DE4314097C2

DE4314097C2 - Arc welding or cutting torch

Info

Publication number: DE4314097C2
Application number: DE4314097A
Authority: DE
Inventors: Hermann Sperling
Original assignee: Binzel Alexander Co KG GmbH
Current assignee: Binzel Alexander Co KG GmbH
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-29
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2013-04-30
Also published as: DE4314097A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner mit einem einen Außenkörper mit einer äußeren Isolierung aufweisenden Brennerkörper und einem zwischen Außenkörper und einem Elektrodenhalter für eine schwerschmelzende Elektrode angeordneten Zwischenkörper.The invention relates to an arc welding or - cutting torch with an outer body with an outer Insulating burner body and an intermediate Outer body and an electrode holder for one heavy melting electrode arranged intermediate body.

Die wesentlichen Funktionsteile eines flüssigkeits- oder gasgekühlten Lichtbogenschweiß- und -schneidbrenners sind neben der Elektrode der Elektrodenhalter und der Brennerkörper mit dem darin gebildeten Gehäuse zur Aufnahme des Elektrodenhalters. Bei den bekannten Brennern bestehen Brennerkörper mit Gehäuse üblicherweise aus NE-Metallen, vornehmlich Messing oder Kupfer. Der Elektrodenhalter bzw. bei WIG- oder Plasma-Brennern die Spannhülse und die Stromdüse bei MIG/MAG-Brennern werden häufig in Kupfer ausgeführt, mitunter aber ebenfalls aus Messing hergestellt. Nachteilig bei den bekannten Brennern ist, daß aufgrund der hohen Stromstärken und der dadurch entstehenden thermischen Belastungen hohe Volumenströme zur Kühlung des Brenners mit entsprechenden Brenner-Baugrößen erforderlich sind. Insbesondere bei flüssigkeitsgekühlten Brennern sind die thermischen Probleme zum Teil auch dadurch mit bedingt, daß das Kühlmedium im Bereich des Anschlusses des Brennerhalses an den Brennerkörper nicht definiert in den Brennerkörper eingespeist wird. Insgesamt können die auftretenden Wärmeströme zu einer übermäßigen Erhitzung des Brennerkopfes und des Griffstückes führen, so daß der zur Isolierung vorgesehenen Kunststoffüberzug im Bereich des Brennerkopfes anschmelzen kann. Die mitunter extremen thermischen Belastungen führen auch zu einem hohen Verschleiß der Funktionsteile, verbunden mit entsprechend geringen Standzeiten.The essential functional parts of a liquid or gas-cooled arc welding and cutting torches are alongside the electrode with the electrode holder and the torch body the housing formed therein for receiving the Electrode holder. In the known burners exist Torch body with housing usually made of non-ferrous metals, primarily brass or copper. The electrode holder or at TIG or plasma torches include the adapter sleeve and the contact tip MIG / MAG torches are often made of copper, sometimes but also made of brass. A disadvantage of the known burners is that due to the high currents and the resulting high thermal loads Volume flows for cooling the burner with appropriate Burner sizes are required. Especially at liquid-cooled burners are the thermal problems partly also due to the fact that the cooling medium in Area of connection of the torch neck to the torch body is not fed into the burner body in a defined manner. Overall, the heat flows that occur can lead to a excessive heating of the burner head and the handle lead so that the intended for insulation Melt the plastic coating in the area of the burner head can. The sometimes extreme thermal loads also lead to a high wear of the functional parts, connected with correspondingly short downtimes.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß bei konstruktiv einfachem Aufbau und Herstellung die thermischen Belastungen der Brenner erheblich reduziert und eine zu starke Aufheizung von Brennerkopf und Griffstück vermieden ist.Proceeding from this, the invention is based on the object Arc welding or cutting torch of the aforementioned Kind to develop further in that at constructive simple construction and manufacture of the thermal loads the burner significantly reduced and overheating of the burner head and handle is avoided.

Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner der eingangs genannten Art sind bereits aus der EP 151 100 A2 bekannt. Der Maschinenbrenner dieser Entgegenhaltung besitzt einen Brennerkörper, welcher einen radial äußeren Mantel zur elektrischen Isolierung und eine zentral im Brennerkörper angeordnete Bohrung zum Einsetzen eines Elektrodenhalters aufweist. Innerhalb des Elektrodenhalters ist eine Spannhülse einsetzbar, innerhalb welcher die Elektrode aufgenommen ist. Hierdurch soll bei Maschinenbrennern ein mechanisiertes Auswechseln der Elektrode durch Abziehen des Elektrodenhalters mit Spannhülse und Elektrode aus dem Brennerkörper ermöglicht und zum anderen die Einstellung des Elektrodenabstandes außerhalb des Brennerkörpers erleichtert werden. Der Elektrodenhalter bildet mit der Spannhülse und Elektrode eine austauschbare Einheit. Dabei dient der äußere Mantel aus Isoliermaterial als elektrischer Isolator für den vom Brennerkörper über die Lamellen zum Elektrodenhalter und schließlich zur Elektrode zugeführten Strom. Der Elektrodenhalter, der Zwischenkörper bzw. Zapfen und die Spannhülse sind bei dem bekannten Maschinenbrenner aus Metall hergestellt.Arc welding or cutting torch of the aforementioned Kind are already known from EP 151 100 A2. Of the Machine torch of this citation has one Burner body, which has a radially outer jacket electrical insulation and one centrally in the burner body arranged hole for inserting an electrode holder having. There is an adapter sleeve inside the electrode holder can be used within which the electrode is accommodated. This is intended to be a mechanized one for machine burners Replace the electrode by pulling off the electrode holder with adapter sleeve and electrode from the torch body and on the other hand the adjustment of the electrode gap outside of the burner body. Of the Electrode holder forms one with the adapter sleeve and electrode interchangeable unit. The outer jacket is used Insulating material as an electrical insulator for the Torch body over the fins to the electrode holder and finally current supplied to the electrode. Of the Electrode holder, the intermediate body or pin and the In the known machine torch, adapter sleeves are made of metal manufactured.

