<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Schutzgas-Schweissvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1
Schutzgas-Schweissvorrichtungen gemäss DIN 1910, Teil 4, oder marktübliche Schutzgas- Schweissvorrichtungen ermöglichen es, die jeweils fur eine bestimmte Schweissaufgabe erforderliche Schutzgasmenge an der Mengenregelarmatur einzustellen Als Absperrorgan ist zumeist ein Magnetventil vorgesehen, das sich in dem den Schweissbrenner nachstliegenden Stromquellen- und Drahtforderaggregat befindet. Das Brenner-Schlauchpaket fuhrt vom Zentralanschluss dieses Aggregats zum Brennerkörper Das Brenner-Schlauchpaket kann bis zu 12 m lang sein, ist im Regelfall aber nur 3 bis 4 m lang.
Wird die grössere Entfernung von der Druckquelle geschweisst. dann wird mit verlängerten Zuführleitungen (fur den Draht, den Strom, das Schutzgas, und ggf ein Kühlmedium) mindestens ein Zwischentrieb-Aggregat benutzt, an dessen Zentralanschluss (es sind auch Einzelanschlüsse denkbar) das Brennerschlauchpaket angeschlossen wird Das jeweils dem Schweissbrenner nächstliegende Aggregat, an das das Brenner-Schlauchpaket angeschlossen wird, enthält im Regelfall das Absperrorgan. Die Mengenregel-Armatur kann durchaus bis zu 20 m und mehr vom Schweissbrenner entfernt sein.
Bei geschlossenem Absperrorgan steht zunächst hoher Staudruck an Beim Offnen des Absperrorgans zum Einleiten eines Schweissprozesses tritt mangels nennenswerter Drosselung über längere Zeit unerwünscht eine grössere Gasmenge in der Gasdüse aus als sie an der Mengenregel-Armatur eingestellt ist, bis sich schliesslich für die eingestellte Menge im Strömungsweg ein sehr niedriger Fliessdruck von nur wenigen Zehntel Bar einstellt Gerade bei Heftnähten mit häufigem An- und Abschalten ist diese Schutzgasvergeudung sehr nachteilig und kostspielig. Die Strömungsverhältnisse im Strömungsweg zwischen der Mengenregel- Armatur und hauptsächlich dem Zentralanschluss des dem Schweissbrenner nächstliegenden Aggregates sind Undefiniert und hängen von sich im Betrieb ändernden Einflüssen ab, die jedoch bei dem niedrigen Fliessdruck Auswirkungen auf die Menge in der Gasdüse haben.
Wenngleich die eingestellte Menge über einen längeren Zeitraum auch tatsachlich eingehalten wird. schwankt die Menge in der Gasdüse pro kurzer Zeiteinheit doch spürbar. Dies hat Einfluss auf die Qualität der Schweissung und führt zu einer Prozessunsicherheit, die für den Benutzer unerwünscht ist.
Unter Schutzgas-Schweissen gemäss DIN 1910, Teil 4 werden alle gängigen Verfahren wie MSG, MISG, MASG, MSGE, MSGG, MSGP, MAGC, MAGM (Metallschweissen) und WIG, WP, WHG, WPS, WPL, WPSL (Wolfram-Schweissen) verstanden. Unter dem Zentralanschluss des dem Schweissbrenner nächstliegenden Aggregats werden auch Einzelanschlüsse verstanden. Ferner sind auch Schweissvorrichtungen betroffen, bei denen nach dem Koaxiaiprinzip gearbeitet wird.
Bei einer aus EP-A2 0 615 809 bekannten Schutzgas-Schweissvomchtung ist zwischen einem Ventil, das im Strömungsweg kurz hinter der Schutzgas-Druckqvelle angeordnet ist, und dem Schlauchpaket zum Schweissbrenner ein Drucksensor angeordnet, der bei Unterschreiten eines einstellbaren Schwellwerts des Gasdrucks und/oder des Durchflusses eine Schweissdrahtvorschubvorrichtung und/oder die Stromquelle abschaltet. Der Drucksensor enthält eine federbelastete Membrane, die bei Unterschreiten des Schwellwerts ein Abschaltsignal erzeugt. Der Drucksensor hat keine nennenswerte Drosselwirkung, sondern fühlt den Ist-Druck im Strömungsweg in relativ grossem Abstand vom Schweissbrenner ab.
