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Patent Searching and Data


Title:
CARRIER GAS NOZZLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/234329
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a carrier gas nozzle (1) for the application of a protective gas (G) to a welding area (S), comprising a housing (2), a device (3) for securing to a welding torch (B), an inlet (4) for the protective gas (G), at least one gas distribution chamber (5) and a plurality of parallel gas channels (6) having openings (7), via which the protective gas (G) flows onto the welding area (B). In order to create a carrier gas nozzle (1) of this type, which provides an optimum protective effect in the welding area (S) and which can be produced as simply as possible, each gas channel (6) has a height (hK) corresponding to at least six times the hydraulic diameter (dh) of the gas channel (6).

Inventors:
SCHÜTZENBERGER ANDREAS (AT)
LUGMAYR ANDREAS (AT)
HAUSER PATRICK (AT)
Application Number:
EP2020/064018
Publication Date:
November 26, 2020
Filing Date:
May 20, 2020
Export Citation:
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Assignee:
FRONIUS INT GMBH (AT)
International Classes:
B23K9/32; B23K26/14
Foreign References:
DE102016220509A12018-04-19
US4599505A1986-07-08
CN108608094A2018-10-02
GB992906A1965-05-26
US3125666A1964-03-17
US20180064367A12018-03-08
US20110315611A12011-12-29
US4384792A1983-05-24
US4599505A1986-07-08
DE102016220509A12018-04-19
CN108608094A2018-10-02
GB992906A1965-05-26
Attorney, Agent or Firm:
SONN & PARTNER PATENTANWÄLTE (AT)
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Claims:
Patentansprüche :

1. Schleppgasdüse (1) zur Beaufschlagung eines Schweißbereichs

(5) mit einem Schutzgas (G) , mit einem Gehäuse (2), einer Ein richtung (3) zur Befestigung an einem Schweißbrenner (B) , einem Einlass (4) für das Schutzgas (G) , zumindest einem Gasverteil raum (5) und einer Vielzahl an parallel angeordneten Gaskanälen

(6) mit Öffnungen (7), über welche das Schutzgas (G) auf den Schweißbereich (B) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gaskanal (6) eine Höhe (hK) aufweist, welche zumindest dem Sechs fachen des hydraulischen Durchmessers (dh) des Gaskanals (6) ent spricht .

2. Schleppgasdüse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (6) über Löcher (8) mit dem zumindest einen Gasverteilraum (5) verbunden sind.

3. Schleppgasdüse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (8) einen Durchmesser (dB) zwischen 0,2 mm und 5 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 1 mm, aufweisen.

4. Schleppgasdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Gaskanälen (6) Diffusoren (10) zur Verteilung der Strömung des Schutzgases (G) angeordnet sind, welche Diffusoren (10) in einem Teil des Querschnitts (AK) der Gaskanäle (6) angeordnet sind.

5. Schleppgasdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (3) zur Befestigung an ei nem Schweißbrenner (B) schwenkbar ist.

6. Schleppgasdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) zumindest ein Kühlkanal (11) zwischen einem Kühlmitteleinlass (12) und einem Kühlmittelaus lass (13) angeordnet ist.

7. Schleppgasdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2), der Einlass (4) für das Schutzgas (G) , der zumindest eine Gasverteilraum (5), die Gaska näle (6), allenfalls die Diffusoren (10) und allenfalls der Kühlkanal (11) einteilig und vorzugsweise in einem 3D-Druckver- fahren hergestellt sind.

8. Schleppgasdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2), der Einlass (4) für das Schutzgas (G) , der zumindest eine Gasverteilraum (5), die Gaska näle (6), allenfalls die Diffusoren (10) und allenfalls der Kühlkanal (11) aus einer Aluminium-Legierung hergestellt sind.

9. Schleppgasdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (6) quadratischen oder sechseckigen Querschnitt (AK) aufweisen.

10. Schleppgasdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Wesentlichen rechteckige Grundfläche aufweist und die Einrichtung (3) zur Befestigung des Schweißbrenners (B) an einer Breitseite des rechteckigen Gehäu ses (2) angeordnet ist.

11. Schleppgasdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Wesentlichen runde oder kreissektorförmige Grundfläche aufweist und die Einrichtung (3) zur Befestigung des Schweißbrenners (B) im Wesentlichen in der Mitte des Gehäuses (2) angeordnet ist.

12. Schleppgasdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7) aller Gaskanäle (6) in einer Ebene angeordnet sind.

13. Schleppgasdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (7) aller Gaskanäle (6) auf einer gekrümmten Fläche angeordnet sind.

Description:
Schleppqasdüse

Die Erfindung betrifft eine Schleppgasdüse zur Beaufschlagung eines Schweißbereichs mit einem Schutzgas, mit einem Gehäuse, einer Einrichtung zur Befestigung an einem Schweißbrenner, einem Einlass für das Schutzgas, zumindest einem Gasverteilraum und einer Vielzahl an parallel angeordneten Gaskanälen mit Öffnun gen, über welche das Schutzgas auf den Schweißbereich strömt.

Bei den meisten Schweißverfahren wird zur Erhöhung der Stabili tät des Schweißprozesses ein Schutzgas verwendet, welches über die Gasdüse zum Schutz des Lichtbogens zugeführt wird. Dieses Schutzgas wird auch als primäres Schutzgas bezeichnet. Zum Schutz der nachlaufenden Schmelze vor Luftzutritt werden teil weise Schleppgasdüsen der gegenständlichen Art verwendet, über die zusätzlich Schutzgas über den Schweißbereich strömt, um eine Reaktion des geschmolzenen Materials mit dem Sauerstoff in der umgebenden Luft zu verhindern und die Schweißqualität zu verbes sern. Bei derartigen Schleppgasdüsen angewendetes Schutzgas wird auch als sekundäres Schutzgas bezeichnet. Speziell bei einer Be arbeitung von Werkstücken aus legierten Stählen, Aluminiumlegie rungen oder Titan, etc. ist die Anwendung eines sekundären Schutzgases für die Erzielung guter Schweißergebnisse erforder lich, da derartige Materialien stark mit Sauerstoff reagieren. Beispielsweise reagiert Titan bei Temperaturen bis 300°C mit Sauerstoff, weshalb hier eine Schutzatmosphäre erforderlich ist. Sowohl als primäres als auch als sekundäres Schutzgas kommt bei spielsweise Argon zur Anwendung.

Bei kleineren Bauteilen aus den oben genannten Materialien kann der Schweißprozess auch in Gaskammern vorgenommen werden, um die Schweißnaht oder den Schweißbereich (beispielsweise beim Auf tragsschweißen und beim sogenannten Wire Are Additive Manufactu ring WAAM) vor Luftzutritt und Oxidation zu schützen. Das Schweißen in einer Gaskammer ist allerdings sehr aufwendig und auch mit einem sehr hohen Verbrauch an Schutzgas verbunden. Dar über hinaus ist das Schweißen größerer Werkstücke, wie zum Bei spiel von Flugzeug-Komponenten, in Gaskammern nicht möglich bzw. mit einem sehr großen Aufwand verbunden. Über Schleppgasdüsen wird das sekundäre Schutzgas in geeigneter Weise auf den nachlaufenden Schweißbereich aufgebracht, bis das Werkstück bzw. der Schweißbereich unterhalb der kritischen Tem peratur, bei welcher eine Reaktion des jeweiligen Materials mit Sauerstoff stattfindet, abgekühlt ist. Für eine gleichmäßige An strömung des Werkstücks mit dem Schutzgas werden Schleppgasdüsen mit beispielsweise porösen Materialien, wie Schäumen, Sinter werkstoffen oder Gassieben verwendet. Derartige Systeme sind durch lange Spülzeiten und hohen Gasverbrauch gekennzeichnet, zudem können die porösen Materialien keinen ausreichend erfor derlichen Gasschutz erzeugen. Ruß und/oder Schweißspritzer set zen den porösen Materialien zu und verhindern damit den Einsatz bei verschiedenen Schweißprozessen. Oft werden auch Schleppgas düsen eingesetzt, welche durch ein oder mehrere hintereinander angeordneter Gasröhrchen den Schweißbereich mit zusätzlichem Schutzgas versorgen.

Die Schleppgasdüse gemäß der US 4,599,505 A beinhaltet eine po röse Struktur für eine gute Verteilung des Schutzgases über den Schweißbereich. Die relativ kleinen Öffnungen an der Unterseite der Schleppgasdüse werden jedoch durch Verschmutzungen relativ leicht verlegt, wodurch keine gleichmäßige Gasströmung erzielt werden kann.

Die DE 10 2016 220 509 Al beschreibt eine Schleppgasdüse der ge genständlichen Art, wobei das Schutzgas über einen Gasverteil raum über eine Vielzahl an parallel angeordneten Gaskanälen auf den zu schützenden Schweißbereich strömt. In den relativ kurzen Gaskanälen treten Turbulenzen in der Strömung des Schutzgases auf, welche keine optimale und gleichmäßige Verteilung des Schutzgases über den zu schützenden Schweißbereich bei gleich zeitig möglichst geringem Schutzgasverbrauch zulassen.

Die CN 108608094 A beschreibt eine Schleppgasdüse, bei der das Schutzgas über Einlässe in eine Dekompressionskammer gelangt und nach einem Sieb mit unregelmäßig angeordneten Löchern in einer Kammer mündet. Die Kammer wird durch ein schräg verlaufendes Ab leitblech begrenzt, wodurch der Querschnitt zur Mündung hin grö ßer wird. Durch die Kammer kann keine gleichmäßige Gasströmung an der Mündung der Schleppgasdüse erzielt und können Verwirbe- lungen nicht verhindert werden.

Die GB 992 906 A beschreibt eine Schutzgasdüse zur Verwendung beim Schweißen, wobei über das Schutzgas über zwei Zuleitungen in Kanäle geströmt wird, welche durch gewellt angeordnete Lamel len gebildet werden. Dadurch kann ein Schutzgasvorhang um die Schweißstelle und hinter der Schweißstelle gebildet werden, der die Schweißnaht vor Oxidation schützt. Über die geometrischen Verhältnisse der Gaskanäle werden keine Angaben gemacht. Auch ist die Konstruktion sehr aufwändig und komplex.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer oben genannten Schleppgasdüse, welche eine optimale und gleichmäßige Verteilung des Schutzgases über den zu schützenden Schweißbereich bei gleichzeitig möglichst geringem Verbrauch an Schutzgas ermöglicht. Die Herstellung der Schleppgasdüse soll möglichst einfach und kostengünstig möglich sein. Nachteile be kannter Schleppgasdüsen sollen vermieden oder zumindest redu ziert werden.

Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch, dass jeder Gaskanal eine Höhe aufweist, welche zumindest dem Sechsfachen des hydraulischen Durchmessers des Gaskanals entspricht. Beim hydraulischen Durchmesser handelt es sich um eine Größe, die zur Berechnung des Druckverlusts und Durchsatzes in Kanälen herange zogen werden kann, wenn der Querschnitt des Kanals von der Kreisform abweicht. Dadurch, dass die Gaskanäle der gegenständ lichen Schleppgasdüse im Verhältnis zu ihrem Querschnitt lang genug sind, wird eine optimale Strömung und Schutzgasverteilung erzielt und eine Laminarisierung der Schutzgasströmung innerhalb der Gaskanäle bei gleichzeitig relativ geringem Verbrauch an Schutzgas erreicht. Somit wird der von der Schleppgasdüse abge deckte Schweißbereich optimal vor Luftzutritt geschützt und es resultiert eine Schweißnaht bzw. eine Werkstückoberfläche mit optimalen Eigenschaften und höchster Qualität. Durch eine opti mal gestaltete Schleppgasdüse, können Schweißverfahren, welche bisher in Gaskammern ausgeführt werden mussten, auch außerhalb einer solchen stattfinden. Dadurch resultiert eine höhere Flexi bilität und es eröffnen sich neue Anwendungsmöglichkeiten. Dar über hinaus können die Fertigungskosten auch durch den niedrigeren Verbrauch an sekundärem Schutzgas erheblich gesenkt werden. Dadurch, dass eine gleichmäßige Schutzgasströmung er zielt wird, kann auf zusätzliche verschleißende Einrichtungen, wie Siebe, Lippen oder Vorhänge, welche den zu schützenden Schweißbereich abschirmen sollen, verzichtet werden, wodurch keine Wartungsarbeiten an der Schleppgasdüse anfallen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Gaskanäle über Löcher mit dem zumindest einen Gasverteilraum verbunden. Durch derartige Löcher werden also die Gaskanäle mit dem Gasver teilraum oder den Gasverteilräumen optimal verbunden und eine gleichmäßige Verteilung des Schutzgases in allen Gaskanälen er zielt. Die Löcher weisen vorzugsweise aber nicht gezwungenerma ßen runden Querschnitt auf. Beispielsweise kann die Gasverteilung auch nach einem Stufenkonzept erfolgen, indem das Schutzgas über den Einlass in einen ersten Gasverteilraum ge langt und über entsprechende Löcher bzw. Verbindungsbohrungen in einen zweiten Gasverteilraum weitergeleitet wird, bevor das Schutzgas über entsprechende Löcher auf alle Gaskanäle aufge teilt wird. Durch eine derartige Kaskadierung resultiert eine optimale und gleichmäßige Aufteilung des Schutzgases auf alle Gaskanäle. Die Anzahl der Stufen bzw. Gasverteilräume hängt vom hydraulischen Durchmesser der Gaskanäle, der Länge der Gaskanäle und der Anzahl an Einlässen für das Schutzgas ab.

Die Löcher zur Verbindung der Gaskanäle mit dem zumindest einen Gasverteilraum weisen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 5 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 1 mm, auf. Derartige Werte stellen einen optimalen Kompromiss zwischen ge ringem Schutzgasverbrauch und optimaler Gasverteilung dar.

Wenn in den Gaskanälen Diffusoren zur Verteilung der Strömung des Schutzgases angeordnet sind, welche Diffusoren in einem Teil des Querschnitts des Gaskanals angeordnet sind, kann eine beson ders gleichmäßige Verteilung des Schutzgases auf alle Gaskanäle und somit eine optimale Anströmung des zu schützenden Schweißbe reichs erzielt werden. Ein derartiger Diffusor sorgt dafür, dass die hohe kinetische Energie des Schutzgases, welche durch die Löcher verursacht wird, reduziert wird, indem die Strömung im Diffusor entsprechend abgelenkt wird. Beispielsweise prallt die Gasströmung in einem Diffusor an eine Wand und wird seitlich durch entsprechende Schlitze in die Gaskanäle abgelenkt. Durch die Umlenkung der Gasströmung wird die kinetische Energie abge baut und die Strömung wird turbulent durchmischt und somit bes ser auf den Querschnitt der Gaskanäle aufgeteilt. In den parallelen Gaskanälen wird die turbulente Strömung laminari- siert, bevor ein gleichmäßiger Gasstrom über die Öffnungen der Gaskanäle auf den zu schützenden Schweißbereich auftrifft. Durch einen derartigen Diffusor kann auch die Anzahl der notwendigen Löcher zur Verbindung des Gasverteilraums mit den Gaskanälen re duziert werden. Dadurch verringert sich die durchströmte Gesamt fläche der Löcher und es entsteht im Gasverteilraum ein höherer Gegendruck, was eine noch gleichmäßigere Verteilung des Schutz gases auf alle Löcher bewirkt.

Wenn die Einrichtung zur Befestigung der Schleppgasdüse an einem Schweißbrenner schwenkbar ist, kann die Schleppgasdüse bei Nichtbenutzung einfach weggeschwenkt werden oder eine schnelle Anpassung der Lage der Schleppgasdüse in Bezug auf den Schweiß bereich bzw. das Werkstück vorgenommen werden. Zur raschen Fi xierung der Schleppgasdüse in Bezug auf den Schweißbrenner können entsprechende Fixierungselemente vorgesehen sein, welche insbesondere eine werkzeuglose manuelle Fixierung und Lösung er lauben .

Wenn im Gehäuse zumindest ein Kühlkanal zwischen einem Kühlmit teleinlass und einem Kühlmittelauslass angeordnet ist, kann eine wirkungsvolle Kühlung der Schleppgasdüse mit entsprechenden Kühlmedien, insbesondere Kühlwasser, vorgenommen werden.

Vorzugsweise sind das Gehäuse der Schleppgasdüse, der Einlass für das Schutzgas, der zumindest eine Gasverteilraum, die Gaska näle, allenfalls die Diffusoren und allenfalls der Kühlkanal einteilig und vorzugsweise in einem 3D-Druckverfahren herge stellt. Dadurch kann die Schleppgasdüse rasch und kostengünstig hergestellt werden.

Das Gehäuse, der Einlass für das Schutzgas, der zumindest eine Gasverteilraum, die Gaskanäle, allenfalls die Diffusoren und al lenfalls der Kühlkanal können beispielsweise aus einer Alumini- um-Legierung hergestellt sein. Auch Kupfer oder eine Kupfer-Le gierungen eignet sich zur Herstellung der Schleppgasdüse.

Die Gaskanäle der Schleppgasdüse weisen vorzugsweise quadrati schen oder sechseckigen Querschnitt auf. Durch eine solche Ge staltung folgt eine regelmäßige Wandstärke zwischen den Gaskanälen, was zu einer gleichmäßigen Wärmeabfuhr führt und herstellungsmäßig Vorteile bietet.

Das Gehäuse der Schleppgasdüse kann im Wesentlichen rechteckige Grundfläche aufweisen, wobei die Einrichtung zur Befestigung des Schweißbrenners an einer Breitseite des rechteckigen Gehäuses angeordnet ist. Diese Variante bietet insbesondere zum Schutz von im Wesentlichen geraden Schweißnähten Vorteile.

Alternativ dazu kann das Gehäuse der Schleppgasdüse auch im We sentlichen runde oder kreissektorförmige Grundfläche aufweisen und die Einrichtung zur Befestigung des Schweißbrenners im We sentlichen in der Mitte des Gehäuses angeordnet sein. Diese Aus führungsvariante ist insbesondere beim Auftragsschweißen (Wire Are Additive Manufacturing WAAM) von Vorteil, da hier ein flä chigerer Schweißbereich vor Luftzutritt geschützt wird.

Die Öffnungen aller Gaskanäle der Schleppgasdüse können in einer Ebene angeordnet sein, was sich für die Anwendung bei im Wesent lichen ebenen Schweißbereichen und Werkstücken besonders eignet.

Wenn die Öffnungen aller Gaskanäle der Schleppgasdüse auf einer gekrümmten Fläche angeordnet sind, kann ein optimaler Schutz des Schweißbereichs auch bei nicht ebenen Werkstücken, beispielswei se Rohren, Formrohren, Kesseln, etc. erzielt werden. Die Krüm mung der Schleppgasdüse wird dabei an die Krümmung des Schweißbereichs bzw. Werkstücks entsprechend angepasst.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnun gen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf eine Ausführungsform ei ner rechteckigen Schleppgasdüse;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Schleppgasdüse gemäß Fig. 1; Fig . 3 einen Schnitt durch die Schleppgasdüse gemäß Fig. 2 ent lang der Schnittlinien III-III;

Fig. 4 einen Schnitt durch die Schleppgasdüse gemäß Fig. 2 ent lang der Schnittlinie IV-IV;

Fig . 5 eine Ansicht auf die Schleppgasdüse mit quadratischem

Querschnitt der Gaskanäle von unten;

Fig . 6 das Detail A aus Fig. 4 in vergrößerter Darstellung zur

Veranschaulichung der Elemente zur Verteilung der Strö mung des Schutzgases in den Gaskanälen; und

Fig . 7 eine Ansicht auf eine runde Schleppgasdüse mit sechsecki gem Querschnitt der Gaskanäle und mit mittig angeordnetem Schweißbrenner von unten.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine Ausführungs- form einer rechteckigen Schleppgasdüse 1 zur Beaufschlagung ei nes Schweißbereichs S mit einem Schutzgas G. Die Schleppgasdüse 1 weist ein Gehäuse 2 und eine Einrichtung 3 zur Befestigung an einem Schweißbrenner B auf. Zur Vornahme einer schnellen Justie rung der Schleppgasdüse 1 in Bezug auf den Schweißbrenner B kann die Einrichtung 3 auch schwenkbar ausgebildet sein, um die Schleppgasdüse 1 aus der Gebrauchslage bringen zu können. Da durch kann beispielsweise in einer Schweißstartphase zur Quali tätskontrolle die Prozessstabilität beurteilt werden. Zur Fixierung der Schleppgasdüse 1 in der jeweiligen Stellung kann ein entsprechendes Fixierelement 14 vorgesehen sein. Während des Schweißprozesses wird der nachlaufende Schweißbereich S von der Schleppgasdüse 1 überdeckt, wodurch der Schweißbereich S vor Luftzutritt geschützt wird, um eine optimale Qualität der Schweißnaht oder der Schweißfläche erzielen zu können. Die Länge der Schleppgasdüse 1 wird dabei so gewählt, dass bei gewünschter Schweißgeschwindigkeit gewährleistet wird, dass der Schweißbe reich S so lange von Schutzgas G umströmt wird, bis die kriti sche Temperatur des Schweißbereichs S, bei der eine Reaktion mit Luftsauerstoff stattfindet, unterschritten ist. Die Schleppgas düse 1 weist weiters einen Einlass 4 für das Schutzgas G, zumin dest einen Gasverteilraum 5 und eine Vielzahl an parallel angeordneten Gaskanälen 6 mit Öffnungen 7, über welche das Schutzgas G auf den Schweißbereich B strömt, auf (siehe Fig. 3) . Anstelle einer rechteckigen Form der Schleppgasdüse 1 in Drauf sicht, kommen auch runde (siehe Fig. 7) oder andere Formen in Frage. Die Schleppgasdüse 1 kann auch einen Kühlkanal 11 (siehe Fig. 3 und 4) beinhalten, der zwischen einem Kühlmitteleinlass 12 und einem Kühlmittelauslass 13 im Gehäuse 2 angeordnet ist.

Vorteilhafterweise ist die Schleppgasdüse 1 einteilig ausgeführt und bevorzugt in einem 3D-Druckverfahren hergestellt. Beispiels weise eignet sich dafür ein Lasersinterverfahren, bei dem das Material, insbesondere eine Aluminiumlegierung pulverförmig vor liegt und durch einen Laser aufgeschmolzen wird. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Schleppgasdüse 1 besonders kostengüns tig hergestellt werden und die Geometrie der einzelnen Elemente lässt sich dadurch leicht anpassen. Sämtliche Elemente der Schleppgasdüse 1, wie das Gehäuse 2, der Einlass 4 für das Schutzgas G, der zumindest eine Gasverteilraum 5, die Gaskanäle 6, allfällige durch Diffusoren 10 gebildete Elemente 9 zur Ver teilung der Strömung des Schutzgases G (siehe Fig. 3, 4 und 6) und allenfalls ein Kühlkanal 11 (siehe Fig. 3 und 4) werden in einem Vorgang hergestellt.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Schleppgasdüse 1 gemäß Fig.

1. Neben dem Einlass 4 für das Schutzgas G befindet sich auch ein Kühlmitteleinlass 12 und ein Kühlmittelauslass 13 am Gehäuse

2, zwischen denen zumindest ein entsprechender Kühlkanal 11 in geeigneter Weise angeordnet ist (siehe Fig. 3 und 4) . Über ein im Kühlkanal 11 geführtes Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, kann die beim Schweißprozess anfallende Wärme rasch abgeführt werden und eine raschere Abkühlung des Schweißbereichs S unter stützt werden.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Schleppgasdüse 1 gemäß Fig. 2 entlang der Schnittlinien III-III. Erfindungsgemäß weist jeder Gaskanal 6 eine Höhe h K auf, welche dem Sechsfachen des hydrauli schen Durchmessers d h des Gaskanals 6 entspricht. Dadurch wird eine optimale laminare Gasströmung bei gleichzeitig geringem Verbrauch an Schutzgas erzielt.

Erfindungsgemäß ist das Verhältnis der Höhe h K des Gaskanals 6 zum hydraulischen Durchmesser d h mindestens sechs. Der hydrauli sche Durchmesser d h ist bei einem quadratischen Querschnitt A K des Gaskanals 6 definiert durch d h = (4.A K )/U K , worin A K den Strö- mungsquerschnitt des Gaskanals 6 und U K den Umfang des Gaskanals 6 bezeichnet. Ein derartiges Verhältnis reicht aus, um die Gass trömung innerhalb den Gaskanälen entsprechend zu beruhigen, so- dass an den Öffnungen 7 der Gaskanäle 6 eine gleichmäßige, laminare Strömung des Schutzgases G resultiert. Entsprechend der jeweiligen Anwendung wird die Größe der Schleppgasdüse 1 und auch die Anzahl n der Gaskanäle 6 gewählt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Schleppgasdüse gemäß den Figuren 1 bis 3 sind die Öffnungen 7 aller Gaskanäle 6 in einer Ebene angeordnet, was sich für eine Anwendung an einem im Wesentlichen ebenen Werkstück besonders eignet. Alternativ dazu können die Öffnungen 7 der Gaskanäle 6 auch auf einer gekrümmten Fläche angeordnet sein. Dadurch kann die Form der Schleppgasdüse

1 an die Form des Werkstücks angepasst werden. Beispielsweise beim Schweißen eines Rohres kann die Schleppgasdüse 1 konkav oder konvex gekrümmt ausgebildet sein, um eine Anpassung an die Außen- oder Innenfläche des Rohres erzielen zu können (nicht dargestellt) . Dadurch wird der Schweißbereich S optimal durch das Schutzgas G geschützt und eine optimale Schweißqualität auch bei heiklen Materialien, wie insbesondere Titan, erzielt.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Schleppgasdüse 1 gemäß Fig.

2 entlang der Schnittlinie IV-IV. Hieraus ist die Verbindung des Einlasses 4 für das Schutzgas G in den Gasverteilraum 5 ersicht lich. Um das vom Einlass 4 einströmende Schutzgas G optimal im Gasverteilerraum 5 verteilen zu können, ist zusätzlich ein durch einen Diffusor 10 gebildetes Element 9 zur Verteilung des Schutzgases G im Gasverteilerraum 5 angeordnet. Der Diffusor 10 lenkt das vertikal einströmende Schutzgas G in horizontale Rich tung um, wodurch eine horizontale Strömung entsteht, wodurch die Verteilung des Schutzgases G im Gasverteilerraum 5 wesentlich verbessert wird. Der Gasverteilraum 5 hat im Wesentlichen drei eckigen Querschnitt, was eine Herstellung in einem 3D-Druckver- fahren unterstützt, da auf sonst allenfalls notwendige Stützstrukturen verzichtet werden kann. Durch den dreieckigen Aufbau des Gasverteilerraums 5 kann zusätzlich ein Kühlkanal 11 angeordnet sein, wobei sich trotzdem noch eine kompakte Baugröße realisieren lässt. Vom Gasverteilraum 5 führen Löcher 8 in die parallelen Gaskanäle 6. Die Löcher 8 weisen bevorzugt einen Durchmesser d B zwischen 0,2 mm und 5 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 1 mm, auf. In den Gaskanälen 6 können durch Diffuso ren 10 gebildete Elemente 9 zur Verteilung der Strömung des Schutzgases G angeordnet sein, welche in einem Teil des Quer schnitts A K des Gaskanals 6 angeordnet sind (siehe Fig. 6) . Wie bereits oben erwähnt, kann die Verteilung des Schutzgases G auch in mehreren Stufen erfolgen, indem das Schutzgas G über den Ein lass 4 in einen ersten Gasverteilraum 5 gelangt und über ent sprechende Löcher 8 in einen zweiten Gasverteilraum oder mehrere zweite Gasverteilräume weitergeleitet wird, bevor das Schutzgas G über entsprechende Löcher auf alle Gaskanäle 6 aufgeteilt wird (nicht dargestellt) . Durch eine derartige Kaskadierung resul tiert eine optimale und gleichmäßige Aufteilung des Schutzgases G auf alle Gaskanäle 6 und somit eine gleichmäßige Strömung des Schutzgases G durch die Öffnungen 7.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht auf die Schleppgasdüse 1 mit quadrati schem Querschnitt A K und Umfang U K der Gaskanäle 6 von unten. Durch eine derartige Gestaltung resultieren zwischen den Gaska nälen gleichmäßige Wandstärken, was Vorteile bei der Herstellung der Schleppgasdüse 1, insbesondere bei einem 3D-Druckverfahren bietet. Auch für die Wärmeabfuhr haben derartige gleichmäßige Strukturen Vorteile.

Fig. 6 zeigt das Detail der Gasverteilung der Schleppgasdüse 1 gemäß Fig. 4 in vergrößerter Darstellung zur Veranschaulichung der durch Diffusoren 10 gebildeten Elemente 9 zur Verteilung der Strömung des Schutzgases G in den Gaskanälen 6. Vom Gasverteil raum 5 der Schleppgasdüse 1 führen senkrecht angeordnete Löcher 8 in die parallelen Gaskanäle 6. Die Löcher 8 weisen bevorzugt einen Durchmesser d B zwischen 0,2 mm und 5 mm, insbesondere zwi schen 0,5 mm und 1 mm, auf. Der Diffusor 10 sorgt dafür, dass die hohe kinetische Energie des Schutzgases G, welche durch die senkrecht angeordneten Löcher 8 verursacht wird, reduziert wird, indem die Strömung im Diffusor 10 entsprechend abgelenkt wird (siehe Pfeile) . Dabei prallt das Schutzgas G im Diffusor 10 an eine waagrecht angeordnete Bodenwand des Diffusors 10 und wird seitlich durch entsprechende Schlitze 15 in die Gaskanäle 6 ab gelenkt, wodurch die kinetische Energie abgebaut und die Strö mung turbulent durchmischt und besser auf den Querschnitt A K der Gaskanäle 6 aufgeteilt wird. In einer bevorzugten Ausführungs- form ist der Diffusor 10 in Draufsicht im Mittelpunkt von vier Gaskanälen 6 angeordnet, wodurch eine symmetrische Aufteilung der Strömung auf alle vier Gaskanäle 6 erreicht werden kann. Der Diffusor 10 weist bevorzugt einen Durchmesser von kleiner 2 cm auf. Die entsprechenden Schlitze 15 sind gleichmäßig auf jeden Gaskanal 6 aufgeteilt. Pro Diffusor 10 können zwischen vier und sechszehn Schlitze 15 angeordnet sein. In den parallelen Gaska nälen 6 wird die turbulente Strömung dann laminarisisert, bevor ein gleichmäßiger Strom des Schutzgases G über die Öffnungen 7 der Gaskanäle 6 auf den zu schützenden Schweißbereich S auf trifft .

Fig. 7 zeigt eine Ansicht auf eine Schleppgasdüse 1 mit rundem Gehäuse 2 und mit sechseckigem Querschnitt A K und entsprechendem Umfang U K der Gaskanäle 6 und mit mittig angeordnetem Schweiß brenner B (nicht dargestellt) von unten. Wie bei den quadrati schen Gaskanälen 6 gemäß Fig. 5 resultieren auch hier regelmäßige Wandstärken zwischen den Gaskanälen 6. Eine derarti ge Konstruktion eignet sich insbesondere beim Auftragsschweißen besonders, wo ein größerer flächiger Schweißbereich S vom Schutzgas G angeströmt werden soll. Auch andere Formen in der Draufsicht sind natürlich denkbar.