Aus der DE-PS 90 04 855 C2 ist es bekannt, als Fassung für Schweißkohlelektroden eine Stahlseele mit darüber liegendem Kupfermantel vorzusehen, um eine gute Wärmeableitung von der Stahlseele an den Kupfermantel zu erreichen. Von dem Kupfermantel wird die Wärme an die Umgebungsluft abgestrahlt. From DE-PS 90 04 855 C2 it is known as a version for Welding carbon electrodes a steel core with an overlying one Copper jacket to provide good heat dissipation from the Steel core to reach the copper jacket. Of the The copper jacket radiates the heat to the ambient air.

Zur Lösung der Aufgabe ist es nach der Erfindung vorgesehen, daß der Zwischenkörper als Kühlkörper ausgebildet ist, dessen Werkstoff eine größere Wärmeleitfähigkeit χ_K als der Werkstoff des Elektrodenhalters und der Werkstoff des Außenkörpers aufweist.To achieve the object, it is provided according to the invention that the intermediate body is designed as a heat sink, the material of which has a greater thermal conductivity χ _K than the material of the electrode holder and the material of the outer body.

Mit der Erfindung ist eine schnelle und effiziente Ableitung der infolge des elektrischen Übergangswiderstandes zwischen Elektrodenhalter und Elektrode auftretenden elektrischen Verlustleistung erreicht. Dies wird ermöglicht durch die besondere Auswahl der Werkstoffe von Kühlkörper, Außenkörper und Elektrodenhalter hinsichtlich ihrer Wärmeleitfähigkeit. Dabei macht sich die Erfindung zunutze, daß die Wärme von einem schlechten Wärmeleiter auf einen guten Wärmeleiter übergeht. Demgemäß wird aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit des Kühlkörpers die an dem Elektrodenhalter auftretende Wärme unmittelbar auf den Kühlkörper übertragen und von dort durch das Kühlmedium abgeleitet. Dabei wirkt der gegenüber dem Kühlkörper eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisende Außenkörper gleichzeitig als Wärmeschutzschild, so daß es nicht zu einer Überhitzung des Brennerkörpers kommt. So konnte bei Versuchen die Temperatur am Griffstück weit unter der geforderten Norm gehalten werden, wodurch die Handhabung des Brenners, insbesondere bei längeren Schweißarbeiten wesentlich verbessert ist. Durch die optimierte Wärmeabführung kann die Baugröße der Brenner reduziert werden, so daß bei gleicher Strombelastung wesentlich handlichere Brenner zur Verfügung stehen. Umgekehrt ergibt sich im Vergleich zu dem bekannten Brennern durch die verbesserte Kühlung bei gleichen Stromstärken eine verlängerte Standzeit des Brenners.With the invention is a quick and efficient derivation which due to the electrical contact resistance between Electrode holder and electrode occurring electrical Power loss reached. This is made possible by the special choice of materials for heat sink, outer body and electrode holders with regard to their thermal conductivity. The invention makes use of the fact that the heat from one bad heat conductor changes to a good heat conductor. Accordingly, due to the higher thermal conductivity of the Heat sink the heat occurring on the electrode holder transferred directly to the heat sink and from there through the cooling medium derived. It works against that Heatsink having a lower thermal conductivity Outer body at the same time as a heat shield, so it does not the burner body overheats. So at Try the temperature on the handle well below the required standard are kept, whereby the handling of the Torch, especially essential for longer welding jobs is improved. Due to the optimized heat dissipation, the Size of the burner can be reduced so that the same Current load much more handy burner available stand. Conversely, compared to the known one Burners through the improved cooling at the same Currents prolong the service life of the burner.

Bei flüssigkeitsgekühlten Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrennern ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der Werkstoff des Elektrodenhalters eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Werkstoff des Außenkörpers und der Werkstoff des Kühlkörpers eine größere Wärmeleitfähigkeit als der Werkstoff des Elektrodenhalters aufweist. Hierdurch wird die abzuleitende Wärme praktisch auf den Kühlkörper konzentriert, ohne daß eine nennenswerte Wärmeableitung nach außen oder etwa zum Griffstück erfolgt.With liquid-cooled arc welding or cutting torches it is according to an embodiment of the invention provided that the material of the electrode holder has a higher Thermal conductivity as the material of the outer body and the Heat sink material has a greater thermal conductivity than has the material of the electrode holder. This will the heat to be dissipated practically on the heat sink concentrated without significant heat dissipation outside or about the handle.

Hinsichtlich der Werkstoffwahl bei einem flüssigkeitsgekühlten Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner kann nach der Erfindung der Kühlkörper aus Kupfer, der Elektrodenhalter aus NE-Metall, vorzugsweise Messing, und der Außenkörper aus Edelstahl bestehen.With regard to the choice of materials for a liquid-cooled Arc welding or cutting torch can according to the invention the heat sink made of copper, the electrode holder made of non-ferrous metal, preferably brass, and the outer body made of stainless steel consist.

Bei gasgekühlten Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrennern insbesondere solchen mit hoher Strombelastung empfiehlt es sich nach der Erfindung, daß der Kühlkörper vom Schutzgas um- und/oder durchströmt ist und für die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes von Kühlkörper, die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes des Außenkörpers und die Wärmeleitfähigkeit des Elektrodenhalters gilt χ_K < χ_A < χ_E. Hierbei wird die am Elektrodenhalter anstehende Wärme unmittelbar auf den Kühlkörper übertragen und nachfolgend durch das den Kühlkörper umströmende Schutzgas nach außen ausgetragen. Infolge der geringeren Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes des Elektrodenhalters ist es vermieden, daß die Wärme in Richtung des Brennerhinterteils geleitet wird. Die im Vergleich zum Werkstoff des Kühlkörpers geringere Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes des Außenkörpers stellt sicher, daß es nicht zu einer allzu starken Ableitung der Restwärme nach außen und damit zu einem Anschmelzen des im Bereich des Brennerkopfes vorgesehenen isolierenden Kunststoffüberzuges kommen kann und eine zu starke Erwärmung des Griffstückes vermieden ist.In gas-cooled arc welding or cutting torches, especially those with a high current load, it is recommended according to the invention that the heat sink is surrounded and / or flowed through by the shielding gas and for the thermal conductivity of the material of the heat sink, the thermal conductivity of the material of the outer body and the thermal conductivity of the Hal _K <χ _A <χ _E applies to the electrode holder. The heat present at the electrode holder is transferred directly to the heat sink and subsequently discharged to the outside by the protective gas flowing around the heat sink. As a result of the lower thermal conductivity of the material of the electrode holder, it is avoided that the heat is conducted in the direction of the rear part of the burner. The lower thermal conductivity of the material of the outer body compared to the material of the heat sink ensures that there is no excessive dissipation of the residual heat to the outside and thus melting of the insulating plastic coating provided in the area of the burner head and excessive heating of the handle is avoided.

Hinsichtlich der Materialien eines gasgekühlten Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenners mit hoher Strombelastung ist es nach der Erfindung vorgesehen, daß der Kühlkörper aus Kupfer, der Außenkörper aus NE-Metall, vorzugsweise Messing, und der Elektrodenhalter aus Edelstahl bestehen. Diese Materialauswahl gewährleistet, daß die Wärme am Elektrodenhalter unmittelbar auf den Kühlkörper übertragen wird und eine Rückleitung der Wärme über den Elektrodenhalter zum Brennerkopf hin vermieden ist. Ebenso verhindert die Ausführung des Außenkörpers aus Messing, daß auch vom Außenkörper her keine zu starke Ableitung der Restwärme zum Brennerkopf hin erfolgt.Regarding the materials of a gas cooled Arc welding or cutting torch with high Current load is provided according to the invention that the Heat sink made of copper, the outer body made of non-ferrous metal, preferably brass, and the electrode holder made of stainless steel consist. This selection of materials ensures that the heat on Electrode holder is transferred directly to the heat sink and returning the heat to the electrode holder Burner head is avoided. The execution also prevents of the outer body made of brass, that also from the outer body no excessive dissipation of the residual heat to the burner head he follows.

Für gasgekühlte Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrenner mit niedrigerer Strombelastung, bspw. bis 200 Ampere, kann nach der Erfindung der Kühlkörper und der Außenkörper einteilig ausgebildet sein, wobei für die Wärmeleitfähigkeit der Werkstoffe von Kühl-/Außenkörper und Elektrodenhalter gilt χ_K/A < χ_E. Bei derartigen niederamperigen Brennern tritt im Vergleich zu den Brennern mit hoher Strombelastung keine so hohe Rückstrahlwärme vom Lichtbogen her auf, so daß in herstellungs- und montagetechnisch einfacher Weise Kühl- und Außenkörper aus einem Teil ausgebildet sein können und die Wärmeableitung demgemäß über den Gesamtkörper erfolgt. Dabei kann der Kühlkörper mit Außenkörper aus NE-Metall, vorzugsweise Messing, und der Elektrodenhalter aus Edelstahl bestehen, wodurch eine effiziente Wärmeableitung von dem Elektrodenhalter auf den Kühlkörper erreicht ist. Ggf. kann der einteilig ausgebildete Kühl- bzw. Brennerkörper, vorzugsweise nach radial außen weisende und/oder axiale Rippen oder Vorsprünge aufweisen, wodurch eine für die Wärmeableitung über den Gesamtkörper günstige Oberflächenvergrößerung erreicht ist. In jedem Fall ist gewährleistet, daß die isolierende Kunststoffbeschichtung des Brennerkopfes vor Überhitzung und Ablösung geschützt ist, ebenso wie auch die Temperaturnorm für das Griffstück eingehalten wird. For gas-cooled arc welding or cutting torches with a lower current load, for example up to 200 amperes, the heat sink and the outer body can be formed in one piece according to the invention, with the thermal conductivity of the materials of the heat sink / outer body and electrode holder being χ _{K / A} <χ _E. In the case of such low-amp burners, in comparison to the burners with a high current load, there is no such high level of retroreflective heat from the arc, so that cooling and outer bodies can be formed from one part in a simple manner in terms of production and assembly technology, and the heat is accordingly dissipated over the entire body. The heat sink with outer body made of non-ferrous metal, preferably brass, and the electrode holder made of stainless steel, whereby efficient heat dissipation from the electrode holder to the heat sink is achieved. Possibly. The one-piece cooling or burner body can preferably have radially outward-pointing and / or axial ribs or projections, as a result of which a surface enlargement which is favorable for heat dissipation over the entire body is achieved. In any case, it is ensured that the insulating plastic coating of the burner head is protected against overheating and detachment, as is the temperature standard for the handle.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Kühlkörper an in Längsrichtung des Brenners hintereinander angeordnete Umlaufkanäle für das Kühlmedium angrenzen. Durch die Zwangsführung des Kühlmediums mit verlängertem Strömungsweg wird eine besonders wirksame Wärmeübertragung vom Kühlkörper auf das Kühlmedium erreicht.According to a further proposal of the invention, the heat sink to one behind the other in the longitudinal direction of the burner Adjacent circulation channels for the cooling medium. Through the Positive control of the cooling medium with an extended flow path becomes a particularly effective heat transfer from the heat sink reached on the cooling medium.

