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Dokumentenidentifikation DE102004058134A1 08.06.2006
Titel Schweißbrenner für das Schutzgasschweißen mit Flachdrahtelektrode
Anmelder CIF GmbH Consulting industrieller Fügetechnik, 67269 Grünstadt, DE
Erfinder Scholz, Erhard, Dipl.-Ing., 67269 Grünstadt, DE;
Scholz, René, Dipl.-Ing., 67655 Kaiserslautern, DE
Vertreter Helge, R., Dipl.-Ing. Faching. f. Schutzrechtswesen, Pat.-Anw., 08223 Falkenstein
DE-Anmeldedatum 02.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004058134
Offenlegungstag 08.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.2006
IPC-Hauptklasse B23K 9/173(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23K 9/29(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Schweißbrenner für das Schutzgasschweißen mit Flachdrahtelektroden. Die Aufgabe, einen verbesserten Schutzgas-Schweißbrenner für die Durchführung des Flachdrahtschweißens zu schaffen, der sowohl für das halbmechanisierte (Handschweißen) als auch für das vollmechanisierte Schutzgasschweißen geeignet ist und sich dabei durch seine kostengünstige Herstellung bzw. die Wiederbeschaffung von Verschleißteilen auszeichnet, wird dadurch gelöst, dass in der Längsachse der Kontaktdüse 10 ein runder Durchgangskanal für die Führung des Flachdrahtes vorgesehen ist und mindestens im konischen Bereich der Kontaktdüse 10 in die Kontaktdüsenspitze Schlitze eingearbeitet sind, wobei zwischen der Kontaktdüse 10 und der Gasverteiler-Baugruppe 8 eine Gasdurchgangssperre 9 angeordnet ist, die wiederum in das Kontaktrohr gesteckt ist.
Diese Gasdurchgangssperre 9 bewirkt einen Gasrückstau, welcher wiederum dafür sorgt, dass der Hauptanteil des Schutzgases durch den Gasverteiler 8 strömt, was eine gewünschte lamellare Gasströmung ermöglicht. Es werden somit Turbulenzen vermieden und das Schutzgas wird über die Gasdüse 11 in Richtung Schweißbad fokussiert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Schweißbrenner für das Schutzgasschweißen mit Flachdrahtelektrode sowohl für das halb- als auch für das vollmechanisierte Schweißen.

Allgemein sind bereits Schweißbrenner für das Schutzgasschweißen mit runden Drahtelektroden sowohl für das halb- als auch vollmechanisierte Schweißen im praktischen Einsatz bekannt. Sie werden für Drahtabmessungen von 0,8 bis 3,2 mm ø benutzt. Die hierfür verwendeten Schweißzusätze liegen als Massiv- und Fülldrahtelektroden vor.

Die für diesen Zweck üblichen Schweißbrenner verfügen im unteren Strombereich bis etwa 250 A über eine Luft- bzw. Gaskühlung, während im oberen Strombereich (> 250 A) eine Wasserkühlung unabdingbar ist. Schweißbrennersysteme dieser Art sind konstruktiv ausgereift und geben bei Einhaltung der fachgerechten Schweißtechnologie keinerlei Probleme auf.

In jüngster Zeit kommen in zunehmendem Maße Flachdrahtelektroden für das Schutzgasschweißen zum Einsatz und zwar nur für das vollmechanisierte Schweißen. Hierbei ist zu bemerken, dass das Schutzgasschweißen mit Flachdraht in den Bereich des Hochleistungsschweißens fällt, wofür vorrangig ein Schweißstrom von 300 bis 550 A zur Anwendung kommt. Das bedeutet, dass eine intensive Wasserkühlung vorhanden sein muß, um eine thermische Überlastung des Schweißbrenners auszuschließen.

Unter dieser Voraussetzung kommt jedoch der Schutzgasführung eine exorbitante Bedeutung zu, weil durch erhöhte Gasdüsentemperatur die Gasaustrittsgeschwindigkeit enorm ansteigt und Turbulenzen (Gaswirbel) unvermeidbar sind. Darüber hinaus muss das Brennersystem konstruktiv so ausgelegt sein, dass keine Ejektorwirkung entsteht, d. h. keine Luft dem Schweißprozess zugeführt wird, dessen Folge die Porenbildung in der Schweißnaht wäre.

Diese Feststellung gilt zunächst allgemein für den beschriebenen Schweißprozess.

Beim halbmechanisierten (manuellen) Schutzgasschweißen mit Flachdrahtelektroden kommt in Anbetracht der Schlauchpaketlänge (bis etwa 4 Meter) das Problem der kontinuierlichen Drahtförderung erschwerend hinzu. Es ist deshalb wichtig, den Flachdraht in einem geeigneten System zu führen und eine besondere metallische Reibung vor der Kontaktdüse zu vermeiden.

Für das vollmechanisierte Schutzgasschweißen mit Flachdrahtelektrode werden besondere Kontaktdüsen benötigt.

Aus der DE 103 22 116 B3 ist eine Kontaktdüse für das Flachdraht-Schweißen mit einem Durchgangskanal für das Flachdraht-Material bekannt, wobei der Durchgangskanal zumindest in einem ausgangsseitigen Abschnitt der Kontaktdüse ein dem Flachdraht angepasstes, im Wesentlichen rechteckförmiges Querschnittsprofil aufweist. Der Durchgangskanal wird durch ein erstes und ein zweites ineinander gestecktes im Querschnitt rechteckiges Düsenteil gebildet.

Die Herstellung dieses Rechteckprofils erfolgt zweiteilig durch spangebende Bearbeitung oder durch Funkenerosion.

Mit dieser konstruktiven Ausführung wird zwar einerseits der Flachdrahtelektrode eine exakte Führung und ein gesicherter Stromübergang gegeben, andererseits bleiben jedoch die strömungstechnischen Belange bzw. die entsprechende Gasführung unberücksichtigt, wobei dies auch auf die in der DE 298 07 894 U1 zutreffend ist, in welcher ein Schutzgas-Schweißbrenner für abschmelzende Bandelektroden mit rechteckigem Querschnitt beschrieben wird, bei welchem die Kontaktspitze einen Durchführungskanal aufweist, dessen Querschnitt dem vorzugsweise rechteckigen Querschnitt der Bandelektrode angepasst ist und dessen längere Querschnittsachse so gerichtet ist, wie die längere Querschnittsachse der Bandelektrode auf Grund ihrer Einführung durch die Vorschubeinheit in den Bandführungsschlauch und bei dem am Übergang zwischen dem Bandführungsschlauch und dem Durchführungskanal ein Einlauftrichter vorgesehen ist.

Als entscheidender Nachteil der vorgenannten konstruktiven Ausführungen ist jedoch der relativ hohe Kostenaufwand dieser Kontaktdüsen und vor allem die unzureichende Verwendbarkeit für Handschweißbrenner zu nennen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Schutzgas-Schweißbrenner für die Durchführung des Flachdrahtschweißens zu schaffen, der sowohl für das halbmechanisierte (Handschweißen) als auch für das vollmechanisierte Schutzgasschweißen geeignet ist. Ziel soll dabei seine kostengünstige Herstellung bzw. die Wiederbeschaffung von Verschleißteilen sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Längsachse der Kontaktdüse ein runder Durchgangskanal für die Führung des Flachdrahtes vorgesehen ist und mindestens im konischen Bereich der Kontaktdüse in die Kontaktdüsenspitze Schlitze eingearbeitet sind, wobei zwischen der Kontaktdüse und der Gasverteiler-Baugruppe eine Gasdurchgangssperre angeordnet ist, die wiederum in das Kontaktrohr gesteckt ist.

Als einer der wesentlichen Vorteile dieser erfindungsgemäßen Lösung ist die konstruktive Ausführung der Kontaktdüse selbst zu nennen, die von der äußeren Form her einer Standardausführung entspricht, jedoch zur Aufnahme und Führung des Drahtes bis hin zur Kegelspitze aufgebohrt und an der Ausgangsseite entsprechend der Drahtdicke geschlitzt ist.

Diese vereinfachte Ausführung ist zum einen sehr kostengünstig und sichert andererseits eine gute Wärmeableitung.

Die Anordnung einer Gasdurchgangssperre zwischen der Kontaktdüse und der Gasverteiler-Baugruppe und der Führung des Flachdrahtes durch diese Gasdurchgangssperre bewirkt einen Gasrückstau, welcher wiederum dafür sorgt, dass der Hauptanteil des Schutzgases durch den Gasverteiler strömt, was eine gewünschte lamellare Gasströmung ermöglicht. Es werden somit Turbulenzen vermieden und das Schutzgas wird über die Gasdüse in Richtung Schweißbad fokussiert, wodurch ein sehr positiver Effekt entsteht, indem bei reduziertem Gasverbrauch (min. 10 l/min) ein stabiler Schweißprozess entsteht.

Die Ausführung der Temperaturschutzhülse aus einem Material, dessen Wärmeleitfähigkeit tiefer liegt als die des Materials Flachdrahtseele weist den Vorteil auf, dass die Flachdrahtseele, insbesondere wenn sie aus Kunststoff besteht, vor einer thermischen Überlastung geschützt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den übrigen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend an Hand der Zeichnungen prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel ersichtlich.

Es zeigen

1: eine Darstellung des Flachdraht-Schweißbrenners in Explosivdarstellung

2: Ansicht der Kontaktdüse

Für die sichere Funktion des Flachdraht-Schweißbrenners wird eine flachdrahtgerechte Drahtführung mit einem entsprechenden Einlauf- und Drahtfördersystem verwendet.

