DE4432475A1

DE4432475A1 - Gasdüsenaufnahme an einem Lichtbogenschweiß- oder schneidbrenner

Info

Publication number: DE4432475A1
Application number: DE4432475A
Authority: DE
Inventors: Hermann Sperling
Original assignee: Binzel Alexander Co KG GmbH
Current assignee: Binzel Alexander Co KG GmbH
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2014-09-14
Also published as: DE4432475C2; CN1037590C; CN1104949A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrennern werden die Gasdüsen auf eine am Brennerhals vorgesehene Gasdüsenaufnahme entweder aufgeschraubt oder durch Aufstecken auf einen Gasdüsensitz mittels einer Klemmhalterung festgelegt. Nachteilig beim Aufschrauben der Gasdüse ist, daß der Wärmeübergang von der einer erhöhten Temperaturbeanspruchung ausgesetzten Gasdüse nur über die Verschraubung auf die Gasdüsenaufnahme und von dort auf den Brennerhals erfolgt. Eine ungenügende Wärmeableitung hat jedoch einen erhöhten Verschleiß, insbesondere der Gasdüse und des Gewindes der Gasdüsenaufnahme zur Folge. Bei der Klemmhalterung der Gasdüse ist ein hoher mechanischer Verschleiß durch das häufige Aufstecken und Abziehen der Gasdüse gegeben, so daß im Laufe der Zeit kein gleichmäßiger Kontakt mehr zwischen Gasdüse und Gasdüsensitz gewährleistet ist, was dann zu einem ungenügenden Wärmeübergang führt. Zudem ist bei den aufsteckbaren Gasdüsen der Gasdüsensitz meist leicht konisch ausgebildet, so daß die Kontaktflächen für den Wärmeübergang reduziert sind. Auch finden sich stärkere Schmutzablagerungen an Windungen der Schraubverbindung bzw. an dem Gasdüsensitz.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner der eingangs genannten Art den Gasdüsensitz derart weiterzubilden, daß bei einfachem Wechsel der Gasdüse und sicherem Halt an dem Gasdüsensitz eine gute Wärmeübertragung von Gasdüse auf die Gasdüsenaufnahme erreicht ist.

Gelöst wird diese Aufgabe i. w. durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1.

Im Betrieb des Brenners weitet sich die Gasdüse aufgrund des größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten ihrer Werkstoffe stärker auf als die Einstecknut der Gasdüsenaufnahme. Dabei tritt die Gasdüse über ihren gesamten Außenumfang in Kontaktspannung mit der radial äußeren Wandung der Einstecknut. Hierdurch ist ein sicherer und zuverlässiger Halt der Gasdüse in der Einstecknut erreicht. Vor allem aber ist eine optimale Wärmeableitung von der thermisch stark belasteten Gasdüse auf den Gasdüsensitz und von dort, im Falle eines luftgekühlten Brenners, an die Umgebungsluft und bei flüssigkeitsgekühlten Brennern an die im Brennerhals geführte Kühlflüssigkeit gewährleistet. Durch die schnellere Wärmeableitung ist auch die Standzeit der Gasdüse wesentlich verlängert. Auf Grund der geringeren Temperaturbelastung der Gasdüse haften auch Schweißspritzer nicht in dem Maße an der Gasdüse wie bei den bekannten Brennern. Da sich die Gasdüse im Betrieb des Brenners radial nach außen ausdehnt, ist der Wärmekontakt mit der radial inneren Wandung der Gasdüsenaufnahme bzw. der Einstecknut nicht in dem Maße gegeben wie mit der radial äußeren Wandung. Hierdurch ist ein unerwünschtes Ableiten von Wärme in Richtung des Brennergriffstückes verhindert. Aufgrund der schnellen Wärmeableitung und des damit verbundenen schnellen Nachlassens der Kontaktspannung zwischen Gasdüse und der radial äußeren Wandung der Einstecknut bei einem Abschalten des Brenners läßt sich auch die Gasdüse mühelos aus der Einstecknut herausziehen.

Als Materialien für die Gasdüse können nach der Erfindung Kupfer oder Kupferlegierungen in Betracht kommen, während die Gasdüsenaufnahme aus Eisen, Stahl, bspw. aus Automatenstahl, oder auch aus Messing hergestellt sein kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Gasdüsenaufnahme als separates Bauteil ausgeführt, auf den Brennerhals aufsteckbar und mit diesem verbindbar ist. Der Gasdüsensitz weist in diesem kritischen Bereich der Wärmeableitung eine größere Oberfläche als der rohrförmige Brennerhals auf, so daß es insbesondere bei luftgekühlten Brennern zu einer verbesserten Wärmeabführung durch Abstrahlung und Konvektion kommt und ein unerwünschtes Ableiten von Wärme in Richtung des Griffstückes vermieden ist.

Die Ausbildung einer Gasdüsenaufnahme als separates Bauteil eröffnet nach der Erfindung nunmehr auch die Möglichkeit, durch Auswahl der Werkstoffe von Gasdüsenaufnahme und Brennerhals hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeiten die Wärmeableitung nochmals zu optimieren und ein unerwünschtes Ableiten der Wärme in das Brennergriffstück zu verhindern. Erfindungsgemäß kann insoweit insbesondere bei flüssigkeitsgekühlten Brennern die Gasdüsenaufnahme aus Messing bestehen, wogegen der Brennerhals üblicherweise aus einem Stahl- oder Eisenrohr hergestellt ist. Hierdurch erfolgt ein gerichteter Wärmeübergang von der Gasdüse auf den Außenring zur Gasdüsenaufnahme und von dort direkt zum Kühlwasser. Bei luftgekühlten Brennern kann es vorteilhaft sein, die Gasdüsenaufnahme in Eisen oder bspw. Automatenstahl auszuführen, wodurch die Wärme im Bereich der Gasdüsenaufnahme gehalten wird, ohne daß es zu einem übermäßigen Rückstrom der Wärme zu den Griffschalen kommt; insbesondere bei luftgekühlten Brennern sollte nämlich die Wärme im Bereich der Gasdüsenaufnahme konzentriert bleiben, um sie durch Abstrahlung und Konvektion an die Umgebungsluft abzuleiten.

Ebenfalls der besseren Wärmeabführung dient die erfindungsgemäße Maßnahme, die Gasdüsenaufnahme an ihrem der Gasdüse abgewandten Ende mit Kühlrippen zu versehen.

Nach einem besonderen Gedanken der Erfindung ist es vorgesehen, daß die radial äußere Wandung der Einstecknut von einem mit der Gasdüsenaufnahme verbundenen Ringteil gebildet ist. Hierdurch läßt sich die Einstecknut in einfacher Weise herstellen, wobei die Verbindung des Ringteils mit der auf dem Brennerhals angeordneten Gasdüsenaufnahme bspw. durch Verpressen und/oder durch Löten erfolgen kann.

Auch bietet die Ausbildung des Ringteils als separates Bauteil grundsätzlich die Möglichkeit, durch Auswahl der Werkstoffe von Gasdüsenaufnahme und äußerem Ringteil hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeiten die Wärmeableitung noch zu verbessern. Bspw. kann bei einem flüssigkeitsgekühlten Brenner, bei welchem die Wärme möglichst unmittelbar an die im Brennerhals geführte Kühlflüssigkeit übertragen werden sollte, der Ringteil aus Stahl und die Gasdüsenaufnahme aus Messing bestehen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß an der Gasdüsenaufnahme ein an der Innenwandung der Gasdüse zur Anlage gelangendes Federelement, wie bspw. eine Polygonfeder vorgesehen ist. Hierdurch ist zum einen ein Toleranzausgleich zwischen Gasdüse und Gasdüsensitz beim Einstecken der Gasdüse erreicht. Zum anderen bewirkt das Federelement eine Zentrierung der sich noch im kalten Zustand befindlichen Gasdüse in der Einstecknut.

Um eine schnelle Abführung der Wärme von dem vorderen Ende der Gasdüse zum Aufnahmekörper hin zu erreichen, ist es schließlich nach der Erfindung vorgesehen, daß die Gasdüse an ihrem vorderen Ende eine verringerte Wandstärke gegenüber ihrem der Gasdüsenaufnahme zugewandten Ende aufweist. Eine Verringerung der Wandstärke kann bspw. auch durch eine Abrundung am vorderen Ende der Gasdüse bewirkt werden.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

In der einzigen Figur ist ein Teil eines Brennerhalses 1 eines Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenners dargestellt, welcher bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel als luftgekühlter Metall-Inertgas-Schweißbrenner (MIG-Brenner) bzw. Metall- Aktivgas-Schweißbrenner (MAG-Brenner) ausgeführt ist. Der Brennerhals 1 weist ein Innenrohr 13 aus Kupfer oder Messing mit einer Bohrung 14 für die Zuführung von Schutzgas und für die Schweißdrahtzuführung. Das Innenrohr 13 ist von einem, bspw. aus Teflon bestehenden, Isolationsrohr 15 umgeben, welches seinerseits von einem äußeren Schutzrohr 16 aus Eisen oder Stahl umgeben ist. In das vordere Ende des Innenrohres 13 ist unter Zwischenlage eines Isolierringes 17 aus Kunststoff ein Düsenstock 18 eingesetzt, welcher Querbohrungen 19 für die Gasverteilung aufweist. In den Düsenstock 18 ist eine Stromdüse 12 einschraubbar. Weiterhin ist zwischen Isolierring 17 und einem Bund des Düsenstockes 18 ein Schweißspritzer-Schutz 6 eingesetzt.

Auf das vordere Ende des Brennerhalses 1 ist eine hülsenförmige Gasdüsenaufnahme 2 zum Festlegen der Gasdüse 4 aufgeschoben und mit dem Brennerrohr 1 verlötet. An der Gasdüsenaufnahme 2 ist eine Einstecknut 3 zum Einstecken der Gasdüse 4 vorgesehen. Dabei ist die radial äußere Wandung der Einstecknut 3 von einem Ringteil 5 gebildet, welches im Preßsitz oder mittels Lötung an der Gasdüsenaufnahme 2 festgelegt ist.

Die Gasdüse 4 ist aus einem Werkstoff hergestellt, welcher einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten γ aufweist als derjenige des Werkstoffes der Gasdüsenaufnahme 2. Im Betrieb des Brenners weitet sich damit die Gasdüse 4 auf und tritt über ihren gesamten Außenumfang mit der radial äußeren Innenwandung bzw. dem Ringteil 5 der Einstecknut 3 in Kontaktspannung.

Hierdurch ist ein optimale Wärmeableitung von der Gasdüse 4 erreicht.

Als Materialien für die Gasdüse 4 kommen bspw. Kupfer oder Kupferlegierungen in Betracht, während die Gasdüsenaufnahme 2 mit äußerem Ringteil 5 bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel eines luftgekühlten MIG-/MAG-Brenners aus Eisen oder Stahl, bspw. Automatenstahl, bestehen kann. Hierdurch wird die Wärme im Bereich des Aufnahmekörpers 2 gehalten, ohne daß es zu einem übermäßigen Rückstrom von Wärme in das (nicht dargestellte) Griffstück des Brenners kommt. Die Konzentration der Wärme im Bereich des Aufnahmekörpers 2 ist bei luftgekühlten Brennern deshalb wichtig, da die Wärme durch Abstrahlung und Konvektion an die Umgebungsluft abgegeben wird. Zur Verbesserung der Wärmeableitung sind an dem der Gasdüse 4 abgewandten Ende des Gasdüsenaufnahmekörpers 2 zusätzlich Kühlrippen 7 vorgesehen.

An einer sich in Richtung der Gasdüse 4 erstreckenden hülsenförmigen Verlängerung 9 des Aufnahmekörpers 2 ist in einer Ringnut 8 ein bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel als Polygonfeder 10 ausgebildetes Federelement angeordnet. Hierdurch ist zum einen ein Toleranzausgleich zwischen Gasdüse 4 und Gasdüsensitz beim Aufstecken der Gasdüse 4 erreicht. Zum anderen bewirkt das Federelement 10 eine Zentrierung der sich noch im kalten Zustand befindlichen Gasdüse 4 in der Einstecknut 3.

Wie weiterhin aus der Figur zu entnehmen, weist die Gasdüse 4 an ihrem vorderen Ende 11 eine Abrundung auf. Durch diese Verringerung der Wandstärke der Gasdüse 4 wird ebenfalls eine schnellere Abführung der Wärme von dem vorderen Ende 11 der Gasdüse 4 zum Aufnahmekörper 2 erreicht.

Bezugszeichenliste

1 Brennerhals, Brennerrohr
2 Gasdüsenaufnahme, Aufnahmekörper
3 Einstecknut
4 Gasdüse
5 Ringteil
6 Schweißspritzer-Schutz
7 Kühlrippen
8 Ringnut
9 Verlängerung
10 Federelement, Polygonfeder
11 vorderes Ende der Gasdüse
12 Stromdüse
13 Innenrohr
14 Bohrung
15 Isolationsrohr
16 Schutzrohr
18 Düsenstock
19 Querbohrung
γ Wärmeausdehnungskoeffizient
λ Wärmeleitfähigkeit

Claims

1. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner mit einer auf eine am Brennerhals (1) angeordnete Aufnahme (2) aufsteckbare Gasdüse (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüsenaufnahme (2) eine Einstecknut (3) zum Einstecken der Gasdüse (4) aufweist und daß die Gasdüse (4) wenigstens in ihrem Einsteckbereich in die Einstecknut (3) aus einem Werkstoff mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten γ als derjenige des Werkstoffes der Gasdüsenaufnahme (2) besteht.

2. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse (4) wenigstens in ihrem Einsteckbereich aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und/oder die Gasdüsenaufnahme (2) aus Eisen, Stahl, bspw. Automatenstahl, oder aus Messing besteht.

3. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüsenaufnahme (2) als separates Bauteil ausgeführt, auf den Brennerhals (1) aufsteckbar und mit diesem verbindbar ist.

4. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Wandung der Einstecknut (3) von einem mit der Gasdüsenaufnahme (2) verbindbaren Ringteil (5) gebildet ist.

5. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüsenaufnahme (2) und der äußere Ringteil (5) aus Werkstoffen mit gleicher oder unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit λ bestehen.

6. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüsenaufnahme (2) und/oder ihr äußerer Ringteil (5) aus Eisen, Stahl, bspw. Automatenstahl, oder Messing bestehen.

7. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerhals (1) und die Gasdüsenaufnahme (2), ggf. mit äußerem Ringteil (5), aus Werkstoffen mit gleicher oder verschiedener Wärmeleitfähigkeit λ bestehen.

8. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gasdüsenaufnahme (2) eine an der Innenwandung der Gasdüse (4) zur Anlage gelangendes Federelement, wie bspw. eine Polygonfeder (10), zum Ausrichten der Gasdüse in der Einstecknut vorgesehen ist.

9. Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner nach einem oder mehren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse (4) an ihrem freien Ende eine verringerte Wandstärke aufweist.