DE3005894A1 - Plasmabrenner mit beruehrungsschutz - Google Patents

Plasmabrenner mit beruehrungsschutz

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DE3005894A1 DE19803005894 DE3005894A DE3005894A1 DE 3005894 A1 DE3005894 A1 DE 3005894A1 DE 19803005894 DE19803005894 DE 19803005894 DE 3005894 A DE3005894 A DE 3005894A DE 3005894 A1 DE3005894 A1 DE 3005894A1
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Description

Plasmabrenner mit Berührungsschutz
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, verwendet.
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 Sohutzfunktion während des Brennerbetriebes aber verlorengehen 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 Fehlerspannungsschutzsehaltung verbunden. Bei Überschreiten der SchaltBChwelle der Schutzschaltung durch
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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, Bo in Winkel-» stücken,- mit dem Werkstück in Berührung kommt, die !Fehlerspannungsüberwachung versagt. Tritt in diesem Pail ein Bogenüberschlag oder eine metallische Brückenbildung am Keramik-Isolator auf, so wird in den meisten Mllen 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«,
Das Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der'Technik zu vermeiden und einen Plasmabrenner zu schaffen, der die Forderungen hinsichtlich des elektrischen Berührungsschutzes exakt erfüllt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugru»de, einen Plasmabrenner zu schaffen, der eine leichte Auswechselbartceit 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 sein9 daß eine Schutzschaltfunktion auch dann erfolgt, wenn die Schutzeinrichtung oder die Düse das Werkstück berühren.
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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 ptttentialführende Düsenkappe des Plasmabrenners eine zweite, der Form der Düsenkappe angepaßte, elektrisch leitende, thermisch stabile Schutzkappe angeordnet ist, welche durch einen die gesamte Düsenkappenoberflache umgebenden luftspalt von ersterer isolie-rt ist. Zur Befestigung dieser Schutzkappe dienen am Brennerschaft zwei Kontaktstücke, die über jeweils eine Leistung mit der Fehlerstromschutzschaltung verbunden sind.
Zur Überwachung der Düse auf da,s Vorhandensein eines Spannungspotentials gegenüber dem Werkstück sind zwischen das Werkstück und die Düse in bekannter Weise Schaltfunktionen ausführende Spannungsindikatoren geschaltet, Erf indungsgema'ß ist mit dem Spannungsindikator, Vorzugs-, weise 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 Betriebszustanden überprüft werden. Es 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 " SehneidVorgang unterbrochen. Der Bedienende kann durch
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erneutes Ein-Tasten den Plasmabrenner einschalten. Bleibt danach die Diisenspannung Null, so wird mittels der vorher gewonneneu 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 Düsenwerkstückberührung 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. Pur Plasmabrenner mit Leistungsumsätzen größer 20 kW ist es von Vorteil, die Schutzkappe mit schmalen Durchbrüchen zu versehen, um einen möglichen W&rmestau 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. Weiterhin 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«,
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Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1: einen Schnitt eines Plasmabrenners im Bereich der
Düse und Düsenkappe;
Fig. 2: eine Schaltungsanordnung in Relaisausführung,
Die Düse 1 ist zentrisch in einem Düsenhalter 2 durch die Düsenkappe 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 Spannungs'potential gegen das" Werkstück. Über einen'Isolierkörper 6 werden Düsenhalter 2, Düse 1 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 Schutgleitung zur Fehlerstromüberwachung der Plasma-Anlage führt. In die Oberfläche der Kontaktstücke 7 ist G-ewinde 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 Düslfckappe 3 und Schutzkappe 8 voneinander. Der Plasmabrenner ist- zentrisch um die Katpde 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 de > Schutzkappe 8 führen zwei Schutzleiter, welche von derselben kurzgeschlossen werden, über den 'Ein/Aus3-Schalter 13 zu einem Kleinspannungstransformator 14,
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Gleichrichter 15 und Relais 16» Das Relais 16 steuert mit seinen Kontakten den 'Ein/Aus'-Kreis der Plasma-Anlage«. Zusätzlich ist die Schutzkappe 8 über die Diode 17 direkt mit dem Fehlerstromrelais 18 verbundene Fließt über die Schutzkappe 8 ein Fehlerstrom zum Fehlerstromrelais 18,' so zieht dieses an, und die Kontakte des Relais 18 Ibsen den 'NOT-STOP' der Plasma-Anlage aus.
Die Düse 1 ist mit dem Relais 19 Über den Widerstand 20 sowie mit den Kfndensatfren 21; 22, dem Widerstand 23, der Diode 24 und clcra 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 unterbrechen, so fällt das Relais verzögert, bedingt durch die Entladung des Kondensators 22, ab. Das Relais 19 kann dadurch mit seinen Kontakten im 'Ein/Aus'-Schaltkreis d$r Plasma-Anlage nicht wirken. Baut sich aber bei arbeitendem Plasmabrenner zwischen Düse 1 und Schutzkappe 8 durch Spritzer eine Kurzschlußbrücke auf,unä die Fehlerstramüberwachung der Schutzkappe 8 kann nicht schalten, weil die Schutzkappe 8 direkt auf dem Werkstück 11 aufliegt, fa'llt Relais 19 sofort ab und schaltet den Plasmabrenner aus* Ih diesem Fall wirkt die Verzögerung nicht. Dieser Vorgang wird durch das Anziehen vom Relais gespeicherte
Die Kontakte 19' und 19" sind Ruhestromkontakte und sind bei angezogenem Relais 19 geöffnet. Die Kontakte 27f und 2?" siiid Relais zugeordnet, die zum Stouerkreis der Plasma-Anlage gehören» Die Kontakte 27s5 2ψ sind während des Schneid-•prozesses geschlossen, öffnen aber zeitlich unterschiedlich. ■ Die Kontakte 26* 5 26" öffnen bei ungestöitem Schneidbeginn früher, als dip Kontakte 27'? S?" schließen« Schaltet der Bedienende nach einer Störung-den Plasmabrenner wieder ein und ist die Störung noch virhanden, se wird über den Kontakt 25, weicher während der,?il|tb-*gonbrennzeit geschlossen
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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 Abfal-'len wird nun über die Kontaktc 26», 26»} 21; 19H und die Diode 28 das Fehlerstromrelais 18 angesteuert, was den . •NOT-STOP« auslöst.
Durch zusätzliche D iod endschaltung des Relais 19 in der Ausführung von Diode J7 und 28 können noch weitere Überwachungskriterien der PlaSTüarAatage 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 D^üsf 1 and damit auch die Düsenkappe beim Schneiden auf das Vajphaxxdensein eines Spannungspotentials gegenüber des Werkstückes 11 überwacht.
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Zus amtnenf a s s ung
Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner mit Berührungsschutz gegen unzulässig hohe Spannungen. Das Ziel der Erfindung, ist die Gewährleistung eines sicheren Schutzes des Bedienungspersonals. Die Aufgabe besteht darin, eine leicht auswechselbare Schutzeinrichtung zu schaffen und korrosionsbedingte Zerstörungen der Düsenkappe zu verhindern. Erfindungsgemäß ist die Düsenkappe mit einer elektrisch leitenden, thermisch stabilen Schutzkappe so umgeben, daß sie durch einen Luftspalt von der Düsenkappe isoliert ist. Am Brennerschaft sind zwei Kontaktstücke angeordnet, an denen sie befestigt ist. Die Kontaktstücke sind mit jeweils einer Leitung mit einer bekannten Pehlerstromschutzschaltung verbunden. Mittels Schaltfünktionön ausführenden Spannungsind i'katoren und entsprechend dazu geschalteten Widerständen, Kondensatoren und Dioden werden die Betriebszustände überwacht und im falle der möglichen auftretenden Störungen Schaltvorgänge auggelöst, die den Plasmabrenner und die Anlage schützen. In Mg. 1 ist der Plasmabrenner im Schnitt dargestellt«
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Düse
-- - - - Düsenhalter
Aufstellung der Bezugszeichen - Düsenkappe
1 » Kühlwasserraum
2 - Rundgutnrai
3 ~ Isolierkörper
4 - Kontaktstück
5 - Schutzkappe
6 luftspalt
7 - Katode
8 Werkstück
9 Werkstückleitunjg
10 Schalter
11 Kleins pannu^s trans forma tor
12 « Gleichrichter
13 Relais
,14 Diode
15 Fehlerstromrelais
16 - Relais (19'§ 19? Kontakt)
17 Widerstand
18 - Kondensator
19 - Kondensator
20 Widerstand
21 Diode
22 - Kontakt
S3 Relais (26'; 265 Kontakt)
24 Kontakt
25 - Diode
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ι "·· Leerseite

Claims (1)

  1. Erfind ungsans pruch
    Plasmabrenner mit Berührungsschutz, bestehend aus der Düse und Düsenkappe rn.it dem dazwischen strömenden Kühlwasser und der in der Düse konzentrisch angeordneten Katode, und--einer Fehlerstremsohutzschaltung und einem Scha It funkt ionen ausführenden Spannungsindikator zwischen dem Werkstück und der Düse zur Überwachung der Düse auf das Vorhandensein.eineε Spannungepotentials gegenüber dem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß über der Düsenkappe O) eine der Form dieser angepaßte elektrisch leitende Schutzkappe (8) von der Dttsenkappe (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 Fehlerstromschutzschaltung 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, ö,aß 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 S-ewinde oder federnder jsyjeken an den Kontaktstücken (7) befestigt ist,
    5. Plasmabrenner naoh Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, deß der Spannungsindikator ein Halbleiterschaltkreis, Halbleiterrelais oder ein elektromechanisches Relais ist»
    Hierzu 2 llatt Zeichnungen
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DE19803005894 1979-03-06 1980-02-16 Plasmabrenner mit beruehrungsschutz Granted DE3005894A1 (de)

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