Das Messen des Gasdrucks in derart grossem Abstand vom Schweissbrenner liefert keine aussagefähige Information darüber, in welcher Weise das Schutzgas letztendlich in der Gasdüse des Schweissbrenners austritt. Femer ist der Drucksensor aufgrund seines Abstandes vom Schweissbrenner und seiner Ausbildung ohne nennenswerten Drosseleffekt nicht in der Lage, eine Vergeudung von Schutzgas beim Einleiten eines Schweissprozesses zu vermeiden oder zu minimieren bzw. für verbesserte Strömungsbedingungen im Strömungsweg bis zum Schweissbrenner zu sorgen.
Bei einer aus US-A-4 100 390 bekannten Schutzgas-Schweissvorrichtung sind stromauf des Schlauchpakts zwischen Leitungs-Abschnitten ein Gasmengen-Messgerät und stromauf des Gasmengen-Messgeräts ein elektromagnetisch betätigten Absperrventil vorgesehen. In das Messgerät ist ein Schalter integriert, der betätigt wird, falls der Gasdruck zu weit abfällt. Allein die Messung der Schutzgasmenge durch das Messgerät erbringt keine Verbesserung der Strömungseigenschaften in dem langen Stromungsweg bis zum Schweissbrenner. Das Messgerät hat keine nennenswerte Drosselfunktion und ist auch nicht in der Lage, den Austritt von zuviel Schutzgas beim Einleiten eines Schweissprozesses zu verhindem.
<Desc/Clms Page number 2>
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schutzgas-Schweissvorrichtung der eingangs genannten Art mit baulich geringem Aufwand, auch nachrüstbar, zu verbessern, um möglichst wenig Schutzgas zu vergeuden, und um an der Schweissstelle eine gleichmässige Schutzgasversorgung und insgesamt eine gesteigerte Prozesssicherheit zu erreichen
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Aufgrund der natürlich auf den Schutzgasbedarf der Gasdüse und ggf. auf den Typ der Mengenregel-Armatur abgestimmten Zumessdüse baut sich stromauf ein definierter Arbeitsdruck bis ca. 2 Bar oder mehr auf. Die nach wie vor Undefinierten Einflüsse im Strömungsweg stromauf der Zumessdüse werden aufgrund des definierten und relativ hohen Arbeitsdruckes nicht mehr spürbar Die Schutzgasmenge bleibt auch über kurze Zeiteinheiten konstant.
Es tritt femer beim Öffnen des Absperrorganes in der Gasdüse keine nennenswerte überschiessende Schutzgasmenge auf, weil die Zumessdüse bei dem hohen Staudruck zunächst sehr stark drosselt, mit fallendem Staudruck die Drosselwirkung selbsttätig zurücknimmt und weil der Strömungsweg bis zur Zumessdüse dann als Druckspeicher wirkt Es werden eine spürbare Unempfindlichkeit des Systems erreicht und die Prozesssicherheit deutlich erhöht, wobei die Einsparung an Schutzgas beim Öffnen des Absperrorgans signifikant ist. Die Gasdüse wird dadurch sehr präzise mit der korrekten Schutzgasmenge gespeist Die Zumessdüse ist kostengünstig und lasst sich auch bei gegebenen Konzepten von verschiedenen Schutzgassystemen problemlos unterbringen (Nachrüstung).
Es ist zwar ein sogenanntes Öko-Ventil an der Mengenregel-Armatur bekannt, das das anfängliche Überschiessen verhindern soll. Jedoch ist dieses Öko-Ventil sehr teuer und wird mit ihm die Prozesssicherheit nicht verbessert. Auch ist es bekannt, bei der Mengenregel-Armatur eine Staudüse in Form einer Kapillare einzusetzen Jedoch dient diese nur zum Verbessern des Regelverhaltens der Armatur.
Zweckmässige Ausfuhrungsformen ergeben sich aus den Unteransprüche.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen : Figur 1 : eineSchutzgas-Schweissvorrichtung in schematischer Darstellung.
Figur 2 : einDetail in vergrösserter Schnittdarstellung, Figur 3A bis 3E : Konzepte von Schutzgas-Schweissvorrichtungen, Figur 4 : Schnitt eines Details, und
Figur 5. einen Schnitt eines weiteren Details.
Eine Schutzgas-Schweissvorrichtung V gemäss Figur 1 besteht im wesentlichen aus einem Schweissbrenner (B), einem Stromquellen- und Drahtförder-Aggregat (G), einer Druckquelle (G) für ein Schutzgas (oder Mischgas), einer Mengenregel-Armatur (M) und einem Absperrorgan (A) Der Schweissbrenner (B) enthält an einem Innenrohr (2) eine Kontaktdüse (1), die von einer Schutzgashülse (4) umgeben ist, die mit der Kontaktdüse (1) eine Schutzgasduse (3) begrenzt.
Das Innenrohr (2) befindet sich in einem Brennerkörper (6), an dessen Schutzgas-Anschlussteil (9) ein Brenner-Schlauchpaket (S) anschliessbar ist. Im Brennerkörper (6) ist eine Zumessdüse (Z) im Strömungsweg des Schutzgases angeordnet, die aus einem Düseneinsatz (12) in einer Bohrung (11) und einer Halteschraube (10) für den Düseneinsatz zusammensetzbar ist. Vom Innenrohr (2) führt ein Ansatz (7) in die Bohrung (8). Der Ansatz (7) enthält wenigstens einen Durchgang ins Innere des Innenrohres, in dem die übliche Führungsspirale für die Drahtelektrode (beides nicht gezeigt) enthalten ist. Das vom Anschlussteil (9) kommende Schutzgas passiert die Zumessdüse (7) und expandiert im Inneren des Innenrohres (2). Dort strömt es bis zu einem Gasaustritt (5) in der Schutzgasdüse (4).
Das Brenner-Schlauchpaket (S) weist eine Anschlussarmatur (13) auf, die zu einem Anschluss (C) bzw. einem Zentralanschluss (in der gezeigten Ausführungsform) des dem Schweissbrenner (B) nächstliegenden Stromquellen- und Drahtförder-Aggregates (G) passt. Das Aggregat (G) ist für das Wolfram-Schweissen natürlich nur ein Stromquellen- und Schutzgas- Zuführaggregat (gegebenenfalls mit einer Zu- und Abfuhr für ein Kühlmedium) ohne Drahtförderfunktion. Ein zur Anschlussarmatur (13) des Brenner-Schlauchpaketes (S) passendes Gegenstück (14) befindet sich im Aggregat (G). An der Anschlussarmatur (13) ist beispielsweise ein Schutzgasnippel (15) vorgesehen, der über einen Anschluss (16) und Leitungsabschnitte (17), (18), (19) mit einer Druckquelle (Q) für das Schutzgas erbunden ist.
Zwischen den Leitungsanschnitten
<Desc/Clms Page number 3>
(17) und (18) ist das Absperrorgan (A) angeordnet, zumeist ein Magnetventil
Zwischen den Leistungsabschnitten (18) und (19) befindet sich die Mengenregel-Armatur (M) zum Einstellen der Schutzgasmenge Im Anschluss (C) wird der zum Schutzgasschweissen erforderliche Strom (Pfeil 20), gegebenenfalls der Draht (Pfeil 21), und gegebenenfalls ein
Kühlmedium (Pfeile 22) in das Brenner-Schlauchpaket (s) eingeführt.
Anstelle der im Brennergehäuse (6) untergebrachten Zumessdüse (Z) lässt sich diese mit vergleichbarer Wirkung im Bereich des Anschlusses (C) unterbringen, d. h zum Beispiel im Schutzgas-Nippel (15), in dem Anschlussleitungsteil (16) oder unmittelbar vor dessen Mündung Zweckmässigerweise wird im gesamten Strömungsweg nur eine Zumessdüse (Z) vorgesehen Die Düsengrösse der Zumessdüse ist auf die jeweilige Schweissaufgabe und/oder auf die verwendete Mengenregel-Armatur (M) abgestimmt, um einerseits einen relativ hohen Arbeitsdruck um ca 2 Bar im Strömungsweg stromauf der Zumessdüse (Z) zu erzeugen, das Überschiessen der Menge des Schutzgases beim Öffnen des Absperrorgans unter dem hohen Staudruck zu vermeiden, und um definierte Strömungsverhältnisse zu erzielen, die zu einer gleichmassigen Menge in der Schutzgasdüse (3) auch bei kleinen Zeiteinheiten führt.
Figur 2 verdeutlicht eine Ausführungsform der Mengen-Regelarmatur mit Druckreduzierstufen (31) einer nachgeschalteten Staudüse (32) (Kapillare) und Druckmess- bzw Mengenmess- Instrumenten Der Leitungsabschnitt (18) fuhrt zum Absperrorgan (A), das sich in dem dem Schweissbrenner nächstliegenden Aggregat (G) befindet, d h zwischen Leitungsanschnitten (17) und (18).
Bei der Ausfuhrungsform der Schutzgas-Schweissvorrichtung gemäss Figur 3A (für Metallschweissen), ist die Druckquelle im Hauptaggregat (H) angeordnet (die Druckquelle Q konnte auch eine Ringleitung sein) und bereits mit der Mengenregel-Armatur (M) versehen Da die Schweissstelle nahe bei dem Hauptaggregat (H) liegt, hat das Brenner-Schlauchpaket (S) nur eine Lange zwischen 3 und 4 m. Das dem Schweissbrenner (B) nächstliegende Stromquellen- und Drahtförder-Aggregat (G), das auch das Absperrorgan (A) enthält, ist am Hauptaggregat (H) installiert. Die Zumessdüse (Z) befindet sich entweder im Anschlussbereich des Aggregates (B) oder im Schweissbrenner (B) - siehe Figur 1.
In Figur 3B befindet sich die Schweissstelle weiter entfernt vom Hauptaggregat (H), wobei das Brenner-Schlauchpaket (S) wiederum an das dem Schweissbrenner (B) nächstliegende Aggregat (G) - das das Absperrorgan (A) enthält - angeschlossen ist. Zwischen dem Aggregat (G) und einem weiteren Aggregat (G) am Hauptaggregat (H) ist eine längere Verbindungsleitung, z. B. 5 m, vorgesehen.
Bei der Ausführungsform gemäss Figur 3C ist das dem Schweissbrenner (B) nächstliegende Aggregat (G) ein sogenannter Zwischentrieb, weil die Verbindungsleitung (33') bis zu 30 m lang sein kann.
Bei der Ausführungsform gemäss Figur 3D ist der Abstand zwischen der Schweissstelle und dem Hauptaggregat noch grösser, jedoch ist das Brenner-Schlauchpaket an das das Absperrorgan (A) enthaltende Aggregat (G) angeschlossen. Zwischenleitungen (33 und 33') verbinden das Aggregat (G) über einen Zwischentrieb (G') mit dem Hautaggregat.
In Figur 3E ist das Brenner-Schlauchpaket (3 bis 4 m lang) an das dem Schweissbrenner (B) nächstliegende Aggregat (G) angeschlossen, das das Absperrorgan (A) enthält. Das Aggregat (G) befindet sich auf einer Abstzützvorrichtung (34) und ist über die Verbindungsleitung (33) mit dem Hauptaggregat (H) verbunden.
Bei den vorgeschriebenen Ausführungsformen befindet sich die Zumessdüse (Z) jeweils im Strömungsweg zwischen dem Anschlussbereich am den Schweissbrenner (B) nächstliegenden Aggregat (G) und der Gasdüse und stromab des Absperrorgans (A).
In Figur 4 ist die Zumessdüse (Z) in den Schutzgasnippel (15) beispielsweise der Anschlussarmatur (13) von Figur 1 eingesetzt. Der Schutzgasnippel (15) besitzt einen Innenkanal (24) für das Schutzgas, der aufgebohrt und mit einer Gewindebohrung (23) versehen ist, in die ein Düseneinsatz (25) eingeschraubt ist, der einen Düsenkanal einer vorbestimmten Düsengrösse (Durchmesser z. B. zwischen 0,6 bis 0,9 mm) enthält. Zum Verändern der Düsengrösse wird ein anderer Düseneinsatz eines Düsensatzes eingeschraubt. Weitere Änderungen sind an der Schweissvorrichtung nicht erforderlich.
In Figur 5 wird die Zumessdüse (Z) nach Art eines Drehhahnes ausgebildet Ein verdrehbarer
<Desc/Clms Page number 4>
Drosselkörper (28) sitzt in einer Bohrung (29), die den Schutzgas-Strömungskanal (24) schneidet.
Beiderseitige Abdichtungen verhindern eine Leckage an Schutzgas Der Drosselkorper (28) enthält einen Düsendurchgang (29), der je nach Drehposition des Drosselkorpers (28) eine bestimmte Düsengrosse einstellt. Der Drosselkörper (28) ist mit einem Gewindeansatz (30) drehbar festgelegt und lasst sich von aussen verdrehen.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Schutzgas-Schweissvorrichtung (V), mit einem eine Schutzgasdüse (3) aufweisenden
Schweissbrenner (B), und mit einer Schutzgas-Druckquelle (Q), die über eine
Mengenregel-Armatur (M), ein Absperrorgan (A) und einen Strömungsweg mit der
Schutzgasduse (3) verbunden ist, wobei sich ein Teil des Strömungswegs innerhalb eines
Brenner-Schlauchpakets (S) erstreckt, das mit einem Anschluss (C) eines Stromquellen- und Drahtforderaggregats (F) verbindbar ist, welches im Stromungsweg das Absperrorgan (A) stromauf des Anschlusses (C) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem
Anschluss (C) und der Schutzgasdüse (3) im Strömungsweg wenigstens eine Staudruck-
Zumessdüse (Z) angeordnet ist, mit der die in der Schutzgasdüse (3) für eine bestimmte
Schweissaufgabe erforderliche Schutzgasmenge zumessbar ist.