DE1066298B - Gekühlter Lichtbogen-Schutzgas-Schweißbrenner mit isolierendem Zwischenstück. Schweiz - Google Patents

Description

Ein Brenner für das Lichtbogenschweißen und -schneiden von Metallen unter Schutzgas hat verschiedene funktionelle Anforderungen zu erfüllen. Der Lichtbogen erzeugt eine sehr große Hitze, die für den Schweiß Vorgang erforderlich ist, jedoch für den Brenner sehr rasch unerträglich wird, so daß eine intensive Kühlung durch Zirkulation eines Kühlmediums unentbehrlich ist; insbesondere kommt in erster Linie der Kühlung der Gasdüse eine große Bedeutung zu, weil dadurch das Ankleben und Anschweißen von Spritzern und ein starker Verschleiß der Düse und ein erhöhter Gasverbrauch vermieden werden. Es sind schon zahlreiche Bauarten der Kühlwasserführungen im Brenner ausgeführt worden, die aber den vielfältigen Ansprüchen der Praxis nicht immer hinreichend Rechnung tragen, insbesondere wenn das Kühlmedium bis in unmittelbare Nähe der Düse geführt werden muß.

Abgesehen vom Griff oder von Befestigungsvorrichtungen und von den Betätigungseinrichtungen weisen die Brenner für das Lichtbogenschweißen und -schneiden von Metallen unter Schutzgas im allgemeinen die folgenden Hauptbestandteile auf: im hinteren Teil ein metallisches Kernstück, das an einer Stelle entweder in einem Griff bei handbetätigten Schweißpistolen oder an einem Support bei automatischen Schweißmaschinen befestigt sein kann; im vorderen Teil eine Düse, die üblicherweise in einem Düsenhalter gehalten wird. Düse und Düsenhalter werden vorteilhaft aus Metall hergestellt. Da das Kernstück beim Schweißen unter elektrischer Spannung steht und die Aufgabe hat, den elektrischen Strom unmittelbar oder über ein Stromzuführungsröhrchen auf die Elektrode zu übertragen, müssen, um jede schädliche Lichtbogenbildung durch Massenberührung zwischen der Düse oder dem Düsenhalter und dem zu schweißenden Gegenstand auszuschalten, diese vorderen metallischen Bestandteile vom Kernstück elektrisch isoliert sein. Zu diesem Zweck wird zwischen dem Kernstück und dem Düsenhalter ein elektrisch isolierendes, ein- oder mehrteiliges Zwischenstück angebracht.

Ferner weist das metallische Kernstück eine axiale Bohrung auf, die entweder zur Aufnahme einer nicht schmelzenden Elektrode dient oder ein Stromzuführungsrohr aufnimmt, durch welches eine abschmelzende Drahtelektrode vorgeschoben und unter elektrische Spannung gesetzt wird.

Da die Elektrode die axiale Zone des Brenners besetzt, müssen also die für die Zirkulation des Kühlmediums notwendigen Leitungen sich außerhalb dieser axialen Zone befinden. Entweder liegen sie in der Wand des Brenners, oder sie werden außen über Röhrchen und Schläuche vom zentralen Kernstück zur Düse geleitet. Bei der letztgenannten Ausführung Gekühlter

Lichtbogen-Schutzgas-Schweißbrenner
mit isolierendem Zwischenstück

Anmelder:

Verwaltungsgesellschaft

der Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon,

Zürich-Oerlikon (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Wiemuth, Patentanwalt,
Düsseldorf-Oberkassel, Hansaallee 255

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 11. März 1957

Alfred Bärfuss, Sous-Geronde, Sierre,

und Willy WeIz, Glattbrugg, Zürich (Schweiz),

sind als Erfinder genannt worden

neigen die Übergangsglieder stets zu Undichtigkeiten und werden bei rauhem Betrieb leicht beschädigt.

