DE102021123872A1

DE102021123872A1 - Vorrichtung zum Schweißen oder Schneiden von Werkstücken

Info

Publication number: DE102021123872A1
Application number: DE102021123872.2A
Authority: DE
Inventors: Kurt Nachbargauer
Original assignee: IHT Automation GmbH and Co KG
Current assignee: IHT Automation GmbH and Co KG
Priority date: 2021-09-15
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2023-03-16
Also published as: WO2023041254A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Schweißen oder Schneiden von Werkstücken mit einem Brenner (12), der eine an einer Brennerspitze angeordnete Brennerdüse mit einer Austrittsöffnung für eine Flamme, ein Anschlussteil (20) und einen sich vom Anschlussteil (20) bis zur Brennerdüse erstreckenden und die Brennerdüse tragenden, sich vom Anschlussteil (20) zur Brennerdüse erstreckende Gasleitungen aufweisenden Brennerkörper (24) aufweist, mit einer Gasversorgungseinrichtung (28) und mit Gaszufuhrleitungen (32) zum Zuführen von Gasen zur Erzeugung der Flamme zum Anschlussteil (20), wobei das Anschlussteil (20) und die Gasversorgungseinrichtung (28) für jede Gaszufuhrleitung (32) jeweils einen Anschluss (22, 30) zum Anschließen der Gaszufuhrleitung (32) aufweisen und wobei sich von jedem Anschluss (22) des Anschlussteils (20) eine der Gasleitungen zur Brennerdüse erstreckt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen dem Brenner (12) und der Gasversorgungseinrichtung (28) eine elektrische Isolierung angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißen oder Schneiden von Werkstücken gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannte Vorrichtungen dieser Art weisen einen Schweiß- oder Schneidbrenner (kurz: Brenner), eine Gasversorgungseinrichtung und Gaszufuhrleitungen auf. Der Brenner weist eine Brennerdüse auf, die an einer dem zu bearbeitenden Werkstück zugewandten Brennerspitze angeordnet ist, und eine Austrittsöffnung für eine Flamme aufweist, welche durch Verbrennung der aus der Gasversorgungseinrichtung zugeleiteten Gase entsteht und dazu bestimmt ist, die Werkstücke zu beaufschlagen. Der Brenner weist zudem ein Anschlussteil auf, von dem aus sich ein Brennerkörper zur Brennerdüse erstreckt, welcher die Brennerdüse trägt, und welcher Gasleitungen aufweist, welche vom Anschlussteil zur Brennerdüse verlaufen. In der Regel weist der Brennerkörper ein die Gasleitungen umschließendes Brennerrohr auf. Von der Gasversorgungseinrichtung verlaufen die Gaszufuhrleitungen zum Anschlussteil. Dabei weist das Anschlussteil ebenso wie die Gasversorgungseinrichtung für jede Gaszufuhrleitung einen Anschluss auf. Von jedem Anschluss des Anschlussteils erstreckt sich eine der Gasleitungen zur Brennerdüse. Bei bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind die Gaszufuhrleitungen elektrisch leitend. Sie sind in der Regel schlauchartig aufgebaut mit einer leitenden Beschichtung an ihrer Innenseite, beispielsweise aus Kohlenstoff. Dadurch wird vermieden, dass sich der Brenner elektrisch auflädt. Da die Gasversorgungseinrichtung auf demselben elektrischen Potential liegt wie das zu bearbeitende Werkstück, nämlich auf Masse, trifft dies aufgrund der Leitfähigkeit der Gaszufuhrleitungen auch auf den Brenner zu. Lediglich die Brennerdüse ist oftmals vom Brennerkörper elektrisch isoliert, um eine kapazitive Abstandsmessung der Brennerspitze zum Werkstück durchführen zu können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass sie weitere Möglichkeiten der Steuerung bzw. der Regelung bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Brenner von der Gasversorgungseinrichtung und damit von der elektrischen Masse zumindest weitgehend elektrisch zu isolieren, so dass der Brenner nicht zwangsläufig auf demselben elektrischen Potential liegt wie das zu bearbeitende Werkstück. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß zwischen dem Brenner und der Gasversorgungseinrichtung eine elektrische Isolierung angeordnet.
