DD142267B1

DD142267B1 - Plasmabrenner mit Berührungsschutz

Info

Publication number: DD142267B1
Application number: DD21141479A
Authority: DD
Inventors: Jochen Boehme; Dieter Odrich; Rudolf Pochert; Peter Wiese; Peter Jagieniak; Hans Koerdt
Original assignee: Jochen Boehme; Dieter Odrich; Rudolf Pochert; Peter Wiese; Peter Jagieniak
Priority date: 1979-03-06
Filing date: 1979-03-06
Publication date: 1980-12-24
Also published as: FR2450659B1; GB2048457B; DD142267A1; FR2450659A1; AT374717B; ATA83380A; SE8001733L; SU1046982A1; SE444629B; DE3005894A1; JPS55146894A; DE3005894C2; JPS6258894U; GB2048457A; BG39109A1

Description

Plasniabrenner mit Berührungsschutz

Anwendungsgebiet der Erfindung

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 Щ-senbefestigungselemente eine Spannung gegenüber dem Werkstück führen, verwendet«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten Plasmabrenner, insbesondere Plasma-Handbrenner, 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 können.

Diese genannten Schutzeinrichtungen sind als gefährlich anzusehen, weil sie als Schutzeinrichtung bezeichnet werden, die Schutafunktion während des Brennerbetriebes aber verlorenge-

hen kann·

Es ist eine wirksamere Berührungsschutzeinrichtung bekannt geworden, die die genannten Mängel 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 Fehlersp annungs schutzschaltung verbunden. Bei Überschreiten der Schaltschwelle der Schutzschaltung durch plötzlich anstehendes Spannungspotential wird die Plasma-Stromquelle ausgeschaltet (DD-PS 63 823). Von Kachteil 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 ist. Das Kühlwasser wirkt hierbei als Elektrolyt. Durch die Zersetzung werden die Düsenkappen an den Spannstellen undicht»

Ziel der Erfindung

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.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

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 den

Bedienenden muß gewährleistet sein, daß eine Schutzschaltfunktion auch dann erfolgt, wenn die Schutzeinrichtung oder die Düse das Werkstück berühren·

Die Aufgabe wird mit einem bekannten Plasmabrenner, bestehend aus Шзе und Düsenkappe, zwischen denen sich das Kühlwasser befindet, und der konzentrisch angeordneten Katode sowie einer Pehlerstromschutzschaltung 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 Pehlerstromschutzschaltung verbunden sind·

Zur Überwachung der Düse auf das Vorhandensein eines Spannunßspotentials gegenüber, dem Werkstück sind zwischen das V7erkstück und die O'dse in bekannter Weise Schalt funkt ionen ausführende Spannungsindikatoren geschaltet. Erfindungsgemaß 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 aufgeladen» Mittels dessen akkumulierter elektrischer Ladung kann durch Vergleich und durch Verknüpfung mit Schaltkontakten der Plasma-Anlage das einwandfreie Arbeiten des Plasmabrenners in verschiedenen Betriebszuständen überprüft werden. Ea besteht damit für die Anlage die Möglichkeit, 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, weil die Düse bei dieser Betriebsart auf'Massepotential liegt«

Spricht die Fehlerstromschaltung bei direkter Betriebsweise an, so wird die Plasma-Anlage sofort abgeschaltet·

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-Werkstückberührung 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 parallelgesclialteten Kondensator bedingt, verzögert an· Ein früher abfallender Relaiskontakt der Plasma-Anlage verhindert eine Fehlerregistrierung.

FUr Plasmabrenner mit Leistungsumsätzen größer 20 kW ist es von Vorteil, die Schutzkappe mit schmalen Durchbrüchen zu. versehen, um einen möglichen Y/ärmestau zu vermeiden·

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 eingeengt·

V/eiterhin ist es zweckmäßig, die Schutzkappe mittels Gewinde oder federnder Nocken an den Kontaktstücken zu befestigen, die an dem Isolierkörper des Plasmabrenners angebracht sind.

Zur Indikation des Fehlerstromes und des Düsenpotentials können Relais, Halbleiterrelais oder Halbleiterschaltkreise zur Anwendung kommen·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert· In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. Is einen Schnitt eines Plasmabrenners im Bereich der Düse und Düsenkappe,

Fig. 2: eine Schaltungsanordnung in Relaisausführung.

Die Düse 1 ist zentriseh 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 Fehlerstromüberwachung der Plasma-Anlage führt. 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 aufgebaut.

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.

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^w-Kreis der Plasma-AnIage. Zusätzlich ist die Schutz-

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 "KOT-STOP¹¹ der Plasma-Anlage aus.

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 auf» 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^M-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.

Die Kontakte 19' 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^f; 27" sind während des Schneidprozesses geschlossen, öffnen aber zeitlich unterschiedlich. Die Kontakte 26^f; 26" öffnen bei ungestörtem Schneidbeginn früher, als die Kontakte 27'; 27" schließen. Schaltet der Bedienende nach -einer Störung den Piasnabrenner 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",

19ⁿ und die Diode 28 das Fehlerstromrelais 18 angesteuert, was den "KOT-STOP" auslöst·

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· Werketückkontakt oder thermischer Überlastungsschutz, Bei fehlender Schutzkappe 8 läßt sich der Plasmabrenner nicht einschalten, da ebenfalls über diesen Schutzkreis die "Ein/Aus^H-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.

Claims

.Erfindungsanspruch

1· Plasmabrenner mit Berührungsschutz, bestehend aus der Düse und Düsenkappe mit dem dazwischen strömenden Kühlwasser und der in der Düse konzentrisch angeordneten Katode, und einer Fehlerstromschutzschaltung und einem Schaltfunktionen ausführenden Spannungsindikator zwischen dem Werkstück und der Düse zur Überwachung der Düse auf das Vorhandensein eines Spannungspotentials gegenüber dem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß über der Düsenkappe (3) eine der Form dieser angepaßte elektrisch leitende Schutzkappe (8) von der Düsenkappe (3) durch einen Luftspalt (9) isoliert angeordnet ist, daß zur Befestigung der Schutzkappe (8) am Schaft des Plasmabrenners mindestens zwei Kontaktstücke (7) angebracht sind, die über jeweils eine Leitung mit der Fehlerstromschutz schaltung verbunden sind, und daß mit dem Spannungsindikator ein Widerstand (20) in Reihe geschaltet ist, zu dem parallel mindestens ein Kondensator (21) mit einer in Reihe geschalteten Diode (24) geschaltet ist»

2. Plasmabrenner nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (8) Durchbrüche besitzt.

3* Plasmabrenner nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (1) geringfügig aus der Schutzkappe (8) hervorragt ·

4· Plasmabrenner nach Punkt 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkappe (8) mittels Gewinde oder federnder Hocken an den Kontaktstücken (7) befestigt ist©

5· Plasmabrenner nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsindikator ein Halbleiterschaltkreis, Halbleiterrelais oder ein elekt'romechanisches Relais ist©

Hierzu Ж Seilen Zeichnungen