DE4314099C2

DE4314099C2 - Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner sowie Elektrodenhalter hierfür

Info

Publication number: DE4314099C2
Application number: DE4314099A
Authority: DE
Inventors: Hermann Sperling
Original assignee: Binzel Alexander Co KG GmbH
Current assignee: Binzel Alexander Co KG GmbH
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-29
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2013-04-30
Also published as: DE4314099A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner, insbesondere einen WIG- oder Plasma-Brenner, mit schwerschmelzender Elektrode, welche in einem Elektrodenhalter eingespannt ist, der seinerseits in einem Gehäuse des Brennerkörpers aufgenommen ist sowie auf einen Elektrodenhalter hierfür.

Ein wesentlicher Bestandteil bei Lichtbogenschweiß- und Schneidbrennern ist der Elektrodenhalter, über welchen der Strom für Erzeugung des Lichtbogens auf die Elektrode übertragen wird. Der Elektrodenhalter befindet sich in einem Gehäuse des Brennerkörpers, wobei die Elektrode in den Elektrodenhalter eingespannt wird. Um verschiedene Elektrodendurchmesser benutzen zu können, verwendet man austauschbare Elektrodenhalter, die gleiche Außendurchmesser, aber unterschiedliche Innendurchmesser haben. Die Elektrodenhalter besitzen Dehnungsschlitze und einen konischen Teil, mit dessen Hilfe sie auf die Elektrode aufgepreßt werden. Im Falle des WIG-Brenners ist eine Brennerkappe auf das hintere Ende des Brennerkörpers aufgeschraubt, wodurch die Elektrode innerhalb der Spannhülse festgeklemmt ist. Bei den bekannten Brennern gestaltet sich die Zentrierung der Elektrode jedoch schwierig, da diese bspw. im Falle eines WIG-Brenners, von der Bedienerperson zunächst nach Augenmaß ausgerichtet werden muß, während gleichzeitig die Brennerkappe in den Brennerkörper eingeschraubt wird. Hierbei kann es vorkommen, daß die Elektrode nicht zentrisch im Gasstrom sitzt, so daß es zu nachteiligen Strömungsverhältnissen um die Elektrode kommt. Dabei oxydiert die Elektrode schneller und verbraucht sich durch die geringere Gaskühlung bzw. Wirbelbildung mit Luftansaugen.

Diese konstruktiv-mechanischen Probleme bei den bekannten Lichtbogenschweiß- und -schneidbrennern führen auch zu einer undefinierten Stromübertragung vom Brennerkörper bzw. Gehäuse des Brenners auf den Elektrodenhalter und von dort auf die Elektrode. So können bspw. bei einem WIG-Brenner im Falle eines Austausches des Elektrodenhalters bei gleichem Innendurchmesser und selbst bei einem Nachschleifen der Elektrode und nachfolgendem Nachspannen völlig unterschiedliche Verhältnisse bei der Stromübertragung auftreten. Mitunter ergeben sich übermäßig hohe elektrische Übergangswiderstände zwischen Elektrodenhalter und Elektrode, mit der Folge starker lokaler Wärmebelastungen des Elektrodenhalter-Materials und einer unerwünschten Wärmeableitung in den Brennerkörper und von dort ggf. zu der eine Kunststoffbeschichtung aufweisenden Brennerkappe.

