Gekühlter Lichtbogenschutzgas-Schweissbrenner mit isolierendem Zwischenstück Ein Brenner für das Lichtbogenschweissen und -schneiden von Metallen unter Schutzgas hat ver schiedene funktionelle Anforderungen zu erfüllen.
Der Lichtbogen erzeugt eine sehr grosse Hitze, die für den Schweissvorgang erforderlich ist, jedoch für den Brenner sehr rasch unerträglich wird, so dass eine intensive Kühlung durch Zirkulation eines Kühl mediums unentbehrlich ist; insbesondere kommt in erster Linie der Kühlung der Gasdüse eine grosse Bedeutung zu, weil dadurch das Ankleben und An schweissen von Spritzern und ein starker Verschleiss der Düse und ein erhöhter Gasverbrauch vermieden werden. Es sind schon zahlreiche Bauarten der Kühl wasserführungen 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 Befestigungsvor richtungen und von den Betätigungseinrichtungen weisen die Brenner für das Lichtbogenschweissen und -schneiden von Metallen unter Schutzgas im allge meinen die folgenden Hauptbestandteile auf: Im hinteren Teil ein metallisches Kernstück, das an einer Stelle entweder in einem Griff bei handbetätig ten Schweisspistolen oder an einem Support bei auto matischen 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 Span nung steht und die Aufgabe hat, den elektrischen Strom unmittelbar oder über ein Stromzuführungs- röhrchen auf die Elektrode zu übertragen, müssen, um jede schädliche Lichtbogenbildung durch Massen berührung zwischen der Düse oder dem Düsenhalter und dem zu schweissenden Gegenstand auszuschalten, diese vorderen metallischen Bestandteile vom Kern stück elektrisch isoliert sein. Zu diesem Zweck wird zwischen dem Kernstück und dem Düsenhalter ein elektrisch isolierendes, ein- oder mehrteiliges Zwi schenstück angebracht.
Ferner weist das metallische Kernstück eine axiale Bohrung auf, die entweder zur Aufnahme einer nicht schmelzenden Elektrode dient oder ein Stromzufüh- rungsrohr aufnimmt, durch welches eine abschmel zende Drahtelektrode vorgeschoben und unter elek trische Spannung gesetzt wird.
Da die Elektrode die axiale Zone des Brenners besetzt, müssen also die für die Zirkulation des Kühl mediums notwendigen Leitungen sich ausserhalb die ser 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 Ausfüh rung neigen die übergangsglieder stets zu Undich- tigkeiten und werden bei rauhem Betrieb leicht be schädigt.
Ein weiterer Punkt ist die sorgfältige Abdich tung des Schutzgasraumes gegenüber den vom Kühl medium durchflossenen Räumen und gegenüber Fremdgasen. Bei a11 diesen Anforderungen soll die Ausführung des Brenners trotzdem handlich, einfach, robust und betriebssicher sein.
Die vorliegende Erfindung soll die Nachteile der bekannten Ausführungen ausschalten und es ermög lichen, die für die Zirkulation des Kühlmediums not wendigen 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, ko axial angeordnet sind und um ihre gemeinsame Achse jede beliebige Drehstellung annehmen können, wobei die Leitungen für das Kühlmedium jeweils aufrecht erhalten bleiben.
Die Erfindung betrifft also einen gekühlten, 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 Ab leitung des Kühlmediums aufweist und ferner mit einer Gasdüse versehen ist, welche an der Mündung eines äusseren, doppelwandigen Metallmantels be festigt ist, der seinerseits einen Teil des Kernstückes umfasst und von diesem durch mindestens ein nicht leitendes Zwischenstück elektrisch isoliert ist.
Die Erfindung besteht darin, dass das isolierende Zwischenstück aus zwei oder mehr Teilen besteht und dass vor und hinter dem einen Teil je ein Dich tungsring angeordnet ist, von denen der eine sich gegen einen Anschlag abstützt und der andere zwi schen dem Zwischenstück und einer Spannmutter liegt, dass weiterhin beim Anziehen der Spannmutter in axialer Richtung beide Dichtungsringe radial gegen das Kernstück einerseits und den Metallmantel an derseits derart gepresst werden, dass die Ringe sowohl dichten als auch gleichzeitig den Metallmantel ge genüber dem Kernstück in jeder beliebigen Drehstel lung zentrieren und feststellen, ferner dadurch ge kennzeichnet, dass die Wände des Metallmantels zwei halbschalenförmige,
mit einem Teil ihrer Länge über die Düse und mit einem andern 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 hintereinandner angeord nete Ringleitungen aufweist, auf deren Höhe im Kern stück und im Metallmantel radiale Durchgänge vor handen sind, welche je einen Längskanal, eine Ring leitung und eine Kühlkammer untereinander verbin den.
Vorzugsweise sind jede der Ringleitungen durch in der Innen- und in der Aussenfläche ausgesparte, einander gegenüberliegende Vertiefungen gebildet, wobei der dazwischenliegende Steg in an sich bekann ter Weise mit Öffnungen durchbrochen ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin dung besteht der abgedichtete Teil des Zwischen stückes 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 bei den Ringleitungen verhindert.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung er läutert, welche ein Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemässen Brenners darstellt.
Fig. 1 zeigt den Brenner in Ansicht.
Fig. 2 ist der Längsschnitt VII-VII der Fig. 1. Fig. 3 und 4 sind die Querschnitte VIII-VII.I 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 Strom zuführungsrohres und der Drahtelektrode - beide nicht eingezeichnet - mit zwei Längskanälen 11 und 12, die über Bohrungen 13 und 14 mit den Lei tungen 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 doppelwan dig 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 erstrek- ken. Diese beiden Kühlkammern 31 und 32 sind von einander 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 Man tel 2 dient gleichzeitig als 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 Längskanale 11 und 12 je mit einer der beiden halbschalenförmigen Kühl kammern 31 und 32 herstellen, und zwar dadurch, dass der eine Längskanal 11 durch eine radiale öff- nung 18 und die eine Kühlkammer 31 durch min destens eine radiale Öffnung 20 mit der einen Ring nut 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 Kühl medium nicht direkt zwischen dem Kernstück 1 und dem Zwischenstück sowie zwischen diesem und dem Mantel 2 von einer Ringnut zur andern fliessen kann, können auf diesen Strecken Labyrinthdichtungen vor gesehen sein.
In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist das Zwischenstück dreiteilig und besteht aus dem An schlag 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 Ringen 35 und 36 müssen selbstverständlich die Nu ten sowohl auf die innere als auch auf die äussere Oberfläche geöffnet sein und müssen also durch die volle Wand der Ringe hindurch verbunden sein, wo bei dann die beiderseits der Nut sich befindenden Teile der Ringe durch Abstandhalter auseinander gehalten 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 ge bildet, wobei jeweils zwischen den sich gegenüber liegenden Vertiefungen ein als Abstandhalter wir kender, finit 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 an geordnet. Die vordere Dichtung 25 stützt sich auf den auf dem Kernstück 1 aufgeschraubten An schlag 38 aus isolierendem Material. Hinter der hin teren Dichtung 26 befindet sich die auf das Kern stück 1 greifende Spannmutter 29. Durch Anziehen dieser Mutter 29 werden gleichzeitig die beiden Dich tungen 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 Dich tung 39 anzubringen, welche die beiden Ringnuten 19 und 22 voneinander abdichtet.
Es wäre ferner auch möglich, den Anschlag 3 8 auf eine andere Weise zu befestigen, als durch Auf schrauben. So käme zum Beispiel 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 kerami scher Ring 40 vorgesehen sein, der gleichzeitig die beiden erstgenannten Teile vor eventuellen Metall spritzern schützt und auch zur regelmässigen Vertei lung des aus dem Kernstückaustritt ausströmenden Schutzgases beiträgt.
Um eine einwandfreie Kühlung der Düse, das heisst 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 Flä che 41 aufweist, die an eine entsprechende konische Fläche der Mündung des Mantels 2 angepasst ist und mittels einer auf einem Vorsprung 42 der Düse grei fenden llberwurfmutter 43 angepresst wird. Es lässt sich aber auch der doppelwandige Mantel 2 mit einer unmittelbaren Kühlung der Düse durch das Kühl medium 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 von dort um die vorderen Enden der Trenn rippen 33 und 34 in die zweite Kühlkammer 32 und wird durch die Öffnung 23, die Ringnut 22, die öff- nung 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 beschriebene Brenner weist den Vorteil einer intensiven Kühlung auf, die auf einfachste Weise er zielt wird. Sämtliche Teile des Brenners haben im we sentlichen zylindrische Form, sie sind mit dem Kern stück 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 Bestand teile in der richtigen Reihenfolge, ohne Rücksicht nahme auf die Lage der einzelnen Bestandteile um ihre gemeinsame Achse, zusammenbauen. Durch Festziehen einer einzigen Mutter 29 wird die Zirku lation des Kühlmediums nach aussen dicht abgeschlos sen, 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 grö sserer Anzahl bzw. in Unterteilung angeordnet sein. Als Kühlmedium eignen sich im allgemeinen Flüssigkeiten, z. B. Wasser; gegebenenfalls können auch Gase, insbesondere Pressluft, genügen.