DD227065A1 - Wassergekuehlter schutzgasschweissbrenner - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen wassergekuehlten Schutzgasschweissbrenner. Ziel ist, die Effektivitaet eines solchen Brenners zu erhoehen und seinen Einsatz vorzugsweise fuer Schweissautomaten und Schweissroboter zu ermoeglichen. Nach der Aufgabe soll bei dem Brenner eine optimale Kuehlung von Stromkontaktduese und Gaskappe gewaehrleistet werden und darueberhinaus durch die Gestaltung wichtiger Bauelemente eine Umruestung des Brenners fuer ein Zweigasschweissen und fuer eine automatische Brennerreinigung erreicht werden. Kennzeichnend ist eine auf einem Duesenstock speziell ausgebildete aufschraubbare Verbindungshuelse, die zusammen mit einer Mantelhuelse einen ringfoermigen Kuehlkanal bildet mit in spezielle Profilabschnitte eingelegten Dichtringen zur oberen und unteren Begrenzung des Kuehlkanals, wobei die Verbindungshuelse und Mantelhuelse durch einen unteren Zentrierring und einen obenliegenden Schraubring gegeneinander isoliert und zentriert sind und dass, ausgehend von der oberen Stirnseite der Verbindungshuelse, Kanaele fuer Kuehlwasserzu- und -ablauf zum Kuehlkanal fuehren und gegebenenfalls ein oder mehrere Ausblaskanaele durch die Verbindungshuelse zum ringfoermigen Ausstroemkanal fuer das Schutzgas gefuehrt sind. Fig. 1

Description

Wassergekühlter Schutzgasschweißbrenner

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Schutzgas— schweißbrenner für das elektrische Lichtbogenschweißen unter Schutzgas mit intensiver Kühlung der thermisch hochbeanspruchten Teile, vorzugsweise für Schweißautomaten und Schweißroboter unter Verwendung eines bekannten Düsenstockes mit Stromkontaktdüse»

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Das elektrische lichtbogenschweißen unter Schutzgasatmosphäre, insbesondere das MAG-Schweißverfahren, wird vorwiegend für das Schweißen von un- und niedriglegierten Mas— senbaustählen eingesetzt· In diesem Anwendungsbereich wird teilweise mit hohen Stromstärken und hohen Abschmelzleistungen geschweißt, wobei die Schweißbrenner einer hohen thermischen Beanspruchung ausgesetzt sind· Weitere !Faktoren der thermischen Beanspruchung sind eine hohe Einschaltdauer, wie sie bei Schweißautomaten und Schweißrobotern auftritt sowie das MAG-Schweißen mit einem hohen Argonanteil im Schutzgas·

Die thermisch, am meisten beanspruchten Bauteile eines MAG-Schweißbrenners sind die Stromkontaktdüse und die Gaskappe. Bei Schweißstromstärken über 300 A reicht die Wärmestrahlung der Brennerteile an die umgebende luft nicht mehr aus, um eine ausreichende Kühlung des Brenners zu gewährleisten· Die Folgen sind u.a· ein erhöhter Verschleiß der Stromkon— taktdüse und der Gaskappe, insbesondere durch fest haftende Schweißspritzer, die durch automatisches Brennerreinigen, wie z.B. Ausblasen mit Druckluft, nicht entfernbar sind. Für das MAG-Handschweißen und das automatische MAG-Schweissen sind deshalb bereits eine große Zahl- von Brennerkonstruktionen bekannt, die als Kühlmedium Wasser verwenden. Jedoch muß auch bei wassergekühlten MAG-Schweißbrennern garantiert sein, daß der äußere Brennermantel, mit Gaskappe von dem innenliegenden Düsenstock mit Stromkontaktdüse elektrisch, isoliert ist» Deshalb sind bei den meisten wassergekühlten Schweißbrennern zwei getrennte Kühlkammern vorhanden,, die elektrisch voneinander isoliert sind und

thermisch, und elektrisch leitend mit der Gaskappe bzw. mit der Stromkontaktdüse in Verbindung stehen. Die Anordnung von zwei Kühlkammern vergrößert aber entscheidend die Baugröße, insbesondere den Durchmesser eines Schweißbrenners. Die Verlagerung der Wasserkühlung in den hinteren Teil des Brenners verbessert zwar die Zugänglichkeit des Brenners am Werkstück, vermindert aber entscheidend die Kühlwirkung an den kritischen Bauelementen. Ein Beispiel für die getrennte Wasserkühlung von Stromkontaktdüse und Gaskappe ist in der DD-PS 108-478 beschrieben· Die Kühlmediumführung erfolgt hier durch spiralförmige Kanäle in zwei Gängen für Vor- und Rücklauf. Die intensive Kühlung bis zur Brennerspitze erfordert einen hohen Ferti— gungsaufwand des Schweißbrenners. Eine Möglichkeit der automatischen Brennerreinigung ist nicht gegeben.

