DE6904700U - Elektrische zuend- und kontrollvorrichtung fuer brenner von schweissmaschinen und dergleichen - Google Patents

Description

PATENTANWALT

DIPL.-ING.

HELMUT GÖRTZ

6 Frankfurt am Main 70 5.Februar 1969

äehr»ck»nhol*tr. 27-Tel.617079 ^Jm /

Fabrik für Armaturen und Apparatebau Peter Görres K.G-6 Frankfurt am Main-Oberrad, Buchrainstraße 18

Elektrische Zünd- und Kontrollvorrichtung für Brenner von Schweißmaschinen und dergleichen

Die Neuerung bezieht sich auf eine elektrische Zünd- und.Kontrollvorrichtung für Brenner von insbesondere selbsttätigen Maschinen zum Schweißen, Schneiden und Löten von Metallen, Oberflächenhärten von Stahl, Flammen von Metalloberflächen und dgl., in denen als Heizmittel gasförmige oder flüssige Brennstoffe verwendet werden.

Bei den "bekannten, in der Regel selbsttätig arbeitenden Maschinen für obige Zwecke wird bei der Inbetriebnahme das Gas-Gemisch an der Brennerdüse mittels eines herkömmlichen von Hand betätigbaren Zünders gezündet. Automatische Steuerungen führen dann die entsprechenden Schweiß- oder Brennvorgänge usw. aus, wobei jedoch ständig dij Gefahr besteht, daß aufgrund von Störungen im Arbeitsablauf, z.B. durch Üchleudern flüssiger Metall- oder Flußmittelteilchen gegen die Brennerdüse, die Flamme erlischt und Gas ausströmt, was bei längerer Abwesenheit der Überwachungsperson von der Maschine unerwünschte Folgen nach sich ziehen kann.

Wenn Hohlkörper, z.B. Heizkörperlamellen, im Inneren verschweißt werden, können beim Erlöschen der Flamme besonders gefährliche Zustände auftreten. So ist es z.B. bei Verwendung von Acetylengas als Heizmittel möglich, daß sich ein Knallgas-Gemisch ausbildet, das an noch glühenden Teilen des Hohlkörpers zur Entzündung gebracht werden und explodieren kann. Oft ist es beim

Verschweißen von Hohlkörpern für die Überwachungsperson auch schwierig, wenn nicht völlig unmöglich, den Brenner "bzw. die Flamme im Inneren des Körpers zu beobachten. Wenn Mehrfach-Brenner oder Brennersätze benutzt werden, so kann beim Erlöschen einer oder mehrerer Flammen sich ebenfalls ein explosives Gasgemisch bilden, das in bestimmten Fällen von den übrigen noch arbeitenden Brennern gezündet werden kann. Selbst wenn in vorstehenden Fällen keine Explosion stattfindet, führt das austretende Gas zu einem unerwünschten Gasverlust.

Ein weiterer Nachteil bei bisherigen Maschinen obiger Art besteht darin, daß sogen. Flammenrückschläge an den Brennern, die nicht sofort bemerkt werden, neben anderen Gefahren, bei entsprechender Häufigkeit auch eine Zerstörung und damit einen vorzeitigen Ausfall des Brenners verursachen.

Die Aufgabe der Neuerung besteht darin, die vorstehenden Nachteile auszuschalten und an Maschinen der aufgezeigten Art eine Zünd- und Kontrollvorrichtung vorzusehen, die das Nichtzünden oder das unerwünschte Verlöschen der Brennerflamme rechtzeitig anzeigt, um den unerwünschten Gasaustritt bzw. Gasverlust zu verhindern, die weiter das Verschweißen von Hohlkörpern im Innern erleichtert und die Unfallgefahr vermindert, und die darüber hinaus auch Flammenrückschläge an den Brenner meldet, um diese zu schonen bzw. deren Lebensdauer zu erhöhen.