Ein Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner mit den Merkmalen der eingangs genannten Art ist bspw. aus der EP 151 100 A2 bekannt. Dieser Brenner weist ein Gehäuse auf mit einer Bohrung, in welcher ein Elektrodenhalter einsetzbar ist. Der Elektrodenhalter besitzt einen zylindrischen Zapfen, an dessen vorderes Ende ein Gasverteiler in Form eines Führungsnippels einschraubbar ist. Auf den vorderen Abschnitt des Zapfens ist weiterhin eine den Gasverteiler umgebende Gasdüse auf schraubbar, welche eine Isolierscheibe gegen ein Flansch preßt. Im inneren des Zapfens befindet sich eine Längsbohrung für eine Spannhülse, innerhalb welcher die Elektrode aufgenommen ist. Die Spannhülse ist an ihrem zur Gasdüse hin gerichteten Ende konisch geformt und stützt sich gegen eine entsprechend geformte, sich zum Brennerkörper hin erweiternde Fläche des Gasverteilers ab. Die Festlegung der Spannhülse erfolgt mittels einer in das hintere Ende des Zapfens einschraubbaren Schraube. Zum Einstellen des Elektrodenabstandes ist der gesamte Elektrodenhalter aus dem Gehäuse zu entnehmen. Sodann wird die Schraube gelöst und die Elektrode bezüglich der den Referenzpunkt bildenden Isolierscheibe eingestellt und danach mittels der auf die Spännhülse wirkenden Schraube in dieser Lage festgeklemmt. Schließlich wird der gesamte Elektrodenhalter in die Bohrung des Brennerkörpers eingesetzt. Dabei drückt der Zapfen des Elektrodenhalters Lamellen einer innerhalb der Bohrung des Brennerkörpers eingesetzten Federhülse radial nach außen, bis der Elektrodenhalter mit seinem Flansch an einem Flanschring des Brennerkörpers anliegt. Der Elektrodenhalter wird also mittels Federkraft innerhalb des Brennergehäuses gehalten. Dieser bekannte Maschinenbrenner ist bei einem Elektrodenwechsel nur recht umständlich zu handhaben, da der gesamte Schweißkopf mehr oder minder zerlegt werden muß. Vor allem aber besteht das Problem, daß das Spannen der Elektrode undefiniert erfolgt, wenn bspw. die Spannhülse nicht exakt ausgerichtet ist. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß beim Festspannen der Elektrode mittels des Einschraubens der Schraube keine Führung am hinteren Ende der Spannhülse vorhanden ist. Auch ist die Spannhülse, in Montagestellung des Brenners gesehen, außerhalb des Brennerkörpers von hinten einzusetzen. Das gleiche Problem tritt auch bei einem Elektrodenwechsel auf. Im übrigen weist der bekannte Maschinenbrenner eine relativ geringe Kontaktfläche für die Stromübertragung auf, welche ausschließlich über die als Kontaktfedern ausgebildeten Lamellen der Federhülse erfolgt.

Weiterhin ist aus der DE 34 35 050 A1 ein als MIG-Brenner ausgebildeter Brenner mit abschmelzender, geförderter Drahtelektrode bekannt, der eine Spannhülse aufweist. Schließlich ist auch in der US 4 924 065 ein Brenner mit einem Elektrodenhalter beschrieben.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner dahingehend zu verbessern, daß eine einfache und definierte Ausrichtung der Elektrode bei günstiger Stromübertragung zwischen Elektrodenhalter und Elektrode erreicht ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch einen Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch einen Elektrodenhalter mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Bei der Montage werden der Elektrodenhalter von der Düsenseite her in das Gehäuse eingesetzt und die Elektrode auf den gewünschten Abstand, beispielsweise bezüglich der Gasdüse, eingestellt. Danach wird der Elektrodenhalter an dem Brennerkörper festgelegt, wodurch der Elektrodenhalter mit seinen Anlage- und Gleitflächen in den Kegelsitz des Gehäuses gepreßt wird. Durch den Kegelsitz des Elektrodenhalters und unterstützt durch die Führung des Elektrodenhalters mit seinem hinteren Abschnitt innerhalb des Gehäuses erfolgt eine Selbstzentrierung mit zentrischer Ausrichtung der Elektrode. Auch ist durch die Bildung des Kegelsitzes innerhalb des Brennerkörpers mit unmittelbarer Kontaktierung des Elektrodenhalters ein definierter und breitflächiger Stromübergang zwischen den Konstruktionsteilen erreicht. Daraus ergibt sich wiederum eine definierte Wärmeableitung von dem Elektrodenhalter auf den Brennerkörper, wodurch sich die Standzeit des Elektrodenhalters und bei WIG- oder Plasma-Brennern auch der Elektrode selbst, wesentlich erhöht. Dadurch, daß der Elektrodenhalter im Bereich seines bezüglich der Brennerdüse hinteren Abschnitts in dem Gehäuse geführt ist, wird die Ausrichtung des Elektrodenhalters und damit auch der Elektrode selbst erheblich verbessert. Der Vorteil der Maßnahme, daß der Elektrodenhalter mittels einer entgegengesetzt zur Brennerdüse gerichteten Längskraft in dem Kegelsitz des Gehäuses in Montagestellung gehalten ist, besteht insbesondere bei WIG- und Plasma-Brennern darin, daß der Elektrodenhalter von der Düsenseite des Brenners her in das Gehäuse bzw. in den Kegelsitz eingesetzt werden kann, wodurch die Handhabung bei der Montage des Brenners wesentlich vereinfacht und die Rüstzeit entsprechend verkürzt wird.