Ein weiterer Punkt ist die sorgfältige Abdichtung des Schutzgasraumes gegenüber den vom Kühlmedium durchflossenen Räumen und gegenüber Fremdgasen. Bei all diesen Anforderungen soll die Ausführung des Brenners trotzdem handlich, einfach, robust und betriebssicher sein.

Die Erfindung soll die Nachteile der bekannten Ausführungen ausschalten und es ermöglichen, die für die Zirkulation des Kühlmediums notwendigen Leitungen so zu gestalten, daß die Anzahl der Bestandteile des Brenners auf ein Minimum reduziert wird und daß diese Bestandteile, die alle eine im wesentlichen zylindrische Form haben, koaxial angeordnet sind und um ihre gemeinsame Achse jede beliebige Drehstellung annehmen können, wobei die Leitungen für das Kühlmedium jeweils aufrechterhalten bleiben.

Die Erfindung betrifft also einen gekühlten,' für das Lichtbogenschweißen und -schneiden unter Schutzgas bestimmten Brenner, der ein im Betrieb unter elektrischer Spannung stehendes metallisches Kernstück mit axialer Bohrung für die Elektrode und eingebauten Längskanälen für die Zu- und Ableitung des Kühlmediums aufweist und ferner mit einer Gasdüse versehen ist, welche an der Mündung eines äußeren, doppelwandigen Metallmantels befestigt ist, der seiner-

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seits einen Teil des Kernstückes umfaßt und von diesem durch mindestens ein nichtleitendes Zwischenstück elektrisch isoliert ist.

Die Erfindung besteht darin, daß das isolierende Zwischenstück in an sich bekannter Weise aus zwei oder mehr Teilen besteht und· daß in an sich bekannter Weise vor und hinter dem einen Teil je ein Dichtungsring angeordnet ist, von denen der eine sich gegen einen Anschlag abstützt und der andere zwischen dem Zwischenstück und einer Spannmutter liegt, daß weiterhin beim Anziehen der Spannmuter in axialer Richtung beide Dichtungsringe radial gegen das Kernstück einerseits und den Metallmantel anderseits derart gepreßt werden, daß die Ringe sowohl dichten als auch gleichzeitig den Metallmantel gegenüber dem Kernstück in jeder beliebigen Drehstellung zentrieren und feststellen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Metallmantels zwei halbschalenförmige, mit einem Teil ihrer Länge über die Düse und mit einem anderen Teil ihrer Länge über die Längskanäle im Kernstück sich erstreckende, an ihrem vorderen Ende untereinander verbundene Kühlkammern zur Längsführung des Kühlmediums einschließen und daß der beidseits abgedichtete Teil des Zwischenstückes zwei hintereinander angeordnete Ringleitungen aufweist, auf deren Höhe im Kernstück und im Metallmantel radiale Durchgänge vorhanden sind, welche je einen Längskanal, eine Ringleitung und eine Kühlkammer untereinander verbinden.

Vorzugsweise ist jede der Ringleitungen durch in der Innen- und in der Außenfläche ausgesparte, einander gegenüberliegende Vertiefungen gebildet, wobei der dazwischenliegende Steg in an sich bekannter Weise mit öffnungen durchbrochen ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht der abgedichtete Teil des Zwischenstückes aus zwei Teilen, von denen jeder eine der beiden Ringleitungen aufweist, wobei zwischen den beiden Teilen ein weiterer, mittels der Spannmutter spannbarer Dichtungsring angeordnet ist, der einen Leckdurchfluß des Kühlmediums zwischen den beiden Ringleitüngen verhindert.

Die Beschreibung der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brenners darstellt.

Fig. 1 zeigt in Ansicht den erfindungsgemäßen Brenner;

Fig. 2 ist der Längsschnitt VII-VII der Fig. 1;

Fig. 3 und 4 sind die Querschnitte VIII-VIII und IX-IX von Fig. 2.

■ Der in den Fig. 1 bis 4.dargestellte Brenner ist für das Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode besonders vorteilhaft. Zur intensiveren Kühlung der Düse wird das Kühlmedium über das vordere Ende des Kernstückes hinaus bis in die Nähe des Düsenaustrittes geführt.