Gemäß der Neuerung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zünd- und Kontrollvorrichtung mit einer oder mehreren Zünd- und Flammenüberwachungselektroden für mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen betriebene Brenner, die insbesondere injselbsttätig arbeitenden Maschinen zum Schweißen, Schneiden und Löten von Metallen, Oberflächenhärten von Stahl und Flammen von Metallober-

flächen eingebaut werden, einen Sperrschwinger, bestehend aus einem Transformator, auf einem Eisenkern angeordneten Wicklungen, einem Widerstand zwischen der Basis eines zwischen den primärseitigen Wicklungen liegenden Transistors und einer primärseitigen Zuleitung sowie einem Kondensator in der Zuleitung der Primärwicklung, vorgesehen ist, dessen stärkere Sekundärwicklung mit den Zünd- und Flammenüberwachungselektroden und dessen schwächerer Sekundärwicklung mit einer Kippschaltung verbunden ist, und der bei nicht vorhandener Flamme Zündfunken an den Elektroden erzeugt und einen Signal- oder Steuerstromkreis beeinflußt, wenn keine Zündung des Gasgemisches erfolgt, enthält.

Durch die neuerungsgemäße Vorrichtung ist sichergestellt, daß beim Einschalten der Maschine und bei einem unerwünschten Verlöschen der Brennerflamme von dem Hochspannungs-Generator über die Elektroden fortlaufend Zündfunken erzeugt werden, wobei gleichzeitig von dem Hochspannungs-Generator ein Signal abgegeben wird, wenn das Gas-Gemisch an der Brennerdüse nicht sofort wieder zündet und eine Flamme bildet. Die Gaszufuhr kann dann, falls erforderlich, sofort unterbrochen werden, um unerwünschte Gasverluste zu vermeiden. Die Neuerung ermöglicht somit gegenüber bekannten Maschinen eine merkliche Gasersparnis. Weitere Vorteile der Neuerung bestehen darm, daß Unfallgefahren so gut wie ausgeschlossen sind, dadurch die Betriebssicherheit erhöht und ein kontinuierlicher Arbeitsablauf gefördert wird. Ferner wird ein vorzeitiger Verschleiß der Brenner durch Flammenrückschläge verhindert.

Die Neuerung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bei brennender Flamme an der Brennerspitze ein ionisierter Abschnitt entsteht, der im Vergleich zu dem Abschnitt bei erloschener Flamme einen verhältnismäßig guten elektrischen Leiter darstellt, der bewirkt, daß eine den Elektroden zugeordnete Hochspannungswicklung stark belastet wird. Dieser Vorgang wird wiederum für Signale und/oder Steuerschaltungszwecke benutzt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Neuerung ist der Kippschaltung eine Verzögerungsschaltung nachgeschaltet.

Wenn hei gleichzeitiger Einschaltung der Zünd- und Kontrollvorrichtung und Öffnung der Brennstoff-Zufuhrleitung der Brennstoff über evtl. lange Leitungswege erst nach einer gewissen Zeitspanne an der Brennerdüse austritt und gezündet werden kam., "bewirkt die Yerzögerungsschaltung in vorteilhafter Weise, daß nicht sofort ein Signalimpuls abgegeben wird. Ferner wird bei einer nur kurzzeitigen Betriebsunterbrechung des Brenners, z.B. bei einem Flammenickschlag, nicht sofort ein Signalimpuls erzeugt.

Die Neuerung und weitere vorteilhafte Merkmale werden anschliessend an Hand der Zeichnungen einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der neuerungsgemäßen Zünd- und Kontrollvorrichtung mit einem Teil einer Brennerdüse und zugeordneter Elektrode;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils eto.es Brenners mit einer aufgesetzten Elektrode, und

Fig. 3 eine Seitenansicht einer abgeschnittenen Brennerspitze mit einer weiteren Elektroden-Anordnung.

In der Fig. 1 ist in strichpunktierten Linien das Gehäuse 1 für die Zünd- und Kontrollvorrichtung angedeutet, die ihrerseits in einem Blockschaltbild dargestellt ist. Die Zünd- und Kontrollvorrichtung weist im Ausführungsbeispiel einen Sperrschwinger als Hochspannungs-Generator auf, der beispielsweise mit einer an sich bekannten elektrischen Kippschaltung 3 und einer Yer-

zögerungsschaltung Λ zusammengeschaltet sein kann. Die Schaltungselemente 2, 3 und 4 sind über elektrische Leiter 5 und 6, vorzugsweise an einer gemeinsamen Spannungsquelle 7 angeschlossen, die "beispielsweise eine Gleichspannungsquelle von 24 Volt sein kann. Durch die Verzögerungsschaltung 4 ist ein Relais 8 schaltbar., dessen Arbeitskontakt 9 in einem Signal-und/oder Steuerstromkreis 10 angeordnet ist, der zu der nicht gezeigten Maschine führt, mit der die Zünd- und Kontrollvorrichtung in Verbindung steht. Lediglich zur Erläuterung der Erfindung sei angenommen, daß es sich bei dieser Maschine um eine Schweißmaschine hande3t, die alsHeizmittel ein Acetylen-Sauerstoff-Gemisch verwendet. Über den Stromkreis 10 können optische und/oder akustische Warnsignal-Vorrichtungen oder z.B. die elektrischen Antriebsmittel, Magre tventile in der Brennstoff-Zufuhrleitung usw. der nicht gezeigten Maschine geschaltet werden.

Der Sperrschwinger 2 besitzt einen Transformator mit einem Kern 11,auf dem eine Primärwicklung W1, eine Rückkopplungswicklung W2, sowie zwei Sekundärwicklungen W3 und W4 angeordnet sind. Beim Anlegen von Spannung an den Schaltungspunkten A und B, fließt ein Strom über den Widerstand R und die Wicklung W2 zur Basis des Transistors T, wodurch dieser durchgesteuert wird. Dies hat zur Folge, daß in der Wicklung W1 ein Strom fließt, wodurch wiederum über den Kern 11 in der Wicklung W2 eine Spannung induziert wird, die die Durchsteuerung des Transistors T unt erstützt. Hierbei fließt ein Strom von der Wicklung W2 über den Kondensator 02, der diesen auflädt. Wenn anschließend die Spannung in der Wicklung W2 auf die Ladespannung des Kondensators 02 abfällt, wird die Durchsteuerung des Transistors T unterbrochen, wodurch in der Wicklung ΥΠ ein Spannungsstoß entgegengesetzter Polarität auftritt. Die Ladung des Kondensators 02 wird über den Widerstand R abgebaut, bis wieder ein Basisstrom fließt, wodurch der Vorgang wiederholt wird. Durch geeig-

Il r ■ · l

itt · · · ■·

Il · #»f"T» f · I »

nete Dimensionierung des Viiderstandes R, des Kondensators 02 und der Wicklung W2 kann in "bekannter Weise die Impulsfrequenz festgelegt werden. Es versteht sich., daß in den Hochspannungswicklungen W3 und W4 im entsprechenden Zyklus Impulse induziert werden.

Die Sekundärwicklungen W3und W4 sind verschieden dimensioniert, und die schwächere Wicklung W4, nachstehend auch als Hilfswicklung bezeichnet, ist über Leiter 12 und 13 mit der Kippschaltung 3 zusammengeschaltet. In dem Leiter 12 ist eine Gleichrichterdiode D1 eingeschaltet, die zusammen mit einem parallel zur Wicklung W4 geschalteten Kondensator C3 die in der Wicklung W4 induzierten Impulse glättet, deren Spannung beispielsweise etwa 15 Volt betragen kann.

In der Sekundärwicklung W3 können Hochspannungsimpulse von ca. 6 KV und einer Frequenz vor ^a 100 Hz induziert werden. Diese Impulse werden über einen elektrischen Leiter 14 einer Elektrode 15 zugeführt, deren Gegenelektrode gemäß den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 aus der Brennerspitze 16 gebildet ist. Die Brennerspitze 16 ist ebenso wie die eine Seite der Sekundärwicklung W3 an Erde gelegt und ballig ausgebildet, um den Funkenüberschlag zu begünstigen.

Das freie spitze Ende 17 der mit dem Brenner starr verbundenen Elektrode 15 (vgl. Fig. 1 und 2) ist im Auaführungsbeispiel gegenüber der Brennerspitze 16 so angeordnet, daß es innerhalb eines stark ionisierten, in der Fig. 1 durch Schraffur gekennzeichneten Bereiches 18 aer Acetylen-Sauerstoff-Flamme 19 liegt. Die Anordnung kann jedoch auch so getroffen sein, daß die Spitze 17 der Elektrode 15 in unmittelbarer Nähe des ionisierten Bereichesi8 liegt.

ι ι
■ t

Wenn die Zünd- und Kontrollvorrichtung eingeschaltet und die Brennstoff-Zufuhr zum Brenner freigegeben wird, wird von dem Sperrschwinger 2 zwischen der Elektrodenspitze 17 und der Brennerspitze 16 ein Funkenuberschlag erzeugt, der bei normalem Betrieb das aus der Brennerdüse austretende Gas-Gemisch entzündet, so dp' sich die Flamme 19 bildet. Der sich in der Nähe des Flammenkegels 20 der Gasflamme 19 ausbildende stark ionisierte Bereich 18 stellt zwischen der Elektrodenspitze 17 und der Brennerspitze 16 eine elektrisch leitfähige Strecke bzw. einen elektrischen Leiter dar, über den die Wicklung W3 stark belastet wird. Dadurch wird wiederum der Sperrschwinger 2 so stark belastet, daß die Spannung in den beiden Sekundärwicklungen W3 und W4 abfällt. Wenn die von der Hilfswicklung W4 abgegebene Spannung einen vorbestimmten Wert unterschreitet, wird die Kippschaltung 3 umgeschaltet, wobei sie ein Signal in Form eines Spannungssprunges an die Verzögerungsschaltung 4 abgibt. Dies hat zur Folge, daß der Ablauf eines Zeitgliedes, das aus einem Kondensator 01 und einem Potentiometer P2 gebildet ist, unterbrochen wird. Das Relais 8 wird nicht erregt.

Wenn bei eingeschalteter Zünd- und Kontrollvorrichtung trotz fortgesetzten Funkenüberschlags zwischen der Elektrodenspitze 17 und der Brennerspitze 16 keine Flamme ausgebildet wird, z.B. infolge ungenügender oder völlig fehlender Gasgemisch-Zufuhr, defekter Brennerdüse usw., oder wenn bei im Betrieb befindlichem Brenner die Flamme durch irgendwelche Störnngen erlischt, führt die Hilfswicklung W4 der Kippschaltung 3 eine Signalspannung von vorbestimmtem Wert zu, die die Kippschaltung in einem Schaltzustand hält, bei dem sie kein Signal an die Verzögerungsschaltung 4 abgibt. Die Empfindlichkeit der Kippschaltung 3 ist durch ein Potentiometer P1 einstellbar. Bei fehlendem Signal von der Kippschaltung 3 läuft das Zeitglied C1 - P2 der Verzögerungsschaltung 4 ab und das Relais 8 wird erregt. Dadurch wird wieder-

_i;;_; um der Signal- und /oder oteuerstromkreis 10 geschlossen und die j| Störung der Schweißmaschine angezeigt oder entsprechende Steue It rungsmittel der Maschine (Antriebsmotor, Magnetventile usw.) ge- || schaltet. Die Verzögerungszeit ist durch das Potentiometer P2 ψ einstellbar und kann z.B. zwischen 0,1 bis 1,2 Sekunden betragen. Wenn erwünscht, kann aber auch die Verzögerungszeit durch Zuschaltung vorybeispielsweise außerhalb der Zünd- und Kontrollvorrichtung liegenden Widerständen zu dem Potentiometer P2 den jeweiligen Betriebserfordernissen angepaßt werden.

In der Mg. 2 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung auf einem Brenner gezeigt. Die Elektrode 15, deren Gegenelektrode wieder die Brennerspitze 16 ist, ist in einem Isolierkörper 21 befestigt, der mittels einer Schelle 22 auf dem Brennerohr 23 gehaltert ist. Die Elektrode 15 ist mit dem isolierten Leiter 14 verbunden.

Die Mg. 3 eigt eine andere Elektrodenanordnung, die für Brenner vorgesehen ist, die aus elektrisch nicht ieitfähigem Material hergestellt sind. Bei dieser Ausführung, nd gegenüber der z.B. aus keramischen Stoffen bestehenden Brennerspitze 16 zwei Elektroden 24 und 25 so angeordnet, daß ihre freien voneinander beabstandeten Enden ebenfalls in oder in unmittelbarer Nähe des stark ionisierten Bereiches der Brennerflamue liegen. Beide Elektroden 24 und 25 sind gegenseitig elektrisch isoliert mit dem Brenner fest verbunden. Die in Mg. 3 gezeigte Elektrodenanordnung eignet sich ferner für Brenner, denen kein Gas-Sauerstoff-Gemisch sondern reines Gas zugeführt wird, das sich nach dem Austritt aus der Brennerdüse mit der Luft vermischt und im Abstand von der Brennerspitze gezündet wird.

Bei einer weiteren nicht gezeigten Anordnung bestehen die Elektroden aus der Brennerspitze und dem zu bearbeitenden Werkstück. Der Abstand zwischen der Brennerspitze und dem Werkstück muß hierbei jedoch so gewählt warden, daß der Punkenübersehlag stattfinden kann.

Die Zünd- und Kontrollvorrichtung gemäß der Neuerung erfüllt mehrere Aufgaben. Sie zündet im eingeschalteten Zustand selbsttätig das aus der Brennerdüse ausströmende Gas-Sauerstoff-Gemisch oder sucht dieses bei vorübergehendem kurzzeitigen Verlöschen der Flamme erneut zu zünden. Wenn aber eine vorbestimmte innerhalb eines festgelegten Bereiches einstellbare Zeitspanne verstrichen ist, ohne daß die Zündung des Gas-Sauerstoff-Gemisches stattgefunden hat, werden selbsttätig Signal- und/oder Steuermittel geschaltet, die die Störung anzeigen bzw. die Schweißmaschine in gewünschter Weise beeinflussen oder außer Betrieb setzen.

Die Zünd- und Kontrollvorrichtung kann als kompakte Baueinheit mit entsprechenden Steckanschlüssen für die verschiedenen elektrischen Kabel ausgebildet sein und außer, wie vorstehend beschrieben, mit Schweißmaschinen auch in Verbindung mit Maschinen zum Schneiden, Löten, Oberflächenharten, Flämmen, Glühen, Anwärmen usw. vorteilhaft eingesetzt werden, wobei sämtliche für obige Verfahren in der Regel verwendete Brennstoffe benutzt werden können.

Claims (5)

Schutzansprüche:

1. Selbsttätige elektrische Zünd- und Kontrollvorrichtung mit Zünd- und Flammenüberwachungselektroden für mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen betriebene Brenner, die insbesondere in selbsttätig arbeitenden Maschinen zum Schweißen, Sohneiden und Löten von Metallen, Oberflächenhärten von Stahl und Flämmen von Metalloberflächen eingebaut werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrschwinger (2), bestehend aus einem Transformator (4), auf einem Eisenkern (11) angeordneten Wicklungen (W-, W₂, W,, W,), einem Widerstand (R) zwischen der Basi3 eines zwischen den primärseitigen Wicklungen (W₁₁W₂) liegenden Transistors (T) und einer primärseitigen Zuleitung sowie einem Kondensator in der Zuleitung der Primärwicklung (W₂) vorgesehen ist, dessen stärkere Sekundärwicklung (W,) mit den Zünd- und Flammenüberwachungselektroden (15) und dessen schwächeren Sekundärwicklung (W.) mit einer Kippschaltung (3) verbunden ist, und der bei nicht vorhandener Flamme Zündfunken an den Elektroden (15) erzeugt und einen Signal- oder Steuerstromkreis (10) beeinflußt, wenn keine Zündung des Gas-Gemisches erfolgt.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippschaltung (3) eine Verzögerungsschaltung (4) nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kipp- und Verzögerungsschaltung (3, 4) einstellbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der schwächeren Sekundärwicklung (W4) und der Kippschaltung (3) elektrische Spaltmittel (D₁, C₅) zur Gleichrichtung und Spannungsglättung angeordnet sind.

11 Iff· · ♦ f

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden die Brennerspitze (16) und das zu bearbeitende Werkstück dienen.