In konstruktiv besonders vorteilhafter Weise kann dabei der Elektrodenhalter mit einem zylindrisch ausgebildeten Abschnitt in dem Gehäuse des Brenners geführt sein.

Die Festlegung des Elektrodenhalters kann nach der Erfindung dadurch erfolgen, daß dieser, vorzugsweise mit seinem der Brennerdüse gegenüberliegenden Ende, mit dem Gehäuse des Brenners verschraubbar ist, wobei zur einfacheren Montage der Elektrodenhalter an seinem der Brennerdüse zugewandten Endbereich eine Rändelung aufweist.

Alternativ ist es insbesondere für WIG- und Plasma-Brenner aber auch möglich, daß der Elektrodenhalter mit seinem der Brennerdüse gegenüberliegenden Ende mit der Brennerkappe verschraubbar ist.

Nach einem besonderen Vorschlag der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Elektrodenhalter und das Gehäuse einen Ringraum für ein Schutzgas oder ein Plasmagas bilden, welches über umfangsseitig des Elektrodenhalters im Bereich seiner Anlage- und Gleitflächen angeordnete und sich in Strahlachse des Brenners erstreckende Leitkanäle in Richtung der Brennerdüse nach außen geführt ist. Mittels der durch den Kegelpreßsitz des Elektrodenhalters und seinen sich in Strahlachse des Brenners erstreckenden Leitkanälen gebildeten Durchgänge wird in Verbindung mit einer Gaslinse eine besonders homogene und laminare Strömung des Schutzgases erreicht, was durch die Vermeidung von Turbulenzen zu einer besseren Gasabdeckung des Schmelzbades führt.

Die Weiterbildung des Elektrodenhalters für schwerschmelzende Elektroden nach der Erfindung ist in den Ansprüchen 8 bis 12 beschrieben.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 in einem Längsschnitt einen WIG-Brenner mit einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrodenhalters,

Fig. 2 den Elektrodenhalter gemäß Fig. 1,

Fig. 3 im Längsschnitt einen wiederum anderen WIG-Brenner mit einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrodenhalters und

Fig. 4 den Elektrodenhalter gemäß Fig. 3.

Der WIG-Brenner gemäß Fig. 1 weist einen Brennerkörper 1 auf, der im Bereich seines Anschlusses an den Brennerhals 14 an das (nicht dargestellte) Stromführungskabel, den Wasservor- und -rücklauf 15, 16, den Gasschlauch 23 und die (ebenfalls nicht dargestellte) Steuerleitung angeschlossen ist. Der Brennerkörper 1 weist ein Gehäuse 4 zur Aufnahme eines Elektrodenhalters 3 auf, in welchem die Elektrode 2 eingespannt ist. Am vorderen Ende des Brennerkörpers 1 ist eine Brennerdüse 7 bzw. eine Gasdüse gehalten. Zur besseren Verteilung des Schutzgases innerhalb der Brennerdüse 7 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 eine Gaslinse 17 eingesetzt, mit deren Hilfe ein laminarer Gasstrom erzeugt und ein besseres Abdecken der Schweißstelle erreicht werden soll. An dem der Brennerdüse 7 gegenüberliegenden Ende des Brennerkörpers 1 befindet sich eine Brennerkappe 9, welche die stromführende Elektrode 2 abdeckt.

Der zum Erzeugen des Lichtbogens zwischen Elektrode 2 und Werkstück erforderliche Schweißstrom wird vom Stromkabel über elektrisch leitende Zwischenglieder des Brennerkörpers 1 von dem Elektrodenhalter 3 auf die Elektrode 2 übertragen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist das Gehäuse 4 des Brennerkörpers 1 bzw. bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel ein zwischen einem Außenkörper 24 des Brennerkörpers 1 und dem Elektrodenhalter 3 angeordneter Kühlkörper 25 einen Kegelsitz 5 für den mit entsprechenden Anlage- und Gleitflächen 6 ausgebildeten Elektrodenhalter 3 auf. Der Elektrodenhalter 3 besitzt an seinem bezüglich der Brennerdüse 7 hinteren Ende einen zylindrischen Abschnitt 8, mittels welchem er im wesentlichen paßgenau in dem Gehäuse 4 bzw. dem Kühlkörper 25 geführt ist.

Bei der Montage des Brenners wird der Elektrodenhalter 3 von der Düsenseite des Brenners her in das Gehäuse 4 eingesetzt, wonach die Elektrode 2 auf ihren vorgegebenen Abstand bezüglich der Gasdüse 7 eingestellt wird. Danach wird, wie auch beispielsweise im Falle eines Nachsetzens der Elektrode 2 zwischen den Schweißarbeiten, die Brennerkappe 9 aufgeschraubt, wobei sie mit einem Innengewinde 18 in ein am hinteren Ende des Elektrodenhalters 3 gebildetes Außengewinde 19 eingreift und den Elektrodenhalter 3 mit seinen Anlage- und Gleitflächen 6 in den Kegelsitz 5 des Gehäuses 4 bzw. des Kühlkörpers 25 preßt. Hierbei ziehen sich die Dehnschlitze 13 des Elektrodenhalters 3 zusammen, wodurch die Elektrode 2 innerhalb des Elektrodenhalters 3 bzw. der Spannhülse festgeklemmt ist. Durch den Kegelsitz 5 des Elektrodenhalters 4 und unterstützt durch die zylindrische Führung des Elektrodenhalters 3 mit seinem hinteren Abschnitt 8 innerhalb des Gehäuses 4 bzw. des Kühlkörpers 25 erfolgt eine Selbstzentrierung des Elektrodenhalters 3 mit zentrischer Ausrichtung der Elektrode 2 bezüglich des Gasstromes, verbunden mit einer definierten und breitflächigen Stromübertragung zwischen Gehäuses 4 und Elektrodenhalter 3, was sich ebenfalls auf eine günstige Stromübertragung mit niedrigen Übergangswiderständen auf die Elektrode 2 und eine verbesserte Kühlung auswirkt.

Wie weiterhin aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, bilden der Elektrodenhalter 3 und das Gehäuse 4 einen Ringraum 11. Dieser Ringraum 11 steht über umfangsseitig des Elektrodenhalters 3 im Bereich seiner Anlage- und Gleitflächen 6 angeordnete und sich in Strahlachse des Brenners erstreckende Leitkanäle 12 in Strömungsverbindung mit einem zwischen der Gaslinse 17 und dem Gehäuse 4 gebildeten Stauraum 22. Durch diese Leitkanäle 12 in Verbindung mit der Gaslinse 17 wird eine besonders homogene und laminare Strömung des Schutzgases und damit eine verbesserte Gasabdeckung des Schmelzbades erreicht.

In Fig. 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Brenners zum WIG-Schweißen dargestellt, wobei die dem Brenner gemäß Fig. 1 und 2 entsprechenden Funktionsteile mit gleichen Bezugszeichen angegeben sind, so daß insoweit auf eine Beschreibung verzichtet werden kann. Der wesentliche Unterschied des Brenners gemäß Fig. 3 und 4 gegenüber dem zuvor beschriebenen besteht darin, daß der Elektrodenhalter 3 mit einem Außengewinde 20 direkt auf ein Innengewinde 21 des Gehäuses 4 bzw. des Kühlkörpers 25 des Brennerkörpers 1 aufschraubbar ist. Zur Vereinfachung der Montage weist der Elektrodenhalter 3 an seinem der Brennerdüse 7 zugewandten Endbereich eine Rändelung 10 auf. Die Zuführung des Inertgases erfolgt koaxial im Brennerkörper 1.

Bezugszeichenliste

1 - Brennerkörper
2 - Elektrode
3 - Elektrodenhalter
4 - Gehäuse
5 - Kegelsitz
6 - Anlage, Gleitfläche
7 - Brennerdüse
8 - zylindrischer Abschnitt
9 - Brennerkappe
10 - Rändelung
11 - Ringraum
12 - Leitkanal
13 - Dehnschlitz
14 - Brennerhals
15 - Wasservorlauf
16 - wasserrücklauf
17 - Gaslinse
18 - Innengewinde
19 - Außengewinde
20 - Außengewinde
21 - Innengewinde
22 - Stauraum
23 - Gasschlauch
24 - Außenkörper
25 - Kühlkörper.