Die elektrische Isolierung kann vorteilhaft zumindest teilweise in mindestens einer der Gaszufuhrleitungen angeordnet sein. Dabei wird bevorzugt, dass alle Gaszufuhrleitungen baugleich ausgeführt sind, also jeweils mit einer elektrischen Isolierung. Zweckmäßig weist mindestens eine und bevorzugt jede der Gaszufuhrleitungen ein sich von ihrem einen Ende zu ihrem anderen Ende erstreckendes elektrisch leitendes Element auf, das zur Herstellung der Isolierung eine Unterbrechung aufweist. Bei der üblichen Ausgestaltung der Gaszufuhrleitungen mit einer elektrisch leitenden Beschichtung an ihrer Innenfläche kann die elektrische Isolierung vorteilhaft dadurch realisiert werden, dass die Beschichtung eine Unterbrechung aufweist. Es ist aber auch möglich, dass die Gaszufuhrleitung aus elektrisch leitendem Material besteht und die Unterbrechung aus nichtleitendem Material aufweist oder dass sie einen elektrisch leitenden Innenschlauch aufweist, der mit der nichtleitenden Unterbrechung versehen ist.
Alternativ oder ergänzend zur Anordnung der elektrischen Isolierung in mindestens einer der Gaszufuhrleitungen ist es möglich, dass mindestens einer der Anschlüsse zumindest an einer in Kontakt mit der zugehörigen Gaszufuhrleitung stehenden Oberfläche aus einem elektrisch isolierenden Material besteht und/oder dass mindestens eine der Gaszufuhrleitungen zumindest an einer in Kontakt mit mindestens einem zugehörigen Anschluss stehenden Oberfläche aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Sowohl an den Anschlüssen des Anschlussteils als auch an den Anschlüssen der Gasversorgungseinrichtung ist meist eine Schraubverbindung vorgesehen, mit der die jeweilige Gaszufuhrleitung mit dem betreffenden Anschluss verbunden ist. Die Isolierung kann dann beispielsweise durch eine nicht leitende Beschichtung der Schraubverbindung des betreffenden Anschlusses und/oder der Schraubverbindung der betreffenden Gaszufuhrleitung verwirklicht werden.
Um eine elektrostatische Aufladung des Brenners in potentiell gefährlicher Weise zu verhindern, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zwischen dem Brenner und der Gasversorgungseinrichtung ein definierter elektrischer Widerstand angeordnet, der zur elektrischen Isolierung parallel geschaltet ist. Dieser Widerstand ist zweckmäßig groß und beträgt vorzugsweise mindestens 100 kΩ, besonders bevorzugt mindestens 1 MΩ. Der Widerstand kann Bestandteil eines RC-Glieds sein mit einem zum Widerstand parallel geschalteten Kondensator. Das RC-Glied kann dazu benutzt werden, bei der kapazitiven oder induktiven Messung des Abstands der Brennerspitze zum Werkstück einen Kurzschluss für Wechselstrom zwischen dem Brenner und der Masse herzustellen.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zudem zwischen dem Brenner und der elektrischen Masse, also insbesondere zwischen dem Brenner und dem zu bearbeitenden Werkstück, eine definierte Spannung angelegt und ein zwischen dem Brenner und der elektrischen Masse fließender Strom gemessen werden oder es kann ein elektrischer Widerstand zwischen dem Brenner und der elektrischen Masse, insbesondere dem zu bearbeitenden Werkstück, gemessen werden. Auf diese Weise ist es zum einen möglich, eine Kollision der Brennerspitze mit einem elektrisch leitenden Werkstück zu detektieren und zum anderen, die Beaufschlagung eines elektrisch leitenden Werkstücks mit einer aus der Austrittsöffnung des Brenners austretenden Flamme zu detektieren. In beiden Fällen entsteht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Brennerspitze und dem Werkstück, welche in einer Änderung des gemessenen Stroms bzw. des gemessenen Widerstands resultiert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

1 eine Vorrichtung zum Schweißen oder Schneiden von Werkstücken in schematischer Darstellung.

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Vorrichtung 10 dient dem Schneiden von Werkstücken mittels einer Flamme. Sie weist einen Schneidbrenner 12 auf, an dessen dem Werkstück zugewandter, nicht näher dargestellter Brennerspitze eine Brennerdüse mit einer Austrittsöffnung für die Flamme angeordnet ist. Der Brenner 12 weist zudem ein Anschlussteil 20 mit Anschlüssen 22 auf, über die ihm Gase zur Erzeugung der Flamme zugeleitet werden. Vom Anschlussteil 20 zur Brennerspitze erstreckt sich ein Brennerkörper 24, der die Brennerdüse trägt und der ein Brennerrohr 26 aufweist, welches Gasleitungen umschließt, durch die die Gase zur Austrittsöffnung geleitet werden. Vorliegend weist das Anschlussteil 20 drei Anschlüsse 22 auf, nämlich einen für ein Heizgas wie beispielsweise Acetylen, einen für Brennsauerstoff und einen für Schneidsauerstoff. Von jedem der Anschlüsse 22 erstreckt sich eine Gasleitung zur Brennerdüse.
Die Vorrichtung 10 weist zudem eine Gasversorgungseinrichtung 28 auf, die den Brenner 12 mit Gasen (Heizgas, Brennsauerstoff und Schneidsauerstoff) versorgt. Die Gasversorgungseinrichtung 28 weist für jedes der drei Gase einen Anschluss 30 auf. Von jedem der Anschlüsse 30 der Gasversorgungseinrichtung 28 erstreckt sich eine Gaszufuhrleitung 32 zu einem der Anschlüsse 22 des Anschlussteils 20. Die Anschlüsse 22, 30 sind jeweils als Verschraubungen ausgebildet, bei denen eine mit der jeweiligen Gaszufuhrleitung 32 verbundene Kappe 34 mit Innengewinde auf einen Anschlussstutzen mit Außengewinde aufgeschraubt und abgedichtet wird.
Der Brenner 12 ist von der Gasversorgungseinrichtung 28 elektrisch isoliert. Zu diesem Zweck ist für jede der Gaszufuhrleitungen 32 entweder eine ihre Innenfläche auskleidende elektrisch leitende Beschichtung an einer Isolationsstelle unterbrochen und/oder eine oder beide der Schraubverbindungen an den Anschlüssen 22, 30 weist mindestens eine elektrisch isolierende Oberfläche, beispielsweise aus Aluminiumoxid bzw. eloxiertem Aluminium, auf. Um dennoch eine elektrostatische Aufladung des Brenners 12 zu vermeiden, ist zwischen diesem und der Gasversorgungseinrichtung 28 ein elektrischer Widerstand 36 in der Größenordnung von etwa 1 MΩ angeordnet, der der elektrischen Isolierung parallel geschaltet ist. Dem Widerstand 36 ist zudem ein Kondensator 38 parallel geschaltet, so dass der Widerstand 36 und der Kondensator 38 ein RC-Glied 40 bilden. Die Gasversorgungseinrichtung 28 ist elektrisch mit der Masse verbunden, ebenso wie ein in der Zeichnung nicht dargestelltes zu bearbeitendes Werkstück.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 zum Schweißen oder Schneiden von Werkstücken mit einem Brenner 12, der eine an einer Brennerspitze angeordnete Brennerdüse mit einer Austrittsöffnung für eine Flamme, ein Anschlussteil 20 und einen sich vom Anschlussteil 20 bis zur Brennerdüse erstreckenden und die Brennerdüse tragenden, sich vom Anschlussteil 20 zur Brennerdüse erstreckende Gasleitungen aufweisenden Brennerkörper 24 aufweist, mit einer Gasversorgungseinrichtung 28 und mit Gaszufuhrleitungen 32 zum Zuführen von Gasen zur Erzeugung der Flamme zum Anschlussteil 20, wobei das Anschlussteil 20 und die Gasversorgungseinrichtung 28 für jede Gaszufuhrleitung 32 jeweils einen Anschluss 22, 30 zum Anschließen der Gaszufuhrleitung 32 aufweisen und wobei sich von jedem Anschluss 22 des Anschlussteils 20 eine der Gasleitungen zur Brennerdüse erstreckt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen dem Brenner 12 und der Gasversorgungseinrichtung 28 eine elektrische Isolierung angeordnet ist.

Claims

Vorrichtung zum Schweißen oder Schneiden von Werkstücken mit einem Brenner (12), der eine an einer Brennerspitze angeordnete Brennerdüse mit einer Austrittsöffnung für eine Flamme, ein Anschlussteil (20) und einen sich vom Anschlussteil (20) bis zur Brennerdüse erstreckenden und die Brennerdüse tragenden, sich vom Anschlussteil (20) zur Brennerdüse erstreckende Gasleitungen aufweisenden Brennerkörper (24) aufweist, mit einer Gasversorgungseinrichtung (28) und mit Gaszufuhrleitungen (32) zum Zuführen von Gasen zur Erzeugung der Flamme zum Anschlussteil (20), wobei das Anschlussteil (20) und die Gasversorgungseinrichtung (28) für jede Gaszufuhrleitung (32) jeweils einen Anschluss (22, 30) zum Anschließen der Gaszufuhrleitung (32) aufweisen und wobei sich von jedem Anschluss (22) des Anschlussteils (20) eine der Gasleitungen zur Brennerdüse erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Brenner (12) und der Gasversorgungseinrichtung (28) eine elektrische Isolierung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierung zumindest teilweise in mindestens einer der Gaszufuhrleitungen (32) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine und bevorzugt jede der Gaszufuhrleitungen (32) ein sich von ihrem einen Ende zu ihrem anderen Ende erstreckendes elektrisch leitendes Element aufweist, das zur Herstellung der Isolierung eine Unterbrechung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Anschlüsse (22, 30) zumindest an einer in Kontakt mit der zugehörigen Gaszufuhrleitung (32) stehenden Oberfläche aus einem elektrisch isolierenden Material besteht und/oder dass mindestens eine der Gaszufuhrleitungen (32) zumindest an einer in Kontakt mit mindestens einem zugehörigen Anschluss (22, 30) stehenden Oberfläche aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Brenner (12) und der Gasversorgungseinrichtung (28) zur elektrischen Isolierung ein definierter elektrischer Widerstand (36) parallel geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (36) mindestens 100 kΩ bevorzugt mindestens 1 MΩ beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (36) Bestandteil eines RC-Glieds (40) ist mit einem zum Widerstand (36) parallel geschalteten Kondensator (38).
Verfahren zur Detektion einer Kollision der Brennerspitze des Brenners (12) einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem elektrisch leitenden Werkstück, wobei zwischen dem Brenner (12) und der elektrischen Masse eine definierte Spannung angelegt wird und ein zwischen dem Brenner (12) und der elektrischen Masse fließender Strom gemessen wird oder wobei ein elektrischer Widerstand zwischen dem Brenner (12) und der elektrischen Masse gemessen wird.
Verfahren zur Detektion der Beaufschlagung eines elektrisch leitenden Werkstücks mit einer aus der Austrittsöffnung des Brenners (12) einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 austretenden Flamme, wobei zwischen dem Brenner (12) und der elektrischen Masse eine definierte Spannung angelegt wird und ein zwischen dem Brenner (12) und der elektrischen Masse fließender Strom gemessen wird oder wobei ein elektrischer Widerstand zwischen dem Brenner (12) und der elektrischen Masse gemessen wird.