DE4211223A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen auf dentaltechnischem Gebiet zur Herstellung von Zahnprothesen oder Zahnprothesenteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen von metallischen Werkstücken unter Verwendung einer nicht abschmelzenden Metallelektrode und einer Zusatzmaterial zuführenden Schweißelektrode, wobei der erste Pol der Schweißstrom­ quelle mit der nicht abschmelzenden Metallelektrode und der zweite Pol der Schweißstromquelle mit dem metallisch­ en Werkstück verbunden sind und Werkstück und Metallelek­ trode sowie Schweißelektrode gegeneinander beweglich ge­ führt werden können, angewandt auf die Herstellung von Gegenständen auf dentaltechnischem Gebiet wie Zahn­ prothesen oder Zahnprothesenteilen.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, welche die üb­ lichen Einrichtungen zum Lichtbogenschweißen, insbe­ sondere Plasmaschweißen, sowie wenigstens eine, Zusatz­ material zuführende Schweißelektrode umfaßt.

Verfahren und Vorrichtungen zum elektrischen Lichtbogen­ schweißen sind wohlbekannt, beispielsweise das sogenannte Inertgas- oder Schutzgasschweißen oder das Plasmaschwei­ ßen, bei welchen der Lichtbogen durch einen Gleichstrom zwischen einer nicht abschmelzenden Metallelektrode als negativem Pol und dem metallischen Werkstück als positi­ vem Pol brennt und Material für eine aufzufüllende Schweißnaht durch eine sich verbrauchende, dieses Zusatz­ material zuführende Schweißelektrode angeliefert wird. Beim Plasmaschweißen wird zusätzlich zu dem meist mittels einer äußeren Ringdüse zugeführten Schutzgas, z. B. Argon, noch das Plasmagas, z. B. Wasserstoff, über einen Ring­ spalt rings um die nicht abschmelzende Metallelektrode, die üblicherweise aus Wolfram besteht, zugeführt. Außer­ dem umfaßt eine solche Schweißeinrichtung üblicherweise eine meist wassergekühlte Schutzgas und/oderPlasma­ gasdüse. Solche Schweißverfahren sind als WIG-Verfahren oder Plasmaschweißen bekannt.

Nachteilig bei diesen vorbekannten Verfahrensweisen ist, daß beispielsweise eine Schweißung im tiefsten Punkt der herzustellenden Schweißnaht nicht möglich ist, da die Ausbildung des Lichtbogens nur durch die geführte Be­ wegung der den Lichtbogen erzeugenden Metallelektrode gegenüber einem festliegenden Werkstück bzw. des metallischen Werkstückes gegenüber einer fest­ stehenden Metallelektrode möglich ist, so daß keine Beeinflussung der Ausbildung des Lichtbogens erfolgen kann. Der Lichtbogen bildet sich in der Regel zwischen der Metallelektrode und dem nächstliegenden Punkt des metallischen Werkstückes aus, d. h. den der Metallelek­ trode nächstliegenden Kanten des metallischen Werk­ stückes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung solcher vorbekannter Verfahrensweisen, bei denen die Aus­ bildung und Lage des Lichtbogens kontrolliert bzw. ge­ steuert werden kann, so daß auch an sonst kaum zu er­ reichenden Stellen eines Werkstückes die gewünschte Schweißnaht hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das erfindungsgemäße Verfahren der angegebenen Art, welches dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß der Strom wahlweise und schaltbar zu dem metallischen Werkstück und/oder der Schweißelektrode als zweitem Pol geführt wird.

Durch die als zweite Elektrode schaltbare Schweißelek­ trode läßt sich der Lichtbogen an die durch die Lage dieser Schweißelektrode bestimmte Stelle ziehen, wobei gegebenenfalls und wahlweise das metallische Werkstück als zweiter Pol von der Stromquelle abgeschaltet oder zugeschaltet werden kann und diese Abschaltung oder Zuschaltung entweder für eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgt oder auch beliebig variabel erfolgen kann, z. B. je nach visueller Beobachtung während des Schweißvor­ ganges und Schaltung mittels Hand- oder Fußschalters.