In der DI-Os 2807684 wird ein Schutzgasschweißbrenner mit einem doppelwandigen, wassergekühlten Düsenstock mit einem aufgepreßten elektrisch isolierten Mantelrohr als Gasdüsen— träger beschrieben. Durch Verwendung einer gut wärmeleitenden Isolierschicht zwischen Düsenstock und Mantelrohr soll, die Kühlwirkung auch auf die Gaskappe übertragen werden· Die Wärmeleitfähigkeit eines elektrisch isolierenden Stoffes kann aber naturgemäß keine befriedigende, den elektrisch: leitenden Stoffen vergleichbare Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

Ein spezieller Schutzgasschweißbrenner mit ausblasbarer Gasdüse für automatische Schweißanlagen wird in der DI-Os 313526 vorgestellt. Durch eine koaxiale Anordnung von Rohren und Außenprofilrohren werden zwei getrennte und

elektrisch voneinander isolierte Kanalsysteme geschaffen. Die innenliegenden Kanäle dienen der Zuleitung von Schutzgas und Druckluft und die außenliegenden Kanäle zur Aufnahme des Kühlwassers. Auch hier wird die Wasserkühlung" nur für die außenliegende Gaskappe wirksam. Eine gleichzeitige Kühlung von außenliegenden und innenlie— genden Brennerelementen durch eine gemeinsame Kühlkammer ist durch die DD-PS 34 381 bekannt. Hierbei handelt es sich um einen WIG—Brenner, bei dem keine Zuführung eines abschmelzenden Elektrodendrahtes erfolgt. Die außenliegende Gaskappenaufnahme und die innenliegende Spannhülsenaufnahme bilden gemeinsam eine ringförmige Kammer zur Aufnahme des Kühlwassers. Je eine obere und untere Isolierhülse ist beidseitig mit ringförmigen Dichtungen versehen, wobei sich eine weitere Ringdichtung an dem Kühlwasserzuleitungskanal, befindet. ^;

Das Aufbringen des Anpreßdruckes auf die Dichtungsringe erfolgt durch drei Gewinderinge, die in Abhängigkeit voneinander auf den richtigen Anpreßdruck eingestellt werden müssen; Die Montage und laufende Wartung eines solchen Brenners wird durch den komplizierten Aufbau erschwert. Für einen Einsatz an Schweißrobotern mit automatischer Brennerreini— gung durch Ausblasen ist dieser Brennertyp nicht geeignet.

Weiterhin sind ungekühlte MAG-Schweißbrenner bekannt, die spezielle Gaskanäle zur Zuführung von zwei getrennten Schutzgasen bis zum Lichtbogen aufweisen. Bei diesen Zwei— gasbrennern liegt eine erhöhte thermische Beanspruchung durch die Verwendung von hochargonhaltigen Mischgas für die innere Gassäule vor, die eine JTremdkühlung des Brenners erforderlich macht.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung ist die Effektivität eines thermisch hochbeanspruchbaren Schutzgasschweißbrenners, insbesondere für das MAG-Schutzgasschweißen, zu erhöhen,, der vorzugsweise für Schweißautomaten und Schweißroboter geeignet ist.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wassergekühlten Schutzgasschweißbrenner mit optimaler Kühlwirkung auf Stromkontaktdüse und Gaskappe zu entwickeln,, der in der Gestaltung wichtiger Bauelemente eine Umrüstung des Brenners für das Zweigasschweißen und automatisches Brennerreinigen gestattet·

Erfindungsgemäß besteht der Brenner aus einem Düsenstock bekannter Bauart, auf dem eine speziell ausgebildete Ver*-· bindungshülse aufgeschraubt ist,, die zusammen mit einer Mantelhülse einen ringförmigen Kühlkanal bildet· Zwischen Yerbindungshülse und Mantelhülse sind in entsprechend geformten Profilabschnitten Dichtringe angeordnet, die den Kühlkanal nach oben und nach unten begrenzen. Um einen direkten Kontakt: der beiden Brennerelemente zuverlässig zu verhindern, sind zwischen Yerbindungshülse und Mantelhülse ein unterer Zentrierring und ein obenliegender Schraubring angeordnet.. Der Schraubring dient gleichzeitig zum Aufbringen des Anpreßdruckes auf die vorzugsweise als Eundringe ausgebildeten Dichtringe» YOm ringförmigen Kühlkanal ausgehend führt je ein Kanal für

Kühlwasserzulauf bzw. -ablauf zur oberen Stirnseite der Verbindungshülse. Durch die Yerbindungshülse hindurch führen weiterhin ein oder mehrere Ausblaskanäle für Druckluft, die auch als Kanäle für das Mantelgas beim Zweigasschweißen nutzbar sind. Diese Ausblaskanäle sind in einem Winkel von 5 bis 20 zur Brennerachse geneigt und führen von der oberen Stirnseite der Verbindungshülse zum ringförmigen. Ausströmkanal für das Schutzgas. Der ringförmige Kühlkanal ist dabei so geformt, daß dis geneigten .Ausblas— und Gas— kanale_ ohne Berührung mit den wasserführenden Kanälen durch die Yerbindungshülse geführt werden können·

An der oberen Stirnseite der Yerbindungshülse wird der Anschluß für das Kühlwasser bzw.. für Druckluft und Schutzgas durch eingelötete Rohre hergestellt _f/ die vorzugsweise parallel zur Brennerachse vom Brenner weggeführt werden, und dadurch die Maße des vorderen Brennerteils nicht wesentlich verändern* Am vorderen Teil der Mantelhülse ist eine auswechselbare Gaskappe vorzugsweise in einer Klemmverbindung angeordnet·

In einer leicht veränderten Form kann der erfindungsgemäße Schweißbrenner auch für das Schweißen mit zwei getrennten Schutzgasen Verwendung finden. Der Düsenstock ist dazu von einer zusätzlichen Gasführungshülse umschlossen, so daß über den an sich vorhandenen Schutzgaskanal der innere Schutzgasstrom zugeführt wird· Pur die Zuführung des Man— telgases kann einer der Ausblaskanäle genutzt werden, bzw. dieser Schutzgaskanal kann in gleicher Art wie der Ausblas— kanal durch die Verbindungshülse hindurchgeführt sein. Um eine laminare Strömung des äußeren Schutzgasmantels zu erzielen, ist es zweckmäßig, mehrere gleichmäßig auf den Umfang verteilte Schutzgaskanäle durch die Verbindungshülse

25U führen, die vorzugsweise von einem ringförmigen Yertei— lungskanal oberhalb der Verbindungshülse ausgehen· In einer weiteren Ausführungsform ist der obere Teil des ringförmigen Sohutzgaskanals durch- Erweiterung der Zwischen— hülse vergrößert und durch eine entsprechende Ausbildung des Zentrierringes nach unten abgegrenzt· Durch Löcher oder Kerben im Zentrierring kann ein siebartiger Durchlaß für das Schutzgas hergestellt werden, wodurch eine über den Umfang gleichmäßig verteilte laminare Schutzgas— strömung erzielt wird. Gleichzeitig kann damit der Zentrier— ring zur zusätzlichen zentrischen Führung der Gasführungs— hülse genutzt werden.

Der erfindungsgemäße MAG-Schweißbrenner erfüllt in optimaler Weise die Anforderungen,, die an einen Automatenbrenner gestellt werden· Er ermöglicht eine wirksame Kühlung der thermisch hochbeanspruchten Bauteile Stromkontaktdüse und Gas— kappe durch direkten metallisch leitenden Kontakt mit dem. Kühlmedium· Bei Verwendung einfacher Bauelemente wird eine zuverlässige galvanische Trennung dieser Bauteile sowie eine wirksame Abdichtung gegenüber dem Kühlmedium erreicht· Der im Brenner angeordnete Ausblaskanal führt zu keiner zusätzlichen Vergrößerung der Brennerabmessungen und trägt ebenso wie die Wasserkühlung zu einer erheblichen Verkürzung der Reinigungsintervalle sowie zur Erhöhung der Standzeit des Schweißbrenners bei*

Der erfimdungsgemäße Schweißbrenner ist mit geringfügigen Änderungen, auch für das Zweigasschweißen einsetzbar, wobei die Vorteile der Wasserkühlung und der Brennerreinigung ebenfalls genutzt werden können· Der Brenner kann problemlos an vorhandene luftgekühlte

Schutzgasschweißbrenner angebaut werden,, indem die Gaskappe entfernt und durch die erfindungsgemäßen Brenner— elemente ersetzt wird·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: den erfindungsgemäßen Schutzgasschweißbrenneir im Längsschnitt

Flg» 2: einen für das Zweigasschweißen abgewandelten Schutzgasschweißbrenner im Längsschnitt

