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Plasma-Handbrenner mit zugehöriger Schutzschaltung
Die Erfindung betrifft einen Plasma-Handbrenner mit zugehöriger Schutzschaltung, der zum
Schmelzschneiden dient. Durch die Schutzschaltung soll ein Berührungsschutz gegen unzulässige
Spannungen gewährleistet sein, sowie eine Überwachung des Berührungsschutzes erfolgen.
Es sind Plasmabrenner bekannt, die den Nachteil aufweisen, dass sie keinen Berührungsschutz besitzen, weswegen sie nicht als Handbrenner verwendbar sind. Auch ist bei bekannten, als Handbrenner ausgebildeten Bauarten, die spannungsführende Düse bzw. Düsenkappe nicht gegen Berührung geschützt. Derartige Plasmabrenner sind daher nur für niedrige Betriebsspannungen geeignet und erreichen demzufolge im Plasmastrahl auch nur eine geringe Leistungsdichte. Bei andern Ausführungsformen sind zwar die Düse und bzw. oder die Düsenkappe durch ein potentialfreies, metallisches Gehäuse vor Berührung :, geschützt, können jedoch durch Isolationsfehler, Ionisierung der isolierenden Luftstrecke oder bei einem Überschlag des Lichtbogens zwischen Düse und Gehäuse diese wieder ein unzulässig hohes Potential annehmen.
Bei einer der bekannten Ausführungsformen ist die Düse mittels zweier Gummidichtungen in einen fast bis zur Düsenöffnung. vorgezogenen Düsenhalter eingesetzt. Die Gummidichtungen haben dabei die Aufgabe, den Kühlwasserraum, der bis an die Düse herangeführt ist, einerseits gegen das zugeführte Gas und anderseits gegen die Atmosphäre abzudichten. Für die elektrische Isolierung der Düsenkappe gegenüber der Düse bzw. dem Düsenhalter ist ein entsprechend geformter Keramikring eingesetzt.
Eine derartige Anordnung weist jedoch den besonderen Nachteil auf, dass auf Grund der physikalischen Erfordernisse die Düse, der Düsenhalter, die Düsenkappe und der Keramikring eine relativ komplizierte Form aufweisen. Hiezu kommt, dass die Düse und die Düsenkappe Verschleissteile sind, d. h. in grösserer Stückzahl benötigt werden. Weiterhin kommt der Nachteil hiezu, dass durch die Anordnung des Keramikringes und die damit verbundene Form der Düse und Düsenkappe sowie durch die erforderliche Isolierung im Bereich der Düse der Handbrenner verhältnismässig grosse Abmessungen aufweist. Solche Abmessungen haben wieder den Nachteil, dass die Sichtverhältnisse verschlechert werden und der Brenner nur in einem kleinen Winkel zur Vertikalen geneigt werden kann, was wieder für die häufig auftretenden Schrägschnitte von besonderem Nachteil ist.
Schliesslich ist noch zu erwähnen, dass infolge zu grosser Abmessungen beim Einstechen über dem Werkstück dem flüssigen Material, welches nach oben spritzt, eine grosse Auffangfläche gegenübersteht, wodurch der Brenner stark verschmutzt und beschädigt wird.
Die Erfindung hat den Zweck, unter Vermeidung dieser Nachteile einen Plasma-Handbrenner zu schaffen, der die an einen Handbrenner gestellten Forderungen hinsichtlich des elektrischen Berührungsschutzes erfüllt und der auf Grund der dadurch möglichen hohen Betriebsspannung eine hohe Leistungsdichte erreicht. Dies wird dann ermöglicht, wenn die Isolation zwischen
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spannungsführenden Teilen und dem Gehäuse so gestaltet ist, dass bei leichter Auswechselbarkeit der
Düse sowie deren wirkungsvoller Kühlung für den Bedienenden ein gefahrloser Betrieb und eine Überwachung des Berührungsschutzes gewärleistet ist.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass das Gehäuse des Plasma-Handbrenners, das mit der Düsenkappe elektrisch leitend verbunden ist, an zwei Stellen über je eine Leitung schutzgeerdet ist, indem diese Leitungen mit dem Gehäuse eines Netzgerätes verbunden sind, wobei in der einen Leitung ein Stromrelais mit einem Ruhekontakt und in der andern Leitung, ein Hilfsrelais und die
Sekundärwicklung eines Kleinspannungstransformators angeordnet sind, und dass das Hilfsrelais mit einem Arbeitskontakt versehen ist, der mit dem Ruhekontakt in Reihe geschaltet ist, wobei ein Schaltschütz des Plasma-Handbrenners bei Auftreten eines Kurzschlusses über den Ruhekontakt oder bei Unterbrechung der Schutzleitung durch den Arbeitskontakt abschaltet bzw. die Anlage nicht einschaltbar ist.
Vorzugsweise ist die Düse mit der Düsenkappe über eine elastische, elektrisch isolierende Dichtung verbunden. Weiters kann ein zur Düse und Düsenkappe konzentrisch angeordneter Keramik-Isolator vorgesehen sein, der die Austrittsöffnung der Düse einschliessend über die Düsenkappe hinausragt. Zur leichten Auswechselbarkeit der Düse und der Düsenkappe können der Keramik-Isolator und die Düsenkappe mit je einem Bund versehen sein.
Die technisch-ökonomischen Auswirkungen, insbesondere der technische Fortschritt der Erfindung bestehen darin, dass somit ein Plasma-Handbrenner geschaffen wird, mit dem durch seine hohe Leistungsdichte im Schneidstrahl gefahrlos auch solche Werkstücke bei kleiner Schmelzschnittbreite und hoher Schnittgeschwindigkeit wirtschaftlich schmelzgeschnitten werden können, die von der Form und bzw. oder den Abmessungen her dem Maschinenschnitt nicht zugänglich sind.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen : Fig. l : eine Schaltungsanordnung, Fig. 2 : eine Schnittdarstellung des erfindungsgemässen Plasma-Handbrenners im Bereich der Düse und der Düsenkappe sowie Fig. 3 eine Ansicht eines Plasma-Handbrenners mit der erfindungsgemässen Schutzerdung.
In Fig. l ist die Schutzschaltung dargestellt. Das Gehäuse--6--des Plasma-Handbrenners und
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zweiten Stelle des Gehäuses--6--angeschlossene Hilfsleitung--14--ist über ein Hilfsrelais --15-- und die Sekundärwicklung eines Kleinspannungstransformators --16-- geführt.
Die Kontakte-17, 18- der Relais-13, 15-, die als Arbeitskontakt bzw. Ruhekontakt ausgeführt sind, verriegeln das Betriebsschütz --23-- des Netzgerätes --12-- derart, dass dasselbe ausgeschaltet bzw. nicht einschaltbar ist, wenn die Schutzleitung--11--oder die Hilfsleitung --14-- unterbrochen ist, wodurch der Erregerstromkreis des Hilfsrelais--15--nicht geschlossen ist, so dass das Hilfsrelais--15--nicht erregt und dessen Arbeitskontakt --17-- geöffnet ist. Der Anschluss der beiden Leitungen--11, 14-- an verschiedenen Stellen des Brennergehäuses --6-- schliesst aus, dass die Leitungen--11, 14-- nur untereinander, aber nicht mit dem Gehäuse--6- verbunden sind.
Die Arbeitsweise der Schutzschaltung ist wie folgt :
Nach Einschalten des nicht dargestellten Hauptschalters des Netzgerätes --12-- liegt an den Klemmen--20, 21-- die Betriebsspannung und an den Klemmen--24, 25-- die Steuerspannung an. Ist der von dem Transformator--16--gespeiste, aus dessen Sekundärwicklung, der Wicklung des Hilfsrelais--15--, der Hilfsleitung --14--, dem Gehäuse --6-- des Plasmabrenners, der Schutzleitung --11--, der Wicklung--26--des Stromrelais--13--und dem Gehäuse des
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Zündung ein. Damit ist der Brenner in Betrieb gesetzt.
Bei einem Überspringen des Lichtbogens (z. B. infolge schadhaften Keramikstators), von der Kathode--19--über die Düse--l--auf die Düsenkappe--5--, bewirkt die Betriebsspannung, die an den Klemmen--20, 21-- anliegt, in der Schutzleitung--11--einen Stromstoss, wodurch das Stromrelais --13-- einen Kontakt --18-- betätigt, der den Steuerstromkreis unterbricht. Das
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geschützt sind.
Ohne die Selbsthaltung des Relais --13-- über den Kontakt --18-- und die Wicklung
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betätigtem Steuerschalter--22. 1-- das Betriebsschütz wiederholt die Betriebsspannung auf die Kathode --9-- schalten. Nach dem Ausschalten des Hauptschalters des Stromversorgungsgerätes - fällt das Stromrelais --13-- ab und ist die Schaltungsanordnung nach Behebung der Störungsursache und Einschalten des Hauptschalters wieder betriebsbereit.
Das betriebsmässige Ausschalten erfolgt durch Loslassen des Betätigungselementes des Steuerschalters--22. 1--, wodurch dieser öffnet und das Betriebsschütz --23-- abfällt.
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B.Plasmabrenners nicht mehr gewährleistet ist, so zieht das Hilfsrelais --15-- nicht an, bzw. fällt ab, sobald die Unterbrechung während des Betriebes eintritt. Dadurch ist der Arbeitskontakt-17geöffnet und zieht das Betriebsschütz --23-- bei betätigtem Steuerschalter--22. 1-- nicht an bzw. fällt ab, wodurch wieder die Betriebsspannung des Plasmabrenners abgeschaltet ist.
Bei der im Beispiel angeführten Unterbrechung der Schutzleitung--11--liegt die Sekundärspannung des Transformators --16-- über die Wicklung des Hilfsrelais --15-- und die Hilfsleitung --14-- am Gehäuse --6-- des Plasmahrenners an. Deshalb ist diese Spannung eine ungefährliche Hilfsspannung. Der Transformator--16--dient ausserdem zur Trennung des geerdeten Überwachungsstromkreises vom übrigen Steuerstromkreis.
Fig. 2 zeigt die aus Kupfer bestehende Düse --1--, welche in bekannter Weise im Düsenhalter - zentriert, durch eine Gummidichtung --3-- plangedichtet und über eine elastische und spannungsfeste Dichtung --4-- gegenüber der Düsenkappe --5-- elektrisch isoliert ist. Die Düsenkappe --5-- ist mittels eines Gewindes mit dem geerdeten Gehäuse --6-- verbunden. Die
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist im Handgriff das Betätigungselement --22-- des Steuerschalters - -22. 1-- für das Betriebsschütz eingebaut. Dieses Betätigungselement --22-- ist bei metallischer Ausführung in die Schutzschaltung einbezogen. Das Betriebsschütz schaltet in bekannter Weise sowohl die Betriebsspannung als auch das Arbeitsgas und die Zündung ein. Die weiteren Folgeschaltungen laufen dann selbsttätig ab.
PATENTANSPRÜCHE :
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dass das Gehäuse (6) des Handbrenners, das mit der Düsenkappe (5) elektrisch leitend verbunden ist, an zwei Stellen über je eine Leitung (11, 14) schutzgeerdet ist, indem diese Leitungen mit dem Gehäuse eines Netzgerätes (12) verbunden sind, wobei in der einen Leitung (11) ein Stromrelais (13) mit einem Ruhekontakt (18) und in der andern Leitung (14) ein Hilfsrelais (15) und die Sekundärwicklung eines Kleinspannungstransformators (16) angeordnet sind und dass das Hilfsrelais (15) mit einem Arbeitskontakt (17) versehen ist, der mit dem Ruhekontakt (18) in Reihe geschaltet ist, wobei ein Schaltschütz (23) des Plasma-Handbrenners bei Auftreten eines Kurzschlusses über den Ruhekontakt (18) oder bei Unterbrechung der Schutzleitung (11, 14) durch den Arbeitskontakt (17) abschaltet bzw.
die Anlage nicht einschaltbar ist.
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