Ebenfalls ist es möglich mit dem Schweißvorgang zunächst bei von der Schweißelektrode abgeschaltetem Strom nur bei zugeschalteter Metallelektrode zu beginnen und dann, gegebenenfalls unter Abschaltung des Stromes von der Metallelektrode, die Stromzufuhr auf die Schweißelektrode umzuschalten.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nicht nur eine das Zusatzmaterial zuführ­ ende Schweißelektrode eingesetzt, sondern noch eine zweite, ebenfalls Zusatzmaterial zuführende Schweißelek­ trode, die ebenfalls als zweiter Pol schaltbar ist, wobei diese Zuschaltung ebenso wie im Fall der ersten Schweißelektrode durchgeführt werden kann. Vorzugsweise wird als zweite, Zusatzmaterial zuführende Schweißelektrode ein Draht aus gleichem Material, d. h. Verschweißungswerkstoff, wie bei der ersten Schweißelek­ trode verwendet, der jedoch eine unterschiedliche Materialstärke, d. h. Durchmesser, besitzt. Auf diese Weise kann der Schweißvorgang besonders vorteilhaft bei unterschiedlicher Breite der herzustellenden Schweißnaht durchgeführt werden, wobei die Stromzufuhr zum zweiten Pol lediglich von der ersten Schweißelektrode auf die zweite Schweißelektrode umgeschaltet werden muß, damit nur die jeweils zugeschaltete Schweißelektrode für den Schweißvorgang verfügbar wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die üblichen Einrichtungen zum Licht­ bogenschweißen, d. h. Gleichstromgenerator, Regelung, Gaszufuhr für Schutzgas und eventuell Plasmagas, Kühl­ wasserversorgung, nicht abschmelzende Metallelektrode sowie die Halterung hierfür, gegebenenfalls Einrichtun­ gen für einen an sich bekannten Hilfs- oder Pilotlicht­ bogen zur kontinuierlichen Beleuchtung des Schweißpunktes auf dem Werkstück, wenigstens eine Zuführung für die als Zusatzmaterial bzw. Schweißnahtfüllmaterial dienende Schweißelektrode sowie diese Schweißelektrode, üblicher­ weise in Form eines auf einer Spule befindlichen und ab­ spulbaren Schweißdrahtes.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vor­ richtung sind zum Verschweißen von Gegenständen auf dentaltechnischem Gebiet wie Zahnprothesen oder Zahn­ prothesenteilen bestimmt, insbesondere Gegenständen aus Titan oder Legierungen mit hohem Titangehalt, ins­ besondere oberhalb 80 % Titananteil, da Titan in der Praxis der Herstellung solcher Gegenstände praktisch nur geschweißt werden kann. Bei Gegenständen auf dentaltech­ nischem Gebiet ist der Schweißvorgang wegen der geringen Größe bzw. Abmessungen der zu verschweißenden Einzelteile nur sehr diffizil durchzuführen und die Steuerung bzw. Lagebestimmung des Lichtbogens beim Schweißvorgang ist hier besonders wesentlich.

Das Verfahren kann z. B. beim Verschweißen von Einzel­ kronen zu einer Zahnbrücke unter Einsetzen von Zwischen­ stegen oder Zwischengliedern angewandt werden oder auch zum Verschweißen von Einzelteilen bei der Herstellung von sogenannten Geschiebeprothesen oder dem Anschweißen von Bügeln bei größeren Metallprothesegerüsten.

Selbstverständlich können die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gegenstände auf dentaltechnischem Gebiet wie Zahnprothesen oder Zahnprothesenteile, z. B. Brücken, dann noch dentaltechnisch weiterverarbeitet werden, z. B. mit Verblendungen aus Kunststoff oder Keramik versehen werden, da eventuell hierbei erforder­ liche Temperaturbehandlungen nicht die zur Zerstörung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schweißnaht erforderliche Temperatur erreichen.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der Zeichnung sind:

Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Vorrichtung zum Plasmaschweißen;

Fig. 2 eine Schutzgasvorrichtung in Form einer Glove­ box zur Verwendung beim Schweißen von Gegen­ ständen aus Titan oder Titanlegierung;

Fig. 3 eine aus Einzelkronen bestehende Brücke mit Zwischenstegen.

Die in Fig. 1 gezeigte schematische Anordnung der Vorrich­ tung zur Ausführung der Erfindung umfaßt die nicht ab­ schmelzende Metallelektrode 1, welche an den negativen Pol der - nicht dargestellten - Gleichstromquelle ange­ schlossen ist. Die Metallelektrode 1 wird ringförmig von von der Düse 5 zur Zuführung des Plasmagases bei 11 umge­ ben, weiter ist hier noch die Schutzgaszuführung bei 11 über einen Außenring 4 dargestellt. Diese Schutzgaszu­ führung ist jedoch nicht in jedem Fall erforderlich, so­ fern eine Schutzgasatmosphäre auf eine andere Weise sichergestellt werden kann, wie dies im folgenden mit Bezug auf die Fig. 2 noch näher erläutert wird. Ferner umfaßt die Anordnung der Fig. 1 noch den Stromanschluß 9 für den wahlweise vorzusehenden Pilot- oder Hilfslicht­ bogen, der - falls vorhanden - dauernd zwischen Metall­ elektrode 1 und Düse 5 brennt und auf diese Weise die dauernde Beleuchtung des Schweißpunktes gewährleistet.

Das Werkstück 2, 3 ist in der Fig. 1 zweigeteilt darge­ stellt, so daß an jedes Teil 2 und 3 der zweite positive Pol der Gleichstromquelle angeschlossen werden kann. Die Gleichstromquelle für den Schweißvorgang ist mit 6 in Fig. 1 bezeichnet.

Mit 7 ist die sich verbrauchende und die Schweißnaht auffüllende Schweißelektrode bezeichnet, die hier durch den Halter 13 gehalten wird, wobei in diesem Halter die Einrichtung zum Zuführen bzw. zum Nachschieben der Schweißelektrode integriert sein kann.

Der wesentliche neue Teil der Anordnung der Fig. 1 ist die Schalteinrichtung 12, in welcher die Schalter 14 und 15 wahlweise betätigt werden können, so daß der Schweiß­ strom entweder zwischen den Werkstücken 2 und 3 und der nicht abschmelzenden Metallelektrode 1 oder zwischender Schweißelektrode 7 und der nicht ab­ schmelzenden Metallelektrode 1 zugeführt werden kann und auf diese Weise den Lichtbogen ausbildet, der in der Fig. 1 mit 8 bezeichnet ist.

Selbstverständlich ist es auch möglich, sowohl die Metallelektrode 1 als auch die Schweißelektrode 7 mit dem zweiten positiven Pol der Schweißstromquelle über die entsprechende Stellung der Schalter 14 und 15 zu ver­ binden.

Wie bereits ausgeführt, ist es auf diese Weise möglich, den Lichtbogen je nach Wunsch zu führen und das Ver­ schweißen in der Tiefe einer Schweißnaht ist sehr viel einfacher und sicherer durchzuführen.

In der Fig. 2 ist eine Glove-Box 16 gezeigt, die bei der Anwendung der Erfindung zum Verschweißen von Werkstücken aus Titan oder Legierungen mit hohem Titangehalt vorteil­ hafterweise eingesetzt wird. Die Glove-Box 16 ist mit den Handschuhen 17 und 18 ausgerüstet, ferner mit einer Schutzgaseinleitung 20 sowie einem Anschluß 21 für eine Vakuumabsaugung von zu Beginn in der Glove-Box enthal­ tener Luft, so daß eine reine Schutzgasatmosphäre in der Glove-Box erreicht werden kann. In der Glove-Box 16 be­ finden sich ferner die Schweißelektroden 7 und 7′ mit ihren Haltern 13 und 13′ sowie den Stromzuführungen, die zu einer hier nicht dargestellten Schalteinrichtung führen, und der Schweißbrenner 19 mit der nicht abschmel­ zenden Metallelektrode 1, wobei hier nur Plasmagas zu dem Schweißbrenner zugeführt wird, da die Schutzgasatmosphäre durch die Glove-Box gewährleistet ist. Die Metallelek­ trode 1 ist über eine Stromzuführung ebenfalls mit der Schalteinrichtung verbunden.

In der Fig. 3 ist eine aus zwei Einzelkronen 22 und 22′ sowie einem Zwischenglied 23 bestehende Zahnbrücke ge­ zeigt, bei der die Schweißnähte mit 24 bezeichnet sind. Insbesondere bei solchen Verschweißungen an Zahnprothesen oder Zahnprothesenteilen sind die durch Schweißung auszu­ bildenden Nähte, welche die vorgegebenen Spalten füllen müssen, nie von konstanter Tiefe oder Breite, so daß bei solchen Schweißvorgängen eine Führung des Lichtbogens be­ sonders wichtig und vorteilhaft zur Herstellung einwand­ freier Schweißnähte ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum elektrischen Lichtbogenschweißen von metallischen Werkstücken unter Verwendung einer nicht abschmelzenden Metallelektrode und einer Zusatzmater­ ial zuführenden Schweißelektrode, wobei der erste Pol der Schweißstromquelle mit der nicht abschmelzenden Metallelektrode und der zweite Pol der Schweißstrom­ quelle mit dem metallischen Werkstück verbunden sind und Werkstück und Metalleletrode sowie Schweißelek­ trode gegeneinander beweglich geführt werden können, angewandt auf die Herstellung von Gegenständen auf dentaltechnischem Gebiet wie Zahnprothesen oder Zahn­ prothesenteilen, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom wahlweise und schaltbar zu dem metallischen Werkstück und/oder der Schweißelektrode als zweitem Pol geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom abwechselnd zu dem metallischen Werkstück und zu der Schweißelektrode als zweitem Pol geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom gleichzeitig zu dem metallischen Werkstück und zu der Schweißelektrode als zweiten Polen geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom für eine voreingestellte erste Zeitdauer zu dem metallischen Werkstück und/oder der Schweißelek­ trode als zweitem/n Pol/en geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom bei abwechselnder Führung zu metallischem Werkstück und Schweißelektrode für eine bestimmte zweite Zeitdauer an beide zweiten Pole angeschlossen bleibt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste und/oder die zweite Zeitdauer variabel eingestellt werden können.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß neben der das Zusatz­ material zuführenden Schweißelektrode noch eine zweite, ebenfalls Zusatzmaterial zuführende und als zweiter Pol schaltbare Schweißelektrode verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite, Zusatzmaterial zuführende Schweißelektrode ein Draht aus gleichem Material jedoch von unter­ schiedlicher Materialstärke verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen von Gegen­ ständen aus Titan oder Titanlegierungen mit hohem Titangehalt in einer Glove-Box mit Schutzgasatmosphäre mit einem Schweißbrenner, der nur mit Plasmagas ver­ sorgt wird, durchgeführt wird.

10.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die üblichen Einrichtungen zum Lichtbogenschweißen, insbesondere Plasmaschweißen, sowie wenigstens eine, Zusatz­ material zuführende Schweißelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schalteinrichtungen zum An- und Abschalten bzw. zum Umschalten des Stromes zu bzw. zwischen dem metallischen Werkstück und zu bzw. zwischen der/den Schweißelektrode/n aufweist.