-
-
Plasmabrenner, insbesondere Plasma-Pulver-Auftrag-
-
schweißbrenner Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner, insbesondere
Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner nach dem berbegriff des Anspruchs 1.
-
Der in einem Plasmabrenner angeordnete Elektrodenhalter soll einerseits
die schnelle und einfache Auswechselung einer Elektrode ermöglichen und andererseits
eine genaue Einstellung des Abstandes Plasmaeinschnürdüse-Elektrode bei ausreichender
Zentrierung und Befestigung der Elektrode sicherstellen.
-
Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse in einem Plasmäbrenner
eine geschlitzte Spannzange zur Aufnahme der Elektrode derart anzuordnen, daß beim
Einbau der Spannzange in den Plasmabrenner das kegelig auslaufende
Ende
der geschlitzten Spannzange in eine Kegelpfanne drückt und somit die Elektrode spannt.
Dabei wird die Einstellung der Elektrode zur Plasmaeinschnürdüse mit einem durch
die Plasmaausströmöffnung geführten Abstandsmaßstabes erreicht.
-
Um insbesondere eine vorteilhafte Zentrierung und geringere Umrüstzeiten
der Elektrode zu erreichen, ist es ferner bekannt, die Elektrode in ein Elektrodenteil
einzulöten, das über ein Gewinde mit dem Plasmabrenner in Verbindung steht (DE-Gbm
69 34 839).
-
Dabei ist es jedoch nötig, die Elektrodeneinstellung beim bzw. nach
dem Einbau der Elektrodenhalter in den Plasmabrenner durch die Plasmaaustrittsöffnung
vorzunehmen.
-
Diese Elektrodeneinstellung und der konstruktive Aufbau der in den
bekannten Plasmabrennern integrierten Elektrodenhalter erfordert einen Ausbau des
gesamten Plasmabrenners aus einer Plasmabrenner-Haltevorrichtung/Anlage und eine
Abkühlung des der Plasmaeinschnürdüse zugewandten Teiles des Plasmabrenners zur
Elektrodeneinstellung.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach und schnell
vom Plasmabrenner lösbaren Elektrodenhalter zu schaffen, in dem eine einfache und
schnelle Auswechselung der Elektrode ebenso ermöglicht wird, wie eine Einstellung
der Elektrode außerhalb des Brenners.
-
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Um einen solchen Elektrodenhalter vorteilhaft als Baueinheit auszubilden,
weist der Elektrodenhalter ein Kupplungsstück mit einer Spannkegelaufnahme auf,
in der ein die Elektrode führender Spannkegel befestigbat ist, in dem
die
Elektrode mittels einer auf den Spannkegel wirkenden Spannmutter mit Zentrierung
festspannbar und zentrierbar ist.
-
In vorteilhafter Weiterbildung wird hierzu vorgeschlagen, daß der
aus Kupplungsstück, Druckfeder, Spannkegelaufnahme und Federspannring bestehende
Schnellverschluß als Bajonettverschluß ausgebildet ist.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Elektrodenhalters ist die
aus dem Elektrodenhalter ragende freie Länge der Elektrode außerhalb des Plasmabrenners
einstellbar.
-
Ein Ausbau des Plasmabrenners aus einer Plasmabrenner-Haltevorrichtung/Anlage
ist somit bei der Einstellung und Auswechselung der Elektrode im Elektrodenhalter
nicht erforderlich. Durch den Schnellverschluß zwischen Plasmabrenner und Elektrodenhalter
wird eine schnelle und einfache Trennung des Elektrodenhalters von dem Plasmabrenner
unter Beibehaltung der Einstellung und Lage des Plasmabrenners zu einem.Werkstück
erhalten.
-
Durch die Ausbildung des Elektrodenhalters als Baueinheit wird weiterhin
die Handhabung bei der Einstellung und Auswechselung der Elektrode wesentlich erleichtert.
So bleibt beispielsweise die Elektrode bei der Trennung von Plasmabrenner und Elektrodenhalter
im Spannkegel festgespannt.
-
Ein Fallen der Elektrode in die Plasmaeinschnürdüse und ein damit
verbundenes mühsames Entfernen aus dem Plasmabrenner entfällt.
-
Anhand der nachstehenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme
auf Zeichnungen sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale näher erläutert.
-
Es veranschaulicht: Fig. 1a - 1c einen Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner
mit integrierbarem Elektrodenhalter; In Fig. 1a - 1c ist ein Plasma-Pulver-Auftragschweißbrenner
veranschaulicht,der in Betriebsbereitschaft in Richtung der strichpunktierten Pfeile
zusammengesteckt ist. Der Brenner besteht aus einem Plasmabrennerteil 11 (Fig. la)
mit Plasmaeinschnürdüse 12 und dieser zugeordneten, in einem Elektrodenhalter 13
(Fig. 1b) befestigten, Elektrode 14 und einem Pulverzuführ - 15/Schutzgasteil 16
(Fig 1c). Dabei sind Plasmabrennerteil 11, Elektrodenhalter 13 und Pulverzuführ
- 15/ Schutzgasteil 16 jeweils als in sich geschlossene, auswechselbare Baueinheiten
ausgebildet. Der Austausch einzelner Baueinheiten schafft vorteilhaft ein Baukastensystem,
durch.
-
das der Brenner unter Verwendung entsprechend der Plasmastromstärke/Kühlung
angepaßter Bauteile, wie beispielsweise Elektrode, Plasmadüse innerhalb kurzer Umrüstzeiten
und mit geringem Aufwand für verschiedene Schweißstromstärken (100 bis 350 Ampere)
einsetzbar ist.
-
Der Innenkühlkörper 17 des Plasmabrennerteils 11 hat eine zylindrische
Mittelbohrung 18, die an ihrem vorderen Ende in einer den Lichtbogen einschnürenden
Öffnung 19 endet, die von einer in dem Plasmabrennerteil 11 eingeschraubten, auswechselbaren
Plasmaeinschnürdüse 12 gebildet wird.
-
Innerhalb der Mittelbohrung 18 durch die das Zentrumsgas (Plasmagas)
strömt, sind ein Keramikrohr 20 und ein Keramikstein 21 zur elektrischen Isolation
und zur Führung des Elektrodenhalters 13 bzw. der Elektrode 14 angeordnet.
-
Die spiralförmigen Innenkühlmittelkanäle 22 bilden im Innenkühlkörper
17 einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf,
der die den Plasmastrahl
einschnürende Plasmaeinschnürdüse 12, das Brennergehäuse und das Schweißpulver kühlt.
-
Im hinteren Bereich 23 des Innenkühlkörpers 17 sind die koaxial zur
Mittelbohrung 18 angeordneten spiralförmigen verlaufenden Innenkühlmittelkanäle
22 zugelötet.
-
Zwei im hinteren Bereich 23 um ca. 1800 versetzte radiale Gewindebohrungen
24,25 stehen mit den Innenkühlmittelkanälen 22 in Verbindung. In die Gewindebohrung
24 des Kühlmitteleinganges 26 ist eine Schlauchtülle 27 zur Aufnahme des Kühlmittelschlauches
28 eingeschraubt.
-
Die Gewindebohrung 25 ist an der radialen Austrittsöffnung 29 mittels
eines eingelöteten Blindstopfens 30 gegen Kühlmittelaustritt verschlossen. Ober
eine durch die Isolierscheibe 31 mit den Flachdichtungen 32,33 führende axiale Verbindungsbohrung
34 wird die radiale Gewindebohrung 25 mit der in der Spannzangenaufnahme 35 angeordneten
radialen Kühlmittelausgangsbohrung 36 verbunden. In der Kühlmittelausyangsbohrung
36 ist ein Doppel-Gewinde-Nippel 37 eingeschraubt, der den Kühlmittelausgang 38
und den Plasmahauptlichtbogenstromeingang darstellt.
-
Durch die mittels Lötung verschlossenen Innenkühlmittelkanäle 22 wird
vorteilhaft ein Kühlmittelkreislauf ohne O-Ring-Abdichtung erreicht, der in sich
geschlossen ist und beim Wechscl der Baueinheit - Plasmabrennerteil 11 bzw. Pulverzuführteil
15 - zu keinem Kühlmittelverlust führt.
-
Die Isolierscheibe 31 mit den Flachdichtungen 32,33 trennt den am
Innenkühlkörper 17 anliegenden Pilotlichtbogenstrom elektrisch von dem an der Spannzangenaufnahme
35 liegenden Plasmahauptlichtbogenstrom. Über eine nicht dargestellte Schraubenverbindung
werden die Isolierscheibe 31 mit
der Flachdichtung 32 und die Spannzangenaufnahme
35 verbunden.
-
In dem zur Plasmadüse gerichteten Ende des Bereiches 23 des Plasmabrennerteils
11 ist ein den gesamten Bereich 23 umfassender zweigeteilter Isolierkörper 39 angeordnet.
-
In seinem, der Spannzangenaufnahme 35 zugewandten Ende ist der Isolierkörper
39 als Isolierkappe 47 ausgebildet, die auf das Außengewinde 48 der Spannzangenaufnahme
35 aufgeschraubt ist. Am Umfang des Isolierkörpers 39 sind Ausnehmungen 40,41 zur
Aufnahme der Schlauchtülle 27 des Kühlmitteleinganges 26, des Doppel-Gewinde-Nippels
37 des Kühlmittelausganges 38 mit Plasmahauptlichtbogenstromeingang, der nicht dargestellten
umca. 30°. zur Schlauchtülle 27 versetzten Schraube des Pilotlichtbogenstromeinganges
und des nicht dargestellten um ca. 900 versetzten Doppel-Gewinde-Nippels des Zentrumgaseinganges
vorgesehen.
-
Die Befestigung des Isolierkörpers 39 erfolgt an dem der Plasmaeinschnürdüse
12 zugewandten Ende über einen mit dem Gewinde 42 in Verbindung stehenden Zentrierring
43, dessen Stirnfläche 44 eine mittels Isolierring 45 elektrisch isolierte Rändelmutter
46 fixiert. Zwischen Isolierring 45 und Innenkühlkörper 17 ist ein mit dem durch
Pulverzuführteil 15 und Innenkühlkörper 17 gebildeter Pulverkanal 49 in Wirkverbindung
stehender Pulverschutzring 50 angeordnet, der den Innenkühlkörper 17 vor vorzeitigen
Verschleiß,der durch das.unter hohem Gasdruck zugeführte Pulver verursacht wird,
schützt. Die durch Plasmabrennerteil 11 und Pulverzuführ-15/Schutzgasteil 16 gebildete
Baueinheit weist vorzugsweise bei einer Stromstärke von. 100 Ampere-einen durch
die Außenwand 51 des Innenkühlkörpers 17 und die Innenwand 52 des Pulverzufuhrteils
15 gebildeten ringförmigen Pulverkanal 49 auf. Bei einer Schweißstromstärke von
200 bzw.
-
350 Ampere besteht der Pulverkanal 49 vorzugsweise aus zwei sich um
ungefähr 1800 gegenüberliegenden Pulverzuführnuten,
die eine Reduzierung
des Schweißpulververbrauchs von ca. 30 % ermöglichen. Der Pulvereingang 54 des durch
Außenwand 51 und Innenwand 52 gebildeten Pulverkanals 49,der in seinem vorderen
Ende einen Pulveraustrittswinkel von vorzugsweise 400 aufweist, erfolgt über eine
im hinteren Bereich des Pulverzuführteils 15 eingeschraubte Schlauchtülle 55.