Der Brenner besitzt ein metallisches Kernstück 1 mit axialer Bohrung für die Aufnahme des Stromzuführungsrohres und der Drahtelektrode — beide nicht eingezeichnet — mit zwei Längskanälen 11 und 12, die über Bohrungen 13 und 14 mit den Leitungen verbunden sind, welche das Kühlmedium zum Brenner zuführen bzw. von ihm wegleiten. In diesem Ausführungsbeispiel wurden die beiden Längskanäle 11 und 12 im Kernstück 1 von vorn gebohrt und sind an den Lötstellen 15 und 16 an ihren vorderen Enden abgeschlossen.

Der äußere metallische Mantel 2 ist doppelwandig und schließt zwischen seinen beiden Wänden zwei halbschalenförmige Kühlkammern 31 und 32 ein, die sich nach hinten über die Längskanäle 11 und 12 und nach vorn bis um die Düse 3 erstrecken. Diese beiden Kühlkammern 31 und 32 sind voneinander durch die beiden Längsrippen 33 und 34 getrennt, die aber nicht bis ganz nach vorn reichen, so daß die beiden Kühlkammern 31 und 32 an ihrem vorderen Ende miteinander in Verbindung stehen und das Kühlmedium an diesen Stellen von der einen Kühlkammer in die andere fließen kann. Der Mantel 2 dient gleichzeitig als

ίο Düsenträger für die Düse 3.

Im Prinzip ist der Mantel 2 vom Kernstück 1 durch ein Zwischenstück elektrisch isoliert, wobei zwei hintereinander angeordnete Ringnuten 19 und 22 die Verbindung der beiden Längskanäle 11 und 12 je mit einer der beiden halbschalenförmigen Kühlkammern 31 und 32 herstellen, und zwar dadurch, daß der eine Längskanal.11 durch eine radiale öffnung 18 und die eine Kühlkammer 31 durch mindestens eine radiale öffnung 20 mit der einen Ringnut 19, ferner daß der andere Längskanal 12 durch eine radiale öffnung 21 und die zweite Kühlkammer 32 durch mindestens eine radiale öffnung 23 mit der zweiten Ringnut 22 verbunden sind. Damit das Kühlmedium nicht direkt zwischen dem Kernstück 1 und dem Zwischenstück sowie zwischen diesen und dem Mantel 2 von einer Ringnut zur anderen fließen kann, können auf diesen Strecken Labyrinthdichtungen vorgesehen sein.

In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist das Zwischenstück dreiteilig und besteht aus dem Anschlag 38 und dem abgedichteten Teil, der seinerseits wiederum aus zwei hintereinander angeordneten, auf dem Kernstück 1 aufgeschobenen Ringen 35 und 36 zusammengesetzt ist, die mit den Ringnuten 19 bzw. 22 versehen sind. Der Längskanal 11 ist durch die Öffnung 18 mit der Ringnut 19, der Längskanal 12 durch die öffnung 21 mit der Ringnut 22 verbunden. Die beiden Ringnuten 19 und 22 stehen durch die öffnungen 20 bzw. 23 mit den halbschalenförmigen Kühlkammern 31 bzw. 32 in Verbindung. In den

+0 Ringen 35 und 36 müssen selbstverständlich die Nuten sowohl auf die innere als auch auf die äußere Oberfläche geöffnet sein und müssen also durch die volle Wand der Ringe hindurch verbunden sein, wobei dann die beiderseits der Nut sich befindenden Teile der

4-5 Ringe durch Abstandhalter auseinandergehalten werden. In der vorteilhaften dargestellten Ausführung dieser Ringe sind die Ringnuten 19 und 22 durch in der Innen- und Außenfläche der Ringe ausgesparte, sich gegenüberliegende Vertiefungen gebildet, wobei jeweils zwischen den sich gegenüberliegenden Vertiefungen ein als Abstandhalter wirkender, mit Verbindungslöchern 37 durchbrochener Steg stehengelassen worden ist.

