Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung eines

Lichtbogenschweißgeräts umfassend eine Richtapparatur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

WIG-Schweißen ist als eine Variante des Schmelzschweißens mit magnetisch geführtem Lichtbogen bekannt. Die Funktionsweise eines Lichtbogenschweißgerätes ist an sich bekannt und wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Fachwissen vorausgesetzt. Da ein Lichtbogen über ein Eigenmagnetfeld verfügt, ist es möglich den Lichtbogen durch ein äußeres Magnetfeld abzulenken und auszurichten.

Fig. 5-7 offenbaren eine Variante einer Richtapparatur nach dem Stand der Technik zur Ausrichtung eines Lichtbogens im Rahmen eines magnetisch geführten Lichtbogen-Schweißvorgangs. Der Lichtbogen wird innerhalb einer rohrförmigen Öffnung generiert und tritt aus der Öffnung in Richtung eines zu verschweißenden Werkstücks aus. Aus dem Gehäuse der Richtapparatur stehen vier Polschuhe hervor, welche ein äußeres Magnetfeld im Bereich des Lichtbogens positionieren. Generiert wird das Magnetfeld durch vier Elektromagnete bzw. Magnetspulen, welche symmetrisch um die Öffnung herum angeordnet sind und in den Fig. 5-7 verdeckt durch das Gehäuse der Richtapparatur sind. Das Magnetfeld wird sodann jeweils an einem oder mehrere Polschuhe übertragen, welche, je nach Stärke des jeweiligen Magnetfeldes, den Lichtbogen mehr in die eine oder andere Richtung auslenken.

Wie aus Fig. 5-7 deutlich zu erkennen, entwickelt das Schweißgerät bei vielen Anwendungen eine große Flitze, so dass es gekühlt werden muss. Die erforderliche Kühlung nimmt Bauraum ein, welche einer Miniaturisierung der Richtapparatur und letztendlich auch einer Beweglichkeit der Richtapparatur und des Schweißkopfes entgegenwirken.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Richtapparatur des Schweißgeräts zu miniaturisieren, so dass eine größere Beweglichkeit der Vorrichtung erreicht werden kann.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Eine erfindungsgemäße Verwendung betrifft ein Lichtbogenschweißgerät umfassend eine Richtapparatur zur Ausrichtung eines Lichtbogens des Lichtbogen-Schweißgeräts zum WIG-schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen mit i einer Haltevorrichtung mit einer Öffnung zur Aufnahme eines Schweißkopfes des Lichtbogen-Schweißgerätes; ii einer oder mehreren Magnetspulen zur Ausbildung eines Magnetfeldes zur Auslenkung eines von einem Lichtbogen- Schweißgerät in der Öffnung generierten Lichtbogen; und iii zumindest zwei gebogenen Polschuhe umfassend zumindest zwei Schenkel zur Fokussierung des Magnetfeldes; wobei das Lichtbogenschweißgerät zum Verschweißen von Prozessanschlüssen an Rohrleitungen mit geringem Durchmesser von kleiner oder gleich DN4 kühlmittelfrei betrieben wird.

Die Rohrleitungen weisen einen geringen Durchmesser von DN4 oder weniger auf. Bei dieser speziellen Anwendung hat sich überraschend gezeigt, dass eine Kühlvorrichtung als Teil des Lichtbogen-Schweißgeräts mit einem in und außerhalb der Richtapparatur verlaufenden Rohrabschnitt mit darin zirkulierenden Kühlmittel nicht notwendig ist.

Somit kann die Kühlvorrichtung entfernt und die Richtapparatur miniaturisiert werden. Weiterhin ermöglicht diese Vereinfachung ein Entfallen von steifen Rohrleitungen so dass, zusätzlich zur Möglichkeit einer Miniaturisierung, eine exaktere Positionierung des Schweißkopfs und der Richtapparatur an den Ort des Schweißens erfolgen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist besonders vorteilhaft für die Beweglichkeit des Schweißgeräts, wenn die die Richtapparatur keine Rohre zum Ableiten der Wärme der Richtapparatur mittels eines Kühlmittels aufweist.

Die Richtapparatur kann vorteilhaft zumindest vier Polschuhe aufweisen, wobei die zweiten Schenkel der Polschuhe derart zueinander ausgerichtet sind, dass ein Polschuh um weniger als jeweils 3 mm zum benachbarten Polschuh beabstandet ist. Dies führt zu einer Fokussierung des Magnetfelds, so dass eine gezieltere

Ablenkung des Lichtbogens erfolgen kann. Aufbauschwierigkeiten, die zum magnetischen Kurzschluss führen können, können vorteilhaft vermieden werden, wenn den Spalt eine bestimmte Größe aufweist. Ein Luftspalt von kleiner als 5 mm zwischen den Polschuhen unter Einhaltung der vorgenannten Randbedingung ist daher besonders bevorzugt.

Ein erster der Schenkel eines jeden Polschuhs kann an der Haltevorrichtung und/oder an der Magnetspule festgelegt sein und ein zweiter der Schenkel ist in einem Winkel von weniger als 130° zum ersten Schenkel ausgerichtet. Durch diese verstärkte Abwinkelung des Polschuhs wird überraschend eine partielle Erhöhung des Maximums des Magnetfelds erreicht, so dass weniger Energie für eine Ablenkung des Lichtbogens benötigt wird, wodurch weniger Wärme durch die Magnetspulen erzeugt wird.

Die Magnetspule, insbesondere jede der Magnetspulen, können vorteilhaft jeweils einen Spulenkörper, insbesondere einen Kunststoffkörper, umfassen, um welchen ein gewickelter Draht, vorzugsweise mit zumindest 450 Windungen, angeordnet ist. Die Magnetspule kann einen Spulenkern aufweisen, welcher innerhalb des Spulenkörpers angeordnet ist.

Die Haltevorrichtung kann vorteilhaft röhrenförmig ausgebildet sein und an jedem Ende jeweils eine Ringscheibe aufweisen, wobei zumindest eine erste der Ringscheiben magnetisierbar ist und eine zweite der Ringscheiben zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses nicht-magnetisierbar ist und Ausnehmungen zur teilweise formschlüssigen Halterung der Polschuhe aufweist.

Die Ringscheibe kann vorzugsweise ungekühlt ausgebildet sein.

Der Schweißvorgang kann vorteilhaft zur Vermeidung von größerer Wärmeentwicklung weniger als 4 Sekunden, vorzugsweise sogar weniger als 3 Sekunden, betragen.

Die Bauteile der Richtapparatur, insbesondere die Magnetspulen und Polschuhe, sind vorteilhaft derart ausgebildet sind, dass der Lichtbogens während des Schweißvorgangs zumindest um bis zu 45 Grad gegenüber dem geraden Verlauf ablenkbar ist.

Die Steuerung der Magnetspulen durch den Spulenstrom während des Schweißens kann derart erfolgen, dass die Erwärmung weniger als 0,5°C/sec beträgt. Eine entsprechende Wärmeentwicklung kann bei baulicher Konzipierung der Richtapparatur durch ein Simulationsprogramm ermittelt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und in Gegenüberstellung mit einem Stand der Technik näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines Spulenkerns;

Fig. 2 eine Darstellung einer im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Magnetspule;

Fig. 3 eine Darstellung eines im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Polschuhs;

Fig. 4 eine Messung der Magnetfeldverteilung in axialer Länge der Richtapparatur;

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Teils eines Lichtbogenschweißgeräts nach dem Stand der Technik;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer Richtapparatur des Lichtbogenschweißgeräts der Fig. 5 zur Ausrichtung eines Lichtbogens;

Fig. 7 eine Ansicht eines Lichtbogenschweißvorgangs mittels des Lichtbogenschweißgeräts nach Fig. 5 und 6; und

Fig. 8 eine Messung der Magnetfeldverteilung in axialer Länge der Richtapparatur des Lichtbogenschweißgerätes der Fig. 5-7.

Fig. 5-7 zeigt eine Ausführungsvariante eines an sich bekannten Lichtbogenschweißgerätes 101. Es handelt sich um ein Lichtbogenschweißgerät zum WIG-Schweißen, also Schmelzschweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen, gemäß EN ISO 4063: 2011 03 Hauptgruppe 14, Untergruppe 142, ohne Schweißzusatz.

Mit dem Verfahren werden u.a. Hohlprofile miteinander verschweißt. So können z.B. Rohre von Durchflussmessgeräten mit Flanschen oder anderen Prozessanschlüssen versehen werden. Dabei wird ein Lichtbogen zwischen den Fügeteilflächen gezündet und in einem Magnetfeld zur Bewegung entlang der Fügeteilkanten veranlasst.

Der elektrische Lichtbogen wird zwischen dem Werkstück und einer Elektrode aus Wolfram erzeugt. Im Gegensatz zu anderen Lichtbogenverfahren schmilzt die beim WIG-Schweißen verwendete Elektrode aufgrund des hohen Schmelzpunktes von Wolfram nicht ab. Der Zusatzwerkstoff wird in Form von Drähten oder Stäben in den Lichtbogen gehalten und so geschmolzen. Es ist allerdings auch ein Schweißen ohne Zusatzwerkstoff möglich. Außerdem schmilzt der Lichtbogen wie bei allen Lichtbogenverfahren den Grundwerkstoff. Damit die Schmelze nicht mit der Umgebungsluft reagiert, werden Schutzgase verwendet, die inert sind, also keine chemischen Reaktionen mit den beteiligten Werkstoffen eingehen. Häufig handelt es sich um Argon oder Helium. Mit dem WIG- Schweißen sind besonders hohe Nahtqualitäten zu erreichen, es ist aber etwas langsamer als das verwandte Metall-Inertgas-Schweißen (mit abschmelzender Drahtelektrode).

Das Lichtbogenschweißgerät 101 der Fig. 5-7 weist einen stabförmigen Brenner bzw. Schweißkopf 102 mit einer Längsachse B auf, welcher zum Erzeugen und der Versorgung eines Lichtbogens dient. Der Schweißkopf 102 ist bereichsweise von einer Richtapparatur 103 eingefasst, welche im Wesentlichen konzentrisch um den Schweißkopf herum angeordnet ist. Die Richtapparatur 103 umfasst eine zentrale röhrenartige Öffnung 104 mit einer Längsachse A zum Einführen des Schweißkopfes 102 in die Richtapparatur. Um die Öffnung 104 herum sind umfangsverteilt mit gleichem radialen Abstand zur Längsachse A mehrere Elektromagnete 105 angeordnet, zum Aufbau eines externen radialen Magnetfelds. Die Längsachsen A und B liegen dabei aufeinander. Durch die Wechselwirkungen des Eigenmagnetfelds des Lichtbogens mit dem durch die Elektromagnete erzeugten externen radialen Magnetfeld senkrecht zur Lichtbogenstromrichtung wird eine Lorenzkraft erzeugt. Diese Lorenzkraft ermöglicht eine Führung des Lichtbogens z.B. entlang der Fügekanten eines zu verschweißenden Hohlprofils.

Die Elektromagnete 105 sind als Magnetspulen mit Magnetkernen ausgebildet.

