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Verfahren zum Erhitzen, Schweissen, Oberfläehensehmelzen oder Schneiden metallischer Gegen- stände.
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behandlung auszuführen. An einem Halterahmen 20 ist eine Hülse 18 mittels des Armes 79 befestigt. Eine auf dem Sehneidbrenner aussen befestigte Zahnstange 22 erstreckt sich in ihrer Längsrichtung durch die Hülse 18 hindureh und kämmt hier mit einem in ihr gelagerten Zahnrad. Letzteres wird mittels des Handrades 2. 3 angetrieben und kann aber zwecks Einstellung einer festen Lage des Heizwerkzeuges B verriegelt werden.
Ein Temperaturanzeiger 24 ist auf einer im Halterahmen 20 gelagerten senkrechten Stange 21 verschiebbar befestigt und im Winkel zum Brenner B angeordnet. Auf der Stange 21 gleitet eine Muffe 30, welche mittels einer Stellschraube 9 od. dgl. in beliebiger Lage festgehalten werden kann. Ein in der Mitte mit Gelenk versehener Arm 40 dient zur Verbindung der Muffe 30 mit dem Gehäuse des Temperaturanzeigers 24. Letzterer umfasst Hilfsmittel, die gegen strahlende Wärme empfindlich sind, welche von einer Stelle auf die Platte P, die durch den Brenner B auf eine hohe Temperatur erhitzt ist, ausgesandt wird.
Der Temperaturanzeiger umfasst vorzugsweise ein gegen die erhitzte Fläche gerichtetes Rohr, an dessen vorderem Ende eine Linse 26 sitzt, um ein Bild der glühenden erhitzten Fläche auf einen Strahlungsempfänger zu werfen. Als Strahlungsempfänger kann z. B. ein Pyrometer dienen, in welchem Falle die Linse das Bild der glühenden Fläche in Gestalt eines heissen leuchtenden Punktes auf die Lötstelle des Thermoelementes wirft. Der in Fig. l wiedergegebene Temperaturanzeiger besitzt ein die Strahlung begrenzendes Rohr 2. 5, welches derart angeordnet ist, dass das vordere verjüngte Ende gegen die glühende Fläche des Werkstückes P gerichtet ist.
Die Linse 26 entwirft von dieser glühenden Fläche ein Bild auf eine Photozelle E, die am oberen Ende des Rohres angeordnet ist. Vermittels eines Drehknopfes 2S kann eine verstellbare Blende 27 so in den Strahlengang eingeschaltet werden, dass die der Strahlungsquelle ausgesetzte Fläche der Photozelle nach Belieben vergrössert oder verringert
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In Fig. 2 ist die Steuereinrichtung in Verwendung mit einem üblichen Schneidbrenner dargestellt, welcher Anschlüsse 29 für die Gaszuleitung und einstellbare Brennstoffmischventile VIII aufweist. Die Sauerstoffzuleitung'M steht mit dem Sauerstoffsehneidrohr : ; 2 in Verbindung, wenn das Ventil Vo geöffnet ist. Ein zur Betätigung dieses Ventils dienender Hebel 33 ist an seinem oberen Ende drehbar am Brennerrohr B gelagert, beispielsweise unter Vermittlung eines Halters 34, der in einer Gabel 35 des Brennenohres B befestigt ist. Das entgegengesetzte Ende des Hebels 83 ist an dem Kern 36 eines Solenoides 37 angelenkt, welches mittels eines Armes. ? senkrecht zum Brennerrohr angeordnet ist.
Die Ventilspindel 39, an deren innerem Ende der Ventilkopf 41 sitzt, ist an dem Hebel 33 zwischen dessen Enden, vorzugsweise angenähert in dessen Mittelteil angelenkt. Der Ventilkopf 41 und der Hebel 33 werden normalerweise durch die Einwirkung der Druekfeder 42 nach innen in die Schliessstellung gepresst. Ein Paar Kontakte 43 und 44 sind auf Hebel bzw. dem Halter 34 gelagert und in geeigneter Weise isoliert.
Die von der photoelektrisehen Zelle E kommenden Ströme werden durch die Leitungen 43 und 46 den Eingangsklemmen eines Röhrenverstärkers A zugeführt. Die Eingangsspannung wird von einer Reihe Röhren verstärkt und dann über die Leitungen 49, 34 und 52 durch die Solenoidspule eines empfindlichen Stromrelais 47 und ein Milliamperemeter 48 geschickt. Das Relais 47 ist mit einem
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Hebelarm sitzt. Von Kontakt 33 führt ein Draht 55 zu der Anschlussklemme 56 des Solenoides 37, während der Draht 57 von der andern Anschlussklemme 58 des Solenoids 37 zum Kontaktstück 43 führt.
Ein Draht 59 verbindet die Leitung 57 mit einer Leitung 61, welche zu einer Stromquelle von beispielsweise 110 Volt Gleich-oder Wechselstrom führt. Die andere ZufÜhrungsleitung 62 dieser Stromquelle ist durch einen Draht 63 mit dem Kontakt 54 verbunden. Die Zuleitungen 61 und 62 sind mit den Eingangsklemmen des Verstärkers. 1 verbunden und speisen diesen mit Betriebsstrom. Ein Draht 61. verbindet die Zuleitung 6-1 mit einer der Anschlussklemmen des Motors M, während die andere Anschlussklemme mit dem Kontaktstück 44 durch die Leitung 65 verbunden ist.
Wenn der Apparat nicht in Betrieb ist, befinden sieh die Relais und der Ventilhebel 33 des Sauerstoffventils in den in Fig. 1 und 2 gezeichneten Stellungen. Um den Apparat in Betrieb zu setzen, wird zunächst auf die Fördereinrichtung F ein Werkstück oder eine Platte P aufgesetzt, derart, dass die Kante der Platte sieh direkt unter dem Sehneid-, Schweiss-oder Heizwerkzeug B befindet, worauf letzteres in senkreehter Richtung mittels des Handrades 2. 3 eingestellt wird, so dass es sich in richtiger Lage zum Werkstück befindet. Für den dargestellten Sehneidbrenner wird diese Bedingung dann erreicht werden, wenn das Austrittsende der Düse N sieh unmittelbar oberhalb des eisernen Werkstückes P am Ausgangspunkt S befindet, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist.
Das Handrad 23 wird dann arretiert, um den Sehneidbrenner in der eingestellten Lage festzuhalten. Nunmehr wird der Temperaturanzeiger 24 vermittels des Gelenkarmes 40 und Vertikalverschiebung der Muffe 30 auf Stange 21 in die Winkellage gebracht, bis der Anzeiger auf die zu erhitzende Fläche eingestellt ist. Die Lage der Blende 27 wird sodann mittels des Drehkopfes 28, das vorzugsweise mit Marken entsprechend den Temperaturgraden versehen ist, eingestellt. Z. B. wird im Falle, dass das Werkstück mit der Flamme geschnitten werden soll, die Blende 27 vorzugsweise auf die Zündtemperatur des die Platte P bildenden Metalls eingestellt.
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Nach Beendigung der Einstellungen wird die Mischung des Vorwärmstrahles vermittels der
Ventile Vm eingestellt und die Vorwärmflamme angezündet. Wenn die Temperatur der Platte P hinreichend hoch ist, wird ein Teil oder eine Zone derselben glühend und die von dieser Zone ausgestrahlte
Energie wird durch die Linse 26 der Photozelle E zugeführt. Sobald die richtige Schneidtemperatur erreicht worden ist, sind die von der Photozelle E dem Verstärker zugeführten und von diesem gelieferten
Ströme stark genug, um das Relais 47 zu erregen und so den Kontakt 54 mit dem Kontakt 53 zu schliessen.
Hiedurch wird das Solenoid : J7 mit der Stromquelle verbunden und erregt. Der Kern. 36 wird hiebei in die Spule hineingezogen, so dass der Hebel. ?-3 in der Richtung vom Schneidbrenner weggesehwungen wird, wodurch das Sehneidsauerstoffventil Vo geöffnet und gleichzeitig die Kontakte 43 und 44 geschlossen werden. Hiedurch wird der Stromkreis des Elektromotors M geschlossen, so dass sich dieser in Betrieb setzt. Man sieht also, dass, wenn die Photozelle E genügend angeregt wird, das Schneid- sauerstoffventil Vo und der die Fördervorrichtung F antreibende Motor M augenblicklich und selbsttätig betrieben und der Sauerstoffstrahl auf das Werkstück P in genau dem erforderlichen Zeitpunkt geleitet wird.
Bei Wärmebehandlungen setzt der Photozellenstrom die Fördereinrichtung in Bewegung und hält sie auch in Bewegung, so dass das Werkstück in Beziehung zur Wärmequelle verschoben wird, nachdem das Metall die erwünsehte Temperatur erreicht hat.
Wenn der Sauerstoffsehneidstrahl auf das Werkstück P auftrifft, schiebt die Fördereinrichtung das Werkstück am Brenner B vorbei. Die Geschwindigkeit des Motors M kann mittels des Reglers 17 eingestellt werden, beispielsweise derart, dass die Vorschubgesehwindigkeit der Fördereinrichtung im wesentlichen gleich der höchsten Sehneidgeschwindigkeit ist. Sollte sich das Werkstück P mit zu grosser Gesehwindigkeit am Brenner B vorbeibewegen, dann würde das Metall durch die Vorheizflammen nicht auf der Entzündungstemperatur gehalten und die Metalloxydation und mithin auch das Schneiden wurde gewöhnlich unterbrochen werden.
Im richtigen Augenblick jedoch, wo diese Gefahr droht, wird die Photozelle eine zu geringe Strahlung erhalten, um die Kontakte geschlossen und das Ventil Vo geöffnet halten zu können. Hiedurch wird sogleich der Sauerstoffschneidstrahl unterbrochen und der Motor M stillgesetzt, so dass das Werkstück P sich nicht mehr gegenüber dem Brenner verschiebt, u. zw. so lange, bis die Vorheizflammen die erhitzte Fläche wiederum auf die Zündtemperatur gebracht haben, worauf sogleich der erneute Austritt des Sehneidsauerstoffes und die Verschiebung des Werkstückes P erfolgt. Auf diese Weise wird dem Werkstück P niemals Schneidsauerstoff zugeführt, solange nicht die Temperatur auf den Entzündungspunkt gebracht ist, in welchem Zeitpunkt das Schneiden selbsttätig fortschreitet.
Wenn das Werkstück P das Ende seiner Bahn erreicht hat und mithin der Schnitt beendet ist, gibt es keine erhitzte Fläche mehr, welche die Photozelle E erregen könnte, so dass der Sehneidstrahl selbsttätig unterbrochen und der Motorstromkreis selbsttätig geöffnet wird, um eine weitere Bewegung der Fördereinrichtung F und des Werkstückes P zu verhindern.
Wie bereits erwähnt, sind die Grundsätze der vorliegenden Erfindung nicht auf den besonderen Apparat oder die oben beschriebene Werkstoffbehandlung beschränkt, vielmehr können diese Grundsätze ganz allgemein zur selbsttätigen Steuerung solcher Maschinen Anwendung finden, bei welchen Heiz-und Oxydationsmittel oder letztere allein auf eisenhaltige Metalle zum Zwecke der Erhitzung, des Sehweissens, der Oberflächensehmelzung oder des Schneidens zur Einwirkung gelangen.
Die beiden letztgenannten Massnahmen bestehen, ganz allgemein betrachtet, in der Entfernung von Metall, weil der Schneidstrahl das Metall durch Einschneiden einer Nut durch den Block oder die Platte entfernt, um diese in zwei Teile zu zerlegen, während der Oberfläehensehmelzstrahl das Metall von der Oberfläche eines Blockes oder einer Platte entfernt. Beide Strahlen wirken jedoch durch Oxydation und bevor ein solcher Strahl auf den Metallkörper zur Einwirkung gelangt, muss letzterer auf die Zimmertemperatur erhitzt werden und diese Temperatur muss an der Aufstossstelle des oxydierenden Strahls während der gesamten Bearbeitung aufrechterhalten werden.
Die Geschwindigkeit des Schneidsauerstoffstrahls ist hoch-im wesentlichen über 300 m pro Sekunde-, wobei der Strahl gewöhnlich fast senkrecht zur Oberfläche des Metallstückes geführt wird. Die Geschwindigkeit des eine Oberflächenschmelzung bewirkenden Sauerstoffstrahles ist beträchtlich niedriger-vorzugsweise zwischen 60 und 300 m pro Sekunde-wobei dieser Strahl vorzugsweise unter einem Winkel von 15 bis 35 zu der zu reinigengenden Oberfläche des Gegenstandes geführt wird.
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Process for heating, welding, surface melting or cutting of metallic objects.
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to perform treatment. A sleeve 18 is fastened to a holding frame 20 by means of the arm 79. A toothed rack 22 fastened on the outside of the cutting torch extends in its longitudinal direction through the sleeve 18 and meshes here with a toothed wheel mounted in it. The latter is driven by means of the handwheel 2.3 and can, however, be locked to set the heating tool B in a fixed position.
A temperature indicator 24 is slidably mounted on a vertical rod 21 mounted in the holding frame 20 and is arranged at an angle to the burner B. A sleeve 30 slides on the rod 21, which sleeve can be held in any position by means of an adjusting screw 9 or the like. A centrally articulated arm 40 is used to connect the sleeve 30 to the housing of the temperature indicator 24. The latter comprises means that are sensitive to radiant heat, which from one point on the plate P, which is caused by the burner B to a high Temperature is heated, is sent.
The temperature indicator preferably comprises a tube directed towards the heated surface, at the front end of which sits a lens 26 in order to project an image of the glowing heated surface onto a radiation receiver. As a radiation receiver, for. B. serve a pyrometer, in which case the lens throws the image of the glowing surface in the form of a hot glowing point on the soldering point of the thermocouple. The temperature indicator shown in FIG. 1 has a radiation-limiting tube 2.5, which is arranged in such a way that the front tapered end is directed towards the glowing surface of the workpiece P.
The lens 26 projects an image of this glowing surface onto a photocell E which is arranged at the upper end of the tube. By means of a rotary knob 2S, an adjustable diaphragm 27 can be switched into the beam path in such a way that the area of the photocell exposed to the radiation source is enlarged or reduced as desired
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In Fig. 2, the control device is shown in use with a conventional cutting torch, which has connections 29 for the gas feed line and adjustable fuel mixing valves VIII. The oxygen supply line M stands with the oxygen cutting tube:; 2 in communication when valve Vo is open. A lever 33 serving to actuate this valve is rotatably mounted at its upper end on the burner tube B, for example through the intermediary of a holder 34 which is fastened in a fork 35 of the burner tube B. The opposite end of the lever 83 is hinged to the core 36 of a solenoid 37, which by means of an arm. ? is arranged perpendicular to the burner tube.
The valve spindle 39, at the inner end of which the valve head 41 is seated, is articulated to the lever 33 between its ends, preferably approximately in its central part. The valve head 41 and the lever 33 are normally pressed inward into the closed position by the action of the compression spring 42. A pair of contacts 43 and 44 are mounted on levers or the holder 34 and insulated in a suitable manner.
The currents from the photoelectric cell E are fed to the input terminals of a tube amplifier A through lines 43 and 46. The input voltage is amplified by a series of tubes and then passed on lines 49, 34 and 52 through the solenoid coil of a sensitive current relay 47 and a milliammeter 48. The relay 47 is with a
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Lever arm sits. A wire 55 leads from contact 33 to the connection terminal 56 of the solenoid 37, while the wire 57 leads from the other connection terminal 58 of the solenoid 37 to the contact piece 43.
A wire 59 connects the line 57 to a line 61, which leads to a power source of, for example, 110 volts direct or alternating current. The other supply line 62 of this power source is connected to the contact 54 by a wire 63. The leads 61 and 62 are connected to the input terminals of the amplifier. 1 and feed it with operating current. A wire 61 connects the supply line 6-1 to one of the connection terminals of the motor M, while the other connection terminal is connected to the contact piece 44 through the line 65.
When the apparatus is not in operation, the relays and the valve lever 33 of the oxygen valve are in the positions shown in FIGS. 1 and 2. In order to put the apparatus into operation, a workpiece or a plate P is first placed on the conveyor device F in such a way that the edge of the plate is located directly below the cutting, welding or heating tool B, whereupon the latter in a vertical direction by means of the Handwheel 2. 3 is adjusted so that it is in the correct position to the workpiece. For the illustrated torch, this condition will be achieved when the outlet end of the nozzle N is located immediately above the iron workpiece P at the starting point S, as can be seen from FIG.
The handwheel 23 is then locked in order to hold the cutting torch in the set position. The temperature indicator 24 is now brought into the angular position by means of the articulated arm 40 and vertical displacement of the sleeve 30 on the rod 21 until the indicator is set on the surface to be heated. The position of the diaphragm 27 is then set by means of the rotary head 28, which is preferably provided with marks corresponding to the temperature degrees. For example, in the event that the workpiece is to be cut with the flame, the diaphragm 27 is preferably set to the ignition temperature of the metal forming the plate P.
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After completing the settings, the pre-heating jet is mixed by means of the
Valves Vm adjusted and the preheating flame lit. When the temperature of the plate P is sufficiently high, a part or a zone of it becomes glowing and that emitted from this zone
Energy is supplied to photocell E through lens 26. As soon as the correct cutting temperature has been reached, those from the photocell E are fed to and supplied by the amplifier
Currents strong enough to energize relay 47 and thus close contact 54 with contact 53.
This connects the solenoid: J7 to the power source and energizes it. The core. 36 is drawn into the spool so that the lever. ? -3 is swung away in the direction of the cutting torch, whereby the tendon oxygen valve Vo is opened and contacts 43 and 44 are closed at the same time. As a result, the circuit of the electric motor M is closed so that it starts up. It can therefore be seen that if the photocell E is sufficiently excited, the cutting oxygen valve Vo and the motor M driving the conveyor device F are operated instantaneously and automatically and the oxygen jet is directed onto the workpiece P at exactly the required time.
During heat treatments, the photocell current sets the conveyor in motion and keeps it in motion so that the workpiece is displaced in relation to the heat source after the metal has reached the desired temperature.
When the oxygen cutting jet hits the workpiece P, the conveyor pushes the workpiece past the torch B. The speed of the motor M can be adjusted by means of the controller 17, for example in such a way that the feed speed of the conveyor device is essentially equal to the highest cutting speed. Should the workpiece P move past the burner B at too great a speed, the metal would not be kept at the ignition temperature by the preheating flames and the metal oxidation and consequently also the cutting would usually be interrupted.
At the right moment, however, when this danger threatens, the photocell will receive too little radiation to be able to close the contacts and keep the valve Vo open. As a result, the oxygen cutting jet is immediately interrupted and the motor M is stopped so that the workpiece P no longer shifts with respect to the torch, u. between until the preheating flames have brought the heated surface back to the ignition temperature, whereupon the tendon oxygen is released again and the workpiece P is displaced. In this way, cutting oxygen is never supplied to the workpiece P until the temperature is brought to the ignition point, at which point the cutting proceeds automatically.
When the workpiece P has reached the end of its path and the cut is therefore finished, there is no longer any heated surface that could excite the photocell E, so that the cutting beam is automatically interrupted and the motor circuit is automatically opened to allow further movement of the conveyor F and the workpiece P to prevent.
As already mentioned, the principles of the present invention are not limited to the particular apparatus or the material treatment described above, rather these principles can be used quite generally for the automatic control of such machines in which heating and oxidizing agents or the latter are used solely on ferrous metals for the purpose heating, vision, surface limping or cutting.
The latter two measures, considered very generally, consist in the removal of metal, because the cutting jet removes the metal by cutting a groove through the block or plate in order to split it into two parts, while the surface jet removes the metal from the surface of one Block or plate removed. However, both jets work through oxidation and before such a jet can act on the metal body, the latter must be heated to room temperature and this temperature must be maintained at the point of contact of the oxidizing jet during the entire process.
The speed of the cutting oxygen jet is high - essentially over 300 meters per second - with the jet usually being guided almost perpendicular to the surface of the metal piece. The speed of the oxygen jet causing surface melting is considerably lower - preferably between 60 and 300 m per second - this jet preferably being guided at an angle of 15 to 35 to the surface of the object to be cleaned.