-
In dem Pulverzuführteil 15 ist ein in sich geschlossener, den Plasmastrahl
einschnürender zweiter spiralförmiger Kühlmittelkreislauf vorgesehen. Der im Anschlußteil
56 des Pulverzuführteils angeordnete Kühlmittelausgang 57 erfolgt über die Schlauchkupplung
58, der Kühlmitteleingang 59 über den Doppel-Gewinde-Nippel 60 und der nicht dargestellte
um ca. 900 versetzte Schutzgaseingang über einen weiteren Doppel-Gewinde-Nippel.
Andere Ausführungen der Gas-, Kühlmittel-, und Pulveranschlüsse, wie beispielsweise
Schnellverschlußkupplungen, sind ebenfalls vorteilhaft am Brenner einsetzbar.
-
Das Anschlußteil 56 des Pulverzuführteils 15 ist über das vordere,
der Pulveraustrittsöffnung 61 zugeordnete Außengewinde 62 mit dem im hinteren Teil
ausgebildeten Innengewinde 63 des Schutzgasteils 16 verbunden. Zwischen der Stirnfläche
64 des Innengewindes 63 und dem als Flansch 65 ausgebildeten Ende des Außengewindes
62 Ist eine Flachdichtung 66 angeordnet.
-
Die Innenwand 67 des Schutzgasteils 16 bildet mit der Außenwand 68
des Pulverzuführteils 15 den Schutzgaskanal 69, der in einer im Pulverzuführungsteil
15 einliegenden Schutzgasmischeinlage 70 endet. Die Schutzgaszufuhr erfolgt über
einen nicht dargestellten, um ca. 900 versetzten im Anschlußteil 56 eingeschraubten
Gewinde-Nippel.
-
Das in Fig. 1c dargestellte Pulverzuführ- i5/Schutzgasteil 16 wird
über das Außengewinde 62a mit der am Plasmabrennerteil 11 angeordneten Rändelmutter
46 verbunden.
-
Durch die zwischen dem Pulverkanal 49 liegenden, in sich geschlossenen
Innen- -72 und Außenkühlmittelkreise 73 des Plasmabrennerteils 11- Pulverzuführ-
15/Schutzgasteiles 16 wird vorteilhaft eine Überhitzung des Pulverzuführ- 15/ Schutzgasteiles
16 durch Rückstauwärme vermieden. Das Schweißpulver bleibt in seinem ursprünglichen
festen Aggregatzustand und geht erst beim Eintritt in den Plasmastrom in die flüssige
Phase über. Somit. wird ein verkleben des Pulverkanales 49 durch im Pulverkanal
49 geschmolzenes Schweißpulver vermieden.
-
In Fig. 1b ist der als Baueinheit--ausgebildete Elektrodenhalter 13
dargestellt, der mittels einer gegenüber der Plasmaeinschnürdüse 12 liegenden Schnellverschlußkupplung
74 derart am Brenner befestigbar ist, daß die Baueinheit mit eingespannter Elektrode
entgegen der Plasmaausströmrichtung 75 auswechselbar ist.
-
Das Kupplungsstück 78 besteht aus einem rohrförmigen Körper, der an
seinem der Elektrode 14 zugewandten Ende, zwei, in Wirkverbindung mit den Aufnahmen
76 der Spannzangenaufnahme 35 stehende L-förmige Ausfräsungen 77 aufweist.
-
Am Umfang des Kupplungsstückes 78 ist eine,über eine Gewindeverbindung
mit dem Kupplungsstück 78 verbundene, das Kupplungsstück 78 umfassende Isolierung
53 angebracht.
-
Innerhalb des röhrenförmigen Kupplungsstückes 78 ist eine Spannkegelaufnahme
79 angeordnet, die mit dem Flansch 80 auf dem oberhalb der L-Ausfräsung 77 angedrehten
Bund 81 des Kupplungsstückes 78 aufliegt.
-
Über dem Flansch 80 ist die Spannkegelaufnahme 79 als
Zylinder
82 ausgebildet, der eine auf den Flansch 80 wirkende Druckfeder 83 führt. Als Gegenlager
für die Druckfeder 83 ist ein Federspannring 84 in das Kupplungsstück eingeschraubt.
Der Zylinder 82 ist dabei in die Durchgangsbohrung 85 so eingefügt, daß der Durchmesser
86 des Federspannringes 84 mit dem Durchmesser 87 des Zylinders eine Spielpassung
bildet. Durch die im Federspannring 84 angeordneten Bohrungen 88 und mittels eines
dazugehörenden Hakenschlüssels ist die Federspannkraft der Druckfeder 83 über eine
Drehung des Federspannringes 84 im Innengewinde 89 des Kupplungsstückes 78 veränderbar.
-
Unter dem Flansch 80 ist die Spannkegelaufnahme 79 ebenfalls als Zylinder
90 ausgebildet,der an seinem, der Elektrode 14 zugewandten Ende ein Gewinde 91 aufweist.
-
In dem Zylinder 90 der Spannkegelaufnahme 79 wird der Spannkegel 93
in einer Sackbohrung 92 aufgenommen und mittels einer im Zylinder 90 angeordneten
Schraube 94 befestigt.
-
Der Spannkegel 93 ist als an seinem der Elektrode 14 zugewandten Ende
geschlitztes Rohr 95 ausgebildet, das eine kegelige Umfangsfläche 96 hat. Innerhalb
des Rohres 95 wird die Elektrode 14 geführt und mittels der über dem Rohr 95 angeordneten
Spannmutter mit Zentrierung 97 gespannt. Die Innenbohrung 98 der Spannmutter mit
Zentrierung 97 weist die gleiche Steigung auf wie die Umfangsfläche 96 des Spannkegels
93. Durch Aufschrauben der S.pannmutter mit Zentrierung 97 auf das Gewinde 91 der
Spannkegelaufnahme 79 erfolgt die Befestigung der Elektrode 14 im Elektrodenhalter
13.
-
Der Stirnseite 99 der Spannmutter mit Zentrierung 97 ist ein festes
Elektrodeneinstellmaß 100 zugeordnet, das über die in Wirkverbindung zueinander
stehende BundfLäche 101 der Spannmutter mit Zentrierung 97 und der Auflager-
fläche
102 des Plasmabrennerteils 11 ein vorgegebenes Einstellmaß E Elektrode 14/Plasmaeinschnürdüse
12 ermöglicht.
-
Somit ist es vorteilhaft möglich, die Elektrode außerhalb des Brenners
einzustellen.
-
Der Elektrodenhalter 13, der durch einfachen Austausch der Spannkegel
für Elektroden 14 mit einem unterschiedlichem Durchmesser, vorzugsweise 2 bis 4
mm und damit für unterschiedliche Plasmahauptlichtbogenströme (100 - 350 A) verwendbar
ist, wird nach erfolgter Elektrodeneinstellung und -befestigung in die Mittelbohrung
18 des Plasmabrennerteils 11 derart eingesteckt, daß die Bundfläche 101 der Spannmutter
mit Zentrierung 97 auf der-Auflagerfläche 102 des Plasmabrennerteils aufliegt. Anschließend
wird unter Ausübung eines Gegendruckes auf die Druckfeder 83 der Elektrodenhalter
13 so lange um seine Achse gedreht bis die Aufnahmen 76 der Spannzangenaufnahme
35 in die L-Ausfräsungen 77 des Elektrodenhalters 13 eingreifen und verriegelt sind.
-
Selbstverständlich ist der Elektrodenhalter 13 auch vorteilhaft bei
einem WIG-Brenner einsetzbar. Dabei kommen die Vorteile der entgegen der Schweißrichtung
austauschbaren Elektrode, insbesondere bei WIG-Brennern die in Orbitalschweißanlagen
eingesetzt werden, zur Wirkung.
-
Leerseite