Claims

1. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner, insbesondere WIG- oder Plasma-Brenner, mit schwerschmelzender Elektrode (2), welche in einem Elektrodenhalter (3) eingespannt ist, der seinerseits in einem Gehäuse (4) des Brennerkörpers (1) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) des Brennerkörpers (1) einen sich zur Brennerdüse (7) hin erweiternden kegelstumpfförmigen Sitz (5) für den mit entsprechend ausgebildeten Anlage- und Gleitflächen (6) versehenen Elektrodenhalter (3) aufweist, daß der Elektrodenhalter (3) von der Düsenseite des Brenners (1) in den Kegelsitz (5) des Gehäuses (4) einsetzbar und im Bereich seines bezüglich der Brennerdüse (7) hinteren Abschnittes (8) im Gehäuse (4) geführt sowie beim Festlegen des Elektrodenhalters (3) mit dem Brennerkörper (1) mittels einer entgegengesetzt zur Brennerdüse (7) gerichteten Längskraft in dem Kegelsitz (5) des Gehäuses (4) gehalten ist.

2. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) mit einem zylindrisch ausgebildeten Abschnitt (8) in dem Gehäuse (4) des Brenners (1) geführt ist.

3. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3), vorzugsweise mit seinem der Brennerdüse (7) gegenüberliegenden Ende, mit dem Gehäuse (4) des Brenners (1) verschraubbar ist (Fig. 3).

4. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) an seinem der Brennerdüse (7) zugewandten Endbereich eine Rändelung (10) aufweist.

5. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) mit seinem der Brennerdüse (7) gegenüberliegenden Ende mit der Brennerkappe (9) verschraubbar ist (Fig. 1).

6. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) und das Gehäuse (4) einen Ringraum (11) für ein Schutzgas oder Plasmagas bilden, welches über umfangsseitig des Elektrodenhalters (3) im Bereich seiner Anlage- und Gleitflächen (6) angeordnete und sich in Strahlachse des Brenners (1) erstreckende Leitkanäle (12) in Richtung der Brennerdüse (7) nach außen geführt ist.

7. Elektrodenhalter in den eine schwerschmelzende Elektrode (2) eingespannt ist und der seinerseits in einem Gehäuse (4) des Brennerkörpers (1) eines Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenners, insbesondere WIG- oder Plasma-Brenners, aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenhalter (3) mit entsprechend ausgebildeten Anlage- und Gleitflächen (6) in einen Kegelsitz (5) des Gehäuses (4) einsetzbar und im Bereich seines bezüglich der Brennerdüse (7) hinteren Abschnittes (8) im Gehäuse (4) geführt sowie beim Festlegen des Elektrodenhalters (3) mit dem Brennerkörper (1) mittels einer entgegengesetzt zur Brennerdüse (7) gerichteten Längskraft in dem Kegelsitz (5) des Gehäuses (4) gehalten ist.

8. Elektrodenhalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zylindrisch ausgebildeten Abschnitt (8) aufweist, der ihn in dem Gehäuse (4) des Brenners (1) führt.

9. Elektrodenhalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß er, vorzugsweise mit seinem der Brennerdüse (7) gegenüberliegenden Ende, mit dem Gehäuse (4) des Brenners (1) verschraubbar ist (Fig. 3).

10. Elektrodenhalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er an seinem der Brennerdüse (7) zugewandten Endbereich eine Rändelung (10) aufweist.

11. Elektrodenhalter nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er mit seinem der Brennerdüse (7) gegenüberliegenden Ende mit der Brennerkappe (9) verschraubbar ist (Fig. 1).

12. Elektrodenhalter nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß er mit dem Gehäuse (4) einen Ringraum (11) für ein Schutzgas oder ein Plasmagas bildet und umfangsseitig im Bereich seiner Anlage- und Gleitflächen (6) angeordnete und sich in Strahlachse des Brenners (1) erstreckende Leitkanäle (2) für das Gas in Richtung der Brennerdüse (7) aufweist.