Um den Umlauf des Kühlmediums abzudichten, ist vor dem vorderen Ring 35 und hinter dem hinteren Ring 36 je eine elastische Dichtung 25 und 26 angeordnet. Die vordere Dichtung 25 stützt sich auf den auf dem Kernstück 1 aufgeschraubten Anschlag 38 aus isolierendem Material. Hinter der hinteren Dichtung 26 befindet sich die auf das Kernstück 1 greifende Spannmutter 29. Durch Anziehen dieser Mutter 29 werden gleichzeitig die beiden Dichtungen 25 und 26 gespannt, wodurch sie die vom Kühlmedium durchflossenen Räume abdichten und ferner, indem sie nach außen und nach innen pressen, den Mantel 2 auf dem Kernstück 1 in jeder beliebigen Hochstellung festhalten. Es ist vorteilhaft, zwischen den beiden Ringen 35 und 36 noch eine dritte Dichtung 39 anzubringen, welche die beiden Ringnuten 19 und 22 voneinander abdichtet.

Ks wäre ferner auch möglich, den Anschlag 38 auf eine andere Weise zu befestigen als durch Aufschrauben. So käme z. B. auch ein in einem Sitz zurückgehaltener zweiteiliger Gegenring in Frage. Die Spannmutter kann auch vorn angeordnet sein.

Vor dem Kernstückaustritt und dem Anschlag 38 kann noch in an sich bekannter Weise ein keramischer Ring 40 vorgesehen sein, der gleichzeitig die beiden erstgenannten Teile vor eventuellen Metallspritzern schützt und auch zur regelmäßigen Verteilung des aus dem Kernstückaustritt ausströmenden Schutzgases beiträgt.

Um eine einwandfreie Kühlung der Düse, d. h. einen möglichst großen Übergang der Wärme von der Düse zum gekühlten Mantel zu sichern, muß die Düse satt im Mantel sitzen. Dies wird am besten dadurch erreicht, daß die Düse 3 eine konische Fläche 41 aufweist, die an eine entsprechende konische Fläche der Mündung des Mantels 2 angepaßt ist und mittels einer auf einem Vorsprung 42 der Düse greifenden Überwurfmutter 43 angepreßt wird. Es läßt sich aber auch der doppelwandige Mantel 2 mit einer unmittelbaren Kühlung der Düse durch das Kühlmedium kombinieren oder an seinem vorderen Ende direkt als Düse ausbilden.

In diesen Brenner tritt das Kühlmedium durch die Bohrung 13 ein, fließt durch den Längskanal 11, die Öffnung 18, die Ringnut 19, die öffnung 20 in die halbschalenförmige Kühlkammer 31 ein, wo es nach vorn bis in die Nähe der Düse 3 geführt wird. Es fließt dort um die vorderen Enden der Trennrippen 33 und 34 in die zweite Kühlkammer 32 und wird durch die Öffnung 23, die Ringnut 22, die öffnung 21, den Längskanal 12 und die Bohrung 14 abgeleitet. Das Kühlmedium kann selbstverständlich im Brenner auch dem umgekehrten Weg folgen.

Das Schutzgas wird im Kernstück 1 durch die Längsbohrung 44 nach vorn geleitet.

Der erfindungsgemäße Brenner weist den Vorteil einer intensiven Kühlung auf, die auf einfachste Weise erzielt wird. Sämtliche Teile des Brenners haben im wesentlichen zylindrische Form, sie sind mit dem Kernstück koaxial und können jede beliebige Lage um ihre gemeinsame Achse einnehmen. Der Brenner läßt sich also ohne Schwierigkeiten durch einfaches In- oder Aufeinanderschieben oder -schrauben seiner Bestandteile in der richtigen Reihenfolge, ohne Rücksichtnahme auf die Lage der einzelnen Bestandteile um ihre gemeinsame Achse, zusammenbauen. Durch Festziehen einer einzigen Mutter 29 wird die Zirkulation des Kühlmediums nach außen dicht abgeschlossen, und gleichzeitig werden Mantel- und Kernteil des Brenners aufeinander festgesetzt. Durch einfaches Lösen dieser Mutter läßt sich sofort der Kühlmantel mit der Düse abnehmen, und die Einzelteile können überprüft und gegebenenfalls ausgewechselt werden.

