DE681309C - Vorrichtung zur UEberwachung und Regelung von Arbeitsbedingungen beim Schweissen, Schneiden, Erhitzen und Abschmelzen von Metallen mittels strahlungsempfindlicher Zelle - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
21. SEPTEMBER 1939

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Vr 681309 KLASSE 49 h GRUPPE 34 oi

L 91448 1 bJ4p h

ist als Erfinder genannt worden.

The Linde Air Products Company in Neuyork, V. St. A.

Zusatz zum Patent 631 Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. November 1936 ab

Das Hauptpatent hat angefangen am 7. Juni 1932 Patenterteilung bekanntgemacht am 31. August 1939

ist in Anspruch genommen

Das Hauptpatent betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung und Regelung der Arbeitsbedingungen beim Schweißen und Schneiden von Metallen mittels einer auf den glühenden Werkstoff gerichteten Photozelle, welche über einen Röhrenverstärker und ein Relais den Hauptschalter des Vorschubmotors beeinflußt. Diese Vorrichtung setzt ein ständiges Brennen der Schneidflamme bzw. Ausströmen des Schneidsauerstoffs voraus. Diese Unabhängigkeit zwischen Sauerstoffstrahl und Werkstückvorschub hat zur Folge, daß der Sauerstoff oft ausströmt, ohne zur Schneidwirkung zu gelangen. Dies gilt besonders für den Beginn der Schneidarbeit. Es ist zwar bekannt, den Schalter für den Erregerstromkreis des Vorschubmotors mechanisch mit dem Schneidsauerstoffventil zu kuppeln. Dieser Vorschlag bringt aber keine befriedigende Lösung', weil es für den Arbeiter oft schwer ist, festzustellen, wann sich das Werkstück auf der richtigen Zündtemperatur befindet. Dieisigilt besonders für den Beginn der Schneidarbeit bei hochhitzebeständigen Stählen. Auch hier können also unter Umständen erhebliche Sauerstoffverluste durch ein zu frühzeitiges Öffnen des Sauerstoffventils, aber auch umgekehrt Brenngasverluste durch zu spätes Schließen des Brenngasventils auftreten. In gewissen Fällen ist es ferner zur erfolgreichen Arbeit vorteilhaft, wenn man die Erhitzungszone zu Beginn der Schneidarbeit sich etwas ausdehnen läßt, bevor der Vorschubmotor in Gang gesetzt ist. In diesem Fall muß die Öffnung des Sauerstoffventils kurze Zeit vor Schließung des Erregerstromkreises erfolgen.

Alle diese Bedingungen werden durch die Erfindung erfüllt, welche die Vorteile der selbsttätigen Steuerung nach dem Hauptpatent mit den Vorteilen, dem gleichzeitigen oder kurz aufeinanderfolgenden Öffnen des Sauerstoffventils und Einschalten des Vorschubmotors verbindet und so eine von den persönlichen Fehlern des Schneidarbeiters völlig unabhängige Arbeitsweise und die damit ίο verknüpfte Ersparnis an den teueren Gasen ermöglicht.

Erfindungsgemäß öffnet und schließt die strahlungsempfindliche Zelle einen Relaisschalter, in dessen Steuerstromkreis ein Elektromagnet eingeschaltet ist, dessen Anker das Ventil der Schneidsauerstoffzuleitung öffnet oder schließt.

In der Zeichnung zeigt Fig. ι eine schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß der • 20 Erfindung und Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise geschnittene Ansicht des Schneidsauerstoffventils.

In Fig. ι bezeichnet F eine Fördereinrichtung, vorzugsweise ein endloses Transportband, um ein Werkstück relativ zum Heiz-, Schmelz- oder Schneidwerkzeug zu bewegen. Das Band oder die endlose Kette 11 ist auf einer Mehrzahl von Förderwalzen 12 gelagert, weichen die Drehbewegung durch Riemen 13 erteilt wird, der zwischen einer Riemenscheibe 14 an einer der Förderwalzen 12 und einer Riemenscheibe 15 verläuft, welche einen Teil des Reduziergetriebes 16 von Motor M bildet. Ein Regler 17 am Motor M ermöglicht die Einstellung der Motorgeschwindigkeit und mithin der Fordergeschwindigkeit des endlosen Bandes 11.

Em Heizwerkzeug B₁ im nachstehenden "als Schneidbrenner bezeichnet, ist in senkrechter Richtung frei beweglich oberhalb der Fördereinrichtung Ζ⁷ angeordnet, so daß die Schneiddüse N in richtige Lage zum Werkstück (Platte P) gebracht werden kann. Das Heizwerkzeug kann beispielsweise einen Gasbrenner oder ein Lichtbogenschweißwerkzeug umfassen, um die Erhitzungs- oder Schweißbehandlung auszuführen. An einem Halterrahmen 2 ο ist eine Hülse 18 mittels Arm 19 befestigt. Eine auf dem Schneidbrenner außen befestigte, Zahnstange 2 2 'erstreckt sich in ihrer Längsrichtung durch die Hülse 18 hindurch und kämmt hier mit einem in dieser gelagerten Zahnrad. Letzteres wird mittels des Handrades 23 angetrieben und kann zwecks Einstellung einer festen Lage des Heizwerkzeuges B verriegelt werden.

Ein Temperaturanzeiger 24 ist auf einer im

Halterrahmen 20 gelagerten senkrechten Stange 21 verschiebbar befestigt und in einem Winkel zum Brenner B angeordnet. Auf der Stange 21 gleitet eine Muffe 30, welche mittels 'einer Stellschraube 9 o. dgl. in beliebiger Lage festgehalten werden kann. Ein in der Mitte mit Gelenk versehener Arm 40 dient zur Verbindung der Muffe 30 mit dem Gehäuse des Temperaturanzeigers 24. Letzterer umfaßt Hilfsmittel, die gegen strahlende Wärme empfindlich sind, welche von einer Stelle auf der Platte P₁ die durch den Bren-. ner B auf eine hohe Temperatur erhitzt ist, ausgesandt wird. Der Temperaturanzeiger umfaßt vorzugsweise ein gegen die erhitzte Fläche gerichtetes Rohr, an dessen vorderem Ende 'eine Linse 26 sitzt, um ein Bild der glühenden erhitzten Fläche auf einen Strahlungsempfänger zu werfen. Als Strahlungsempfänger kann ein Pyrometer dienen, in welchem Falle die Linse das Bild der glühenden Fläche in Gestalt eines heißen leuchtenden Punktes auf die Lötstelle des Thermoelements wirft. Der in Fig. 1 bevorzugte Temperaturanzeiger umfaßt ein die Strahlung begrenzendes Rohr 25, welches derart angeordnet ist, daß das vordere verj üngte Ende gegen die glühende Fläche des Werkstückes P gerichtet ist. Die Linse 26 entwirft von dieser glühenden Fläche ein Bild auf eine Photozelle E₁ die am oberen Ende des Rohres angeordnet ist. Gewünschtenfalls kann ein innerhalb des Rohres 25 angeordneter Quarzstab dazu dienen, die von der leuchtenden Fläche ausgesandte Strahlung der Photozelle zuzuführen. Vermittels 'eines Handrades 28 kann wahlweise ein Schirm 27 in den Strahlengang eingeschaltet werden, um die der Photozelle dargebotene Fläche der Strahlungsquelle zu überwachen und mithin ihre Temperatur, welche notwendig ist, um ein vorbestimmtes Ansprechen der Zelle hervorzurufen.

Unter besonderer Beziehung auf Fig. 2 ist das Kontrollsystem in Anwendung auf einen üblichen Schneidbrenner dargestellt, welcher Anschlußnippel 29 für die Gaszuleitung aufweist und ^einstellbare BrennstofFmischventileV/«. Die Sauerstoffzuleitung 31 steht mit dem Sauerstoffschneidrohr 32 in Verbindung, wenn das Ventil Vo geöffnet ist. Ein zum Öffnen dieses Ventils dienender Hebel 33 ist an seinem oberen Ende drehbar am Brennerrohr B gelagert, beispielsweise unter Vermittlung eines Halters 34, der in einer Gabel 3 5 des Brennerrohrs B befestigt ist. Das entgegengesetzte Ende des Hebels 33 ist an den

em30 eines Solenoides37angelenkt, welches mittels eines Armes 38 senkrecht zum Brennerrohr angeordnet ist.

Die Ventilspindel· 39, an deren innerem Ende der Ventilkopf 41 sitzt, ist an den Hebel zwischen dessen Enden angelenkt, Vorzugsweise angenähert in dessen Mittelteil. Der Ventilkopf 41 und Hebel 33 werden normaler-

weise durch die Einwirkung der Druckfeder 42 nach innen in die Schließstellung gepreßt. Kontakte 43 und 44 sind auf dem Hebel 33 und dem Halter 34 isoliert angebracht.
Die von der photoelektrischen Zelle E kommenden Ströme werden durch die Leitungen 45 und 46 den Eingangsklemmen eines Röhrenverstärkers A zugeführt. Die Impulse-werden von einer Reihe Röhren verstärkt und dann durch die Solenoidspule eines empfindlichen Stromrelais 47 sowie ein Milliamperemeter 48 über die Leitungen 49, 51 und 52 geschickt. Das Relais 47 ist mit einem Kontakt 53 ausgerüstet, während der Gegenkontakt 54 auf einem an den Kern der Spule angelenkten Hebelarm sitzt. Von Kontakt 53 führt ein Draht 55 zu der Anschlußklemme 56 des Solenoids ^7, während der Draht 57 von der anderen Anschlußklemme 58 des SoIenoids 37 zum Kontaktstück 43 führt. Ein Draht 59 verbindet die Leitung 57 mit einer Leitung 61,, welche zu einer Stromquelle führt von beispielsweise 110 Volt Gleich- oder Wechselstrom. Die andere Zuführungsleitung 62 dieser Stromquelle ist durch Draht 63 mit dem Kontakt 54 verbunden. Die Zuleitungen 61 und 62 speisen den Verstärker A mit dem Betriebsstrom. Ein Draht 64 verbindet die Zuleitung 62 mit einer der Anschlußklemmen des Motors M, während die andere Anschlußklemme mit dem Kontaktstück 44 durch Leitung 65 verbunden ist.

Wenn die Einrichtung nicht in Betrieb ist, befinden sich die Relais und der Ventilhebel 33 des SauerstofTschneidventils in den in Fig. ι und 2 gezeichneten Stellungen. Zum Inbetriebsetzen wird zunächst auf der Fördereinrichtung F das Werkstück mit der Kante unmittelbar unter das Schneid-, Schweiß- oder Heizwerkzeug B gebracht, das in senkrechter Richtung mittels des Handrades 23 eingestellt wird. Das Handrad 23 wird dann festgestellt. Nunmehr wird der Temperaturanzeiger 24 mittels des Gelenkarmes 40 und der senkrecht verschiebbaren Muffe 30 so eingestellt, daß er auf die zu erhitzende Fläche gerichtet ist. Die Lage des Schirmes 27 wird sodann mittels: Handrad 28, das vorzugsweise mit Marken versehen ist, die gewünschtenfalls als Temperaturgrade angegeben sein können, eingestellt. Im Falle, daß das Werkstück mit der Flamme geschnitten werden soll, wird der Schirm 27 vorzugsweise auf die Zündtemperatur des die Platte/⁵ bildenden Metalls eingestellt. Zum Schweißen, Flammenhärten oder anderen Wärmebehandlungsmaßnahmen wird der Schirm 27 derart eingestellt, daß die Photozelle E in richtiger Weise beleuchtet wird oder bei der erwünschten Temperatur des Werkstückes anspricht.

Nach Beendigung der Einstellungen wird die Mischung des Vorwärmstrahls mittels der Ventile Vm eingestellt und die Vorwärmflamme angezündet. Wenn die Temperatur der Platte P hinreichend hoch ist, wird ein Teil oder eine Zone derselben glühend und die von dieser Zone ausgestrahlte Energie wird durch Linse 26 der, Photozelle E zugeführt. Sobald die richtige Schneidtemperatur erreicht worden ist, sind die von der Photozelle E dem Verstärker zugeführten und von diesem gelieferten Ströme stark genug, um das Relais 47 zu erregen und so den Kontakt 54 mit dem Kontakt 53 zu schließen. Hierdurch wird das Solenoid 3 7 mit der Stromquelle verbunden und erregt. Der Kern 36 wird hierbei in die Spule hineingezogen, so daß der Hebel 2,3 in der Richtung vom Schneidbrenner weggeschwungen wird, wodurch das- Schneidsauerstoffventil Vo geöffnet und gleichzeitig die Kontakte 43 und 44 geschlossen werden. Hierdurch wird der Erregerstromkreis des Elektromotors M geschlossen, so daß dieser in Betrieb gelangt. Man sieht, daß, wenn die Photozelle E genügend erregt -wird, das Schneidsauerstoffventil Vo und der die Fördervorrichtung F antreibende Motor M augenblicklich und selbsttätig betrieben und der Sauerstoff strahl auf das Werkstück/³ genau in dem erforderlichen Zeitpunkt geleitet wird. Bei Wärmebehandlungen setzt der Photozellenstrom die Fördereinrichtung in Bewegung und hält sie auch in Bewegung, so daß das Werkstück in Beziehung zur Wärmequelle verschoben wird, nachdem das Metall die erwünschte Temperatur erreicht hat.

Wenn der Sauerstoffschneidstrahl'- auf das Werkstück/³ auftrifft, schiebt die Fördereinrichtung das Werkstück am Brenner B vorbei. Die Geschwindigkeit des Motors M kann mittels des Reglers 17 eingestellt werden, beispielsweise derart, daß die Vorschubgeschwindigkeit der Fördereinrichtung im wesentlichen gleich der höchsten Schneidgeschwindigkeit ist. Sollte sich das Werkstück/³ mit zu großer Geschwindigkeit am Brenner B vorbeibewegen, dann würde das Metall durch die Vorheizflammen nicht auf der Entzündungstemperatur gehalten werden und die Metalloxydation und mithin auch das Schneiden würde gewöhnlich unterbrochen werden. Im richtigen Augenblick jedoch, wo diese Gefahr droht, wird die auf die erhitzte Fläche gerichtete Photozelle eine ungenügende Strahlung erhalten, um die Kontakte geschlossen und das Ventil Vo geöffnet zu halten. Hierdurch würde sogleich der Sauerstoffschneidstrahl unterbrochen und der Motor M stillgesetzt werden, so daß das Werkstück/³ sich nicht mehr gegenüber dem Brenner verschiebt, und zwar so lange, bis die Vorheizflammen die erhitzte Fläche wiederum auf die Zünd-

temperatur gebracht haben, worauf sogleich der erneute Austritt des Schneidsauerstoffs und die Verschiebung des WerkstücksP erfolgt. Auf diese Weise wird dem Werkstück/³ niemals Schneidsauerstoff zugeführt, solange nicht die Temperatur auf den Entzündungspunkt gebracht ist, in welchem Zeitpunkt das Schneiden selbsttätig fortschreitet. Wenn das Werkstück P das Ende seiner Bahn erreicht

ίο hat und mithin der Schnitt beendet ist, gibt es keine erhitzte Fläche mehr, welche die Photozelle E erregen könnte, so daß der Schneidstrahl selbsttätig unterbrochen und der Motorstromkreis selbsttätig geöffnet wird, um eine weitere Bewegung der Fördereinrichtung F und des Werkstückes P zu verhindern.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Überwachung und Re- ao gelung von Arbeitsbedingungen beim Schweißen, Schneiden, Erhitzen und Abschmelzen von Metallen mittels strahlungsempfindlicher Zelle durch Steuerung der Relativbewegung des Werkstückes zur Heizquelle und der zugeführten Wärmemenge nach Patent 631 730, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche ZeIIe(Zi¹) einen Relaisschalter (47) öffnet und schließt, in dessen Steuerstromkreis ein Elektromagnet (37) eingeschaltet ist, dessen Anker (36) das Ventil (41) der Schneidsauerstoffzuleitung öffnet oder schließt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen