AT11556U1

AT11556U1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A PLASMA BURNER TO CLEAN SURFACES

Info

Publication number: AT11556U1
Application number: AT0804010U
Authority: AT
Inventors: Alexander Speigner; Florian Silbermayr; Markus Stoeger; Heribert Pauser
Original assignee: Fronius Int Gmbh
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2010-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (27) zur Regelung eines Plasmabrenners zur Reinigung von Oberflächen, wobei der Plasmabrenner eine Zuleitung zur Zuführung von Wasser unter Druck (p), einen Verdampfer (20) mit einem Heizelement zum Verdampfen des Wassers, eine Kathode (24) und eine als Düse ausgebildete Anode (25) ausweist, welche Kathode und Anode zur Bildung eines Lichtbogens mit einer Stromquelle verbunden sind, sodass durch Ionisierung des Wasserdampfs ein Wasserdampfplasmastrahl bildbar ist, und weiters ein Sensor (30) zur Messung der Temperatur (Tv) des Verdampfers (20) vorgesehen ist, welcher mit einer Regelungseinrichtung (29) zur Regelung der Temperatur (Tv) des Verdampfers (20) über die Heizleistung (PV) des Heizelements in einem definierten Bereich mit dem Heizelement verbunden ist, und ein Sensor (28) zur Messung der Temperatur (TK) an der Kathode vorgesehen ist, welcher mit der Regelungseinrichtung (29) verbunden ist, sodass die Heizleistung (PV) des Heizelements in Abhängigkeit der Kathodentemperatur (TK) regelbar ist.The invention relates to a method and a device (27) for controlling a plasma torch for cleaning surfaces, wherein the plasma torch a supply line for supplying water under pressure (p), an evaporator (20) with a heating element for evaporating the water, a cathode (24) and an anode (25) designed as a nozzle identifies which cathode and anode are connected to a current source for forming an arc, so that a water vapor plasma jet can be formed by ionization of the water vapor, and furthermore a sensor (30) for measuring the temperature ( Tv) of the evaporator (20) is provided which is connected to a control device (29) for controlling the temperature (Tv) of the evaporator (20) via the heating power (PV) of the heating element in a defined range with the heating element, and a sensor (28) for measuring the temperature (TK) is provided at the cathode, which is connected to the control device (29), so that the heating power (P V) of the heating element as a function of the cathode temperature (TK) is controllable.

Description

österreichisches Patentamt AT 11 556 U1 2010-12-15Austrian Patent Office AT 11 556 U1 2010-12-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines Plasmabrenners zur Reinigung von Oberflächen nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.Description: The invention relates to a method and a device for controlling a plasma torch for cleaning surfaces according to the preambles of claims 1 and 6.

[0002] Oberflächen, insbesondere Fassaden aus Naturstein, Beton oder dgl., verschmutzen nicht nur durch die Witterung und schmutzige Luft, sondern auch durch Mikroorganismen und Pflanzen. Darüber hinaus treten Schäden an Fassaden von Gebäuden in Form von Graffitis häufig auf. Die Entfernung derartiger Verschmutzungen von Gebäudefassaden, Skulpturen, Denkmälern oder auch Gräbern ist besonders kosten- und zeitaufwendig.Surfaces, especially facades of natural stone, concrete or the like., Pollute not only by the weather and dirty air, but also by microorganisms and plants. In addition, damage to facades of buildings in the form of graffiti often occur. The removal of such contamination of building facades, sculptures, monuments or tombs is particularly costly and time consuming.

[0003] Einerseits kommen chemische Verfahren zur Anwendung, wobei jedoch häufig auch die zu reinigende Oberfläche durch den Einsatz der Chemikalien beschädigt wird. Darüber hinaus belasten die Chemikalien die Umwelt und sind aufgrund der einzuhaltenden Sicherheitsvorkehrungen aufwendig in der Handhabung.On the one hand, chemical methods are used, but often also the surface to be cleaned is damaged by the use of chemicals. In addition, the chemicals pollute the environment and are complicated to handle due to the required safety precautions.

[0004] Weiters existieren mechanische Verfahren, mit Hilfe derer Verunreinigungen von Oberflächen abgetragen werden können. Dabei kommen Reinigungsverfahren unter Verwendung von Wasser, Wasser mit Strahlmittel, Dampf- oder Sandstrahlverfahren zum Einsatz. Das Reinigungsergebnis kann durch den Einsatz von Hochdruck verbessert werden. Bei sämtlichen mechanischen Reinigungsverfahren leidet jedoch die zu reinigende Oberfläche unter der Anwendung und macht häufig eine nachfolgende Restaurierung erforderlich. Bei Fassaden von historischen Gebäuden oder dgl. scheiden daher derartige Verfahren aus Gründen des Denkmalschutzes meist aus.Furthermore, there are mechanical methods by which contaminants can be removed from surfaces. This cleaning methods using water, water with blasting, steam or sand blasting are used. The cleaning result can be improved by the use of high pressure. However, in all mechanical cleaning processes, the surface to be cleaned suffers from the application and often requires subsequent restoration. In the case of facades of historic buildings or the like, therefore, such methods are usually excluded for the sake of monument protection.

[0005] Schließlich werden auch Reinigungsverfahren unter der Verwendung von Laserstrahlen, Trockeneisstrahlen und Ultraschall eingesetzt. Diese Verfahren sind meist sehr aufwendig und kostenintensiv und beeinflussen die zu reinigende Oberfläche ebenfalls negativ.Finally, cleaning methods using laser beams, dry ice blasting and ultrasound are also used. These processes are usually very complicated and cost-intensive and also negatively influence the surface to be cleaned.

[0006] In jüngerer Zeit wurde auch die Reinigung von Oberflächen mit Hilfe von Plasmastrahlen diskutiert. Ein Plasma ist ein zumindest teilweise ionisiertes Gas, das zu einem nennenswerten Anteil freie Ladungsträger, wie Ionen oder Elektronen, enthält. Plasmen können aus verschiedenen plasmafähigen Gasen durch äußere Energiezufuhr erzeugt werden. Neben dem Einsatz von Plasmastrahlen für die Werkstoffverarbeitung (Schneiden, Fräsen) können diese auch für die Oberflächenbeschichtung eingesetzt werden. Der Einsatz von Plasmastrahlen zur Reinigung von Oberflächen, insbesondere auch nicht elektrisch leitenden Oberflächen, wurde in Kombination mit Laserstrahlen erwähnt. Durch die Kopplung eines Lasers mit einem Plasmastrahl werden die reaktiven Spezies der Plasmaquelle mit der Photonenenergie des Lasers kombiniert und die Wirkung der beiden Strahlquellen entsprechend verstärkt. Derartige kombinierte Laser-Plasma-Reinigungsverfahren sind ebenfalls sehr aufwendig und kostenintensiv und meist auch für die zu reinigende Oberfläche schädlich.More recently, the cleaning of surfaces with the aid of plasma jets has also been discussed. A plasma is an at least partially ionized gas which contains a significant proportion of free charge carriers, such as ions or electrons. Plasmas can be generated from different plasma-capable gases by external energy supply. In addition to the use of plasma jets for material processing (cutting, milling), these can also be used for surface coating. The use of plasma jets to clean surfaces, especially non-electrically conductive surfaces, was mentioned in combination with laser beams. By coupling a laser with a plasma jet, the reactive species of the plasma source are combined with the photon energy of the laser and the effect of the two beam sources is amplified accordingly. Such combined laser-plasma cleaning methods are also very expensive and expensive and usually harmful to the surface to be cleaned.

[0007] Bei der Reinigung von nicht elektrisch leitenden Oberflächen muss ein Plasmabrenner im sogenannten „nicht übertragenen Modus" betrieben werden, bei welchen der das Plasma erzeugende Lichtbogen zwischen einer Kathode und einer als Düse ausgebildeten Anode des Plasmabrenners brennt und der Plasmastrahl durch die Düse in Richtung der zu reinigenden Oberfläche austritt. Bei einem Wasserdampfschneidgerät wird normalerweise im Betrieb zwischen dem „nicht übertragenen Modus" und einem „übertragenen Modus“ umgeschaltet. Üblicherweise befindet sich ein Wasserdampfschneidbrenner im „übertragenen Modus“, bei welchem der Arbeitslichtbogen zwischen Kathode und elektrisch leitendem Werkstück gezündet wird. Als Folge des Betriebs eines Wasserdampfplasmabrenners zur Reinigung von Oberflächen im „nicht übertragenen Modus“ verschleißen die Verschleißteile des Brenners, insbesondere die Düse und die Kathode sehr rasch.When cleaning non-electrically conductive surfaces, a plasma torch must be in the so-called "non-transmitted mode". are operated, wherein the plasma generating arc between a cathode and an anode formed as a nozzle of the plasma burner burns and the plasma jet exits through the nozzle in the direction of the surface to be cleaned. In a steam cutting machine, normally, in operation, between the "untransmitted mode" and the "non-transmitted mode". and switched to a "transmitted mode". Usually, a water vapor cutting torch is in the "transferred mode" in which the working arc between the cathode and electrically conductive workpiece is ignited. As a result of operating a steam plasma torch to clean surfaces in the "non-transferred mode", the wear parts of the torch, particularly the nozzle and the cathode, wear very rapidly.

[0008] Die AT 502 421 B1 betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Plasmabrenners zur Durchführung eines Schneidprozesses.The AT 502 421 B1 relates to a method for controlling a plasma torch for performing a cutting process.

[0009] Die AT 503 646 B1 zeigt einen Wasserdampfplasmabrenner und ein Verfahren zur Verschleißerkennung und Prozessregelung bei einem solchen Wasserdampfplasmabrenner. 1/10 österreichisches Patentamt AT 11 556 U1 2010-12-15 [0010] Um über die Lebensdauer der Verschleißteile eines Plasmabrenners eine möglichst konstante Qualität des Reinigungsverfahrens zu erzielen, ist eine aktive Regelung des Plasmabrenners erforderlich. Beispielsweise beschreibt die WO 2007/028179 A1 ein Verfahren zum Regeln eines Wasserdampfschneidgeräts.The AT 503 646 B1 shows a steam plasma burner and a method for wear detection and process control in such a water vapor plasma burner. 1/10 Austrian Patent Office AT 11 556 U1 2010-12-15 In order to achieve as constant as possible a quality of the cleaning process over the life of the wear parts of a plasma torch, an active control of the plasma torch is required. For example, WO 2007/028179 A1 describes a method for controlling a steam cutting device.

[0011] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines oben genannten Verfahrens und einer oben genannten Vorrichtung zur Regelung eines Plasmabrenners zur Reinigung von Oberflächen, durch welche eine konstante Qualität des Plasmastrahls und somit des Reinigungsverfahrens über die Lebensdauer der Verschleißteile des Plasmabrenners resultiert. Nachteile bekannter Regelungsverfahren und -Vorrichtungen sollen vermieden bzw. reduziert werden.The object of the present invention is to provide an above-mentioned method and apparatus for controlling a plasma torch for cleaning surfaces, which results in a constant quality of the plasma jet and thus the cleaning process over the life of the consumable parts of the plasma torch. Disadvantages of known control methods and devices should be avoided or reduced.

[0012] Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe in verfahrensmäßiger Hinsicht dadurch, dass die Temperatur an der Kathode gemessen wird und die Heizleistung des Heizelements in Abhängigkeit der Kathodentemperatur geregelt wird. Erfindungsgemäß wird ein Wasserdampfplasmabrenner mit all seinen Vorteilen gemäß der WO 2007/028183 A1 eingesetzt und dem Verschleiß der Verschleißteile, insbesondere der als Düse ausgebildeten Anode und Kathode durch eine entsprechende Regelung der Temperatur des Verdampfers entgegengewirkt. Anstelle von Wasser kann selbstverständlich auch eine andere Flüssigkeit oder eine Mischung aus Wasser und anderen Flüssigkeiten verwendet werden und durch Verdampfen dieser Flüssigkeit ein plasmafähiges Gas gebildet werden. Es wird im Wesentlichen über die Lebensdauer der Verschleißteile eine konstante Reinigungsqualität erzielt, indem das Regelverfahren auf den Verschleiß nachjustiert wird. Somit wird ein konstanter Verschleiß erreicht und die Betriebsdauer der Verschleißteile verlängert. Dadurch kann auch der Abstand zur Oberfläche im Wesentlichen konstant gehalten werden und gleichzeitig mit einer konstanten Hitze gereinigt werden. Über die Kathodentemperatur wird auf den Verschleiß der Verschleißteile rückgeschlossen und die Temperatur des Verdampfers in einem definierten Bereich geregelt.The object of the invention is achieved in procedural terms, characterized in that the temperature is measured at the cathode and the heating power of the heating element is regulated as a function of the cathode temperature. According to the invention, a steam plasma burner with all its advantages according to WO 2007/028183 A1 is used and the wear of the wearing parts, in particular the anode and cathode designed as a nozzle, counteracted by a corresponding regulation of the temperature of the evaporator. Instead of water, it is of course also possible to use another liquid or a mixture of water and other liquids and to form a plasma-capable gas by evaporating this liquid. It is achieved substantially over the life of the wearing parts a constant cleaning quality by the control method is readjusted to the wear. Thus, a constant wear is achieved and extends the service life of the wearing parts. Thereby, the distance to the surface can be kept substantially constant and simultaneously cleaned with a constant heat. The cathode temperature is used to determine the wear of the wearing parts and regulate the temperature of the evaporator within a defined range.

[0013] Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druck des Wassers vorzugsweise um einen vorgegebenen Wert erhöht wird, wenn die Temperatur des Verdampfers auf eine kritische Temperaturobergrenze steigt. Diese Temperaturobergrenze wird entsprechend dem Wasserdampfplasmabrenner und der Anwendung des Wasserdampfplasmabrenners eingestellt. Der vorzugsweise vorgegebene Wert des Drucks, um den der Prozessdruck erhöht wird, kann beispielsweise im Bereich von 0,25 bis 0,5 bar liegen.According to a further feature of the invention it is provided that the pressure of the water is preferably increased by a predetermined value when the temperature of the evaporator rises to a critical upper temperature limit. This upper temperature limit is set according to the water vapor plasma burner and the application of the steam plasma burner. The preferably predetermined value of the pressure by which the process pressure is increased may, for example, be in the range of 0.25 to 0.5 bar.

[0014] Der Druck des Wassers wird solange schrittweise um den vorzugsweise vorgegebenen Wert erhöht, bis eine kritische Druckobergrenze erreicht wird. Wird diese kritische Druckobergrenze erreicht, ist ein Wechsel der Verschleißteile, insbesondere der Kathode und allenfalls der Düse erforderlich. Dies kann auch durch entsprechende akustische oder optische Maßnahmen dem Benutzer angezeigt werden.The pressure of the water is gradually increased by the preferably predetermined value until a critical pressure upper limit is reached. If this critical upper pressure limit is reached, a change of the wear parts, in particular the cathode and possibly the nozzle is required. This can also be displayed to the user by appropriate acoustic or visual measures.

[0015] Vorteilhafterweise wird der Druck des Wassers um einen vorgegebenen Wert reduziert, wenn die Temperatur des Verdampfers auf eine kritische Temperaturuntergrenze sinkt.Advantageously, the pressure of the water is reduced by a predetermined value when the temperature of the evaporator drops to a critical temperature lower limit.

[0016] Wie bereits oben erwähnt wird vorzugsweise ein Wasserdampfplasmabrenner als Plasmabrenner verwendet.As already mentioned above, a steam plasma burner is preferably used as the plasma burner.

[0017] Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch eine oben genannte Regelungsvorrichtung, wobei ein Sensor zur Messung der Temperatur an der Kathode vorgesehen ist, welcher mit der Regelungseinrichtung verbunden ist, sodass die Heizleistung des Heizelements in Abhängigkeit der Kathodentemperatur regelbar ist. Durch eine derartige Regelvorrichtung werden die bereits oben im Zuge des Regelverfahrens beschriebenen Vorteile erzielt. Die Vorrichtung ist relativ einfach und kostengünstig aufgebaut.The object of the invention is also achieved by an above-mentioned control device, wherein a sensor is provided for measuring the temperature at the cathode, which is connected to the control device, so that the heating power of the heating element is controllable in dependence of the cathode temperature. By such a control device, the advantages already described above in the course of the control method are achieved. The device is relatively simple and inexpensive.

[0018] Weiters ist es von Vorteil, wenn die Regelungseinrichtung zur Erhöhung des Drucks des Wassers, vorzugsweise um einen vorgegebenen Wert, bei Steigen der Temperatur des Verdampfers auf eine kritische Temperaturobergrenze ausgebildet ist.Furthermore, it is advantageous if the control device is designed to increase the pressure of the water, preferably by a predetermined value, upon rising of the temperature of the evaporator to a critical upper temperature limit.

[0019] Um eine automatische Abschaltung im Falle eines zu hohen Verschleißes der Verschleißteile des Wasserdampfplasmabrenners zu erzielen, ist die Regelungseinrichtung zur 2/10 österreichisches Patentamt AT 11 556 U1 2010-12-15 schrittweisen Erhöhung des Drucks des Wassers, vorzugsweise um den vorgegebenen Wert bis zum Erreichen einer kritischen Druckobergrenze ausgebildet. Diese Druckobergrenze zeigt dem Benutzer somit das Ende der Lebensdauer der Verschleißteile des Wasserdampfplasmabrenners an.In order to achieve an automatic shutdown in the event of excessive wear of the wear parts of the steam plasma burner, the control device for increasing the pressure of the water, preferably by the predetermined value is incremental AT / T formed until reaching a critical upper pressure limit. This upper pressure limit thus indicates to the user the end of the life of the wear parts of the steam plasma burner.

[0020] Die Regelungseinrichtung kann auch zur Senkung des Drucks des Wassers beim Zünden des Lichtbogens ausgebildet sein. Dadurch wird dem durch den Zufluss des Wassers bedingten Temperaturabfall im Wasserdampfplasmabrenner entgegengewirkt.The control device may also be designed to reduce the pressure of the water when igniting the arc. As a result, the temperature drop in the steam plasma burner caused by the inflow of the water is counteracted.

[0021] Von Vorteil ist es weiters, wenn die Stromquelle zur Lieferung eines im Wesentlichen konstanten Stromes während des Betriebs des Wasserdampfplasmabrenners ausgebildet ist.It is also advantageous if the power source is designed to supply a substantially constant current during operation of the steam plasma burner.

[0022] Schließlich kann ein Sensor zur Messung des Drucks des Wassers in der Zuleitung vorgesehen sein, welcher mit der Regelungseinrichtung verbunden ist. Somit kann auch neben der Temperaturregelung eine Druckregelung stattfinden.Finally, a sensor may be provided for measuring the pressure of the water in the supply line, which is connected to the control device. Thus, in addition to the temperature control, a pressure control can take place.

[0023] Zur entsprechenden Druckregelung ist in der Zuleitung des Wassers vorzugsweise ein Proportionalventil vorgesehen, welches mit der Regelungseinrichtung verbunden ist. Somit kann in Abhängigkeit der gemessenen Ist-Größen für Temperaturen und Druck das Proportionalventil in der Zuleitung des Wassers entsprechend geregelt werden und konstante Prozessbedingungen während der Lebensdauer der Verschleißteile des Wasserdampfplasmabrenners erzielt werden.For appropriate pressure control, a proportional valve is preferably provided in the supply line of the water, which is connected to the control device. Thus, depending on the measured actual variables for temperatures and pressure, the proportional valve in the supply of the water can be controlled accordingly and constant process conditions can be achieved during the life of the wear parts of the steam plasma burner.

[0024] Wie bereits oben erwähnt, ist der Plasmabrenner vorzugsweise durch einen Wasserdampfplasmabrenner gebildet.As already mentioned above, the plasma burner is preferably formed by a steam plasma burner.

[0025] Die Regelungseinrichtung kann zur Senkung des Drucks des Wassers um einen vorgegebenen Wert bei Sinken der Temperatur des Verdampfers auf eine kritische Temperaturuntergrenze ausgebildet sein.The control device can be designed to reduce the pressure of the water by a predetermined value at sinking the temperature of the evaporator to a critical temperature lower limit.

[0026] Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

[0027] Darin zeigen [0028] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Wasserdampfplasmabrenners; [0029] Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Wasserdampfplasmabrenners im „nicht übertragenen Modus"; [0030] Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung eines Plasmabrenners zurFIG. 1 is a schematic representation of a steam plasma burner; FIG. Fig. 2 is a schematic representation of a steam plasma burner in the "untransmitted mode"; 3 is a block diagram of a device for controlling a plasma torch for

Reinigung von Oberlfächen; [0031] Fig. 4 die Verläufe der Temperatur der Heizeinrichtung, der Kathodentemperatur, der Heizleistung der Heizeinrichtung und des Drucks in Abhängigkeit der Zeit während eines mit einem Wasserdampfplasmabrenner durchgeführten Reinigungsverfahrens; und [0032] Fig. 5 die Verläufe der Heizleistung der Heizeinrichtung und des Drucks des Wassers in Abhängigkeit der Zeit über die Lebensdauer der Verschleißteile eines Wasserdampfplasmabrenners zur Reinigung von Oberflächen.Cleaning of surfaces; Fig. 4 shows the characteristics of the temperature of the heater, the cathode temperature, the heating power of the heater, and the pressure versus time during a cleaning process performed with a steam plasma burner; and Fig. 5 shows the heating power characteristics of the heater and the pressure of the water as a function of time over the life of the wear parts of a steam plasma burner for cleaning surfaces.

[0033] In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Reinigen von Oberflächen 2 mit Hilfe eines Wasserdampfplasmastrahls dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Grundgerät 3, welches auch tragbar gestaltet sein kann. Das Grundgerät 3 beinhaltet eine Stromquelle 4, eine Steuervorrichtung 5 und ein der Steuervorrichtung 5 zugeordnetes Sperrelement 6. Das Sperrelement 6 ist mit einem Behälter 7 und einem Wasserdampfplasmabrenner 8 über eine Zuleitung 9 verbunden, sodass der Wasserdampfplasmabrenner 8 mit dem im Behälter 7 angeordneten Wasser 10 versorgt werden kann. Anstelle von Wasser 10 kann auch eine andere Flüssigkeit oder Wasser mit bestimmten Zusätzen zur Bildung des plasmafähigen Mediums verwendet werden. Die Versorgung des Wasserdampfplasmabrenners 8 mit elektrischer Energie von der Stromquelle 4 erfolgt über Leitungen 11, 12.In Fig. 1, a device 1 for cleaning surfaces 2 by means of a water vapor plasma jet is shown. The device 1 comprises a base unit 3, which may also be designed portable. The base unit 3 includes a power source 4, a control device 5 and a control element 5 associated blocking element 6. The blocking element 6 is connected to a container 7 and a steam plasma burner 8 via a supply line 9, so that the water vapor plasma burner 8 with the arranged in the container 7 water 10th can be supplied. Instead of water 10, another liquid or water with certain additives can be used to form the plasma-capable medium. The supply of the steam plasma burner 8 with electrical energy from the power source 4 via lines 11, 12th

[0034] Zum Kühlen des Wasserdampfplasmabrenners 8 kann dieser über einen Kühlkreislauf 3/10 österreichisches Patentamt AT 11 556 U1 2010-12-15 13, allenfalls unter Zwischenschaltung eines Strömungswächters 14 mit einem Flüssigkeitsbehälter 15 verbunden sein. Bei der Inbetriebnahme des Wasserdampfplasmabrenners 8 kann der Kühlkreislauf 13 von der Steuervorrichtung 5 gestartet und somit eine Kühlung des Wasserdampfplasmabrenners 8 erreicht werden. Zur Bildung des Kühlkreislaufs 13 wird der Wasserdampfplasmabrenner 8 über entsprechende Kühlleitungen 16, 17 mit dem Flüssigkeitsbehälter 15 verbunden. Der Flüssigkeitsbehälter 15 kann dabei mit einem eigenständigen Medium befüllt bzw. mit dem Medium, welches dem Verdampfer 20 zugeführt wird, gekoppelt sein. Selbstverständlich kann die Kühlung auch über die Zuleitung 9 erfolgen, sodass der Wasserdampfplasmabrenner 8 mit dem Wasser 10 bzw. der Flüssigkeit gekühlt wird, welches auch zur Erzeugung des Wasserdampfs verwendet wird. Hierbei spricht man von einer so genannten regenerativen Kühlung.For cooling the steam plasma burner 8 this can be connected via a cooling circuit 3/11 Austrian Patent Office AT 11 556 U1 2010-12-15 13, possibly with the interposition of a flow monitor 14 with a liquid container 15. When commissioning the steam plasma burner 8, the cooling circuit 13 can be started by the control device 5 and thus a cooling of the steam plasma burner 8 can be achieved. To form the cooling circuit 13, the steam plasma burner 8 is connected via corresponding cooling lines 16, 17 with the liquid container 15. The liquid container 15 can be filled with a separate medium or with the medium, which is supplied to the evaporator 20, be coupled. Of course, the cooling can also take place via the supply line 9, so that the steam plasma burner 8 is cooled with the water 10 or the liquid which is also used to generate the water vapor. This is called a so-called regenerative cooling.

[0035] Die Reinigungsvorrichtung 1 kann am Grundgerät 3 und/oder am Wasserdampfplasmabrenner 8 eine Anzeigevorrichtung 18 aufweisen, über welche die unterschiedlichsten Parameter bzw. Betriebsarten eingestellt und angezeigt werden können. Die über die Eingabe und/oder Anzeigevorrichtung 18 eingestellten Parameter werden an die Steuervorrichtung 5 weitergeleitet, welche die einzelnen Komponenten der Reinigungsvorrichtung 1 entsprechend ansteuert.The cleaning device 1 may have a display device 18 on the base unit 3 and / or on the steam plasma burner 8, via which a variety of parameters or modes can be set and displayed. The parameters set via the input and / or display device 18 are forwarded to the control device 5, which controls the individual components of the cleaning device 1 accordingly.

[0036] Weiters kann der Wasserdampfplasmabrenner 8 zumindest ein Bedienungselement 19 aufweisen, über welches der Benutzer der Steuervorrichtung 5 mitteilen kann, dass das Reinigungsverfahren gestartet werden soll. Für das Reinigungsverfahren wird das im Behälter 7 befindliche Wasser 10 über die Zuleitung 9 dem Wasserdampfplasmabrenner 8 zugeführt und dort in einem entsprechenden Verdampfer 20 verdampft. Bevorzugt ist der Verdampfer 20 mit einem Heizelement 21 verbunden. Somit kann die Temperatur Tv des Verdampfers 20 geregelt werden. Der Wasserdampf wird durch einen zwischen einer Kathode 24 und einer Anode 25 des Wasserdampfplasmabrenners 8 erzeugten Lichtbogen 22 ionisiert und dadurch ein entsprechender Wasserdampfplasmastrahl 23 zwischen der Kathode 24 und der Anode 25 erzeugt, der durch die Öffnung 26 der als Düse ausgebildeten Anode 25 in Richtung der zu reinigenden Oberfläche 2 austritt (siehe Fig. 2).Furthermore, the steam plasma burner 8 may have at least one operating element 19, via which the user of the control device 5 can notify that the cleaning process should be started. For the cleaning process, the water 10 contained in the container 7 is supplied via the supply line 9 to the steam plasma burner 8 and evaporated there in a corresponding evaporator 20. Preferably, the evaporator 20 is connected to a heating element 21. Thus, the temperature Tv of the evaporator 20 can be controlled. The water vapor is ionized by an arc 22 generated between a cathode 24 and an anode 25 of the steam plasma burner 8 and thereby generates a corresponding water vapor plasma jet 23 between the cathode 24 and the anode 25, through the opening 26 of the nozzle 25 formed in the direction of the exiting surface 2 to be cleaned (see Fig. 2).

[0037] Anhand von Fig. 2 wird der „nicht übertragene Modus" des Wasserdampfplasmabrenners 8, bei welchem der Lichtbogen 22 zwischen der Kathode 24 und der als Düse ausgebildeten Anode 25 des Wasserdampfplasmabrenners 8 brennt, näher erläutert. Diese Betriebsart ist im Gegensatz zu Bearbeitungen elektrisch leitender Oberflächen mit Plasmastrahlen im Falle von nicht elektrisch leitenden Oberflächen, wie z.B. Fassaden von Gebäuden, notwendig. Dementsprechend wird die Stromquelle 4 über die elektrischen Leitungen 11, 12 mit der Kathode 24 bzw. Anode 25 verbunden. Durch den Lichtbogen 22 wird der im Wasserdampfplasmabrenner 8 erzeugte Wasserdampf ionisiert und bildet einen Wasserdampfplasmastrahl 23, der durch die Öffnung 26 der als Düse ausgebildeten Anode 25 austritt. Mit Hilfe des Wasserdampfplasmastrahls 23 kann die Oberfläche 2 von Verunreinigungen, insbesondere Graffitis oder dgl., gereinigt werden. Durch die Verwendung des Wasserdampfplasmabrenners 8 im nicht übertragenen Modus kommt es normalerweise zu einer raschen Abnützung der Verschleissteile des Wasserdampfplasmabrenners 8, insbesondere der Anode 25 bzw. Düse, und auch der Kathode 24. Dieser Verschleiß wird mit der erfindungsgemäßen Regelung erheblich reduziert.Referring to Fig. 2, the " untransmitted mode " of the water vapor plasma burner 8, in which the arc 22 burns between the cathode 24 and the nozzle 25 formed as an anode of the steam plasma burner 8, explained in more detail. This mode of operation is in contrast to processing of electrically conductive surfaces with plasma jets in the case of non-electrically conductive surfaces, such as e.g. Facades of buildings, necessary. Accordingly, the current source 4 is connected via the electrical lines 11, 12 to the cathode 24 or anode 25. By the arc 22, the water vapor generated in the water vapor plasma burner 8 is ionized and forms a water vapor plasma jet 23, which exits through the opening 26 of the nozzle 25 formed as a nozzle. With the aid of the steam plasma jet 23, the surface 2 of impurities, in particular graffiti or the like, can be cleaned. By using the steam plasma burner 8 in the non-transferred mode, there is normally a rapid wear of the wear parts of the steam plasma burner 8, in particular the anode 25 or nozzle, and also the cathode 24. This wear is significantly reduced with the control according to the invention.

[0038] Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 27 zur Regelung eines Plasmabrenners zur Reinigung von bevorzugt nicht elektrisch leitenden Oberflächen 2. Die Regelungseinrichtung 29 ist mit dem Heizelement 21 des Verdampfers 20 verbunden und regelt die Heizleistung Pv des Heizelements 21 in Abhängigkeit der Temperatur Tv des Verdampfers 20, welche mit einem Sensor 30 gemessen wird. Dadurch kann während des Betriebs des Wasserdampfplasmabrenners 8 der Verdampfer 20 in einem definierten Bereich geregelt werden. Zusätzlich kann ein Sensor 28 zur Messung der Temperatur TK der Kathode 24 vorgesehen und mit der Regelungseinrichtung 29 verbunden sein. Durch diese Messung kann die Regelungseinrichtung 29 die Tendenz der Kathodentemperatur TK erfassen und entsprechend mit der Heizleistung Pv und/oder mit dem Druck p des Wassers 10 entsprechend gegensteuern, sodass der Verdampfer 20 in einem definierten Bereich geregelt werden kann. 4/10 österreichisches Patentamt AT 11 556 U1 2010-12-15 [0039] Mit einem Sensor 31 kann weiters der Druck p des Wassers 10 in der Zuleitung 9 gemessen und an die Regelungseinrichtung 29 weitergeleitet werden. In Abhängigkeit des Drucks p des Wassers 10 kann eine Regelung eines Proportionalventils 32 in der Zuleitung 9 des Wassers 10 erfolgen.Fig. 3 shows a block diagram of a device 27 for controlling a plasma torch for cleaning preferably non-electrically conductive surfaces 2. The control device 29 is connected to the heating element 21 of the evaporator 20 and regulates the heating power Pv of the heating element 21 as a function of temperature Tv of the evaporator 20, which is measured by a sensor 30. As a result, during operation of the steam plasma burner 8, the evaporator 20 can be regulated within a defined range. In addition, a sensor 28 for measuring the temperature TK of the cathode 24 may be provided and connected to the control device 29. By this measurement, the control device 29 can detect the tendency of the cathode temperature TK and counteract accordingly with the heating power Pv and / or with the pressure p of the water 10, so that the evaporator 20 can be controlled in a defined range. 4/10 Austrian Patent Office AT 11 556 U1 2010-12-15 With a sensor 31, the pressure p of the water 10 can further be measured in the supply line 9 and forwarded to the control device 29. Depending on the pressure p of the water 10, a control of a proportional valve 32 in the supply line 9 of the water 10 can take place.

[0040] Fig. 4 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt der Zeitverläufe der Kathodentemperatur TK, der Temperatur Tv des Verdampfers 20, der Heizleistung Pv des Heizelements 21 und des Drucks p des Wassers 10 während eines Reinigungsvorgangs mit einem Wasserdampfplasmabrenner 8. Während eines Stand-by-Betriebs I wird die Heizleistung Pv sehr gering gehalten. Die Kathodentemperatur TK und die Temperatur Tv des Verdampfers 20 sind im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau, da die Temperatur Tv des Verdampfers 20 konstant gehalten wird und die weiteren Teile des Wasserdampfplasmabrenners 8, wie die Kathode 24 auch im Wesentlichen diese Temperatur Tv des Verdampfers 20 annehmen. Aus der Temperatur der Kathode TK kann die Regelungsvorrichtung 29 erkennen, ob bereits beim Eintasten (Start des Reinigungsvorgangs) die Heizleistung Pv verändert werden soll und in welchem Ausmaß, um den Temperatureinbruch im Verdampfer 20 beim Einströmen des Wassers 10 über die Zuleitung 9 möglichst gering zu halten.4 shows by way of example a section of the time profiles of the cathode temperature TK, the temperature Tv of the evaporator 20, the heating power Pv of the heating element 21 and the pressure p of the water 10 during a cleaning process with a steam plasma burner 8. During a standby Operation I, the heating power Pv is kept very low. The cathode temperature TK and the temperature Tv of the evaporator 20 are substantially at the same level, since the temperature Tv of the evaporator 20 is kept constant and the other parts of the steam plasma burner 8, like the cathode 24, also substantially assume this temperature Tv of the evaporator 20 , From the temperature of the cathode TK, the control device 29 can detect whether the heating power Pv is to be changed during the key-in (start of the cleaning process) and to what extent to the temperature drop in the evaporator 20 as low as possible when the water 10 flows through the supply line 9 hold.

[0041] Im Abschnitt II erfolgt ein Eintasten bzw. Zünden des Lichtbogens 22, wodurch der Verdampfer 20 und die Kathode 24 durch den Zustrom von Wasser 10 abgekühlt werden. Sobald eine kritische Temperaturuntergrenze TVu des Verdampfers 20 erreicht wird, wird der Druck p des Wassers 10 um einen definierten Wert Δρ abgesenkt. Somit muss entsprechend weniger Wasser 10 verdampft werden, wodurch der Wasserdampfbrenner 8 weniger gekühlt wird und im Wesentlichen automatisch wieder aufgeheizt wird. Zusätzlich wird die Heizleistung Pv des Heizelements 21 erhöht, sodass der Verdampfer 20 wieder im Wesentlichen in der Mitte des definierten Regelbereichs geregelt werden kann. Dadurch ist ein gewisser Spielraum als Regelbereich sowohl zur Temperaturuntergrenze TVu als auch zu einer Temperaturobergrenze TVo gewährleistet. Durch eine derartige Verringerung des Drucks p wird also erreicht, dass die Regelungseinrichtung 29 wieder in einem bestimmten Regelbereich geführt wird und dadurch eine optimale Regelung durchgeführt wird.In section II, there is a key or ignition of the arc 22, whereby the evaporator 20 and the cathode 24 are cooled by the influx of water 10. As soon as a critical lower temperature limit TVu of the evaporator 20 is reached, the pressure p of the water 10 is lowered by a defined value Δρ. Thus, correspondingly less water 10 must be evaporated, whereby the steam burner 8 is cooled less and is heated substantially automatically again. In addition, the heating power Pv of the heating element 21 is increased, so that the evaporator 20 can be controlled again substantially in the middle of the defined control range. As a result, a certain margin is guaranteed as a control range both to the lower temperature limit TVu and to an upper temperature limit TVo. By such a reduction of the pressure p is thus achieved that the control device 29 is guided again in a certain control range and thereby optimal control is performed.

[0042] Im kontinuierlichen Betrieb des Wasserdampf-Plasmabrenners 8 gemäß Abschnitt III, also bei einem Reinigungsvorgang, steigt die insbesondere durch den Lichtbogen 22 eingekoppelte Leistung der Kathode 24 und daher sinkt die notwendige Heizleistung Pv des Heizelements 21. Die Kathode 24 erwärmt sich während des Betriebs immer mehr, sodass weniger Heizleistung Pv des Heizelements 21 zum Verdampfen des Wassers 10 zugeführt werden muss. Wird eine kritische Temperaturobergrenze TVo der Temperatur Tv des Verdampfers 20 erreicht, erfolgt im Abschnitt IV eine Druckerhöhung um einen vorgegebenen Wert Δρ, sodass mehr Wasser 10 verdampft werden muss und der Verdampfer 20 und die Kathode 24 durch mehr zugeführtes Wasser 10 entsprechend abkühlen. Um jedoch ein zu starkes Abkühlen zu verhindern, wird die Heizleistung Pv des Heizelements 21 kurzzeitig erhöht. Dadurch wird der „Spielraum“ der Regelung wieder hergestellt. Eine derartige Regelung erstreckt sich über einen längeren Zeitraum, beispielsweise über 14 min, bis sich der Wasserdampfbrenner 8 soweit erhitzt hat, dass eine Druckerhöhung durchgeführt wird, um mehr Flüssigkeit zur Kühlung zuzuführen und die Regelungseinrichtung 29er wieder in den definierten Regelbereich zu führen.In the continuous operation of the steam plasma torch 8 according to Section III, ie in a cleaning process, increases the particular coupled by the arc 22 power of the cathode 24 and therefore decreases the necessary heating power Pv of the heating element 21. The cathode 24 heats up during the Operating more and more, so that less heating power Pv of the heating element 21 must be supplied to evaporate the water 10. If a critical upper temperature limit TVo of the temperature Tv of the evaporator 20 is reached, in section IV an increase in pressure by a predetermined value .DELTA.p, so that more water 10 must be evaporated and cool the evaporator 20 and the cathode 24 by more water supplied 10 accordingly. However, in order to prevent excessive cooling, the heating power Pv of the heating element 21 is briefly increased. This restores the "headroom" of the control. Such a regulation extends over a relatively long period of time, for example over 14 minutes, until the steam burner 8 has heated to such an extent that an increase in pressure is carried out in order to supply more liquid for cooling and to guide the control device 29 back into the defined control range.

[0043] Die Regelungsvorrichtung 27 gewährleistet also einen konstanten Betrieb des Wasser-dampf-Plasmabrenners 8, indem die Kathodentemperatur TK, die Temperatur Tv des Verdampfers 20, die Heizleistung Pv des Heizelements 21 und der Druck p derart geregelt werden, dass der erforderliche Wasserdampf zur Erzeugung des Plasmas für die Reinigung der Oberfläche 2 kontinuierlich zur Verfügung gestellt wird. Dies erfolgt über die Lebensdauer der Kathode 24, bis bei einer kritischen Druckobergrenze p0 ein Verschleißteilwechsel notwendig wird (siehe Fig. 5).The control device 27 thus ensures a constant operation of the water vapor plasma burner 8 by the cathode temperature TK, the temperature Tv of the evaporator 20, the heating power Pv of the heating element 21 and the pressure p are controlled so that the required water vapor for Generation of the plasma for cleaning the surface 2 is continuously provided. This takes place over the service life of the cathode 24 until, at a critical upper pressure limit p0, a replacement of wearing parts becomes necessary (see FIG. 5).

