DE102009014947A1

DE102009014947A1 - Schweiß- oder Schneidbrenner

Info

Publication number: DE102009014947A1
Application number: DE200910014947
Authority: DE
Inventors: Kurt Nachbargauer
Original assignee: IHT Automation GmbH and Co KG
Current assignee: IHT Automation GmbH and Co KG
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-10-07
Also published as: WO2010112340A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schweiß- oder Schneidbrenner (10) zum Schweißen oder Schneiden von elektrisch leitfähigen Werkstücken mit einer an der Brennerspitze (12) angeordneten Brennerdüse (14) für den Austritt der Flamme, mit einer die Brennerdüse (14) wenigstens teilweise umschließenden, zur Brennerspitze (12) offenen Düsenkappe (24) und mit einer mit dem Werkstück eine Kapazität bildenden Elektrode (28). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Düsenkappe (24) aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht und dass die Elektrode (28) in der Düsenkappe (24) aufgenommen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schweiß- oder Schneidbrenner zum Schweißen oder Schneiden von elektrisch leitfähigen Werkstücken gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannte Schweiß- oder Schneidbrenner dieser Art weisen eine Einrichtung zur Regelung des Abstands zwischen der Brennerspitze und dem Werkstück auf, die auf eine kapazitive Messmethode zurückgreift. So ist an der Brennerspitze diese rings umgebend eine freiliegende Ringelektrode befestigt, die mit einer Auswerteeinheit elektrisch leitend verbunden ist. Die Ringelektrode bildet zusammen mit dem Werkstück eine Kapazität, die abhängig ist von dem gegenseitigen Abstand. Zur Bestimmung des Abstands der Brennerspitze zum Werkstück wird die Kapazität bzw. eine die Kapazität charakterisierende Kenngröße in regelmäßigen zeitlichen Abständen gemessen und aus den erhaltenen Werten wird der Abstand der Ringelektrode zum Werkstück errechnet. Aus diesem Abstand lässt sich dann der Abstand der Brennerspitze zum Werkstück errechnen. Diese Abstandsmessung hat sich in der Praxis seit Jahren bewährt. Allerdings bedingt die Anordnung der Ringelektrode, die außen um die Brennerspitze verläuft, einige Nachteile. So kann sich die Position der Ringelektrode zur Brennerspitze in unerwünschter Weise ändern, wenn beispielsweise der Brenner gegen ein Hindernis fährt und die Ringelektrode oder ihre Halterung verbogen wird. Des Weiteren wird beim Schneidvorgang oft Schlacke hochgeschleudert, die sich an der Ringelektrode festsetzen und die durch die Ringelektrode und das Werkstück gebildete Kapazität verändern kann. In beiden Fällen ist eine exakte Bestimmung des Abstands zwischen der Brennerspitze und dem Werkstück dann nicht mehr möglich.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Schweiß- oder Schneidbrenner der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine zuverlässigere Abstandsregelung zum Werkstück möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schweiß- oder Schneidbrenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Elektrode bei einer Anordnung in der Düsenkappe vor äußeren Einflüssen besser geschützt ist und zudem exakter bezüglich der Brennerspitze positioniert werden kann. Um jedoch zuverlässige Messwerte für die von der Elektrode mit dem Werkstück gebildete Kapazität zu erhalten, muss die Düsenkappe aus einem elektrisch nicht leitenden Material bestehen. Es bietet sich insbesondere an, die Düsenkappe aus Keramik zu fertigen, da Keramik hitzebeständig ist und vom Werkstück hochspritzende Schlacke schlecht an ihr haftet. Die keramische Düsenkappe bildet zudem ein Dielektrikum, das die Kapazität vergrößert und die Auswertung der Kapazitätsmessung vereinfacht.
Zweckmäßig ist die Elektrode eine um die Brennerdüse verlaufende Ringelektrode. Durch diese Geometrie wird der innerhalb der Düsenkappe zur Verfügung stehende Platz gut ausgenutzt.
Die Brennerdüse ragt vorteilhaft mit ihrer Spitze aus der Düsenkappe. Damit kommt die Flamme nicht mit der Düsenkappe in Berührung. Es wird bevorzugt, dass die Düsenkappe im Abstand zur Brennerdüse angeordnet ist, so dass zwischen der Brennerdüse und der Düsenkappe ein Spalt frei bleibt. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass sich die aus Metall bestehende Brennerdüse bei Erwärmung stärker ausdehnt als die beispielsweise aus Keramik bestehende Düsenkappe. Würde die Düsenkappe eng an der Brennerdüse anliegen, könnte sie durch deren Wärmeausdehnung gesprengt werden. Um die Brennerdüse und die Düsenkappe dennoch exakt zueinander positionieren zu können, ist zweckmäßig zwischen der Düsenkappe und der Brennerdüse ein an einer Außenfläche der Brennerdüse und an einer Innenfläche der Düsenkappe anliegender elastischer Ring angeordnet. Dieser wird bei einer Wärmeausdehnung der Brennerdüse reversibel verformt und hält die Brennerdüse in der Düsenkappe mittig in ihrer Position.
Die zur Brennerdüse führenden Zuleitungen werden zweckmäßig durch ein Mantelrohr umschlossen, an dem die Düsenkappe befestigt ist. Insbesondere um bei der Befestigung der Brennerdüse mit Werkzeugen angreifen zu können, kann es vorteilhaft sein, einen möglichst langen Abschnitt des Brenners von der Brennerspitze ausgehend freizulegen. Dies könnte zwar dadurch erreicht werden, dass die Düsenkappe sich über einen erheblichen Teil der Länge des Brenners erstreckt und lösbar am Mantelrohr befestigt ist. Da die Düsenkappe, insbesondere wenn sie aus Keramik gefertigt ist, jedoch wesentlich teurer ist als das Mantelrohr aus Metall, wird bevorzugt, dass das Mantelrohr einen ersten Rohrabschnitt und eine am ersten Rohrabschnitt lösbar befestigte, die Düsenkappe tragende Hülse aufweist. Um eine einfache Befestigungsmöglichkeit für die Düsenkappe zu schaffen, ist diese zweckmäßig mit Befestigungsmitteln versehen. Dabei weist das Mantelrohr vorteilhaft an seinem der Düsenkappe zugewandten Ende einen umlaufenden Wulst auf und die Düsenkappe ist mit einem elastischen Ring versehen, der zum Befestigen am Mantelrohr dessen Wulst hintergreift. Wenn der elastische Ring über den Wulst geführt wird, verformt er sich und nimmt zum Hintergreifen des Wulsts wieder seine ursprüngliche Form an, so dass die Düsenkappe fest mit dem Mantelrohr verbunden ist.
Zweckmäßig ist in der Düsenkappe ein Kontaktstift aufgenommen, der die Elektrode mit einem im Mantelrohr aufgenommenen Kontaktelement verbindet. Eine aufwendige Verkabelung zum Anschluss der Elektrode ist dann nicht nötig. Vom Kontaktelement führen dann Kabel zu einer Auswerteeinheit, die eine von der Kapazität abhängige Kenngröße auswertet. Dabei wird bevorzugt, dass die Auswerteeinheit einen zur Kapazität parallel geschalte ten elektrischen Schwingkreis sowie eine Datenverarbeitungseinheit zur Auswertung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1a, 1b einen Abschnitt eines Schweiß- oder Schneidbrenners in der Seitenansicht bzw. im Längsschnitt entlang der Linie A-A.
Ein Schneidbrenner 10, dessen vorderer Abschnitt in der Zeichnung dargestellt ist, weist eine an der Brennerspitze 12 angeordnete Brennerdüse 14 für den Austritt der Schneidflamme auf. Die Brennerdüse 14 wird über Zuleitungen 16 mit einem Gasgemisch versorgt, welche in einem Mantelrohr 18 aufgenommen sind. Das Mantelrohr 18 weist einen ersten Rohrabschnitt 20 sowie eine sich in Richtung zur Brennerspitze 12 an den ersten Rohrabschnitt 20 anschließende, mit diesem lösbar verbundene Hülse 22 auf. An der Hülse 22 ist eine Düsenkappe 24 aus Keramik befestigt, die die Brennerdüse 14 rings umschließt. Zur Brennerspitze 12 ist die Düsenkappe 24 offen und die Spitze 26 der Brennerdüse 14 ragt ein Stück weit aus ihr heraus.
In der Düsenkappe 24, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer unter dem Markennamen ”Macor” von der Firma Corning Incorporated vertriebenen Keramik gefertigt ist, ist eine rings um die Brennerdüse 14 umlaufende Ringelektrode 28 angeordnet. Die Ringelektrode 28 ist fest mit der Düsenkappe 24 verbunden, so dass sie sich stets in einem definierten Abstand zur Brennerspitze 12 befindet. Des Weiteren ist in der Düsenkappe 24 ein Kontaktstift 30 aufgenommen, der fest mit der Ringelektrode 28 verbunden ist und diese elektrisch leitend mit einem in der Hülse 22 aufgenommenen Kontaktelement 32 verbindet. Vom Kontaktelement 32 führen dann in der Zeichnung nicht dargestellte Kabel zu einer Auswerteeinheit, die eine Kenngröße misst und auswertet, welche von der durch die Ringelektrode 28 und ein Werkstück gebildeten Kapazität abhängt. Die Kapazität und damit die Kenngröße ist abhängig vom Abstand der Ringelektrode 28 zum Werkstück, so dass der Abstand der Brennerspitze 12 zum Werkstück zuverlässig ermittelt werden kann.
Die Brennerdüse 14 und die Düsenkappe 24 sind im Abstand zueinander angeordnet, so dass zwischen ihnen ein Spalt 34 frei bleibt. Im Spalt 34 ist ein elastischer O-Ring 36 angeordnet, der an einer Außenfläche 38 der Brennerdüse 14 und einer Innenfläche 40 der Düsenkappe 24 anliegt und sich bei einer thermischen Ausdehnung der Brennerdüse 14 elastisch verformt. Der O-Ring 36 trägt dazu bei, dass die Brennerdüse 14 mittig durch die Öffnung in der Düsenkappe 24 durchgeführt ist, so dass sich die Position der Ringelektrode 28 bezüglich der Brennerspitze 12 auch bei einer thermischen Ausdehnung der Brennerdüse 14 kaum ändert.
Die Düsenkappe 24 ist auf die Hülse 22 aufgesteckt. Hierzu weist die Hülse 22 einen rings umlaufenden Wulst 42 an ihrer Innenseite auf. Die Düsenkappe 24 ist an ihrer Außenseite mit einem umlaufenden elastischen Ring versehen, der ein O-Ring, ein Metallring oder ein hohler Metallring sein kann oder aus einer elastischen und gegebenenfalls aushärtbaren Masse, z. B. aus Silikon, bestehen kann. Beim Aufsetzen der Düsenkappe 24 auf die Hülse 22 wird der elastische Ring 44 über den Wulst 42 geführt, bis er diesen hintergreift.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft einen Schweiß- oder Schneidbrenner 10 zum Schweißen oder Schneiden von elektrisch leitfähigen Werkstücken mit einer an der Brennerspitze 12 angeordneten Brennerdüse 14 für den Austritt der Flamme, mit einer die Brennerdüse 14 wenigstens teilweise umschließenden, zur Brennerspitze 12 offenen Düsenkappe 24 und mit einer mit dem Werkstück eine Kapazität bildenden Elektrode 28. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Düsenkappe 24 aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht und dass die Elektrode 28 in der Düsenkappe 24 aufgenommen ist.

Claims

Schweiß- oder Schneidbrenner zum Schweißen oder Schneiden von elektrisch leitfähigen Werkstücken mit einer an der Brennerspitze (12) angeordneten Brennerdüse (14) für den Austritt der Flamme, mit einer die Brennerdüse (14) wenigstens teilweise umschließenden, zur Brennerspitze (12) offenen Düsenkappe (24) und mit einer mit dem Werkstück eine Kapazität bildenden Elektrode (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkappe (24) aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht und dass die Elektrode (28) in der Düsenkappe (24) aufgenommen ist.
Schweiß oder Schneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (28) eine um die Brennerdüse (14) verlaufende Ringelektrode ist.
Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkappe (24) aus Keramik besteht.
Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerdüse (14) mit ihrer Spitze (26) aus der Düsenkappe (24) ragt.
Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkappe (24) im Abstand zur Brennerdüse (14) angeordnet ist.
Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Düsenkappe (24) und der Brennerdüse (14) ein an einer Außenfläche (38) der Brennerdüse (14) und an einer Innenfläche (40) der Düsenkappe (24) anliegender elastischer Ring (36) angeordnet ist.
Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein die Zuleitungen (16) zur Brennerdüse (14) umschließendes Mantelrohr (18), an dem die Düsenkappe (24) befestigt ist.
Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (18) einen ersten Rohrabschnitt (20) und eine am ersten Rohrabschnitt (20) lösbar befestigte, die Düsenkappe (24) tragende Hülse (22) aufweist.
Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (18) an seinem der Düsenkappe (24) zugewandten Ende einen umlaufenden Wulst (42) aufweist und dass die Düsenkappe (24) mit einem elastischen Ring (44) versehen ist, der zum Befestigen am Mantelrohr (18) dessen Wulst (42) hintergreift.
Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Düsenkappe (24) ein Kontaktstift (30) aufgenommen ist, der die Elektrode (28) mit einem im Mantelrohr (18) aufgenommenen Kontaktelement (32) verbindet.
Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit zur Auswertung einer von der Kapazität abhängigen Kenngröße.
Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen zur Kapazität parallel geschalteten elektrischen Schwingkreis sowie eine Datenverarbeitungseinheit zur Auswertung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises aufweist.