DD142267A1 - PLASMA ABRASHER WITH TOUCH PROTECTION! - Google Patents
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Description
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Plasmabrenner mit BerührungsschutzPlasma torch with contact protection
Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner mit Berührungsschutz, welcher den Bedienenden vor unzulässig hoher Spannung und den Brennerkopf selbst vor Zerstörung schützt. Die Einrichtung wird vorzugsweise für Brenner mit übertragenem Lichtbogen, bei denen Düse, Düsenkappe oder andere metallische Düsenbefestigungselemente eine Spannung gegenüber dem Werkstück führen, verwendeteThe invention relates to a plasma torch with contact protection, which protects the operator from unduly high voltage and the burner head itself from destruction. The device is preferably used for torpedo arc burners in which the nozzle, nozzle cap, or other metallic nozzle attachment elements provide stress against the workpiece
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Char a kteristik the known technical solutions
Die bekannten Plasmabrenner, insbesondere Plasma-Handbrenner y haben zum Schutz des Bedienenden unterschiedlich wirkende Einrichtungen, die aber nur einen unvollkommenen Schutz gewährleisten. Es ist bekannt, daß man die Düse mit einer Keramikkappe oder mit einer Keramik- bzw. Emailschicht überzieht,, Die beim Schneidvorgang entstehenden Spritzer oder Metalldämpfe überziehen die Schutzkappen mit einer relativ dünnen Metallschicht, so daß Kontakt zur Düse hergestellt wird. Damit können großflächige Spannung führende Stellen auf den Brennern entstehen, die unbeabsichtigt während des Betriebes berührt werden könnene The known plasma torch, in particular plasma hand torch y have to protect the operator differently acting devices, but only an imperfect protection. It is known that one covers the nozzle with a ceramic cap or with a ceramic or enamel layer, the resulting during the cutting process splashes or metal vapors coat the caps with a relatively thin metal layer, so that contact is made to the nozzle. This can create large-area voltage leading points on the burners that can be accidentally touched during operation e
Diese genannten Schutzeinrichtungen sind als gefährlich anzusehen, weil sie als Schutzeinrichtung bezeichnet werden, die Schutzfunktion während des Brennerbetriebes aber verlorenge-These protective devices are to be regarded as dangerous because they are referred to as protective devices, but the protective function is lost during burner operation.
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hen kann.hen can.
Es ist eine wirksamere Berührungsschutzeinrichtung bekannt geworden, die die genannten Mangel nicht aufweist, der aber technische Nachteile anhaften. Bei dieser Einrichtung ist die Düsenkappe von der Düse durch einen Keramik-Isolator und eine elastische Dichtung getrennt. Die Schutzkappe ist mit dem Werkstück- bzw. Erdpotential über eine Fehlersparmungsschutzschaltung verbunden· Bei Überschreiten der Schaltschwelle der Schutzschaltung durch plötzlich anstehendes Spannungspotential wird die Plasma-Stromquelle ausgeschaltet (DD-PS 63 823). Von Nachteil ist, daß in dem Moment, wo die Düsenkappe bei schwierigen Schneidpositionen, wie z. B. in Winkelstücken, mit dem Werkstück in Berührung kommt, die Fehlerspannungsüberwachung versagt«, Tritt in diesem Fall ein Bogenüberschlag oder eine metallische Brückenbildung am Keramik-Isolator auf, so wird in den meisten Fällen der Isolator durch thermische Überbelastung zerstört. Nachteilig ist ebenfalls, daß die Düsenkappe einer elektrolytischen Zersetzung ausgesetzt wird, die durch das hohe Spannungspotential zwischen Düse und Düsenkappe bedingt isto Das Kühlwasser wirkt hierbei als Elektrolyt, Durch die Zersetzung werden die Düsenkappen an den Spannstellen undichteIt is a more effective contact protection device has become known, which does not have the said deficiency, but which adhere to technical disadvantages. In this device, the nozzle cap is separated from the nozzle by a ceramic insulator and a resilient seal. The protective cap is connected to the workpiece or ground potential via a fault protection protection circuit. When the switching threshold of the protection circuit is exceeded by a suddenly occurring voltage potential, the plasma current source is switched off (DD-PS 63 823). The disadvantage is that in the moment where the nozzle cap in difficult cutting positions, such. In this case, if a sheet flashover or a metallic bridging on the ceramic insulator occurs, in most cases, the insulator is destroyed by thermal overload. Another disadvantage is that the nozzle cap is exposed to an electrolytic decomposition, which is due to the high voltage potential between the nozzle and nozzle cap o The cooling water acts as an electrolyte, By the decomposition, the nozzle caps are leaking at the clamping points
Ziel der Erfindung Object of the invention
Das Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen Plasma-Brenner zu schaffen, der die Forderungen hinsichtlich des elektrischen Berührungsschutzes exakt erfüllt» ·The object of the invention is to avoid the disadvantages of the prior art and to provide a plasma torch which exactly meets the requirements with regard to electrical contact protection.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrenner zu schaffen, der eine leichte Auswechselbarkeit der Düse und einer Schutzeinrichtung ermöglicht, beide aber elektrisch voneinander so isoliert sind, daß elektrolytische Prozesse, die zu korrosionsbedingten Zerstörungen der Düsenkappe führen können, nicht mehr auftreten. Außer dem Berührungsschutz für denThe invention has for its object to provide a plasma torch that allows easy replaceability of the nozzle and a protective device, but both are electrically isolated from each other so that electrolytic processes that can lead to corrosion-related destruction of the nozzle cap, no longer occur. Except the contact protection for the
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Bedienenden muß gewährleistet sein, daß eine Schutzschaltfunktion auch dann erfolgt, wenn die Schutzeinrichtung oder die Düse das Y/erkstück berühren< >Operators must be assured that a protective switching function will be carried out even if the protective device or the nozzle touch the machine <>
Die Aufgabe wird mit einem bekannten Plasmabrenner, bestehend aus Düse und Düsenkappe, zwischen denen sich das Kühlwasser befindet, und der konzentrisch angeordneten Katode sowie einer Fehlerstromschutzschaltung dadurch gelöst, daß über die potentialführende Düsenkappe des Plasmabrenners eine zweite, der Form der Düsenkappe angepaßte, elektrisch leitende, thermisch stabile Schutzkappe angeordnet ist, welche durch einen, die gesamte Düsenkappenoberfläche umgebenden Luftspalt von ersterer isoliert ist· Zur Befestigung dieser Schutzkappe dienen am Brennerschaft zwei Kontaktstücke, die über jeweils eine Leitung mit der Fehlerstromschutzschaltung verbunden sind.The object is achieved with a known plasma torch consisting of nozzle and nozzle cap, between which the cooling water is located, and the concentrically arranged cathode and a residual current circuit in that on the potential-leading nozzle cap of the plasma torch a second, the shape of the nozzle cap adapted, electrically conductive , thermally stable protective cap is arranged, which is isolated by a, the entire nozzle cap surface surrounding the air gap of the former. · For attachment of this protective cap serve two contact pieces on the burner shaft, which are connected via a respective line with the residual current circuit.
Zur Überv/achung der Düse auf das Vorhandensein eines Spannungspotentials gegenüber dem Werkstück sind zwischen das Werkstück und die Düse in bekannter V/eise Schalt funkt ionen ausführende Spannungsindikatoren geschaltete Erfindungsgemäß ist mit dem Spannungsindikator, vorzugsweise einem Relais, ein Widerstand in Reihe geschaltet, zu dem parallel eine Reihenschaltung aus mindestens einem Kondensator und einem Ventil geschaltet ist© Der Kondensator wird vom Düsenpotential aufgeladene Mittels dessen akkumulierter elektrischer Ladung kann durch Vergleich und durch Verknüpfung mit Schaltkpntakten der Plasma-Anlage das einwandfreie Arbeiten des Plasmabrenners in verschiedenen Betriebszuständen überprüft werden. Es besteht damit für die Anlage die Möglichkeit f zu unterscheiden, ob ein Plasmabrenner mit indirektem (nicht übertragenem) Bogen oder mit direktem (übertragenem) Bogen angeschlossen ist«. Bei indirektem Bogen erfolgt keine überwachung der Düse, v/eil die Düse bei dieser Betriebsart auf Massepotential liegteIn order to monitor the nozzle for the presence of a voltage potential with respect to the workpiece, a voltage-indicator, preferably a relay, is connected in series with the voltage indicator, preferably a relay, between the workpiece and the nozzle in known manner a series connection of at least one capacitor and a valve is connected in parallel © The capacitor is charged by the nozzle potential By means of its accumulated electrical charge, the proper functioning of the plasma torch in different operating states can be checked by comparison and by linkage with Schaltkpntakten of the plasma system. It is thus for the system to distinguish the possibility f whether a plasma torch with indirect (not transmitted) arc or direct (transmitted) arc coupled. " In the case of an indirect arc, there is no monitoring of the nozzle because the nozzle is at ground potential in this operating mode
Spricht die Fehlerstromschaltung bei direkter Betriebsweise an, so wird die Plasma-Anlage sofort abgeschaltet»If the fault current circuit responds to direct operation, the plasma system is switched off immediately »
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Bei plötzlich fehlendem Düsenpotential wird nur der Schneidvorgang unterbrochen. Der Bedienende kann durch erneutes Ein-Tasten den Plasmabrenner einschalten. Bleibt danach die Düsenspannung Null, so wird mittels der vorher gewonnenen Kondensatorvergleichsspannung nunmehr die Plasma-Anlage abgeschaltet« Dem Bedienenden wird damit angezeigt, daß ein Fehler am Plasmabrenner oder eine fehlerhafte Arbeitsweise vorliegt« Es muß beispielsweise eine Brückenbildung zwischen der Düse und der Schutzkappe beseitigt oder die Arbeitsweise bei Düsen-Y/erkstückberührung korrigiert werden© Wird der Plasmabrenner durch den Bedienenden abgeschaltet, oder es reißt die Bogenentladung am Werkstückende ab, so spricht der Spannungsindikator, durch den über den Widerstand parallelgeschalteten Kondensator bedingt, verzögert an* Ein früher abfallender Relaiskontakt der Plasma-Anlage verhindert eine Fehlerregistrierung·If there is a sudden missing nozzle potential, only the cutting process is interrupted. The operator can turn on the plasma torch by pressing the button again. If the nozzle voltage then remains zero, the plasma system is now switched off by means of the previously obtained capacitor comparison voltage. The operator is thus informed that there is a fault in the plasma torch or a faulty mode of operation. For example, bridging between the nozzle and the protective cap must be eliminated If the plasma torch is switched off by the operator, or if the arc discharge at the end of the workpiece tears off, the voltage indicator, delayed by the capacitor connected in parallel via the resistor, responds with delay * An earlier falling relay contact of the Plasma system prevents error registration ·
PUr Plasmabrenner mit Leistungsumsätzen größer 20 kW ist es von Vorteil, die Schutzkappe mit schmalen Durchbrüchen zu versehen, um einen möglichen Wärmestau zu vermeiden«For plasma torches with power ratings greater than 20 kW, it is advantageous to provide the protective cap with narrow openings in order to avoid possible heat accumulation «
Es ist vorteilhaft, wenn die Schutzkappe nicht vollständig in einer Ebene mit der Düse abschließt, sondern die Düse geringfügig aus der Schutzkappe hervorragt. Die Sicht beim Arbeitsvorgang wird damit nicht eingeengteIt is advantageous if the protective cap does not completely close in a plane with the nozzle, but the nozzle protrudes slightly from the protective cap. The view during the work process is thus not restricted
Weiterhin ist es zweckmäßig, die Schutzkappe mittels Gewinde oder federnder Nocken an den Kontaktstücken .zu befestigen, die an dem Isolierkörper des Plasmabrenners angebracht sind«.Furthermore, it is expedient to fasten the protective cap by means of threads or resilient cams to the contact pieces which are attached to the insulating body of the plasma torch.
Zur Indikation des Fehlerstromes und des Düsenpotentials können Relais, Halbleiterrelais oder Halbleiterschaltkreise zur Anwendung kommen0 For the indication of the fault current and the nozzle potential, relays, semiconductor relays or semiconductor circuits can be used 0
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Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:
Fig. 1: einen Schnitt eines Plasmabrenners im Bereich der Düse und Düsenkappe,1 shows a section of a plasma torch in the region of the nozzle and nozzle cap,
Fig. 2: eine Schaltungsanordnung in Relaisausführung.Fig. 2: a circuit arrangement in relay design.
Die Düse 1 ist zentrisch in einem Düsenhalter 2 durch die DU-senkappe 3 gehalten«, Der zur Kühlung der Düse 1 notwendige Kühlwasserraum 4 wird zwischen Düse 1 und Düsenkappe 3 metallisch gedichtet, während am Düsenhalter 2 die Dichtung durch einen Rundgummi 5 erfolgt,, Die Düsenkappe 3 und Düse 1 führen während des Betriebes ein Spannungspotential gegen das Werkstück. Über einen Isolierkörper 6 werden Düsenhalter 2, Düse und Düsenkappe 3 vom Gehäuse des Plasmabrenners elektrisch getrennt» In den Isolierkörper 6 sind zwei Kontaktstücke 7 in Form von Halbringen eingelegt, an die jeweils eine Schutzleitung zur Fehlerstroffiüberwachung der Plasma-Anlage führte In die Oberfläche der Kontaktstücke 7 ist Gewinde eingearbeitet, das die elektrisch leitende Schutzkappe 8 an der oberen Innenseite hält. Die beiden Kontaktstücke 7 werden von der Schutzkappe 8 miteinander elektrisch verbunden. Der Luftspalt 9 isoliert Düsenkappe 3 und Schutzkappe 8 voneinander. Der Plasmabrenner ist zentrisch um die Katode 10 aufgebauteThe nozzle 1 is held centrally in a nozzle holder 2 through the DU-sinking 3 «, The cooling water space 4 necessary for cooling the nozzle 1 is metallically sealed between the nozzle 1 and nozzle cap 3, while the nozzle holder 2, the seal is made by a round rubber 5 ,, The nozzle cap 3 and nozzle 1 lead during operation a voltage potential against the workpiece. About an insulating body 6 nozzle holder 2, nozzle and nozzle cap 3 are electrically separated from the housing of the plasma torch »In the insulator 6, two contact pieces 7 are inserted in the form of half rings, to each of which a protective line for Fehlerstroffiüberwachung the plasma system led into the surface of the contact pieces 7 thread is incorporated, which holds the electrically conductive cap 8 at the top inside. The two contact pieces 7 are electrically connected to each other by the protective cap 8. The air gap 9 isolated nozzle cap 3 and cap 8 from each other. The plasma torch is centered around the cathode 10
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung in Relaisausführung mit einer an sich bekannten Fehlerstromschutzschaltung. Der Plasmabrenner ist hier mit den spezifischen Bauteilen Katode 10, Düse 1 und Schutzkappe 8 gezeichnet» Das Werkstück 11 ist über die Werkstückleitung 12 mit der Schaltung verbunden·Fig. 2 shows a circuit arrangement in relay design with a known per se residual current protection circuit. The plasma torch is here drawn with the specific components cathode 10, nozzle 1 and protective cap 8. The workpiece 11 is connected to the circuit via the workpiece line 12.
Von der Schutzkappe 8 führen zwei Schutzleiter, welche von derselben kurzgeschlossen werden, über den "Ein/Aus"-Schalter 13. zu einem Kleinspannungstransformator 14, Gleichrichter 15 und Relais 16. Das Relais 16 steuert mit seinen Kontakten den "Ein/Aus"-Kreis der Plasma-AnIage. Zusätzlich ist die Schutz-From the protective cap 8, two protective conductors, which are short-circuited by the same, lead via the "on / off" switch 13 to a low-voltage transformer 14, rectifier 15 and relay 16. The relay 16 controls the "on / off" with its contacts. Circle of plasma system. In addition, the protection
kappe 8 über die Diode 17 direkt mit dem Fehlerstromrelais 18 verbunden« Fließt über die Schutzkappe 8 ein Fehlerstrom zum Fehlerstromrelais 18, so zieht dieses an, und die Kontakte des Relais 18 lösen den "NGT-STOP11 der Plasma-AnIage aus»cap 8 is connected directly to the residual current relay 18 via the diode 17. If a fault current flows to the residual current relay 18 via the protective cap 8, then this is attracted and the contacts of the relay 18 trigger the "NGT STOP 11 of the plasma system".
Die Düse 1 ist mit dem Relais 19 über den Widerstand 20 sowie mit den Kondensatoren 21; 22, dem Widerstand 23» der Diode 24 und dem Kontakt 25 verbunden. (Der Kontakt 25 ist in der Plasma-Anlage») Arbeitet der Plasmabrenner ordnungsgemäß, so führt die Düse 1 ein Spannungspotential gegen das Werkstück 11» Diese Spannung läßt Relais 19 anziehen und lädt gleichzeitig die Kondensatoren 21; 22 aufo Wird der Schneidprozeß unterbrochen, so fällt das Relais 19 verzögert, bedingt durch die Entladung des Kondensators 22, ab» Das Relais 19 kann dadurch mit seinen Kontakten im "Ein/Aus"-Schaltkreis der Plasma-Anlage nicht wirken» Baut sich aber bei arbeitendem Plasmabrenner zwischen Düse 1 und Schutzkappe 8 durch Spritzer eine Kurzschlußbrücke auf, und die Fehlerstromüberwachung der Schutzkappe 8 kann nicht schalten, weil die Schutzkappe 8 direkt auf dem Y/erkstück 11 aufliegt, fällt Relais 19 sofort ab und schaltet den Plasmabrenner aus» In diesem Fall wirkt die Verzögerung nicht. Dieser Vorgang wird durch das Anziehen vom Relais 26 gespeichert.The nozzle 1 is connected to the relay 19 via the resistor 20 and with the capacitors 21; 22, the resistor 23 »the diode 24 and the contact 25 connected. (The contact 25 is in the plasma system ») If the plasma torch is operating properly, the nozzle 1 carries a voltage potential against the workpiece 11» This voltage causes relay 19 to attract and at the same time charges the capacitors 21; 22 aufo If the cutting process is interrupted, the relay 19 drops delayed, due to the discharge of the capacitor 22, from »The relay 19 can thus not work with his contacts in the" on / off "circuit of the plasma system» Builds but when working plasma torch between nozzle 1 and cap 8 by splashing a shorting bridge, and the residual current monitoring of the cap 8 can not switch because the cap 8 rests directly on the Y / erkstück 11, relay 19 drops immediately and turns off the plasma torch »In In this case, the delay does not work. This process is stored by the attraction of the relay 26.
Die Kontakte 19f und 19" sind Ruhestromkontakte und sind bei angezogenem Relais 19 geöffnet. Die Kontakte 27' und 27" sind Relais zugeordnet, die zum Steuerkreis der Plasma-Anlage gehören. Die Kontakte 27'5 27" sind während des Schneidprozesses geschlossen, öffnen aber zeitlich unterschiedlich. Die Kontakte 26·} 26" öffnen bei ungestörtem Schneidbeginn früher, als die Kontakte 27'; 27" schließen. Schaltet der Bedienende nach einer Störung den Plasmabrenner wieder ein und ist die Störung noch vorhanden, so wird über den Kontakt 25» welcher während der Pilotbogenbrennzeit geschlossen ist, der Kondensator 21 über die zwischen der Düse 1 und der Schutzkappe 8 gebildete Brücke entladen» Durch die Entladung zieht das Relais 19 kurzzeitig an, beim Abfallen wird nun über die Kontakte 26'; 26",The contacts 19f and 19 "are normally closed contacts and are opened when the relay 19 is energized, and the contacts 27 'and 27" are associated with relays belonging to the control circuit of the plasma system. The contacts 27'5 27 "are closed during the cutting process, but open differently in time The contacts 26 ·} 26" open earlier, when the cutting start is undisturbed, than the contacts 27 '; If the operator switches the plasma torch on again after a fault and the fault is still present, the capacitor 21 is connected via the contact 25 which is closed during the pilot arc burn time via the bridge formed between the nozzle 1 and the protective cap 8 discharging »Relieving 19 causes the relay 19 to momentarily pick up, and when it drops, it is now connected via the contacts 26 ', 26",
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21, 19" und die Diode 28 das Fehlerstromrelais 18 angesteuert, was den "NOT-STOP" auslöst»21, 19 "and the diode 28 drives the residual current relay 18, which triggers the" EMERGENCY STOP "»
Durch zusätzliche Diodenbeschaltung des Relais 19 in der Ausführung von Diode 17 und 28 können noch weitere Überwachungskriterien der Plasma-Anlage eingeschleift werden, wie z. B, Werkstückkontakt oder thermischer Überlastungsschutz. Bei fehlender Schutzkappe 8 läßt sich der Plasmabrenner nicht einschalten, da ebenfalls über diesen Schutzkreis die "Ein/Aus"-Betätigung des Plasmabrenners erfolgt© Gleichzeitig wird die Düse 1 und damit auch die Düsenkappe 3 beim Schneiden auf das Vorhandensein eines Spannungspotentials gegenüber des Werkstückes 11 überwacht·By additional diode connection of the relay 19 in the embodiment of diode 17 and 28, further monitoring criteria of the plasma system can be looped in, such. B, workpiece contact or thermal overload protection. If the protective cap 8 is missing, the plasma torch can not be switched on, since the "on / off" actuation of the plasma torch likewise takes place via this protective circuit. At the same time, the nozzle 1 and thus also the nozzle cap 3 are cut to the presence of a voltage potential with respect to the workpiece 11 supervised·
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