[0044] Nach dem Abschnitt IV folgt ein weiterer Abschnitt III eines kontinuierlichen Betriebs des Wasserdampf-Plasmabrenners 8. Wurde ein Wechsel der Verschleißteile durchgeführt, kann eine Reduktion des Drucks p vorgenommen werden, wenn die Regelungseinrichtung 29 bereits 5/10After the section IV is followed by a further section III of a continuous operation of the steam plasma torch 8. If a change of the wearing parts was performed, a reduction of the pressure p can be made if the control device 29 already 5/10

Claims

Austrian Patent Office AT 11 556 U1 2010-12-15 was raised to its maximum control range. Fig. 5 shows the time course of the heating power Pv, the heat flow of the cathode 24 and the pressure p of the water 10 over the life of the wearing parts of the steam plasma torch 8 without interrupting the cleaning process. Consequently, the heat flow - which defines the energy supply to the cathode - the cathode 24 increases substantially continuously, so that the heating power Pv of the heating element 21 can be substantially lowered continuously. The required cooling to keep the evaporator 20 in the defined control range is realized by a stepwise increase of the process pressure p by a predetermined value Δρ, as already described for FIG. 4. This stepwise increase of the pressure p takes place until a critical upper pressure limit reaches p0 and a change of the wearing parts becomes necessary. The control method according to the invention is in particular for use in a cleaning device 1 for cleaning and / or modification of surfaces 2 of preferably non-electrically conductive materials such. Facades of buildings, sculptures, monuments, tombs, wells or the like. So that natural soils, such as limescale or algae, and soiling by vandalism, such as graffiti, can be removed. In addition to the predominantly non-electrically conductive surfaces 2, surfaces 2 of metals can also be cleaned. Furthermore, the cleaning, rust removal or pretreatment of metals, for example for the purpose of breaking up an oxide layer before a welding operation is possible. In contrast to conventional cleaning methods and cleaning devices, the use of steam plasma jets is characterized by particularly good cleaning action, long-term effect, depth and good accessibility. In contrast to chemical processes, there is no additional contamination of the surface 2 or the environment. In contrast to sand blasting, no enclosure of the working zone is necessary. The resulting emissions are particularly low and the device 1 can be made relatively small, which gives excellent mobility. Furthermore, the device 1 is characterized by particularly simple operation, which provides in the simplest case, only a commissioning and decommissioning of the plasma torch, possibly even an adjustment for the current. Claims 1. A method for controlling a plasma torch for cleaning surfaces (2), wherein water (10) is supplied under a constant pressure value (p) to an evaporator (20) having a heating element (21) and thereby vaporized Water vapor is ionized by an arc (22) burning between a cathode (24) and an anode (25) and thereby forming a water vapor plasma jet (23) emerging from an opening (26) in the anode (25), the temperature (Tv) of the evaporator (20) is measured and this is controlled by the heating power (Pv) of the heating element (21) in a defined range, and in a deviation of the temperature (Tv) from this defined range of pressure (p) to a is changed further constant value, so that the control is carried out in the defined range, characterized in that the temperature (TK) at the cathode (24) is measured and the heating power (Pv) of the Heating element (21) in response to the cathode temperature (T ") is controlled.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure (p) of the water (10) is preferably increased by a predetermined value (Δρ) when the temperature (Tv) of the evaporator (20) to a critical upper temperature limit (TVo) increases.

3. The method according to claim 2, characterized in that the pressure (p) of the water (10) is increased stepwise by the preferably predetermined value (Δρ) until a critical upper pressure limit (p0) is reached. 6/10 Austrian Patent Office AT 11 556 U1 2010-12-15

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure (p) of the water (10) is reduced by a predetermined value (Δρ) when the temperature (Tv) of the evaporator (20) to a critical lower temperature limit (TVu) is sinking.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a steam plasma burner (8) is used as a plasma torch.

6. Apparatus (27) for controlling a plasma torch for cleaning surfaces (2), wherein the plasma torch a supply line (9) for supplying water (10) under pressure (p), an evaporator (20) with a heating element (21) for evaporating the water (10), a cathode (24) and an anode (25) designed as a nozzle, which cathode (24) and anode (25) are connected to a current source (4) to form an arc (22) in such a way that a water vapor plasma jet (23) can be formed by ionization of the water vapor, and furthermore a sensor (30) for measuring the temperature (Tv) of the evaporator (20) is provided, which is connected to a control device (29), wherein the regulating device (29) for regulating the temperature (Tv) of the evaporator (20) via the heating power (Pv) of the heating element (21) in a defined range with the heating element (21) is connected, characterized in that a sensor (28) for measuring the temperature (TK) at the cathode ( 24) is provided, which is connected to the control device (29), so that the heating power (Pv) of the heating element (21) in dependence of the cathode temperature (TK) is controllable.

7. Device (27) according to claim 6, characterized in that the regulating device (29) for increasing the pressure (p) of the water (10), preferably by a predetermined value (Δρ), upon rise of the temperature (Tv) on the evaporator (20) is formed to a critical upper temperature limit (TVo).

8. Device (27) according to claim 7, characterized in that the control device (29) for gradually increasing the pressure (p) of the water (10) is preferably formed by the predetermined value (Δρ) until reaching a critical upper pressure limit (p0) is.

9. Device (27) according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the control device (29) for lowering the pressure (p) of the water (10) during ignition of the arc (22) is formed.

Device (27) according to any one of Claims 6 to 9, characterized in that the current source (4) is designed to supply a substantially constant current (I) during the operation of the steam plasma burner (8).

11. Device (27) according to one of claims 6 to 10, characterized in that a sensor (31) for measuring the pressure (p) of the water (10) in the supply line (9) is provided, which with the control device (29 ) connected is.

12. Device (27) according to any one of claims 6 to 11, characterized in that in the supply line (9) of the water (10), a proportional valve (32) is provided which is connected to the control device (29).

13. Device (27) according to any one of claims 6 to 12, characterized in that the plasma torch is formed by a steam plasma burner (8).

14. Device (27) according to one of claims 6 to 13, characterized in that the control device (29) for lowering the pressure (p) of the water (10) by a predetermined value (Δρ), when the temperature (Tv) decreases of the evaporator (20) to a critical lower temperature limit (TVu) is formed. 3 sheets of drawings 7/10