Auf einem an sich bekannten Düsenstock 1, der am Brenner— rohr 2 eines Automatenschweißbrenners befestigt ist und in den die Stromkontaktdüse 3 eingeschraubt ist, ist eine speziell ausgebildete 7erbindungshülse 4 aufgeschraubt, die zusammen mit einer Mantelhülse 5 einen ringförmigen Kühlkanal 6 bildet· Yerbindungshülse 4 und Mantelhülse 5 sind durch einen unteren Zentrierring 7 und einen oberen Schraubring 8 voneinander isoliert und gleichzeitig zueinander zentriert· Die beiderseits des Kühlkanals 6 angeordneten Dichtringe 9 werden mittels des Schraubringes 8 zwischen Terbindungshülse 4 und Mantelhülse 5 geklemmt und ermög— liehen so das Abdichten des ringförmigen. Eühlkanals 6 gegenüber dem Kühlmedium· Parallel zum Brennerrohr 2 sind zwei Kühlrohre 10 für Zu- und Ablauf des Kühlwassers mittels durch die Yerbindungshülse 4 geführter Bohrungen mit

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dem Kühlkanal 6 verbunden· In der Verbindungshülse 4 befindet sich weiterhin ein zur Brennerachse geneigter Ausblaskanal 11 für die automatische Brennerreinigung. An der Mantelhülse 5 ist eine aus einem einfachen Rohrstück bestehende Gaskappe 12 auswechselbar befestigt.

In einer weiteren Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Schweißbrenner für das Schweißen mit zwei getrennten. Schutzgasen eingerichtet. Dazu ist auf dem veränderten Düsenstock 1 eine zusätzliche Gasführungshülse 13 aufgeschraubt. In dem Zwischenraum zwischen Gaskappe 12 und Gas— führungshülse 13 wird das äußere Schutzgas durch Schutzgaskanäle 14 zugeführt„ die in gleicher ϊ/eise wie die Ausblaskanäle 11 in der Yerbindungshülse 4 angeordnet sind. Zur gleichmäßigen Verteilung des Schutzgases und zur Förderung einer laminaren Schutzgasströmung befindet sich innerhalb der Verbindungshülse 4 ein Verteilungskanal 15, der mittels Durchlaßöffnungen 16 mit der Ausströmöffnung für das Schutzgas verbunden ist.

Claims (2)

1. Erfindungsanspruc h

   1» Wassergekühlter Schutzgasschweißbrenner für das elektrische Lichtbogenschweißen unter Schutzgas mit intensiver Kühlung der thermisch hochbeanspruchten Teile, vorzugsweise für Schweißautomaten und Schweißroboter, unter Verwendung eines bekannten Düsenstockes mit Strom— kontaktdüse, gekennzeichnet dadurch* daß auf einem Düsenstock (1) eine speziell ausgebildete Verbindungshülse (4) aufgeschraubt ist, die zusammen mit einer Mantel— hülse (5) einen ringförmigen Kühlkanal. (6) bildet und Dichtungsringe (9) zur oberen und unteren Begrenzung des Kühlkanals (6) in spezielle Profilabschnitte der Verbindungshülse (4) eingelegt sind, wobei die Verbindungshülse (4) und Mantelhülse (5) durch einen unteren Zentrierung (7) und einen obenliegenden Schraubring (8) gegeneinander isoliert und zentriert sind und daß, ausgehend von der oberen Stirnseite der Verbindungshülse (4), Kanäle für Kühlwasserzu— und -ablauf zum Kühlkanal. (6) führen und gegebenenfalls ein oder mehrere Ausblaskanäle (11) durch die Verbindungshülse (4) zum ringförmigen Ausströmkanal für das Schutzgas geführt sind.
2. 2. Wassergekühlter Schutzgasschweißbrenner für das elektrische Lichtbogenschweißen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß für das Schweißen mit zwei getrennten Schutzgasen· zur Erzeugung eines zusätzlichen inneren. Schutzgasmantels der Düsenstock (1) von einer inneren Gasführungshülse (13) umschlossen ist und an Stelle der Ausblaskanäle (11) oder parallel dazu ein oder mehrere Schutzgaskanäle (14) für einen äußeren Schutzgasmantel, in der Verbindungshülse (4) vorgesehen sind.

   ΑΊ

   Wassergekühlter Schutzgasschweißbrenner für das elektrische Lichtbogenschweißen nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb und/oder oberhalb der Terbindungshülse (4) ein ringförmiger Beruhigungs— und Verteilungskanal (15) für das äußere Schutzgas angeordnet ist und der Zentrierring (7) zusätzlich als Zentrierung für die Gasführungshülse (13) ausgebildet ist und Durchlaßöffnungen (16) für das Schutzgas aufweist·

   — Hierzu ein Blatt Zeichnungen