fett gefüllt ist.

10. Schweißbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenpaare (57, 57′) der gegenüberliegenden Druck­ stücke (5, 55) in Längsrichtung der Elektrode (1, 51) versetzt zueinander angeordnet sind.

11. Schweißbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstücke (55) über einem Draht­ geflechtschlauch (53) flexibel am Einschraubteil der Düse befestigt sind.

12. Schweißbrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflecht aus Kupferdraht besteht.

13. Schweißbrenner nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Rollen (6, 6′, 6′′) eine die Elektrode umgebende Reinigungshülse (59), insbesondere aus Filz, vorgesehen ist.

14. Schweißbrenner nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Druckstücken (55 a, 55 b) ein flexibles Zwischenstück (61) mit progressiver Kennlinie als An­ schlag vorgesehen ist.