Kühlkanäle und -kammern können auch in größerer Anzahl bzw. in Unterteilung angeordnet sein.

Als Kühlmedium eignen sich im allgemeinen Flüssigkeiten, z.B. Wasser; gegebenenfalls können auch Gase, insbesondere Preßluft, genügen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gekühlter, für das Lichtbogenschweißen und -schneiden unter Schutzgas bestimmter Brenner, der ein im Betrieb unter elektrischer Spannung

stehendes metallisches Kernstück mit axialer Bohrung für die Elektrode und eingebauten Längskanälen für die Zu- und Ableitung des Kühlmediums aufweist und ferner mit einer Gasdüse versehen ist, welche an der Mündung eines äußeren doppelwandigen Metallmantels befestigt ist, der seinerseits einen Teil des Kernstückes umfaßt und von diesem durch mindestens ein nichtleitendes Zwischenstück elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Zwischenstück in an sich bekannter Weise aus zwei oder mehr Teilen (35 und 36, 38) besteht und daß in an sich bekannter Weise vor und hinter dem einen Teil (35 und 36) je ein Dichtungsring (25, 26) angeordnet ist, von denen der eine (25) sich gegen einen Anschlag (38) abstützt und der andere (26) zwischen dem Zwischenstück (36) und einer Spannmutter (29) liegt, daß weiterhin beim Anziehen der Spannmutter (29) in axialer Richtung beide Dichtungsringe (25,26) radial gegen das Kernstück (1) einerseits und den Metallmantel (2) anderseits derart gepreßt werden, daß die Ringe (25, 26) sowohl dichten als auch gleichzeitig den Metallmantel (2) gegenüber dem Kernstück (1) in jeder beliebigen Drehstellung zentrieren und feststellen, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Metallmantels (2) zwei halbschalenförmige, mit einem Teil ihrer Länge über die Düse (3) und mit einem andern Teil ihrer Länge über die Längskanäle (11, 12) im Kernstück (1) sich erstreckende, an ihrem vorderen Ende untereinander verbundene Kühlkammern (31, 32) zur Längsführung des Kühlmediums einschließen und daß der beidseits abgedichtete Teil (35 und 36) des Zwischenstückes zwei hintereinander angeordnete Ringleitungen (19, 22) aufweist, auf deren Höhe im Kernstück (1) und im Metallmantel (2) radiale Durchgänge (18, 20, 21, 23) vorhanden sind, welche je einen Längskanal (11 bzw. 12), eine Ringleitung (19 bzw. 22) und eine Kühlkammer (31 bzw. 32) untereinander verbinden.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ringleitungen (19, 22) durch in der Innen- und in der Außenfläche ausgesparte, einander gegenüberliegende Vertiefungen gebildet ist, wobei der dazwischenliegende Steg in an sich bekannter Weise mit Öffnungen (37) durchbrochen ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgedichtete Teil des Zwischenstückes aus zwei Teilen (35, 36) besteht, von denen jeder eine der beiden Ringleitungen (19, 22) aufweist, wobei zwischen den beiden Teilen (35, 36) ein weiterer, mittels der Spannmutter (29) spannbarer Dichtungsring (39) angeordnet ist, der einen Leckdurchfluß des Kühlmediums zwischen den beiden Ringleitungen (19, 22) verhindert.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 733 801;

deutsche Patentschriften Nr. 968 531, 936 587;

schweizerische Patentschrift Nr. 280 899;

österreichische Patentschrift Nr. 176 729;

USA.-Patentschriften Nr. 2 571 684, 2 510 415,
702 333, 2 680 797, 2 726 310, 2 512 706, 2 673 278, 736 787.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen