DE102010053231A1 - Magnetic sensor arrangement useful for height detection on burner, preferably autogenous burner, comprises at least one magnetic coil and a magnetic flow guide means, which is arranged between lower burner end and magnet coil - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine magnetische Sensoranordnung zur Höhenerfassung an einem Brenner, insbesondere Autogenbrenner, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a magnetic sensor arrangement for detecting the height of a burner, in particular an autogenous burner, according to the preamble of
Generell ist nach dem Stand der Technik ein Sensorsystem mit einem Brenner, insbesondere Autogenbrenner, als Werkzeug verbunden, um dieses zur thermischen Bearbeitung von Metallen für den Bearbeitungsprozess möglichst genau in einem definierten Abstand über dem Werkstück zu positionieren. Hierzu wird mit der Sensoranordnung, die mit dem Werkzeug verbunden ist, der tatsächliche Abstand zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ermittelt, um aus der entsprechenden Abstandsinformation eine Führungsgröße für eine Abstandsregelung zu bilden.In general, according to the prior art, a sensor system is connected to a burner, in particular an autogenous burner, as a tool in order to position it as accurately as possible at a defined distance above the workpiece for the thermal processing of metals for the machining process. For this purpose, the actual distance between the workpiece and the tool is determined with the sensor arrangement, which is connected to the tool, to form from the corresponding distance information a reference variable for a distance control.
Es gehört eine Vielzahl magnetischer Sensoranordnungen zur Höhenerfassung an einem Brenner zum Stand der Technik, die sich von kapazitiven Sensoranordnungen durch eine geringere Empfindlichkeit gegen Fremdeinflüsse wie Schlackespritzer unterscheiden, die bei einer Bearbeitung mit einem Schneidbrenner auftreten und zu einer impulsartigen Verfälschung der Abstandsinformation führen können. Auch sind magnetische Sensoranordnungen unempfindlich gegen Wasserdampf und Wasserspritzer, die bei einem Schneidvorgang entstehen können.There are a variety of magnetic sensor assemblies for height detection on a burner of the prior art, which differ from capacitive sensor assemblies by a lower sensitivity to foreign influences such as slag spray that occur when working with a cutting torch and can lead to a pulse-like falsification of the distance information. Also magnetic sensor assemblies are insensitive to water vapor and water splashes that can occur during a cutting process.
Bei einer bekannten magnetischen Sensoranordnung der eingangs genannten Gattung ist die Sensoranordnung ein Magnetsystem, welches mit mindestens vier Spulen konzentrisch um das äußere Ende einer Gasdüse eines Schweißbrenners angeordnet ist, wobei jeweils ein Spulenpaar aus zwei gegenüberliegenden Spulen durch einen hochfrequenten Wechselstrom erregt wird und in einem zweiten Spulenpaar mit zwei gegenüberliegenden Spulen ein Strom induziert wird, der eine Abstandsinformation beinhaltet (
Letztere Nachteile gelten auch für induktive Sensoranordnungen mit jeweils einem dicht über dem Werkstück angeordneten Sensorring zur induktiven Abstandsmessung zwischen Werkstück und Werkzeug (
Bei einer anderen, nicht gattungsgemäßen magnetischen Sensoranordnung an einem Brenner enthält der Brennerkopf und mindestens eines der Schneid- oder Schweißwerkzeuge ferromagnetisches Material und bildet mindestens einen Teil des Sensorkörpers (
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der vorbekannten magnetischen Sensoranordnungen eine Sensoranordnung an einem üblichen Brenner aus nicht ferromagnetischem Material, d. h. aus Messing bzw. Kupfer unkompliziert zu einer kompakten Einheit nachzurüsten. Die Sensoranordnung soll also auch nachträglich an bereits in Betrieb befindlichen Brennern angebaut werden können. Damit soll auch ein verbesserter Ersatz vorhandener Sensoranordnungen zur Höhenerfassung möglich sein.The present invention has for its object, while avoiding the disadvantages of the prior art magnetic sensor assemblies, a sensor assembly to a conventional burner of non-ferromagnetic material, ie retrofit from brass or copper uncomplicated to a compact unit. The sensor arrangement should therefore can also be retrofitted to already in operation burners. This should also be an improved replacement of existing sensor arrangements for height detection possible.
Diese Aufgabe wird mit einer magnetischen Sensoranordnung zur Höhenerfassung an einem Brenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a magnetic sensor arrangement for height detection on a burner with the features of
Dadurch, dass die Sensoranordnung als selbstständige Baugruppe direkt an dem Brenner anbringbar ist, entfällt ein Ersatz von Brennerbestandteilen durch solche der Sensoranordnung. Die Einheit des Brenners mit der Sensoranordnung kann wegen der direkten Anbringung der Sensoranordnung an dem Brenner kompakt sein. Zur Anbringung an beliebigen Brennern – ohne ferromagnetisches Material – kann die Braugruppe der Sensoranordnung flexibel für passende mechanische Montagevarianten ausgeführt sein.Due to the fact that the sensor arrangement can be attached directly to the burner as a self-contained assembly, a replacement of burner components by those of the sensor arrangement is eliminated. The unit of the burner with the sensor assembly may be compact because of the direct attachment of the sensor assembly to the burner. For attachment to any burner - without ferromagnetic material - the brewing assembly of the sensor assembly can be flexibly designed for suitable mechanical mounting variants.
Mehr im Einzelnen zeichnet sich die erfindungsgemäße Sensoranordnung an dem Brenner dadurch aus, dass die mindestens eine Magnetspule der Sensoranordnung mit einem Spulenkern bzw. mindestens einem Spulenträger oberhalb des Schneid- oder Schweißwerkzeugs an einem Brennerschaft anbringbar ist, nachdem die Magnetspule insbesondere mit dem Spulenkern auf den Brennerschaft aufgeschoben ist, und dass die magnetischen Flussführungsmittel als hohle Polkappe ausgebildet sind, die mit dem Spulenkern bzw. dem mindestens einen Spulenträger der Magnetspule verbindbar ist, und die weiterhin so ausgebildet ist, dass sie einen Brennerabschnitt zumindest zwischen der Magnetspule und dem unteren Brennerende seitlich einschließt und sich nach unten verjüngt. Der seitliche Einschluss dieses Brennerabschnitts kann vorzugsweise praktisch vollständig sein, mit Ausnahme eines kleinen Abschnitts zwischen dem unteren Ende der Polkappe und dem unteren Ende der Heizdüse.More particularly, the inventive sensor arrangement on the burner is characterized in that the at least one magnetic coil of the sensor arrangement with a coil core or at least one coil carrier above the cutting or welding tool on a burner shaft is attachable after the solenoid, in particular with the coil core on the Burner shaft is pushed, and that the magnetic flux guide means are formed as a hollow pole cap, which is connectable to the coil core or the at least one coil carrier of the magnetic coil, and which is further adapted to form a burner section at least between the magnet coil and the lower burner end side includes and tapers down. The lateral confinement of this burner section may preferably be practically complete except for a small portion between the lower end of the pole cap and the lower end of the heating nozzle.
Die Sensoranordnung wird insbesondere dadurch einfach an dem Brenner montiert, indem die mindestens eine Magnetspule mit dem Spulenkern von unten auf den Brennerschaft aufgeschoben wird und an diesem befestigt wird, wonach die hohle Polkappe von unten an die Magnetspule angesetzt wird und mit der Magnetspule verbunden wird.The sensor assembly is in particular simply mounted to the burner by the at least one solenoid is pushed with the coil core from below onto the burner shaft and is attached thereto, after which the hollow pole cap is attached from below to the magnetic coil and is connected to the magnetic coil.
In vorteilhafter Weise ist die nachrüstbare Sensoranordnung funktionell unabhängig von dem Brenner. Die erfindungsgemäße Baugruppe der Magnetspule, des Spulenkerns bzw. des mindestens einen Spulenträgers und der Polkappe ist unkompliziert zu fertigen und zu montieren. Der Brenner, mit dem die Baugruppe der Sensoranordnung integriert wird, ist außer gegebenenfalls mit einem Montageelement für die Sensoranordnung nicht zu modifizieren.Advantageously, the retrofittable sensor arrangement is functionally independent of the burner. The assembly according to the invention of the magnetic coil, the coil core or the at least one coil carrier and the polar cap is easy to manufacture and assemble. The burner, with which the assembly of the sensor arrangement is integrated, is not to be modified except, if appropriate, with a mounting element for the sensor arrangement.
Deswegen kann der Brenner seine günstigen schneidtechnischen Eigenschaften beibehalten und eine Lebensdauer bleibt unbeeinträchtigt.Therefore, the burner can maintain its favorable cutting properties and a life remains unimpaired.
Die sich verjüngende hohle Polkappe bildet einen guten magnetischen Leiter zwischen der Magnetspule und dem unteren Brennerende, von dem sich das magnetische Feld zu der Oberfläche des Werkstücks erstreckt. Durch die Verjüngung ist eine enge Bündelung des Magnetfelds zu einer genauen Abstandsmessung realisiert. Die Beeinflussung des magnetischen Feldes durch den Abstand zwischen dem unteren Brennerende bzw. dem unteren Ende der Polkappe und der Werkstückoberfläche wird durch Auswertung eines elektrischen Signals aus der mindestens einen Magnetspule nach einem der bekannten Messverfahren erfasst.The tapered hollow pole cap forms a good magnetic conductor between the magnetic coil and the lower burner end from which the magnetic field extends to the surface of the workpiece. The taper realizes a close bundling of the magnetic field to a precise distance measurement. The influence of the magnetic field by the distance between the lower burner end and the lower end of the pole cap and the workpiece surface is detected by evaluating an electrical signal from the at least one magnetic coil according to one of the known measuring methods.
Als Messverfahren können die bekannten Verfahren wie Pulsinduktionsmessung, transformatorisches Verfahren und Wirkleistungsverfahren eingesetzt werden. Mit dem Wirkleistungsverfahren nach der
Die Spule weist nach Anspruch 2 vorzugsweise den Spulenkern aus ferromagnetischem Material auf, an dem die Polkappe angebracht wird, um den in der Spule erzeugten magnetischen Fluss weitgehend verlustlos bzw. dem unteren, verjüngten Polkappenende bzw. dem unteren Brennerende zu führen.The coil according to
In einer Montagevariante nach Anspruch 3 wird die Magnetspule mit dem wenigstens einem Spulenträger aus nicht ferromagnetischem Material an dem Brennerschaft angebracht und die Polkappe wird in den wenigstens einen Spulenträger, d. h. unter diesen eingeschoben und mit dem Spulenträger verbunden. Die Magnetspule befindet sich dann bezüglich des Spulenträgers außen. Die Polkappe ist für diese Montagevariante etwas länger als für die Montagemethode nach Anspruch 2 und die magnetische Kopplung zwischen Magnetspule und Polkappe ist etwas geringer, jedoch weniger von mechanischen Montagetoleranzen abhängig.In an assembly variant according to
Die Polkappe aus ferromagnetischem Material verjüngt sich vorzugsweise nach Anspruch 4 so stark, dass sie an dem unteren Brennerende seitlich formschlüssig anliegt. Mit diesem Formschluss wird verhindert, dass im Betrieb des Brenners Schlackespritzer in einen Zwischenraum zwischen Polkappe und Brenner eindringen und den Brenner verunreinigen.The pole cap made of ferromagnetic material preferably tapers so strongly according to
Für eine kompakte Ausbildung der magnetischen Sensoranordnung mit guter magnetischer Flussleitung ist die Polkappe nach Anspruch 5 im Wesentlichen geometrisch ähnlich zu dem Abschnitt des Brenners geformt, den sie seitlich, gegebenenfalls mit einem kleinen Zwischenraum einschließt. Der Zwischenraum erlaubt eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der Polkappe und des Brenners und eine verringerte Wärmeübertragung zwischen diesen Teilen.For a compact design of the magnetic sensor arrangement with good magnetic flux line, the pole cap according to
Bei einer einfachen Formgebung der Polkappe nach Anspruch 6 ist diese ähnlich dem Brennerabschnitt, den sie einschließt, mit einem oberen zylindrischen Abschnitt und einem unteren konischen Abschnitt geformt. Die Angaben „oberen”, „unteren” beziehen sich auf die normale Gebrauchslage des Brenners.In a simple shaping of the pole cap according to
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 2, bei der die Polkappe an dem Spulenkern angebracht wird, erfolgt die Verbindung zwischen dem Spulenkern und der Polkappe nach Anspruch 7 vorteilhaft mit einem Bajonettverschluss, von dem Teile jeweils an dem Spulenkörper und an der Polkappe angeordnet sind. Der Bajonettverschluss erlaubt ein schnelles Abnehmen der Polkappe und damit einen raschen Zugang zu den Düsen des Brenners.In the embodiment according to
In der Variante nach Anspruch 3, in der Polkappe in wenigstens einen Spulenträger eingeschoben ist, kann die Polkappe ebenfalls vorteilhaft mit einem Bajonettverschluss an dem Spulenträger nach Anspruch 8 angebracht werden oder aber nach Anspruch 9 mittels eines Steilgewindes.In the variant according to
Um die Lebensdauer der Polkappe zu erhöhen, indem das Anhaften von Schlackespritzern reduziert oder ganz vermieden wird, ist die Oberfläche der Polkappe nach Anspruch 10 korrosionsbeständig beschichtet. Insbesondere kann die Polkappe nach Anspruch 11 hierzu verchromt sein.In order to increase the service life of the pole cap by reducing the adhesion of slag splashes or completely avoided, the surface of the pole cap according to
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit sechs Figuren beschrieben, woraus sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben. Es zeigen:The invention will be described below with reference to embodiments with six figures, resulting in further details, features and advantages of the invention. Show it:
Gemäß den Figuren sind übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.According to the figures, matching parts are provided with the same reference numerals.
Gemäß den
Die in
An dem Schneidbrenner gemäß
Somit umfasst die Sensoranordnung eine zylindrische Magnetspule
Die Sensoranordnung wird vervollständigt durch eine ferromagnetische Pohlkappe
Die Polkappe
Eine Montage der ersten Ausführungsform der Sensoranordnung gemäß
Die zweite Ausführungsform der Sensoranordnung gemäß
Nachdem die Polkappe von unten in die Magnetspule
Die Magnetspule
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schneiddüsecutting nozzle
- 22
- Heizdüseheating nozzle
- 33
- Brennerkopfburner head
- 44
- Passstiftdowel
- 55
- Passstiftdowel
- 66
- Brennerschafttorch sleeve
- 77
- Magnetspulesolenoid
- 88th
- SpulenkernPlunger
- 99
- Hohlraumcavity
- 1010
- Flanschflange
- 1111
- Flanschflange
- 1212
- Polkappepolar cap
- 1313
- Innenrauminner space
- 1414
- zylindrischer Abschnittcylindrical section
- 1515
- konischer Abschnittconical section
- 1616
- Öffnungopening
- 1717
- Zwischenraumgap
- 1818
- unteres Brennerendelower burner end
- 1919
- Magnetspulesolenoid
- 2020
- Spulenträgercoil carrier
- 2121
- Polkappepolar cap
- 2222
- zylindrischer Abschnittcylindrical section
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Date | Code | Title | Description |
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