Für die Drahtführung und -förderung kommt hier beispielsweise ein so genannter Vierrollenantrieb zur Anwendung, so dass eine kontinuierliche Drahtförderung mit Schlauchpaketlängen bis zu 4 m gesichert werden kann, um dadurch dem Handschweißen den notwendigen Aktionsradius zu ermöglichen.

Die 1 zeigt eine Explosivdarstellung des Flachdraht-Schweißbrenners.

Der Flachdraht-Schweißbrenner besteht im Wesentlichen aus dem Brennerhals 1. An diesem sind der Wassermantel 3, ein Isolierring 4, eine Temperaturschutzhülse 5, der Düsenstock 6, der Gasverteiler 8 mit der Gasdurchgangssperre 9 sowie die in der Gasdüse 11 angeordnete Kontaktdüse 10 befestigt.

Die Drahtführung beginnt bereits vor dem Drahtrollenablauf und setzt sich zwischen den Rollenpaaren fort. Die Flachdrahtseele des Schweißbrenners übernimmt den Draht unmittelbar beim Verlassen des letzten Rollenpaares und führt diesen bis in den Düsenstock 6 hinein.

Die jeweilige Drahtstellung kann über die Kontaktdüse 10 gewählt werden, deren Arretierung durch die Spannmutter 7 auf dem Düsenstock 6 erfolgt.

Die in 2 dargestellte Kontaktdüse 10 selbst entspricht von der äußeren Form her einer Standardausfuhrung, wobei diese jedoch zur Aufnahme und Führung des Drahtes bis hin zur Kegelspitze aufgebohrt und an der Ausgangsseite entsprechend der Drahtdicke mit einem Schlitz 11 versehen ist.

Die Flachdrahtseele des Schweißbrenners führt den Draht durch den Brennerhals 1, den Wassermantel 3 den Isolierring 4 und der Temperaturschutzhülse 5 bis in den Düsenstock 6 hinein.

Zur Abdichtung der Verbindung zwischen Brennerhals 1 und Wassermantel 3, sowie zwischen Wassermantel 3 und Isolierring 4 ist jeweils ein O-Ring 2 vorgesehen.

Der zugeführte Draht wird nun durch eine zwischen der Kontaktdüse 10 und der Gasverteiler-Baugruppe 8 angeordneten Gasdurchgangssperre 9 geführt.

Der hier entstehende Gasrückstau bewirkt, dass der Hauptanteil des Schutzgases durch den Gasverteiler 8 strömt, was eine gewünschte lamellare Gasströmung ermöglicht. Dadurch werden Turbulenzen vermieden und das Schutzgas wird über die Gasdüse 11 in Richtung Schweißbad fokussiert, wodurch ein sehr positiver Effekt entsteht, indem bei reduziertem Gasverbrauch (min. 10 l/min) ein stabiler Schweißprozess entsteht.

Die Montage des Flachdraht-Schweißbrenners erfolgt in an sich bekannter Weise in der in 1 dargestellten Reihenfolge.

1Brennerhals 2O-Ring 3Wassermantel 4Isolierring 5Temperaturschutzhülse 6Düsenstock 7Spannmutter 8Gasverteiler 9Gasdurchgangssperre 10Kontaktdüse 11Gasdüse

Anspruch[de]
  1. Schutzgas-Schweißbrenner für die Durchführung des Flachdrahtschweißens, mit einem Drahtfördersystem dadurch gekennzeichnet, dass in einer konischen Gasdüse (11) eine Kontaktdüse vorgesehen ist, in der Längsachse der Kontaktdüse (10) ein runder Durchgangskanal für die Führung des Flachdrahtes vorgesehen ist und mindestens im konischen Bereich der Kontaktdüse (10) in die Kontaktdüsenspitze Schlitze eingearbeitet sind.
  2. Schutzgas-Schweißbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kontaktdüse (10) und der Gasverteiler-Baugruppe (8) eine Gasdurchgangsspene (9) angeordnet ist, die wiederum in das Kontaktrohr gesteckt ist.
  3. Schutzgas-Schweißbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchgangsspene (9) einen der Drahtabmessung entsprechenden, rechteckigen Durchgang aufweist.
  4. Schutzgas-Schweißbrenner nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem letzten Rollenpaar des Drahtfördersystems und dem Düsenstock (6) eine den Flachdraht führende Flachdrahtseele angeordnet ist
  5. Schutzgas-Schweißbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Düsenstock (6) eine Temperaturschutzhülse (5) angeordnet ist, in welche die Flachdrahtseele einmündet.
  6. Schutzgas-Schweißbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchgangsspene (9) aus einem metallischen Werkstoff oder aus Kunststoff besteht.
  7. Schutzgas-Schweißbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchgangssperre (9) aus einem Kunststoff besteht.
  8. Schutzgas-Schweißbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturschutzhülse (5) aus einem Material besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit tiefer liegt als die des Materials Flachdrahtseele.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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