Dabei ist es in konstruktiv besonders vorteilhafter Weise nach der Erfindung vorgesehen, daß die Umlaufkanäle zwischen Kühlkörper und Außenkörper gebildet sind. Vorzugseise können die Umlaufkanäle durch radial nach außen vorstehende und an den Außenkörper angrenzende Rippen oder Stege des Kühlkörpers gebildet sein, wodurch zusätzlich eine Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche des Kühlkörpers erreicht ist.It is particularly advantageous in terms of construction the invention provided that the circulation channels between Heatsink and outer body are formed. Preferred ice can the circulation channels by radially protruding outwards and to the Outer body adjacent ribs or webs of the heat sink be formed, thereby additionally increasing the heat transfer surface of the heat sink is reached.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung stehen die Umlaufkanäle über in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Durchbrüche miteinander in Strömungsverbindung, wodurch eine Zwangsführung der Kühlflüssigkeit mit einer Rotation in den Umlaufkanälen und damit eine effiziente Wärmeübertragung auf das Kühlmedium erreicht ist.According to a particular embodiment of the invention Circulation channels over circumferentially offset Breakthroughs in fluid communication, creating a Forced control of the coolant with a rotation in the Circulation channels and thus an efficient heat transfer the cooling medium is reached.

Alternativ kann es sich nach der Erfindung, insbesondere für MIG-MAG-Brenner empfehlen, daß sich die Umlaufkanäle spiralförmig längs der Brennerachse erstrecken, was eine einfache Fertigung erlaubt.Alternatively, it can be according to the invention, in particular for MIG-MAG torches recommend that the circulation channels extend spirally along the burner axis, which is a simple manufacturing allowed.

Im Falle von flüssigkeitsgekühlten Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrennern ist eine Ausführungsform der Erfindung gekennzeichnet durch eine Einspeisung, vorzugsweise einen Leitkanal, für die vorlaufseitige Zuführung von Kühlflüssigkeit in die Umlaufkanäle im Bereich der Kontaktstelle zwischen Elektrodenhalter und Schweißelektrode und durch eine Rücklaufleitung, die die Kühlflüssigkeit in Richtung des Brennerhinterteils führt. Hierdurch ist eine überaus effektive und kontrollierte Zuführung und Führung der Kühlflüssigkeit erreicht, wogegen es bei den bekannten Brennern immer wieder vorkommen kann, daß sich das Kühlmedium bis zum Erreichen der heißesten Stelle bereits aufgeheizt hat und dort eine Wärmeableitung in dem erforderlichen Maße nicht mehr gegeben ist.In the case of liquid-cooled arc welding or cutting torches is an embodiment of the invention characterized by a feed, preferably one Guide channel, for the supply of coolant on the supply side into the circulation channels in the area of the contact point between Electrode holder and welding electrode and through one Return line, which the coolant towards the Burner rear part leads. This is an extremely effective one and controlled supply and management of the coolant achieved, whereas it is again and again with the known burners can happen that the cooling medium until reaching the hottest point has already heated up and there one Heat dissipation no longer exists to the extent required is.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit der Kühlung bei flüssigkeitsgekühlten Lichtbogenschweiß- oder -schneidbrennern gekennzeichnet durch einen Stauraum, in den die Kühlflüssigkeit zulaufseitig und von dort in Richtung des Brennervorderteils in einen Kühlraum strömt, welcher mit der Rücklaufleitung verbunden ist. Dabei wird in dem Stauraum ein Fließdruck aufgebaut, wodurch die Kühlflüssigkeit in den Kühlraum beschleunigt und in Richtung der Gasdüse gedrückt wird. Diese Beschleunigung des Kühlmediums bewirkt eine besonders effektive Wärmeabführung.Another possibility of cooling according to the invention liquid-cooled arc welding or cutting torches characterized by a storage space in which the coolant on the inlet side and from there towards the front of the burner a cold room flows, which with the return line connected is. This creates a flow pressure in the storage space built up, causing the coolant to enter the cold room accelerated and pushed towards the gas nozzle. These Acceleration of the cooling medium causes a particularly effective one Heat dissipation.

Bei Brennern mit Gaskühlung ist es erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, daß der Kühlkörper eine konzentrisch zum Elektrodenhalter angeordnete und in Strömungsverbindung mit dem bezüglich der Gasdüse vordersten Umlaufkanal stehende ringförmige Austrittsöffnung für das das Kühlmedium bildende Schutzgas aufweist.In the case of burners with gas cooling, it is still according to the invention provided that the heat sink is concentric with Electrode holder arranged and in flow connection with the standing at the foremost circulation channel with respect to the gas nozzle annular outlet opening for the cooling medium forming Has protective gas.

Schließlich kann aufgrund der geringeren Wärmebelastung des Brenners auf eine Lötung seiner Funktionsteile verzichtet werden, so daß nach einem Vorschlag der Erfindung der Außenkörper, der Kühlkörper und/oder der Elektrodenhalter als Preßteile ausgebildet werden können. Derartige Preßteile zeichnet sich durch wesentliche geringere Herstellungskosten und eine optimale Abdichtung aus.Finally, due to the lower heat load of the Brenner did not solder his functional parts be, so that according to a proposal of the invention Outer body, the heat sink and / or the electrode holder as Pressed parts can be formed. Such pressed parts is characterized by significantly lower manufacturing costs and an optimal seal.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. The invention is described below with reference to the drawings illustrated embodiments described in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen WIG-Brenners mit Gaskühlung, in einem Längsschnitt, Fig. 1 shows a possible embodiment of an inventive TIG torch with gas cooling, in a longitudinal section;

Fig. 2 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen WIG-Brenners mit Gaskühlung, in einem Längsschnitt, Fig. 2 shows another embodiment of a TIG torch with gas cooling according to the invention, in a longitudinal section;

Fig. 3 eine wiederum andere Ausführungsform eines WIG- Brenners mit Flüssigkeitskühlung, ebenfalls in einem Längsschnitt und Fig. 3 shows yet another embodiment of a TIG torch with liquid cooling, also in a longitudinal section and

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen WIG-Brenners mit Flüssigkeitskühlung, in Längsrichtung. Fig. 4 shows a further embodiment of a TIG torch according to the invention with liquid cooling, in the longitudinal direction.

Der gasgekühlte WIG-Brenner gemäß Fig. 1 weist einen Brennerkörper 1 auf, mit einem Außenkörper 5, welcher ein Gehäuse 2 zur Aufnahme eines Kühlkörpers 6 und eines Elektrodenhalters 3 bildet. In dem als Spannhülse ausgebildeten Elektrodenhalter 3 ist die Elektrode 4 eingespannt. Am vorderen Ende des Außenkörpers 5 ist ein Isolator 13 aufgespannt, welcher eine Aufnahme für eine metallische Gasdüse 9 bildet. Zur besseren Verteilung des über die Zuführungsleitung 14 im Brennerhals 15 zugeführten Schutzgases ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 eine Gaslinse 16 eingesetzt. An dem der Gasdüse 9 gegenüberliegenden Ende des Brennerkörpers 1 befindet sich eine Brennerkappe 17, welche die stromführende Elektrode 4 abdeckt. Der Brennerkörper 1, ebenso wie der Brennerhals 15 und die Brennerdüse 17 weisen einen Kunststoffüberzug 18 auf. The gas-cooled TIG torch according to FIG. 1 has a torch body 1 with an outer body 5 , which forms a housing 2 for receiving a heat sink 6 and an electrode holder 3 . The electrode 4 is clamped in the electrode holder 3 designed as a clamping sleeve. At the front end of the outer body 5 , an insulator 13 is stretched, which forms a receptacle for a metallic gas nozzle 9 . In the embodiment according to FIG. 1, a gas lens 16 is used for better distribution of the protective gas supplied via the feed line 14 in the burner neck 15 . At the end of the burner body 1 opposite the gas nozzle 9 there is a burner cap 17 which covers the current-carrying electrode 4 . The burner body 1 , as well as the burner neck 15 and the burner nozzle 17 have a plastic coating 18 .

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Kühlkörper 6 zwischen dem Außenkörper 5 und dem Elektrodenhalter 3 angeordnet und bildet gleichzeitig einen kegelstumpfförmigen Sitz 19 für die mit der Brennerkappe 17 verschraubbare Spannhülse bzw. den Elektrodenhalter 3. Der Kühlkörper 6 weist radial nach außen vorstehende Rippen 11 auf, welche nach radial außen an den Außenkörper 5 angrenzen, um mit diesem in Längsrichtung des Brenners hintereinander angeordnete Umlaufkanäle 7 zu bilden. Die Umlaufkanäle 7 stehen über in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Durchbrüche 24 miteinander in Strömungsverbindung. Dabei weist der bezüglich der Gasdüse 9 vorderste Umlaufkanal 7 eine sich in Richtung der Gaslinse 16 erstreckende ringförmige Austrittsöffnung 10 auf. Hierdurch wird das über die Zuführungsleitung 14 im Brennerhals 15 einströmende Schutzgas unter Rotation durch die Umlaufkanäle 7 geführt, um über die Austrittsöffnung 10 in die Gaslinse 16 einzutreten und von dort schließlich über die Gaslinse 9 aus dem Brenner auszutreten.As seen from Fig. 1, the heat sink 6 between the outer body 5 and the electrode holder 3 is arranged and at the same time forms a frusto-conical seat 19 for the burner cap 17 screwable clamping sleeve or the electrode holder 3. The heat sink 6 has radially outwardly projecting ribs 11 , which adjoin the outer body 5 radially outward in order to form circulation channels 7 arranged one behind the other in the longitudinal direction of the burner. The circulation channels 7 are in flow connection with one another via openings 24 arranged offset in the circumferential direction. In this respect the gas nozzle, the foremost 9 circulation channel 7 extending in the direction of the gas lens 16, annular outlet opening 10 degrees. In this way, the incoming via the supply line 14 in the burner throat 15 protective gas is fed under rotation through the circulation channels 7, to enter through the outlet opening 10 into the gas lens 16 and eventually exit from there via the gas lens 9 from the burner.

Ein wesentliches Merkmal des Brenners gemäß Fig. 1 ist, daß der Werkstoff des Kühlkörpers 6 eine höhere Wärmeleitfähigkeit χ_K als der Werkstoff des Elektrodenhalters 3 und der Werkstoff des Außenkörpers 5 eine höhere Wärmeleitfähigkeit χ_A als derjenige des Elektrodenhalters 3 aufweisen. Insgesamt gilt die Beziehung: χ_K < χ_A < χ_E. Durch die Auswahl der Werkstoffe mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten für die Funktionsteile des Brenners ist erreicht, daß die aufgrund des elektrischen Übergangswiderstandes zwischen Elektrodenhalter 3 und Elektrode 4 entstehende Wärme infolge der höheren Wärmeleitfähigkeit χ_K des Werkstoffs des Kühlkörpers 6 unmittelbar vom Elektrodenhalter 3 auf den Kühlkörper 6 abgeleitet wird. Dabei bildet der Außenkörper 5 des Brennerkörpers 1 aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit χ_A seines Werkstoffs im Vergleich zu dem Kühlkörper 6 ein Wärmeschutzschild, so daß die auftretende Wärme vom Kühlkörper 6 unmittelbar an das als Kühlmedium dienende Schutzgas abgeleitet und nach außen ausgetragen wird. Hierbei wirkt sich die durch Umlaufkanäle 7 ergebende Verlängerung des Strömungsweges und die damit verbundene Vergrößerung der Kontaktfläche für das Schutzgas in vorteilhafter Weise für die Ableitung der Wärme vom Kühlkörper 6 aus. Ein Anschmelzen des Kunststoffüberzuges 18 am Brennerkörper 1 und dem Brennerhals 15 infolge einer rückströmenden Restwärme ist dadurch vermieden, ebenso wie eine zu starke Erwärmung des Griffstückes selbst.An essential feature of the burner according to FIG. 1 is that the material of the heat sink 6 has a higher thermal conductivity χ _K than the material of the electrode holder 3 and the material of the outer body 5 has a higher thermal conductivity χ _A than that of the electrode holder 3 . Overall, the relationship holds: χ _K <χ _A <χ _E. By the selection of materials with different thermal conductivities for the functional parts of the burner is reached, that the heat generated due to the electrical contact resistance between the electrode holder 3 and electrode 4 due to the higher thermal conductivity χ _K derived of the material of the cooling body 6 directly from the electrode holder 3 to the heat sink 6 becomes. The outer body 5 of the burner body 1 forms due to the lower thermal conductivity χ _{A of} its material compared to the heat sink 6, a heat shield, so that the heat generated by the heat sink 6 is derived directly to the protective gas serving as a cooling medium and discharged to the outside. Here, the lengthening of the flow path resulting from circulation channels 7 and the associated increase in the contact area for the protective gas have an advantageous effect on the dissipation of the heat from the heat sink 6 . Melting of the plastic coating 18 on the torch body 1 and the torch neck 15 as a result of residual heat flowing back is avoided, as is excessive heating of the handle itself.

In Fig. 2 ist ebenfalls ein gasgekühlter WIG-Brenner dargestellt, wobei die dem Brenner gemäß Fig. 1 entsprechenden funktionsgleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so daß insoweit auf eine Beschreibung im einzelnen verzichtet werden kann. Im Gegensatz zu dem Brenner gemäß Fig. 1 ist derjenige nach Fig. 2 für eine niedrigere Strombelastung, beispielsweise bis etwa 200 Ampere ausgelegt. Aufgrund der niedrigeren Rückstrahlwärme durch den Lichtbogen im Vergleich zu einem hochamperigen Brenner können der Außenkörper 5 und der Kühlkörper 6 einstückig ausgeführt werden, beispielsweise aus Messing, während der Elektrodenhalter 3 bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel aus Edelstahl besteht. Aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit χ_K/A des Werkstoffes von Kühlkörper 6 mit Außenkörper 5 im Vergleich zur Wärmeleitfähigkeit χ_K/E des Werkstoffs des Elektrodenhalters 3 erfolgt eine Wärmeableitung über den Gesamtkörper und von dort auf das über Führungsschlitze 20 des Elektrodenhalters 3 nach außen strömende Schutzgas. Zusätzlich weist der aus Kühlkörper 6 und Außenkörper 5 gebildete Gesamtkörper radial nach außen weisende Rippen 12 auf, wodurch eine Oberflächenvergrößerung zur Ableitung und Verteilung der Restwärme erzielt ist. Diese Maßnahmen reichen bei derartigen Brennern mit relativ niedriger Strombelastung aus, um die isolierende Kunststoffbeschichtung 18 des Brennerkopfes vor Überhitzung und Ablösung zu schützen und zu vermeiden, daß die Temperatur am Brennerhals 15 und am Griffstück nicht über die vorgegebene Norm ansteigt.A gas-cooled TIG torch is also shown in FIG. 2, the parts having the same function as the torch according to FIG. 1 being provided with the same reference numerals, so that a detailed description can be dispensed with in this respect. In contrast to the burner according to FIG. 1, the one according to FIG. 2 is designed for a lower current load, for example up to approximately 200 amperes. Due to the lower heat of reflection from the arc compared to a high-amp torch, the outer body 5 and the heat sink 6 can be made in one piece, for example made of brass, while the electrode holder 3 consists of stainless steel in the exemplary embodiment chosen here. Due to the higher thermal conductivity χ _{K / A of} the material of the heat sink 6 with the outer body 5 compared to the thermal conductivity χ _{K / E of} the material of the electrode holder 3 , heat is dissipated over the entire body and from there to the protective gas flowing out through guide slots 20 of the electrode holder 3 . In addition, the overall body formed from the heat sink 6 and the outer body 5 has ribs 12 pointing radially outward, as a result of which an increase in surface area for dissipating and distributing residual heat is achieved. These measures are sufficient in such burners with a relatively low current load to protect the insulating plastic coating 18 of the burner head from overheating and detachment and to avoid that the temperature on the burner neck 15 and on the handle does not rise above the predetermined standard.

In Fig. 3 ist ein wassergekühlter Brenner dargestellt, welcher ähnlich dem Brenner gemäß Fig. 1 einen mit stufenförmig verlaufenden Umlaufkanälen 7 versehenen Kühlkörper 6 aufweist. Die über die Vorlaufleitung 21 zugeführte Kühlflüssigkeit wird über einen geschlossenen Umlaufkanal 7a und nachfolgend über eine Leitkanal 25 im Bereich der Kontaktstelle zwischen Elektrodenhalter 3 und Elektrode 4 in den bezüglich der Gasdüse 9 vordersten Umlaufkanal 7b eingespeist. Danach durchströmt die Kühlflüssigkeit die mit Durchbrüchen 24 miteinander verbundenen stufenförmigen Umlaufkanäle 7 in Richtung des Brennerhinterteils und wird schließlich über die Rücklaufleitung 8 abgeführt. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel besteht der Außenkörper 5 aus Edelstahl, der Kühlkörper 6 aus Kupfer und der Elektrodenhalter 3 aus Messing. Durch die unterschiedliche Wahl der Werkstoffe und der damit verbundenen unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten der Funktionsteile des Brennerkörpers 1 wird die an der Spitze des Elektrodenhalters 3 anstehende Wärme unmittelbar auf den Kühlkörper 6 übertragen, welcher seinerseits die Wärme an die in den Umlaufkanälen 7 in Richtung des Brennerhinterteils strömende Kühlflüssigkeit abgibt. Dabei wirkt der eine geringe Wärmeleitfähigkeit χ_A aufweisende Werkstoff des Außenkörpers 5 gleichsam als Wärmeschutzschild, so daß die abzuführende Wärme auf den Kühlkörper 6 konzentriert bleibt und durch die zwangsweise Führung des Kühlmediums in den Umlaufkanälen 7 mit der durch die Rippen 11 vergrößerten Kontaktoberfläche des Kühlkörpers 6 ohne größere Aufheizung des Brennerkörpers 1 und des Brennerhalses 15 mit Griffstück abgeführt wird. FIG. 3 shows a water-cooled burner which, similar to the burner according to FIG. 1, has a heat sink 6 provided with stepped circulation channels 7 . The cooling liquid supplied via the flow line 21 is fed via a closed circulation channel 7 a and subsequently via a guide channel 25 in the area of the contact point between the electrode holder 3 and electrode 4 into the circulation channel 7 b which is at the front with respect to the gas nozzle 9 . The coolant then flows through the stepped circulation channels 7, which are connected to one another by openings 24, in the direction of the rear part of the burner and is finally discharged via the return line 8 . In the selected embodiment, the outer body 5 consists of stainless steel, the heat sink 6 made of copper and the electrode holder 3 made of brass. Due to the different choice of materials and the associated different thermal conductivities of the functional parts of the burner body 1 , the heat present at the tip of the electrode holder 3 is transferred directly to the heat sink 6 , which in turn transfers the heat to the coolant flowing in the circulation channels 7 in the direction of the rear part of the burner delivers. The material of the outer body 5 , which has a low thermal conductivity wirkt _A , acts as a heat shield, so that the heat to be dissipated remains concentrated on the heat sink 6 and through the forced guidance of the cooling medium in the circulation channels 7 with the contact surface of the heat sink 6 enlarged by the ribs 11 is discharged with handle without major heating of the burner body 1 and the burner neck 15 .

Auch bei dem wassergekühlten WIG-Brenner gemäß Fig. 4 sind die dem Brenner gemäß Fig. 1 und 3 entsprechenden Funktionsteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß insoweit ebenfalls auf eine Beschreibung im einzelnen verzichtet werden kann. Wesentliches Unterscheidungsmerkmal dieses flüssigkeitsgekühlten WIG-Brenners gemäß Fig. 4 ist die Ausbildung des Kühlkörpers 6 mit zwei Kühlkammern. Dabei wird die Flüssigkeit über die Vorlaufleitung 21 in einen Stauraum 22 eingeleitet. Aufgrund des sich im Stauraum 22 ergebenden Fließdruckes wird die Kühlflüssigkeit in den Kühlraum 23 beschleunigt und in Richtung der Gasdüse 9 gedrückt, um von dort in die Rücklaufleitung 8 abgeleitet zu werden. Durch die Beschleunigung dem Kühlmediums in den Kühlraum 23 erfolgt eine besonders effektive Wärmeabführung. Der Kühlkörper 6 besteht bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 aus Messing, der Außenkörper 5 aus Edelstahl und der Elektrodenhalter 3 aus Messing, wobei jedoch die Messinglegierung des Elektrodenhalters 3 eine geringere Wärmeleitfähigkeit χ_E als der Werkstoff des Kühlkörpers 6 aufweist.Also in the water-cooled TIG torch according to FIG. 4, the functional parts corresponding to the torch according to FIGS. 1 and 3 are provided with the same reference numerals, so that a detailed description can also be dispensed with. An essential distinguishing feature of this liquid-cooled TIG torch according to FIG. 4 is the design of the heat sink 6 with two cooling chambers. The liquid is introduced into a storage space 22 via the flow line 21 . Due to the flow pressure resulting in the storage space 22 , the cooling liquid is accelerated into the cooling space 23 and pressed in the direction of the gas nozzle 9 in order to be discharged from there into the return line 8 . The acceleration of the cooling medium into the cooling space 23 results in particularly effective heat dissipation. The heat sink 6 in the embodiment according to FIG. 4 consists of brass, the outer body 5 made of stainless steel and the electrode holder 3 made of brass, but the brass alloy of the electrode holder 3 has a lower thermal conductivity χ _E than the material of the heat sink 6 .

Die Auswahl der Werkstoffe mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten der einzelnen Komponenten des Brenners 1 ist nicht nur auf WIG-Brenner beschränkt, sondern läßt sich mit Vorteil auch für Plasma- und ebenso für MIG/MAG-Schweiß- und -schneidbrenner anwenden.The selection of materials with different thermal conductivities of the individual components of the torch 1 is not only limited to TIG torches, but can also be advantageously used for plasma and also for MIG / MAG welding and cutting torches.

Die verbesserte Kühlung des Brenners 1 erlaubt es auch, die einzelnen Funktionsteile des Brenners 1, beispielsweise Kühlkörper 6 und Außenkörper 5 als Preßteile auszuführen, ohne daß diese bei der Montage miteinander verlötet werden müssen.The improved cooling of the burner 1 also allows the individual functional parts of the burner 1 , for example the heat sink 6 and the outer body 5, to be designed as pressed parts without having to be soldered to one another during assembly.

BezugszeichenlisteReference list

1 Brennerkörper
2 Gehäuse
3 Elektrodenhalter
4 Elektrode
5 Außenkörper
6 Kühlkörper
7 Umlaufkanal
7a Umlaufkanal
7b Umlaufkanal
8 Rücklaufleitung
9 Gasdüse
10 Austrittsöffnung
11 Rippe
12 Rippe
13 Isolator
14 Zuführungsleitung
15 Brennerhals
16 Gaslinse
17 Brennerkappe
18 Kunststoffüberzug
19 Sitz
20 Führungsschlitz
21 Vorlaufleitung
22 Stauraum
23 Kühlraum
24 Durchbruch
25 Leitkanal
χ_K Wärmeleitfähigkeit des Kühlkörpers
χ_E Wärmeleitfähigkeit des Elektrodenhalters
χ_A Wärmeleitfähigkeit des Außenkörpers
χ_K/A Wärmeleitfähigkeit des Außenkörpers mit Kühlkörper 1 burner body
2 housings
3 electrode holders
4 electrode
5 outer bodies
6 heat sinks
7 circulation channel
7 a circulation channel
7 b circulation channel
8 return line
9 gas nozzle
10 outlet opening
11 rib
12 rib
13 isolator
14 supply line
15 torch neck
16 gas lens
17 burner cap
18 plastic cover
19 seat
20 guide slot
21 supply line
22 storage space
23 cold room
24 breakthrough
25 guide channel
χ _K heat conductivity of the heat sink
χ _E thermal conductivity of the electrode holder
χ _A thermal conductivity of the outer body
χ _{K / A} thermal conductivity of the outer body with heat sink

Claims

1. Arc welding or cutting torch with an outer body ( 5 ) with outer insulation ( 18 ) having a torch body ( 1 ) and an intermediate body arranged between the outer body ( 5 ) and an electrode holder ( 3 ) for a melting electrode ( 4 ), thereby characterized in that the intermediate body is designed as a heat sink ( 6 ), the material of which has a greater thermal conductivity χ _K than the material of the electrode holder ( 3 ) and the material of the outer body ( 5 ).

2. Arc welding or cutting torch according to claim 1, characterized in that the torch has a liquid cooling and that for the thermal conductivity χ _{K of} the material of the heat sink ( 6 ), the thermal conductivity χ _{E of} the material of the electrode holder ( 3 ) and the thermal conductivity χ _{A of} the material of the outer body ( 5 ) applies χ _K <χ _E <χ _A.

3. Arc welding or cutting torch according to claim 1 or 2, characterized in that the heat sink ( 6 ) made of copper, the electrode holder ( 3 ) made of non-ferrous metal, preferably brass, and the outer body ( 5 ) made of stainless steel.

4. Arc welding or cutting torch according to claim 1, characterized in that the burner has gas cooling and the heat sink ( 6 ) is flowed through by the protective gas and / or and that for the thermal conductivity χ _{K of} the material of the heat sink ( 6 ), the Thermal conductivity χ _{A of} the material of the outer body ( 5 ) and the thermal conductivity χ _{E of} the material of the electrode holder ( 3 ) apply χ _K <χ _A <χ _E.

5. Arc welding or cutting torch according to claim 4, characterized in that the heat sink ( 6 ) made of copper, the outer body ( 5 ) made of non-ferrous metal, preferably brass, and the electrode holder ( 3 ) made of stainless steel.

6. Arc welding or cutting torch according to claim 1, characterized in that the torch has a gas cooling and the heat sink ( 6 ) and the outer body ( 5 ) are integrally formed and that for the thermal conductivity χ _{K / A of} the material of cooling and Outer body ( 5 , 6 ) and the thermal conductivity χ _{E of} the material of the electrode holder ( 3 ) applies χ _{K / A} <χ _E.

7. arc welding or cutting torch according to claim 6, characterized in that the heat sink ( 6 ) and outer body ( 5 ) made of non-ferrous metal, preferably brass, and the electrode holder made of stainless steel.

8. Arc welding or cutting torch according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling body ( 5 ) preferably has radially outwardly facing and / or axial ribs ( 12 ) or projections.

9. Arc welding or cutting torch according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 6 ) adjoins in the longitudinal direction of the torch successively arranged circulation channels ( 7 ) for the cooling medium.

10. Arc welding or cutting torch according to claim 9, characterized in that the circulation channels ( 7 ) between the heat sink ( 6 ) and outer body ( 5 ), preferably by means of radially outwardly projecting and adjacent to the outer body ( 5 ) ribs ( 11 ) or Webs are formed.

11. Arc welding or cutting torch according to claim 10, characterized in that the circulation channels ( 7 ) are arranged in flow connection with one another via openings ( 24 ) offset in the circumferential direction.

12. Arc welding or cutting torch according to claim 10 or 11, characterized in that the circulation channels ( 7 ) extend spirally along the torch axis.

13. Arc welding or cutting torch according to one of claims 9 to 12, characterized by a feed, preferably a guide channel ( 25 ), for the supply of coolant in the circulation channels ( 7 ) in the region of the contact point between the electrode holder ( 3 ) and the welding electrode ( 4 ) and through a return line ( 8 ) that leads the coolant towards the rear of the burner.

14. Arc welding or cutting torch according to one of claims 1 to 3 or 8, characterized by a storage space ( 22 ) into which the coolant flows on the inlet side and from there in the direction of the front part of the torch into a cooling chamber ( 23 ) which communicates with the return line ( 8 ) is connected.

15. Arc welding or cutting torch according to one of claims 9 to 12, characterized in that the gas-cooled heat sink ( 6 ) is arranged concentrically with the electrode holder ( 3 ) and is in flow connection with the most important circulation channel ( 7 ) with respect to the gas nozzle ( 9 ) has annular outlet opening ( 10 ) for the protective gas.

16. Arc welding or cutting torch according to one of the preceding claims, characterized in that the outer body ( 5 ), the heat sink ( 6 ) and / or the electrode holder ( 3 ) are designed as pressed parts.