Die Magnetkerne sind an einer Haltevorrichtung 120 angeordnet und mit Polschuhen 106, zur Ausrichtung des Magnetfeldes, verbunden. Die Haltevorrichtung 120 kann als ein röhrenförmiger Kunststoffkörper mit endständigen metallischen magnetisierbaren Ringscheiben 121 ausgebildet sein. Eine der Ringscheiben 121 weist Ausnehmungen 122 zur bereichsweisen Aufnahme und/oder Positionierung der Polschuhe 106 auf. Durch Ansteuerung der Elektromagnete 105 und durch die anschließende Leitung des Magnetfeldes durch die Polschuhe 106 kann der durch den Schweißkopf geformte Lichtbogen auf eine Kreisbahn abgelenkt werden. Weiterhin weist die Richtapparatur 103 eine Kühlungszu- und ableitung 107 und 108 als Teil eines Kühlsystems 109 auf, um die Wärme des Schweißkopfes abzuleiten.

Fig. 7 zeigt weitere Bauteile des Lichtbogenschweißgeräts 101 umfassend eine Stromquelle 110, ein Schutzgaszuleitung 111 und ein Kontrolleinheit 112, sowie weitere Leitungen, insbesondere eine Stromleitung 113, eine Erdungsleitung 114, eine Signalübertragungsleitung 115.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm einer magnetischen Feldstärke im Bereich der Lichtbogenzone 116. Diese weist bei 1A Betriebs-Stromstärke einen Wert von 110 G. Entsprechend gering ist die Auslenkung des Lichtbogens durch die Richtapparatur 103 des Lichtbogenschweißgerätes 101.

Die in Fig. 5-7 dargestellte Richtapparatur 103 des Lichtbogenschweißgeräts wurde um die in Fig. 1-3 dargestellten Bauteile abgeändert. Diese Bauteile werden in der Richtapparatur 103 eingesetzt, wodurch die welche ansonsten unverändert genutzt wird.

Fig. 5 zeigt einen Spulenkernl umfassend eine Mehrzahl an Leitblechen, welche zu dem Spulenkern 1 zusammengefasst sind. Als Kernmaterial kann vorzugsweise Metall mit der Werkstoffnummer 1.0122 und/oder 1.0038 eingesetzt werden. Die Länge des Spulenkerns beträgt zumindest 10 cm.

Fig. 2 zeigt eine Magnetspule 2 umfassend den Spulenkern 1 zum Einsatz in der Richtapparatur 103. Bei der Magnetspule des Standes der Technik wurde ein Draht 3 um einen papierumwickelten Kern eingesetzt. Im Unterschied dazu weist die Magnetspule 2 der erfindungsgemäßen Richtapparatur nunmehr einen Spulenkörper 4 aus Kunststoff auf. Auf den Spulenkörper wurde ein Draht mit zumindest 500 Umdrehungen gewickelt. Dadurch kann die Spule 2 und der Spulenkern 1 getrennt voneinander ausgetauscht werden, was einen deutlichen Montagevorteil beinhaltet. Besonders bevorzugt kann der Spulenkörper aus Polyoxymethylen (POM) aufgebaut sein, welcher aufgrund seiner mechanischen Stabilität bei gleichzeitiger Temperaturwechselbeständigkeit gut für die Anwendung geeignet ist. Zur besseren Wärmeausbildung ist der Spulendraht 3 mit einem textilen Hochtemperaturklebeband umwickelt. Der Drahtdurchmesser beträgt zwischen 0.2 bis 0.6 mm.

Wie sich aus Fig. 5-7 ergibt, sind in der Richtapparatur 103 des Standes der Technik insgesamt vier Polschuhe und somit auch vier Magnetspulen vorgesehen. Bei der erfindungsgemäßen Richtapparatur sind ebenfalls vier Magnetspulen 2 vorgesehen, welche diametral entlang eines rohrförmigen Kunststoffkörpers angeordnet sind, welcher die Öffnung zum Einführen des Schweißkopfes umfasst. Der rohrförmige Kunststoffkörper ist endständig mit zwei Ringscheiben versehen, wobei eine dieser Ringscheiben zur Halterung des Spulenkerne 1 und der Polschule 5 vorgesehen ist.

Um eine Verschweißung kleiner Rohre zu ermöglichen, wurde ein spezieller Polschuh 5 entwickelt, welcher um einen Winkel a weniger als 130°, vorzugsweise um 115-125°, insbesondere um 120°, gegenüber einer linearen Ausrichtung unter Ausbildung zweier Schenkel 8 und 9 gebogen ist. Dieser ist in Fig. 3 dargestellt.

Der Polschuh 5 der Fig. 3 weist zunächst einen ersten Abschnitt 6 mit einem parallelen Verlauf zur Längsachse B des Schweißkopfes 102 bzw. der Öffnung 104 auf.

Der Polschuh 5 weist Innerhalb des Abschnitts 6 einen Kontaktbereich 7 auf, mit welchem er auf einer Halterung der Richtapparatur 103 aufliegt. Anders als im Stand der Technik ist der gesamte erste Abschnitt allerdings zumindest 1 ,2 fach, insbesondere jedoch 1,3 bis 2-fach so lang wie der Kontaktbereich 7. Die Dicke des Polschuhs beträgt 5 mm. Die Breite des Polschuhs ist einheitlich über seine gesamte Länge. Dadurch wird ein Verlust an Magnetfeld minimiert.

Vorteilhaft entspricht die Länge der Schenkel 8 und 9 des Polschuhs 1 ,2:1 bis

1 :1 ,2.

Überraschend konnte durch die vorgenannten baulichen Änderungen eine erhebliche und unerwartete Fokussierung des Magnetfelds im Bereich des Lichtbogens erreicht werden. Fig. 3 zeigt die Ausbildung des Magnetfelds auf 160 G bei 1A Betriebs-Stromstärke, wodurch eine stärkere Ausrichtung des Lichtbogens erreicht werden kann. Es versteht sich, dass es durch die Fokussierung des Magnetfeldes auch möglich ist eine gleiche Ablenkung des Lichtbogens wie in Fig. 5-8 bei geringerer Betriebsstromstärke zu erreichen als dies beim Stand der Technik der Fig. 5-8 bei 1 A Betriebsstromstärke erfolgt.

Im Ergebnis erfolgt u.a. eine geringere Erwärmung der Elektromagnete, wodurch eine Wasserkühlung der Richtapparatur vorteilhaft entfallen kann. Hierdurch kann die Richtapparatur zusätzlich miniaturisiert werden. Die Steuerung der Ausrichtung des Magnetfeldes und damit auch des

Lichtbogens kann über den jeweiligen Spulenstrom der Elektromagnete erfolgen. Während allerdings im Stand der Technik der Fig. 5-8 lediglich die Spulen paarweise gekoppelt sind, erfolgt beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine individuelle Ansteuerung der jeweiligen Spule. Im Stand der Technik war es daher lediglich möglich kreisförmige oder elliptische Schweißbahnen zu bilden, während bei der individuellen Ansteuerung auch komplexere Schweißbahnen ausgebildet werden können. Anstelle der Kontrolleinheit 113 kann ein Drehpotentiometer vorgesehen sein, welcher eine individuelle Ansteuerung mit individueller Stromquelle der jeweiligen Magnetspule 2 erlaubt.

Bezugszeichen

1 Spulenkern

2 Magnetspule

3 Spulendraht

4 Spulenkörper

5 Polschuh

6 Abschnitt

7 Kontaktbereich

8 Erster Schenkel

9 Zweiter Schenkel

101 Lichtbogenschweißgerät

102 Schweißkopf / Brenner

103 Richtapparatur

104 Öffnung

105 Elektromagnete

106 Polschuhe

107 Kühlungszuleitung

108 Kühlungsableitung

109 Kühlsystem

110 Stromquelle

111 Schutzgaszuleitung

112 Kontrolleinheit

113 Strom leitung

114 Erdungsleitung

115 Signalübertragungsleitung

116 Lichtbogenzone

120 Haltevorrichtung

121 Ringscheibe

122 Ausnehmungen